KR20040042892A - 혼합 화학 프로세스를 위한 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

다수의 증착 공정을 수행하는 방법 및 장치가 제공된다. 일 실시예에서, 증착 장치는 챔버 몸체 및 상기 챔버 몸체상에 배치된 가스 공급 조립체를 포함한다. 일 실시예에서, 증착 방법은 처리될 기판 표면을 챔버 몸체내에 위치시키는 단계, 상기 챔버 몸체상에 배치된 가스 분배 조립체를 이용하여 둘 이상의 화합물을 상기 챔버 몸체내로 공급하여 제 1 재료를 포함하는 필름을 증착하는 단계, 및 그 후에, 상기 챔버 몸체상에 배치된 가스 분배 조립체를 이용하여 둘 이상의 상이한 화합물을 상기 챔버 몸체내로 공급하여 제 2 재료를 포함하는 필름을 증착하는 단계를 포함한다. 이러한 실시예들의 일 측면에서, 상기 가스 분배 조립체는 상기 챔버 몸체와 유체 연통되는 가스 도관, 상기 가스 도관과 유체 연통되는 하나 이상의 고속 작동 밸브를 구비하는 둘 이상의 분리된 가스 유입구; 및 상기 가스 도관과 유체 연통되는 혼합 채널을 포함한다. 상기 밸브는 하나 이상의 화합물을 상기 가스 도관내로 교번적으로 펄스시키며, 상기 혼합 채널은 하나 이상의 화합물의 연속적인 유동을 상기 가스 도관내로 공급하도록 구성된다.

Description

혼합 화학 프로세스를 위한 장치 및 방법 {APPARATUS AND METHOD FOR HYBRID CHEMICAL PROCESSING}
본 발명의 실시예는 일반적으로, 다중 기상 증착 프로세스를 인-시츄(in-situ) 방식으로 수행하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명의 실시예는 주기적인 층과 화학 기상 증착 기술을 이용하여 필름을 인-시츄 방식으로 증착하기 위한 개선된 가스 분배 장치 및 방법에 관한 것이다.
서브-쿼터 미크론(sub-quarter micron) 범위의 다층 배선화(multilevel metallization)는 차세대 초대규모 집적 회로(VLSI)를 위한 중요한 기술 중에 하나이다. 이러한 기술의 핵심인 다층 상호접점(multilevel interconnects)은 콘택, 비어스, 라인 또는 기타 어퍼쳐를 포함하는 고 종횡비의 미세구조물들을 가진다. 이들 미세구조물들의 신뢰성 있는 제조는 VLSI의 성공에 매우 중요하며 또한, 개개의 기판에 대한 품질과 회로 밀도를 개선하기 위한 꾸준한 노력을 위해서도 중요하다. 그러므로, 4 : 1(높이 : 폭) 이상의 고 종횡비를 갖는 무공(void-free) 미세구조물을 제조하기 위한 커다란 노력이 진행 중에 있다.
서브-미크론 범위의 고 종횡비 상호접점 미세구조물과 같은 VLSI 미세구조물을 충진시키기 위한 금속으로 최근에 구리가 선택되는데, 그 이유는 구리 및 구리 합금이 알루미늄 보다 낮은 저항을 갖기 때문이다. 그러나, 구리 및 구리 합금은 예를들어 실리콘 산화물, 실리콘, 및 기타 유전체 재료와 같은 주위 금속으로 확산하여 회로의 접촉 저항을 증가시키는 경향이 있다. 또한, 구리 및 구리 합금은 집적 회로의 공지 구성요소들 중에서 트랜지스터 게이트, 커패시터 유전체, 트랜지스터 웰, 트랜지스터 채널, 전기적 배리어 영역, 상호접점과 같은 주위 구성요소로 확산하려는 경향이 있다. 그러므로, 배리어 층들이 구리의 배선화 공정 이전에 증착되어서 구리 원자들의 확산을 방지 또는 방해해야 한다.
상호접점을 제조하기 위한 통상적인 공정순서는 하나 이상의 비전도 층들을 증착하는 단계, 하나 이상의 미세구조물들를 형성하도록 상기 하나 이상의 비전도 층들을 에칭하는 단계 및 상기 미세구조물들을 충진시키도록 구리와 같은 하나 이상의 전도 층들을 증착하는 단계이다. 상기 배리어 층들은 통상적으로 텅스텐, 티탄, 탄탈 및 이들의 질화물과 같은 내화 금속을 포함한다. 이들 그룹 중에서, 탄탈 질화물은 배리어 층으로 사용하기에 가장 바람직한 원소들 중에 하나인데, 그 이유는 탄탈 질화물이 내화 금속 질화물 중에 가장 낮은 저항치를 갖는 원소 중에 하나이며 동 배선 공정을 위한 양호한 접착 층으로서의 역할을 하기 때문이다. 탄탈 질화물과 같은 내화 금속 질화물 층은 통상적으로, 물리 기상 증착(PVD) 및 화학 기상 증착(CVD)과 같은 종래의 증착 기술을 사용하여 증착된다.
종래의 증착 공정은 상호접점 구조물을 제조하는데 어려움이 있는데, 그 이유는 이들 공정이 종횡비가 4 : 1을 초과하는 경우, 특히 종횡비가 10 : 1을 초과하는 경우에 서브-미크론 구조물을 충진하는데 문제점이 있기 때문이다. 종종, 배리어 층은 좁은 미세구조물의 개구를 가교연결하여, 하나 이상의 공동을 형성하거나 미세구조물 내에 단락을 유발한다. 공동은 저항을 증가시키고 미세구조물의 전자이동 저항을 감소시키므로, 공동을 갖는 미세구조물들은 부실하고 신뢰성 없는 접점을 형성하게 된다.
원자층 증착(ALD) 기술은 고 종횡비를 갖는 미세구조물 위에 배리어 층과 같은 재료들을 증착하기 위해 연구되고 있는 증착 기술 중에 하나이다. ALD는 제 1 반응물과 제 2 반응물로 구분된 펄스들을 순차 도입하여 기판 표면에 단층만을 제한적으로 흡착하는 결과를 초래한다. 상기 반응물들은 소정의 두께로 증착 재료가 증착될 때까지 순차적으로 도입된다. 세정 가스의 펄스 및/또는 반응물의 펄스 사이의 펌프에 의한 배기는 챔버에 남아 있는 과잉 반응물로 인한 반응물의 기상 반응 가능성을 감소시키는 역할을 한다.
통상적인 제조 과정에 있어서 처리된 웨이퍼는 다수의 프로세싱 챔버들 사이로 이동하게 되어 귀중한 처리시간을 소모하게 된다. 때때로, 처리 웨이퍼는 프로세싱 챔버 사이에서 진공 해제 상태에 놓이게 되어, 기판이 여러 상황 중에서도 기판 표면의 산화를 초래하는 주위 조건에 노출되게 된다. 공동과 같이, 금속 산화물은 상호접점의 저항을 증가시키며 비어스와 작은 미세구조물의 전자이동 저항을 감소시킨다. 금속 산화물은 또한 미립자 공급원의 문제가 될 수 있으며 전체 회로의 신뢰성을 감소시킨다. 금속 산화물은 또한 연속 증착 층의 불균일한 분포를 조장하는 공동을 생성함으로써 연속 증착 공정에 방해될 수 있다.
그러므로, 본원 발명의 목적은 다중 증착기술을 사용하여 다층 재료를 인-시츄 방식으로 증착시키기 위한 신규한 방법 및 장치를 제공하고자 하는 것이다. 그러한 신규한 방법 및 장치는 다수의 처리 챔버들 사이로 기판을 이송할 필요성을 제거하며 공동의 형성 가능성을 감소시킨다.
도 1은 본 발명에 따른 주기적인 층의 증착 공정과 화학 기상 증착 프로세스를 수행할 수 있는 프로세싱 시스템(100)의 개략적인 횡단면도이며,
도 2는 가스 분배 조립체(130)의 부분 확대된 횡단면도이며,
도 3은 도 2의 3-3선을 따라 취한 가스 분배 조립체(130)의 평면도이며,
도 4는 가스 분배 조립체(130)를 통한 예시적인 흐름 형태를 도시하는 개략적인 도면이며,
도 5a는 제 2 가스 분배 보조 조립체(500)의 일 실시예를 도시하는 확대된 수직 단면도이며,
도 5b는 제 2 가스 분배 보조 조립체(500)의 다른 실시예를 도시하는 확대된 수직 단면도이며,
도 6은 도 5의 6-6선을 따라 취한 제 2 가스 분배 시스템(500)의 개략적인 수평 단면도이며,
도 7은 프로세싱 시스템(100)의 실시예에 적합한 예시적인 열적 플레이트(180)의 등축도이며,
도 7a는 가열 판(180)의 하나의 예시적인 설계를 나타내는 횡단면도이며,
도 8a 내지 도 8d는 예시적인 상호접점 구조물(800)을 상이한 제조단계로 나타내는 개략적인 도면이며,
도 9는 다중 증착 프로세스를 수행하는 예시적인 다중 챔버 프로세싱 시스템(900)의 개략적인 평면도이다.
다중 증착 공정을 수행할 수 있는 장치가 제공된다. 일 실시예에서, 상기 장치는 챔버 몸체와 상기 챔버 몸체 상에 배열되는 가스 분배 조립체를 포함한다. 그러한 실시예에 있어서의 일 측면에 따라, 가스 분배 조립체는 챔버 몸체와 유체 연통된 가스 도관과, 상기 가스 도관과 유체 연통된 하나 이상의 고속 작동 밸브를 갖춘 두 개 이상의 격리된 가스 유입구, 및 상기 가스 도관과 유체 연통된 혼합 채널을 포함한다. 상기 밸브는 두 개 이상의 화합물을 가스 도관으로 교번적으로 펄스 분배하며, 혼합 채널은 하나 이상의 화합물을 가스 도관으로 연속적으로 분배하도록 채용된다.
상기 실시예의 다른 일면에 따라, 가스 분배 조립체는 챔버 몸체와 유체 연통된 가스 도관과, 제 1 단부에서 상기 가스 도관과 유체 연통된 두 개 이상의 분리 유동 통로, 및 제 2 단부에서 상기 가스 도관 주위에 배열되는 하나 이상의 환형 혼합 채널을 포함한다. 각각의 격리된 유동 통로는 하나 이상의 고속 작동밸브를 포함하며, 상기 혼합 채널은 관통 형성된 복수의 노즐을 경유하여 가스 도관과 유체 연통되어 있다. 상기 유동 통로는 상기 가스 분배 조립체 내에 형성된 차압에 의해 혼합 채널과 격리되어 있다.
단일 처리 챔버 내에서 다중 증착 공정을 수행함으로써 기판 표면 상에 다층을 증착시키기 위한 방법도 제공된다. 그러한 방법의 일면에 따라, 상기 방법은 처리될 기판 표면을 챔버 몸체 내에 위치시키는 단계와, 제 1 재료를 포함하는 필름을 증착시키도록 챔버 몸체 상에 배열되는 가스 분배 조립체를 사용하여 두 개 이상의 화합물을 챔버 몸체 내측으로 분배하는 단계, 및 제 2 재료를 포함하는 필름을 증착시키도록 챔버 몸체 상에 배열되는 가스 분배 조립체를 사용하여 두 개 이상의 화합물을 챔버 몸체 내에 분배하는 단계를 포함한다. 상기 가스 분배 조립체는 챔버 몸체와 유체 연통된 가스 도관과, 제 1 단부에서 상기 가스 도관과 유체 연통된 두 개 이상의 격리된 유동 통로, 및 제 2 단부에서 상기 가스 도관 주위에 배열되는 하나 이상의 환형 혼합 채널을 포함한다. 각각의 격리된 유동 통로는 두 개 이상의 화합물을 가스 도관으로 교번적으로 펄스 공급하도록 채용되는 하나 이상의 고속 작동 밸브를 포함한다. 상기 혼합 채널은 관통 형성된 복수의 노즐을 경유하여 가스 도관과 유체 연통되어 있고 두 개 이상의 화합물을 가스 도관 내측으로 연속적으로 분배하도록 채용된다.
전술한 본 발명의 특징이 달성되고 상세히 이해될 수 있도록, 간단히 요약했던 본 발명에 대해서 첨부 도면에 도시한 본 발명의 실시예들을 참조하여 더욱 상세히 설명한다. 그러나, 첨부 도면은 본 발명의 통상적인 실시예만을 도시한 것이므로, 본 발명의 범주를 한정하는 것이라고 이해해서는 않되며 다른 동등한 유효한 실시예들이 있을 수 있다고 이해해야 한다.
도 1은 다수의 증착 기술을 사용하여 피가공재 표면 상에 여러 재료들, 필름, 및 층을 증착할 수 있는 프로세싱 시스템(100)의 개략적인 단면도이다. 이러한 프로세싱 시스템(100)은 챔버 몸체(102)의 상부에 배치된 가스 분배 조립체(130)를 포함한다. 이러한 챔버 몸체(102)는 펌핑 플레이트(162), 라이너(167), 슬릿 밸브(108), 및 내부에 배치된 기판 지지부(12)를 포함한다. 슬릿 밸브(108)는 챔버 몸체(102)의 측벽(104) 내부에 형성되며, 가스 분배 조립체(130)와 챔버 몸체(102) 사이에 형성된 유체-밀봉식 시일(fluid-tight seal)을 손상시키지 않고 챔버 몸체(102)의 내부를 향해 그리고 내부로부터 멀어지게 피가공재(도시 안됨)를 이송시킬 수 있다. 예컨대 로봇 웨이퍼 이송 조립체와 같은 임의의 종래의 피가공재 이송 조립체(도시 안됨)가 사용가능하다. 발명의 명칭이 "멀티-챔버 일체형 프로세스 시스템(multi-chamber integrated process system)"이며 여기에 참조로서 병합되어 있는 통상적으로 양도된 US 특허 제 4,951,601호에 종래의 로봇 웨이퍼 이송 조립체의 일례가 개시되어 있다.
기판 지지부(112)는 리프트 모터(114)에 장착되어, 기판 지지부(112)와 그 위에 배치된 기판(110)을 상승 및 하강시킨다. 기판 지지부(112)는 프로세싱 동안 기판 지지부(112)에 기판(110)을 고정시키기 위한 진공 척(vacuum chuck), 정전 척(electrostatic chuck) 또는 클램프 링(도시 안됨)을 더 포함한다. 이러한 기판 지지부(112)는 저항 히터(resistive heater)와 같은 매설된 가열 요소(152)를 사용하여 가열될 수 있거나, 또는 기판 지지부(112) 위에 배치된 가열 램프(도시 안됨)와 같은 복사열을 사용하여 가열될 수 있다. 기판 지지부(112)상에는 세정링(purge ring; 122)이 배치되어 세정 채널(124)이 형성되는데, 이 세정 채널(124)에는 기판(110)의 주변 부분 위에의 증착을 방지하도록 세정 가스가 제공된다.
라이너(167)는 지지 받침대(support pedestal; 112) 둘레에 배치되며, 챔버 몸체(102)의 내부 수직면을 둘러싼다. 이러한 라이너(167)는 알루미늄과 같이 전술한 임의의 프로세스 친화성 물질로 제조되며, 바람직하게로는 챔버 몸체(102)와 동일한 물질로 제조된다. 이러한 라이너(167) 내부에는 세정 채널(168)이 형성되는데, 이러한 세정 채널(168)은 챔버 몸체(102)의 측벽을 통해 연장되는 펌핑 포트(117)와 유체 연통된다. 펌핑 포트(117)에 인접한 챔버 몸체(102)에는 펌프 시스템(118)이 연결가능하며, 이러한 펌프 시스템(118)은 챔버 몸체(102) 내부로 유체의 유동을 인도하는 것을 돕는다.
펌핑 플레이트(162)는 세정 채널(168)의 상부면을 형성하며, 챔버 몸체(102)와 펌핑 포트(117) 사이에서의 유체의 유동을 조절한다. 이러한 펌핑 플레이트(162)는 다수의 어퍼쳐(162A)가 관통해서 형성된 환형 부재이다. 이러한 펌핑 플레이트(162) 내에 형성된 어퍼쳐(162A)의 직경, 개수 및 위치는 챔버 몸체(102)에서 유출되어 기판(110)과 접촉 상태인 가스들을 포함하는 가스들의 유동을 제한한다. 이러한 어퍼쳐(162A)는 피가공재상에 일관되고 균일한 증착을 제공한다.
세정 채널(168)의 체적이 챔버 몸체(102)의 주변 둘레에서 일관되지 않기 때문에, 어퍼쳐(162A)의 직경, 개수 및 위치는 펌핑 플레이트(162) 주위에 전략적으로 배열된다. 예컨대, 세정 채널(168)은 슬릿 밸브(108) 둘레에서 보다 작은 단면적을 가져서, 챔버 몸체(102)의 안팎으로 피가공재의 이송을 수용한다. 따라서, 어퍼쳐(162A)의 크기, 배향, 개수를 보다 명확하게 구성하고 설계해야만, 피가공재의 표면 및 주변 주위에서 균일한 유체 유동을 달성한다.
챔버 몸체(102)의 펌핑 포트(117)에는 펌프 시스템(118)이 연결되는데, 이러한 펌프 시스템(118)은 챔버 몸체(102) 내부에 유체의 유동을 인도하는 것을 돕는다. 이러한 펌프 시스템(118)은 챔버 몸체(102)로부터 가스들을 배기시키고, 프로세싱 시스템(100) 내부에 원하는 압력 또는 원하는 압력 범위를 유지시킨다. 세정 채널(168)은 도관(166)과 스로틀 밸브(118A)를 통해 펌프 시스템(118)에 연결되어 있다. 이들 세정 채널(168), 스로틀 밸브(118a) 및 펌프 시스템(118)은 프로세싱 시스템(100) 안으로 가스 유동을 제어하기 위해 함께 작용한다.
프로세싱 시스템(100)은 원격 플라즈마 소스(remote plasma source)(도시 안됨)를 더 포함할 수 있어서, 프로세싱 시스템(100)의 내부면 상에 형성된 오염물질 또는 입자들을 세정시킨다. 수소, 질소, 산소함유 화합물, 불소함유 화합물, 및 이들의 혼합물과 같은 프로세스 가스에 전기장을 인가함으로써, 예컨대 원격 플라즈마 소스 내부에 활성종(reactive species)의 플라즈마가 발생될 수 있다. 통상, 전기장은 RF 또는 마이크로웨이브 전력원(도시 안됨)에 의해 발생된다. 이후, 이러한 활성종은 프로세싱 시스템(100) 안으로 도입되어, 원치 않는 입자들을 반응적으로 세정하거나 제거시킨다.
또한, 프로세싱 시스템(100)은 어플라이드 머티어리얼스,인코포레이티드(Applied Materials, Inc.)에서 구매가능한 EnduraTM플랫폼과 같은 일체형 프로세싱 플랫폼 내에 일체화될 수 있다. EnduraTM플랫폼의 상세한 설명은 발명의 명칭이 "일체형 모듈라 프로세싱 플랫포옴(Integrated Modular Processing Platform)"이며 여기에 참조로서 병합되어 있는 통상적으로 양도된 US 특허출원 제 09/451,628호(1999년 11월30일 출원)에 개시되어 있다.
도 1을 다시 참조하면, 가스 분배 조립체(130)는 챔버 리드(chamber lid; 132)상에 배치된 열적 플레이트(180) 및 헤드 조립체(131)를 포함하며, 이들 각각에는 확장 도관(134)의 적어도 일부분이 관통하여 형성되어 있다. 챔버 리드(132)의 하부면(160)은 점진적인, 테이퍼 사면(gradual tapering slope)/리세스(recess)를 포함하며, 이러한 사면/리세스는 하부면(160)의 중앙 부분에서부터 확장 도관(134)과 인접하여 하부면(160)의 둘레 부분까지 연장된다. 하부면(160) 상에 형성된 리세스는 아래에 배치된 기판(110)을 거의 덮을 수 있는 크기와 형상을 가진다. 표면이 보다 균일한 속도를 제공하도록 기판(110)의 표면을 가로질러 보다 균일한 농도의 가스를 제공하기 때문에, 테이퍼형의 하부면(160)은 기판(110)의 표면을 가로질러 가스의 보다 균일한 증착을 제공할 것이다.
도 2는 가스 분배 조립체(130)의 부분 확대 단면도이다. 확장 도관(134)은 상부(237)에서부터 하부(235)까지 점차 증가하는 내경(134A)을 가진다. 이러한 확장 도관(134)은 곧은 테이퍼 면, 오목면, 볼록면, 또는 이들의 조합체와 같은 하나 이상의 테이퍼 내부면을 포함할 수 있다. 확장 도관(134)은 예컨대, 제 1 테이퍼부분과 제 2 비-테이퍼 부분과 같이, 하나 이상의 테이퍼 내부면의 섹션들을 포함할 수도 있다. 일 양상에 있어서, 확장 도관(134)의 내경(134A)은 상부(237)에서부터 하부(235)까지 점차 증가하는 곧은 테이퍼 면이다. 확장 도관(234)의 하부(235)는 챔버 리드(132)의 하부면(160)과 인접해 있으며 하부 에지(238)에서 모서리가 깎여있거나/매끄러워서, 가스 유동의 스태그네이션(stagnation)을 최소화한다. 일 양상에 있어서, 내부면(134A)은 상부(237)에서 약 0.2인치 내지 0.1인치이며, 하부(235)에서 약 0.5인치 내지 약 3.0인치이다. 이들 크기는 단지 설명을 위해 제공된 것이며, 약 500sccm 내지 약 3000sccm의 총 가스 유동을 수용하는 것으로 알려져 있다. 물론, 이러한 특정화된 크기는 통과하는 임의의 가스 유동을 수용하도록 변경될 수 있다.
가스 분배 조립체(130)는 헤드 조립체(131) 상에 배열된 하나 이상의 제 2 가스 분배 보조-조립체(500) 및 하나 이상의 제 1 가스 분배 보조-조립체(200)를 더 포함한다. 이들 2개의 가스 분배 보조-조립체(200, 500)는 확장 도관(134)과 유체 연통 상태이다. 제 1 가스 분배 시스템(200)은 2 이상의 고속 작동 밸브(2개의 밸브(140A, 140B)가 도시되어 있음)를 포함하여, 이들 각각의 공급원(도시 안됨)으로부터 확장 도관(134) 안으로 가스들의 유동을 조절한다. 제 2 가스 분배 시스템(500)은 확장 도관(134)의 하부(235)에 근접하여 배치되며, 도 5를 참조하여 아래에서 보다 상세히 설명될 것이다.
제 1 가스 분배 시스템(200)을 보다 상세히 살펴보면, 각각의 밸브(140A, 140B)는 2이상의 포트를 구비하며, 증착 모드에 따라, 확장 도관(134)으로의 동시적인 가스 유동 및/또는 분리/변경 가스 유동을 제공하도록 되어 있다. 일 양상에서, 밸브(140A, 140B)는 개별의 반응 가스 공급원(도시 안됨) 및 공통 세정 가스 공급원(도시 안됨)과 각각 연결된 3방향 밸브이다. 소정의 경우에, 하나 이상의 반응 가스를 전달하기 위해 캐리어 가스가 요구될 수도 있다. 이것이 발생할 때, 캐리어 가스 및 세정 가스 양쪽 모두로서 동일한 가스가 사용될 수도 있다. 적합한 세정/캐리어 가스는 수소, 질소, 헬륨, 아르곤 및 이들의 화합물을 포함한다.
밸브(140A, 140B)는 하나 이상의 화합물의 단펄스(short pulse)를 정밀하게 그리고 반복적으로 챔버 몸체(102) 안으로 전달한다. 밸브(140A, 140B)는, 원하는 유입 속도로 원하는 전구체를 신뢰성있게, 반복적으로 그리고 정밀하게 계측할 수 있는 임의의 유형의 밸브일 수 있다. 밸브(140A, 140B)의 온/오프 사이클 또는 펄스는 약 100msec미만이다. 일부 경우에 있어서, 투입은 1-2msec만큼 빠르다. 일례로서, 밸브(140A, 140B)는 부품 번호 FR-21-6.35 UGF-APD로서 일본의 후지킨(Fujikin)에서 구매가능한 것들과 같은, 전자 제어식(EC) 밸브일 수도 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 각각의 밸브(140A, 140B)는 분배 도관(250A, 250B)을 통해 확장 도관(134)과 유체 연통 상태이다. 이러한 분배 도관(250A, 250B)이 밸브(140A, 140B)의 부재로서 기계가공될 수 있거나, 분배 도관(250A, 250B)이 별도의 부재로서 제조되고 밸브(140A, 140B)에 조립될 수도 있다. 분배 도관(250A, 250B)의 길이는 확장 도관(134)에 가까이 근접해서 밸브(140A, 140B)를 위치시키도록 최소화되며, 밸브(140A, 140B)와 확장 도관(134) 사이의 불필요한 부피를 감소시킨다. 이러한 근접성은 증착하는 동안 보다 양호한 제어 및 작동가능성을 제공한다.
도 3은 도 2의 3-3선에 따른 가스 분배 조립체(130)의 상부 횡단면도이다. 분배 도관(250A, 250B)은 확장 도관(134)에 대해 접선방향으로 위치된다. 사용하는 동안, 분배 도관(250A, 250B)을 통해 흐르는 가스는 화살표(310A, 310B)로 도시된 바와 같이 초기에 원 방향으로 흐른다. 접선방향으로 가스를 제공하면, 확장 도관(134)을 통해 원형의 층류(laminar flow)가 발생되고, 기판 표면(110)을 가로질러 개선된 유동 분포와 확장 도관(134)의 내부면의 개선된 세정을 야기시킨다. 비교해 보면, 확장 도관(134) 내부에 난류(turbulent flow)가 균일하지 않게 유동하며, 확장 도관(134) 내부에 가스 유동이 없는 영역을 생성시킬 수 있다.
도 4는 가스 분배 조립체(130)를 통과하는 예시적인 유동 형태(regime)를 개략적으로 도시한 도면이다. 도시한 바와 같이, 분배 도관(250A, 250B)은 확장 도관(134)의 종축선(290)에 대해 관계(+β, -β)로 위치된다. 각각의 분배 도관(250A, 250B)은 종축선(290)에 대해 법선 방향(여기서, +β, -β=90˚)에 위치되거나, 종축선(290)에 대해 경사지게(여기서는, 0˚< +β<90˚또는 0˚< -β< 90˚) 위치된다. 관계(+β, -β)에 무관하게, 분배 도관(250A, 250B)을 통해 확장 도관(134)의 내벽(134A) 안으로 가스가 흐른다. 확장 도관(134)의 내벽과의 접촉부는 가스의 속도를 감속시키고, 기판(110)의 표면상에 이전에 흡착/흡수된 반응물을 날려버릴 가능성을 감소시킨다. 확장 도관(134) 안으로 유입되기 전에 가스 유동의 속도를 보다 감소시키기 위해 분배 도관(250A, 250B)의 내경을 감소시킬 수도 있다.
분배 도관(134)을 통과하는 정확한 유동 패턴이 알려지지는 않았지만, 가스가 확장 도관(134)을 통해 이동함에 따라, 초기의 원형, 층류(310A, 301B)(도 3에 도시됨)는 라미나 "보르텍스" 유동(와류; laminar vortex flow) 또는 라미나 "스파이럴" 유동(나선형 유동; laminar spiral flow) 패턴(화살표 402A, 402B로 도시됨)으로 발전되는 것으로 보인다. 분배 도관(250A, 250B)과 기판(110) 사이의 거리(410)는 거의 수직인 유동 경로가 생성될 정도로 "보르텍스" 유동(402A, 402B)의 속도가 감소되도록 구성된다. "보르텍스" 유동(402A, 402B)은 가스의 양질의 혼합을 제공하며, 필요하다면, 확장 도관(134)의 내부면의 효과적인 세정 또는 소제(sweep)를 제공하는 반면, 거의 수직인 유동은 기판 표면(110) 상에 보다 양호한 증착을 가능하게 한다. 일 양상에서, 확장 도관(134)은 통과하는 가스의 층류를 발생시키고 발달시키는 것을 돕기 위해 미러 폴리싱(mirror polishing)된다.
분배 도관(250A, 250B)을 통해 확장 도관(134) 안으로 전달되는 가스의 갑작스런 단열 팽창으로 인해, 온도가 하강해서 입자들의 형성 및 가스의 응축을 야기시킨다. 이론에 속박되고 싶지는 않지만, 점진적으로 증가하는 확장 도관(134)의 내경(134A) 및 분배 도관(250A, 250B)의 배향은 확장 도관(134)을 통과하는 가스의 단열 팽창을 줄이게 할 수 있다고 생각된다. 따라서, 가스 온도는 보다 용이하게 제어되며, 챔버 리드(132) 상에서의 가스 분해, 증착 및 응축을 방지한다.
가스 온도는 챔버 리드(132)의 온도를 제어함으로써 제어된다. 챔버 리드(132)는 통과되어 전달되는 화합물과 특정한 증착 프로세스에 따라 좌우되는 냉각 요소 및/또는 가열 요소(도시 안됨)를 포함한다. 일 양상에서, 챔버리드(132) 내에는 하나 이상의 물 채널들이 형성될 수 있다. 다른 양상에 있어서, 챔버 리드(132)의 부품들을 가열 요소가 둘러싸거나, 가열 요소가 매설될 수도 있다. 또 다른 양상에 있어서, 챔버 리드(132)는 가열 및 냉각 채널 또는 요소 모두를 포함하여, 챔버 리드(132)의 여러 부분들을 가열 및/또는 냉각시킨다. 예컨대, 확장 도관(134)과 가까운 챔버 리드(132)의 중앙 부분은 가열되지만, 챔버 리드(132)의 주변 부분은 냉각될 수 있다.
도 5a는 제 2 가스 분배 보조-조립체(500)의 확대 수직 횡단면도이다. 제 2 가스 분배 보조-조립체(500)는 혼합 채널(520)이 관통 형성된 방사상 믹서(510)를 포함한다. 혼합 채널(520)은 환형이고 확장 도관(134)과 동심으로 형성된다. 혼합 채널(520)의 부피는 작동 온도, 압력, 및 증착 중에 사용된 가스의 유동 속도 뿐만 아니라, 사용된 전구체 가스, 챔버 몸체(102)의 크기, 처리되는 기판(110)의 크기, 확장(expanding) 도관(134)의 부피 및 치수와 같은 많은 인자에 의존한다.
방사상 믹서(510)는 확장 도관(134)과 환형 혼합 채널(520) 사이에 위치된 내벽(515)을 갖는다. 노즐과 같은 하나 이상의 통로(530)가 혼합 채널(520)과 확장 도관(134) 사이의 유체 연통을 허용하기 위해 내벽(515)을 통해 형성된다. 노즐(530)은 방사상으로 배치되고 확장 도관(134)의 외주부를 따라 실질적으로 균일하게 분포된다. 노즐(530)은 확장 도관(134)에 실질적으로 수직하게 배치될 수도 있다. 선택적으로, 노즐(530)은 약 -60°내지 약 +60°범위와 같이, 법선에 대해 소정의 각도로 배치될 수도 있다. 일 측면에서, 노즐(530)의 수는 12개이지만, 다른 수, 형태 및/또는 분포의 노즐(530)이 또한 이용될 수도 있다.
적어도 하나의 가스 유입구(두 개의 유입구가 도 5a에서 525, 526으로 도시됨)는 방사상 믹서(510)의 외측으로부터 혼합 채널(520)과 연통된다. 일반적으로, 가스 유입구(525, 526)는 반응물 가스, 전구체 가스, 캐리어 가스, 세정 가스, 및 소정의 조합물의 하나 이상의 공급원(도시 않음)과 유체 연통한다. 가스 유입구(525, 526)는 하나 이상의 프로세싱 가스를 그들 각각의 공급원(도시 않음)으로부터 환형 혼합 채널(520)로 제공하여 가스가 노즐(530)을 통해 확장 도관(134)으로 유입되기 전에 혼합된다.
유입구(525, 526)는 노즐(530) 중 어느 하나와 직접 정렬되지 않도록 배향되어 있다. 예를 들어, 유입구(525, 526)는 노즐(530)에 대해 오프셋되어 가스 유입구(525, 526) 중 어느 하나로부터 배출되는 가스의 각각의 속도 중 어느 하나가 다른 것의 국부적 압력에 영향을 주지 않는다. 결과적으로, 혼합 채널(520) 내에서 가스의 완전한 혼합이 달성되고, 실질적으로 동일한 유동의 가스가 노즐(530)을 통해 확장 도관(134)으로 유입된다.
도 5b는 또다른 실시예인 제 2 가스 분배 보조-조립체(500)의 확대 수직 횡단면도이다. 제 2 가스 분배 보조-조립체(500)는 내벽(515)의 하부 표면에 형성된 갭 또는 통로(555)를 포함한다. 도 5b에 현재와 같이 도시되지만, 노즐(530) 및 갭(555) 모두가 내벽(515)을 통해 형성됨이 예상된다. 상기 실시예의 일 측면에서 갭(555)의 높이는 내벽(515)의 직경을 가로질러 일정할 수도 있다. 상기 실시예의 또다른 측면에서, 갭(555)의 높이는 챔버(102) 내에 형성된 펌핑 효과를 보상하기 위해 내벽(515) 직경을 가로질러 변할 수도 있다. 예를 들어, 펌핑 포트(117)에가장 근접한 갭(555)의 높이는 유체 유동을 막기 위해 펌핑 포트(117)에 대향하는 갭(555) 높이의 절반이며, 여기서 압력차는 최대이다. 갭(555)의 높이를 변경함으로써, 혼합 채널(520)을 통해 유동하는 가스의 유체 역학은 보다 양호하게 제어될 수 있어서 확장 도관(134) 및 챔버 몸체(102)를 통해 보다 양호한 혼합 또는 보다 양호한 분포를 제공한다.
도 6은 도 5의 선 6-6을 따라 취한 제 2 가스 분배 시스템(500)의 개략적인 수평 횡단면도이다. 노즐(530)은 혼합 채널(520)로부터 확장 도관(134)으로 유동하는 가스에 실질적인 유동 저항을 제공하도록 배열되고 치수가 결정된다. 노즐(530)에 의해 제공된 가스 유동에 대한 실질적인 저항은 실질적으로 동일한 유동 속도가 각각의 노즐(530)을 통해 달성되어, 기판(110)에 완벽하고 균일한 유동 분포를 제공한다.
도 6a는 제 2 가스 분배 시스템(500)의 선택적인 실시예의 개략적인 수평 횡단면도이다. 상기 실시예에서, 복수의 접선방향으로 배치된 노즐(630)은 확장 도관(134)의 내경을 따라 방향성 유동을 제공하기 위해 방사상 믹서(510)의 내벽(515) 내에 형성된다. 노즐은 바람직하게 시계방향 유동 패턴의 가스를 제공하기 위해 동일한 방향으로 기울어져 있다. 방향성 유동은 가스의 혼합을 촉진하고 유동 가스가 확장 도관(134)의 내경(134A)에 이끌리게 하는 소용돌이 효과(swirling effect)를 제공한다.
도 7은 전술된 프로세싱 시스템(100)의 실시예에 적절한 예시적인 절연 플레이트(180)의 등축도이다. 절연 플레이트(180)는 확장 도관(134) 주위에서 헤드 조립체(131)와 챔버 리드(132) 사이에 배치되는 환형 부재이다. 절연 플레이트(180)는 헤드 조립체(131)를 챔버 리드(132)로부터 열적으로 한정하거나 절연시키고, 낮은 열전달계수를 갖는 예를 들어 스테인레스 강과 같은 재료로 바람직하게 제조된다. 즉, 헤드 조립체(131)를 챔버 몸체(102)와 챔버 리드(132)와 같은 프로세싱 시스템(100)의 나머지 부분으로부터 열적으로 절연시키기 위해, 양호한 전도체가 아닌 재료가 양호하다. 이처럼, 보다 양호한 온도 제어와 보다 양호한 전체적인 작동 가능성이 달성된다.
도 7a는 열적 플레이트(180)의 일 예의 횡단면도이다. 상기 실시예에서, 리세스(181)는 헤드 조립체(131) 및 리드(132)와 접촉하게 되는 열적 플레이트(180)의 표면적을 최소화하기 위해 열적 플레이트(180)의 상부 및 하부 표면 내부에 형성된다. 표면적의 감소는 또한 부품들 사이의 열전달을 감소시킨다. 결과적으로, 헤드 조립체(131)는 리드(132)의 온도에 의해 상대적으로 영향을 받지 않도록 유지된다. 유사하게, 리드(132)는 헤드 조립체(131)의 온도에 상대적으로 영향을 받지 않도록 유지된다. 결과적으로, 리드(132)의 온도는 보다 작은 열/에너지가 열적 플레이트(180)를 가로질러 전달되기 때문에 용이하게 유지된다.
도 1을 다시 참조하면, 프로세싱 시스템(100)은 프로세싱 조건을 제어하기 위해 프로그램화된 개인용 컴퓨터, 워크 스테이션 컴퓨터 등과 같은 제어기(170)를 더 포함할 수도 있다. 예를 들어, 제어기(170)는 기판 프로세스 과정의 상이한 단계 중에 밸브(140A, 140B)를 통한 다양한 프로세스 가스, 캐리어 가스 및 세정 가스의 유동을 제어하도록 구성될 수도 있다. 제어기(170)는 랜덤 액세스메모리(174) 및 하드 디스크 드라이브(176)와 같은, 메모리와 데이타 통신하는 프로세서(172)를 포함한다. 일반적으로, 제어기(170)는 적어도 펌프 시스템(118), 동력 공급원(114), 및 밸브(140A, 140B)와 연결된다. 게다가, 제어기(170)는 다른 작동 중에서 웨이퍼 전달, 온도 제어, 챔버 배기와 같은 웨이퍼 프로세싱에 이용되는 다른 작동의 자동 제어를 책임지도록 구성될 수도 있으며, 이들 작동의 소정 내용은 본원의 다른 곳에서 설명된다. 예시적인 제어기(170)는 본원에 참조되고, 2001년, 3월 7일에 출원된 "ALD 챔버용 밸브 제어 시스템"이란 명칭의 공동 출원중인 미국 특허 출원 번호 제 09/800,881호에 보다 자세히 설명되어 있는 프로그램 가능한 논리 컴퓨터(PLC)와 같은 챔버/주문형 제어기이다.
프로세싱 시스템(100)은 화학 기상 증착, 주기적인 층 증착(cyclical layer deposition), 원자 층 증착, 디지탈 화학 기상 증착, 및 급속 화학 기상 증착 기술을 수행하도록 작동될 수도 있다. 용어 "주기적인 층 증착", "원자 층 증착", "디지탈 화학 기상 증착", 및 "급속 화학 기상 증착"은 호환적으로 사용되고 가스상 증착 기술을 지칭하며, 이에 의해 둘 이상의 화합물이 기판 표면 상에 박층 재료를 증착시키기 위해 프로세싱 챔버의 반응 영역 내로 순차적으로 유입된다.
여기서 사용되는 "기판 표면"은 필름 프로세싱이 수행되는 기판 표면을 지칭한다. 예를 들어, 기판 표면은 도포 공정에 따라, 실리콘, 실리콘 산화물, 도핑된 실리콘, 게르마늄, 갈륨 아세나이드, 유리, 사파이어, 및 금속, 금속 합금과 같은 소정의 다른 재료, 및 다른 전도체 재료를 포함할 수도 있다. 기판 표면은 이산화실리콘 및 탄소 도핑된 실리콘 산화물과 같은 유전체 재료를 포함할 수도 있다.
용어 "화합물"은 하나 이상의 전구체, 산화제, 환원제, 반응물, 및 촉매, 또는 이들의 조합물을 포함하도록 의도된다. 용어 "화합물"은 또한 둘 이상의 화합물이 프로세싱 시스템 내에 동시에 유입될 때와 같이, 화합물 그룹을 포함하도록 의도된다. 예를 들어, 화합물 그룹은 하나 이상의 촉매와 하나 이상의 전구체를 포함할 수도 있다. 용어 "화합물"은 해리 또는 이온화에 의한 것처럼, 활성화 또는 에너지화 상태에 있는 하나 이상의 전구체, 산화제, 환원제, 반응물, 및 촉매, 또는 이들의 조합물을 포함하도록 의도된다. 매우 다양한 반도체 프로세싱 전구체, 화합물 및 반응물이 사용될 수도 있다. 그 예로는 예를 들어 사염화티탄(TiCl4), 불화텅스텐(WF6), 오염화탄탈(TaCl5), 요오드화티탄(TiI4), 브롬화티탄(TiBr4), 테트라키스(디메틸아미도)티탄(TDMAT), 펜타키스(디메틸 아미도)탄탈(PDMAT), 테트라키스(디에틸아미도)티탄(TDEAT), 텅스텐 헥사카르보닐(W(CO)6), 텅스텐 헥사클로라이드(WCl6), 테트라키스(디에틸아미도)티탄(TDEAT), 펜타키스(에틸 메틸 아미도)탄탈(PEMAT), 펜타키스(디에틸아미도)탄탈(PDEAT), 암모니아(NH3), 히드라진(N2H4), 모노메틸 히드라진(CH3N2H3), 디메틸 히드라진(C2H6N2H2), t-부틸히드라진(C4H9N2H3), 페닐히드라진(C6H5N2H3), 2,2'-아조이소부탄((CH3)6C2N2), 에틸아지드(C2H5N3), 및 질소(N2)를 포함한다.
각각의 화합물은 기판 표면에 부착 및/또는 반응하도록 시간 지연/휴지기에 의해 분리된다. 시간 지연은 이전에 펄스된 화합물의 흡착 또는 반응을 허용하도록 유리하게 조절된다. 시간 지연은 또한 예를 들어 어닐링, 조밀화, 및 질화와 같은 진행되는 하나 이상의 처리 프로세스를 허용하도록 조절될 수도 있다. 일 측면에서, 제 1 화합물 또는 화합물 A는 제 1 시간 지연/휴지기 후에 반응 영역 내로 투입(dose)/펄스된다. 다음 제 2 화합물 또는 화합물 B는 제 2 시간 지연 후에 반응 영역 내로 투입/펄스된다. 예를 들어 티탄 실리콘 질화물과 같은 3원계 재료가 바람직할 때, 제 3 화합물(C)은 제 3 시간 지연 후에 반응 영역 내로 투입/펄스된다. 시간 지연 후에 이러한 순차적인 직렬 펄스의 반응 화합물은 바람직한 필름 또는 필름 두께가 기판 표면 상에 형성될 때까지 무한정 반복될 수도 있다.
본원에서 사용되는 "펄스" 또는 "투입"은 프로세싱 챔버의 반응 영역 내로 간헐적으로 또는 비연속적으로 유입되는 특정 화합물의 양을 지칭한다. 각각의 펄스 내에 특정 화합물의 양은 펄스 기간에 따라 시간에 대해 변할 수도 있다. 특정 화합물은 단일 화합물 또는 둘 이상의 화합물의 혼합물/조합물을 포함할 수도 있다. 그러나, 특정 화합물의 연속 유동이 전술된 것처럼 본 발명에 의해 예상되지만, 이는 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.
"반응 영역"은 처리되는 기판 표면과 유체 연통하는 소정의 부피를 포함하는 것으로 의도된다. 반응 영역은 가스 공급원과 기판 표면 사이에 있는 프로세싱 챔버 내의 소정 부피를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 반응 영역은 기판이 배치되는 투입 밸브의 하류에 있는 소정 부피를 포함한다.
각각의 펄스/투입 기간은 가변적이고 예를 들어 프로세싱 챔버의 부피 성능 뿐만 아니라 이에 결합된 진공 시스템의 성능을 수용하도록 조절될 수도 있다. 추가적으로, 화합물의 투입 시간은 기판 표면 상에 흡착되는 화합물의 성능 뿐만 아니라 화합물의 유동 속도, 화합물의 압력, 화합물의 온도, 투입 밸브의 형태, 이용되는 제어 시스템의 형태에 따라 변할 수도 있다. 투입 시간은 형성되는 층의 형태 및 소자의 구조에 기초하여 변할 수도 있다. 일반적으로, 투입 시간은 실질적으로 기판의 전체 표면 상에 흡착/화학적흡착되어 기판 표면 상에 소정 두께의 화합물 층이 형성되기에 충분한 화합물 부피를 제공하도록 충분히 길어야 한다.
기판 표면이 반응물에 이용될 수 있는 유한 수의 사이트를 갖기 때문에 단지 하나의 단일 층이 소정의 펄스 동안 기판 표면 상에 증착된다는 점에서 기판 표면 상에서 반응물의 단일층을 물리적흡착, 흡착, 또는 화학적흡착하는데 이용되는 표면 인력은 자체 제한적이라고 믿어진다. 유한 수의 사이트가 반응물에 의해 채워지면, 반응물의 또다른 증착은 차단될 것이다. 이러한 사이클은 질화탄탈층이 소정 두께가 될 때까지 반복될 수도 있다.
그러나, 설명의 단순화 및 용이성을 위해, 프로세싱 시스템(100)은 주기적인 층 증착(CLD)에 의한 인-시츄 배리어 층 및 화학 기상 증착(CVD)에 의한 접착 층을 증착하는데 이용될 수 있는 것처럼, 그 작동이 후술된다. 알루미늄, 구리, 티탄, 탄탈, 텅스텐, 이들의 질화물, 이들의 산화물, 및 이들의 조합물과 같은 하나 이상의 금속 함유 필름이 프로세싱 시스템(100) 내에서 증착될 수도 있다. 예를 들어, 배리어 층은 예를 들어 텅스텐, 티탄, 및 탄탈과 같은 하나 이상의 내화성 금속을 포함할 수도 있다. 배리어 층은 또한 예를 들어, 질화텅스텐, 질화티탄, 및 질화탄탈과 같은 하나 이상의 내화성 금속 질화물을 포함할 수도 있다. 배리어 층은예를 들어 티탄 실리콘 질화물 및 탄탈 실리콘 질화물과 같은 3원계 재료를 더 포함할 수도 있다. 유사하게, 접착층은 예를 들어, 알루미늄, 구리, 텅스텐, 이들의 합금, 이들의 질화물, 이들의 산화물, 이들의 합금을 포함할 수도 있다.
CLD 모드에서, 하나 이상의 금속 함유 전구체 및 하나 이상의 환원제가 밸브(140A, 140B)를 통해 확장 도관(134) 내로 순환적으로 유입되고, 캐리어 또는 세정 가스는 노즐(530)을 통해 확장 도관(134) 내로 유동한다. 캐리어 또는 세정 가스는 예를 들어 증착 화합물의 각각의 펄스 사이에서 하나 이상의 펄스와 같이, 연속 유동 또는 하나 이상의 분리 개시된 유동으로서 유입될 수도 있다.
증착 화합물이 있을 때, 연속 또는 펄스이든 간에 많은 상이한 캐리어 또는 세정 가스가 존재함이 인식된다. 즉, 각각의 증착 화합물은 연속 및/또는 펄스이든 간에 자체 캐리어 또는 세정 가스를 이용할 수도 있다. 선택적으로, 연속 및/또는 펄스이든 간에, 단일 캐리어 또는 세정 가스는 요구되는 모든 가스일 수도 있다.
연속 또는 펄스이든 간에, 각각의 캐리어 또는 세정 가스는 단일 가스 또는 둘 이상의 가스의 혼합물/조합물을 포함할 수도 있다. 가스는 웨이퍼 상에서의 증착 목적으로 유입된 화합물과 반응하지 않을 수도 있다. 선택적으로, 가스는 서로 반응하거나 예를 들어, 중간 화합물, 반응성 화합물, 및/또는 비증착 화합물을 형성하기 위해 증착 목적으로 유입된 화합물 중 하나 이상과 반응할 수도 있다. 예시적인 가스로는 아르곤, 헬륨, 질소, 산소, 및 수소를 포함한다.
CVD 모드에서, 하나 이상의 금속 함유 전구체가 노즐(530)을 통해 확장도관(134) 내로 유입되고, 세정 가스는 밸브(140A, 140B)를 통해 확장 도관(134) 내로 유동한다. 적절한 세정 가스로는 예를 들어 수소, 헬륨, 질소, 아르곤, 또는 이들의 조합물을 포함한다. 세정 가스는 역류를 방지하고, 증착 온도를 제어하고, 증착 가스의 혼합을 돕고, 그리고 증착 가스의 분포를 돕기 위해, 전구체 가스 용으로 사용되지 않더라도, 밸브(140A, 140B) 또는 노즐(530)을 통해 확장 도관(134) 내로 유동한다. 역류와 관련하여, 세정 가스는 증착 가스가 보다 낮은 압력으로 되도록 가스 분배 조립체(130) 내에 양압(positive pressure)을 제공하고, 증착 중에 노즐(530)로부터 밸브(140A, 140B)를 고립시키는 차압을 형성시킨다. 본원에서 사용되는 용어 "증착 가스"는 하나 이상의 전구체, 환원제, 반응물, 및 촉매를 포함한다. 각각의 "증착 가스"는 단일 화합물 또는 둘 이상의 화합물의 혼합물/조합물일 수도 있다.
본 발명의 실시예를 보다 더 설명하면, CLD 기술을 이용하여 질화탄탈(TaN)을 증착시키는 예시적인 프로세스가 설명된다. 먼저, 처리되는 기판(110)이 챔버 몸체(102) 내의 기판 지지부(112, support) 상에 위치된다. 그 다음, 아르곤 가스가 프로세싱 시스템(100) 내의 온도와 압력을 안정화시키기 위해 노즐(530)과 밸브(140A, 140B)를 통해 프로세싱 시스템(100) 내로 유동된다. 탄탈 함유 화합물의 하나 이상의 펄스가 교번적으로 질소 함유 화합물의 하나 이상의 펄스와 함께 제 1 밸브(140A)를 통해 확장 도관(134) 내로 유동되고, 제 2 밸브(140B)를 통해 확장 도관(134) 내로 유동된다. 이와 동시에, 예를 들어 아르곤과 같은 세정 가스가 혼합 채널(520)을 통해 확장 도관(134) 내로 유동된다.
제 1 밸브(140A)는 확장 도관(134) 내로 탄탈 함유 화합물의 하나 이상의 펄스를 약 100sccm 내지 약 1,000sccm 범위, 바람직하게 약 100sccm 내지 약 400sccm 범위의 유동 속도로 조절한다. 각각의 펄스는 약 0.5초 이하, 약 0.1초 이하, 또는 약 0.05초 이하의 시간을 갖는다. 제 2 밸브(140b)는 확장 도관(134) 내로 질소 함유 화합물의 하나 이상의 펄스를 약 0.5초 이하, 약 0.1초 이하, 또는 약 0.05초 이하의 펄스 시간 동안 약 100sccm 내지 약 1,000sccm 범위, 바람직하게 약 200sccm 내지 약 600sccm 범위의 유동 속도로 조절한다. 탄탈 함유 화합물과 질소 함유 화합물 사이의 시간은 약 0.5초 이하, 약 0.1초 이하, 또는 약 0.07초 이하일 수도 있다. 이러한 프로세스는 사이클당 약 0.5Å 내지 약 1.0Å 범위의 두께를 갖는 질화탄탈층을 형성한다. 1,000Å 이하, 바람직하게 약 20Å 이하, 보다 바람직하게 약 10Å과 같은 소정의 두께가 달성될 때까지, 상기 교번적인 과정이 반복된다.
탄탈 함유 화합물과 질소 함유 화합물은 확장 도관(134)의 내측 표면을 가로지르는 소용돌이 작용과 유사한 보르텍스(vortex) 유동 패턴(402)으로 확장 도관(134)을 통해 유동한다. 보르텍스 유동 패턴(402)은 기판(110) 표면을 향해 하류 유동(404)으로 분산된다. 가스는 그 후 챔버 리드(132)의 바닥 표면(160)과 기판(110)의 표면을 가로질러 유동한다. 아래로 경사진 챔버 리드(132)의 바닥 표면(160)은 기판(110) 표면을 가로지르는 가스 유동의 속도 변화 감소를 돕는다. 마지막으로, 가스는 챔버 몸체(102)로부터 펌핑 플레이트(162) 내에 형성된 어퍼쳐(162A)를 통해 펌핑 시스템(118) 내로 유동한다.
아르곤 세정 가스는 제 2 가스 분배 보조-조립체(500)로부터 약 100sccm 내지 약 1000sccm 범위, 바람직하게 약 100sccm 내지 약 400sccm 범위의 유동 속도로 유입된다. 아르곤 세정 가스는 확장 도관(124)의 내측 표면을 따라 유동하여 그 위에서의 응축 또는 증착을 방지한다. 세정 가스는 또한 증착 가스를 확장 도관(134) 및 챔버 리드(132)의 벽 온도로부터 차폐 또는 고립시켜, 증착 조건을 보다 잘 제어한다. 확장 도관(134) 및 챔버 리드(132)의 벽으로부터 증착 가스의 고립은 벽이 높은 온도에 있을 경우 전구체 가스의 분해 방지를 돕는다. 또한, 세정 가스는 확장 도관(134)을 통과하는 탄탈 함유 화합물과 질소 함유 화합물의 혼합을 돕는다. 또한, 세정 가스는 혼합 채널(520) 내에서 증착 가스의 역류를 방지한다.
소정의 탄탈 함유 화합물과 질소 함유 화합물이 상기 실시예에 따른 배리어 층을 형성하는데 사용될 수도 있다. 예를 들어, 탄탈 함유 화합물의 예로는; t-부틸이미노 트리스(디에틸아미노)탄탈(TBTDET); 펜타키스(에틸메틸아미노)탄탈(PEMAT); 펜타키스(디메틸아미노)탄탈(PDMAT); 펜타키스(디에틸아미노)탄탈(PDEAT); t-부틸이미노 트리스(디에틸 메틸아미노)탄탈(TBTMET); t-부틸이미노 트리스(디에틸 아미노)탄탈(TBTDMT); 비스(시클로펜타디에닐)탄탈 트리하이드라이드((Cp)2TaH3); 비스(메틸시클로펜타디에닐)탄탈 트리하이드라이드((CpMe)2TaH3); 이들의 유도체; 및 이들의 조합물을 포함한다. 추가적으로, 질소 함유 화합물의 예로는 암모니아; 히드라진; 메틸히드라진; 디메틸히드라진; t-부틸히드라진; 페닐히드라진; 아조이소부탄; 에틸아지드; 이들의 유도체; 및 이들의 조합물을 포함한다.
이들 화합물 또는 명시되지 않은 소정의 다른 적절한 화합물이 상온에서 고체, 액체, 또는 가스일 수도 있음이 이해된다. 예를 들어, PDMAT는 상온에서 고체이고 TBTDET는 상온에서 액체이다. 따라서, 비기상 전구체는 처리 챔버 내측으로의 도입 이전에 본 기술분야에서 이미 공지된, 승화 또는 증발 단계가 수행된다. 아르곤, 헬륨, 질소, 수소 또는 이들의 혼합물과 같은 캐리어 가스도 본 기술분야에 일반적으로 공지된 바와 같이, 화합물을 처리 챔버 내측으로 분배하는 것을 돕는데 사용될 수 있다.
펜타디메틸-아미노 탄탈(PDMAT)의 교번/순차 펄스에 의한 주기적인 증착공정을 사용하여 TaN 배리어 층을 200㎜ 웨이퍼 상에 형성하는 예시적인 공정에 대해 이후에 설명한다. PDMAT는 다수의 이유로 바람직한 탄탈 함유 화합물이다. PDMAT는 상당히 안정하고, 전달을 용이하게 하는 증기압을 갖는다. PDMAT는 100ppm 이하와 같은 낮은 할로겐화물 함량을 갖고 제조될 수도 있고, 30ppm 또는 심지어 5ppm 이하의 할로겐화물 함량을 갖고 제조될 수도 있다.
TaN 층을 증착하기 위해, 아르곤과 같은 불활성/세정 가스는 챔버 몸체(102) 내의 압력 및 온도를 안정화하기 위해 우선 밸브(140A, 140B) 및 노즐(530)을 통해 확장 도관(134) 내로 유동된다. 아르곤 가스는 증착 프로세스 동안 밸브(140A, 140B)를 통해 연속적으로 유동하여 단지 아르곤이 PDMAT 및 암모니아 사이로 유동한다. 유사하게, 아르곤은 증착 프로세스 동안 노즐(530)을 통해 연속적으로 유동한다.
챔버 압력 및 온도가 약 1토르 내지 약 5토르 및 약 200℃ 내지 약 300℃ 범위에서 안정화된 후에, PDMAT의 제 1 펄스가 약 100sccm 내지 약 400sccm 범위의 유동 속도에서 제 1 밸브(140A)를 통해 확장 도관(134)에 제공되고, 펄스 시간은 약 0.6초 이하이다. 암모니아 펄스는 그 후 약 200sccm 내지 약 600sccm 범위의 유동 속도로 제 2 밸브(140B)를 통해 확장 도관(134)에 제공되고 펄스 시간은 약 0.6초 이하이다.
PDMAT와 암모니아의 펄스 사이의 휴지기는 약 1.0초 이하, 약 0.5초 이하, 또는 약 0.1초 이하이다. 암모니아 펄스 후의 휴지기는 약 1.0초 이하, 약 0.5초 이하, 또는 약 0.1초 이하이다. 아르곤 가스는 각각의 밸브(140A, 140B)를 통해 약 100sccm 내지 약 400sccm 범위와 같이, 약 100sccm 내지 약 1000sccm 범위로 유동한다. 일 측면에서, PDMAT 펄스의 적어도 일부분은 암모니아 펄스의 적어도 일부분이 유입될 때 반응 영역 내에 여전히 존재하여 소정의 공동 반응 또는 기상 공동 반응이 발생한다. 또다른 측면에서, 세정 가스 및/또는 펌프 배기 기간은 PDMAT 및 암모니아 펄스가 반응 영역에서 서로 혼합되는 것을 방지하도록 설정된다.
기판 온도는 약 1.0 Torr 및 약 5.0 Torr 사이의 챔버 압력에서 약 100℃와 약 300℃ 사이로 유지된다. PDMAT의 펄스, 휴지기, 암모니아의 펄스, 및 휴지기로 이루어지는 각각의 사이클은 사이클당 약 0.3Å과 약 1.0Å 사이의 두께를 가지는 탄탈 질화물 층을 제공한다. 약 10Å과 같이 약 20Å 보다 작은 소정의 두께가 달성될 때까지 교번적인 과정이 반복된다. 따라서, 증착 방법은 10 내지 70 사이클 사이를 요구하며 더욱 통상적으로는 20 내지 30 사이클 사이를 요구한다.
접착 층을 증착하기 위해 CVD 모드를 참조하면, 세정 가스는 밸브(1450A, 140B)를 관통하여 유동하는 반면, 증착 가스는 노즐(530)을 통하여 확장 도관(134)으로 관통하여 유동한다. 접착 층은 본 기술분야에 공지되거나 아직 발견되지 않은 어떠한 타입의 재료를 포함할 수 있다. 그러나, 설명의 명료성과 용이성을 위해, 본 발명은 알루미늄을 함유하는 접착 층을 증착하는 것을 참조하여 설명된다.
유용한 알루미늄 함유 전구체는 예를 들면 디메틸 알루미늄 하이드라이드(DMAH) 및 트리메틸알루미늄(TMA)을 포함한다. 접착 층은 다양한 조건 하에서 증착될 수 있지만, 통상적인 프로세스는 약 1 Torr 내지 약 80 Torr의 압력에서 약 150℃와 약 300℃ 사이의 웨이퍼 온도를 포함한다. 증착 속도는 통상적으로 약 20Å/sec 내지 약 150Å/sec 이다.
하나의 양태에서, DMAH는 약 100 sccm과 약 2,000 sccm 사이의 속도로 제 1 가스 유입구(525)를 통하여 혼합 채널(520)로 유입되는 반면, 예를 들면 수소와 같은 환원 가스는 약 100 sccm과 약 2,000 sccm 사이의 속도로 제 2 가스 유입구(526)를 관통하여 혼합 채널(520)로 유동한다. 두 개의 증착 가스가 노즐(530)을 통하여 확장 도관(134)으로 균등하게 유동하기 전에 두 개의 증착 가스가 혼합 채널(520)내에서 혼합된다.
CVD 모드 동안, 예를 들면 아르곤과 같은 세정 가스가 밸브(140A, 140B)를 통하여 확장 도관(134)으로 유동하여 혼합을 증진시키고 기판 표면(110)을 가로질러 DMAH와 수소 가스로 더 향상된 분배를 제공한다. 세정 가스는 또한 밸브(140A, 140B)로의 증착 가스(DMAH 및 수소)의 역류를 방지한다. 하나의 양태에서, 밸브(140A, 140B)는 파형 효과(wave-like effect)를 발생시키기 위해 확장 도관(134)으로 아르곤 가스를 진동시킬 수 있다. 파형 효과는 증착 가스를 진동시켜 더 향상된 혼합을 제공한다. 또 다른 실시예에서, 밸브(140A, 140B)는 확장 도관(134)으로 아르곤의 연속 유동을 전달하기 위해 "온(on)"이 될 수 있다.
도 8a 내지 도 8d는 상이한 제조 단계에서 전형적인 상호 접점 구조물(800)을 개략적으로 나타내며 여기서 설명되는 실시예에 따른 전형적인 제조 프로세스를 설명하기 위해 제시된다. 도 8a는 하부 금속 층(810)을 보여주며 이 하부 금속 층에는 유전체 층(812)이 형성된다. 하부 금속 층(810)은 예를 들면 알루미늄, 구리, 텅스텐 또는 이들의 조합물과 같은 어떠한 전도성 금속을 포함할 수 있으며 플러그, 비어(via), 콘택, 라인, 와이어와 같은 상호 접점 미세구조물의 부분을 형성할 수 있으며, 또한 금속 게이트 전극의 부분일 수 있다. 도 8b는 하부 금속 층(810)에 적어도 부분적으로 증착되는 배리어 층(830)을 보여준다. 도 8c는 배리어 층(830)에 적어도 부분적으로 증착되는 접착 층(840)을 보여주며 도 8d는 접착 층(840)에 적어도 부분적으로 증착되는 벌크 금속 층(850)을 보여준다.
도 8a를 참조하면, 유전체 층(812)은 현재 공지되어 있거나 아직 발견되지 않은, 낮은 k 유전체 재료(k≤4.0)를 포함하는 유전체 재료일 수 있다. 유전체 층(812)은 예를 들면 실리콘 산화물 또는 탄소가 도핑된 실리콘 산화물일 수 있다. 유전체 층(812)은 종래의 매우 공지된 기술을 이용하여 유전체 층에미세구조물(814)을 형성하기 위해 에칭된다. 미세구조물(814)은 플러그, 비어, 콘택트, 라인, 와이어, 또는 어떠한 다른 상호 접점 소자일 수 있다. 통상적으로, 미세구조물(814)은 수직 측벽(816) 및 바닥(818)을 가지며 이는 약 6 : 1과 같이 약 4 : 1 또는 그 이상의 종횡비를 갖는다. 바닥(818)은 하부 레벨 금속 상호 접점부(810)의 적어도 일 부분을 노출한다.
도 8b를 참조하면, 배리어 층(830)은 CLD 기술을 이용하여 미세구조물(814)의 측벽(816) 뿐만 아니라 바닥(818)에 동일한 형상으로 증착된다. 바람직하게는, 배리어 층(830)은 탄탈 질화물을 포함하며 프로세싱 시스템(100)내에 전술한 바와 같이 증착된다.
배리어 층(830)을 증착하기 전에, 패턴화 또는 에칭된 기판 유전체 층(812)은 표면으로부터 자연산화물 또는 다른 오염물을 제거하도록 세정될 수 있다. 예를 들면, 반응 가스가 캘리포니아, 산타 클라라에 소재한 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드로부터 입수가능한 반응 예비세정 챔버와 같은 원격 플라즈마 공급원 챔버내에서 플라즈마로 여기된다. 예비 세정은 또한 원격 플라즈마 공급원을 연결함으로써 금속 CVD 또는 PVD내에서 수행될 수 있다. 이와 달리, 가스 분배 시스템을 가지는 금속 증착 챔버는 기판 위에 위치된 가스 분배 샤워헤드와 같은 현존하는 가스 유입구를 통하여 예비 세정 가스 플라즈마를 전달하도록 변형될 수 있다.
하나의 양태에서, 반응 예비 세정 프로세스는 아르곤, 헬륨, 수소, 질소, 불소를 포함하는 혼합물과 같은 하나 이상의 가스 플라즈마로부터 라디칼을 형성한다. 예를 들면, 가스는 테트라플루오르카본(CF4) 및 산소(O2)의 혼합물 또는 헬륨(He) 및 트리플루오르화 질소(NF3)의 혼합물을 포함할 수 있다. 더욱 바람직하게는, 가스는 헬륨과 트리플루오르화 질소의 혼합물이다.
아르곤 플라즈마에 이어, 챔버 압력은 약 140 mTorr로 증가되고 필수적으로 수소와 헬륨으로 이루어지는 프로세싱 가스는 프로세싱 영역으로 도입된다. 바람직하게는, 프로세싱 가스는 약 5 % 수소 및 약 95 % 헬륨을 포함한다. 수소 플라즈마는 약 50 watts와 약 500 watts 전력 사이로 인가됨으로써 발생된다. 수소 플라즈마는 약 10 초 내지 약 30 초 동안 유지된다.
접착 층(840)은 전술된 실시예에 따라 증착된 알루미늄을 포함할 수 있다. 접착 층(840)은 전술된 실시예에 따라 증착된 알루미늄을 포함할 수도 있다. 접착 층(840)이 증착된 후, 기판(800)이 도 8d에 도시된 금속 층(850)을 증착함으로써 금속화를 완료하도록 개별적인 프로세싱 챔버로 전달된다.
이와 달리, 금속 층(850)이 CLD 또는 CVD 기술을 이용하여 증착되어지는 경우 금속 층(850)은 기판(800)을 전달하기 위한 요구 없이 프로세싱 시스템(100)내에 증착될 수 있다. 매우 종종, 금속 층(850)은 구리이며 PVD, 도금, 무전해 기술을 이용하여 증착된다. 바람직하게는, 구리 층(850)은 캘리포니아, 산타 클라라의 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드로부터 입수 가능한 일렉트라 구리 이씨피 시스템(Electra Cu ECP system)과 같은 전기도금 셀내에서 형성된다. 일렉트라 구리 이씨피 시스템은 또한 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드로부터 입수가능한 엔듀라 플랫포옴(Endura platform)으로 집적된다.
구리 전해질 용액 및 구리 전기 도금 기술은 본 명세서에서 참조문헌으로서 참조되고 제목이 "전기 증착 화학(Electrodeposition Chemistry)"이며 일반적으로 양도된 미국 특허 제 6,113,771호에서 설명된다. 통상적으로, 전기 도금욕은 약 0.7 M 이상의 구리 농도, 약 0.85의 황산동 농도 및 약 1.75의 pH를 가진다. 전기 도금욕은 또한 본 기술분야에서 널리 알려진 다양한 첨가물을 포함할 수 있다. 도금욕의 온도는 약 15℃와 약 25℃ 사이이다. 바이어스는 약 -15 volts 내지 약 15 volts 사이이다. 하나의 양태에서, 약 0.1 volts로부터 약 10 volts 까지의 양의 바이어스 범위를 가지며 음의 바이어스는 약 0.1 내지 약 -10 volts의 범위를 가진다.
선택적으로, 어닐링 처리는 금속층(850) 증착을 다음과 같이 수행할 수 있으며 기판은 약 10 분 내지 약 1 시간 동안, 바람직하게는 약 30 분 동안 약 100 ℃와 약 400 ℃ 사이의 온도로 처리된다. 헬륨, 수소, 질소 또는 이들의 혼합물과 같은 캐리어/세정 가스가 약 100 sccm 내지 약 1,000 sccm의 속도로 유입된다. 챔버 압력은 약 2 Torr 및 약 10 Torr 사이로 유지된다. RF 파워는 약 13.56 MHz의 주파수에서 약 200 W 내지 약 1,000 W이며, 바람직한 기판 간격은 약 300 mils 와 약 800 mils이다.
금속배선화에 이어, 결론적인 구조물의 상부가 평탄화될 수 있다. 화학 기계 폴리싱(CMP) 장치는 예를 들면 캘리포니아 산타 클라라의 어플라이드 머티어리얼스 인코포레이티드로부터 입수가능한 미라TM시스템(MirraTMsystem)과 같은 것이다. 선택적으로, 구조물의 중간면은 전술된 후속 층의 증착 사이가 평탄화될 수 있다.
도 9는 전형적인 다중 챔버 프로세싱 시스템(900)의 개략적인 평면도이며 이는 전술된 제조 순서를 수행하도록 적용될 수 있다. 이 같은 프로세싱 시스템(900)은 캘리포니아 산타 클라라의 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드로부터 입수가능한 엔듀라 시스템일 수 있다. 유사한 다중 챔버 프로세싱 시스템이 본 명세서에서 참조문헌으로 첨부되고 1993년 2월 16일에 허여되며 명칭이 "기판 진공 웨이퍼 프로세싱 시스템 및 방법"인 미국 특허 제 5,186,718호에 설명되어 있다.
시스템(900)은 전체적으로 두 개 이상의 로드 락 챔버(902, 904), 두 개 이상의 전달 챔버(922, 924), 두 개 이상의 전달 로봇(910, 930) 및 다수의 프로세싱 챔버(912, 914, 916, 918, 932, 934, 936, 938)를 포함한다. 로드 락 챔버(902, 904)는 기판을 시스템(900) 내외로 전달한다. 통상적으로, 시스템(900)이 진공하에 있으므로, 로드 락 챔버(902, 904)가 시스템(900)으로 유입된 기판을 "펌프 다운(pump down)"한다.
제 1 로봇(910)은 로드 락 챔버(902, 904) 및 하나 이상의 기판 프로세싱 챔버(912, 914, 916, 918)(4개가 도시됨) 사이로 기판을 전달한다. 각각의 프로세싱 챔버(912, 914, 916, 918)는 전술된 바와 같은 CLD 및 CVD와 같은, 이중 증착 프로세스를 수행할 수 있는 성능을 가진다. 이와 달리, 각각의 프로세싱 챔버(912, 914, 916, 918)는 주기적인 층 증착, 화학 기상 증착(CVD), 물리 기상 증착(PVD), 에칭, 어닐링, 예비 세정, 탈가스, 배향 및 다른 기판 프로세스와 같은 다수의 단일 프로세싱 작업을 수행하도록 공급될 수 있다.
제 1 로봇(910)은 또한 하나 이상의 전달 챔버(922, 924)로/로부터 기판을 전달한다. 전달 챔버(922, 924)는 최고 진공 상태를 유지하기 위해 이용되고 기판이 시스템(900)내로 전달되는 것을 허용한다. 제 2 로봇(930)은 기판을 전달 챔버(922, 924) 및 하나 이상의 프로세싱 챔버(932, 934, 936, 938)의 제 2 세트 사이로 전달할 수 있다.
프로세싱 챔버(912, 914, 916, 918)와 유사하게, 프로세싱 챔버(932, 934, 936, 938)는 전술된 바와 같은 CLD와 CVD와 같은 이중 증착 프로세스를 수행하는 성능을 가진다. 이와 달리, 프로세싱 챔버(932, 934, 936, 938)가 예를 들면, 주기적인 층 증착, 화학 기상 증착(CVD), 물리 기상 증착(PVD), 에칭, 어닐링, 예비 세정, 탈가스, 및 배향과 같은 다양한 단일 프로세싱 작동을 수행하기 위해 제공될 수 있다. 시스템(900)에 의해 수행되어지는 특별한 프로세스를 위해 필요하지 않은 경우 어떠한 기판 프로세싱 챔버(912, 914, 916, 919, 932, 936, 938)가 시스템(900)으로부터 제거될 수 있다.
특별한 배치에서, 프로세싱 챔버(932, 934, 936 및 938)는 CVD 모드에 있는 접착 층을 증착함으로써 후속되는 CLD 모드에 있는 배리어 층을 증착하도록 적용된, 전술된 바와 같은 이중 CLD 및 CVD 프로세싱 시스템이다. 프로세싱 챔버(912및 914)는 물리 기상 증착 챔버, 화학 기상 증착 챔버, 또는 유전체 층을 증착하도록 적용된 주기적인 증착 챔버일 수 있다. 프로세싱 챔버(916 및 918)는 상호 접점 미세구조물을 위한 어퍼쳐 또는 개구로 외장된 챔버를 에칭할 수 있다. 시스템(900)의 이러한 하나의 특별한 배치가 예시적인 목적으로만 제공되고 발명의 범위를 제한하는데는 이용되지 않는다.
전술된 것이 본 발명의 바람직한 실시예에 관한 것이지만 본 발명의 다른 추가적인 실시예가 본 발명의 기본적인 범주로부터 벗어나지 않고 발명될 수 있으며 본 발명의 범위는 다음의 청구범위에 의해 결정된다.
그러므로, 본원 발명에 의해 다중 증착기술을 사용하여 다층 재료를 인-시츄 방식으로 증착시키기 위한 신규한 방법 및 장치를 제공할 수 있다. 따라서, 본 발명에 의해 다수의 처리 챔버들 사이로 기판을 이송할 필요성을 제거하며 공동의 형성 가능성을 감소시킨다.

Claims (20)

  1. 다수의 증착 공정을 수행할 수 있는 장치로서:
    챔버 몸체; 및
    가스 분배 조립체를 포함하며;
    상기 가스 분배 조립체는:
    상기 챔버 몸체와 유체 연통되는 가스 도관;
    상기 가스 도관과 유체 연동되며 둘 이상의 가스를 상기 가스 도관내로 교번적으로 펄스시키는 하나 이상의 고속 작동 밸브를 구비하는 둘 이상의 분리된 가스 유입구; 및
    상기 가스 도관과 유체 연통되며 하나 이상의 화합물의 연속적인 유동을 상기 가스 도관내로 공급하는 혼합 채널을 포함하는 다수의 증착 공정 수행 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 가스 도관의 내경이 점차적으로 증대되는 다수의 증착 공정 수행 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 가스 도관은 절두원추 형상을 가지는 다수의 증착 공정 수행 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 혼합 채널은 그 혼합 채널내에 형성된 하나 이상의 통로를 통해 상기 가스 도관과 유체 연통되는 다수의 증착 공정 수행 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 가스 분배 조립체는 상기 챔버 몸체상에 배치된 리드 플레이트를 더 포함하는 다수의 증착 공정 수행 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 가스 분배 조립체는 상기 리드 플레이트상에 배치된 절연 플레이트를 더 포함하는 다수의 증착 공정 수행 장치.
  7. 다수의 증착 공정을 수행할 수 있는 장치로서:
    챔버 몸체; 및
    가스 분배 조립체를 포함하며;
    상기 가스 분배 조립체는:
    상기 챔버 몸체와 유체 연통되는 가스 도관;
    하나 이상의 고속 작동 밸브를 각각 구비하며, 상기 가스 도관의 제 1 단부와 유체 연통되는 둘 이상의 분리된 유동 경로; 및
    내부에 형성된 하나 이상의 통로를 통해 상기 가스 도관과 유체 연통되며, 상가 가스 도관의 제 2 단부 주위에 배치된 하나 이상의 환형 혼합 채널을 포함하며;
    상기 유동 경로들은 상기 가스 분배 조립체내에 생성된 압력차에 의해 상기혼합 채널과 분리되는 다수의 증착 공정 수행 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 가스 분배 조립체는 상기 챔버 몸체상에 배치된 리드 플레이트를 더 포함하고, 상기 리드 플레이트는 상기 챔버 몸체내에서 가스를 균일하게 분포시키는 것을 돕기 위한 원뿔형의 오목한 하부 표면을 가지는 다수의 증착 공정 수행 장치.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 가스 분배 조립체는 상기 리드 플레이트상에 배치된 열적 플레이트를 포함하는 다수의 증착 공정 수행 장치.
  10. 제 7 항에 있어서, 상기 하나 이상의 통로는 상기 혼합 채널의 내측 벽내에 형성된 다수의 노즐을 포함하는 다수의 증착 공정 수행 장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 노즐들은 상기 가스 도관에 대해 실질적으로 수직으로 배치된 다수의 증착 공정 수행 장치.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 노즐들은 상기 가스 도관에 대해 각도를 이루어 배치되는 다수의 증착 공정 수행 장치.
  13. 제 7 항에 있어서, 상기 하나 이상의 통로는 상기 혼합 채널의 내측벽내에배치된 갭을 포함하는 다수의 증착 공정 수행 장치.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 갭은 그 갭을 통과하는 유체 유동를 제어하기 위해 가변적인 높이를 가지는 다수의 증착 공정 수행 장치.
  15. 제 7 항에 있어서, 상기 가스 도관의 내경은 유입구로부터 배출구까지 점차적으로 증대되는 다수의 증착 공정 수행 장치.
  16. 단일 처리 챔버내에서 다수의 증착 공정을 수행함으로써 기판 표면에 다수의 층을 증착하는 방법으로서:
    처리될 기판 표면을 챔버 몸체내에 위치시키는 단계;
    둘 이상의 화합물을 교번적인 펄스로 상기 챔버 몸체내로 공급하여 제 1 재료를 포함하는 필름을 상기 기판 표면상에 증착하는 단계; 및
    그 후에, 둘 이상의 상이한 화합물을 동일한 챔버 몸체내로 공급하여 제 2 재료를 포함하는 필름을 상기 제 1 재료상에 증착하는 단계를 포함하는 다수 층 증착 방법.
  17. 제 16 항에 있어서, 불활성 세정 가스가 펄스된 화합물과 함께 연속적으로 공급되는 다수 층 증착 방법.
  18. 제 16 항에 있어서, 상기 둘 이상의 화합물의 펄스들은 휴지기에 의해 분리되는 다수 층 증착 방법.
  19. 제 16 항에 있어서, 상기 둘 이상의 화합물의 펄스는 챔버내로의 공급중에 중첩되는 다수 층 증착 방법.
  20. 제 16 항에 있어서, 상기 제 2 재료는 상기 제 1 물질과 추가로 반응하여 제 3 재료를 형성하는 다수 층 증착 방법.
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