KR20060052683A - Method and apparatus for generating a precursor for a semiconductor processing system - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 일반적으로 반도체 기판 상에 배리어 층을 증착하는 것에 관한 것이다.The present invention generally relates to depositing a barrier layer on a semiconductor substrate.
초미세 및 그보다 더 작은 피처들을 신뢰할만하게 생성하는 것은 반도체 디바이스들의 차세대 초대규모 집적회로(VLSI) 및 초고밀도 집적회로(ULSI)를 위한 핵심 기술들 중 하나이다. 그러나, 회로 기술 지식이 위축됨에 따라, VLSI 및 ULSI에서의 상호 연결부들의 감소하는 치수들로 인해 처리 용량에 있어 추가의 요구사항이 발생하여 왔다. 이러한 기술의 핵심에 놓여있는 다중레벨 상호 연결부는 비아 및 다른 상호 연결부와 같은 높은 종횡비 피처들의 정확한 처리를 필요로 한다. 이러한 상호연결부들의 신뢰할만한 형성은 VLSI 및 ULSI의 성공, 및 개별 기판들의 회로 밀도 및 품질을 증가시키는 끊임없는 노력에 있어 매우 중요하다.Reliable creation of ultrafine and smaller features is one of the key technologies for the next generation of ultra-large scale integrated circuits (VLSI) and ultra high density integrated circuits (ULSI) in semiconductor devices. However, as circuit technical knowledge shrinks, additional requirements have arisen in the processing capacity due to the decreasing dimensions of the interconnects in the VLSI and ULSI. The multilevel interconnects at the heart of this technology require accurate handling of high aspect ratio features such as vias and other interconnects. Reliable formation of such interconnects is critical to the success of VLSI and ULSI and the constant effort to increase the circuit density and quality of individual substrates.
회로 밀도가 증가함에 따라, 비어들, 접촉부들 및 다른 피처들의 너비들 뿐만 아니라 그것들 사이의 유전 물질들은 초미세의 치수들(약 0.20마이크로미터 또는 그 이하보다 작은 치수들)로 감소하는 반면, 유전체 층들의 두께는 실질적으로 일정하게 유지되므로, 피처들의 종횡비들, 즉 피처들의 높이/너비는 증가한다. 다 수의 종래 증착 프로세스들은 초미세의 구조물들을 충전하는데 어려움을 가지고 있고, 상기 구조물의 종횡비는 4:1을 초과하고 특정하게는 종횡비가 10:1을 초과한다. 그러므로, 높은 종횡비들 가지면서 실질적으로 보이드가 없고 이음새가 없는 형성법에 대한 상당한 노력 및 연구가 진행중이다.As the circuit density increases, the dielectric materials between them as well as the widths of the vias, contacts and other features decrease to ultrafine dimensions (dimensions smaller than about 0.20 micrometers or less), while the dielectric Since the thickness of the layers remains substantially constant, the aspect ratios of the features, ie the height / width of the features, increase. Many conventional deposition processes have difficulty filling ultrafine structures, the aspect ratio of which exceeds 4: 1 and specifically the aspect ratio exceeds 10: 1. Therefore, considerable efforts and research are underway on the formation of voids and seamless formation with high aspect ratios.
현재, 구리 및 구리 합금들은 초미세 상호 연결 기술에 대한 금속들로 선택되어 왔는데, 그 이유는 알루미늄보다 더 낮은 저항성을 가지며(알루미늄의 3.1μΩㆍ㎝와 비교하여 1.7μΩㆍ㎝), 높은 전류 전달 용량 및 상당히 더 높은 전자이동 저항성을 갖기 때문이다. 이러한 특성들은 높은 집적 레벨에서 나타나는 높은 전류 밀도, 및 증가된 디바이스 속도를 지원하기에 매우 중요하다. 더욱이, 구리는 열 전도성을 가지고, 고 순수 상태에서도 이용가능하다.Currently, copper and copper alloys have been selected as metals for ultra-fine interconnect technologies because they have lower resistivity than aluminum (1.7 μΩ · cm compared to 3.1 μΩ · cm of aluminum), and high current transfer This is because it has a capacity and a significantly higher electromigration resistance. These properties are very important to support the high current density and increased device speed seen at high integration levels. Moreover, copper has thermal conductivity and is available even in high purity conditions.
구리 금속화는 다양한 기술들에 의해 달성될 수 있다. 전형적 방법은 일반적으로 피처에 대해 배리어 층을 물리적 기상 증착시키는 단계, 상기 배리어 층에 대해 구리 시드층을 물리적 기상 증착시키는 단계, 및 피처를 충전시키기 위해 상기 구리 시드층에 대해 구리 전도 물질층을 전기도금시키는 단계를 포함한다. 마지막으로, 증착된 층들 및 유전체 층들은 전도성 상호연결 피처들을 형성하기 위해 화학적 기계 폴리싱(CMP: chemical mechanical polishing)등에 의해 평탄화된다.Copper metallization can be accomplished by various techniques. Typical methods generally include physical vapor deposition of a barrier layer to a feature, physical vapor deposition of a copper seed layer to the barrier layer, and electrical transfer of a layer of copper conductive material to the copper seed layer to fill the feature. Plating. Finally, the deposited layers and dielectric layers are planarized by chemical mechanical polishing (CMP) or the like to form conductive interconnect features.
그러나, 구리의 사용에 있어 한가지 문제점은, 구리는 실리콘, 실리콘 다이옥사이드, 및 디바이스들의 집적도를 떨어뜨릴 수 있는 다른 유전체 물질들로 확산한다는 점이다. 그러므로, 같은꼴의 배리어 층들은 구리 확산 방지에 있어 상당히 중요하게 되었다. 탄탈 질화물은, 구리가 그 하부에 놓인 층들로 확산되는 걸 방 지하기 위한 배리어 물질로써 이용되어 왔다. 그러나, 펜타키스(디메틸아미도) 탄탈(PDMAT;Ta[NH2(CH3)2]5)과 같이, 배리어 층 증착시 이용되는 화학물질은 불순물을 포함할 수 있는데, 그러한 불순물로 인해 반도체 디바이스들의 제조시 결함이 유발될 수 있고 프로세스 수율을 감소시킬 수 있다. 그러므로, 고-순도 프리커서로부터 배리어 층을 증착시키는 방법이 필요하다.However, one problem with the use of copper is that copper diffuses into silicon, silicon dioxide, and other dielectric materials that can degrade the density of devices. Therefore, barrier layers of the same shape have become extremely important in preventing copper diffusion. Tantalum nitride has been used as a barrier material to prevent copper from diffusing into the underlying layers. However, chemicals used in depositing barrier layers, such as pentakis (dimethylamido) tantalum (PDMAT; Ta [NH 2 (CH 3 ) 2 ] 5 ), may contain impurities, which may cause semiconductor devices to Defects can be caused in the manufacture of these and the process yield can be reduced. Therefore, a need exists for a method of depositing a barrier layer from a high-purity precursor.
본 발명의 실시예들은 반도체 처리 시스템을 위한 프리커서를 생성하기 위한 방치에 관한 것이다. 그러한 장치는 측벽, 상부 및 하부를 갖는 캐니스터를 포함한다. 상기 캐니스터는 상부 영역과 하우 영역을 갖는 내부 볼륨을 한정한다. 상기 장치는 상기 캐니스터를 둘러싸는 가열기를 더 포함한다. 상기 가열기는 상기 상부 영역과 상기 하부 영역 사이에 온도 기울기를 생성한다.Embodiments of the invention relate to neglect to create a precursor for a semiconductor processing system. Such a device includes a canister having side walls, top and bottom. The canister defines an internal volume having an upper region and a lower region. The apparatus further includes a heater surrounding the canister. The heater creates a temperature gradient between the upper region and the lower region.
본 발명의 언급된 특성들이 유지되고 더욱 이해되는 방식으로, 위에서 요약된 본 발명에 대한 상세한 설명은 첨부된 도면들에서 도시되는 본 발명의 실시예들을 참조하여 더욱 상세해질 것이다. 그러나, 첨부된 도면들은 단지 본 발명의 전형적 실시예들일 뿐이므로, 본 발명을 제한하는 것으로 간주되서는 안되며, 다른 동일한 효과를 갖는 실시예들이 가능함을 이해해야 할 것이다.In the manner in which the mentioned features of the invention are retained and better understood, the detailed description of the invention summarized above will be further detailed with reference to the embodiments of the invention shown in the accompanying drawings. However, it is to be understood that the accompanying drawings are merely exemplary embodiments of the present invention, and therefore should not be regarded as limiting the present invention, and that embodiments having other equal effects are possible.
도 1은 원자층 증착(ALD)에 의해 기판에 대해 형성되는 배리어 층의 일실시예의 개략적 횡단면도.1 is a schematic cross-sectional view of one embodiment of a barrier layer formed on a substrate by atomic layer deposition (ALD).
도 2A 내지 도 2C는 기판의 예시적 부분 상에 탄탈 함유 화합물과 질소 함유 화합물의 단층들을 교대로 화학흡착시키는 일실시예를 도시한 도면들.2A-2C illustrate an embodiment of alternating chemisorption of monolayers of tantalum containing compound and nitrogen containing compound on an exemplary portion of a substrate.
도 3은 원자층 증착에 의해 하나 또는 그 이상의 배리어층들을 형성하는데 이용될 수 있는 처리 시스템의 예시적 일실시예의 개략적 횡단면도.3 is a schematic cross-sectional view of one exemplary embodiment of a processing system that may be used to form one or more barrier layers by atomic layer deposition.
도 4A는 가스 생성 캐니스터의 일실시예의 섹션 측면도.4A is a section side view of one embodiment of a gas generating canister;
도 4B는 도 4A의 가스 생성 캐니스터의 섹션 상부도.4B is a section top view of the gas generating canister of FIG. 4A.
도 5는 가스 생성 캐니스터의 다른 실시예의 섹션도.5 is a section view of another embodiment of a gas generating canister.
도 6은 가스 생성 캐니스터의 다른 실시예의 섹션 측면도.6 is a section side view of another embodiment of a gas generating canister.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 캐니스터 가열기에 의해 둘러싸인 캐니스터의 섹션도.7 is a section view of a canister surrounded by a canister heater in accordance with one embodiment of the present invention.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 다수의 고형 입자들을 포함하는 캐니스터의 섹션도.8 is a section view of a canister including a plurality of solid particles in accordance with one embodiment of the present invention.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 캐니스터의 하부 부분에서 상부 영역으로 연장하는 다수의 사일로들의 횡단면도.9 is a cross-sectional view of a number of silos extending from the lower portion of the canister to the upper region in accordance with one embodiment of the present invention.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 캐니스터의 하부 부분에서 상부 영역으로 연장하는 다수의 사일로들의 상부도.10 is a top view of a number of silos extending from the lower portion of the canister to the upper region in accordance with one embodiment of the present invention.
도 1은 유전체 층(102) 및 그 위에 증착되는 배리어 층(104)을 갖는 기판의 일실시예의 개략적 횡단면도이다. 처리 단계에 따라, 기판(100)은 실리콘 반도체 기판, 또는 기판 상에 형성되어온 다른 물질 층일 수 있다. 유전체 층(102)은 옥 사이드, 실리콘 옥사이드, 카본-실리콘-옥사이드, 플루오루-실리콘, 다공성 유전체, 또는 기판(100)의 노출된 표면 부분(102T)으로 연장하는 접촉 홀 또는 비아(102H)를 제공하도록 형성되고 패턴화된 다른 적합한 유전체일 수 있다. 명료화를 위해, 기판(100)은 막 처리가 수행되는 임의의 워크 피스로 언급되고, 기판 구조물(150)은 기판 뿐만 아니라 유전체 층(102)과 같이 기판(100) 상에 형성된 임의의 물질 층들을 나타내는데 이용된다. 본 발명은 이중 다마스크 프로세스 처리에서 이용될 수도 있다는 것을 당업자라면 이해될 것이다. 배리어층(104)이 원자층 증착(ALD)에 의해 도 1A의 기판 구조물(150)에 대해 형성된다. 배리어 층은 질화 탄탈 층을 포함하는 것이 바람직하다.1 is a schematic cross-sectional view of one embodiment of a substrate having a
일실시예에서, 질화 탄탈 배리어층의 원자층 증착은 탄탈 함유 화합물과 질소 함유 화합물을 순차적으로 처리 챔버에 제공하는 단계를 포함한다. 탄탈 함유 화합물과 질소 함유 화합물을 순차적으로 제공함으로써, 탄탈 함유 화합물의 단층들 및 질소 함유 화합물의 단일 층이 기판 구조물(150) 상에 교대로 화학흡착된다.In one embodiment, atomic layer deposition of the tantalum nitride barrier layer includes sequentially providing the tantalum containing compound and the nitrogen containing compound to the processing chamber. By sequentially providing the tantalum containing compound and the nitrogen containing compound, monolayers of the tantalum containing compound and a single layer of the nitrogen containing compound are alternately chemisorbed onto the
도 2A 내지 도 2C는 집적 회로 제조 단계, 더욱 상세하게는 배리어 층 형성 단계에서, 기판(200)의 예시적 부분 상에 탄탈 함유 화합물과 질소 함유 화합물의 단층들을 교대로 화학흡착하는 것을 도시한다. 도 2A에서, 탄탈 함유 화합물의 단층이 탄탈 함유 화합물(205)의 펄스를 처리 챔버로 유입시킴으로서 기판(200) 상에 화학흡착된다.2A-2C illustrate alternate chemoadsorption of monolayers of tantalum containing compound and nitrogen containing compound on an exemplary portion of
탄탈 함유 화합물(205)은 하나 또는 그 이상의 반응성 종들(215)을 갖는 탄탈 원자들(210)을 포함하는 것이 일반적이다. 일실시예에서, 탄탈 함유 화합물은 펜타디메틸라미노-탄탈(PDMAT;Ta(NMe2)5)이다. PDMAT는 다수의 이유에 있어 장점을 갖는다. PDMAT는 상대적으로 안정적이다. 게다가, PDMAT는 전달하기 쉽게 하여 주는 적합한 증기압을 갖는다. 특히, PDMAT는 낮은 할라이드 함유량으로 생성될 수 있다. PDMAT의 할라이드 함유량은 100ppm 이하의 할라이드 함유량으로 생성되어야 한다. 이론상의 한계에 반하여, 낮은 할라이드 함유량을 갖는 유기질소 프리커서가 유익한데, 왜냐하면 배리어층 내에 통합된 염소와 같은 할라이드들은 그 위에 증착된 구리층을 침범할 수 있다.
생성 동안에 PDMAT의 열 분해는 이후에 질화 탄탈 배리어 층을 형성하는데 이용되는 PDMAT 제품 내에 불순물을 유발시킬 수 있다. 이러한 불순물들은 CH3NTa(N(CH3)2)3 및 ((CH3)2N)3Ta(NCH2CH3)와 같은 화합물들을 포함할 수 있다. 또한, 수분과의 반응성으로 인해, PDMAT 제품 내에 탄탈 옥소 아미드 화합물들이 존재하게 된다. 바람직하게, 탄탈 옥소 아미드 화합물들은 승화에 의해 PDMAT으로부터 제거된다. 예를 들어, 탄탈 옥소 아미드 화합물들은 버블러에서 제거된다. PDMAT 제품은 약 5ppm 이하의 염소를 갖는 것이 바람직하다. 또한, 리튬, 철, 플루오르, 브롬 및 요오드의 레벨들은 최소화되어야 한다. 불순물들의 총 레벨은 약 5ppm 이하인 것이 가장 바람직하다.Thermal decomposition of the PDMAT during production can lead to impurities in the PDMAT article which are then used to form the tantalum nitride barrier layer. Such impurities may include compounds such as CH 3 NTa (N (CH 3 ) 2 ) 3 and ((CH 3 ) 2 N) 3 Ta (NCH 2 CH 3 ). In addition, due to its reactivity with water, tantalum oxoamide compounds are present in PDMAT products. Preferably, tantalum oxo amide compounds are removed from the PDMAT by sublimation. For example, tantalum oxo amide compounds are removed in a bubbler. PDMAT products preferably have less than about 5 ppm chlorine. In addition, the levels of lithium, iron, fluorine, bromine and iodine should be minimized. Most preferably, the total level of impurities is about 5 ppm or less.
탄탈 함유 화합물은 가스로써 제공될 수 있거나, 캐리어 가스의 목적으로 제공될 수도 있다. 사용될 수 있는 캐리어 가스들의 예들은 헬륨(He), 아르곤(Ar), 질소(N2), 및 수소(H2)를 포함하지만 그것들로 제한되지는 않는다.The tantalum containing compound may be provided as a gas or may be provided for the purpose of a carrier gas. Examples of carrier gases that can be used include, but are not limited to, helium (He), argon (Ar), nitrogen (N 2 ), and hydrogen (H 2 ).
탄탈 함유 화합물의 단층들이 기판(200) 상으로 화학흡착된 이후에, 초과의 탄탈 함유 화합물은 퍼지 가스를 처리 챔버에 주입시킴으로서 처리 챔버로부터 제거된다. 이용될 수 있는 퍼지 가스들의 예들은 헬륨(He), 아르곤(Ar), 질소(N2), 및 수소(H2) 및 다른 가스들을 포함하지만 그것들로 제한되지는 않는다. After monolayers of tantalum containing compound are chemisorbed onto the
도 2B를 다시 참조하면, 처리 챔버가 퍼지된 이후에, 질소 함유 화합물(225)의 펄스가 처리 챔버로 유입된다. 질소 함유 화합물(225) 단독으로 제공될 수 있거나, 캐리어 가스의 목적으로 제공될 수 있다. 질소 함유 화합물(225)은 하나 또는 그 이상의 반응성 종들(235)을 갖는 질소 원자들(230)을 포함할 수 있다. 질소 함유 화합물은 암모니아 가스(NH3)를 포함하는 것이 바람직하다. 다른 질소 함유 화합물들이 이용될 수 있고, NXHY(X 및 Y는 정수이고, 예를 들어 히드라진(N2H4)), 디메틸 히드라진((CH3)2N2H2), t-부틸히드라진(C4H9N2H3), 페닐히드라진(C6H5N2H3), 다른 히드라진 유도체들, 질소 프라즈마 소스(예를 들어, N2, N2/H2, NH3 또는 N2H4 플라즈마), 2,2'-아조이소부탄((CH3)6C2N2), 에틸라지드(C2H5N3), 및 다른 적합한 가스들을 포함할 수 있으나 그것들로 제한되지는 않는다. 캐리어 가스는 필요시 질소 함유 화합물을 전달하는데 이용될 수 있다.Referring again to FIG. 2B, after the processing chamber is purged, a pulse of
질소 함유 화합물(225)의 단층은 탄탈 함유 화합물(205)의 단층 상에 화학흡착될 수 있다. 원자-층 증착(ALD) 동안에는 표면 상의 프리커서들의 조성 및 구조가 정밀하게 공지되지는 않는다. 이론상의 한계에 반하여, 질소 함유 화합물(225) 의 화학흡착된 단층은 탄탈 질소 층(209)을 형성하기 위해 탄탈 함유 화합물(205)의 단층과 반응한다. 반응성 종들(215, 235)은 진공 시스템에 의해 기판 표면으로부터 이송되는 부산물들(240)을 형성한다. A monolayer of
질소 함유 화합물(225)의 단층이 탄탈 함유 화합물의 단층 상에 화학흡착된 이후에, 임의의 초과 질소 함유 화합물은 다른 퍼지 가스 펄스를 처리 챔버로 유입시킴으로써 처리 챔버로부터 제거된다. 그 후, 도 2C에서 도시된 바와 같이, 탄탈 함유 화합물의 단층들과 질소 함유 화합물의 단층들이 교대로 화학흡착되는 탄탈 질소층의 순차 증착은 필요하다면, 원하는 탄탈 질소 두께가 달성될 때까지 반복된다.After the monolayer of
도 2A 내지 도 2C에서, 탄탈 질소층 형성은 탄탈 함유 화합물의 단층을 기판 상에 화학흡착시킨 후 질소 함유 화합물의 단층을 화학흡착시키는 것으로 시작되는 것으로 도시된다. 대안으로써, 탄탈 질소 층 형성은 질소 함유 화합물의 단층을 기판 상에 화학흡착시킨 후 탄탈 함유 화합물의 단층을 화학흡착시키는 것으로 시작될 수 있다. 더욱이, 대안적 실시예에서, 반응성 가스들의 펄스들 사이에서만의 펌프 진공은 반응성 가스들의 혼합을 방지하는데 이용될 수 있다.In FIGS. 2A-2C, the formation of tantalum nitrogen layer begins with chemisorption of a monolayer of tantalum containing compound onto the substrate followed by chemisorption of the monolayer of nitrogen containing compound. Alternatively, tantalum nitrogen layer formation can begin by chemisorbing a monolayer of the nitrogen containing compound onto the substrate followed by chemisorbing the monolayer of the tantalum containing compound. Moreover, in alternative embodiments, pump vacuum only between pulses of reactive gases may be used to prevent mixing of reactive gases.
탄탈 함유 화합물, 질소 탄탈 화합물, 및 퍼지 가스의 각 펄스에 대한 지속 시간은 가변적이고, 사용되는 증착 챔버뿐만 아니라 챔버에 결합된 진공 시스템의 진공 용량에 의존한다. 예를 들어, (1) 낮은 챔버 가스 압력은 긴 펄스 시간을 필요로 할 것이고; (2) 낮은 가스 유속은 챔버 압력을 상승시키고 안정화시키는데 더 긴 시간을 요구하여 더 긴 펄스 시간을 필요로 할 것이며; (3) 대-볼륨 챔버는 충 전이 더 오래 걸릴 것이고 챔버 압력을 안정화시키는데 더 오래 걸릴 것이므로 더 긴 펄스 시간을 필요로 하게 된다. 이와 유사하게, 각 펄스 사이의 시간 또한 가변적이고, 처리 챔버의 볼륨 용량뿐만 아니라 챔버에 결합된 진공 시스템의 볼륨 용량에 의존한다. 일반적으로, 탄탈 함유 화합물 또는 질소 함유 화합물의 단층들은 화합물 단층의 화학흡착가 되기에 충분히 길어야만 한다. 일반적으로, 퍼지 가스의 펄스 시간은 반응성 부산물 및/또는 처리 챔버에 남아있는 임의의 잔유물질들을 제거하기에 충분히 길어야만 한다.The duration for each pulse of tantalum containing compound, nitrogen tantalum compound, and purge gas is variable and depends on the deposition capacity used as well as the vacuum capacity of the vacuum system coupled to the chamber. For example, (1) low chamber gas pressures will require long pulse times; (2) low gas flow rates will require longer time to raise and stabilize the chamber pressure and will require longer pulse times; (3) The large-volume chamber will take longer to charge and will take longer to stabilize the chamber pressure, requiring longer pulse times. Similarly, the time between each pulse is also variable and depends on the volume capacity of the processing system as well as the volume capacity of the vacuum system coupled to the chamber. In general, the monolayers of tantalum containing compounds or nitrogen containing compounds should be long enough to allow chemisorption of the compound monolayers. In general, the pulse time of the purge gas should be long enough to remove reactive byproducts and / or any residues remaining in the processing chamber.
일반적으로, 탄탈 함유 화합물에 대한 약 1.0초 또는 그 이하의 펄스 시간, 및 질소 함유 화합물에 대한 약 1.0초 또는 그 이하의 펄스 시간은 전형적으로 기판 상에 단층들을 교대로 화학흡착시키기에 충분하다. 퍼지 가스의 약 1.0 초 또는 그 이하의 펄스 시간은 전형적으로 반응성 부산물들 뿐만 아니라 처리 챔버 내에 남아있는 임의의 잔유 물질들을 제거하기에 충분하다. 물론, 탄탈 함유 화합물 및 질소 함유 화합물의 화학흡착를 보장하고 반응성 부산물들의 제거를 보장하기 위해 더 긴 펄스 시간이 이용될 수 있다.In general, a pulse time of about 1.0 seconds or less for a tantalum containing compound, and a pulse time of about 1.0 seconds or less for a nitrogen containing compound is typically sufficient to alternately chemisorb monolayers on a substrate. A pulse time of about 1.0 second or less of the purge gas is typically sufficient to remove reactive byproducts as well as any residual material remaining in the processing chamber. Of course, longer pulse times can be used to ensure chemisorption of tantalum containing compounds and nitrogen containing compounds and to ensure the removal of reactive byproducts.
원자층 증착 동안에, 기판은 선택된 탄탈 함유 화합물의 열 분해 온도 이하 정도로 유지될 수 있다. 본 명세서에서 식별되는 탄탈 함유 화합물들과 함께 사용되는 예시적 가열기 온도 범위는 약 100 토르 이하, 바람직하게는 50 토르 이하의 챔버 압력에서 대략 약 20℃ 내지 약 500℃ 이다. 탄탈 함유 가스가 PDMAT일때, 가열기 온도는 약 100℃ 내지 약 300℃인 것이 바람직하고, 약 175℃ 내지 약 250℃인 것이 더 바람직하다. 다른 실시예들에서, 다른 온도가 이용될 수 있다는 것 이 이해되어야 한다. 예를 들어, 열 분해 온도 이상의 온도가 이용될 수 있다. 그러나, 온도는, 증착 작용의 50% 이상이 화학흡착 처리들에 의해 이루어지도록 선택되어야만 한다. 다른 실시예에서, 열 분해 온도 이상의 온도는, 각각의 프리커서 증착 동안의 분해량이 제한되어 성장 모드가 원자 층 성장 모드와 유사할 정도로 이용될 수 있다. During atomic layer deposition, the substrate can be maintained at or below the thermal decomposition temperature of the selected tantalum containing compound. Exemplary heater temperature ranges used with tantalum containing compounds identified herein are from about 20 ° C to about 500 ° C at chamber pressures of about 100 Torr or less, preferably 50 Torr or less. When the tantalum containing gas is PDMAT, the heater temperature is preferably about 100 ° C to about 300 ° C, more preferably about 175 ° C to about 250 ° C. In other embodiments, it should be understood that other temperatures may be used. For example, temperatures above the thermal decomposition temperature can be used. However, the temperature must be chosen such that at least 50% of the deposition action is achieved by chemisorption processes. In other embodiments, temperatures above the thermal decomposition temperature may be used such that the amount of decomposition during each precursor deposition is limited so that the growth mode is similar to the atomic layer growth mode.
처리 챔버에서 원자층 증착에 의해 탄탈 질소 층을 증착시키는 하나의 예시적 프로세스는 약 100 sccm 내지 약 1000 sccm 사이의 유속, 바람직하게는 약 200 sccm 내지 약 500 sccm의 유속으로 1.0 초 또는 그 이하의 시간 주기 동안에 펜타디메틸아미노-탄탈(PDMAT)를 제공하는 단계, 약 100 sccm 내지 약 1000 sccm 사이의 유속, 바람직하게는 약 200 sccm 내지 약 500 sccm의 유속으로 1.0 초 또는 그 이하의 시간 주기 동안에 암모니아를 제공하는 단계, 및 약 100 sccm 내지 약 1000 sccm 사이의 유속, 바람직하게는 약 200 sccm 내지 약 500 sccm의 유속으로 1.0 초 또는 그 이하의 시간 주기 동안에 퍼지 가스를 제공하는 단계를 포함한다. 가열기 온도는 약 1.0 내지 약 5.0 토르 사이의 챔버압력에서 약 100℃ 내지 약 300℃ 로 유지되는 것이 바람직하다. 프로세스는 주기당 약 0.5Å 내지 약 1.0Å 의 두께의 탄탈 질소 층을 제공한다. 순차 교대는 원하는 두께가 달성될 때까지 반복된다.One exemplary process for depositing a tantalum nitrogen layer by atomic layer deposition in a processing chamber is 1.0 second or less at a flow rate between about 100 sccm and about 1000 sccm, preferably between about 200 sccm and about 500 sccm. Providing pentadimethylamino-tantalum (PDMAT) during the time period, ammonia for 1.0 seconds or less at a flow rate between about 100 sccm and about 1000 sccm, preferably between about 200 sccm and about 500 sccm Providing a purge gas for a time period of 1.0 second or less at a flow rate between about 100 sccm and about 1000 sccm, preferably between about 200 sccm and about 500 sccm. The heater temperature is preferably maintained at about 100 ° C. to about 300 ° C. at a chamber pressure between about 1.0 to about 5.0 Torr. The process provides a layer of tantalum nitrogen of about 0.5 kPa to about 1.0 kPa per cycle. Sequential shifts are repeated until the desired thickness is achieved.
도 3은 본 발명에 따라 원자 층 증착에 의해 하나 또는 그 이상의 배리어 층들을 형성하기 위해 이용될 수 있는 처리 시스템(320)의 예시적 실시예의 개략적 횡단면도이다. 물론, 다른 처리 시스템들 역시 이용될 수 있다.3 is a schematic cross-sectional view of an exemplary embodiment of a
처리 시스템(320)은 가스 전달 시스템(304)에 결합된 처리 챔버(306)를 포함 하는 것이 일반적이다. 처리 챔버(306)는 예를 들어, 미국 캘리포니아 산타 클라라 소재의 Applied Materials, Inc로부터 이용가능한 것들과 같은, 임의의 적합한 처리 챔버일 수 있다. 예시적 처리 챔버들은 그중에서도 특히 DPS CENTURA 에칭 챔버들, PRODUCER 화학적 기상 증착 챔버들, 및 ENDURA 물리적 기상 증착 챔버들을 포함한다.The
가스 전달 시스템(304)은 일반적으로, 다양한 프로세스 및 비활성 가스들이 처리 챔버(306)로 전달될 때의 속도 및 압력을 제어한다. 프로세스, 및 처리 챔버(306)에 전달되는 다른 가스들의 개수 및 유형들은 일반적으로 결합된 처리 챔버(306)에서 수행되는 프로세스에 기초하여 선택된다. 간소화를 위해 도 3에서는 단일 가스 전달 회로가 가스 전달 시스템(304) 내에 도시되어 있을지라도, 추가의 가스 전달 회로들이 이용될 수 있음이 고려된다.
가스 전달 시스템(304)은 일반적으로 캐리어 가스 소스(302)와 처리 챔버(306) 사이에 결합된다. 캐리어 가스 소스(302)는 설비 전체에 대해 캐리어 가스를 제공하는 로컬 또는 원격 관, 또는 중앙 설비 소스일 수 있다. 캐리어 가스 소스(302)는 일반적으로 아르곤, 질소, 헬륨 또는 다른 비활성 가스나 비-반응성 가스와 같은 캐리어 가스를 제공한다.
가스 전달 시스템(304)은 캐리어 가스 소스(302)와 처리 가스 소스 캐니스터(300) 사이에 결합된 유속 제어기(310)를 포함하는 것이 일반적이다. 유속 제어기(310)는 비례 밸브, 변조 밸브, 니들 밸브, 유량 제어기 들일 수 있다. 이용될 수 있는 하나의 유량 제어기(310)는 미국 캘리포니아 몬터리 소재의 Sierra Instruments, Inc로부터 이용가능하다.
소스 캐니스터(300)는 전형적으로 결합되어 제 1 및 제 2 밸브들(312, 314) 사이에 위치된다. 일실시예에서, 제 1 및 제 2 밸브들(312, 314)은 소스 캐니스터(300)에 결합되고, 가스 전달 시스템(304)으로부터 소스 캐니스터(300)와 함께 밸브들(312, 314)의 제거를 용이하게 하기 위해 분리 피팅기(미도시됨)로 고정된다. 제 3 밸브(316)는 제 2 밸브와 처리 챔버(306) 사이에 위치되어, 가스 전달 시스템(304)으로부터 소스 캐니스터(300)가 제거된 이후 처리 챔버(306)로 오염물질들이 유입되는 것을 방지한다.
도 4A 및 도 4B는 소스 캐니스터(300)의 일실시예의 섹션도이다. 소스 캐니스터(300)는 일반적으로 앰플, 또는 프리커스 물질들(414)을 유지하도록 적응된 하우징(420)을 구비하는 밀봉된 콘테이너를 포함하는데, 그것을 통해 처리(또는 다른) 가스가 승화 또는 기화 프로세스에 의해 생성될 수 있다. 승화 프로세스를 통해 소스 캐니스터(300)에서 처리 가스를 생성할 수 있는 몇몇 고형 프리커서 물질들(414)은 그중에서도 특히 디플루오르화 크세논, 카보닐 니켈, 헥사-카보닐 텅스텐, 및 펜타키스(디메틸아미도) 탄탈(PDMAT)을 포함한다. 기화 처리를 통해 소스 캐니스터(300)에서 처리 가스를 생성할 수 있는 몇몇 유동체 프리커서 물질들(414)은 그 중에서도 특히 테트라키스(디메틸아미노) 티타늄(TDMAT), 테르트부틸이미토트리스(디에틸아미노) 탄탈(TBTDET) 및 펜타키스(에틸메틸아미노) 탄탈(PEMAT)을 포함한다. 하우징(420)은 일반적으로 프리커서 물질들(414)에 실질적으로 비활성인 물질 및 그러한 물질들로부터 생성된 가스로부터 제조되므로, 구성 물질은 생성 되는 가스에 기초하여 변화될 수 있다.4A and 4B are section views of one embodiment of
하우징(420)은 임의의 개수의 기학학적 형태들을 가질 수 있다. 도 4A 및 도 4B에 도시된 실시예에서, 하우징(420)은 리드(404)에 의해 밀봉된 원통형 측벽(402) 및 하부면(432)을 포함한다. 리드(404)는 용접, 본딩, 접착제들 또는 약결합 방식에 의해 측벽(402)에 결합 될 수 있다. 대안으로써, 측벽(402)과 리드(404) 사이의 결합부는 소스 캐니스터(300)으로부터의 누설을 방지하기 위해 그 사이에 위치되는 밀봉부, o-링, 개스킷등을 가질 수 있다. 측벽(402)은 대안으로서 예를 들어 속이 빈 사각 관과 같은 다른 기하학적 형상체를 포함할 수 있다.The
인입 포트(406) 및 출구 포트(408)는 소스 캐니스터(300) 내외로 가스가 흐를 수 있도록 소스 캐니스터를 통해 형성된다. 포트들(406, 408)은 소스 캐니스터(300)의 리드(404) 및/또는 측벽(402)을 통해 형성될 수 있다. 포트들(406, 408)은 일반적으로 가스 전달 시스템(304)로부터 소스 캐니스터가 제거된 동안 주변 환경으로부터 소스 캐니스터(300)의 내부가 분리되도록 밀봉가능하다. 일실시예에서, 밸브들(312, 314)은, 프리커서 물질(414)의 재충전 또는 소스 캐니스터(300)의 교체를 위해 가스 전달 시스템(304)(도 3에 도시됨)으로부터 제거될 때, 소스 캐니스터(300)로부터의 누설을 방지하기 위해 포트들(406, 408)에 밀봉식으로 결합된다. 짝 형태의 분리 피팅들(436A, 436B)은 가스 전달 시스템(304)으로의/으로부터의 소스 캐니스터(300)의 제거 및 교체를 용이하게 하기 위해 밸브들(312, 314)에 결합될 수 있다. 밸브들(312, 314)은 전형적으로 볼 밸브 또는 다른 포지티브 밀봉 밸브인데, 상기 밸브들에 의해 소스 캐니스터(300)는 효과적으로 로딩되고 재순 환된 시스템으로부터 제거되면서 동시에, 가스 전달 시스템(304)에 충전, 이송 또는 결합되는 동안 소스 캐니스터(300)로부터의 잠재적 누설을 최소화시킨다. 대안으로써, 소스 캐니스터(3O0)는 소스 캐니스터(300)의 리드(404) 상에 위치된 VCR 리팅을 갖는 작은 관과 같은 재충전 포트(미도시됨)를 통해 재충전될 수 있다.
소스 캐니스터(300)는 상부 영역(418) 및 하부 영역(434)을 갖는 내부 볼륨(438)을 갖는다. 소스 캐니스터(300)의 하부 영역(434)은 적어도 부분적으로는 프리커서 물질들(414)로 충전된다. 대안으로써, 유동체(416)가 슬러리(412) 형성을 위해 고형 프리커서 물질(414)에 추가될 수 있다. 프리커서 물질들(414), 유동체(416), 도는 사전 혼합된 슬러리(412)는 리드(404)를 제거하거나 포트들(406, 408) 중 하나를 통해 소스 캐니스터(300)로 유입될 수 있다. 유동체(416)는, 유동체(416)가 프리커서 물질들(414)과 비-반응하고, 프리커서 물질들(414)이 상기 유동체 내에서 불용성이며, 유동체(416)가 프리커서 물지들(414)에 비해 무시할 만한 증기압을 갖고, 유동체(416)의 증기압에 대한 고형 프리커서 물질(414) 예를 들어 헥사-카보닐 텅스텐의 증기압의 비율이 103 이상이도록 선택된다.
유동체(416)와 혼합된 프리커서 물질들(414)은 슬러리(412) 내에서 유동체(416)에 프리커서 물질들(414)이 부유되도록 유지시키기 위해 가끔 교반(agitate)될 수 있다. 일실시예에서, 프리커서 물질(414) 및 유동체(416)는 자기성 젓개(440)에 의해 교반된다. 자기성 젓개(440)는 소스 캐니스터(300)의 하부면(432) 아래쪽에 위치된 자기 모터(442), 및 소스 캐니스터(300)의 하부 영역(434)에 위치 된 자기 필(444)를 포함한다. 자기 모터(442)는 소스 캐니스터(300) 내부에서 자기 필(444)을 회전시키도록 동작하고, 이에 의해 슬러리(412)를 혼합시키게 된다. 자기 필(44)은 외부 코팅 물질을 가져야 하고, 상기 물질은 프리커서 물질들(414), 유동체(416), 또는 소스 캐니스터(300)와 비-반응성이다. 적합한 자기 혼합기는 상업적으로 이용가능하다. 적합한 자기 혼합기의 일예는 미국 노스 캐롤리나 윌밍턴 소재의 IKwWorks로부터 이용가능한 IKAMAGREO 이다. 대안으로써, 슬러리(412)는 혼합기, 버블러등과 같은 다른 수단에 의해 교반될 수 있다.The
유동체(416)의 교반은 캐리어 가스에 실려서 처리 챔버(306)로 이송되는 유동체(416) 입자들을 유도할 수 있다. 그러한 유동체(416) 입자들이 처리 챔버(306)에 도달하는 것을 방지하기 위해, 오일 트랩(450)이 선택적으로 소스 캐니스터(300)의 출구 포트(408)에 결합될 수 있다. 오일 트랩(450)은 사이사이에 존재하는 다수의 배플들(454)을 포함하는 바디(452)를 포함하는데, 상기 배플들은 오일 트랩 바디(452)의 중앙선(456)을 지나 연장하여 소스 캐니스터(300) 쪽으로 적어도 약간 하향되도록 경사진다. 배플들(454)은 배플들(454) 주변의 꼬불꼬불한 경로를 흐르도록 하기 위해 가스를 처리 챔버(306)쪽으로 흐르도록 만든다. 배플들(454)의 표면 영역은 흐르는 가스에 노출된 대면적 영역을 제공하고, 상기 가스 내에 실려질 수 있는 오일 입자들이 상기 면적에 부착된다. 배플들(454)의 하향각은 오일 트랩 내에 축적된 임의의 오일로 하여금 하향하여 소스 캐니스터(300) 속으로 다시 흐르도록 한다.Agitation of the fluid 416 may lead to
소스 캐니스터(300)는 소스 캐니스터(300)의 상부 영역(418) 내부에 위치된 적어도 하나의 배플(410)을 포함한다. 배플(410)은 인입 포트(406)와 출구 포트(408) 사이에 위치되어 연장된 평균 흐름 경로를 생성하며, 이에 의해 캐리어 가스의 직접(즉, 직선) 흐름이 출구 포트(408)의 인입 포트(406)로 유입되는 것을 방지한다. 이는 소스 캐니스터(300) 내의 캐리어 가스의 평균 잔류 시간을 증가시키고, 캐리어 가스에 의해 이송되는 승화 또는 기화 프리커서 가스량을 증가시키는 효과를 갖는다. 추가로, 배플들(410)은 소스 캐니스터(300) 내에 위치된 프리커서 물질(414)의 전체 노출 표면에 캐리어 가스를 조정하여 반복적인 가스 생성 특성 및 프리커서 물질들(414)의 효율적인 소비를 보장한다.
배플들(410)의 개수, 간격 및 형상은 프리커서 가스의 최적 생성을 위한 소스 캐니스터(300)를 조정하도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 상당히 많은 수의 배플들(410)은 프리커서 물질(414)에서 더 높은 캐리어 가스 속도들을 제공하도록 선택될 수 있고, 배플들(410)의 형상은 프리커서 물질의 좀더 효율적인 사용을 위해 프리커서 물질(414)의 소비를 제어하도록 구성될 수 있다.The number, spacing and shape of the
배플(410)은 측벽(402) 또는 리드(404)에 부착될 수 있거나, 배플(410)은 소스 캐니스터(300) 내부에 피팅되도록 사전 제조된 삽입 설계형일 수 있다. 일실시예에서, 소스 캐니스터(300)에 배치된 배플들(410)은 측벽(402)과 동일한 물질로 제조된 다섯개의 직사각형 판들을 포함한다. 도 4B를 참조하면, 배플들(410)은 용접되거나 그렇지 않으면 서로 평행하도록 측벽(402)에 고정된다. 배플들(410)은 , 꾸불꾸불한 연장된 평균 흐름 경로가 생성되도록, 교대 방식으로 소스 캐니스터의 대향측들에 사이사이에 고정된다. 또한, 배플들(410)은 측벽(402) 상에 위치될 때 는 출구 포트(408)와 리드(404) 사이에 위치되고, 배플들(410)과 리드(404) 사이에 공기가 없도록 위치된다. 배플들(410)은 소스 캐니스터(300)의 하부 영역(434)으로 적어도 부분적으로 추가 연장함으로써, 상부 영역(418)을 통해 흐르는 캐리어 가스에 대한 연장된 평균 흐름 경로를 한정하게 된다.The
선택적으로, 인입 관(422)은 소스 캐니스터(300)의 내부 볼륨(438)에 위치될 수 있다. 관(422)은 제 1 단부(424)에 의해 소스 캐니스터(300)의 인입 포트(406)에 결합되어 소스 캐니스터(300)의 상부 영역(418) 내의 제 2 단부(426)에서 끝난다. 관(422)은 프리커서 물질들(414) 또는 슬러리(412)에 가까운 위치에서 소스 캐니스터(300)의 상부 영역으로 캐리어 가스를 주입시킨다.Optionally,
프리커서 물질들(414)은 사전정의된 온도 및 압력에서 프리커서 가스를 생성한다. 프리커서 물질들(414)로부터의 승화 또는 기화된 가스는 소스 캐니스터(300)의 상부 영역(418)에 축적되어, 인입 포트(406)를 통해 입력되어 출구 포트(408)를 빠져나가는 비활성 캐리어 가스에 의해 휩쓸려 처리 챔버(306)로 이송된다. 일실시예에서, 프리커서 물질들(414)은 측벽(402) 근처에 위치된 저항성 가열기(430)에 의해 사전정의된 온도로 가열된다. 대안으로써, 프리커서 물질들(414)은 소스 캐니스터(300)의 상부 영역(418) 또는 하부 영역(434)에 배치된 카트리지 가열기와 같은 다른 수단에 의해, 또는 캐리어 가스 인입 포트(406)의 상향 위치된 가열기(미도시됨)에 의해 캐리지 가스를 사전 가열함으로써 가열될 수 있다. 슬러리(412) 전체에 대한 최대의 균일한 열 분포를 위해, 유동체(416) 및 배플들(410)은 양호한 열 도체들이어야 한다.
본 발명의 또다른 실시예에 따라, 질화 알루미늄 또는 질화 브롬과 같이 높은 열전도성을 갖는 다수의 고형 비드들 또는 입자들(810)이 도 8에 도시된 바와 같이 유동체(416) 대신에 이용될 수 있다. 그러한 고형 입자들(810)은 유동체(416)보다 더 많은 열을, 캐니스터(800)의 측벽으로부터 프리커서 물질들(414)로 전달하는데 이용된다. 고형 입자들(810)은 유동체(416)와 동일한 특성들을 갖는데, 프리커서 물질들(414)과 반응하지 않고, 불용해성이며, 프리커서 물질들(414)과 비교할 때 무시할 만한 증기압을 갖는다. 이처럼, 고형 입자들(810)은 열을 캐니스터(800)의 측벽으로부터 캐니스터(800)의 중앙 부분으로 효과적으로 전달하도록 구성되고, 이에 의해 승화 또는 기화 동안에 더 많은 프리커서 물질 이용을 가져온다. 고형 입자들(810)은 또한 캐니스터(800)로 증착되기 전에, 탈기체화되어 오염물질, 수증기등이 세정된다.According to another embodiment of the present invention, a plurality of solid beads or
동작 모드의 일예에서, 소스 캐니스터(300)의 하부 영역(434)은 슬러리(412) 형성을 위해 헥사-카보닐 텅스텐과 확산 펌프 오일의 혼합물로 적어도 부분적으로 충전된다. 슬러리(412)는 약 5토르의 압력으로 유지되고, 소스 캐니스터(300) 부근에 위치된 저항성 가열기(430)에 의해 약 40℃ 내지 약 50의 온도로 가열된다. 아르콘 형태의 캐리어 가스는 약 400 표준 cc/min의 속도로 인입 포트(406)에서 상부 영역(418)로 흐른다. 아르곤은 출구 포트(408)를 통해 소스 캐니스터(300)를 빠져나가기 전에, 꼬불꼬불한 경로에 의해 한정된 연장된 평균 흐름 경로를 배플들(410)을 통해 흐르고, 이에 의해 소스 캐니스터(300)의 상부 영역(418)에서의 아르곤의 평균 잔류 시간은 증가하게 되어 유리해진다. 소스 캐니스터(300)에서의 증 가된 잔류 시간으로 인해 캐리어 가스 내의 승화된 헥사-카보닐 증기들의 포화 레벨이 유리하게 증가한다. 더욱이, 배플들(410)을 통한 꼬불꼬불한 경로는 프리커서 물질(414)의 균일한 소비 및 프리커서 가스의 생성을 위해 프리커서 물질(414)의 노출된 실질적 전체 표면적을 캐리어 가스에 유리하게 노출시킨다.In one example of the mode of operation, the
도 7은 프리커서 물질들(414)을 가열하기 위한 다른 실시예를 도시한다. 더욱 상세하게는, 도 7은 캐니스터 가열기(730)에 의해 둘러싸인 캐니스터(700)의 섹션도를 도시하고, 상기 캐니스터는 캐니스터(700)의 하부 영역(434)과 캐니스터(700)의 상부 영역(418) 사이에 온도 기울기를 생성하도록 구성되고, 이 때 상기 하부 영역(434)은 가장 차가운 영역이고, 상부 영역(418)은 가장 뜨거운 영역이다. 온도 기울기는 약 5℃ 내지 약 15℃ 일 수 있다. 고형 프리커서 물질들은 일반적으로 캐니스터(700)의 가장 차가운 영역에서 축적하고 응축되는 경향이 있고, 캐니스터 가열기(730)는, 고형 프리커서 물질들(414)이 캐니스터(700)의 하부 영역(434)에서 축적될 것을 보장하도록 구성됨으로서, 고형 프리커서 물질들(414)이 응축될 곳의 예측성, 및 고형 프리커서 물질들(414)의 온도를 증가시키게 된다. 캐니스터 가열기(730)는, 상부 영역(418)과 하부 영역(434)을 포함하는 전체 캐니스터(700)가 캐니스터 가열기(730)에 의해 가열되도록, 캐니스터 가열기(730) 내부에 위치된 가열 엘리먼트(750)를 포함한다. 상부 영역(418) 근처에서의 가열 엘리먼트(750)는 하부 영역(434) 근처에서의 가열 엘리먼트(750)보다 더 많은 열을 생성하도록 구성됨으로써, 캐니스터 가열기(730)는 하부 영역(434)과 상부 영역(418) 사이에 온도 기울기를 생성하게 한다. 일실시예에서, 가열 엘리먼트(750)는, 상부 영역(418)에서의 온도가 하부 영역(434)에서의 온도보다 약 5℃ 내지 약 15 ℃ 정도 높도록 구성된다. 다른 실시예에서, 가열 엘리먼트(750)는, 하부 영역(418)에서의 온도가 약 60℃ 이고 캐니스터(700)의 측벽에서의 온도가 약 65℃ 이도록 구성된다. 가열 엘리먼트(730)의 전력은 208 VAC 입력에서 약 600 와트일 수 있다.7 illustrates another embodiment for
캐니스터 가열기(730)는 또한, 캐니스터(700)의 가장 차가운 영역이 하부 영역(434)이도록 더 보장하도록 캐니스터 가열기(730)의 하부면에 위치된 냉각판(720)을 포함할 수 있고, 이에 의해 고형 프리커서 물질들(414)이 하부 영역(434)에서 응축되는 것이 보장된다. 냉각판(720)은 또한 환형일 수 있다. 더욱이, 밸브들(312, 314), 오일 트랩(450), 인입 포트(406) 및 출구 포트(408)는 저항성 가열 테이프에 의해 가열될 수 있다. 상부 영역(418)은 하부 영역(434)보다 더 높은 온도를 갖도록 구성되기 때문에, 배플들(418)은 상부 영역(418)에서 하부 영역(434)로 열을 전달하도록 이용될 수 있고, 이에 의해 캐니스터 가열기(730)는 원하는 온도 기울기를 유지하게 된다.
도 9는 캐니스터(700)의 하부면 부분(432)에서 상부 영역(418)로 연장하는 다수의 사일로들(silos)(910)의 섹션도이다. 도 10은 캐니스터(700)의 하부면 부분(432)에서 상부 영역(418)로 연장하는 사이로들(910)의 상부도이다. 사일로들(910)은 프리커서 물질들(414)의 온도 기울기를 감소시키도록 구성되고, 이에 의해 프리커서 물질들(414) 내부의 온도가 실질적으로 균일하게 유지되게 된다. 사일로들(910)은 하부면 부분(432)에서 프리커서 물질들(414)과 유동체(416)의 상부 표면의 약간 위쪽으로 연장할 수 있다. 사일로들(910)은 포스트 또는 핀의 형태일 수 있다. 사일로들(910)은 스테인레스 강, 알루미늄 등과 같은 열-전도성 물질로부터 제조될 수 있다.9 is a section view of a number of
도 9는 소스 캐니스터(700)의 내부 볼륨(438)에 위치된 인입 관(422)을 더 도시한다. 관(422)은 제 1 단부(424)에 의해 소스 캐니스터(700)의 인입 포트(406)에 결합되어, 소스 캐니스터(700)의 상부 영역(418) 내의 제 2 단부(426)에서 끝난다. 관(422)은 프리커서 물질들(414) 또는 슬러리(412)에 가까운 위치에서 소스 캐니스터(700)의 상부 영역(418)으로 캐리어 가스를 주입한다. 제 2 단부(426)는 가스량을 측벽(402) 쪽으로 향하도록 적응될 수 있으며, 이에 의해 포트들(406, 408) 사이로 캐니스터(700)를 통해 가스들이 직접(선형 또는 가시선) 흐르는 것을 방지하여, 연장된 평균 흐름 경로를 생성하게 된다.9 further illustrates an
도 5는 처리 가스를 생성하기 위한, 캐니스터(500)의 다른 실시예의 섹션도이다. 캐니스터(500)는 내부 볼륨(438)을 엔클로징하는 측벽(402), 리드(404), 및 하부면(432)를 포함한다. 리드(404) 또는 측벽(402) 중 적어도 하나는 가스의 인입 및 배출을 위해 인입 포트(406) 및 출구 포트(408)를 포함한다. 캐니스터(500)의 내부 볼륨(438)은 상부 영역(418) 및 하부 영역(434) 속으로 분리된다. 프리커서 물질들(414)은 적어도 부분적으로 하부 영역(434)을 충전한다. 프리커서 물질들(414)은 고형, 유동체 또는 슬러리 형태일 수 있고, 승화 및/또는 기화에 의해 처리 가스를 생성하도록 적응된다.5 is a section view of another embodiment of a
관(502)은 캐니스터(500)의 내부 볼륨(438)에 배치되고, 캐니스터(500) 내부의 가스 흐름이 프리커서 물질들(414)로부터 떨어져 진행하도록 적응되며, 이에 의 해 관(502)의 외부로 흐르는 가스들이 프리커서 물질들(414)에 직접 충돌하는 것을 방지하며, 미립자들이 공중에 떠서 출구 포트(408)를 통해 이송되어 처리 챔버(306)로 이송되도록 한다. 관(502)은 제 1 단부(504)에서 인입 포트(406)에 결합된다. 관(502)은 제 1 단부(504)에서 제 2 단부(526A)로 연장하고, 상기 제 2 단부는 프리커서 물질들(414)에서 상부 영역(418)에 위치된다. 제 2 단부(526A)는 가스의 흐름을 측벽(402)으로 향하도록 적응될 수 있고, 이에 의해 캐니스터(500)를 통한 가스의 직접(선형 또는 가시선) 흐름이 포트들(406, 408) 사이로 가는 것을 방지하여, 연장된 평균 흐름 경로를 생성하게 된다.The
일실시예에서, 관(502)의 제 2 단부(526A)의 출구(506)는 캐니스터(500)의 중심축(508)에 대해 약 15도 내지 약 90도의 각으로 배향된다. 다른 실시예에서, 관(502)은 "J"-형상의 제 2 단부(526B)를 구비하며, 상기 제 2 단부는 출구(506)를 빠져나가는 가스의 흐름을 캐니스터(500)의 리드(404)를 향하게 한다. 다른 실시예에서, 관(502)은 관(502)의 단부를 폐쇄하는 플러그 또는 캡(510)을 구비하는 캡이 씌워진 제 2 단부(526C)를 구비한다. 상기 캡이 씌워진 제 2 단부(526C)는 캡(510) 근처의 관(502) 측에 형성된 적어도 하나의 개구부(528)를 구비한다. 상기 개구부들(528)을 빠져나가는 가스는 전형적으로 중심축(508)에 수직이고, 캐니스터(500)의 하부 영역(434)에 배치된 프리커서 물질들(414)에서 떨어지도록 향한다. 선택적으로, 위에서 설명된 바와 같은 적어도 하나의 배플(410)(점선으로 표시됨)은 챔버(500) 내부에 위치될 수 있고, 위에서 설명된 관(502)의 실시예들 중 임의의 실시예와 협력하여 이용될 수 있다.In one embodiment, the
동작 모드의 일실시예에서, 캐니스터(500)의 하부 영역(434)은 슬러리(412) 형성을 위해, 헥사-카보닐 텅스텐과 확산 펌프 오일의 혼합물로 적어도 부분적으로 충전될 수 있다. 슬러리(412)는 약 5토르의 압력으로 유지되고, 캐니스터(500) 근처에 위치된 저항성 가열기(430)에 의해 약 40 내지 약 50℃ 의 온도로 가열된다. 아르곤 형태의 캐리어 가스는 약 200 표준 cc/min 의 속도로 인입 포트(406)와 관(502)을 통해 상부 영역(418)으로 흐른다. 관(502)의 제 2 단부(526A)는 출구 포트(408)로부터 떨어져 연장된 평균 흐름 경로에서 캐리어 가스가 흐르도록 하며, 이로 인해 캐니스터(500)의 상부 영역(418)에서의 아르곤의 평균 잔류 시간이 유리하게 증가되며, 미립자 생성을 최소화하기 위해 프리커서 물질들(414) 상의 캐리어 가스의 직접 흐름을 방지하게 된다. 캐니스터(500) 내에서의 증가된 잔류 시간은 캐리어 가스 내의 승화도니 헥사-카보닐 텅스텐의 포화 레벨을 유리하게 증가시키는 동시에, 미립자 생성을 감소시키고, 생산 수율을 개선시키며, 고형 소스들을 보존하며, 하류 오염물질들을 감소시킨다.In one embodiment of the operating mode, the
도 6은 프리커서 가스를 생성하기 이한 캐니스터(600)의 다른 실시예의 섹션도이다. 캐니스터(600)는 내부 볼륨(438)을 엔클로징하는 측벽(402), 리드(404) 및 하부면(432)을 포함한다. 리드(404) 또는 측벽(402) 중 적어도 하나는 가스의 인입 및 배출을 위해 인입 포트(406) 및 출구 포트(408)를 구비한다. 인입 및 출구 포트들(406, 408)은 캐니스터(600)를 가스 전달 시스템(304)으로부터 제거하는 것을 용이하기 위해, 짝 형태의 분리 피팅들(436A, 436B)로 피팅된 밸브들(312, 314)에 결합된다. 선택적으로, 오일 트랩(450)은 처리 챔버(306)로 흐르는 가스 내에 존재할 수 있는 임의의 오일 미립자를 캡쳐하기 위해 출구 포트(408)와 밸브(314) 사이에 결합된다.6 is a section view of another embodiment of a
캐니스터(600)의 내부 볼륨(438)은 상부 영역(418)과 하부 영역(434)으로 분리된다. 프리커서 물질들(414) 및 유동체(416)는 적어도 부분적으로 하부 영역(434)을 충전시킨다. 관(602)이 캐니스터(600)의 내부 볼륨(438)에 배치되고, 캐니스터(600) 내부의 제 1 가스 흐름을 프리커서 물질로부터 떨어지도록 향하게 하고 제 2 가스 흐름(F2)을 혼합물을 통해 향하도록 적응된다. 흐름(F1)은 흐름(F2)보다 훨씬 더 많다. 흐름(F2)은 버블러로서 작용하도록 구성되고, 프리커서 물질과 유동체의 혼합물을 교반시키기에 충분하도록 크지만, 프리커서 물질들(414) 또는 유동체(416)의 입자들 또는 방울들이 공중에 뜨도록 하기에 충분히 크지는 않다. 그러므로, 이러한 실시예는 프리커서 물질과 유동체의 혼합물을 유리하게 교반시키는 동시에, 관(602)의 외부로 흐르는 가스가 프리커서 물질들 상에 직접 충돌함으로써 생성되는 미립자들이 공중에 떠서 출구 포트(408)로 이송되어 처리 챔버(306)로 전달되는 것을 최소화시킨다.The
관(602)은 제 1 단부(604)에서 인입 포트(406)에 결합된다. 관(602)은 제 1 단부(604)에서 제 2 단부(606)로 연장하고, 상기 제 2 단부는 프리커서 물질과 유동체의 혼합물 내에서 캐니스터(600)의 하부 영역(434)에 존재한다. 관(602)은 캐니스터(600)의 상부 영역(418)에 위치된 개구부(608)를 구비하고, 상기 개구부는 제 1 가스 흐름(F1)을 캐니스터(600)의 측벽(402)으로 향하게 한다. 관(600)은 개 구부(608) 아래쪽에 위치되는 캐니스터(600)의 상부 영역(438)에 위치되는 제한부(610)를 구비한다. 제한부(610)는 관(602)의 제 2 단부(606)를 향해 슬러리(412)로 흐르는 제 2 가스 흐름(F2)을 감소시키는 역할을 한다. 제한부의 량을 조정함으로써, 제 1 및 제 2 가스 흐름들(F1 및 F2)의 상대적 속도들은 조정될 수 있다. 이러한 조정은 적어도 두가지 목적의 역할을 한다. 우선, 제 2 가스 흐름(F2)은 유동체(416) 내에 프리커서 물질들(414)의 부유 또는 혼합을 유지시키기에 충분한 교반을 제공하도록 최소화될 수 있으면서 동시에, 처리 챔버(306)의 미립자 생성 및 잠재적 오염물질을 최소화시킬 수 있다. 두번째, 제 1 가스 흐름(F1)은 요구되는 양의 기화된 및/또는 승화된 증기들을 프리커서 물질들(414)로부터 처리 챔버(306)로 제공하기에 필요한 전데 흐름 볼륨을 유지하기 위해 조정될 수 있다.The
선택적으로, 위에서 설명한 바와 같은 적어도 하나의 배플(410)은 캐니스터(600) 내부에 배치될 수 있고, 위에서 설명된 관(602)의 실시예들 중 임의의 실시예들과 협력하여 이용될 수 있다.Optionally, at least one
본 발명의 바람직한 실시예들에 따라 전술되었을지라도, 본 발명의 다른 실시예들이 본 발명의 기본적 사상을 벗어나지 않으면서 가능하며, 본 발명의 개념은 이후의 청구항들에 의해서만 결정된다.Although described above according to preferred embodiments of the present invention, other embodiments of the present invention are possible without departing from the basic spirit of the present invention, and the concept of the present invention is determined only by the following claims.
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