KR20070015958A - Apparatuses and methods for atomic layer deposition of hafnium-containing high-? dielectric materials - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예는 원자 층 증착(ALD)과 같은 증기 증착 공정 동안 유전 물질을 기판 위에 증착시키기 위한 방법을 제공한다. 일례에서, 방법은 순차적으로 기판을 하프늄 전구체 및 산화 가스에 노출시켜 기판 위에 하프늄 옥사이드 물질을 증착하는 단계를 포함한다. 다른 예에서, 하프늄 실리케이트 물질은 순차적으로 하프늄 전구체 및 실리콘 전구체를 함유한 공정 가스 및 산화 가스에 기판을 노출시킴에 의해 증착된다. 산화 가스는 수증기 발생기를 통해 산소 소스 가스 및 수소 소스 가스를 유동시킴에 의해 형성된 수증기를 함유한다. Embodiments of the present invention provide a method for depositing a dielectric material over a substrate during a vapor deposition process, such as atomic layer deposition (ALD). In one example, the method includes sequentially depositing a hafnium oxide material over the substrate by exposing the substrate to a hafnium precursor and an oxidizing gas. In another example, hafnium silicate material is deposited by sequentially exposing the substrate to a process gas and an oxidizing gas containing the hafnium precursor and the silicon precursor. The oxidizing gas contains water vapor formed by flowing an oxygen source gas and a hydrogen source gas through the steam generator.

Description

하프늄-함유 높은-k 유전 물질의 원자 층 증착을 위한 장치 및 방법 {APPARATUSES AND METHODS FOR ATOMIC LAYER DEPOSITION OF HAFNIUM-CONTAINING HIGH-k DIELECTRIC MATERIALS}Apparatus and Method for Atomic Layer Deposition of Hafnium-Containing High-k Dielectric Materials {APPARATUSES AND METHODS FOR ATOMIC LAYER DEPOSITION OF HAFNIUM-CONTAINING HIGH-k DIELECTRIC MATERIALS}

본 발명의 실시예는 일반적으로 기판 위에 물질를 증착하기 위한 방법 및 기구에 관한 것이고, 더욱 구체적으로 진공 증착 공정에 의해 높은-k 유전 물질를 증착하기 위한 방법 및 기구에 관한 것이다. Embodiments of the present invention generally relate to methods and apparatus for depositing materials on substrates, and more particularly to methods and apparatus for depositing high-k dielectric materials by vacuum deposition processes.

반도체 공정 분야에서 플랫 패널 공정 또는 다른 전자 기기 공정, 수증기 증착 공정은 회로기판 위에 물질을 증착시키는 데 중요한 역할을 한다. 전자 기기의 외형이 계속 줄어들고 장비의 밀집도가 증가함에 따라 피처(feature)의 크기와 종횡비는 점점 더 커진다. 예를 들어 0.07μm의 피처 크기와 10 이상의 종횡비가 현재 고려되고 있다. 따라서 이러한 기기들을 만들기 위해 물질의 등각(conformal) 증착이 점차적으로 중요해 지고 있다. In the semiconductor processing field, flat panel processes or other electronic device processes and vapor deposition processes play an important role in depositing materials on circuit boards. As the appearance of electronic devices continues to shrink and the density of equipment increases, the size and aspect ratio of the features become larger. For example, feature sizes of 0.07 μm and aspect ratios of 10 or more are currently under consideration. Therefore, conformal deposition of materials is becoming increasingly important to make these devices.

기존의 화학 기상 증착 (CVD)은 0.15μm 까지의 종횡비와 외형에는 효과적임이 입증되었으나 그 이상 다른(aggressive) 기기의 외형에는 증착의 대안 기술이 요구된다. 현재 상당한 관심을 받고 있는 기술은 원자층 증착 (ALD)이다. ALD 공정 동안 반응물 가스는 순차적으로 회로기판을 포함하는 공정 챔버로 들어간다. 일반적으로 첫 번째 반응물은 공정 챔버로 들어가 회로 기판 표면으로 흡수된다. 두번째 반응물은 공정 챔버로 들어가 첫 번째 반응물과 반응하여 증착 물질을 형성한다. 대개 각각의 반응물 가스 방출 사이에 정화 단계가 이루어진다. 정화 단계는 운반 가스를 이용한 지속적인 정화일 수도 있고 반응물 가스 방출 사이에 펄스 정화일 수도 있다. Conventional chemical vapor deposition (CVD) has proven to be effective for aspect ratios and appearance up to 0.15 μm, but further techniques for deposition are required for the appearance of other devices. A technique of great interest at present is atomic layer deposition (ALD). During the ALD process the reactant gas is sequentially entered into the process chamber containing the circuit board. Typically, the first reactant enters the process chamber and is absorbed by the circuit board surface. The second reactant enters the process chamber and reacts with the first reactant to form a deposition material. Usually a purge step takes place between each reactant gas release. The purge step may be continuous purge with a carrier gas or pulse purge between reactant gas releases.

ALD 공정 동안 금속과 실리콘 전구체를 산화시켜 높은-k 유전체 물질의 형성하는 것이 이 기술에서 알려져 있다. 오존 또는 산소 원자는 ALD 공정을 위한 일반적인 산화제 혹은 산화 소스이다. 오존과 산소 원자의 래디컬 상태 때문에 유전체 물질을 형성하면서 낮은 공정 온도를 증착 공정 동안 편리하게 유지할 수 있다. 저온에서의 고반응성이 래디컬 산화제의 속성인 반면 바람직하지 못한 부작용 반응이 공정 챔버 전체에서 빈번하게 일어나 회로기판 위에 오염 물질을 형성한다. 대안으로 물 또는 산소를 산화 소스로 사용하여 ALD 공정 동안 유전체 물질을 형성시킬 수 있다. 그러나 물 또는 산소의 그다지 높지 않은 반응성 때문에 ALD 공정은 일반적으로 래디컬 산소 소스보다 유량이 느려지고 노출 기간을 늘여야 하며 온도를 높여야 한다. 또한 물 또는 산소를 사용하는 ALD 공정은 각각의 산화제 투입 후 정화 기간도 늘려야 하며 따라서 제조상 작업 처리량도 늘어난다. 게다가 느린 유량과 고온은 보통 회로기판 표면 위의 오염 물질을 증가시킨다. It is known in the art to oxidize metal and silicon precursors during the ALD process to form high-k dielectric materials. Ozone or oxygen atoms are common oxidants or oxidation sources for ALD processes. Due to the radical state of ozone and oxygen atoms, low process temperatures can be conveniently maintained during the deposition process while forming dielectric materials. While high reactivity at low temperatures is a property of radical oxidants, undesirable side reactions occur frequently throughout the process chamber to form contaminants on the circuit board. Alternatively, water or oxygen can be used as the oxidation source to form the dielectric material during the ALD process. However, due to the not-so-high reactivity of water or oxygen, ALD processes typically require slower flow rates, longer exposure periods, and higher temperatures than radical oxygen sources. In addition, ALD processes that use water or oxygen require an extended purge period after each oxidant addition, thus increasing manufacturing throughput. In addition, slower flow rates and higher temperatures usually increase contaminants on the circuit board surface.

증기 산화 공정은 기존의 CVD 공정 동안 금속이나 실리콘 물질을 페시베이트(passivate)하거나 산화하는 데 이용되었다. 일례로 수증기는 보조 용기 내에 포함된 물을 끓여 생성된 후에 공정 챔버 안으로 배관된다(plumb). 다른 예로 수소 가스와 산소 가스는 고온에서 예열 된 공정 챔버로 공급된다. (예를 들어 >1,000℃) 두 예에서 생성된 수증기는 금속 표면 혹은 실리콘 표면과 반응하여 산화 금속이나 산화 실리콘 같은 유전체 물질을 형성한다. 앞서 언급한 증기 산화 공정이 CVD 공정 동안 사용하기에 효과적인 수증기를 생산할 수 있는 반면 생성된 수증기는 ALD 공정 중에는 사용하기 적합치 않다. 이 증기 산화 공정에서 얻은 수증기는 회로기판 표면 위에 오염 물질을 유발시킬 수 있으며 작게나마 공정 온도 또는 산화 수증기의 내용물을 조절할 수 있다. 또한 ALD 공정에는 양적으로 공정 챔버에 전달되어야 하는 일관적인 구성을 지닌 반응물의 즉각적인 접근이 필요할 수 있다. Vapor oxidation processes have been used to passivate or oxidize metals or silicon materials during conventional CVD processes. In one example, steam is produced by boiling water contained in an auxiliary vessel and then plumbed into the process chamber. In another example, hydrogen gas and oxygen gas are supplied to a process chamber preheated at high temperature. Water vapor produced in both examples reacts with the metal surface or silicon surface to form a dielectric material such as metal oxide or silicon oxide. While the aforementioned steam oxidation process can produce water vapor that is effective for use during the CVD process, the steam produced is not suitable for use during the ALD process. Water vapor obtained in this steam oxidation process can cause contaminants on the circuit board surface and can, to a small extent, control the process temperature or the contents of the oxidized water vapor. In addition, ALD processes may require immediate access to reactants of consistent composition that must be delivered to the process chamber in a quantitative manner.

그러므로 저온에서도 산화 가스를 생성할 수 있고 산화 가스와 증착된 유전체 물질의 성분을 조절할 수 있으며 공정 기간을 줄이고 오염 물질을 최소화하는 유전체 물질을 증착시키기 위한 장비와 공정이 필요하다. Therefore, there is a need for equipment and processes for depositing dielectric materials that can produce oxidizing gases even at low temperatures, control the composition of oxidizing gases and deposited dielectric materials, and reduce process duration and minimize contamination.

한 실시예에서 공정 챔버 내에 위치한 회로기판 위에 하프늄을 포함한 물질을 형성하기 위한 방법은 제공된다. 이는 회로기판을 하프늄 전구체에 노출시켜 하프늄을 포함하는 층을 그 위에 형성하고 공정 챔버를 정화한 후 하프늄 포함 층을 산화 가스에 노출시켜 그 위에 산화 하프늄 물질을 형성한 다음 다시 공정 챔버를 정화하는 과정을 포함한다. 일례로 산화 실리콘 물질은 회로기판을 실리콘 전구체에 노출시켜 그 위에 실리콘 포함 층을 형성한 후 공정 챔버를 정화하고 회로 기판을 산화 가스에 노출시켜 그 위에 산화 실리콘 물질을 형성한 다음 다시 공정 챔버를 정화하여 하프늄 산화 물질 위에 증착된다. 이 방법은 나아가 수소 소스 가스와 산소 소스 가스를 수증기 발생기로 흘려 보냄으로써 형성된 수증기를 포함하는 산화 가스도 이용한다. 수증기 발생기는 팔라듐, 백금, 니켈, 철, 크롬, 루테늄, 로듐이나 이들의 화합물 혹은 합금을 포함하는 촉매를 갖는다. 수소 소스 가스와 산소 소스 가스는 다른 가스를 더해 희석될 수도 있다. 예를 들어 약 질소에 약 5 부피%의 수소를 포함하는 성형 가스가 수소 소스 가스로 이용될 수도 있다. 몇몇의 예에서 산소 소스 가스 초과분이 수증기 발생기에 제공되어 산소가 풍부한 수증기를 지닌 산화 가스를 제공한다. 다른 예로 회로 기판은 하프늄 포함 물질이나 다른 유전체 물질을 증착한 후의 프리소우크(pre-soak) 공정 동안 산화 가스에 노출된다. In one embodiment, a method is provided for forming a material comprising hafnium on a circuit board located in a process chamber. This process involves exposing the circuit board to a hafnium precursor to form a layer containing hafnium thereon, purifying the process chamber, exposing the hafnium containing layer to oxidizing gas to form a hafnium oxide material thereon, and then purifying the process chamber. It includes. For example, a silicon oxide material exposes a circuit board to a silicon precursor to form a silicon containing layer thereon, and then purifies the process chamber, exposes the circuit board to oxidizing gas to form a silicon oxide material thereon, and then purifies the process chamber. Is deposited over the hafnium oxide material. The method further utilizes an oxidizing gas comprising water vapor formed by flowing a hydrogen source gas and an oxygen source gas into a steam generator. The steam generator has a catalyst comprising palladium, platinum, nickel, iron, chromium, ruthenium, rhodium or compounds or alloys thereof. The hydrogen source gas and the oxygen source gas may be diluted by adding another gas. For example, a shaping gas comprising about 5% by volume of hydrogen in about nitrogen may be used as the hydrogen source gas. In some examples, an oxygen source gas excess is provided to the steam generator to provide an oxidizing gas with oxygen rich steam. In another example, the circuit board is exposed to oxidizing gas during the pre-soak process after depositing a hafnium containing material or other dielectric material.

다른 실시예에서 원자층 증착 공정 동안 회로 기판 위에 하프늄 포함 물질을 증착하는 방법이 제공된다. 이는 회로 기판을 공정 챔버 안에 위치시키고 수소 소스 가스와 산소 소스 가스를 수증기 발생기로 흘려 보내 수증기를 포함한 산화 가스를 생성하고 순차적으로 회로기판을 산화 가스와 하프늄 전구체를 포함하는 공정 가스에 노출시켜 회로기판 위에 하프늄 포함 물질을 형성하는 과정을 포함한다. 몇몇 예에서 공정 가스는 실리콘 전구체나 알루미늄 전구체와 같은 부차적인 전구체를 포함한다. 공정 가스는 공정 챔버 안에서 하프늄 전구체와 적어도 부차적인 전구체를 포함한 다른 가스를 혼합하고 전구체들을 포함한 각각 가스를 공급하여 형성될 수 있다. 대안으로 공정 가스는 적어도 하프늄 전구체와 부차적인 전구체를 포함한 반응 혼합물을 증발시켜 형성될 수 있다. 증착된 하프늄 포함 물질은 산화 하프늄, 하프늄 실리케이트, 하프늄 실리콘 옥시니트리드, 하프늄 옥시니트리드, 하프늄 알루미네이트 혹은 이들의 파생물, 화합물 등을 포함할 수 있다. In another embodiment, a method of depositing a hafnium containing material over a circuit board during an atomic layer deposition process is provided. It locates the circuit board in the process chamber and flows the hydrogen source gas and the oxygen source gas to a steam generator to produce oxidizing gas including water vapor, and subsequently exposes the circuit board to a process gas containing oxidizing gas and hafnium precursor. Forming a hafnium-containing material thereon. In some examples, the process gas includes secondary precursors such as silicon precursors or aluminum precursors. The process gas may be formed by mixing a hafnium precursor and another gas including at least a secondary precursor and supplying each gas including the precursors in the process chamber. Alternatively, the process gas may be formed by evaporating a reaction mixture comprising at least a hafnium precursor and a secondary precursor. The deposited hafnium containing material may include hafnium oxide, hafnium silicate, hafnium silicon oxynitride, hafnium oxynitride, hafnium aluminate or derivatives thereof, compounds, and the like.

다른 실시예에서 원자층 증착 공정 중에 회로 기판 위에 유전체 물질을 형성하는 방법이 제공된다. 이는 회로 기판을 공정 챔버 내에 위치시키고 순차적으로 회로 기판을 산화 가스와 하프늄 전구체, 지르코늄 전구체, 실리콘 전구체, 알루미늄 전구체, 탄탈륨 전구체, 티타늄 전구체, 란탄 전구체 혹은 이들의 화합물과 같은 최소한 하나의 전구체에 노출시키는 과정을 포함한다. 수증기는 수소 소스 가스와 산소 소스 가스를 수증기 발생기에 흘려 보내어 생성될 수 있다. 증착 공정 중에 형성되는 유전체 물질의 예는 산화 하프늄, 하프늄 실리케이트, 산화 지르코늄, 산화 란탄, 란탄 실리케이트, 산화 탄탈륨, 탄탈륨 실리케이트, 산화 티타늄, 티타늄 실리케이트, 산화 알루미늄, 알루미늄 실리케이트, 산화 실리콘 혹은 이들의 파생물 혹은 이들의 화합물을 포함한다. 하프늄 실리케이트 물질을 형성하기 위한 한 예에서 회로 기판은 순차적으로 산화 가스와 하프늄 전구체, 실리콘 전구체를 포함하는 공정 가스에 노출된다. 다른 예에서 회로 기판은 순차적으로 하프늄 전구체, 산화 가스, 실리콘 전구체 그리고 다시 산화 가스에 노출된다. In another embodiment, a method of forming a dielectric material over a circuit board during an atomic layer deposition process is provided. This places the circuit board in the process chamber and sequentially exposes the circuit board to at least one precursor, such as oxidizing gas and hafnium precursor, zirconium precursor, silicon precursor, aluminum precursor, tantalum precursor, titanium precursor, lanthanum precursor or compounds thereof. Process. Steam may be generated by flowing a hydrogen source gas and an oxygen source gas to a steam generator. Examples of dielectric materials formed during the deposition process include hafnium oxide, hafnium silicate, zirconium oxide, lanthanum oxide, lanthanum silicate, tantalum oxide, tantalum silicate, titanium oxide, titanium silicate, aluminum oxide, aluminum silicate, silicon oxide or derivatives thereof or These compounds are included. In one example for forming a hafnium silicate material, the circuit board is sequentially exposed to a process gas comprising an oxidizing gas, a hafnium precursor, and a silicon precursor. In another example, the circuit board is sequentially exposed to hafnium precursor, oxidizing gas, silicon precursor and again oxidizing gas.

다른 실시예에서 회로 기판 위에 하프늄을 포함한 유전체 stack을 형성하는 방법이 제공된다. 이는 적어도 하나의 산화 하프늄 층과 적어도 하나의 하프늄 실리케이트 층을 형성하는 과정을 포함한다. 이 과정은 순차적으로 회로 기판을 산화 가스와 하프늄 전구체를 포함하는 첫 번째 공정 가스에 노출시켜 그 위에 첫 번째 하프늄 포함 물질을 형성한 후 다음으로 회로 기판을 산화 가스와 하프늄 전구체를 포함하는 두 번째 공정 가스에 노출시켜 첫 번째 하프늄 포함 물질 위에 두 번째 하프늄 포함 물질을 형성하는 것을 포함한다. 한 예에서 첫 번째 공정 가스는 또한 실리콘 전구체를 포함한다. 이 방법은 더 나아가 수소 소스 가스와 산소 소스 가스를 수증기 발생기에 흐르게 함으로써 수증기를 포함한 산화 가스를 형성하는 과정을 포함한다. In another embodiment, a method of forming a dielectric stack including hafnium on a circuit board is provided. This includes forming at least one hafnium oxide layer and at least one hafnium silicate layer. This process sequentially exposes the circuit board to a first process gas comprising an oxidizing gas and a hafnium precursor to form a first hafnium containing material thereon, and then a second process comprising the circuit board comprising an oxidizing gas and a hafnium precursor. Exposing to a gas to form a second hafnium containing material over the first hafnium containing material. In one example, the first process gas also includes a silicon precursor. The method further includes forming an oxidizing gas including water vapor by flowing the hydrogen source gas and the oxygen source gas to the steam generator.

본 발명의 상기 상술된 특징은 자세하게 이해될 수 있고, 본 발명의 더욱 특별한 설명, 상기 간략히 요약된 설명은 참조에 의해 실시예로 나타날 수 있고 이들은 첨부된 도면에서 도시된다. 첨부된 도면은 오직 본 발명의 전형적인 실시예를 도시하기 위한 것이고 본 발명의 범위를 제한하는 것이 아니며, 본 발명은 다른 동등한 효과적인 실시예를 받아들일 수 있다. The above-mentioned features of the present invention can be understood in detail, and a more specific description of the invention, the above briefly summarized description, can be seen by way of example by way of example and these are shown in the accompanying drawings. The accompanying drawings are only intended to illustrate exemplary embodiments of the invention and are not intended to limit the scope of the invention, the invention may accept other equivalent effective embodiments.

도 1은 설명된 실시예에 따른 ALD 공정에 의해 하프늄-함유 물질을 증착하기 위한 공정 순서를 도시한다. 1 shows a process sequence for depositing a hafnium-containing material by an ALD process according to the described embodiment.

도 2A는 설명된 실시예에 따른 구성된 공정 시스템의 개략도를 도시한다. 2A shows a schematic diagram of a configured process system according to the described embodiment.

도 2B는 설명된 실시예에 따른 수증기 발생기 시스템의 개략도를 도시한다. 2B shows a schematic diagram of a steam generator system according to the described embodiment.

도 3은 설명된 다른 실시예에 따른 ALD 공정에 의해 하프늄-함유 물질을 증착하기 위한 공정 순서를 도시한다. 3 shows a process sequence for depositing a hafnium-containing material by an ALD process according to another embodiment described.

도 4는 설명된 다른 실시예에 따른 ALD 공정에 의해 하프늄-함유 물질을 증착하기 위한 공정 순서를 도시한다. 4 shows a process sequence for depositing a hafnium-containing material by an ALD process according to another described embodiment.

도 5A-5E는 설명된 실시예에 따른 ALD 공정 동안 하프늄 및 실리콘 전구체를 위한 펄싱 순서의 일부를 도시한다. 5A-5E illustrate part of the pulsing sequence for hafnium and silicon precursors during an ALD process according to the described embodiment.

도 6은 설명된 실시예에 따른 증착 공정 동안 사용될 수 있는 공정 챔버의 개략적인 단면도를 도시한다. 6 shows a schematic cross-sectional view of a process chamber that can be used during a deposition process in accordance with the described embodiment.

도 7은 설명된 실시예에 따른 증착 공정 동안 사용될 수 있는 다른 공정 챔버의 개략 단면도를 도시한다. 7 shows a schematic cross-sectional view of another process chamber that may be used during the deposition process according to the described embodiment.

도 8은 설명된 실시예에 따른 증착 공정 동안 사용될 수 있는 다른 공정 챔버의 개략적인 단면도를 도시한다. 8 shows a schematic cross-sectional view of another process chamber that may be used during the deposition process according to the described embodiment.

도 9A-9B는 설명된 실시예에 따른 공정 챔버와 함께 사용될 수 있는 열적으로 절연하는 라이너의 개략도를 도시한다. 9A-9B show schematic diagrams of thermally insulating liners that may be used with the process chamber in accordance with the described embodiment.

도 10은 설명된 실시예에 따른 증착 공정 동안 사용될 수 있는 공정 챔버 리드 어셈블리의 개략도를 도시한다. 10 shows a schematic diagram of a process chamber lid assembly that may be used during the deposition process in accordance with the described embodiment.

본 발명은 원자층 증착(ALD) 공정에 의해 기판 표면 위에 하프늄-함유 및 다른 높은-k 유전 물질을 증착하기 위한 방법을 제공한다. 일 태양에서, ALD 공정은 순차적으로 하프늄 전구체 및 산화 가스를 ALD 공정 챔버 안으로 펄스함에 의해 수행되고, 이에 의해 하프늄-함유 물질을 형성한다. 산화 가스는 ALD 공정 챔버에 결합된 수증기 발생기(WVG) 시스템으로부터 발생된 수증기를 함유한다. WVG 시스템은 촉매에 수소 소스 가스 및 산소 소스 가스를 노출시킴에 의해 낮은 온도(예를 들어 <500℃)에서 산화 가스를 발생시킨다. 산화 가스의 조성은 산소 또는 수소의 다양한 비율로 맞춰진(enriched) 수증기를 제공하도록 정밀하게 제어될 수 있다. 수증기를 만들기 위해 WVG 시스템을 이용하는 ALD 공정은, 증착된 유전 물질의 조 성의 기본적인 제어, 기판 위의 최소 오염 물질 및 제조 처리량을 증가시키는 빠른 공정을 가진다. The present invention provides a method for depositing hafnium-containing and other high-k dielectric materials on a substrate surface by an atomic layer deposition (ALD) process. In one aspect, the ALD process is performed by sequentially pulsing hafnium precursor and oxidizing gas into the ALD process chamber, thereby forming a hafnium-containing material. The oxidizing gas contains water vapor generated from a water vapor generator (WVG) system coupled to the ALD process chamber. WVG systems generate oxidizing gases at low temperatures (eg <500 ° C.) by exposing the hydrogen source gas and the oxygen source gas to the catalyst. The composition of the oxidizing gas can be precisely controlled to provide steam enriched in various proportions of oxygen or hydrogen. The ALD process, which uses the WVG system to make water vapor, has a fast process that increases the basic control of the composition of the deposited dielectric material, the minimum contaminants on the substrate, and the manufacturing throughput.

공정fair

도 1은 본 발명의 실시예에 따라 하프늄 옥사이드와 같은 하프늄-함유 물질을 형성하기 위한 예시적인 공정 순서(100)를 도시한다. 기판은 순환적인 증착을 수행할 수 있는 공정 챔버로 로드되고, 공정 조건은 조정된다(단계 110). 공정 조건은 기판 또는 공정 챔버의 온도, 챔버 압력, 및 가스 유동률을 포함할 수 있다. 기판은 ALD 공정 사이클을 시작하기 전에 선택적인 프리소우크(pre-soak) 공정 및 정화에 노출될 수 있다(단계 115). 기판은, 공정 챔버로 단독으로 또는 캐리어 가스와 함께 유입된 하프늄 전구체의 펄스에 약 0.1 초 내지 약 5초 범위의 시간 동안 노출된다(단계 120). 이후 정화 가스의 펄스는 공정 챔버(단계 130)로 유입되고 이에 의해 어떤 잔여 하프늄 전구체 또는 부산물을 제거하거나 정화한다. 다음, 산화 가스의 펄스가 공정 챔버 안으로 유입된다(단계 140). 산화 가스는 수증기 및 산소와 같은 여러가지 산화 요소의 혼합물을 포함할 수 있다. 또한, 정화 가스의 펄스는 공정 챔버로 유입되고(단계 150) 이에 의해 어떤 잔여 산화 가스 또는 부산물을 제거하거나 정화한다. 적절한 캐리어 가스 또는 정화 가스는 헬늄, 아르곤, 질소, 수소, 성형 가스(forming gas), 산소 또는 이의 조합을 포함할 수 있다. 1 illustrates an exemplary process sequence 100 for forming a hafnium-containing material such as hafnium oxide in accordance with an embodiment of the present invention. The substrate is loaded into a process chamber capable of performing cyclical deposition, and process conditions are adjusted (step 110). Process conditions may include temperature, chamber pressure, and gas flow rate of the substrate or process chamber. The substrate may be exposed to an optional pre-soak process and purge prior to beginning the ALD process cycle (step 115). The substrate is exposed to a pulse of hafnium precursor, either alone or with the carrier gas, into the process chamber for a time ranging from about 0.1 seconds to about 5 seconds (step 120). The pulse of purge gas then enters the process chamber (step 130) thereby removing or purging any residual hafnium precursor or by-products. A pulse of oxidizing gas is then introduced into the process chamber (step 140). The oxidizing gas may comprise a mixture of various oxidizing elements such as water vapor and oxygen. In addition, a pulse of purge gas enters the process chamber (step 150) thereby removing or purging any residual oxidizing gas or by-products. Suitable carrier gas or purge gas may include helium, argon, nitrogen, hydrogen, forming gas, oxygen or a combination thereof.

여기서 사용되는 "펄스"는 특정 화합물의 양을 지칭하도록 의도된 것이고, 이 화합물은 공정 챔버의 반응 구역 안으로 간헐적으로 또는 연속적이지 않게 유입 된다. 각각의 펄스에서 특정 화합물의 양은 시간에 따라 변할 수 있고 펄스의 존속 시간에 의존한다. 각각의 펄스의 존속시간은 변할 수 있는데, 이는 예를 들어 채택된 공정 챔버의 부피 수용량, 거기에 연결된 진공 시스템 및 특정 화합물의 휘발성/반응성과 같은 다수의 요소에 의존한다. 여기서 사용된 "하프-반응(half-reaction)"은 노출 단계를 지칭하고, 이후 제거 단계가 뒤따른다. 노출 단계는 공정 챔버 안으로 반응물을 유입하는 단계를 제공하고, 반응물을 함유하는 공정 가스의 펄스와 같은 것을 거기에 함유된 기판 위에 반응물을 화학적으로 반응시키거나 또는 흡수하는 단계를 제공한다. 정화 단계는 가스(예를 들어 정화 가스 또는 캐리어 가스)를 유입하는 챔버로부터 반응 부산물 또는 초과 반응물을 제거하는 단계, 진공 시스템을 갖추고 이의 혼합물을 배출하는 단계를 제공한다. As used herein, “pulse” is intended to refer to the amount of a particular compound, which compound is introduced intermittently or not continuously into the reaction zone of the process chamber. The amount of a particular compound in each pulse can vary over time and depends on the duration of the pulse. The duration of each pulse can vary, depending on a number of factors such as, for example, the volume capacity of the process chamber employed, the vacuum system connected thereto and the volatility / reactivity of the particular compound. As used herein, "half-reaction" refers to an exposure step, followed by a removal step. The exposing step provides for introducing a reactant into the process chamber and for chemically reacting or absorbing the reactant on a substrate contained therein, such as a pulse of a process gas containing the reactant. The purge step provides for the removal of reaction by-products or excess reactants from the chamber that introduces the gas (eg purge gas or carrier gas), the installation of a vacuum system and the discharge of the mixture thereof.

단계 160을 참조하면, 각각의 증착 사이클(단계 120 내지 150) 후, 하프늄 옥사이드와 같은 하프늄-함유 물질의 층은 기판 위에 증착된다. 일반적으로 각각의 증착 사이클은 약 1Å 내지 약 10Å의 범위의 두께를 가진 층을 형성한다. 일정한 기구 필요물에 의존하여, 이후의 증착 사이클은 요구하는 두께를 갖는 하프늄-함유 물질을 증착하는데 필요할 수 있다. 이와 같이, 증착 사이클(단계 120 내지 150)은 하프늄-함유 물질의 예정된 두께를 얻도록 반복될 수 있다. 이후, 공정 순서(100)는 표시된 것처럼 단계 170에서 중지될 수 있다. 증착 공정에 의해 형성된 하프늄 옥사이드 물질은 화학 실험식 HfOx을 가진다. 하프늄 옥사이드는 분자 화학식 HfO2을 가질 수 있으나 공정 조건(예를 들어 시간, 온도, 또는 전구체)이 변함에 의해 하프늄 옥사이드는 HfO1 .8과 같이 덜 산화될 수 있다. 바람직하게, 하프늄 옥사이드는 여기의 공정에 의해 증착되는데 분자 화학식이 HfO2이거나 또는 산소:하프늄 농도가 2 미만이다. Referring to step 160, after each deposition cycle (steps 120-150), a layer of hafnium-containing material, such as hafnium oxide, is deposited over the substrate. In general, each deposition cycle forms a layer having a thickness in the range of about 1 ms to about 10 ms. Depending on certain instrument requirements, subsequent deposition cycles may be required to deposit hafnium-containing materials having the desired thickness. As such, the deposition cycles (steps 120-150) may be repeated to obtain a predetermined thickness of the hafnium-containing material. Process sequence 100 may then stop at step 170 as indicated. Hafnium oxide material formed by the deposition process has the chemical formula HfO x . Hafnium oxide may have the molecular formula but the hafnium oxide HfO 2 by the constant process conditions (e.g. time, temperature, or precursor) may be less oxidized as HfO 1 .8. Preferably, hafnium oxide is deposited by the process herein with a molecular formula of HfO 2 or an oxygen: hafnium concentration of less than 2.

기판은 전처리된 공정 또는 프리소우크 공정에 노출될 수 있고, 이에 의해 단계 115 동안 묘사된 것처럼, 다양한 작용기로 기판 표면을 마무리한다. 여기서 설명된 것처럼 증착 공정을 시작하기 전에 유용한 작용기는 히드록실(OH), 알콕시(OR, R = Me, Et, Pr 또는 Bu), 할록실(OX, X = F, Cl, Br 또는 I), 할라이드(F, Cl, Br 또는 I), 산소 래디컬 및 아미노(NR 또는 NR2, R = H, Me, Et, Pr 또는 Bu). 전처리 공정은 반응물에 기판을 노출시킬 수 있는데, 이 반응물은 NH3, B2H5, SiH4, SiH5, H2O, HF, HCl, O2, O3, H2O, H2O2, H2, 원자-H, 원자-N, 원자-O, 알콜, 아민, 이의 파생물 또는 이의 조합일 수 있다. 작용기는 들어오는 화학 전구체가 기판 표면 위에 부착되도록 하기 위한 베이스를 제공할 수 있다. 전처리 공정은 기판 표면을 반응물에 약 1초 내지 약 2분의 범위, 바람직하게는 약 5초 내지 약 60초의 범위의 주기 동안 노출시킬 수 있다. The substrate may be exposed to a pretreated or presoak process, thereby finishing the substrate surface with various functional groups, as depicted during step 115. As described herein, useful functional groups prior to starting the deposition process are hydroxyl (OH), alkoxy (OR, R = Me, Et, Pr or Bu), hydroxyl (OX, X = F, Cl, Br or I), Halides (F, Cl, Br or I), oxygen radicals and amino (NR or NR 2 , R = H, Me, Et, Pr or Bu). The pretreatment process may expose the substrate to the reactants, which are NH3, B2H5, SiH4, SiH5, H2O, HF, HCl, O2, O3, H2O, H2O2, H2, Atom-H, Atom-N, Atom-O , Alcohols, amines, derivatives thereof or combinations thereof. The functional group can provide a base for allowing incoming chemical precursors to adhere onto the substrate surface. The pretreatment process may expose the substrate surface to the reactants for a cycle in the range of about 1 second to about 2 minutes, preferably in the range of about 5 seconds to about 60 seconds.

일 실시예에서, 프리소우크 공정은 WVG 시스템으로부터 발생된 수증기를 함유한 산화 가스에 기판을 선택적으로 노출시키는 단계를 포함할 수 있다. 프리소우크 공정은 이후의 노출 동안 아미노-형태 리간드(예를 들어 TDEAH, TDMAH, TDMAS, 또는 Tris-DMAS)를 함유한 전구체와 작용하는 히드록실 마무리된 작용기를 기판 표면에 제공한다. 프리소우크 공정 동안, 기판 표면은 수증기를 함유한 산화 가스에 약 3초 내지 약 90초, 바람직하게는 약 5초 내지 약 60초, 더욱 바람직하게는 약 10초 내지 약 30초 범위의 시간 동안 노출될 수 있다. 소우크 공정 후, 공정 챔버는 일반적으로 캐리어 가스 또는 정화 가스로 정화되고, 이에 의해 거기에 있는 어떤 휘발성 부산물 및 초과 산화 가스를 제거한다. 하프늄-함유 물질을 형성하는 예에서, 기판 표면은 WVG 시스템으로부터 발생된 수증기를 함유하는 산화 가스에 약 9초 동안 노출될 수 있다. 이후, 공정 챔버는 약 6초 동안 정화되고 ALD 공정 사이클은 TEDAH 또는 TDMAH 함유 공정 가스의 펄스를 제공함에 의해 시작된다. 다른 예에서, 실리콘 함유 물질을 형성하기 위한 것과 같이, 기판 표면은 WVG 시스템로부터 발생된 수증기를 함유한 산화 가스에 약 15초 동안 노출될 수 있다. 이후, 공정 챔버는 약 10초 동안 정화되고 ALD 공정 사이클은 TDMAS 또는 Tri-DMAS를 함유하는 공정 가스의 펄스를 제공함에 의해 개시된다. In one embodiment, the presoak process may include selectively exposing the substrate to an oxidizing gas containing water vapor generated from the WVG system. The presoak process provides a hydroxyl finished functional group on the substrate surface that acts with a precursor containing an amino-type ligand (eg TDEAH, TDMAH, TDMAS, or Tris-DMAS) during subsequent exposure. During the presoak process, the substrate surface is immersed in an oxidizing gas containing water vapor for a time ranging from about 3 seconds to about 90 seconds, preferably from about 5 seconds to about 60 seconds, more preferably from about 10 seconds to about 30 seconds. May be exposed. After the soak process, the process chamber is generally purged with a carrier gas or purge gas, thereby removing any volatile byproducts and excess oxidizing gas therein. In an example of forming a hafnium-containing material, the substrate surface may be exposed for about 9 seconds to an oxidizing gas containing water vapor generated from the WVG system. The process chamber is then purged for about 6 seconds and the ALD process cycle begins by providing a pulse of TEDAH or TDMAH containing process gas. In another example, such as to form a silicon containing material, the substrate surface may be exposed for about 15 seconds to an oxidizing gas containing water vapor generated from the WVG system. The process chamber is then purged for about 10 seconds and the ALD process cycle is initiated by providing a pulse of process gas containing TDMAS or Tri-DMAS.

ALD 공정은 약 1 토르 또는 약 100 토르, 바람직하게 약 1 토르 또는 약 20 토르, 더욱 바람직하게는 약 1 토르 또는 약 10 토르의 범위의 압력에서 공정 챔버에서 일반적으로 수행된다. 기판의 온도는 약 70℃ 내지 약 1000, 바람직하게 약 100℃ 내지 약 650℃, 더욱 바람직하게 약 250℃ 내지 약 500℃의 범위에서 일반적으로 유지된다. The ALD process is generally performed in the process chamber at a pressure in the range of about 1 Torr or about 100 Torr, preferably about 1 Torr or about 20 Torr, more preferably about 1 Torr or about 10 Torr. The temperature of the substrate is generally maintained in the range of about 70 ° C to about 1000, preferably about 100 ° C to about 650 ° C, more preferably about 250 ° C to about 500 ° C.

단계 120 동안, 하프늄 전구체는 약 5 표준 큐빅 센티미터 퍼 분(sccm) 내지 약 200sccm의 범위의 비율에서 공정 챔버 안으로 유입된다. 하프늄 전구체는 질소와 같은 캐리어 가스를 가진 채, 약 50sccm 내지 약 1000sccm의 범위의 총 유동률로 일반적으로 유입된다. 하프늄 전구체는 약 0.1초 내지 약 10초의 범위의 비율 로 공정 챔버 안으로 펄스될 수 있고, 이는 특정의 공정 조건, 하프늄 전구체 또는 증착된 하프늄-함유 물질의 원하는 조성에 의존한다. 일 실시예에서, 하프늄 전구체는 약 1초 내지 약 5초, 예를 들어 약 3초의 범위의 비율에서 공정 챔버 안으로 펄스된다. 다른 실시예에서, 하프늄 전구체는 약 0.1초 내지 약 1초, 예를 들어 약 0.5초의 범위의 비율로 공정 챔버 안으로 펄스된다. 일례에서 하프늄 전구체는 바람직하게 하프늄 테트라클로라이드(HfCl4)이다. 다른 실시예에서, 하프늄 전구체는 바람직하게 테트라키스(디에틸아미노)하프늄((Et2N)4Hf 또는 TDEAH)와 같은 테트라키스(디알킬아미노) 하프늄 화합물이다. During step 120, the hafnium precursor is introduced into the process chamber at a ratio in the range of about 5 standard cubic centimeters per minute (sccm) to about 200 sccm. Hafnium precursors are generally introduced at a total flow rate ranging from about 50 sccm to about 1000 sccm with a carrier gas such as nitrogen. The hafnium precursor can be pulsed into the process chamber at a rate in the range of about 0.1 seconds to about 10 seconds, depending on the particular process conditions, desired composition of the hafnium precursor or deposited hafnium-containing material. In one embodiment, the hafnium precursor is pulsed into the process chamber at a ratio in the range of about 1 second to about 5 seconds, for example about 3 seconds. In another embodiment, the hafnium precursor is pulsed into the process chamber at a rate in the range of about 0.1 seconds to about 1 second, for example about 0.5 seconds. In one example the hafnium precursor is preferably hafnium tetrachloride (HfCl 4 ). In another embodiment, the hafnium precursor is preferably a tetrakis (dialkylamino) hafnium compound, such as tetrakis (diethylamino) hafnium ((Et 2 N) 4 Hf or TDEAH).

하프늄 전구체는, 도 2A에서 도시된 것처럼 하프늄 전구체를 함유한 앰풀(ampoule, 282)을 통해 캐리어 가스를 유입함에 의해 공정 챔버(280) 안으로 일반적으로 분배된다. 앰풀(282)은 화학 전구체를 분산시키거나 또는 함유하기 위해 사용되는 앰풀, 버블, 카트리지 또는 다른 콘테이너를 포함할 수 있다. PROE-VAPTM과 같은 적절한 앰풀은 코네티컷, 댄버리에 위치한 어드밴스드 테크놀로지 머티어리얼스사로부터 구입 가능하다. 앰풀(282)은 도관(283)에 의해 공정 챔버(280)와 유체 소통한다. 도관(283)은 튜브, 파이프, 라인, 호스 또는 기술분야에서 공지된 다른 도관일 수 있다. 또한, 앰풀(282)은 공정 챔버(280)로부터 간격(284)을 두고 있다. 간격(284)은 일반적으로 약 2미터 미만이고, 바람직하게 약 1.25미터 미만이며, 더욱 바람직하게는 약 0.7미터 미만이다. 간격(284)은 최소화될 수 있고, 이에 의해 일정한 하프늄 전구체 유동을 유지한다. 또한, 도관(283) 은 직선일 수 있거나 구부러질 수 있고, 도관(283)은 가능하면 덜 굽고 직선인 것이 바람직하다. 도관(283)은 예정된 온도를 유지하기 위해 히팅 테이프로 쌓일 수 있다. 앰풀(282)의 온도는 약 20 내지 약 300℃의 범위와 같은 온도 내에서 하프늄 전구체에 읜존하는 온도에서 유지된다. 일례에서 앰풀(282)은 약 150℃ 내지 약 200℃의 범위의 온도에서 HfCl4를 함유한다. Hafnium precursor is generally distributed into process chamber 280 by introducing a carrier gas through an ampoule 282 containing a hafnium precursor, as shown in FIG. 2A. Ampoule 282 may include an ampoule, bubble, cartridge, or other container used to disperse or contain a chemical precursor. Suitable ampoules, such as the PROE-VAPTM, are available from Advanced Technology Materials in Danbury, Connecticut. Ampoule 282 is in fluid communication with process chamber 280 by conduit 283. Conduit 283 may be a tube, pipe, line, hose, or other conduit known in the art. In addition, the ampoule 282 is spaced 284 from the process chamber 280. The spacing 284 is generally less than about 2 meters, preferably less than about 1.25 meters, and more preferably less than about 0.7 meters. The spacing 284 can be minimized, thereby maintaining a constant hafnium precursor flow. In addition, the conduit 283 may be straight or bent, and the conduit 283 is preferably less curved and straight if possible. Conduit 283 may be stacked with heating tape to maintain a predetermined temperature. The temperature of the ampoule 282 is maintained at a temperature remaining in the hafnium precursor within a temperature such as in the range of about 20 to about 300 ° C. In one example ampoule 282 contains HfCl 4 at a temperature in the range of about 150 ° C to about 200 ° C.

일 실시예에서, 앰풀(282)은 인젝터 밸브 시스템(281)을 함유한 액체 전달 시스템의 일부일 수 있다. 인젝터 밸브 시스템(281)은 앰풀(282) 및 공정 챔버(280)에 도관(283)에 의해 연결된다. 캐리어 가스의 소스는 일반적으로 인젝터 밸브 시스템(281)에 연결된다(미도시). 액체 전구체(예를 들어 TDEAH, TDMAH, TDMAS 또는 Tris-DMAS)를 함유한 앰풀(282)은 압력을 받을 수 있고 이에 의해 액체 전구체를 인젝터 밸브 시스템(281)으로 전달한다. 일반적으로 액체 전구체를 함유한 앰풀(282)은 약 138kPa(약 20psi) 내지 약 414kPa(약 60psi)의 범위의 압력에서 압력을 받을 수 있고 약 100℃ 또는 미만, 바람직하게 약 20℃ 내지 약 60℃의 범위의 온도로 가열될 수 있다. 인젝터 밸브 시스템(281)은 액체 전구체를 캐리어 가스와 조합시키고, 이에 의해 공정 챔버(280) 안으로 주입되는 전구체를 형성한다. 캐리어 가스는 질소, 아르곤, 헬륨, 수소 또는 이의 조합을 포함할 수 있고, 캐리어는 약 85℃ 내지 약 150℃ 범위의 온도로 미리 가열될 수 있다. 적절한 인젝터 밸브는 일본 쿄토에 위치한 Horiba-Stec으로부터 구입 가능하다. In one embodiment, ampoule 282 may be part of a liquid delivery system containing injector valve system 281. The injector valve system 281 is connected by conduits 283 to the ampoule 282 and the process chamber 280. The source of carrier gas is generally connected to the injector valve system 281 (not shown). Ampoule 282 containing a liquid precursor (eg, TDEAH, TDMAH, TDMAS or Tris-DMAS) may be pressured to thereby deliver the liquid precursor to injector valve system 281. In general, the ampoule 282 containing the liquid precursor may be pressured at a pressure in the range of about 138 kPa (about 20 psi) to about 414 kPa (about 60 psi) and is about 100 ° C. or less, preferably about 20 ° C. to about 60 ° C. It can be heated to a temperature in the range of. The injector valve system 281 combines the liquid precursor with the carrier gas, thereby forming a precursor that is injected into the process chamber 280. The carrier gas may comprise nitrogen, argon, helium, hydrogen or a combination thereof and the carrier may be preheated to a temperature in the range of about 85 ° C to about 150 ° C. Suitable injector valves are available from Horiba-Stec in Kyoto, Japan.

단계(140) 동안, 산화 가스는 공정 챔버(280)로 약 0.05sccm 내지 약 100sccm의 범위, 바람직하게 약 0.5sccm 내지 약 100sccm의 범위의 유동률로 유입된다. 산화 가스는 약 0.05초 내지 약 10초, 바람직하게 약 0.08초 내지 약 3초, 더욱 바람직하게 약 0.1초 내지 약 2초의 범위의 비율로 공정 챔버(280) 안으로 펄스된다. 일 실시예에서, 산화 가스는 약 1초 내지 약 5초, 예를 들어 약 1.7초의 범위의 비율로 펄스된다. 다른 실시예에서, 산화 가스는 약 0.1초 내지 약 3초, 예를 들어 약 0.5초의 범위의 비율로 펄스된다. During step 140, the oxidizing gas enters the process chamber 280 at a flow rate in the range of about 0.05 sccm to about 100 sccm, preferably in the range of about 0.5 sccm to about 100 sccm. The oxidizing gas is pulsed into the process chamber 280 at a rate in the range of about 0.05 seconds to about 10 seconds, preferably about 0.08 seconds to about 3 seconds, more preferably about 0.1 seconds to about 2 seconds. In one embodiment, the oxidizing gas is pulsed at a rate in the range of about 1 second to about 5 seconds, for example about 1.7 seconds. In another embodiment, the oxidizing gas is pulsed at a rate in the range of about 0.1 seconds to about 3 seconds, for example about 0.5 seconds.

산화 가스는 수증기 발생기(WVG) 시스템(286)으로부터 만들어질 수 있고, 이 시스템은 도관(287)에 의해 공정 챔버(280)와 유체소통한다. 피팅(fitting, 212, 214)은 공정 챔버(280)로 또는 WVG 시스템(286)으로 도관(287)을 링크하는데 사용될 수 있다. 적절한 피팅은 미국의 Fujikin사로부터 구할 수 있다. 일반적으로 도관(287)은 ALD 밸브 어셈블리를 통해 공정 챔버(280)와 유체소통된다. 도관(287)은 튜브, 파이프, 금속(예를 들어 스테인리스 강 또는 알루미늄)으로 만들어진 호스 또는 라인, 고무 또는 플라스틱(예를 들어 PTFE)일 수 있다. 일 실시예에서, 스테인리스 강(316L)으로 만들어진 파이프는 도관(287)으로서 사용된다. WVG 시스템(286)은 낮은 온도(예를 들어 <500℃)에서 수소 소스 가스(예를 들어 H2) 및 산소 소스 가스(예를 들어 O2)의 촉매 반응에 의해 초고순도 수증기를 발생시킨다. 수소 및 산소 소스 가스는 각각 약 5sccm 내지 약 200sccm, 바람직하게 약 10sccm 내지 약 100sccm의 범위의 유동률에서 WVG 시스템(286) 안으로 유동한다. 일반적으로 산소 및 수소 소스 가스의 유동률은 독립적으로 조정되어 이에 의해 산화 가 스의 유출량 내에서 수소 또는 수소 소스 가스의 부재 및 산소 또는 산소 소스 가스의 부재를 갖는다. The oxidizing gas can be made from a steam generator (WVG) system 286, which is in fluid communication with the process chamber 280 by conduits 287. Fittings 212, 214 may be used to link conduits 287 into process chamber 280 or into WVG system 286. Suitable fittings are available from Fujikin, USA. Conduit 287 is generally in fluid communication with process chamber 280 via an ALD valve assembly. Conduit 287 may be a tube, pipe, hose or line made of metal (eg stainless steel or aluminum), rubber or plastic (eg PTFE). In one embodiment, a pipe made of stainless steel 316L is used as conduit 287. WVG system 286 generates ultra high purity water vapor by the catalytic reaction of a hydrogen source gas (eg H 2 ) and an oxygen source gas (eg O 2 ) at low temperatures (eg <500 ° C.). Hydrogen and oxygen source gases flow into the WVG system 286 at flow rates ranging from about 5 sccm to about 200 sccm, preferably from about 10 sccm to about 100 sccm. In general, the flow rates of oxygen and hydrogen source gas are adjusted independently, thereby having no hydrogen or hydrogen source gas and no oxygen or oxygen source gas in the outflow of the oxidizing gas.

수증기를 함유한 산화 가스를 발생시키는데 유용한 산소 소스 가스는 산소(O2), 원자 산소(O), 오존(O3), 니트로스 옥사이드(N2O), 니트릭 옥사이드(NO), 니트로젠 다이옥사이드(NO2), 디니트로젠 펜트옥사이드(N2O5), 하이드로젠 퍼옥사이드(H2O2), 이의 파생물 또는 이의 조합을 포함할 수 있다. 수증기 함유 산화 가스를 발생시키는데 유용한 수소 소스 가스는 하이드로젠(H2), 원자 하이드로젠(H), 성형 가스(N2/H2), 암모니아(NH3), 하이드로카본(예를 들어 CH4), 알콜(예를 들어 CH3OH), 이의 파생물 또는 이의 조합을 포함할 수 있다. 캐리어 가스는 산소 소스 가스 또는 수소 소스 가스와 함께 유동할 수 있고, N2, He, Ar 또는 이의 조합을 포함할 수 있다. 바람직하게, 산소 소스 가스는 산소 또는 니트로스 옥사이드이고, 수소 소스 가스는 하이드로젠 또는 성형 가스, 니트로젠에 5부피%의 하이드로젠이다. Oxygen source gases useful for generating oxidizing gases containing water vapor include oxygen (O 2), atomic oxygen (O), ozone (O 3), nitro oxide (N 2 O), nitrile oxide (NO), nitrogen dioxide (NO 2) , Dinitrogen pentoxide (N 2 O 5), hydrogen peroxide (H 2 O 2), derivatives thereof, or combinations thereof. Hydrogen source gases useful for generating steam containing oxidizing gases include hydrogen (H 2), atomic hydrogen (H), shaping gas (N 2 / H 2), ammonia (NH 3), hydrocarbons (eg CH 4), alcohols (eg CH 3 OH), derivatives thereof or combinations thereof. The carrier gas may flow with an oxygen source gas or a hydrogen source gas and may include N 2, He, Ar, or a combination thereof. Preferably the oxygen source gas is oxygen or nitros oxide and the hydrogen source gas is 5% by volume of hydrogen in a hydrogen or forming gas, nitrogen.

수소 소스 가스 및 산소 소스 가스는 캐리어 가스로 희석될 수 있고, 이에 의해 증착 공정 동안 산화 가스 내에서 수증기의 민감한 제어를 제공한다. 일 실시예에서, 느린 수증기 유동률(약 <10sccm 수증기)은 ALD 공정 동안 화학적 반응을 완료하는데 바람직할 수 있고, 이에 의해 하프늄-함유 물질 또는 다른 유전 물질을 형성한다. 느린 수증기 유동률은 산화 가스 내에서 수증기 농도를 희석시킨다. 희석된 수증기는 기판 표면 위에서 흡수된 전구체를 산화시키는 농도이다. 따라서, 느린 수증기 유동률은 수증기 노출 후 정화 시간을 최소화하고, 이에 의해 제 조 처리량을 증가시킨다. 또한, 느린 수증기 유동률은 바람직하지 않은 상호 반응을 피함에 의해 미립자 오염물질의 형성을 줄인다. 질량 유동 제어기(mass flow controller, MFC)는 약 0.5sccm의 유동률로 수소 소스 가스를 제어하는데 사용될 수 있고, 약 0.5sccm의 유동률로 수증기의 흐름을 만든다. 따라서, 희석된 수소 소스 가스(예를 들어 성형 가스)는 WVG 시스템에서 사용될 수 있고 이에 의해 느린 수증기 유동률을 이룬다. 일례에서, 수소 형성 가스 5%를 함유하고 약 10sccm의 유동률을 가진 수소 소스 가스는 약 0.5sccm의 유동률로 WVG 시스템으로부터 수증기를 전달한다. 대안적인 실시예에서, 빠른 수증기 유동률(약 >10sccm 수증기)은 ALD 공정 동안 화학 반응을 완료하는데 바람직할 수 있고, 하프늄-함유 물질 또는 다른 유전 물질을 형성한다. 예를 들어 수소 가스의 약 100sccm은 수증기 약 100sccm을 전달한다. The hydrogen source gas and the oxygen source gas can be diluted with a carrier gas, thereby providing sensitive control of water vapor in the oxidizing gas during the deposition process. In one embodiment, a slow steam flow rate (about <10 sccm water vapor) may be desirable to complete the chemical reaction during the ALD process, thereby forming a hafnium-containing material or other dielectric material. Slow steam flow rates dilute the water vapor concentration in the oxidizing gas. Diluted water vapor is the concentration that oxidizes the absorbed precursor on the substrate surface. Thus, the slow steam flow rate minimizes purge time after steam exposure, thereby increasing the manufacturing throughput. In addition, slow steam flow rates reduce the formation of particulate contaminants by avoiding undesirable interactions. A mass flow controller (MFC) can be used to control the hydrogen source gas at a flow rate of about 0.5 sccm, producing a flow of water vapor at a flow rate of about 0.5 sccm. Thus, a dilute hydrogen source gas (e.g., shaping gas) can be used in the WVG system, thereby achieving a slow steam flow rate. In one example, a hydrogen source gas containing 5% hydrogen forming gas and having a flow rate of about 10 sccm delivers water vapor from the WVG system at a flow rate of about 0.5 sccm. In alternative embodiments, fast steam flow rates (about> 10 sccm water vapor) may be desirable to complete the chemical reaction during the ALD process and form hafnium-containing materials or other dielectric materials. For example, about 100 sccm of hydrogen gas delivers about 100 sccm of water vapor.

성형 가스는 아르곤 또는 질소와 같은 캐리어 가스의 부피비 약 1% 내지 약 95%의 범위의 수소 농도로 선택될 수 있다. 일 태양에서, 성형 가스의 수소 농도는 캐리어 가스 부피비 약 1% 내지 약 30%의 범위이고, 바람직하게는 약 2% 내지 약 20%이며, 더욱 바람직하게는 약 3% 내지 약10%이고, 성형 가스는 약 5% 수소 및 약 95% 질소를 함유할 수 있다. 다른 태양에서 성형 가스의 수소 농도는 캐리어 가스의 부피비 약 30% 내지 약 90%의 범위이고, 바람직하게는 약 40% 내지 약 90%이며, 더욱 바람직하게는 약 50% 내지 약 85%이고, 예를 들어 성형 가스는 약 80% 수소 및 약 20% 질소를 함유할 수 있다. The shaping gas may be selected at a hydrogen concentration in the range of about 1% to about 95% by volume of the carrier gas, such as argon or nitrogen. In one aspect, the hydrogen concentration of the shaping gas ranges from about 1% to about 30% by volume of the carrier gas volume, preferably from about 2% to about 20%, more preferably from about 3% to about 10%, and The gas may contain about 5% hydrogen and about 95% nitrogen. In another embodiment the hydrogen concentration of the shaping gas ranges from about 30% to about 90% by volume of the carrier gas, preferably from about 40% to about 90%, more preferably from about 50% to about 85%, eg For example, the molding gas may contain about 80% hydrogen and about 20% nitrogen.

일례에서, WVG 시스템은 약 10sccm의 유동률로 5% 수소(95% 질소)를 함유하 는 수소 소스 가스와 약 0.5sccm의 유동률로 수증기 및 약 9.8sccm의 유동률로 산소를 함유한 산화 가스를 형성하기 위해 약 10sccm의 유동률로 산소 소스 가스(예를 들어 O2)를 수용한다. 다른 예에서, WVG 시스템은 약 1sccm의 유동률로 수증기 및 약 9sccm의 유동률로 산소를 함유한 산화 가스를 형성하기 위해 약 10sccm의 유동률로 산소 소스 가스와 약 20sccm의 유동률로 5% 수소 성형 가스를 함유하는 수소 소스 가스를 수용한다. 다른예에서, WVG 시스템은 약 9.8sccm의 비율로 산소 및 약 10sccm의 비율로 수증기를 함유하는 산화 가스를 형성하기 위해 약 10sccm의 유동률로 산소 소스 가스 및 약 20sccm의 유동률로 수소 가스를 함유한 수소 소스 가스를 수용한다. 다른 예에서, 산소 소스 가스로서의 니트로스 옥사이드가 ALD 공정 동안 수증기를 형성하기 위해 수소 소스 가스를 가진 채 사용된다. 일바적으로 니트로스 옥사이드 2 몰랄 당량이 산소 가스의 각각의 몰랄 당량에 대해 치환된다. In one example, a WVG system is used to form a hydrogen source gas containing 5% hydrogen (95% nitrogen) at a flow rate of about 10 sccm and an oxidizing gas containing oxygen at a flow rate of about 9.8 sccm and water vapor at a flow rate of about 0.5 sccm. To accommodate an oxygen source gas (eg O 2 ) at a flow rate of about 10 sccm. In another example, the WVG system contains an oxygen source gas at a flow rate of about 10 sccm and a 5% hydrogen forming gas at a flow rate of about 20 sccm to form an oxidizing gas containing oxygen at a flow rate of about 1 sccm and oxygen at a flow rate of about 9 sccm. To accommodate a hydrogen source gas. In another example, the WVG system includes hydrogen containing hydrogen gas at a flow rate of about 10 sccm and a flow rate of about 20 sccm to form an oxidizing gas containing oxygen at a rate of about 9.8 sccm and water vapor at a rate of about 10 sccm. Accept the source gas. In another example, nitros oxide as the oxygen source gas is used with the hydrogen source gas to form water vapor during the ALD process. Generally, 2 molar equivalents of nitros oxide are substituted for each molar equivalent of oxygen gas.

WVG 시스템은 촉매-라인드(lined) 반응기 또는 촉매 카트리지와 같은 촉매를 함유하고, 이 경우에 수증기를 함유하는 산화 가스는 수소의 소스 및 산소의 소스 사이의 촉매 화학 반응에 의해 발생된다. WVG 시스템은 일반적으로 1000℃를 넘는 온도에서 점화 반응의 결과로 수증기를 만드는 발열성 반응기(pyrogenic generator)와 다르다. 촉매를 함유하는 WVG 시스템은 약 100℃ 내지 약 500℃의 범위의 낮은 온도, 바람직하게는 약 350℃ 또는 미만의 온도에서 수증기를 일반적으로 만든다. 촉매 반응기 안에 함유된 촉매는 팔라듐, 플래티늄, 니켈, 철, 크로 뮴, 루테늄, 로듐, 이의 합금 또는 이의 조합과 같은 금속 또는 합금을 포함할 수 있다. 초고순도 물은 본 발명의 ALD 공정에 대해 이상적이다. 일 실시예에서 반응하지 않은 수소가 다운스트림(downstream) 유동하는 것을 막기 위해, 산소 소스 가스가 약 5초 동안 WVG 시스템을 통해 유동하도록 한다. 다음, 수소 소스 가스가 약 5초 동안 반응기로 들어오도록 한다. 산소 및 수소 소스 가스(예를 들어 H2, O2) 사이의 촉매 반응은 수증기를 발생시킨다. 산소 및 수소 소스 가스의 유동을 조절하는 것은 수증기를 함유한 형성된 산화 가스 내의 산소 및 수소 농도의 정밀한 제어를 가능하게 한다. 수증기는 수소 소스 가스, 산소 소스 가스 또는 이의 조합의 잔여물을 함유할 수 있다. 적절한 WVG 시스템은 상업적으로 구입 가능한데, 이는 산타 클라라에 위치한 Fujikin of America, Inc.의 수증기 발생기(WVG) 및/또는 캘리포니아 멘로 파크에 위치한 Ultra Clean Technology의 촉매 스팀 발생기 시스템(CSGS)이 있다. WVG systems contain catalysts such as catalyst-lined reactors or catalyst cartridges, in which case the oxidizing gas containing water vapor is generated by a catalytic chemical reaction between a source of hydrogen and a source of oxygen. WVG systems differ from pyrogenic generators, which typically produce water vapor as a result of ignition reactions at temperatures above 1000 ° C. WVG systems containing a catalyst generally produce water vapor at low temperatures in the range of about 100 ° C. to about 500 ° C., preferably at temperatures of about 350 ° C. or less. The catalyst contained in the catalytic reactor may include metals or alloys such as palladium, platinum, nickel, iron, chromium, ruthenium, rhodium, alloys thereof or combinations thereof. Ultra high purity water is ideal for the ALD process of the present invention. In one embodiment, the oxygen source gas is allowed to flow through the WVG system for about 5 seconds to prevent unreacted hydrogen from flowing downstream. The hydrogen source gas is then allowed to enter the reactor for about 5 seconds. The catalytic reaction between oxygen and a hydrogen source gas (eg H2, O2) generates water vapor. Regulating the flow of oxygen and hydrogen source gas allows precise control of the oxygen and hydrogen concentration in the formed oxidizing gas containing water vapor. Water vapor may contain residues of hydrogen source gas, oxygen source gas, or a combination thereof. Suitable WVG systems are commercially available, including steam generators (WVG) from Fujikin of America, Inc. in Santa Clara and / or Ultrasonic Catalytic Steam Generator Systems (CSGS) from Menlo Park, California.

도 2B는 WVG 시스템(286)의 한 구성을 도시한다. 수소 소스(262), 산소 소스(264) 및 캐리어 가스 소스(266)가 도관 시스템(261)에 의해 WVG 시스템(286)에 연결된다. 도관 시스템(261)은 도관 및 밸브를 함유하고, 이는 수소 소스(262), 산소 소스(264) 및/또는 캐리어 가스 소스(266)로부터 가스가 가스 입력부(267) 및 가스 필터(268)를 통해 촉매 반응기(270)와 독립적으로 유체소통하는 것을 가능하게 한다. 수증기는 촉매 반응기(270) 내에서 형성되어 이로부터 방사된다. 또한, 도관 시스템(261)은 도관 및 밸브를 함유하고, 이는 수소 소스(262), 산소 소스(264)로부터 가스를 접합점(271)에서 촉매 반응기(270)를 독립적으로 우회하는 것 을 가능하게 한다. 따라서 추가적인 수소 소스 가스 및/또는 산소 소스 가스는 촉매 반응기(270)을 우회할 수 있고 산소 또는 수소가 풍부한 산화 가스를 형성하도록 수증기와 화합할 수 있다. 가스 센서(272) 및 가스 필터(274)는 촉매 반응기(270)로부터 다운스트림 도관 시스템(261)에 연결된다. 가스 센서(272)는 산소, 수소 및 물의 농도를 포함하는 산화 가스의 조성을 결정하는데 사용될 수 있다. 산화 가스는 WVG 시스템(286)을 나가기 전에 가스 필터(274)를 통과할 수 있다. 2B illustrates one configuration of a WVG system 286. Hydrogen source 262, oxygen source 264 and carrier gas source 266 are connected to WVG system 286 by conduit system 261. Conduit system 261 contains conduits and valves, which allow gas from hydrogen source 262, oxygen source 264, and / or carrier gas source 266 to pass through gas input 267 and gas filter 268. It is possible to fluidly communicate with the catalytic reactor 270 independently. Water vapor is formed in and radiated from the catalytic reactor 270. In addition, conduit system 261 contains conduits and valves, which enable to independently bypass gas from hydrogen source 262, oxygen source 264 to catalytic reactor 270 at junction 271. . Thus additional hydrogen source gas and / or oxygen source gas may bypass the catalytic reactor 270 and may be combined with water vapor to form an oxygen or hydrogen rich oxidizing gas. Gas sensor 272 and gas filter 274 are connected to downstream conduit system 261 from catalytic reactor 270. Gas sensor 272 may be used to determine the composition of the oxidizing gas, including concentrations of oxygen, hydrogen, and water. The oxidizing gas may pass through the gas filter 274 before leaving the WVG system 286.

바람직하게 아르곤 또는 질소인 정화 가스의 펄스는 단계(130, 150)에서 약 2 표준 리터 퍼 분(sim) 내지 약 22sim, 바람직하게 약 10sim의 유동률로 일반적으로 유입된다. 각각의 공정 사이클(단계 120 내지 150)은 약 0.01초 내지 약 20초의 범위의 시간 주기 동안 일어난다. 일례에서, 공정 사이클은 약 10초를 지속한다. 다른 예에서, 공정 사이클은 약 2초를 지속한다. 약 10초를 지속하는 더 긴 공정 단계는 뛰어난 하프늄-함유 필름을 증착하지만 처리량을 감소시킨다. 특정 정화 가스 유동률 및 공정 사이클의 지속시간은 실험을 통해 얻어진다. 일례에서, 300mm 지름 웨이퍼는 200mm 지름 웨이퍼와 동일한 지속시간에 대해나 유동률의 약 두 배를 필요로 하고, 이에 의해 유사한 처리량을 유지한다. A pulse of purge gas, preferably argon or nitrogen, is generally introduced in steps 130 and 150 at a flow rate of about 2 standard liters per minute (sim) to about 22 sim, preferably about 10 sim. Each process cycle (steps 120-150) occurs for a time period in the range of about 0.01 seconds to about 20 seconds. In one example, the process cycle lasts about 10 seconds. In another example, the process cycle lasts about 2 seconds. Longer process steps lasting about 10 seconds deposit excellent hafnium-containing films but reduce throughput. Specific purge gas flow rates and durations of process cycles are obtained through experiments. In one example, a 300 mm diameter wafer requires about twice the flow rate or for the same duration as a 200 mm diameter wafer, thereby maintaining similar throughput.

일 실시예에서, 수소 가스는 캐리어 가스, 정화 및/또는 반응 가스로서 가해지고, 이에 의해 증착된 물질로부터 할로겐 오염물질을 감소시킨다. 할로겐 원소을 함유한 전구체(예를 들어 HfCl4, SiCl4, 및 Si2Cl6)는 증착된 유전 물질을 쉽게 오염시킨다. 수소는 환원성(reductant)이고 휘발성 및 제거 가능한 부산물로서 하이드로젠 할라이드(예를 들어 HCl)을 만들 것이다. 따라서, 수소는 전구체 화합물 (예를 들어 하프늄, 실리콘, 산소 전구체)과 화합할 때 캐리어 가스 또는 반응 가스로서 사용될 수 있고, 다른 캐리어 가스(예를 들어 Ar 또는 N2)를 포함할 수 있다. 일례에서, 물/수소 혼합물은 약 100℃ 내지 약 500℃의 범위의 온도에서 할로겐 농도를 감소시키고 증착된 물질의 산소 농도를 증가시키는데 사용된다. 일례에서 물/수소 혼합물은, 수소 소스 가스의 초과량을 WVG 시스템으로 주입함에 의해 얻어질 수 있고, 이에 의해 수소가 풍부한 수증기를 형성한다. In one embodiment, hydrogen gas is applied as a carrier gas, purge and / or reactant gas, thereby reducing halogen contaminants from the deposited material. Precursors containing halogen elements (eg HfCl 4, SiCl 4, and Si 2 Cl 6) readily contaminate the deposited dielectric material. Hydrogen will make a hydrogen halide (eg HCl) as a reductant, volatile and removable by-product. Thus, hydrogen may be used as a carrier gas or reaction gas when compounded with a precursor compound (eg hafnium, silicon, oxygen precursor) and may include other carrier gases (eg Ar or N 2). In one example, a water / hydrogen mixture is used to reduce the halogen concentration and increase the oxygen concentration of the deposited material at a temperature in the range of about 100 ° C to about 500 ° C. In one example, the water / hydrogen mixture can be obtained by injecting an excess of hydrogen source gas into the WVG system, thereby forming hydrogen-rich steam.

다른 실시예에서, 도 3은 하프늄 실리케이트와 같은 하프늄-함유 물질을 형성하기 위한 예시적인 공정 순서(200)를 도시한다. 기판은 공정 챔버로 로드되고, 공정 챔버는 순환적인 증착을 수행할 수 있으며 공정 조건은 조정된다(단계 205). 기판은 ALD 사이클을 시작하기 이전에 정화 및 선택적인 프리소우크 공정에 노출될 수 있다(단계 207). 기판은 하프늄 전구체의 펄스에 노출되고, 이 펄스는 약 0.1초 내지 약 5초의 시간 동안 공정 챔버 안으로 유입된다(단계 210). 정화 가스의 펄스는 공정 챔버 안으로 유입되고(단계 215), 이에 의해 어떤 잔여 하프늄 전구체 또는 부산물을 제거하거나 정화한다. 다음으로, 산화 가스의 펄스가 공정 챔버 안으로 약 0.1초 내지 약 10초 범위의 시간 동안 유입된다(단계 220). 산화 가스는 WVG 시스템으로부터 얻어지는 산소 및 수증기와 같은 다수의 산화 요소를 포함할 수 있다. 또한, 정화 가스의 펄스는 공정 챔버 안으로 유입되고(단계 225), 이에 의해 어떤 잔여 산화 화합물 또는 부산물을 제거하거나 정화한다. 이후 기판은 실리콘 전구체의 펄스에 노출되고, 이 펄스는 약 0.1초 내지 약 10초의 범위의 시간 동안 공정 챔버 안으로 유입된다(단계 230). 또한, 정화 가스의 펄스는 공정 챔버 안으로 펄스되고(단계 235), 이에 의해 어떤 잔여 실리콘 전구체 또는 부산물을 제거하거나 정화한다. 다음으로, 산화 가스의 다른 펄스가 약 0.1초 내지 약 10초의 범위의 시간 동안 공정 챔버 안으로 유입된다(단계 240). 또한, 정화 가스의 펄스는 공정 챔버 안으로 유입되고(단계 245), 이에 의해 어떤 잔여 산화 화합물 또는 부산물을 제거하거나 정화한다. 적절한 캐리어 가스 또는 정화 가스는 헬륨, 아르곤, 질소, 수소, 성형 가스, 산소 또는 이의 조합을 포함할 수 있다. In another embodiment, FIG. 3 shows an exemplary process sequence 200 for forming a hafnium-containing material, such as hafnium silicate. The substrate is loaded into the process chamber, the process chamber can perform cyclic deposition and the process conditions are adjusted (step 205). The substrate may be exposed to a purification and optional presoak process prior to beginning the ALD cycle (step 207). The substrate is exposed to a pulse of hafnium precursor, which pulse is introduced into the process chamber for a time between about 0.1 seconds and about 5 seconds (step 210). The pulse of purge gas enters the process chamber (step 215), thereby removing or purging any residual hafnium precursor or by-products. Next, a pulse of oxidizing gas is introduced into the process chamber for a time ranging from about 0.1 seconds to about 10 seconds (step 220). The oxidizing gas can include a number of oxidizing elements such as oxygen and water vapor obtained from the WVG system. In addition, a pulse of purge gas is introduced into the process chamber (step 225), thereby removing or purging any residual oxidizing compounds or by-products. The substrate is then exposed to a pulse of silicon precursor, which pulse is introduced into the process chamber for a time ranging from about 0.1 seconds to about 10 seconds (step 230). In addition, a pulse of purge gas is pulsed into the process chamber (step 235), thereby removing or purging any residual silicon precursor or by-products. Next, another pulse of oxidizing gas is introduced into the process chamber for a time ranging from about 0.1 seconds to about 10 seconds (step 240). In addition, a pulse of purge gas is introduced into the process chamber (step 245), thereby removing or purging any residual oxidizing compounds or by-products. Suitable carrier gases or purge gases may include helium, argon, nitrogen, hydrogen, shaping gas, oxygen or combinations thereof.

단계(250)를 참조하면, 각각의 증착 사이클(단계 210 내지 245) 후, 제 1 두께를 갖는, 하프늄 실리케이트와 같은 하프늄-함유 물질은 기판 표면 위에 증착된다. 일반적으로 각각의 증착 사이클은 약 0.5Å 내지 약 10Å의 범위의 두께를 가진 층을 형성한다. 특정의 기구 요구에 의존하여 이후의 증착 사이클은 예정된 두께로 하프늄-함유 물질을 증착하는데 필요할 수 있다. 증착 사이클(단계 210 내지 245)은 하프늄-함유 물질의 원하거나 예정된 두께가 얻어질 때까지 반복될 수 있고, 단계(250)에서 얻어지면, 공정 순서(200)은 단계(260)에서 종료된다. Referring to step 250, after each deposition cycle (steps 210 to 245), a hafnium-containing material, such as hafnium silicate, having a first thickness is deposited over the substrate surface. In general, each deposition cycle forms a layer having a thickness in the range of about 0.5 kPa to about 10 kPa. Depending on the specific instrument requirements, subsequent deposition cycles may be required to deposit the hafnium-containing material at a predetermined thickness. The deposition cycles (steps 210 through 245) may be repeated until the desired or predetermined thickness of the hafnium-containing material is obtained, and if obtained in step 250, process sequence 200 ends at step 260.

여기서 설명된 증착 공정에 의해 형성된 하프늄 실리케이트 물질은 화학 실험식 HfSiOx를 갖는다. 하프늄 실리케이트는 하프늄 옥사이드(HfOx 또는 HfO2) 및 실리콘 옥사이드(SiOx 또는 SiO2)의 균일한 혼합물 또는 단일상 HfSiO4 물질일 수 있다. 하프늄 실리케이트는 화학 분자식 HfSiO4를 가질 수 있고, 공정 조건(예를 들어 시간, 온도, 전구체)의 변화에 의해 하프늄 실리케이트는 원소적인 농도가 변할 수 있는데, 예를 들어 HfSiO3 .8 또는 HfSi0 .8O3 .8일 수 있다. Hafnium silicate material formed by the deposition process described herein has a chemical empirical formula HfSiO x . Hafnium silicate may be a homogeneous mixture of hafnium oxide (HfO x or HfO 2 ) and silicon oxide (SiO x or SiO 2 ) or a single phase HfSiO 4 material. Hafnium silicate may have a chemical molecular formula HfSiO 4, process conditions, hafnium silicate by the change of (e.g. time, temperature, precursors) are there the element concentration can be varied, for example, HfSiO 3 .8 0 or HfSi. It can be 8 O 3 .8 .

도 3에서 도시된 ALD 공정은 약 1 토르 내지 약 100토르, 바람직하게 약 1토르 내지 약 20토르, 더욱 바람직하게 약 1토르 내지 약 10토르의 범위의 압력에서 공정 챔버 내에서 일반적으로 일어난다. 기판의 온도는 약 70℃ 내지 약 1000℃의 범위에 일반적으로 있고, 바람직하게는 약 100℃ 내지 약 650℃이며, 더욱 바람직하게는 약 250℃ 내지 약 500℃이다. 단계(207)에서 선택적인 프리소우크 공정은 ALD 사이클이 시작한 이후이고, 단계(115)에서 설명된 것처럼, WVG 시스템으로부터 발생된 수증기를 함유하는 산화 가스에 기판을 노출시키는 단계를 포함한다. The ALD process shown in FIG. 3 generally occurs in the process chamber at a pressure in the range of about 1 Torr to about 100 Torr, preferably about 1 Torr to about 20 Torr, more preferably about 1 Torr to about 10 Torr. The temperature of the substrate is generally in the range of about 70 ° C to about 1000 ° C, preferably about 100 ° C to about 650 ° C, more preferably about 250 ° C to about 500 ° C. The optional presoak process in step 207 is after the ALD cycle begins, and includes exposing the substrate to an oxidizing gas containing water vapor generated from the WVG system, as described in step 115.

단계(210) 동안, 하프늄 전구체는 공정 챔버 안으로 약 5sccm 내지 약 200sccm의 범위의 유동률로 유입된다. 하프늄 전구체는 질소와 같은 캐리어 가스와 함께 유입되고 약 50sccm 내지 약 1000sccm의 범위의 총유동률로 유입된다. 하프늄 전구체는 약 0.1초 내지 약 10초의 범위의 비율로 공정 챔버 안으로 펄스된다. 일 실시예에서, 하프늄 전구체는 약 1초 내지 약 5초의 범위의 비율로 펄스되고, 예를 들어 약 3초이다. 다른 실시예에서, 하프늄 전구체는 약 0.1초 내지 약 1초, 예를 들어 약 0.5초의 범위의 비율로 펄스된다. 일례에서, 하프늄 전구체는 바람직하게 하프늄 테트라클로라이드이고, 다른 예에서 하프늄 전구체는 바람직하게 TDEAH 또는 다른 타트라키스(디알킬아미노)하프늄 화합물이다. During step 210, the hafnium precursor is introduced into the process chamber at a flow rate in the range of about 5 sccm to about 200 sccm. Hafnium precursor is introduced with a carrier gas such as nitrogen and at a total flow rate ranging from about 50 sccm to about 1000 sccm. Hafnium precursor is pulsed into the process chamber at a rate in the range of about 0.1 seconds to about 10 seconds. In one embodiment, the hafnium precursor is pulsed at a rate in the range of about 1 second to about 5 seconds, for example about 3 seconds. In another embodiment, the hafnium precursor is pulsed at a rate in the range of about 0.1 seconds to about 1 second, for example about 0.5 seconds. In one example, the hafnium precursor is preferably hafnium tetrachloride, and in other instances the hafnium precursor is preferably TDEAH or other tatrakis (dialkylamino) hafnium compounds.

일 실시예에서, 도 2A에서 도시된 것처럼, 하프늄 전구체는 하프늄 전구체를 함유하는 앰풀(282)을 통해 캐리어 가스를 유입함에 의해 공정 챔버(280) 안으로 일반적으로 분배된다. 앰풀(282)의 온도는 약 20℃ 내지 약 300℃의 범위와 같이, 하프늄 전구체에 의존하는 온도에서 유지된다. 일례에서, 앰풀(282)은 약 150℃ 내지 약 200℃의 범위의 온도에서 HfCl4를 함유한다. 다른 예에서, 액체 전구체(예를 들어 TDEAH, TDMAH, TDMAS, 또는 Tris-DMAS)를 함유한 앰풀(282)은 압력을 받을 수 있고, 이에 의해 액체 전구체를 인젝터 밸브 시스템(281)으로 전달한다. 일반적으로 액체 전구체를 함유한 앰풀(282)은 약 138kPa(약 20psi) 내지 약 414kPa(약 60psi)의 범위의 압력에서 압력을 받을 수 있고, 약 100℃ 또는 미만, 바람직하게 약 20℃ 내지 약 60℃의 범위의 온도로 가열될 수 있다. 인젝터 밸브 시스템(281)은 액체 전구체를 캐리어 가스와 조합시키고, 이에 의해 전구체 증기를 형성하며, 이 증기는 공정 챔버(280) 안으로 주입된다. 캐리어 가스는 질소, 아르곤, 헬륨, 수소 또는 이의 혼합물을 포함할 수 있고, 캐리어는 약 85℃ 내지 약 150℃의 범위의 온도로 미리 가열될 수 있다. In one embodiment, as shown in FIG. 2A, the hafnium precursor is generally distributed into the process chamber 280 by introducing a carrier gas through an ampoule 282 containing the hafnium precursor. The temperature of the ampoule 282 is maintained at a temperature that depends on the hafnium precursor, such as in the range of about 20 ° C to about 300 ° C. In one example, ampoule 282 contains HfCl 4 at a temperature in the range of about 150 ° C to about 200 ° C. In another example, ampoule 282 containing a liquid precursor (eg, TDEAH, TDMAH, TDMAS, or Tris-DMAS) may be pressurized, thereby delivering the liquid precursor to injector valve system 281. In general, the ampoule 282 containing the liquid precursor may be pressured at a pressure in the range of about 138 kPa (about 20 psi) to about 414 kPa (about 60 psi), and may be about 100 ° C. or less, preferably about 20 ° C. to about 60 It may be heated to a temperature in the range of ° C. The injector valve system 281 combines the liquid precursor with the carrier gas, thereby forming precursor vapor, which is injected into the process chamber 280. The carrier gas may comprise nitrogen, argon, helium, hydrogen or mixtures thereof, and the carrier may be preheated to a temperature in the range of about 85 ° C to about 150 ° C.

단계(220, 240)에서, 수증기를 함유하는 산화 가스는 약 20sccm 내지 약 1000sccm, 바람직하게 약 50sccm 내지 약 200sccm의 범위의 비율로 공정 챔버(280) 안으로 유입된다. 산화 가스는 증착된 하프늄-함유 물질의 원하는 조성 및 특별한 공정 조건에 의존하여 약 0.1초 내지 약 10초의 범위의 비율로 공정 챔버(280) 안으로 펄스된다. 일 실시예에서, 산화 가스는 약 1초 내지 약 3초의 비율로 펄스되고, 예를 들어 약 1.7초이다. 다른 실시예에서, 산화 가스는 약 0.1초 내지 약 1초, 예를 들어 약 0.5초의 비율로 펄스된다. In steps 220 and 240, the oxidizing gas containing water vapor is introduced into the process chamber 280 at a rate in the range of about 20 sccm to about 1000 sccm, preferably about 50 sccm to about 200 sccm. The oxidizing gas is pulsed into the process chamber 280 at a rate ranging from about 0.1 seconds to about 10 seconds depending on the desired composition of the deposited hafnium-containing material and the particular process conditions. In one embodiment, the oxidizing gas is pulsed at a rate of about 1 second to about 3 seconds, for example about 1.7 seconds. In another embodiment, the oxidizing gas is pulsed at a rate of about 0.1 seconds to about 1 second, for example about 0.5 seconds.

산화 가스는 WVG 시스템(286)으로부터 만들어질 수 있고, 이는 도관(287)에 의해 공정 챔버(280)와 유체소통한다. 수소 소스 가스(H2) 및 산소 소스 가스(O2)는 각각 약 20sccm 내지 약 300sccm의 범위의 유동률로 WVG 시스템(286) 안으로 독 립적으로 유동한다. 일반적으로 산소 소스 가스는 수소 소스 가스보다 더 높은 유동률을 갖는다. 일례에서 수소 소스 가스는 약 100sccm의 유동률을 가지고, 산소 소스 가스는 약 120sccm의 유동률을 가지며, 이에 의해 수증기에 산소를 풍부하게 한다. The oxidizing gas can be made from the WVG system 286, which is in fluid communication with the process chamber 280 by conduits 287. Hydrogen source gas H2 and oxygen source gas O2 flow independently into WVG system 286 at flow rates ranging from about 20 sccm to about 300 sccm, respectively. In general, the oxygen source gas has a higher flow rate than the hydrogen source gas. In one example the hydrogen source gas has a flow rate of about 100 sccm and the oxygen source gas has a flow rate of about 120 sccm, thereby enriching oxygen in the water vapor.

WVG 시스템의 다른 실시예에서, 수소의 유동은 산소의 유동보다 큰데, 예를 들어 수소 소스 가스는 약 250sccm의 유동률을 가지고 산소 소스 가스는 약 100sccm의 유동률을 갖는다. 따라서, WVG 시스템으로부터 유동하는 수증기는 수소가 풍부하다. 예를 들어 수소 소스 가스가 250sccm의 유동률을 가지고 산소 소스 가스가 약 100sccm의 유동률을 가질 때, 산화 가스의 유출량은 약 50sccm의 수소 및 약 100sccm의 수증기의 부분적 유동률을 갖는다. 수소가 풍부한 수증기는 다수의 중요한 기능을 갖는다. 첫 번째로, 수증기에서 과도한 수소는 할로겐과 같은 일정한 오염물질의 제거율을 증가시킨다. HfCl4 또는 다른 할로겐화 전구체를 함유한 증착 공정 동안, 초과의 수소 가스는 클로린과 반응하고, 이에 의해 정화 단계에 의해 쉽게 제거되는 휘발성 물질로서 하이드로젠 클로라이드를 형성한다. 두 번째로, 수증기 내의 과도한 수소는 일정한 금속 게이트 층의 산화를 막는다. MIM 캐패시터 또는 기구에서, 스택(stack)은 알루미늄 또는 텅스텐과 같은 두 금속층 사이에 샌드위치된 유전층을 함유할 수 있다. 실리케이트 화합물과 같은 유전층을 형성하면서, 초과 수소는 금속층을 감소시키고, 수증기는 유전층을 산화시킨다. In another embodiment of the WVG system, the flow of hydrogen is greater than the flow of oxygen, for example the hydrogen source gas has a flow rate of about 250 sccm and the oxygen source gas has a flow rate of about 100 sccm. Thus, the water vapor flowing from the WVG system is rich in hydrogen. For example, when the hydrogen source gas has a flow rate of 250 sccm and the oxygen source gas has a flow rate of about 100 sccm, the outflow of the oxidizing gas has a partial flow rate of about 50 sccm of hydrogen and about 100 sccm of water vapor. Hydrogen-rich steam has a number of important functions. First, excess hydrogen in water vapor increases the removal rate of certain pollutants such as halogens. During the deposition process containing HfCl 4 or other halogenated precursors, excess hydrogen gas reacts with chlorine, thereby forming hydrogen chloride as a volatile that is easily removed by the purification step. Second, excess hydrogen in the water vapor prevents the oxidation of certain metal gate layers. In a MIM capacitor or instrument, the stack may contain a dielectric layer sandwiched between two metal layers, such as aluminum or tungsten. While forming a dielectric layer, such as a silicate compound, excess hydrogen reduces the metal layer and water vapor oxidizes the dielectric layer.

단계(230)에서, 실리콘 전구체는 약 5sccm 내지 약 200sccm 범위의 유동률로, 또는 약 1mg/min 내지 약 50mg/min, 바람직하게 약 5mg/min 내지 약 25mg/min 의 범위의 유동률로 유입된다. 실리콘 전구체는 약 50sccm 내지 약 1000sccm의 범위의 총유동률로 질소와 같은 캐리어 가스와 함께 일반적으로 유입된다. 실리콘 전구체는 특별한 공정 및 원하는 실리콘 농도에 의존하여, 약 0.1초 내지 약 10초의 범위의 비율로 공정 챔버 안으로 펄스된다. 일 실시예에서, 실리콘 전구체는 약 1초 내지 약 5초, 예를 들어 약 3초의 비율로 펄스된다. 다른 실시예에서, 실리콘 전구체는 약 0.1초 내지 약 1초의 범위, 예를 들어 약 0.5초의 비율로 펄스된다. 일례에서, 실리콘 전구체는 바람직하게 트리스(디메틸아미노)실란((Me2N)3SiH 또는 Tris-DMAS), 테트라키스(디미텔아미노)실란((Me2N)4Si 또는 TDMAS) 또는 다른 디알킬아미노실란이고, 다른 실시예에서 실리콘 전구체는 바람직하게 실란(SiH4)이다. In step 230, the silicon precursor is introduced at a flow rate in the range of about 5 sccm to about 200 sccm, or at a flow rate in the range of about 1 mg / min to about 50 mg / min, preferably about 5 mg / min to about 25 mg / min. The silicon precursor is generally introduced with a carrier gas such as nitrogen at a total flow rate ranging from about 50 sccm to about 1000 sccm. The silicon precursor is pulsed into the process chamber at a rate ranging from about 0.1 seconds to about 10 seconds, depending on the particular process and the desired silicon concentration. In one embodiment, the silicon precursor is pulsed at a rate of about 1 second to about 5 seconds, for example about 3 seconds. In another embodiment, the silicon precursor is pulsed at a rate ranging from about 0.1 seconds to about 1 second, for example about 0.5 seconds. In one example, the silicon precursor is preferably tris (dimethylamino) silane ((Me 2 N) 3 SiH or Tris-DMAS), tetrakis (dimitelamino) silane ((Me 2 N) 4 Si or TDMAS) or other di Alkylaminosilane, and in another embodiment the silicon precursor is preferably silane (SiH 4 ).

단계(215, 225, 235, 245) 동안, 아르곤 또는 질소와 같은 정화 가스의 펄스는 일반적으로 약 2sim 내지 약 22sim의 범위로, 바람직하게 약 10sim의 유동률로 유입된다. 각각의 공정 사이클(단계 210 내지 245)은 약 2초 내지 약 40초의 범위의 시간 주기 동안 일어날 수 있다. 일례에서 공정 사이클의 시간 주기는 약 20초를 지속하고, 다른 실시예에서 공정 사이클의 시간 주기는 약 4초를 지속한다. 약 20초를 지속하는 더 긴 공정 단계는 뚜이ㅓ난 하프늄-함유 필름을 증착하지만 감소된 처리량을 나타낸다. During steps 215, 225, 235, 245, pulses of purge gas, such as argon or nitrogen, are generally introduced in the range of about 2 sim to about 22 sim, preferably at a flow rate of about 10 sim. Each process cycle (steps 210-245) may occur for a time period in the range of about 2 seconds to about 40 seconds. In one example the time period of the process cycle lasts about 20 seconds, and in another embodiment the time period of the process cycle lasts about 4 seconds. Longer process steps lasting about 20 seconds deposit a hafnium-containing film but exhibit reduced throughput.

다른 실시예에서, 하프늄 실리케이트와 같은 하프늄-함유 물질은 산화 가스를 유입하는 단계 및 이후의 정화 단계 중 어느 하나를 생략함에 의해 형성될 수 있다. 일례에서, 단계(220, 225)는 생략되고, 따라서 하프늄 실리케이트 물질은, 순차적으로 하프늄 전구체, 정화 가스, 실리콘 전구체, 정화 가스, 산화 가스 및 정화 가스를 펄스함에 의해 형성될 수 있다. 다른 실시예에서, 단계(240, 245)가 생략되고, 따라서 하프늄 실리케이트 물질은 순차적으로 하프늄 전구체, 정화 가스, 산화 가스, 정화 가스, 실리콘 전구체, 정화 가스를 펄스함에 의해 형성될 수 있다. In other embodiments, hafnium-containing materials, such as hafnium silicates, may be formed by omitting any of the steps of introducing an oxidizing gas and subsequent purge steps. In one example, steps 220 and 225 are omitted and thus the hafnium silicate material may be formed by sequentially pulsing the hafnium precursor, purge gas, silicon precursor, purge gas, oxidizing gas and purge gas. In other embodiments, steps 240 and 245 are omitted, so hafnium silicate material may be formed by sequentially pulsing hafnium precursor, purge gas, oxidizing gas, purge gas, silicon precursor, purge gas.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따라 하프늄 실리케이트와 같은 하프늄-함유 물질을 형성하기 위한 예시적 공정 순서(300)를 도시한다. 기판은 순환적인 증착을 수행할 수 있는 공정 챔버 안으로 로드되고, 공정 조건은 조정된다(단계 310). 기판은 ALD 사이클을 시작하기 이전에 선택적인 프리소우크 공정 및 정화에 노출될 수 있다(단계 315). 기판은 하프늄 전구체의 펄스 및 실리콘 전구체의 펄스에 노출되고, 이는 시간에 있어 완전히 또는 적어도 부분적으로 겹치고, 약 0.1초 내지 약 5초의 범위의 시간 주기 동안 공정 챔버 안으로 유입된다(단계 320). 정화 가스의 펄스는 공정 챔버 안으로 펄스되고(단계 330), 이에 의해 어떤 잔존 하프늄 전구체, 실리콘 전구체 또는 부산물을 제거하거나 정화한다. 다음으로, 산화 가스의 펄스가 공정 챔버 안으로 유입된다(단계 340). 산화 가스는 WVG 시스템으로부터 얻어진 수증기 및 산소와 같은 다수의 산호 가스를 포함할 수 있다. 또한, 정화 가스의 펄스는 공정 챔버 안으로 유입되고(단계 350), 이에 의해 어떤 잔존 환원 화합물을 제거하거나 정화한다. 적절한 캐리어 가스 또는 정화 가스는 헬륨, 아르곤, 질소, 수소, 성형 가스, 산소, 또는 이의 혼합물을 포함할 수 있다. 4 shows an exemplary process sequence 300 for forming a hafnium-containing material, such as hafnium silicate, in accordance with another embodiment of the present invention. The substrate is loaded into a process chamber capable of performing cyclical deposition, and process conditions are adjusted (step 310). The substrate may be exposed to an optional presoak process and purge prior to beginning the ALD cycle (step 315). The substrate is exposed to a pulse of hafnium precursor and a pulse of silicon precursor, which completely or at least partially overlap in time and enter the process chamber for a time period in the range of about 0.1 seconds to about 5 seconds (step 320). The pulse of purge gas is pulsed into the process chamber (step 330), thereby removing or purging any remaining hafnium precursor, silicon precursor or by-products. Next, a pulse of oxidizing gas is introduced into the process chamber (step 340). The oxidizing gas may include a number of coral gases such as water vapor and oxygen obtained from the WVG system. In addition, a pulse of purge gas is introduced into the process chamber (step 350), thereby removing or purging any remaining reducing compound. Suitable carrier gases or purge gases may include helium, argon, nitrogen, hydrogen, shaping gas, oxygen, or mixtures thereof.

단계(360)를 참조하면, 각각의 증착 사이클(단계 320 내지 350) 후, 제 1 두께를 갖는 하프늄 실리케이트와 같은 하프늄-함유 물질은 기판 표면 위에 증착될 것이다. ALD 공정 동안, 각각의 증착 사이클은 약 0.5Å 내지 약 10Å의 범위의 두께를 갖는 층을 형성한다. 특정의 기구 요구에 의존하여, 이후의 증착 사이클은 예정된 두께를 갖는 하프늄-함유 물질을 증착하는데 필요할 수 있다. 증착 사이클(단계 320 내지 350)은 하프늄-함유 물질에 대한 원하거나 예정된 두께가 얻어질 때까지 반복될 수 있고, 단계(360)에서 얻어지면, 공정 순서(300)는 단계(370)에서 멈춘다. Referring to step 360, after each deposition cycle (steps 320-350), hafnium-containing material, such as hafnium silicate, having a first thickness will be deposited over the substrate surface. During the ALD process, each deposition cycle forms a layer having a thickness in the range of about 0.5 kPa to about 10 kPa. Depending on the particular instrument requirements, subsequent deposition cycles may be required to deposit hafnium-containing materials having a predetermined thickness. The deposition cycles (steps 320-350) may be repeated until a desired or predetermined thickness for the hafnium-containing material is obtained, and if obtained in step 360, process sequence 300 stops at step 370.

도 4에서 도시된 ALD 공정은 약 1토르 내지 약 100토르, 바람직하게 약 1토르 내지 약 20토르, 더욱 바람직하게 약 1토르 내지 약 10토르의 압력에서 공정 챔버 안에서 일반적으로 일어난다. 기판의 온도는 약 70℃ 내지 약 1000℃, 바람직하게 약 100℃ 내지 약 650℃, 더욱 바람직하게 약 250℃ 내지 약 500℃의 범위에 있다. 단계(315)에서 선택적인 프리소우크 공정은 ALD 사이클이 시작한 이후에 일어나고, 단계(115)에서 설명된 것처럼, WVG 시스템으로부터 발생된 수증기를 함유하는 산화 가스에 기판을 노출시키는 단계를 포함할 수 있다. The ALD process shown in FIG. 4 generally occurs in the process chamber at a pressure of about 1 Torr to about 100 Torr, preferably about 1 Torr to about 20 Torr, more preferably about 1 Torr to about 10 Torr. The temperature of the substrate is in the range of about 70 ° C to about 1000 ° C, preferably about 100 ° C to about 650 ° C, more preferably about 250 ° C to about 500 ° C. The optional presoak process in step 315 may occur after the start of the ALD cycle and may include exposing the substrate to oxidizing gas containing water vapor generated from the WVG system, as described in step 115. have.

단계(320) 동안, 하프늄 전구체 및 실리콘 전구체는 전구체의 펄스로서 공정 챔버 안으로 유동함에 의해 각각 유입되고, 즉 펄스된 전구체는 공정 챔버 안으로 이 전구체의 유입이다. 도 5A-5E에서, t1은 시간 주기에 대응하고, 하프늄 전구체 및 실리콘 전구체는 단계(320) 동안 펄스되며, t2는 단계(330, 340, 350) 동안 시간 주기에 대응한다. 시간 주기(t1, t2)는 서로에 대해 스케일로 그래프되지 아니한다. 도 5A에서 도시된 실시예에서, 하프늄 전구체 및 실리콘 전구체는 동일한 시간 주기 동안 독립적으로 펄스되며, 모든 전구체는 전체 t1 동안 유동한다. 예를 들면, 하프늄 전구체 및 실리콘 전구체는 약 2초 동안 동시에 펄스된다. During step 320, the hafnium precursor and the silicon precursor are each introduced by flowing into the process chamber as a pulse of precursor, ie the pulsed precursor is the introduction of this precursor into the process chamber. 5A-5E, t 1 corresponds to a time period, hafnium precursor and silicon precursor are pulsed during step 320, and t 2 corresponds to the time period during steps 330, 340, 350. The periods of time t 1 , t 2 are not graphed with respect to each other. In the embodiment shown in FIG. 5A, the hafnium precursor and the silicon precursor are pulsed independently for the same time period and all precursors flow for the entire t 1 . For example, the hafnium precursor and the silicon precursor are pulsed simultaneously for about 2 seconds.

도 5B-5C에 의해 도시된 다른 실시예에서, 하프늄 전구체 및 실리콘 전구체는 독립적으로 펄스되고, 제 1 전구체는 전체 t1 동안 유동하고 제 2 전구체는 중간 t1동안 유동한다. 예를 들면, 도 5B에서 t1이 약 2초를 지속할 때, 하프늄 전구체는 약 2초 동안 펄스되고 실리콘 전구체는 펄스된 하프늄 전구체의 중간 동안 약 1.5초 동안 펄스된다. 대안적으로, 도 5C에서 t1이 약 2초를 지속할 때, 실리콘 전구체는 약 2초 동안 펄스되고 하프늄 전구체는 펄스된 실리콘 전구체의 중간 동안 약 1.5초 동안 펄스된다. In another embodiment shown by FIGS. 5B-5C, the hafnium precursor and the silicon precursor are pulsed independently, the first precursor flows for the entire t 1 and the second precursor flows for the intermediate t 1 . For example, when t1 in FIG. 5B lasts about 2 seconds, the hafnium precursor is pulsed for about 2 seconds and the silicon precursor is pulsed for about 1.5 seconds during the middle of the pulsed hafnium precursor. Alternatively, when t1 in FIG. 5C lasts about 2 seconds, the silicon precursor is pulsed for about 2 seconds and the hafnium precursor is pulsed for about 1.5 seconds during the middle of the pulsed silicon precursor.

도 5D-5E에 의해 도시된 다른 실시예에서, 하프늄 전구체 및 실리콘 전구체는 부분적으로 겹친 채 독립적으로 펄스되고, 제 1 전구체는 t1의 시작에서 유동하고 t1의 끝으로 유동하지 아니하며, 제 2 전구체는 t1의 시작에서 유동하지 아니하나 t1의 끝으로 유동한다. 예를 들면, 도 5D에서 t1이 약 2초를 지속할 때, 하프늄 전구체는 t1의 시작에서 약 1.5초 동안 펄스되고, 실리콘 전구체는 t1의 끝에서 약 1.5초 동안 펄스된다. 다른 예에서, 도 5E에서 t1이 약 2초를 지속할 때, 실리콘 전구체는 t1의 시작에서 약 1.75초 동안 펄스되고 하프늄 전구체는 t1의 끝에서 약 1.5초 동안 펄스된다. In another embodiment shown by FIGS. 5D-5E, the hafnium precursor and the silicon precursor are pulsed independently, partially overlapping, the first precursor flows at the beginning of t1 and does not flow to the end of t1, and the second precursor It does not flow at the beginning of t1 but flows to the end of t1. For example, in FIG. 5D when t1 lasts about 2 seconds, the hafnium precursor is pulsed for about 1.5 seconds at the beginning of t1 and the silicon precursor is pulsed for about 1.5 seconds at the end of t1. In another example, when t1 in FIG. 5E lasts about 2 seconds, the silicon precursor is pulsed for about 1.75 seconds at the beginning of t1 and the hafnium precursor is pulsed for about 1.5 seconds at the end of t1.

대안적으로 제 1 전구체(예를 들어 하프늄 전구체)는 t1의 시간 주기의 어느 일부 동안 펄스될 수 있고, 겹치거나 겹치지 아니하는 제 2 전구체(예를 들어 실리콘 전구체)도 t1의 시간 주기의 어느 일부 동안 펄스될 수 있다. 따라서, 하프늄 전구체, 실리콘 전구체 또는 다른 전구체는, 시간의 겹침 없이 또는 시간의 부분적인 겹침을 가진 채 공정 챔버 안으로 독립적으로 펄스될 수 있다. t1이 약 2초를 지속할 때의 일례에서, 하프늄 전구체는 약 2초 동안 펄스되고 실리콘 전구체는 하프늄 전구체의 펄스 동안 약 0.5초 동안 펄스된다. t1이 약 2초를 지속할 때의 다른 예에서, 하프늄 전구체는 약 0.5초 동안 펄스되고 실리콘 전구체는 하프늄 전구체의 펄스 동안이 아니라 또는 겹침 없이 약 0.5초 동안 펄스된다. t1이 약 2초를 지속할 때의 다른 예에서, 하프늄 전구체는 약 0.5초 동안 펄스되고 실리콘 전구체는 하프늄 전구체의 펄스 동안 또는 이의 겹침을 가진 채 약 0.5초 동안 펄스된다. 또한, 다수의 펄스, 제 1 전구체 및 제 2 전구체는 t1의 시간 주기 동안 펄스될 수 있다. Alternatively, the first precursor (eg hafnium precursor) may be pulsed during any part of the time period of t1 and the second precursor (eg silicon precursor) that overlaps or does not overlap any part of the time period of t1. Can be pulsed during. Thus, hafnium precursors, silicon precursors, or other precursors may be independently pulsed into the process chamber without overlapping time or with partial overlap of time. In one example when t1 lasts about 2 seconds, the hafnium precursor is pulsed for about 2 seconds and the silicon precursor is pulsed for about 0.5 seconds during the pulse of the hafnium precursor. In another example when t1 lasts about 2 seconds, the hafnium precursor is pulsed for about 0.5 seconds and the silicon precursor is pulsed for about 0.5 seconds without overlap or with a pulse of hafnium precursor. In another example when t1 lasts about 2 seconds, the hafnium precursor is pulsed for about 0.5 seconds and the silicon precursor is pulsed for about 0.5 seconds during or with overlap of the hafnium precursor. Also, the plurality of pulses, the first precursor and the second precursor may be pulsed for a time period of t1.

단계(320) 동안, 하프늄 전구체는 약 5sccm 내지 약 200sccm의 범위의 유동률로 공정 챔버 안으로 유입된다. 하프늄 전구체는 약 50sccm 내지 약 1000sccm의 범위의 총유동률로 질소와 같은 캐리어 가스와 함께 일반적으로 유입된다. 하프늄 전구체는 약 0.1초 내지 약 10초 범위의 비율로 공정 챔버 안으로 펄스될 수 있다. 일 실시예에서, 하프늄 전구체는 약 1초 내지 약 5초의 범위, 예를 들어 약 3초의 비율로 펄스된다. 다른 실시예에서, 하프늄 전구체는 약 0.1초 내지 약 1초의 범위, 예를 들어 약 0.5초의 비율로 펄스된다. 일례에서, 하프늄 전구체는 바람직하 게 하프늄 테트라클로라이드이고, 다른 실시예에서 하프늄 전구체는 바람직하게 TDEAH이다. During step 320, the hafnium precursor is introduced into the process chamber at a flow rate in the range of about 5 sccm to about 200 sccm. Hafnium precursors are generally introduced with a carrier gas such as nitrogen at a total flow rate ranging from about 50 sccm to about 1000 sccm. Hafnium precursor may be pulsed into the process chamber at a rate ranging from about 0.1 seconds to about 10 seconds. In one embodiment, the hafnium precursor is pulsed at a rate ranging from about 1 second to about 5 seconds, for example about 3 seconds. In another embodiment, the hafnium precursor is pulsed at a rate ranging from about 0.1 seconds to about 1 second, for example about 0.5 seconds. In one example, the hafnium precursor is preferably hafnium tetrachloride, and in other embodiments the hafnium precursor is preferably TDEAH.

하프늄 전구체는 도 2A에서 도시된 것처럼, 하프늄 전구체를 함유하는 앰풀(282)을 통해 캐리어 가스를 유입함에 의해 공정 챔버(280) 안으로 일반적으로 분배된다. 캐리어 가스 및 하프늄 전구체는 전구체 증기를 형성하고, 이 증기는 도관(283)을 통해 공정 챔버(280) 안으로 유동한다. 앰풀(282)의 온도는 약 20℃ 내지 약 300℃의 범위와 같이 하프늄 전구체에 의존하는 온도에서 유지된다. 일례에서 앰풀(282)은 약 150℃ 내지 약 200℃의 범위의 온도에서 HfCl4를 함유한다. 다른 예에서, 액체 전구체(예를 들어 TDEAH, TDMAH, TDMAS 또는 Tris-DMAS)를 함유한 앰풀(282)은 압력을 받을 수 있고, 이에 의해 액체 전구체를 인젝터 밸브 시스템(281)으로 전달한다. 일반적으로 액체 전구체를 함유한 앰풀(282)은 약 138kPa(약 20psi) 내지 약 414kPa(약 60psi)의 범위의 압력에서 압력을 받을 수 있고, 약 100℃ 또는 미만, 바람직하게 약 20℃ 내지 약 60℃의 범위의 온도로 가열될 수 있다. 인젝터 밸브 시스템(281)은 액체 전구체를 캐리어 가스와 조합시키고, 이에 의해 공정 챔버(280) 안으로 주입되는 전구체 증기를 형성한다. 캐리어 가스는 질소, 아르곤, 헬륨, 수소 또는 이의 조합을 포함할 수 있고, 캐리어는 약 85℃ 내지 약 150℃ 범위의 온도로 미리-가열될 수 있다. Hafnium precursor is generally dispensed into process chamber 280 by introducing a carrier gas through ampoule 282 containing hafnium precursor, as shown in FIG. 2A. The carrier gas and the hafnium precursor form precursor vapor, which flows through the conduit 283 into the process chamber 280. The temperature of the ampoule 282 is maintained at a temperature that depends on the hafnium precursor, such as in the range of about 20 ° C to about 300 ° C. In one example ampoule 282 contains HfCl 4 at a temperature in the range of about 150 ° C to about 200 ° C. In another example, ampoule 282 containing a liquid precursor (eg, TDEAH, TDMAH, TDMAS, or Tris-DMAS) may be under pressure, thereby delivering the liquid precursor to injector valve system 281. In general, the ampoule 282 containing the liquid precursor may be pressured at a pressure in the range of about 138 kPa (about 20 psi) to about 414 kPa (about 60 psi), and may be about 100 ° C. or less, preferably about 20 ° C. to about 60 It may be heated to a temperature in the range of ° C. The injector valve system 281 combines the liquid precursor with the carrier gas, thereby forming precursor vapor injected into the process chamber 280. The carrier gas may comprise nitrogen, argon, helium, hydrogen or a combination thereof and the carrier may be pre-heated to a temperature in the range of about 85 ° C to about 150 ° C.

단계(320) 동안, 실리콘 전구체는 약 5sccm 내지 약 200sccm의 범위의 유동률로 또는 약 1mg/min 내지 약 50mg/min의 범위의 유동률로, 바람직하게 약 5mg/min 내지 약 25mg/min의 범위의 유동률로 공정 챔버 안으로 유입된다. 실리콘 전구체는 약 50sccm 내지 약 1000sccm의 범위의 총유동률을 가진 채 질소와 같은 캐리어 가스와 함께 일반적으로 유입된다. 실리콘 전구체는 약 0.1초 내지 약 10초의 범위의 비율로 공정 챔버 안으로 펄스된다. 일 실시예에서 실리콘 전구체는 약 1초 내지 약 5초의 범위, 예를 들어 약 3초의 비율로 펄스된다. 다른 실시예에서, 실리콘 전구체는 약 0.1초 내지 약 1초의 범위, 예를 들어 약 0.5초의 비율로 펄스된다. 일례에서, 실리콘 전구체는 바람직하게 Tris-DMAS 또는 TDMAS이고, 다른 실시예에서 실리콘 전구체는 바람직하게 실란이다. During step 320, the silicon precursor is at a flow rate in the range of about 5 sccm to about 200 sccm or at a flow rate in the range of about 1 mg / min to about 50 mg / min, preferably in a range of about 5 mg / min to about 25 mg / min. Is introduced into the process chamber. The silicon precursor is generally introduced with a carrier gas, such as nitrogen, with a total flow rate ranging from about 50 sccm to about 1000 sccm. The silicon precursor is pulsed into the process chamber at a rate in the range of about 0.1 seconds to about 10 seconds. In one embodiment, the silicon precursor is pulsed at a rate ranging from about 1 second to about 5 seconds, for example about 3 seconds. In another embodiment, the silicon precursor is pulsed at a rate ranging from about 0.1 seconds to about 1 second, for example about 0.5 seconds. In one example, the silicon precursor is preferably Tris-DMAS or TDMAS, and in other embodiments the silicon precursor is preferably silane.

단계(320) 동안 대안적인 실시예에서, 하프늄 전구체 및 실리콘 전구체는 공정 챔버 안으로 펄스되기 이전에 화합될 수 있다. 하프늄/실리콘 전구체 혼합물은 실리콘 전구체 및 하프늄 전구체의 비율적인 양을 화합함에 의해 형성되고, 이에 의해 증착된 하프늄-함유 물질 내에서 원하는 Hf:Si 비율을 얻는다. 하프늄/실리콘 전구체 혼합물을 함유한 공정 가스는, 앰풀 내에서 전구체 혼합물을 통해 캐리어 가스를 유동시킴에 의해, 형성될 수 있다. 하프늄/실리콘 전구체 혼합물은 ALD 공정에 의해 산화 가스와 함께 순차적으로 펄스되고, 이에 의해 하프늄 실리케이트 물질과 같은 하프늄-함유 물질을 형성한다. 여기서 설명된 공정에 의해 증착된 하프늄 실리케이트는 화학 실험식 HfSiyOx를 가지고 여기서 y는 하프늄/실리콘 전구체 혼합물 내에서 실리콘 전구체 및 하프늄 전구체의 몰랄 비율을 변경시킴에 의해 조정될 수 있다. 예를 들어, 실리콘 전구체에 대한 하프늄 전구체의 비율이 1보다 크다면, y는 1 미만이다. 실리콘 전구체에 대한 하프늄 전구체의 비율이 1 미만이 면, y는 1보다 크다. In an alternative embodiment during step 320, the hafnium precursor and the silicon precursor may be combined prior to being pulsed into the process chamber. The hafnium / silicon precursor mixture is formed by compounding the proportional amounts of silicon precursor and hafnium precursor, thereby obtaining the desired Hf: Si ratio in the deposited hafnium-containing material. Process gas containing a hafnium / silicon precursor mixture may be formed by flowing a carrier gas through the precursor mixture in an ampoule. The hafnium / silicon precursor mixture is sequentially pulsed with the oxidizing gas by an ALD process, thereby forming a hafnium-containing material such as hafnium silicate material. Hafnium silicates deposited by the process described herein have a chemical formula HfSi y O x where y can be adjusted by changing the molar ratio of silicon precursor and hafnium precursor in the hafnium / silicon precursor mixture. For example, if the ratio of hafnium precursor to silicon precursor is greater than one, y is less than one. Y is greater than 1 if the ratio of hafnium precursor to silicon precursor is less than one.

단계(340) 동안, 산화 가스는 약 20sccm 내지 약 1000sccm, 바람직하게 약 50sccm 내지 약 200sccm의 범위의 유동률로 공정 챔버(280) 안으로 유입된다. 산화 가스는 약 0.1초 내지 약 10초의 범위의 비율로 공정 챔버(280) 안으로 펄스된다. 일 실시예에서, 산화 가스는 약 1초 내지 약 3초의 범위, 예를 들어 약 1.7초의 비율로 펄스된다. 다른 실시예에서, 산화 가스는 약 0.1초 내지 약 1초의 범위, 예를 들어 약 0.5초의 비율로 펄스된다. During step 340, the oxidizing gas is introduced into the process chamber 280 at a flow rate in the range of about 20 sccm to about 1000 sccm, preferably about 50 sccm to about 200 sccm. The oxidizing gas is pulsed into the process chamber 280 at a rate in the range of about 0.1 seconds to about 10 seconds. In one embodiment, the oxidizing gas is pulsed at a rate ranging from about 1 second to about 3 seconds, for example about 1.7 seconds. In another embodiment, the oxidizing gas is pulsed at a rate in the range of about 0.1 seconds to about 1 second, for example about 0.5 seconds.

공정 순서(300)의 일 실시예에서, 산화 가스는 WVG 시스템(286)으로부터 만들어지고, 이 시스템은 도관(287)에 의해 공정 챔버(280)와 유체소통한다. 수소 소스 가스 및 산소 소스 가스 각각은 약 20sccm 내지 약 200sccm의 범위의 유동률로 WVG 시스템(286) 안으로 유동한다. 일반적으로 산소 소스 가스의 유동률은 수소 소스 가스의 유동률보다 높은데, 예를 들어 수소 소스 가스는 약 100sccm의 유동률을 가지고 산소 소스 가스는 약 120sccm의 유동률을 갖는다. 따라서, WVG 시스템(286)을 유동하는 수증기는 산소가 풍부하다. 예를 들어 수소 소스 가스가 약 100sccm의 유동률을 가지고 산소 소스 가스가 약 120sccm의 유동률을 가질 때, 산화 가스의 유출량은 약 70sccm의 산소 및 약 100sccm의 수증기의 부분적 유동률을 포함한다. 다른 예에서, 수소 소스 가스는 약 250sccm의 유동률을 가지고 산소 소스 가스는 약 100sccm의 유동률을 가진다. 따라서, WVG 시스템으로부터 유동하는 수증기는 수소가 풍부하다. In one embodiment of process sequence 300, oxidizing gas is produced from WVG system 286, which is in fluid communication with process chamber 280 by conduit 287. Each of the hydrogen source gas and the oxygen source gas flows into the WVG system 286 at a flow rate in the range of about 20 sccm to about 200 sccm. In general, the flow rate of the oxygen source gas is higher than that of the hydrogen source gas, for example, the hydrogen source gas has a flow rate of about 100 sccm and the oxygen source gas has a flow rate of about 120 sccm. Thus, water vapor flowing through the WVG system 286 is rich in oxygen. For example, when the hydrogen source gas has a flow rate of about 100 sccm and the oxygen source gas has a flow rate of about 120 sccm, the outflow of the oxidizing gas includes a partial flow rate of oxygen of about 70 sccm and water vapor of about 100 sccm. In another example, the hydrogen source gas has a flow rate of about 250 sccm and the oxygen source gas has a flow rate of about 100 sccm. Thus, the water vapor flowing from the WVG system is rich in hydrogen.

단계(330, 350) 동안, 아르곤 또는 질소와 같은 정화 가스의 펄스가 약 2sim 내지 약 22sim, 바람직하게 약 10sim의 범위의 유동률로 일반적으로 유입된다. 각각의 공정 사이클(단계 320 내지 350)은 약 0.5초 내지 약 20초의 범위의 시간 주기 동안 일어날 수 있다. 일례에서, 공정 사이클은 약 10초를 지속한다. 다른 실시예에서, 공정 사이클은 약 2초를 지속한다. During steps 330 and 350, pulses of purge gas, such as argon or nitrogen, are generally introduced at flow rates ranging from about 2 sim to about 22 sim, preferably about 10 sim. Each process cycle (steps 320-350) may occur for a time period in the range of about 0.5 seconds to about 20 seconds. In one example, the process cycle lasts about 10 seconds. In another embodiment, the process cycle lasts about 2 seconds.

공정 순서(100, 200, 300)를 포함하는 실시예에서, 전통적인 산화제와 같은 대안적인 산화 가스는 WVG 시스템으로부터 형성된 수증기를 함유한 산화 가스 대신에 사용될 수 있다. 대안적인 산화 가스는 WVG 시스템으로부터 만들어지지 않은 물을 함유한 산소 소스로부터 공정 챔버 안으로 유압되고, 이는 산소(O2), 오존(O3), 원자-산소(O), 하이드로젠 퍼옥사이드(H2O2), 니트로스 옥사이드(N2O), 니트릭 옥사이드(NO), 디니트로젠 펜트옥사이드(N2O5), 니트로젠 디옥사이드(NO2), 이의 파생물 또는 이의 조합이다. 본 발명의 실시예는 WVG 시스템으로부터 형성된 수증기를 함유한 산화 가스로부터 이익을 갖는 공정을 제공하고, 다른 실시예는 여기서 설명된 증착 공정 동안 하프늄-함유 물질 및 다른 유전 물질을 형성하면서 전통적인 산화제 또는 대안적인 산화 가스를 이용하는 공정을 제공한다. In embodiments involving process sequences 100, 200, 300, alternative oxidizing gases, such as traditional oxidizing agents, may be used in place of oxidizing gases containing water vapor formed from WVG systems. Alternative oxidizing gases are hydraulically introduced into the process chamber from an oxygen source containing water not made from the WVG system, which includes oxygen (O 2), ozone (O 3), atom-oxygen (O), hydrogen peroxide (H 2 O 2), Nitros oxide (N 2 O), nitrile oxide (NO), dinitrogen pentoxide (N 2 O 5), nitrogen dioxide (NO 2), derivatives thereof or combinations thereof. Embodiments of the present invention provide a process that benefits from oxidizing gases containing water vapor formed from WVG systems, while other embodiments provide traditional oxidants or alternatives while forming hafnium-containing materials and other dielectric materials during the deposition process described herein. It provides a process using a conventional oxidizing gas.

많은 전구체가 여기서 설명된 유전 물질을 증착시키기 위한 본 발명의 실시예의 범위 내에 있다. 하나의 중요한 전구체 특징은 좋은 증기 압력을 갖는 것이다. 대기 온도 및 압력에서 전구체는 기체, 액체 또는 고체일 수 있다. 휘발된 전구체는 ALD 챔버 내에서 사용된다. 유기금속성 화합물은 적어도 하나의 금속 원자 및 적어도 하나의 유기-함유 작용기를 함유하는데, 이는 아미드, 알킬, 알콕실, 알킬아미노, 또는 아닐리드와 같은 것이다. 전구체는 유기금속성, 비유기성 또는 할라이드 화합물을 포함할 수 있다. Many precursors are within the scope of embodiments of the present invention for depositing dielectric materials described herein. One important precursor feature is to have a good vapor pressure. At ambient temperature and pressure the precursor may be a gas, a liquid or a solid. The volatilized precursor is used in an ALD chamber. The organometallic compound contains at least one metal atom and at least one organo-containing functional group, such as an amide, alkyl, alkoxyl, alkylamino, or anilide. The precursor may comprise an organometallic, inorganic or halide compound.

예시적인 하프늄 전구체는 할라이드, 알킬아미노, 시클로펜타디에닐, 알킬, 알콕사이드, 이의 파생물 또는 이의 조합을 포함한다. 하프늄 전구체로서 유용한 하프늄 할라이드 화합물은 HfCl4, HfI4 및 HfBr4를 포함할 수 있다. 하프늄 전구체로서 유용한 하프늄 알킬아미노 화합물은 (RR'N)4Hf를 포함하고, 여기서 R 또는 R'는 독립적으로 수소, 메틸, 에틸, 프로필, 부틸이다. 하프늄-함유 물질을 증착하는데 유용한 하프늄 전구체는 (Et4N)4Hf, (Me2N)4Hf, (MeEtN)4Hf, (tBuC5H4)2HfCl2, (C5H5)2HfCl2, (EtC5H4)2HfCl2, (Me2C5)2HfCl2, (Me2C5)HfCl3, (iPrC5H4)HfCl2, (iPrC5H4)HfCl3, (tBuC5H4)2HfMe2, (acac)4Hf, (hfac)4Hf, (tfac)4Hf, (thd)4Hf, (NO3)4Hf, (tBuO)4Hf, (iPrO)4Hf, (EtO)4Hf, (MeO)4Hf 또는 이의 파생물을 포함한다. 바람직하게 증착 공정 동안 사용되는 하프늄 전구체는 HfCl4, (Et2N)4Hf, 또는 (Me2N)4Hf를 포함한다. Exemplary hafnium precursors include halides, alkylamino, cyclopentadienyl, alkyl, alkoxides, derivatives thereof or combinations thereof. Hafnium halide compounds useful as hafnium precursors may include HfCl 4 , HfI 4 and HfBr 4 . Hafnium alkylamino compounds useful as hafnium precursors include (RR'N) 4 Hf, where R or R 'are independently hydrogen, methyl, ethyl, propyl, butyl. Hafnium precursors useful for depositing hafnium-containing materials include (Et 4 N) 4 Hf, (Me 2 N) 4 Hf, (MeEtN) 4 Hf, ( t BuC 5 H 4 ) 2 HfCl 2 , (C 5 H 5 ) 2 HfCl 2 , (EtC 5 H 4 ) 2 HfCl 2 , (Me 2 C 5 ) 2 HfCl 2 , (Me 2 C 5 ) HfCl 3 , ( i PrC 5 H 4 ) HfCl 2 , ( i PrC 5 H 4 ) HfCl 3 , ( t BuC 5 H 4 ) 2 HfMe 2 , (acac) 4 Hf, (hfac) 4 Hf, (tfac) 4 Hf, (thd) 4 Hf, (NO 3 ) 4 Hf, ( t BuO) 4 Hf, ( i PrO) 4 Hf, (EtO) 4 Hf, (MeO) 4 Hf or derivatives thereof. Preferably the hafnium precursor used during the deposition process includes HfCl 4 , (Et 2 N) 4 Hf, or (Me 2 N) 4 Hf.

실리콘 함유 물질을 증착하기 위해 사용되는 예시적 실리콘 전구체는 실란, 알킬아미노실란, 실라놀, 알콕시 실란을 포함하고, 예를 들어 실리콘 전구체는 (Me2N)4Si, (Me2N)3SiH, (Me2N)2SiH2, (Me2N)SiH3, (Et2N)4Si, (Et2N)3SiH, (MeEtN)4Si, (MeEtN)3SiH, Si(NCO)4, MeSi(NCO)3, SiH4, Si2H6, SiCl4, Si2Cl6, MeSiCl3, HSiCl3, Me2SiCl2, H2SiCl2, MeSi(OH)3, Me2Si(OH)2, (MeO)4Si, (EtO)4Si 또는 이의 파생물을 포함할 수 있다. 실리콘 전구체로서 사용되는 다른 알킬아미노실란 화합물은 (RR'N)4- nSiHn을 포함하고, 여기서 R 또는 R'는 독립적으로 수소, 메틸, 에틸, 프로필 또는 부틸이고 n=0~3이다. 다른 알콕시 실란은 일반 화학식(generic chemical formula) (RO)4-nSiLn에 의해 설명될 수 있고, 여기서 R=메틸, 에틸, 프로필 또는 부틸이고, L=H, OH, F, Cl, Br 또는 I 및 이의 혼합물이다. 또한, 높은(higher) 실란은 본 발명의 실시예 내에서 실리콘 전구체로서 사용된다. 높은 실란은 US 20040224089로서 발행되고 "실리콘 화합물을 가진 실리콘 함유 층 증착"이란 제목으로 2003년 10월 17일에 출원된 미국 특허출원 제 10/688,797호에서 개시되고, 실리콘 전구체를 설명하기 위해 그 전체를 여기서 참조로서 채택하였다. 바람직하게, 증착 공정 동안 사용되는 실리콘 전구체는 (Me2N)3SiH, (Et2N)3SiH, (Me2N)4Si, (Et2N)4Si 또는 SiH4를 포함한다. Exemplary silicon precursors used to deposit silicon containing materials include silanes, alkylaminosilanes, silanols, alkoxy silanes, for example silicon precursors include (Me2N) 4Si, (Me2N) 3SiH, (Me2N) 2SiH2, (Me2N) SiH3, (Et2N) 4Si, (Et2N) 3SiH, (MeEtN) 4Si, (MeEtN) 3SiH, Si (NCO) 4, MeSi (NCO) 3, SiH4, Si2H6, SiCl4, Si2Cl6, MeSiCl3, HSiCl3, Me2SiCl2 , H 2 SiCl 2, MeSi (OH) 3, Me 2 Si (OH) 2, (MeO) 4 Si, (EtO) 4 Si or derivatives thereof. Other alkylaminosilane compounds used as silicon precursors include (RR'N) 4- n SiH n , where R or R 'are independently hydrogen, methyl, ethyl, propyl or butyl and n = 0-3. Other alkoxy silanes may be described by the generic chemical formula (RO) 4-nSiLn, where R = methyl, ethyl, propyl or butyl, L = H, OH, F, Cl, Br or I and Mixtures thereof. Higher silanes are also used as silicon precursors within embodiments of the present invention. High silanes are disclosed in US patent application Ser. No. 10 / 688,797, issued as US 20040224089 and filed Oct. 17, 2003 entitled “Silicone-Containing Layer Deposition with Silicon Compounds”, in its entirety to describe a silicon precursor. Is hereby incorporated by reference. Preferably, the silicon precursor used during the deposition process includes (Me 2 N) 3 SiH, (Et 2 N) 3 SiH, (Me 2 N) 4 Si, (Et 2 N) 4 Si or SiH 4.

일 실시예에서, 질소는 여기서 설명된 공정 동안 증착된 다른 유전 물질 및 하프늄-함유 물질에 첨가될 수 있다. 일례에서, 하프늄 옥사이드 물질은 하프늄 옥시니트리드 물질을 형성하도록 니트리드화될 수 있고, 하프늄 실리케이트 물질은 하프늄 실리콘 옥시니트리드 물질을 형성하기 위해 니트리드화 될 수 있다. 일례에서, 하프늄 실리케이트 필름은 실리콘이 풍부한 채 증착되고, 기판/유전체 계면 근처에 질소가 거의 없거나 없다. 필름 두께가 증가함에 따라, 더욱 많은 하프늄이 필름 안으로 섞이고 이에 의해 유전 상수를 증가시킨다. 또한, 질소는 필름의 벌크(bulk)에 첨가될 수 있고, 이에 의해 필름을 통해 불순물의 확산을 감소시킨다. 대안적으로 질소는 필름의 상부 근처에 첨가될 수 있고, 이에 의해 안정한 캡핑 층을 제공한다. In one embodiment, nitrogen can be added to other dielectric materials and hafnium-containing materials deposited during the processes described herein. In one example, the hafnium oxide material can be nitrided to form a hafnium oxynitride material, and the hafnium silicate material can be nitrided to form a hafnium silicon oxynitride material. In one example, the hafnium silicate film is deposited rich in silicon, with little or no nitrogen near the substrate / dielectric interface. As the film thickness increases, more hafnium mixes into the film thereby increasing the dielectric constant. Nitrogen can also be added to the bulk of the film, thereby reducing the diffusion of impurities through the film. Alternatively nitrogen can be added near the top of the film, thereby providing a stable capping layer.

또한, 질소는 질소 충격(bombardment)에 의해 하프늄-함유 물질 및 다른 유전 물질에 첨가될 수 있고, 이는 질소 플라즈마와 같은 것으로 이루어질 수 있으며, 기판을 질소 함유 환경에서 어닐링시키고 및/또는 ALD 공정 내에서 추가적인 절반이 반응 안으로 질소 전구체를 포함한다. 질소 플라즈마 공정은, 하프늄-함유 물질의 증착의 완료시 및/또는 ALD 사이클의 완료시, 절반의 반응 후 플라즈마 질소화(nitridation) 공정에 기판 표면을 노출시키는 단계를 포함한다. 예를 들면, 질소화 원격 플라즈마(remote-plasma)는 하프늄 옥사이드 필름에 노출시키고 이에 의해 하프늄 옥시니트리드 필름을 형성하거나 또는 하프늄 실리케이트 필름에 노출시켜 하프늄 실리콘 옥시니트리드 필름을 형성한다. In addition, nitrogen may be added to hafnium-containing materials and other dielectric materials by nitrogen bombardment, which may consist of such as nitrogen plasma, annealing the substrate in a nitrogen containing environment and / or in an ALD process. An additional half contains a nitrogen precursor into the reaction. The nitrogen plasma process includes exposing the substrate surface to a plasma nitridation process after half the reaction upon completion of the deposition of the hafnium-containing material and / or upon completion of the ALD cycle. For example, a nitrification remote-plasma is exposed to a hafnium oxide film thereby forming a hafnium oxynitride film or to a hafnium silicate film to form a hafnium silicon oxynitride film.

다른 실시예에서, 기판 위에 증착되는 하프늄-함유 물질은 N2, NH3, N2H4, NO, N2O, 원자-N 또는 이의 조합과 같은 질소 함유 분위기에서 어닐링된다. 기판은 약 15초 내지 약 10분의 범위의 시간 주기 동안 약 800℃ 내지 약 1100℃의 범위의 온도로 가열된다. 예를 들면, 하프늄 실리케이트 필름을 함유하는 기판은 NH3로 채워진 챔버에서 약 1분 동안 900℃에서 열적으로 어닐링되고, 이에 의해 하프늄 실리콘 옥시니트리드 필름을 형성한다. In another embodiment, the hafnium-containing material deposited over the substrate is annealed in a nitrogen containing atmosphere such as N 2, NH 3, N 2 H 4, NO, N 2 O, atom-N, or a combination thereof. The substrate is heated to a temperature in the range of about 800 ° C. to about 1100 ° C. for a time period in the range of about 15 seconds to about 10 minutes. For example, a substrate containing a hafnium silicate film is thermally annealed at 900 ° C. for about 1 minute in a chamber filled with NH 3, thereby forming a hafnium silicon oxynitride film.

다른 실시예에서, 하프늄 실리콘 옥시니트리드 물질은 하프늄 전구체 반반응, 실리콘 전구체 반반응, 질소 전구체 반반응 및 적어도 하나의 산화 가스 반반 응을 함유한 사이클을 제공함에 의해 ALD 공정 동안 형성될 수 있다. 질소 전구체 반반응은 하프늄, 실리콘, 및 산소 전구체 반반응에 대해 일정한 비율로 사이클 동안 ALD 공정 안으로 추가될 수 있다. 일례에서, 질소 전구체 반반응은 하프늄, 실리콘 및 산소 전구체 반반응의 약 매번 두 ALD 공정에서 첨가된다. 또한, 사이클 비율은 변할 수 있고, 이에 의해 필름 두께 내에 섞인 질소 비율을 제어한다. 일 실시예에서, ALD 공정은 필름의 낮은 부분에서보다 필름의 상부 근처에서 질소의 더 높은 비율을 갖는 하프늄 실리콘 옥시니트리드 등급의 필름을 형성할 수 있다. 일반적으로 높은 질소 농도를 함유한 필름의 상부는 필름의 상부 약 20% 또는 미만, 바람직하게 10% 또는 미만, 더욱 바람직하게 5% 또는 미만이다. 실리콘 전구체 반반응이 생략된다면, 하프늄 옥시니트리드 필름이 유사한 ALD 공정으로 형성될 수 있다. 바람직하게, 산화 가스는 WVG 시스템으로부터 형성된 수증기를 함유한다. In another embodiment, the hafnium silicon oxynitride material may be formed during an ALD process by providing a cycle containing hafnium precursor reaction, silicon precursor reaction, nitrogen precursor reaction, and at least one oxidizing gas reaction. Nitrogen precursor reactions can be added into the ALD process during cycles at a constant rate relative to hafnium, silicon, and oxygen precursor reactions. In one example, the nitrogen precursor reaction is added in both ALD processes about every time of hafnium, silicon and oxygen precursor reaction. In addition, the cycle rate can vary, thereby controlling the rate of nitrogen incorporated within the film thickness. In one embodiment, the ALD process can form a hafnium silicon oxynitride grade film having a higher proportion of nitrogen near the top of the film than at the lower portion of the film. Generally the top of the film containing the high nitrogen concentration is about 20% or less, preferably 10% or less, more preferably 5% or less of the top of the film. If the silicon precursor reaction is omitted, hafnium oxynitride films can be formed by similar ALD processes. Preferably, the oxidizing gas contains water vapor formed from the WVG system.

예씨적인 질소 전구체는 다음을 포함할 수 있다: NH3, N2, 히드라진(예를 들어 N2H4, MeN2H3), 아민(예를 들어 Me3N, Me2NH, MeNH2), 아닐린(예를 들어 C6H5NH2), 유기 아지드(예를 들어 MeN3 또는 Me3SiN3), 비유기 아지드(예를 들어 NaN3, Cp2CoN3), 래디컬 질소 화합물(예를 들어 N3, N2, N, NH, NH2), 이의 파생물 또는 이의 조합. 래디컬 질소 화하물은 열, 핫-와이어 또는 플라즈마에 의해 만들어질 수 있다. Exemplary nitrogen precursors may include: NH 3, N 2, hydrazine (eg N 2 H 4, MeN 2 H 3), amines (eg Me 3 N, Me 2 NH, MeNH 2), aniline (eg C 6 H 5 NH 2), organic azide ( For example MeN3 or Me3SiN3), inorganic azides (eg NaN3, Cp2CoN3), radical nitrogen compounds (eg N3, N2, N, NH, NH2), derivatives thereof or combinations thereof. Radical nitrogen compounds can be made by heat, hot-wire or plasma.

대안적인 실시예에서, 다양한 금속 옥사이드 및 금속 실리케이트가 WVG 시스템으로부터 만들어진 수증기를 함유한 산화 가스로 금속 전구체를 순차적으로 펄스 함으로써 형성될 수 있다. 여기서(예를 들어 공정 순서 100, 200, 300) 공개된 ALD 공정은 하프늄 및/또는 실리콘 전구체를 다른 금속 전구체로 치환함에 의해 변경될 수 있고, 이에 의해 하프늄 알루미네이트, 티타늄 실리케이트, 지르코늄 옥사이드, 지르코늄 실리케이트, 지르코늄 알루미네이트, 탄탈륨 옥사이드, 탄탈륨 실리케이트, 티타늄 옥사이드, 티타늄 실리케이트, 실리콘 옥사이드, 알루미늄 옥사이드, 알루미늄 실리케이트, 란타늄 옥사이드, 란타늄 실리케이트, 란타늄 알루미네이트, 이의 니트리드, 이의 파생물 또는 이의 조합과 같은 추가적인 유전 물질을 형성한다. 일 실시예에서, 둘 이상의 ALD 공정은 다른 층의 상부 상에 한 층을 증착하도록 동시에 작동된다. 예를 들면, 화합된 공정은 제 1 유전 물질을 형성하기 위한 제 1 ALD 공정을 포함하고, 제 2 유전 물질을 형성하기 위한 제 2 ALD 공정을 포함한다. 화합된 공정은 예를 들어 하프늄 알루미늄 실리케이트 또는 하프늄 알루미늄 실리콘 옥시니트리드와 같은 다양한 하프늄-함유 물질을 만드는데 사용될 수 있다. 일례에서, 유전 스택 물질은 기판 위에 제 1 하프늄-함유 물질을 증착하고 이후 제 2 하프늄-함유 물질을 그 위에 증착함에 의해 형성된다. 제 1 및 제 2 하프늄-함유 물질은 그 조성이 변경될 수 있는데, 한 층은 하프늄 옥사이드를 포함할 수 있고 다른 층은 하프늄 실리케이트를 포함할 수 있다. 일 태양에서, 하부층은 실리콘을 포함한다. 여기서 설명된 ALD 공정 동안 사용되는 대안적인 금속 전구체는 ZrCl4, Cp2Zr, (Me2N)4Zr, (Et2N)4Zr, TaF5, TaCl5, (tBuO)5Ta, (Me2N)5Ta, (Et2N)5Ta, (Me2N)3Ta(NtBu), (Et2N)3Ta(NtBu), TiCl4, TiI4, (iPrO)4Ti, (Me2N)4Ti, (Et2N)4Ti, AlCl3, Me3Al, Me2AlH, (AMD)3La, ((Me3Si)(tBu)N)3La, ((Me3Si)2N)3La, (tBu2N)3La, (iPr2N)3LA, 이의 파생물 또는 이의 조합을 포함한다. In alternative embodiments, various metal oxides and metal silicates may be formed by sequentially pulsing the metal precursor with an oxidizing gas containing water vapor produced from a WVG system. The ALD process disclosed herein (eg process sequences 100, 200, 300) can be altered by substituting hafnium and / or silicon precursors with other metal precursors, whereby hafnium aluminate, titanium silicate, zirconium oxide, zirconium Additional dielectrics such as silicates, zirconium aluminates, tantalum oxides, tantalum silicates, titanium oxides, titanium silicates, silicon oxides, aluminum oxides, aluminum silicates, lanthanum oxides, lanthanum silicates, lanthanum aluminates, nitrites, derivatives thereof or combinations thereof. Form a substance. In one embodiment, two or more ALD processes are operated simultaneously to deposit one layer on top of another. For example, the combined process includes a first ALD process for forming a first dielectric material and a second ALD process for forming a second dielectric material. Combined processes can be used to make a variety of hafnium-containing materials such as, for example, hafnium aluminum silicates or hafnium aluminum silicon oxynitrides. In one example, the dielectric stack material is formed by depositing a first hafnium-containing material on a substrate and then depositing a second hafnium-containing material thereon. The composition of the first and second hafnium-containing materials may vary in composition, one layer may include hafnium oxide and the other layer may include hafnium silicate. In one aspect, the bottom layer comprises silicon. Alternative metal precursors used during the ALD process described herein include ZrCl 4, Cp 2 Zr, (Me 2 N) 4 Zr, (Et 2 N) 4 Zr, TaF 5, TaCl 5, (tBuO) 5 Ta, (Me 2 N) 5 Ta, (Et 2 N) 5 Ta, (Me 2 N) 3 Ta (NtBu), (Et2N) 3Ta (NtBu), TiCl4, TiI4, (iPrO) 4Ti, (Me2N) 4Ti, (Et2N) 4Ti, AlCl3, Me3Al, Me2AlH, (AMD) 3La, ((Me3Si) (tBu) N ) 3La, ((Me3Si) 2N) 3La, (tBu2N) 3La, (iPr2N) 3LA, derivatives thereof, or combinations thereof.

많은 산업적 응용이 다양한 실시예에 의해 설명된 증착 공정 동안 형성되는 프로덕트(product) 유전 물질에 대해 존재한다. 마이크로전자 산업 내에서, 프로덕트 물질은 높은-k 트랜지스터 게이트 유전 물질, 트랜지스터 게이트 계면 공학, 높은-k 캐패시터 유전 물질(DRAMs), 씨드 층, 확산 장벽층, 접착층, 절연층, 및 패턴화된 표면(예를 들어 선택적인 증착)에 대한 기능적인 표면 그룹으로서 사용될 수 있다. 마이크로전자기계 시스템(MEMS)의 영역에서, 여기서 설명된 공정 동안 형성된 물질은 절연 또는 구조적인 필름으로서 사용될 수 있다.Many industrial applications exist for product dielectric materials formed during the deposition process described by various embodiments. Within the microelectronics industry, product materials include high-kV transistor gate dielectric materials, transistor gate interfacial engineering, high-kPa capacitor dielectric materials (DRAMs), seed layers, diffusion barrier layers, adhesive layers, insulating layers, and patterned surfaces ( For example as a functional surface group for selective deposition). In the area of microelectromechanical systems (MEMS), the materials formed during the processes described herein can be used as insulating or structural films.

하드웨어hardware

도 6은 여기서 설명된 실시예에 따른 직접 회로 제작을 수행하는데 사용될 수 있는 공정 챔버(610)의 개략 단면도를 도시한다. 공정 챔버(610)는 일반적으로 기판 지지 페데스탈(648)을 수용하고 이는 기판을 지지하는데 사용된다(미도시). 기판 지지 페데스탈(648)은 변위 메카니즘(648A)을 이용하여 공정 챔버(610) 내부로 수직 방향으로 이동 가능하다. 6 shows a schematic cross-sectional view of a process chamber 610 that can be used to perform integrated circuit fabrication in accordance with an embodiment described herein. Process chamber 610 generally receives substrate support pedestal 648 which is used to support the substrate (not shown). The substrate support pedestal 648 is movable in the vertical direction into the process chamber 610 using the displacement mechanism 648A.

특정 공정에 의존하여, 기판은 증착 동안 또는 증착 이전에 원하는 온도로 가열될 수 있다. 예를 들면, 기판 지지 페데스탈(648)은 끼워넣어진 히팅 요소(652A)를 이요하여 가열될 수 있다. 기판 지지 페데스탈(648)은 AC전원(652)으로부터 히팅 요소(652A)로 전류를 가함에 의해 저항적으로 가열될 수 있다. 기판(미도시)은 차례로 지지 페데스탈(648)에 의해 가열된다. 대안적으로 기판 지지 페데 스탈(648)은 램프(미도시)와 같은 복사 발열기를 이용하여 가열될 수 있다. Depending on the particular process, the substrate may be heated to the desired temperature during or prior to deposition. For example, substrate support pedestal 648 may be heated by embedding heating element 652A. The substrate support pedestal 648 can be resistively heated by applying current from the AC power source 652 to the heating element 652A. The substrate (not shown) is in turn heated by the support pedestal 648. Alternatively, the substrate support pedestal 648 can be heated using a radiant heater, such as a lamp (not shown).

열전쌍과 같은 온도 센서(650A)는 기판 지지 페데스탈(648)에 또한 끼워넣어지고, 이에 의해 종래의 방법으로 페데스탈(648)의 온도를 모니터한다. 측정된 온도는 피드백 루프에서 사용되고, 이에 의해 히팅 요소(652A)에 대한 AC전원(652)을 제어하고, 기판 온도는 특별한 공정 응용에 대해 적절한 원하는 온도에서 제어되거나 유지될 수 있다. A temperature sensor 650A, such as a thermocouple, is also embedded in the substrate support pedestal 648, thereby monitoring the temperature of the pedestal 648 in a conventional manner. The measured temperature is used in the feedback loop, thereby controlling the AC power source 652 for the heating element 652A, and the substrate temperature can be controlled or maintained at the desired temperature appropriate for the particular process application.

진공 펌프(618)는 공정 챔버(610)를 비우는데 사용되고 공정 챔버(610) 내의 압력을 유지하는데 사용된다. 공정 가스가 공정 챔버(610) 안으로 유입되는 가스 매니폴드(634)는 기판 지지 페데스탈(648)의 위에 위치한다. 가스 매니폴드(634)는 가스 패널(미도시)에 연결되고, 이는 다양한 공정 가스를 공정 챔버(610)로 공급하고 제어한다. Vacuum pump 618 is used to empty the process chamber 610 and to maintain pressure within the process chamber 610. The gas manifold 634 into which the process gas flows into the process chamber 610 is positioned above the substrate support pedestal 648. Gas manifold 634 is connected to a gas panel (not shown), which supplies and controls various process gases to process chamber 610.

가스 매니폴드(634)로의 가스 유동의 적절한 제어 및 규율은 질량 유동 제어기(미도시) 및 마이크로프로세서 제어기(670)에 의해 수행된다. 가스 매니폴드(634)는 공정 챔버(610)에서 유입된 공정 가스가 균일하게 분배되고 유입되는 것을 가능하게 한다. 또한, 가스 매니폴드(634)는 선택적으로 히팅될 수 있고, 이에 의해 매니폴드 내에서 반응성 가스의 치밀화를 막는다. Proper control and regulation of gas flow to gas manifold 634 is performed by mass flow controllers (not shown) and microprocessor controllers 670. The gas manifold 634 allows the process gas introduced in the process chamber 610 to be uniformly distributed and introduced. In addition, the gas manifold 634 may be selectively heated, thereby preventing densification of the reactive gas in the manifold.

가스 매니폴드(634)는 다수의 전자 제어 밸브(미도시)를 포함한다. 여기서 사용되는 전자 제어 밸브는 약 0.01초 내지 약 10초, 바람직하게 약 0.1초 내지 약 5초의 범위의 비율로 밸브의 개방 및 폐쇄 사이클을 가진 공정 챔버(610)로 바르고 정밀한 가스 유동을 제공할 수 있는 제어 밸브를 말하고, 예를 들어 긴 사이클은 약 3초를 지속할 수 있고, 짧은 사이클은 약 0.5초를 지속할 수 있다. Gas manifold 634 includes a plurality of electronic control valves (not shown). As used herein, the electronically controlled valve can provide a precise and precise gas flow to the process chamber 610 with open and closed cycles of the valve at a rate ranging from about 0.01 seconds to about 10 seconds, preferably from about 0.1 seconds to about 5 seconds. A control valve, for example, a long cycle may last about 3 seconds, and a short cycle may last about 0.5 seconds.

마이크로프로세서 제어기(670)는 일반적인 목적의 컴퓨터 프로세서(CPU)의 한 형태일 수 있고, 이는 다양한 챔버 및 하위 프로세서를 제어하기 위해 산업적으로 세팅되어 사용된다. 컴퓨터는 랜덤 액세스 메모리, 리드 온리 메모리, 플로피 디스크 드라이브, 콤팩트 디스크 드라이브, 하드 디스크, 또는 다른 형태의 디지털 저장 장치로서 부분적이거나 원격인 것과 같은 적절한 메모리를 사용할 수 있다. 다양한 지지 회로는 종래의 방법으로 프로세서를 지지하기 위해 CPU에 결합될 수 있다. 원하는 것처럼, 소프트웨어 루틴(routine)은 떨어져 위치한 소스(예를 들어 컴퓨터 또는 서버)에 의해 수행되거나 메모리에 저장될 수 있다. Microprocessor controller 670 may be a form of general purpose computer processor (CPU), which is industrially set up and used to control various chambers and subprocessors. The computer may use suitable memory, such as partial or remote, as random access memory, read only memory, floppy disk drive, compact disk drive, hard disk, or other form of digital storage device. Various support circuits may be coupled to the CPU to support the processor in a conventional manner. As desired, software routines may be performed by remote sources (eg, computers or servers) or stored in memory.

소프트웨어 루틴은 공정 처리 또는 순서를 개시하도록 수행된다. 수행될 때, 소프트웨어 루틴은 일반적인 목적의 컴퓨터를 특정 공정 컴퓨터로 변환시키고, 이는 챔버 작동을 제어하며, 이에 의해 챔버 공정이 수행된다. 예를 들면, 소프트웨어 루틴은 본 발명에 따른 공정 순서의 수행에 대한 전자 제어 밸브의 활동을 정밀하게 제어하기 위해 사용될 수 있다. 대안적으로, 소프트웨어 루틴은 하드웨어에서 수행될 수 있고, 응용 특정 직접 회로 또는 다른 형태의 하드웨어 수행 또는 소프트웨어 또는 하드웨어의 조합과 같은 것일 수 있다. Software routines are performed to initiate process processing or sequences. When performed, the software routine converts the general purpose computer into a specific process computer, which controls the chamber operation, whereby the chamber process is performed. For example, software routines can be used to precisely control the activity of the electronic control valve for the performance of the process sequence according to the present invention. Alternatively, software routines may be performed in hardware, such as application specific integrated circuits or other forms of hardware execution or software or a combination of hardware.

도 7은 원자층 증착 또는 래피드 화학 기상 증착과 같은 순환적인 증착에 이용되는 가스 전달 장치(730)를 포함하는 공정 챔버(680)의 일 실시예의 개략적인 단면도이다. 공정 챔버(680)에 대한 상세한 설명은 US 20030079686으로서 발행되고 "원자층 증착에 대한 가스 전달 장치 및 방법"의 제목을 가진 2001년 12월 21일 에 출원된 미국 특허출원 제 10/032,284호에서 설명되고, US 20030121608로서 발행되고 "원자층 증착에 대한 가스 전달 장치"의 제목을 가진 2002년 10월 25일에 출원된 미국 특허출원 제 10/271,079호에서 설명되며, 이는 모두 여기서 참조로서 채택되었다. 여기서 사용되는 순차적인 기상 증착, 래피드 화학 기상 증착, 원자층 증착(ALD)이란 용어는 기판 구조에 걸쳐 얇은 층을 증착하는 반응물 또는 전구체의 순차적인 유입을 지칭하는데 사용된다. 반응물의 순차적인 유입은 반복될 수 있고, 이에 의해 다수의 얇은 층을 증착하며, 원하는 두께로 균일한 층을 형성한다. 일 실시예에서, 하나 이상의 전구체(예를 들어 하프늄 전구체 및 실리콘 전구체)를 함유하는 반응물의 혼합물은 다른 전구체(예를 들어 수증기)와 순차적으로 펄스될 수 있다. 또한, 공정 챔버(680)는 다른 증착 기술에 대해 채택될 수 있다. FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of one embodiment of a process chamber 680 that includes a gas delivery device 730 used for cyclic deposition, such as atomic layer deposition or rapid chemical vapor deposition. A detailed description of the process chamber 680 is described in US patent application Ser. No. 10 / 032,284, filed Dec. 21, 2001, published as US 20030079686 and entitled "Gas Delivery Apparatus and Methods for Atomic Layer Deposition". And US patent application Ser. No. 10 / 271,079, issued as US 20030121608 and filed Oct. 25, 2002, entitled “Gas Delivery Devices for Atomic Layer Deposition,” all of which are hereby incorporated by reference. As used herein, the terms sequential vapor deposition, rapid chemical vapor deposition, and atomic layer deposition (ALD) are used to refer to the sequential influx of precursors or reactants that deposit thin layers across the substrate structure. Sequential influx of reactants may be repeated, thereby depositing a plurality of thin layers, forming a uniform layer to the desired thickness. In one embodiment, a mixture of reactants containing one or more precursors (eg, hafnium precursors and silicon precursors) may be pulsed sequentially with other precursors (eg, water vapor). In addition, process chamber 680 may be employed for other deposition techniques.

공정 챔버(680)는 측벽(684) 및 바닥부(686)를 가지는 챔버 바디(682)를 포함한다. 공정 챔버(680)에서 슬릿 밸브(688)는 로봇(미도시)에 대한 액세스를 제공하고, 이에 의해 공정 챔버(680)로부터 200mm 내지 300mm의 지름을 갖는 반도체 기판 또는 유리 기판과 같은 기판(690)을 전달하고 되찾는다. Process chamber 680 includes a chamber body 682 having a sidewall 684 and a bottom 686. In the process chamber 680, the slit valve 688 provides access to a robot (not shown), whereby a substrate 690, such as a semiconductor substrate or glass substrate, having a diameter of 200 mm to 300 mm from the process chamber 680. Pass and get back.

기판 지지부(692)는 공정 챔버(680)에서 기판 수용 표면(691) 위에서 기판(690)을 지지한다. 기판 지지부(692)는 모터(714)를 리프트 하도록 장착되고, 이에 의해 기판 지지부(692) 및 그 위에 배치된 기판(690)을 올리거나 내린다. 리프트 모터(718)에 연결된 리프트 플레이트(716)는 공정 챔버(680)에서 장착되고 기판 지지부(692)를 통해 이동 가능하게 배치된 핀(720)을 올리거나 내린다. 핀(720)은 기판 지지부(692)의 표면에 걸쳐 기판(690)을 올리거나 내린다. 기판 지지부(692) 는 공정 동안 기판(690)을 기판 지지부(692)에 고정시키기 위해 클램프 링 또는 정전기적 처크, 지공 처크를 포함할 수 있다. The substrate support 692 supports the substrate 690 over the substrate receiving surface 691 in the process chamber 680. The substrate support 692 is mounted to lift the motor 714, thereby raising or lowering the substrate support 692 and the substrate 690 disposed thereon. A lift plate 716 connected to the lift motor 718 raises or lowers the pin 720 mounted in the process chamber 680 and movably disposed through the substrate support 692. The pin 720 raises or lowers the substrate 690 across the surface of the substrate support 692. Substrate support 692 may include a clamp ring or an electrostatic chuck, a pore chuck to secure the substrate 690 to the substrate support 692 during processing.

기판 지지부(692)는 그 위에 배치된 기판(690)의 온도를 증가시키도록 가열될 수 있다. 예를 들면, 기판 지지부(692)는 저항성 발열기와 같은 끼워넣어진 히팅 요소를 이용하여 가열될 수 있거나 또는 기판 지지부(692) 위에 배치된 히팅 램프와 같은 복사 열을 이용하여 가열될 수 있다. 정화 링(722)은 기판 지지부(692) 위에 배치될 수 있고, 이에 의해 정화 채널(724)을 한정하며, 이는 정화 가스를 기판(690)의 주변부로 제공하고, 이로써 그 위의 증착을 막는다. The substrate support 692 may be heated to increase the temperature of the substrate 690 disposed thereon. For example, the substrate support 692 may be heated using embedded heating elements, such as resistive heaters, or may be heated using radiant heat, such as a heating lamp disposed over the substrate support 692. Purification ring 722 may be disposed above substrate support 692, thereby defining purge channel 724, which provides purge gas to the periphery of substrate 690, thereby preventing deposition thereon.

가스 전달 장치(730)는 챔버 바디(682)의 상부에 배치되고, 이에 의해 공정 챔버(680)로 공정 가스 및/또는 정화 가스와 같은 가스를 제공한다. 진공 시스템(778)은 정화 채널(779)과 소통하며, 이에 의해 공정 챔버(680)로부터 원하는 가스를 비우고 공정 챔버(680)의 펌핑 구역(766) 내에서 원하는 압력 범위 또는 원하는 압력을 유지하는 것을 돕는다. Gas delivery device 730 is disposed on top of chamber body 682, thereby providing gas such as process gas and / or purge gas to process chamber 680. Vacuum system 778 communicates with purge channel 779 to thereby empty the desired gas from process chamber 680 and maintain a desired pressure range or desired pressure within pumping zone 766 of process chamber 680. Help

일 실시예에서, 공정 가스 및/또는 정화 가스는 가스 전달 장치(730)을 통해 기판(690)의 평면에 대해 수직(즉, 90°)으로 공정 챔버(680)로 들어간다. 따라서, 기판(690)의 표면은 가스에 대칭적으로 노출되고, 이에 의해 기판 위에 균일한 필름 형성을 가능하게 한다. 공정 가스는 한 펄스 동안의 하프늄-함유 화합물(예를 들어 TDEAH, HfCl4) 및 다른 펄스에서의 산화 가스(예를 들어 WVG 시스템으로부터 발생된 수증기)를 포함할 수 있다. In one embodiment, the process gas and / or purge gas enter the process chamber 680 perpendicular to the plane of the substrate 690 (ie, 90 °) through the gas delivery device 730. Thus, the surface of the substrate 690 is symmetrically exposed to gas, thereby enabling uniform film formation on the substrate. The process gas may include hafnium-containing compounds (eg TDEAH, HfCl 4) for one pulse and oxidizing gases (eg water vapor generated from a WVG system) in another pulse.

도 7에서 도시된 공정 챔버(680)는 도 6에서 도시된 챔버(610)에서 보다 더 균일한 필름을 만들 수 있다. 또한, 공정 챔버(680)는 공정 챔버(610)보다 더 작은 사이클 타임을 채택하고, 공정 챔버(680)는 일반적으로 공정 챔버(610)보다 전구체를 가진 기판을 포화시키는데 더 적은 시간 및 정화시키는데 더 적은 시간이 걸린다. 따라서, 공정 챔버(610, 680)는 약 20초 또는 미만 동안 하프늄-함유 화합물을 함유할(dose) 수 있고, 바람직하게 공정 챔버(680)는 약 10초 또는 미만, 더욱 바람직하게 약 5초 또는 미만, 예를 들어 약 3초 또는 약 0.5초 동안 하프늄-함유 화합물을 함유할 수 있다. The process chamber 680 shown in FIG. 7 may produce a more uniform film than in the chamber 610 shown in FIG. 6. In addition, the process chamber 680 employs a smaller cycle time than the process chamber 610, and the process chamber 680 is generally less time saturating and purifying the substrate with the precursor than the process chamber 610. It takes less time. Thus, process chambers 610 and 680 may contain hafnium-containing compounds for about 20 seconds or less, preferably process chamber 680 is about 10 seconds or less, more preferably about 5 seconds or It may contain hafnium-containing compounds for less than about 3 seconds or about 0.5 seconds.

일 실시예에서, 가스 전달 장치(730)는 챔버 뚜껑(732)을 포함한다. 챔버 뚜껑(732)은 챔버 뚜껑(732)의 중앙부로부터 연장하는 확장 채널(734) 및 챔버 뚜껑(732)의 주변부에 대해 확장 채널(734)로부터 연장하는 바닥면(760)을 포함한다. 바닥면(760)은 기판 지지부(692) 위에 배치된 기판(690)을 거의 덮는 형태 및 크기를 갖는다. 챔버 뚜껑(732)은 기판(690)의 주변부에 인접한 챔버 뚜껑(732)의 주변부에서 초크(choke, 762)를 가질 수 있다. 캡 부분(772)은 가스 입구(736A, 736B) 및 확장 채널(734)의 일부를 포함한다. 확장 채널(734)은 가스 입구(736A, 736B)를 가지고, 이는 두 유사한 밸브(742A, 742B)로부터 가스 유동을 제공한다. 가스는 밸브(742A, 742B)로부터 분리되어 및/또는 함께 제공될 수 있다. In one embodiment, the gas delivery device 730 includes a chamber lid 732. The chamber lid 732 includes an expansion channel 734 extending from the center portion of the chamber lid 732 and a bottom surface 760 extending from the expansion channel 734 relative to the periphery of the chamber lid 732. Bottom surface 760 has a shape and size that substantially covers substrate 690 disposed over substrate support 692. Chamber lid 732 may have a choke 762 at the periphery of chamber lid 732 adjacent to the periphery of substrate 690. Cap portion 772 includes gas inlets 736A and 736B and a portion of expansion channel 734. Expansion channel 734 has gas inlets 736A and 736B, which provide gas flow from two similar valves 742A and 742B. The gas may be provided separately from and / or together with the valves 742A, 742B.

일 실시예에서, 챔버 뚜껑(732)은 스테인리스 강(예를 들어 니켈을 선택적으로 함유하는 철-크롬 합금), 알루미늄, 이의 파생물, 이의 합금 또는 이의 조합과 같은 금속성 물질로부터 만들어진다. 대안적인 실시예에서, 챔버 뚜껑(732)은 열적으로 절연하는 물질을 포함하는데, 이런 물질은 융합된 수정, 사파이어, 피롤리 틱 보론 니트리드(PBN) 물질, 세라믹, 이의 파생물 또는 이의 조합이다. 일례에서, 열적으로 절연하는 라이너는 챔버 뚜껑(732)에 첨가되고, 이는 확장 채널(734) 및 바닥면(760)(미도시)의 거의 일부를 덮는다. 바람직하게, 확장 채널(734) 및 바닥면(760)은 열적으로 절연하는 물질로 이루어진 챔버 뚜껑(732) 안으로 기계가공될 수 있다. 동일하거나 유사한 열적으로 절연하는 물질로 만들어진 추가적인 라이너는 공정 챔버(680) 내로 첨가될 수 있다. 일례에서, 슬릿 밸브(688)는 라이너(687)를 함유하고, 측벽(684)은 라이너(683)를 함유하며, 바닥면(685)은 라이너(689)를 함유한다. In one embodiment, chamber lid 732 is made from a metallic material such as stainless steel (eg, an iron-chromium alloy optionally containing nickel), aluminum, derivatives thereof, alloys thereof, or a combination thereof. In alternative embodiments, the chamber lid 732 includes a thermally insulating material, which material is a fused quartz, sapphire, pyrrolitic boron nitride (PBN) material, ceramic, derivatives thereof, or a combination thereof. In one example, a thermally insulating liner is added to the chamber lid 732, which covers almost a portion of the expansion channel 734 and the bottom surface 760 (not shown). Preferably, expansion channel 734 and bottom surface 760 may be machined into chamber lid 732 made of a thermally insulating material. Additional liners made of the same or similar thermally insulating materials may be added into the process chamber 680. In one example, slit valve 688 contains liner 687, sidewall 684 contains liner 683, and bottom surface 685 contains liner 689.

한 구성에서, 밸브(742A, 742B)는 개별적인 반응물 가스 소스에 결합되고, 동일한 정화 가스 소스에 바람직하게 결합된다. 예를 들면, 밸브(742A)는 반응물 가스 소스(738)에 결합되고 밸브(742B)는 반응물 가스 소스(739)에 결합되며, 모든 밸브(742A, 742B)는 정화 가스 소스(740)에 결합된다. 밸브(742A, 742B)는 각각 밸브(752A, 752B)와 유체소통하는 밸브 시트 어셈블리(744A, 744B)를 갖는 전달 라인(743A, 743B)을 포함한다. 전달 라인(743A, 743B)은 반응물 가스 소스(738, 739)와 유체소통하고, 확장 채널(734)의 가스 입구(736A, 736B)와 유체 소통한다. 추가적인 반응물 가스 소스, 전달 라인, 가스 입구 및 밸브는 대안적인 실시예(미도시)에서 가스 전달 장치(730)에 부가될 수 있다. 전달 라인(743A, 743B)의 밸브 시트 어셈블리(744A, 744B)는 반응물 가스 소스(738, 739)로부터 확장 채널(734)로의 반응물 가스의 유동을 제어한다. 정화 가스(745A, 745B)는 정화 가스 소스(740)와 유체 소통하고 전달 라인(743A, 743B)의 밸브 시트 어셈블리(744A, 744B) 의 다운스트림의 전달 라인(743A, 743B)과 교차한다. 정화 라인(745A, 745B)의 밸브 시트 어셈블리(746A, 746B)는 정화 가스 소스(740)로부터 전달 라인(743A, 743B)으로 정화 가스의 유동을 제어한다. 캐리어 가스가 반응물 가스 소스(738, 739)로부터 반응물 가스를 전달하도록 사용된다면, 동일한 가스는 캐리어 가스 및 정화 가스(예를 들어 캐리어 가스 및 질소 가스로서 사용되는 질소)로서 사용될 수 있다. In one configuration, valves 742A, 742B are coupled to separate reactant gas sources and preferably coupled to the same purge gas source. For example, valve 742A is coupled to reactant gas source 738, valve 742B is coupled to reactant gas source 739, and all valves 742A and 742B are coupled to purge gas source 740. . Valves 742A, 742B include delivery lines 743A, 743B having valve seat assemblies 744A, 744B in fluid communication with valves 752A, 752B, respectively. Delivery lines 743A and 743B are in fluid communication with reactant gas sources 738 and 739 and in fluid communication with gas inlets 736A and 736B of expansion channel 734. Additional reactant gas sources, delivery lines, gas inlets and valves may be added to the gas delivery device 730 in alternative embodiments (not shown). The valve seat assemblies 744A, 744B of the delivery lines 743A, 743B control the flow of reactant gas from the reactant gas sources 738, 739 to the expansion channel 734. Purification gas 745A, 745B is in fluid communication with purge gas source 740 and intersects with delivery lines 743A, 743B downstream of valve seat assemblies 744A, 744B of delivery lines 743A, 743B. Valve seat assemblies 746A, 746B of purge lines 745A, 745B control the flow of purge gas from purge gas source 740 to delivery lines 743A, 743B. If a carrier gas is used to deliver the reactant gas from the reactant gas sources 738, 739, the same gas may be used as the carrier gas and purge gas (eg, nitrogen used as the carrier gas and nitrogen gas).

각각의 밸브 시트 어셈블리(744A, 744B, 746A, 746B)는 다이어프램(diaphragm) 및 밸브 시트를 포함할 수 있다. 다이어프램은 개방 또는 폐쇄로 바이어스될 수 있고 개별적으로 폐쇄 또는 개방으로 구동될 수 있다. 다이어프램은 공압으로 구동되거나 또는 전기로 구동될 수 있다. 공압으로 구동되는 밸브의 예는 Fujikin 및 Veriflow로부터 구입가능한 공압식으로 구동되는 밸브를 포함한다. 전기적으로 구동되는 밸브의 예는 Fujikin으로부터 구입 가능한 전기적으로 구동되는 밸브를 포함한다. 프로그램 가능한 로직 제어기(748A, 748B)가 밸브(742A, 742B)에 결합될 수 있고, 이에 의해 밸브(742A, 742B)의 밸브 시트 어셈블리(744A, 744B, 746A, 746B)의 다이어프램의 구동을 제어한다. 공압식으로 구동되는 밸브는 약 0.020초 만큼의 낮은 시간 주기로 가스의 펄스를 제공할 수 있다. 전기적으로 구동되는 밸브는 약 0.005초 만큼의 낮은 시간 주기로 가스의 펄스를 제공할 수 있다. 일반적으로 공압식으로 및 전기적으로 구동되는 밸브는 약 3초 만큼의 높은 시간 주기로 가스의 펄스를 제공할 수 있다. 가스 펄싱에 대해 높은 시간 주기가 가능하지만 일반적인 ALD 공정은 ALD 밸브를 이용하고, 이에 의해 약 5초 또는 미 만, 바람직하게 약 3초 또는 미만, 더욱 바람직하게 약 2초 또는 미만의 간격으로 개방되면서 가스의 펄스를 발생한다. 일 실시예에서, ALD 밸브는 약 0.005초 내지 약 3초, 바람직하게 약 0.02초 내지 2초, 더욱 바람직하게 약 0.05초 내지 약 1초의 범위의 간격으로 펄스를 제공한다. 전기적으로 구동되는 밸브는 밸브 및 프로그램 가능한 로직 제어기 사이에 결합된 드라이버의 사용을 필요로 한다. Each valve seat assembly 744A, 744B, 746A, 746B may comprise a diaphragm and a valve seat. The diaphragms can be biased open or closed and can be driven closed or open individually. The diaphragm may be pneumatically driven or electrically driven. Examples of pneumatically driven valves include pneumatically driven valves available from Fujikin and Veriflow. Examples of electrically driven valves include electrically driven valves available from Fujikin. Programmable logic controllers 748A, 748B may be coupled to valves 742A, 742B, thereby controlling the driving of the diaphragms of valve seat assemblies 744A, 744B, 746A, 746B of valves 742A, 742B. . The pneumatically actuated valve can provide a pulse of gas at a time period as low as about 0.020 seconds. The electrically driven valve can provide a pulse of gas in a time period as low as about 0.005 seconds. In general, pneumatically and electrically driven valves can provide pulses of gas with a high time period of about 3 seconds. While high time periods are possible for gas pulsing, typical ALD processes utilize ALD valves, thereby opening at intervals of about 5 seconds or less, preferably about 3 seconds or less, more preferably about 2 seconds or less. Generate a pulse of gas. In one embodiment, the ALD valve provides a pulse at intervals ranging from about 0.005 seconds to about 3 seconds, preferably from about 0.02 seconds to 2 seconds, more preferably from about 0.05 seconds to about 1 second. Electrically driven valves require the use of a driver coupled between the valve and the programmable logic controller.

각각의 밸브(742A, 742B)는 밸브의 밸브 시트 어셈블리(744A, 744B)가 폐쇄될 때 전달 라인(743A, 743B)으로부터 반응물 가스의 분출(flushing)을 가능하게 하도록 제로 데드 부피 밸브(zero dead volume valve)일 수 있다. 예를 들면, 정화 라인(745A, 745B)은 전달 라인(743A, 743B)의 밸브 시트 어셈블리(744A, 744B)에 인접하여 위치할 수 있다. 밸브 시트 어셈블리(744A, 744B)가 폐쇄되면, 정화 라인(745A, 745B)은 정화 가스를 제공하여 전달 라인(743A, 743B)을 분출하게 한다. 일 실시예에서, 따뜻해진 정화 가스(예를 들어 약 50℃ 내지 약 200℃)는 밸브 세트 어셈블리(744A, 744B)를 가열하도록 통과되고, 이에 의해 전달 라인(743A, 743B) 내에서뿐만 아니라 그 위의 전구체의 치밀화를 막거나 감소시킨다. 도시된 실시예에서, 정화 라인(745A, 745B)은 전달 라인(743A, 743B)의 밸브 시트 어셈블리(744A, 744B)로부터 약간 이격된 위치에 있고, 이에 의해 정화 가스는 갭아될 때 밸브 시트 어셈블리(744A, 744B) 안으로 직접 전달되지 아니한다. 여기서 사용된 제로 데드 부피 밸브는 무시할만한 데드 부피(즉, 제로 데드 부피가 필요 없는)를 갖는 밸브로서 한정된다. Each valve 742A, 742B is a zero dead volume valve to enable flushing of reactant gas from delivery lines 743A, 743B when the valve seat assemblies 744A, 744B of the valve are closed. valve). For example, purge lines 745A, 745B may be located adjacent to valve seat assemblies 744A, 744B of delivery lines 743A, 743B. When valve seat assemblies 744A and 744B are closed, purge lines 745A and 745B provide purge gas to blow off delivery lines 743A and 743B. In one embodiment, the warmed purge gas (eg, about 50 ° C. to about 200 ° C.) is passed to heat the valve set assemblies 744A, 744B, thereby thereby not only in and above the delivery lines 743A, 743B. Prevents or reduces the densification of precursors. In the illustrated embodiment, the purge lines 745A, 745B are in a position slightly away from the valve seat assemblies 744A, 744B of the delivery lines 743A, 743B, whereby the purge gas is gapped when the valve seat assembly ( No direct transmission into 744A, 744B). As used herein, the zero dead volume valve is defined as a valve with negligible dead volume (ie, zero dead volume is not required).

각각의 밸브(742A, 742B)는 반응물 가스(738, 739) 및 정화 가스(740)의 개 별적인 가스 유동 및/또는 화합된 가스 유동을 제공하도록 적용될 수 있다. 밸브(742A)를 참조하면, 밸브(742A)에 의해 제공되는 정화 가스(740) 및 반응물 가스(738)의 화합된 가스 유동의 일례는, 전달 라인(743A)을 통한 반응물 가스 소스(738)로부터 반응물 가스의 펄스 및 정화 라인(745A)을 통한 정화 가스 소스(740)로부터의 정화 가스의 연속적인 유동을 포함한다. 정화 가스의 연속적인 유동은 정화 라인(745A)의 밸브 시트 어셈블리(746A)의 다이어프램을 개방함에 의해 제공될 수 있다. 반응물 가스 소스(738)로부터 반응물 가스의 펄스는 전달 라인(743A)의 밸브 시트(744A)의 다이어프램을 개방하고 폐쇄함에 의해 제공될 수 있다. 밸브(742A)를 참조하면, 밸브(742A)에 의해 제공되는 정화 가스(740) 및 반응물 가스(738)의 개별적인 가스 유동의 일례는 전달 라인(743A)을 통한 반응물 가스 소스(738)로부터의 반응물 가스의 펄스 및 정화 라인(745A)을 통한 정화 가스 소스(740)로부터의 정화 가스의 펄스를 포함한다. 정화 가스의 펄스는 정화 라인(745A)의 밸브 시트 어셈블리(746A)의 다이어프램을 개방하고 폐쇄함에 의해 제공될 수 있다. 반응물 가스 소스(738)로부터의 반응물 가스의 펄스는 전달 라인(743A)의 다이어프램 밸브 시트(744A)를 개방하고 폐쇄함에 의해 제공될 수 있다. Each valve 742A, 742B may be adapted to provide separate gas flows and / or combined gas flows of reactant gases 738, 739 and purge gas 740. Referring to valve 742A, one example of a combined gas flow of purge gas 740 and reactant gas 738 provided by valve 742A is from reactant gas source 738 via delivery line 743A. Pulses of reactant gas and a continuous flow of purge gas from purge gas source 740 through purge line 745A. Continuous flow of purge gas may be provided by opening the diaphragm of valve seat assembly 746A of purge line 745A. The pulse of reactant gas from the reactant gas source 738 may be provided by opening and closing the diaphragm of the valve seat 744A of the delivery line 743A. Referring to valve 742A, an example of separate gas flows of purge gas 740 and reactant gas 738 provided by valve 742A is a reactant from reactant gas source 738 through delivery line 743A. Pulses of gas and pulses of purge gas from purge gas source 740 through purge line 745A. The pulse of purge gas may be provided by opening and closing the diaphragm of the valve seat assembly 746A of the purge line 745A. The pulse of reactant gas from the reactant gas source 738 may be provided by opening and closing the diaphragm valve seat 744A of the delivery line 743A.

밸브(742A, 742B)의 전달 라인(743A, 743B)은 가스 도관(750A, 750B)을 통해 가스 입구(736A, 736B)에 연결될 수 있다. 가스 도관(750A, 750B)은 일체화될 수 있거나 또는 밸브(742A, 742B)로부터 분리될 수 있다. 일 태양에서, 밸브(742A, 742B)는 확장 채널(734)에 가까이 근접하여 결합되고, 이에 의해 밸브(742A, 742B) 및 가스 입구(736A, 736B) 사이의 가스 도관(750A, 750B) 및 전달 라인(743A, 743B)의 불필요한 부피를 감소시킨다. Delivery lines 743A, 743B of valves 742A, 742B may be connected to gas inlets 736A, 736B through gas conduits 750A, 750B. Gas conduits 750A, 750B may be integrated or may be separated from valves 742A, 742B. In one aspect, valves 742A, 742B are coupled in close proximity to expansion channel 734, whereby gas conduits 750A, 750B and delivery between valves 742A, 742B and gas inlets 736A, 736B. Reduce unnecessary volume of lines 743A and 743B.

도 7에서, 확장 채널(734)은 내부 지름을 갖는 채널을 포함하고, 이 지름은 챔버 뚜껑(732)의 바닥면(760)에 인접한 확장 채널(734)의 상부로부터 하부로 증가한다. 특정의 실시예에서, 200mm 지름 기판을 처리하도록 적용된 기판에 대한 확장 채널(734)의 내부 지름은, 확장 채널(734)의 상부(737)에서 약 0.2인치(0.51cm) 내지 약 1.0인치(2.54cm) 사이이고, 바람직하게 약 0.3인치(0.76cm) 내지 약 0.9인치(2.29cm) 사이이며, 더욱 바람직하게 약 0.3인치(0.76cm) 내지 약 0.5인치(1.27cm)이고, 확장 채널(734)의 하부(735)에서 약 0.5인치(1.27cm) 내지 약 3.0인치(7.62cm), 바람직하게 약 0.75인치(1.91cm) 내지 약 2.5인치(6.35cm)이며, 더욱 바람직하게 약 1.1인치(2.79cm) 내지 약 2.0인치(5.08cm)이다. In FIG. 7, expansion channel 734 includes a channel having an inner diameter, which diameter increases from top to bottom of expansion channel 734 adjacent to bottom surface 760 of chamber lid 732. In certain embodiments, the inner diameter of the expansion channel 734 for a substrate adapted to process a 200 mm diameter substrate is between about 0.2 inches (0.51 cm) and about 1.0 inches (2.54) at the top 737 of the expansion channel 734. cm), preferably between about 0.3 inch (0.76 cm) and about 0.9 inch (2.29 cm), more preferably between about 0.3 inch (0.76 cm) and about 0.5 inch (1.27 cm), and expansion channel 734 About 0.5 inches (1.27 cm) to about 3.0 inches (7.62 cm), preferably about 0.75 inches (1.91 cm) to about 2.5 inches (6.35 cm) at the bottom of 735, more preferably about 1.1 inches (2.79 cm) ) To about 2.0 inches (5.08 cm).

다른 특정의 실시예에서, 300mm 지름 기판을 처리하도록 적용된 챔버에 대한 확장 채널(734)의 내부 지름은 확장 채널(734)의 상부(737)에서 약 0.2인치(0.51cm) 내지 약 1.0인치(2.54cm) 사이이고, 바람직하게 약 0.3인치(0.76cm) 내지 약 0.9인치(2.29cm) 사이이며, 더욱 바람직하게 약 0.3인치(0.76cm) 내지 약 0.5인치(1.27cm)이고, 300mm 기판에 대한 확장 채널(734)의 하부(735)에서 약 0.5인치(1.27cm) 내지 약 3.0인치(7.62cm), 바람직하게 약 0.75인치(1.91cm) 내지 약 2.5인치(6.35cm)이며, 더욱 바람직하게 약 1.1인치(2.79cm) 내지 약 2.0인치(5.08cm)이다. 일반적으로 상기 치수는 약 500sccm 내지 약 3000sccm의 범위의 총유동률을 제공하도록 적용된 확장 채널에 적용된다. In another particular embodiment, the inner diameter of the expansion channel 734 for the chamber adapted to process a 300 mm diameter substrate is from about 0.2 inches (0.51 cm) to about 1.0 inches (2.54) at the top 737 of the expansion channel 734. cm), preferably between about 0.3 inch (0.76 cm) and about 0.9 inch (2.29 cm), more preferably between about 0.3 inch (0.76 cm) and about 0.5 inch (1.27 cm), and extend to a 300 mm substrate. About 0.5 inches (1.27 cm) to about 3.0 inches (7.62 cm), preferably about 0.75 inches (1.91 cm) to about 2.5 inches (6.35 cm) at the bottom 735 of the channel 734 Inches (2.79 cm) to about 2.0 inches (5.08 cm). Generally, the dimension applies to expansion channels adapted to provide a total flow rate in the range of about 500 sccm to about 3000 sccm.

다른 특정의 실시예에서, 치수는 이를 통과하는 특정의 가스 유동을 수용하 도록 변경될 수 있다. 일반적으로 큰 가스 유동은 큰 지름 확장 채널을 필요로 할 것이다. 일 실시예에서 확장 채널(734)은 절단된 콘(절단된 콘을 닮은 형태를 포함한다)과 같은 형태일 수 있다. 가스가 확장 채널(734)의 벽을 향해 또는 기판을 향해 직접 다운스트림으로 제공되든지, 가스 유동의 속도는 가스 유동이 가스의 팽창에 의해 확장 채널(734)을 통해 이동함에 따라 감소한다. 가스 유동의 속도의 감소는 가스 유동과 비슷한 것이 기판(690)의 표면 위에 흡수된 반응물을 날리는 것을 감소하는 것을 도와준다. In another particular embodiment, the dimensions can be changed to accommodate the particular gas flow through it. In general, large gas flows will require large diameter expansion channels. In one embodiment, the expansion channel 734 may be shaped like a truncated cone (including a shape resembling a truncated cone). Whether gas is provided downstream directly towards the wall of the expansion channel 734 or toward the substrate, the velocity of the gas flow decreases as the gas flow moves through the expansion channel 734 by expansion of the gas. Reducing the velocity of the gas flow helps similar to the gas flow to reduce blowing off of the absorbed reactants on the surface of the substrate 690.

이론에 얽매이지 아니하고, 확장 채널(734)의 상부(737)로부터 하부(735)로 점진적으로 증가하는 확장 채널(734)의 지름은, 확장 채널(734)을 통한 가스의 단열 팽창을 줄이는 것을 가능하게 하고, 이는 가스의 온도를 제어하는 것을 돕는다. 예를 들면, 가스 입구(736A, 736B)를 통해 확장 채널(734)로 전달되는 가스의 갑작스런 단열 팽창은 가스의 온도의 강하를 초래하고, 이는 입자의 형성 및 전구체 증기의 치밀화를 일으킬 수 있다. 한편, 본 발명의 실시예에 따른 점진적인 확장 채널(734)은 가스의 단열 팽창을 없애도록 제공되도록 믿어진다. 따라서, 더욱 많은 열은 가스로부터 또는 가스로 전달될 수 있고, 가스의 온도는 가스의 주위 온도를 제어함에 의해(챔버 뚜껑(732)의 온도를 제어함에 의해) 더욱 쉽게 제어될 수 있다. 점진적인 확장 채널(734)은 뾰족한 직선 표면, 오목 표면, 볼록 표면, 또는 이의 혼합과 같은 하나 이상의 뾰족한 내부면을 포함할 수 있고, 하나 이상의 뾰족한 내부면(즉, 뾰족한 부분 및 뾰족하지 않은 부분)의 섹션을 포함할 수 있다. Without being bound by theory, the diameter of the expansion channel 734, which gradually increases from the top 737 to the bottom 735 of the expansion channel 734, may reduce the adiabatic expansion of the gas through the expansion channel 734. This helps to control the temperature of the gas. For example, a sudden adiabatic expansion of the gas delivered through the gas inlets 736A, 736B to the expansion channel 734 can result in a drop in the temperature of the gas, which can lead to the formation of particles and densification of the precursor vapor. On the other hand, it is believed that a gradual expansion channel 734 according to an embodiment of the present invention is provided to eliminate adiabatic expansion of the gas. Thus, more heat can be transferred from or into the gas, and the temperature of the gas can be more easily controlled by controlling the ambient temperature of the gas (by controlling the temperature of the chamber lid 732). The progressive expansion channel 734 may include one or more pointed interior surfaces, such as pointed straight surfaces, concave surfaces, convex surfaces, or mixtures thereof, and may include one or more pointed interior surfaces (ie, pointed and non-pointed portions). It may include a section.

일 실시예에서, 가스 입구(736A, 736B)는 확장 채널(734)의 상부(737)에 인 접하여 위치한다. 다른 실시예에서, 하나 이상의 가스 입구(736A, 736B)는 상부(737) 및 하부(735) 사이의 확장 채널(734)의 길이를 따라 위치할 수 있다. 이론에 얽매이지 아니하고, 챔버 뚜껑(732)의 확장 채널(734)을 통해 그리고 그 안으로 가스 입구(736A, 736B)로부터 유동하는 가스는 원형의 유동을 형성한다. 확장 채널(734)을 통한 정확한 유동 패턴이 공지되어 있지 않지만, 원형의 유동은 확장 채널(734)을 통해 소용돌이 유동, 헬릭스 유동, 나선형 유동, 또는 이의 파생형태와 같은 유동 패턴으로 이동할 수 있다. 원형의 유동은 기판(690)으로부터 분리된 구획에서 대향하는 것처럼, 기판 수용면(691) 및 하부(735) 사이에 위치한 공정 영역에 제공될 수 있다. 일 태양에서, 소용돌이 유동은, 확장 채널(734)의 내부면을 가로지르는 원형의 유동의 스윕핑(sweeping) 동작에 의해 확장 채널(734)의 더욱 효과적인 정화를 보장하는 것을 도울 수 있다. 또한, 원형의 가스는 기판(690)의 표면을 가로지르는 일치하고 등각의 가스의 전달을 제공한다. In one embodiment, gas inlets 736A, 736B are located adjacent the top 737 of the expansion channel 734. In other embodiments, one or more gas inlets 736A, 736B may be located along the length of the expansion channel 734 between the top 737 and the bottom 735. Without being bound by theory, the gas flowing from and through the gas inlets 736A, 736B into and into the expansion channel 734 of the chamber lid 732 forms a circular flow. Although the exact flow pattern through the expansion channel 734 is not known, circular flow may travel through the expansion channel 734 in a flow pattern such as vortex flow, helix flow, helical flow, or a derivative thereof. Circular flow may be provided in the process region located between the substrate receiving surface 691 and the bottom 735, as opposed in compartments separate from the substrate 690. In one aspect, the vortex flow can help ensure more effective purification of the expansion channel 734 by sweeping operations of circular flow across the inner surface of the expansion channel 734. In addition, the circular gas provides for a consistent and conformal gas delivery across the surface of the substrate 690.

도 7에서, 프로그램된 퍼스널 컴퓨터, 워크 스테이션 컴퓨터 또는 이와 유사한 것과 같은 제어 유닛(780)은 공정 챔버(680)에 결합될 수 있고 이에 의해 공정 조건을 제어한다. 예를 들면, 제어 유닛(780)은 기판 공정 순서의 서로 다른 단계 동안 밸브(742A, 742B)를 통해 가스 소스(738, 739, 740)로부터 다양한 공정 가스 및 정화 가스의 유동을 제어하도록 구성될 수 있다. 도시된 것처럼, 제어 유닛(780)은 중앙 처리 유닛(CPU, 782), 지지 회로(784), 연관된 제어 소프트웨어(783)을 함유한 메모리(786)를 포함한다. 제어 유닛(780)은 또한 WVG 시스템(286)을 제어하고 및/또는 앰풀(282)을 규율하도록 구성될 수 있다. In FIG. 7, a control unit 780, such as a programmed personal computer, workstation computer or the like, may be coupled to the process chamber 680 and thereby control the process conditions. For example, control unit 780 can be configured to control the flow of various process gases and purge gases from gas sources 738, 739, 740 through valves 742A, 742B during different stages of the substrate processing sequence. have. As shown, the control unit 780 includes a memory 786 containing a central processing unit (CPU) 782, a support circuit 784, and associated control software 783. The control unit 780 may also be configured to control the WVG system 286 and / or govern the ampoule 282.

공정 유닛(780)은 일반적인 목적의 컴퓨터 프로세서의 한 형태일 수 있고, 이는 다양한 챔버 및 하위 프로세서를 제어하도록 산업적으로 세팅되어 사용될 수 있다. CPU(782)는 랜덤 액세스 메모리, 리드 온리 메모리, 플로피 디스크 드라이브, 콤팩트 디스크 드라이브, 하드 디스크, 또는 다른 형태의 디지털 저장 장치로서 부분적이거나 원격인 것과 같은 적절한 메모리를 사용할 수 있다. 다양한 지지 회로는 공정 챔버(680)를 지지하기 위해 CPU(782)에 결합될 수 있다. 제어 유닛(780)은 다른 제어기에 결합될 수 있고, 이는 밸브(742A, 742B)의 프로그램 가능한 로직 제어기(748A, 748B)와 같은 개별적인 챔버 구성요소에 인접하여 위치한다. 제어 유닛(780) 및 공정 챔버(680)의 다양한 다른 구성요소 사이의 양방향성 소통은 신호 버스(788)라고 지칭되는 집합적인 다수의 신호 케이블을 통해 처리되고, 이 중 일부는 도 7에서 도시된다. 밸브(742A, 742B)의 프로그램 가능한 로직 제어기(748A, 748B)로부터 그리고 가스 소스(738, 739, 740)로부터의 정화 가스 및 공정 가스의 제어에 부가하여, 제어 유닛(780)은 웨이퍼 전달, 온도 제어, 챔버 비우기와 같은 웨이퍼 공정에서 사용되는 다른 활동의 자동 제어를 책임지도록 구성될 수 있고, 이들 활동 중 일부는 여기서 설명된다. Process unit 780 may be a form of general purpose computer processor, which may be industrially set and used to control various chambers and subprocessors. The CPU 782 may use appropriate memory, such as partial or remote, as random access memory, read only memory, floppy disk drive, compact disk drive, hard disk, or other form of digital storage device. Various support circuits may be coupled to the CPU 782 to support the process chamber 680. Control unit 780 may be coupled to another controller, which is located adjacent to individual chamber components, such as programmable logic controllers 748A and 748B of valves 742A and 742B. Bidirectional communication between the control unit 780 and various other components of the process chamber 680 is handled through a collective number of signal cables, called signal buses 788, some of which are shown in FIG. 7. In addition to the control of purge and process gases from the programmable logic controllers 748A, 748B of the valves 742A, 742B and from the gas sources 738, 739, 740, the control unit 780 includes wafer transfer, temperature It may be configured to be responsible for the automatic control of other activities used in wafer processing such as control, chamber emptying, some of which are described herein.

다른 실시예에서, 공정 챔버(680)는 셋 이상의 유동을 함께, 부분적으로 함께(즉, 세 개의 가스 유동 중 둘을 함께), 또는 셋 이상의 가스 도관으로 연결된 셋 이상의 가스 입구를 통해 개별적으로 수용하도록 적용될 수 있다. 각각이 도관은 하나 또는 다수의 밸브에 연결된다. 셋 이상의 공정 가스 유동을 흐르도록 저용된 공정 챔버(680)의 추가적인 개시는 여기서 참조로 채택된 US 20030079686으로 서 발행되고 "원자층 증착에 대한 가스 전달 장치 및 방법"이라는 제목을 가지고 2001년 12월 21일에 출원된 미국 특허출원 제 10/032,284호에서 설명된다. 일례에서, 세 가스 유동은 하프늄 전구체, 실리콘 전구체 및 산화 가스를 함유할 수 있고, 제 1 유동은 TDEAH, TDMAH, HfCl4를 포함하고, 제 2 유동은 TDMAS, Tris-DMAS 또는 실란을 포함하며, 제 3 유동은 WVG 시스템으로부터 수증기를 함유하는 산화 가스를 포함한다. In other embodiments, the process chamber 680 is configured to receive three or more flows together, partially together (ie, two of three gas flows together), or individually through three or more gas inlets connected by three or more gas conduits. Can be applied. Each conduit is connected to one or multiple valves. A further disclosure of a process chamber 680 stored to flow three or more process gas flows was issued as US 20030079686, incorporated herein by reference, and entitled December 2001, entitled “Gas Delivery Apparatus and Method for Atomic Layer Deposition”. US patent application Ser. No. 10 / 032,284, filed May 21. In one example, the three gas flows may contain a hafnium precursor, a silicon precursor and an oxidizing gas, the first flow comprises TDEAH, TDMAH, HfCl 4, the second flow comprises TDMAS, Tris-DMAS, or silane, and Three flows contain an oxidizing gas containing water vapor from the WVG system.

도 8은 여기서 설명된 실시예에 따라 직접 회로 제작을 수행하는데 사용될 수 있는 공정 챔버(810)의 개략적인 단면도를 도시한다. 공정 챔버(810)는 공정 챔버(680)와 기능ㅈ거으로 유사하고, 높은 온도(예를 들어 <800℃)에서 작동하는 열적으로 절연하는 물질을 함유한다. 공정 챔버(810)는 융합된 수정, 사파이어, 피롤리틱 보론 니트리드(PBN) 물질, 세라믹, 이의 파생물 또는 이의 조합과 같은 열적으로 절연하는 물질로 만들어진 라이너를 함유한다. 일 실시예에서, 공정 챔버(680)로부터의 가스 전달 장치(730)는 공정 챔버(810) 위에서 사용되도록 적용될 수 있다. 8 shows a schematic cross-sectional view of a process chamber 810 that can be used to perform direct circuit fabrication in accordance with an embodiment described herein. Process chamber 810 is similar in function to process chamber 680 and contains a thermally insulating material that operates at high temperatures (eg, <800 ° C.). Process chamber 810 contains a liner made of a thermally insulating material such as fused quartz, sapphire, pyrolytic boron nitride (PBN) material, ceramic, derivatives thereof, or a combination thereof. In one embodiment, the gas delivery device 730 from the process chamber 680 may be adapted for use above the process chamber 810.

공정 챔버(810)는 기판(802)을 지지하는데 사용되는 기판 지지 페데스탈(812)을 일반적으로 포함한다. 기판 지지 페데스탈(812)은 공정 챔버(810) 내에서 수직으로 이동 가능하고 회전 가능하다. 기판 지지 페데스탈(812)은 히팅 요소를 함유할 수 있고, 이에 의해 그 위의 기판(802)의 온도를 제어한다. 캡 부분(872)은 공정 챔버(810)의 뚜껑(832) 위에 배치되고 가스 입구(836a, 836b, 836c, 836d)를 함유한다. 캡 부분(872)은 또한 PE-ALD 공정과 같은 플라즈마 공정, 예비-정화 공정 또는 질소화 공정 동안 사용되는 원격 플라즈마 장치 또는 마이크로웨이브 장치에 대한 어댑터(adapter, 874)를 함유할 수 있다. 대안적으로 어댑터(874)는 캡 부분(872)에 존재하지 아니한다. Process chamber 810 generally includes a substrate support pedestal 812 used to support substrate 802. The substrate support pedestal 812 is vertically movable and rotatable within the process chamber 810. The substrate support pedestal 812 may contain a heating element, thereby controlling the temperature of the substrate 802 thereon. Cap portion 872 is disposed over lid 832 of process chamber 810 and contains gas inlets 836a, 836b, 836c, 836d. Cap portion 872 may also contain an adapter 874 to a remote plasma device or microwave device used during a plasma process, such as a PE-ALD process, a pre-purification process or a nitrogenization process. Alternatively, adapter 874 is not present in cap portion 872.

가스 전달 시스템(811)은 캡 부분(872)을 통해 공정 챔버(810)로 연결된다. 가스 전달 시스템(811)은 가스 입구(836), 도관 시스템(841), 밸브(843), 및/또는 밸브(845) 및 소스(842) 및/또는 소스(844)의 적어도 하나 및 약 열 개의 구성요소 세트를 포함한다. 도 8에서 도시된 것처럼, 가스 전달 시스템(811)은 가스 입구(836a, 836b, 836c, 836d), 도관 시스템(841a, 841b, 841c, 841d), 밸브(843a, 843b, 843c, 843d), 밸브(845a, 845b, 845c, 845d), 소스(842a, 842b, 842c, 842d) 및 소스(844a, 844b, 844c, 844d)를 함유하는 네 개의 구성요소 세트를 함유한다. Gas delivery system 811 is connected to process chamber 810 via cap portion 872. Gas delivery system 811 includes at least one and about ten of the gas inlet 836, conduit system 841, valve 843, and / or valve 845 and source 842 and / or source 844. Contains a set of components. As shown in FIG. 8, gas delivery system 811 includes gas inlets 836a, 836b, 836c, 836d, conduit systems 841a, 841b, 841c, 841d, valves 843a, 843b, 843c, 843d, and valves. 845a, 845b, 845c, 845d, and four component sets containing sources 842a, 842b, 842c, 842d and sources 844a, 844b, 844c, 844d.

대안적인 실시예에서, 도관 시스템(841)은 단부에서 노즐을 형성하는 가스 도관을 점차적으로 팽창시키는 단계를 추가적으로 함유할 수 있고, 이는 또한 가스 입구(836a, 836b, 836c, 836d)와 유체소통하도록 위치한다. 여기서 설명된 일 실시예에서 유용한 노즐 또는 단부는 "MOCVD/ALD 시스템에서 입자의 형성을 억제하는 가스 유동 및 전달의 제어"라는 제목으로 2005년 4월 29일에 출원된 미국 특허출원 제 11/119,388호에서 추가적으로 설명된다. 가스 도관 기하구조는 가스를 통과시키도록 제공함에 의해 큰 온도 강하를 막고, 수단은 증가하는 뾰족한 유동 채널을 통해 점차적으로 확장한다(a means to gradually expand through an increasing tapered flow channel). 일 실시예에서, 약 3mm 내지 약 15mm의 범위의 내부 지름을 갖는 전달 가스 라인의 단면으로부터 약 30mm 내지 약 100mm 범위의 거리에 걸 쳐 약 10mm 내지 약 20mm의 범위의 큰 지름을 갖는 가스 입구(836)로, 유동 채널은 변화된다. 유동 채널의 지름의 점진적 증가는 팽창 가스를 거의 평형에 있도록 하고 거의 일정한 온도를 유지시키도록 열의 빠른 손실을 막는다. 팽창 가스 도관은 뾰족한 직선 표면, 오목 표면, 볼록 표면, 또는 이의 혼합과 같은 하나 이상의 뾰족한 내부면을 포함할 수 있고, 하나 이상의 뾰족한 내부면(즉, 뾰족한 부분 및 뾰족하지 않은 부분)의 섹션을 포함할 수 있다. In alternative embodiments, conduit system 841 may further include gradually expanding a gas conduit forming a nozzle at the end, which is also in fluid communication with gas inlets 836a, 836b, 836c, 836d. Located. A nozzle or end useful in one embodiment described herein is US patent application Ser. No. 11 / 119,388, filed April 29, 2005 entitled "Control of Gas Flow and Delivery to Inhibit Particle Formation in MOCVD / ALD Systems." It is further described in the call. The gas conduit geometry prevents large temperature drops by providing gas through, and the means gradually expand through an increasing tapered flow channel. In one embodiment, a gas inlet 836 having a large diameter in the range of about 10 mm to about 20 mm over a distance in the range of about 30 mm to about 100 mm from a cross section of the delivery gas line having an internal diameter in the range of about 3 mm to about 15 mm. ), The flow channel is varied. The gradual increase in the diameter of the flow channel prevents the rapid loss of heat to keep the inflation gas nearly equilibrium and maintain a nearly constant temperature. The inflation gas conduit may include one or more pointed inner surfaces, such as pointed straight surfaces, concave surfaces, convex surfaces, or mixtures thereof, and includes sections of one or more pointed inner surfaces (ie, pointed and non-pointed portions). can do.

도관 시스템(841)은 가스 입구(836), 밸브(843, 845), 및 소스(842, 844)를 연결하는 하나 이상의 도관 및 튜브를 함유한다. 밸브(843)는 소스(842)로부터 가스 입구(836)로의 전구체 또는 가스의 유입을 제어하고, 밸브(845)는 소스(844)ㄹ부터 가스 입구(836)로의 전구체 또는 가스의 유입을 제어한다. 밸브(843, 845)는 다이어프램 및 밸브 시트를 함유하는 밸브 및 밸브 시트 어셈블리를 포함할 수 있다. 공압식으로 구동하는 밸브는 약 0.020초 만큼의 낮은 시간 주기로 가스의 펄스를 제공한다. 전기적으로 구동하는 밸브는 약 0.005초 만큼의 낮은 시간 주기로 가스의 펄스를 제공한다. 일반적으로, 공압식으로 그리고 전기적으로 구동하는 밸브는 약 3초 만큼의 높은 시간 주기로 가스의 펄스를 제공할 수 있다. 가스 펄싱에 대한 더 높은 시간 주기가 가능하지만, 일반적인 ALD 공정은 ALD 밸브를 이요하고, 이는 약 5초 또는 미만, 바람직하게 약 3초 또는 미만, 더욱 바람직하게 약 2초 또는 미만의 간격 동안 개방되면서 가스의 펄스를 발생한다. 일 실시예에서, ALD 밸브는 약 0.005초 내지 약 3초, 바람직하게 약 0.02초 내지 약 2초, 더욱 바람직하게 약 0.05초 내지 약 1초의 범위의 간격으로 펄스를 제공한다. 전기적으로 구동하는 밸브는 밸브 및 프로그램 가능한 로직 제어기 사이에 결합된 드라이버의 사용을 일반적으로 필요로 한다. 프로그램된 퍼스널 컴퓨터, 워크 스테이션 컴퓨터, 또는 이와 유사한 것과 같은 제어 유닛(미도시)은 밸브(843, 845), 소스(842, 844), 진공 시스템(833), 기판 지지부(812), WVG 시스템(286) 및 앰풀(282)를 포함하여 공정 챔버(810)에 포함될 수 있고, 이에 의해 여기서 설명된 것과 같은 공정 조건을 제어한다. Conduit system 841 contains one or more conduits and tubes connecting gas inlet 836, valves 843, 845, and sources 842, 844. Valve 843 controls the inflow of precursor or gas from source 842 to gas inlet 836, and valve 845 controls the inflow of precursor or gas from source 844 to gas inlet 836. . The valves 843, 845 can include a valve and valve seat assembly containing a diaphragm and a valve seat. Pneumatically actuated valves provide a pulse of gas at a time period as low as about 0.020 seconds. The electrically driven valve provides a pulse of gas at a time period as low as about 0.005 seconds. In general, pneumatically and electrically driven valves can provide pulses of gas with a high time period of about 3 seconds. Higher time periods for gas pulsing are possible, but a typical ALD process requires an ALD valve, which opens for an interval of about 5 seconds or less, preferably about 3 seconds or less, more preferably about 2 seconds or less. Generate a pulse of gas. In one embodiment, the ALD valve provides a pulse at intervals ranging from about 0.005 seconds to about 3 seconds, preferably from about 0.02 seconds to about 2 seconds, more preferably from about 0.05 seconds to about 1 second. Electrically driven valves generally require the use of a driver coupled between the valve and the programmable logic controller. A control unit (not shown), such as a programmed personal computer, workstation computer, or the like, may include a valve 843, 845, a source 842, 844, a vacuum system 833, a substrate support 812, a WVG system ( 286 and ampoule 282 may be included in the process chamber 810, thereby controlling process conditions as described herein.

소스(842, 844)는 증착 공정 동안 사용되는 전구체 소스, 정화 가스 소스 및/또는 캐리어 가스 소스를 제공할 수 있다. 전구체 소스는 하나 이상의 전구체(예를 들어 하프늄 전구체 및 실리콘 전구체)를 포함할 수 있고 캐리어 가스를 포함할 수 있다. 전구체 소스는 앰풀, 버블러, 탱크, 콘테이너, 또는 카트리지를 포함한다. 또한, 전구체 소스는 수증기 발생기(WVG) 시스템을 포함하고, 이 시스템은 여기서 설명된 가스 전달 시스템(811)과 유체소통한다. 정화 가스 소스 및/또는 캐리어 가스 소스는 일반적으로 탱크, 콘테이너, 카트리지 또는 인-하우스(in-house) 배관된(plumbed) 공급 시스템이고, 이는 가스 전달 시스템(811)으로 질소, 아르곤, 헬륨, 수소, 성형 가스 또는 이의 조합을 제공할 수 있다. Sources 842 and 844 may provide precursor sources, purge gas sources, and / or carrier gas sources for use during the deposition process. The precursor source may comprise one or more precursors (eg, hafnium precursors and silicon precursors) and may include a carrier gas. Precursor sources include ampoules, bubblers, tanks, containers, or cartridges. The precursor source also includes a water vapor generator (WVG) system, which is in fluid communication with the gas delivery system 811 described herein. The purge gas source and / or carrier gas source is generally a tank, container, cartridge or in-house plumbed supply system, which is a gas delivery system 811 that is nitrogen, argon, helium, hydrogen , Molding gas or combinations thereof may be provided.

가스 입구(836a, 836b, 836c, 836d)는 캡 부분(872) 내에서 확장 채널(834)의 길이를 따라 위치할 수 있다. 이론에 얽매이지 아니하고, 가스 입구(836a, 836b, 836c, 836d)로부터 확장 채널(834)을 통해 그리고 이 안으로 유동하는 가스는 원형 유동의 형태이다. 확장 채널(834)을 통한 정확한 유동 패턴이 공지되어 있지 않지만, 원형의 유동은 확장 채널(834)을 통해 소용돌이 유동, 헬릭스 유동, 나선형 유동, 또는 이의 파생형태와 같은 유동 패턴으로 이동할 수 있다. 원형 유동은 기판(802)으로부터 분리된 구획에 대향하여 기판 지지부(812) 및 퍼넬(funnel) 라이너 사이에 위치한 공정 영역에 제공될 수 있다. 일 태양에서, 소용돌이 유동은 확장 채널(834)의 내부면을 가로지르는 원형 유동의 스위핑 동작에 의해 공정 여역의 더욱 효과적인 정화를 확립시키는 것을 도울 수 있다. 또한, 원형 가스는 기판(802)의 표면을 가로지르는 가스의 일정하고 등각의 전달을 제공한다. Gas inlets 836a, 836b, 836c, 836d may be located along the length of expansion channel 834 within cap portion 872. Without being bound by theory, the gas flowing from and through the expansion channel 834 to the gas inlets 836a, 836b, 836c, 836d is in the form of a circular flow. Although the exact flow pattern through the expansion channel 834 is not known, circular flow may travel through the expansion channel 834 in a flow pattern such as vortex flow, helix flow, helical flow, or a derivative thereof. Circular flow may be provided in the process area located between the substrate support 812 and the funnel liner opposite the compartment separated from the substrate 802. In one aspect, the vortex flow can help establish more effective purification of the process area by the sweeping action of the circular flow across the inner surface of the expansion channel 834. In addition, the circular gas provides constant and conformal delivery of the gas across the surface of the substrate 802.

도 8 및 9A-9B는 여기서 설명된 증착 공정 동안 다른 공정 챔버 및 공정 챔버(810) 내에서 사용될 수 있는 열적으로 절연하는 라이너의 개략도를 도시한다. 확장 채널(834)은 퍼넬 라이너(820) 사이에 그리고 캡 부분(872) 내에 형성될 수 있다. 열적 절연체(870)는 캡 부분(872) 주위에 배치된다. 퍼넬 라이너(820)는 퍼넬 라이너(820)의 레지(ledge) 표면(818)과 함께 링 라이너(819)를 지탱하는 레지 표면(817)을 정렬함에 의해 링 라이너(819)를 지탱함에 의해 뚜껑(832)의 하부에 대해 지지될 수 있다. 링 라이너(819)를 지탱하는 것은 피팅, 볼트, 스크류 또는 핀과 같은 죔쇠(837)에 의해 뚜껑(832)의 하부에 부착될 수 있다. 일례에서, 죔쇠(837)는 링 라이너(819)를 지탱하는 그루브(816) 안으로 맞춰지고 삽입된 피팅이다. 또한, 퍼넬 라이너(820)는 다수의 핀(838)을 함유할 수 있고, 이는 느슨하게 맞춰지고, 이에 의해 퍼넬 라이너(820)에 자유도를 제공하며, 이로써 히팅 공정 동안 열적으로 팽창한다. 일 실시예에서 퍼넬 라이너(820)는 열적으로 팽창된 후 기판(802)과 함께 중앙으로 정렬된다. 대안적으로, 퍼넬 라이너(820) 및 지탱하는 링 라이너(819)는 하나의 부품으로서 형성될 수 있다. 8 and 9A-9B show schematic diagrams of thermally insulating liners that may be used within other process chambers and process chambers 810 during the deposition process described herein. Expansion channels 834 may be formed between funnel liner 820 and in cap portion 872. Thermal insulator 870 is disposed around cap portion 872. The funnel liner 820 is formed by supporting the ring liner 819 by aligning the ledge surface 817 supporting the ring liner 819 together with the ledge surface 818 of the funnel liner 820. 832 may be supported against the bottom. Supporting the ring liner 819 may be attached to the bottom of the lid 832 by a clamp 837, such as a fitting, bolt, screw or pin. In one example, the clamp 837 is a fitting that is fitted and inserted into the groove 816 that bears the ring liner 819. In addition, the funnel liner 820 may contain a number of fins 838, which are loosely fitted, thereby providing freedom to the funnel liner 820, thereby thermally expanding during the heating process. In one embodiment the funnel liner 820 is thermally inflated and then aligned with the substrate 802. Alternatively, funnel liner 820 and supporting ring liner 819 may be formed as one component.

공정 챔버(810)는 상부 공정 라이너(822) 및 하부 공정 라이너(824)를 추가적으로 함유할 수 있다. 하부 공정 라이너(824)는 하부면(827) 위에 배치되고, 상부 공정 라이너(822)는 챔버 바디(803)의 벽면(830)을 따라 그리고 하부 공정 라이너(824) 위에 배치된다. 슬립 밸브 라이너(826)는 공정 영역(815) 안으로 그리고 상부 공정 라이너(822)를 통해 밀어내도록 위치한다. 퍼넬 라이너(820), 지탱 링 라이너(819), 상부 공정 라이너(822), 하부 공정 라이너(824) 및 슬립 밸브 라이너(826)를 포함하는 라이너는 융합된 수정, 사파이어, 피롤리틱 보론 PBN 물질, 세라믹, 이의 파생물 또는 이의 조합과 같은 열적으로 절연하는 물질이다. 일반적으로 라이너는 응력을 받고 완화되며 여기서 설명된 증착 공정의 시작 및 냉각 사이클 동안 열적 사이클에 대한 실패(failure)를 방지한다. 라이너는 약 800 또는 이상, 바람직하게 약 1000℃ 또는 이상, 더욱 바람직하게 약 1200℃ 또는 이상의 온도를 견딜 수 있다. 또한, 라이너는 약 2마이크로인치(약 0.051μm) 또는 미만의 표면 피니시(finish)를 이루도록 불꽃 폴리싱(flame polishing)된다. 폴리싱된 피니시는 매끄러운 표면을 제공하고, 이에 의해 공정 반응물은 교란이 없거나 거의 없이 전달되고 라이너 위에 원하지 아니하는 필름 성장을 촉진시킬 수 있는 라이너 위의 핵생성 사이트를 최소화한다. 또한, 불꽃 폴리싱은 표면 결점(예를 들어 피트(pit), 크랙)을 제거하여 열적으로 응력이 유도된 크랙의 핵생성을 최소화한다. Process chamber 810 may additionally contain an upper process liner 822 and a lower process liner 824. The lower process liner 824 is disposed above the lower surface 827, and the upper process liner 822 is disposed along the wall surface 830 of the chamber body 803 and above the lower process liner 824. Slip valve liner 826 is positioned to push into process region 815 and through upper process liner 822. The liner, which includes the funnel liner 820, the support ring liner 819, the upper process liner 822, the lower process liner 824, and the slip valve liner 826, is a fused quartz, sapphire, pyrolytic boron PBN material. Thermally insulating materials such as ceramics, derivatives thereof or combinations thereof. In general, the liner is stressed and relaxed and prevents failure of the thermal cycle during the start and cooling cycles of the deposition process described herein. The liner may withstand a temperature of about 800 or more, preferably about 1000 ° C. or more, more preferably about 1200 ° C. or more. In addition, the liner is flame polished to achieve a surface finish of about 2 microinches (about 0.051 μm) or less. The polished finish provides a smooth surface whereby the process reactants are delivered with little or no disturbance and minimize nucleation sites on the liner that can promote unwanted film growth on the liner. Flame polishing also eliminates surface defects (eg pit, cracks) to minimize nucleation of thermally stressed cracks.

정화 라인(829)은 챔버 바디(803)의 바닥부로부터 챔버 뚜껑(832) 및 퍼넬 라이너(820)로 배치된 챔버 뒷부분 정화 라인이다. 정화 라인(829)은 벽면(830) 및 하부/상부 공정 라이너(822, 824) 사이에 그리고 공정 영역(815) 안으로 정화 가스의 유동을 가능하게 하도록 위치한다. 정화 가스의 소스는 입구(804)를 통해 정화 라인(829)에 연결될 수 있다. 정화 라인(826)을 통해 유동하는 정화 가스는 오염물질 및 과도한 열로부터 벽면(830)을 완충시키고 이는 공정 영역(815)으로부터 빠져나갈 수 있다. 오염물질은 전구체 또는 반응물의 생성물을 포함하고, 이는 상부/하부 공정 라이너(822, 824)를 우회할 수 있고 이에 의해 벽면(830)에 증착된다. 또한, 공정 영역(815)으로부터 발생한 열은 상부/하부 라이너(822, 824)를 피할 수 있고 공정 바디(803) 안으로 흡수된다. 정화 라인(826)을 통해 유동하는 정화 가스의 흐름은 공정 영역(815) 안으로 다시 오염물질 및 열을 수송한다. 열적 초크 플레이트(809)는 챔버 바디(803)의 외부에 배치되고 이에 의해 공정 영역(815)으로부터 열손실을 막는다. Purification line 829 is a chamber rear purge line disposed from the bottom of chamber body 803 to chamber lid 832 and funnel liner 820. Purification line 829 is positioned between the wall 830 and the lower / top process liners 822, 824 to enable flow of purge gas into the process region 815. The source of purge gas may be connected to purge line 829 through inlet 804. The purge gas flowing through the purge line 826 buffers the wall surface 830 from contaminants and excess heat, which may exit the process region 815. The contaminants include products of precursors or reactants, which can bypass the upper / lower process liners 822, 824 and are thereby deposited on the wall 830. In addition, heat generated from the process region 815 may be avoided and absorbed into the process body 803. The flow of purge gas flowing through the purge line 826 transports contaminants and heat back into the process region 815. Thermal choke plate 809 is disposed outside of chamber body 803, thereby preventing heat loss from process region 815.

도 9B는 상부 공정 라이너(822), 하부 공정 라이너(824), 및 슬립 밸브 라이너(826)의 개략도를 도시한다. 상부 공정 라이너(822) 및 하부 공정 라이너(824)는 리프트 핀 홀(821, 823)을 함유할 수 있고, 이에 의해 기판(802)의 이동 동안 기판 리프트 핀(미도시)을 수용한다. 상부 공정 라이너(822) 및 하부 공정 라이너(824)는 리프트 핀 홀(823)과 함께 리프트 핀 홀(821)을 정렬시키도록 공정 챔버 내에 위치한다. 또한, 상부 공정 라이너(822)는 배출 어댑터(831)를 수용하는 진공 포트(835) 및 슬릿 밸브 라이너(826)를 수용하는 슬릿 밸브 포트(825)를 포함한다. 배출 어댑터(831)는 챔버 바디(803) 및 진공 포트(835)를 통해 위치하고, 이에 의해 공정 영역(815)은 진공 시스템(833)과 유체소통한다. 기판은 슬릿 밸브 라이너(826)를 통과하고, 이에 의해 공정 챔버(810)를 들어가고 나간다. 슬릿 밸 브 라이너(826)는 또한 열적 초크 플레이트(809)를 통해 돌출할 수 있다. 9B shows a schematic diagram of an upper process liner 822, a lower process liner 824, and a slip valve liner 826. Upper process liner 822 and lower process liner 824 may contain lift pin holes 821, 823, thereby receiving a substrate lift pin (not shown) during movement of substrate 802. Upper process liner 822 and lower process liner 824 are positioned in the process chamber to align lift pin hole 821 with lift pin hole 823. The upper process liner 822 also includes a vacuum port 835 for receiving the outlet adapter 831 and a slit valve port 825 for receiving the slit valve liner 826. Discharge adapter 831 is located through chamber body 803 and vacuum port 835, whereby process region 815 is in fluid communication with vacuum system 833. The substrate passes through the slit valve liner 826, thereby entering and exiting the process chamber 810. Slit valve liner 826 may also protrude through thermal choke plate 809.

펌핑 효율은 초크 갭(840)을 이용하여 제어될 수 있다. 초크 갭(840)은 퍼넬 라이너(820)의 바닥 에지 및 기판 지지 페데스탈(812)의 상부 사이에 형성된 공간이다. 초크 갭(840)은 원주 형태의 갭이고, 이는 필요한 펌핑 효율 및 공정 조건에 의존하여 변경될 수 있다. 초크 갭(840)은 기판 지지 페데스탈(812)을 내림에 의해 증가되고 또는 기판 지지 페데스탈(812)을 올림에 의해 감소된다. 공정 챔버(810)의 하부에서 펌핑 포트(미도시)로부터 확장 채널(834)의 중앙부로의 펌핑 전도성은 초크 갭(840)의 거리를 변화시킴에 의해 변경되고, 이에 의해 여기서 설명된 증착 공정 동안 필름의 균일성 및 두께를 제어한다. Pumping efficiency may be controlled using choke gap 840. Choke gap 840 is a space formed between the bottom edge of funnel liner 820 and the top of substrate support pedestal 812. The choke gap 840 is a circumferential gap, which can be changed depending on the pumping efficiency and process conditions required. The choke gap 840 is increased by lowering the substrate support pedestal 812 or is reduced by raising the substrate support pedestal 812. The pumping conductivity from the pumping port (not shown) to the center of the expansion channel 834 at the bottom of the process chamber 810 is changed by varying the distance of the choke gap 840, thereby during the deposition process described herein. Control the uniformity and thickness of the film.

도 10은 여기서 설명된 ALD 공정 챔버 위에 사용될 수 있는 공정 챔버 리드 어셈블리(1050)의 개략도를 도시한다. 일례에서, 리드 어셈블리(1050)는 공정 챔버(810) 위에서 리드(832) 및 가스 전달 시스템(811)을 대체할 수 있다. 다른 예에서, 리드 어셈블리(1050)는 공정 챔버(680) 위에서 리드(732) 및 가스 전달 장치(730)를 대체할 수 있다. 리드 어셈블리(1050)는 리드(1032) 상에 배치된 밸브 매니폴드 지지부(1030)를 포함한다. 열적 절연체(1002a, 1002b)는 리드(1032)로부터 밸브 매니폴드 지지부(1030)를 분리시키고 이로부터 어떤 열 분산을 일으킨다. 도관(1020, 1022)은 리드(1032)를 통해 가로지르고, 이에 의해 외부 소스 또는 장치로부터 공정 챔버 안으로 유체 소통을 제공한다. 밸브 매니폴드 지지부(1030)는 어댑터(1074), 밸브(1043a, 1043b, 1043c, 1043d) 및 밸브(1045a, 1045b, 1045c, 1045d)를 포함한다. 어댑터(1074)는 질소화 공정 또는 프리-클린 공정, PE-ALD공 정과 같은 플라즈마 공정 동안 사용되는 원격 플라즈마 장치 또는 마이크로웨이브 장치를 지지한다. 밸브(1043a, 1043b, 1043c, 1043d) 및 밸브(1045a, 1045b, 1045c, 1045d)는 밸브 매니폴드 지지부(1030) 내에서 도관 시스템(미도시)에 의해 연결된다. 전구체 소스, 정화 가스 소스 및/또는 캐리어 가스 소스는 증착 공정 동안 리드 어셈블리(1050)를 통해 공정 챔버와 유체소통한다. 일례에서 리드 어셈블리(1050)는 가스 전달 시스템(811) 내의 도관 시스템(841)과 유사한 도관 시스템을 가지도록 배관된다. 10 shows a schematic diagram of a process chamber lid assembly 1050 that may be used over the ALD process chamber described herein. In one example, the lid assembly 1050 can replace the lid 832 and the gas delivery system 811 over the process chamber 810. In another example, the lid assembly 1050 can replace the lid 732 and the gas delivery device 730 above the process chamber 680. Reed assembly 1050 includes a valve manifold support 1030 disposed on reed 1032. Thermal insulators 1002a and 1002b separate valve manifold support 1030 from leads 1032 and cause some heat dissipation therefrom. Conduits 1020 and 1022 traverse through leads 1032, thereby providing fluid communication into the process chamber from an external source or device. The valve manifold support 1030 includes an adapter 1074, valves 1043a, 1043b, 1043c and 1043d and valves 1045a, 1045b, 1045c and 1045d. Adapter 1074 supports a remote plasma device or microwave device used during a plasma process such as a nitrogenization process or a pre-clean process, PE-ALD process. The valves 1043a, 1043b, 1043c, 1043d and the valves 1045a, 1045b, 1045c, 1045d are connected by a conduit system (not shown) within the valve manifold support 1030. The precursor source, purge gas source, and / or carrier gas source are in fluid communication with the process chamber through the lid assembly 1050 during the deposition process. In one example, the lid assembly 1050 is piped to have a conduit system similar to the conduit system 841 in the gas delivery system 811.

여기서 사용되는 "기판 표면"은 어떤 기판 또는 기판 위에 형성된 물질 표면을 의미하고, 그 위에서 공정이 수행된다. 예를 들면, 공정이 수행될 수 있는 기판 표면은 응용에 따라 다른 전도성 물질, 금속 합금, 금속 니트리드, 금속과 같은 다른 물질, 사파이어, 유리, 갈륨 아세나이드, 게르마늄, 도핑된 실리콘, 실리콘 니트리드, 카본 도핑된 실리콘 옥사이드, 실리콘 온 인슐레이터(SOI), 변형된 실리콘, 실리콘 옥사이드, 실리콘과 같은 물질을 포함한다. 기판 표면 위의 금속 또는 금속 니트리드로 된 배리어 층은 티타늄, 티타늄 니트리드, 텅스텐 니트리드, 탄탈륨, 및 탄탈륨 니트리드를 포함한다. 기판은 200mm 내지 300mm 지름의 웨이퍼, 직사각형 또는 사각형 판과 같은 다양한 치수를 가질 수 있다. 여기서 설명된 실시예의 공정은 많은 기판 및 표면 위에 하프늄-함유 물질을 증착한다. 본 발명의 실시예는 기판을 포함할 수 있는데, 이는 반도체 기판에 제한되지 아니하고, 결정질 실리콘(예를 들어 Si<100>, Si<111>), 실리콘 옥사이드, 변형된 실리콘, 실리콘 게르마늄, 도핑되거나 도핑되지 않은 폴리실리콘, 도핑되거나 도핑되지 않은 실리콘 웨이퍼 및 패턴이 있거나 없는 웨이퍼를 포함할 수 있다. 기판은 예비처리 공정에 노출되어 기판 표면을 폴리싱, 에칭, 환원, 산화, 하이드로옥실레이트, 어닐링 및/또는 베이킹한다. As used herein, “substrate surface” means any substrate or material surface formed on a substrate, on which a process is performed. For example, the substrate surface on which the process can be carried out may have different conductive materials, metal alloys, metal nitrides, other materials such as metals, sapphire, glass, gallium arsenide, germanium, doped silicon, silicon nitride , Materials such as carbon doped silicon oxide, silicon on insulator (SOI), modified silicon, silicon oxide, silicon. Barrier layers of metal or metal nitride on the substrate surface include titanium, titanium nitride, tungsten nitride, tantalum, and tantalum nitride. The substrate may have various dimensions, such as a 200 mm to 300 mm diameter wafer, rectangular or square plate. The process of the embodiments described herein deposits hafnium-containing materials over many substrates and surfaces. Embodiments of the present invention may include a substrate, which is not limited to semiconductor substrates, and includes crystalline silicon (eg, Si <100>, Si <111>), silicon oxide, modified silicon, silicon germanium, doped or Undoped polysilicon, doped or undoped silicon wafers, and wafers with or without patterns. The substrate is exposed to a pretreatment process to polish, etch, reduce, oxidize, hydrooxylate, anneal and / or bake the substrate surface.

여기서 사용된 "원자 층 증착" 또는 "순환적 증착"은 둘 이상의 화합물의 순차적인 유입을 지칭하고 이에 의해 기판 표면 위에 물질의 층을 증착한다. 둘, 셋 또는 그 이상의 반응 화합물은 대안적으로 공정 챔버의 반응 구역 안으로 유입될 수 있다. 일반적으로 각각의 반응 화합물은 시간 지연에 의해 분리되는데, 이에 의해 각각의 화합물이 기판 표면 위에서 반응하고 및/또는 부착되도록 한다. 일 태양에서, 제 1 전구체 또는 화합물(A)은 제 1 시간 지연이 따라오는 반응 구역 안으로 펄스된다. 다음으로 제 2 전구체 또는 화합물(B)은 제 2 시간 지연이 따라오는 반응 구역 안으로 펄스된다. 각각의 시간 지연 동안, 질소와 같은 정화 가스가 공정 챔버 안으로 유입되고, 이에 의해 반응 구역으로부터 잔존 반응 화합물 또는 부산물을 제거하거나 반응 구역을 정화한다. 대안적으로, 정화 가스는 증착 공정을 통해 연속적으로 유동할 수 있고, 이에 의해 반응성 화합물의 펄스 사이의 시간 지연 동안 오직 정화 가스만이 유동한다. 반응성 화합물은 기판 표면 위에 원하는 필름 또는 필름 두께가 형성될 때까지 대안적으로 펄스된다. 각각의 경우에, 펄싱 화합물(A), 정화 가스, 펄싱 화합물(B) 및 정화 가스의 ALD 공정은 사이클이다. 사이클은 화합물(A) 또는 화합물(B)로 시작하여 원하는 두께의 필름이 얻어질 때까지 사이클의 개별적인 순서를 지속한다. 다른 실시예에서, 화합물(A)를 함유하는 제 1 전구체, 화합물(B)를 함유하는 제 2 전구체, 및 화합물(C)를 함유하는 제 3 전구체는 각각 공정 챔버 안으로 분리되어 펄스된다. 대안적으로, 제 1 전구체의 펄스는 제 2 전구체의 펄스와 시간적으로 겹칠 수 있고, 제 3 전구체의 펄스는 제 1 및 제 2 전구체의 펄스와 시간적으로 겹치지 아니한다. As used herein, “atomic layer deposition” or “cyclic deposition” refers to the sequential influx of two or more compounds and thereby deposits a layer of material on the substrate surface. Two, three or more reactive compounds may alternatively be introduced into the reaction zone of the process chamber. In general, each reaction compound is separated by a time delay, thereby allowing each compound to react and / or adhere on the substrate surface. In one aspect, the first precursor or compound (A) is pulsed into the reaction zone followed by a first time delay. The second precursor or compound (B) is then pulsed into the reaction zone followed by a second time delay. During each time delay, purge gas, such as nitrogen, is introduced into the process chamber, thereby removing residual reaction compounds or by-products from the reaction zone or purifying the reaction zone. Alternatively, the purge gas can flow continuously through the deposition process, whereby only the purge gas flows during the time delay between pulses of the reactive compound. The reactive compound is alternatively pulsed until the desired film or film thickness is formed on the substrate surface. In each case, the ALD process of pulsing compound (A), purge gas, pulsing compound (B) and purge gas is a cycle. The cycle starts with compound (A) or compound (B) and continues the individual sequence of cycles until a film of the desired thickness is obtained. In another embodiment, the first precursor containing Compound (A), the second precursor containing Compound (B), and the third precursor containing Compound (C) are each separated and pulsed into the process chamber. Alternatively, the pulses of the first precursor may overlap in time with the pulses of the second precursor, and the pulses of the third precursor do not overlap in time with the pulses of the first and second precursors.

Yes

예 1-10 동안, ALD 공정은 약 70℃ 내지 약 1000℃, 바람직하게 약 100℃ 내지 약 650℃, 예를 들어 약 350℃의 온도에서 유지된다. ALD 공정은 공정 챔버가 약 0.1토르 내지 약 100토르, 바람직하게 약 1토르 내지 약 10토르의 범위의 압력에서 수행될 수 있다. 캐리어 가스(예를 들어 N2)는 약 2sim 내지 약 22 sim, 바람직하게 약 10sim의 유동률을 가질 수 있다. 수증기를 함유한 산화 가스는, 미국 캘리포니아 산타 클라라에 위치한 Fujikin of America, Inc.로부터 구입 가능한 금속 촉매를 함유한 수증기 발생기(WVG) 시스템에 의해 만들어진다. WVG 시스템은 수소 소스 가스 및 산소 소스 가스로부터 산화 가스를 형성하였다. 기판은 예비-처리 공정 동안 WVG 시스템으로부터 수증기를 함유한 산화 가스에 노출되었다. 예비-처리 공정은 약 5초 내지 약 30초의 범위의 주기 동안 실행되었다. 증착된 물질은 약 2Å 내지 약 1000Å, 바람직하게 약 5Å 내지 약 100Å, 더욱 바람직하게 약 10Å 내지 약 50Å의 범위의 두께로 형성된다. For Examples 1-10, the ALD process is maintained at a temperature of about 70 ° C to about 1000 ° C, preferably about 100 ° C to about 650 ° C, for example about 350 ° C. The ALD process may be performed at a pressure in the process chamber in the range of about 0.1 Torr to about 100 Torr, preferably about 1 Torr to about 10 Torr. The carrier gas (eg N2) may have a flow rate of about 2 sim to about 22 sim, preferably about 10 sim. The oxidizing gas containing water vapor is produced by a water vapor generator (WVG) system containing a metal catalyst available from Fujikin of America, Inc., located in Santa Clara, California. The WVG system formed oxidizing gas from a hydrogen source gas and an oxygen source gas. The substrate was exposed to oxidizing gas containing water vapor from the WVG system during the pre-treatment process. The pre-treatment process was run for a period ranging from about 5 seconds to about 30 seconds. The deposited material is formed to a thickness in the range from about 2 kPa to about 1000 kPa, preferably from about 5 kPa to about 100 kPa, more preferably from about 10 kPa to about 50 kPa.

예 1 - 하프늄 옥사이드 필름은 WVG 시스템에 의해 만들어진 산화 가스로 하프늄 전구체를 순차적으로 펄싱함에 의해 형성된다. 기판 표면은 예비처리 공정에 노출되고 이에 의해 그 위에 히드록실 그룹을 형성한다. 하프늄 전구체(HfCl4)는 약 150℃ 내지 약 200℃의 범위의 온도에서 전구체 앰풀 내에서 가열된다. 질소 캐리어 가스는 약 400sccm의 유동률을 갖는 하프늄 전구체를 함유한 전구체 앰풀로 유도된다. 하프늄 전구체는 캐리어 가스를 포화시키고 약 3초 동안 챔버 안으로 제공된다. 질소의 정화 가스는 약 2.5초 동안 챔버 안으로 제공되고 이에 의해 결합되지 않은 하프늄 전구체를 제거한다. 각각 약 100sccm 및 약 120sccm의 유동률을 갖는 수소 가스 및 산소 가스는 WVG 시스템으로 공급된다. WVG 시스템으로부터의 산화 가스는 약 100sccm의 유동률을 갖는 물 및 약 70sccm의 유동률을 갖는 산소를 함유한다. 산화 가스는 약 1.7초 동안 챔버 안으로 제공된다. 질소의 정화 가스는 약 2.5초 동안 챔버 안으로 제공되고, 이에 의해 부산물, 하프늄 전구체, 산소 및/또는 물 또는 HCl과 같은 부산물과 같은 결합되지 않거나 비반응성 반응물을 제거한다. 각각의 ALD 사이클은 약 1Å의 하프늄 옥사이드 필름을 형성한다. Example 1-A hafnium oxide film is formed by sequentially pulsing a hafnium precursor with an oxidizing gas produced by a WVG system. The substrate surface is exposed to the pretreatment process thereby forming hydroxyl groups thereon. Hafnium precursor (HfCl 4) is heated in the precursor ampoule at a temperature ranging from about 150 ° C. to about 200 ° C. The nitrogen carrier gas is led to a precursor ampoule containing a hafnium precursor having a flow rate of about 400 sccm. Hafnium precursor saturates the carrier gas and is provided into the chamber for about 3 seconds. A purge gas of nitrogen is provided into the chamber for about 2.5 seconds to thereby remove unbound hafnium precursor. Hydrogen gas and oxygen gas having flow rates of about 100 sccm and about 120 sccm, respectively, are fed to the WVG system. The oxidizing gas from the WVG system contains water having a flow rate of about 100 sccm and oxygen having a flow rate of about 70 sccm. The oxidizing gas is provided into the chamber for about 1.7 seconds. The purge gas of nitrogen is provided into the chamber for about 2.5 seconds, thereby removing unbound or unreacted reactants such as byproducts, hafnium precursors, oxygen and / or water or byproducts such as HCl. Each ALD cycle forms about 1 GPa of hafnium oxide film.

예 2 - 하프늄 옥사이드 필름은 하프늄 전구체를 산화 가스로 순차적으로 펄싱함에 의해 ALD 공정 동안 형성된다. 기판 표면은 예비처리 공정에 노출되어 그 위에 히드록실 그룹을 형성한다. 하프늄 전구체(HfCl4)는 약 150℃ 내지 약 200℃의 범위의 온도엣 전구체 앰풀 내에서 가열된다. 질소 캐리어 가스는 약 400sccm의 유동률로 하프늄 전구체를 함유한 전구체 앰풀 안으로 유도된다. 하프늄 전구체는 캐리어 가스는 포화시키고 약 0.5초 동안 챔버 안으로 제공된다. 질소의 정화 가스는 약 0.5초 동안 챔버 안으로 제공되고 이에 의해 결합되지 않은 하프늄 전구체를 제거한다. 각각 약 50 sccm 및 약 60sccm의 유동률을 가진 수소 가스 및 산소 가스는 WVG 시스템에 공급된다. WVG 시스템으로부터 발생한 산화 가스는 약 50sccm의 유동률을 갖는 물 및 약 35sccm의 유동률을 갖는 산소를 함유한다. 산화 가스는 약 0.5초 동안 챔버 안으로 제공된다. 질소이 정화 가스는 약 0.5초 동안 챔버 안으로 제공되고, 이에 의해 하프늄 전구체, 산소 및/또는 물 또는 HCl과 같은 부산물을 제거한다. 각각이 ALD 사이클은 약 2.5Å의 하프늄 옥사이드 필름을 형성한다. Example 2-A hafnium oxide film is formed during an ALD process by sequentially pulsing a hafnium precursor with an oxidizing gas. The substrate surface is exposed to a pretreatment process to form hydroxyl groups thereon. Hafnium precursor (HfCl 4) is heated in the precursor ampoule at a temperature in the range of about 150 ° C. to about 200 ° C. The nitrogen carrier gas is led into the precursor ampoule containing the hafnium precursor at a flow rate of about 400 sccm. The hafnium precursor saturates the carrier gas and is provided into the chamber for about 0.5 seconds. A purge gas of nitrogen is provided into the chamber for about 0.5 seconds to thereby remove the unbound hafnium precursor. Hydrogen and oxygen gases with flow rates of about 50 sccm and about 60 sccm, respectively, are fed to the WVG system. The oxidizing gas generated from the WVG system contains water having a flow rate of about 50 sccm and oxygen having a flow rate of about 35 sccm. Oxidation gas is provided into the chamber for about 0.5 seconds. The nitrogen purge gas is provided into the chamber for about 0.5 seconds, thereby removing byproducts such as hafnium precursor, oxygen and / or water or HCl. Each ALD cycle forms about 2.5 kW of hafnium oxide film.

예 3 - 순차적으로 하프늄 전구체를 산화 가스로 펄싱하고 이후 실리콘 전구체를 산화 가스로 펄싱함에 의해 ALD 공정 동안, 하프늄 실리케이트 필름이 형성된다. 기판 표면은 예비처리 공정에 노출되고 이에 의해 그 위에 히드록실 그룹을 형성한다. 하프늄 전구체, TDEAH 및 실리콘 전구체, TDMAS는 실내 온도(약 23℃)에서 개별적인 전구체 앰풀 내에서 가열된다. 이러한 전구체는 약 110℃ 내지 약 300℃의 증발기에서 개별적으로 증발되고 비활성 캐리어 가스와 함께 개별적으로 혼합된다. 하프늄 전구체는 캐리어 가스를 포화시키고, 약 1초 동안 챔버 안으로 제공된다. 질소의 정화 가스는 챔버 안으로 약 1초 동안 제공되고, 이에 의해 결합되지 않은 하프늄 전구체를 제거한다. 각각 약 100sccm 및 약 120sccm의 유동률을 가진 수소 가스 및 산소 가스는 WVG 시스템으로 공급된다. WVG 시스템으로부터 발생한 산화 가스는 약 100sccm의 유동률을 갖는 물 및 약 70sccm의 유동률을 갖는 산소를 함유한다. 산화 가스는 약 1.7초 동안 챔버 안으로 제공된다. 질소의 정화 가스는 약 5초 동안 챔버 안으로 제공되어, 하프늄 전구체, 산소 및/또는 물 또는 부산물과 같은 비반응성 반응물 또는 결합되지 않은 반응물을 제거한다. 실리콘 전구체는 약 1초 동안 챔버 안으로 제공된다. 질소의 정화 가스는 약 1초 동안 챔버 안으로 제공되고 이에 의해 어떠한 결합되지 않은 전구체 또는 오염물질을 제 거한다. 산화 가스는 약 1.7초 동안 챔버 안으로 제공된다. 질소의 정화 가스는 약 5초 동안 챔버 안으로 제공된다. 각각의 ALD 사이클은 약 1Å의 하프늄 실리케이트 필름을 형성한다. Example 3 A hafnium silicate film is formed during an ALD process by sequentially pulsing a hafnium precursor with an oxidizing gas and then pulsing the silicon precursor with an oxidizing gas. The substrate surface is exposed to the pretreatment process thereby forming hydroxyl groups thereon. Hafnium precursor, TDEAH and silicon precursor, TDMAS, are heated in individual precursor ampoules at room temperature (about 23 ° C.). These precursors are individually evaporated in an evaporator of about 110 ° C. to about 300 ° C. and mixed separately with the inert carrier gas. Hafnium precursor saturates the carrier gas and is provided into the chamber for about 1 second. A purge gas of nitrogen is provided into the chamber for about 1 second, thereby removing unbound hafnium precursor. Hydrogen and oxygen gases with flow rates of about 100 sccm and about 120 sccm, respectively, are fed to the WVG system. The oxidizing gas generated from the WVG system contains water having a flow rate of about 100 sccm and oxygen having a flow rate of about 70 sccm. The oxidizing gas is provided into the chamber for about 1.7 seconds. A purge gas of nitrogen is provided into the chamber for about 5 seconds to remove unreacted or unbound reactants such as hafnium precursors, oxygen and / or water or byproducts. The silicon precursor is provided into the chamber for about 1 second. The purge gas of nitrogen is provided into the chamber for about 1 second to thereby remove any unbound precursors or contaminants. The oxidizing gas is provided into the chamber for about 1.7 seconds. The purge gas of nitrogen is provided into the chamber for about 5 seconds. Each ALD cycle forms about 1 ms of hafnium silicate film.

예 4 - 순차적으로 하프늄 전구체를 산화 가스로 펄싱하고 이후 실리콘 전구체를 산화 가스로 펄싱함에 의해 ALD 공정 동안 하프늄 실리케이트 필름이 형성된다. 기판 표면은 예비처리 공정에 노출되어 그 위에 히드록실 그룹을 형성한다. 하프늄 전구체(HfCl4) 및 실리콘 전구체(Tris-DMAS)는 실내 온도(약 23℃)에서 개별적인 전구체 앰풀 내에서 가열된다. 이러한 전구체는 약 110℃ 내지 약 130℃에서 증발기에서 개별적으로 증발되고, 비활성 캐리어 가스와 개별적으로 혼합된다. 하프늄 전구체는 캐리어 가스를 포화시키고 약 1초 동안 챔버 안으로 제공된다. 질소의 정화 가스는 약 1초 동안 챔버 안으로 제공된다. 개별적으로 약 100sccm 및 약 120sccm의 유동률을 갖는 수소 가스 및 산소 가스는 WVG 시스템으로 공급된다. WVG 시스템으로부터 발생한 산화 가스는 약 100sccm의 유동률을 갖는 물과 약 70sccm이 유동률을 갖는 산소를 함유한다. 산화 가스는 약 1.7초 동안 챔버 안으로 제공된다. 질소으 정화 가스는 약 1초 동안 챔버 안으로 제공되고 이에 의해 하프늄 전구체, 산소 및/또는 물과 같은 비반응성 또는 결합되지 않은 반응물을 제거한다. 실리콘 전구체는 약 1초 동안 챔버 안으로 제공된다. 질소의 정화 가스는 약 1초 동안 챔버 안으로 제공되고 이에 의해 결합되지 않은 전구체 또는 오염물질을 제거한다. 산화 가스는 약 1.7초 동안 챔버 안으로 제공된다. 질소의 정화 가스는 약 5초 동안 챔버 안으로 제공된다. 각각의 ALD 사이클은 약 1Å의 하 프늄 실리케이트 필름을 형성한다. Example 4 A hafnium silicate film is formed during an ALD process by sequentially pulsing a hafnium precursor with an oxidizing gas and then pulsing the silicon precursor with an oxidizing gas. The substrate surface is exposed to a pretreatment process to form hydroxyl groups thereon. Hafnium precursor (HfCl 4) and silicon precursor (Tris-DMAS) are heated in separate precursor ampoules at room temperature (about 23 ° C.). These precursors are individually evaporated in the evaporator at about 110 ° C. to about 130 ° C. and mixed separately with the inert carrier gas. Hafnium precursor saturates the carrier gas and is provided into the chamber for about 1 second. The purge gas of nitrogen is provided into the chamber for about 1 second. Hydrogen and oxygen gases with flow rates of about 100 sccm and about 120 sccm, respectively, are fed to the WVG system. The oxidizing gas generated from the WVG system contains water having a flow rate of about 100 sccm and oxygen having a flow rate of about 70 sccm. The oxidizing gas is provided into the chamber for about 1.7 seconds. The purge gas with nitrogen is provided into the chamber for about 1 second thereby removing unreacted or unbound reactants such as hafnium precursors, oxygen and / or water. The silicon precursor is provided into the chamber for about 1 second. The purge gas of nitrogen is provided into the chamber for about 1 second thereby removing unbound precursors or contaminants. The oxidizing gas is provided into the chamber for about 1.7 seconds. The purge gas of nitrogen is provided into the chamber for about 5 seconds. Each ALD cycle forms about 1 ms of hafnium silicate film.

예 5 - 하프늄 전구체 및 실리콘 전구체를 순차적으로 산화 가스로 동시에 펄싱함에 의해 ALD 공정 동안 하프늄 실리케이트 필름이 형성된다. 기판 표면은 예비처리 공정에 노출되어 그 위에 히드록실 그룹을 형성한다. 하프늄 전구체, TDEAH, 및 실리콘 전구체, TDMAS는 실내 온도(약 23℃)에서 개별적인 전구체 앰풀 내에서 가열된다. 이러한 전구체는 약 110℃ 내지 약 130℃에서 증발기 안에서 개별적으로 증발되고, 비활성 캐리어 가스 내에서 개별적으로 혼합된다. 하프늄 전구체 및 실리콘 전구체 각각은 동시에 약 1 초 동안 챔버 안으로 제공된다. 질소의 정화 가스는 약 1초 동안 챔버 안으로 제공되어 결합되지 않은 하프늄 또는 실리콘 전구체를 제거한다. 개별적으로 약 100sccm 및 약 120sccm의 유동률을 갖는 수소 가스 및 산소 가스는 WVG 시스템으로 공급된다. WVG 시스템으로부터 발생한 산화 가스는 약 100sccm의 유동률을 갖는 물 및 약 70sccm의 유동률을 갖는 산소를 함유한다. 산화 가스는 약 1.7초 동안 챔버 안으로 제공된다. 질소의 정화 가스는 약 5초 동안 챔버 안으로 제공되어 부산물, 하프늄 전구체, 실리콘 전구체, 산소 및/또는 물과 같은 결합되지 않거나 비반응성 반응물을 제거한다. 각각의 ALD 사이클은 약 1Å의 하프늄 실리케이트 필름을 형성한다. Example 5-A hafnium silicate film is formed during an ALD process by simultaneously pulsing hafnium precursor and silicon precursor simultaneously with oxidizing gas. The substrate surface is exposed to a pretreatment process to form hydroxyl groups thereon. Hafnium precursor, TDEAH, and silicon precursor, TDMAS, are heated in individual precursor ampoules at room temperature (about 23 ° C.). These precursors are individually evaporated in the evaporator at about 110 ° C. to about 130 ° C. and mixed separately in an inert carrier gas. Each of the hafnium precursor and the silicon precursor are simultaneously provided into the chamber for about 1 second. A purge gas of nitrogen is provided into the chamber for about 1 second to remove unbound hafnium or silicon precursors. Hydrogen and oxygen gases with flow rates of about 100 sccm and about 120 sccm, respectively, are fed to the WVG system. The oxidizing gas generated from the WVG system contains water having a flow rate of about 100 sccm and oxygen having a flow rate of about 70 sccm. The oxidizing gas is provided into the chamber for about 1.7 seconds. A purge gas of nitrogen is provided into the chamber for about 5 seconds to remove unbound or unreacted reactants such as byproducts, hafnium precursors, silicon precursors, oxygen and / or water. Each ALD cycle forms about 1 ms of hafnium silicate film.

예 6 - 산화 가스로 순차적으로 실리콘 전구체 및 하프늄 전구체를 동시에 펄싱함에 의해 ALD 공정 동안 하프늄 실리케이트 필름이 형성된다. 기판 표면은 예비처리 공정에 노출되어 그 위에 히드록실 그룹을 형성한다. 하프늄 전구체, HfCl4, 및 실리콘 전구체, Tris-DMAS는 실내 온도(약 23℃)에서 개별적인 전구체 앰풀 내에서 가열된다. 이러한 전구체는 약 110℃ 내지 약 130℃에서 증발기 안에서 개별적으로 증발되고, 비활성 캐리어 가스 내에서 개별적으로 혼합된다. 하프늄 전구체 및 실리콘 전구체 각각은 동시에 약 1 초 동안 챔버 안으로 제공된다. 질소의 정화 가스는 약 1초 동안 챔버 안으로 제공되어 결합되지 않은 하프늄 또는 실리콘 전구체를 제거한다. 개별적으로 약 100sccm 및 약 120sccm의 유동률을 갖는 수소 가스 및 산소 가스는 WVG 시스템으로 공급된다. WVG 시스템으로부터 발생한 산화 가스는 약 100sccm의 유동률을 갖는 물 및 약 70sccm의 유동률을 갖는 산소를 함유한다. 산화 가스는 약 1.7초 동안 챔버 안으로 제공된다. 질소의 정화 가스는 약 5초 동안 챔버 안으로 제공되어 부산물, 하프늄 전구체, 실리콘 전구체, 산소 및/또는 물과 같은 결합되지 않거나 비반응성 반응물을 제거한다. 각각의 ALD 사이클은 약 1Å의 하프늄 실리케이트 필름을 형성한다. Example 6-A hafnium silicate film is formed during an ALD process by simultaneously pulsing a silicon precursor and a hafnium precursor sequentially with an oxidizing gas. The substrate surface is exposed to a pretreatment process to form hydroxyl groups thereon. Hafnium precursor, HfCl 4 , and silicon precursor, Tris-DMAS, are heated in individual precursor ampoules at room temperature (about 23 ° C.). These precursors are individually evaporated in the evaporator at about 110 ° C. to about 130 ° C. and mixed separately in an inert carrier gas. Each of the hafnium precursor and the silicon precursor are simultaneously provided into the chamber for about 1 second. A purge gas of nitrogen is provided into the chamber for about 1 second to remove unbound hafnium or silicon precursors. Hydrogen and oxygen gases with flow rates of about 100 sccm and about 120 sccm, respectively, are fed to the WVG system. The oxidizing gas generated from the WVG system contains water having a flow rate of about 100 sccm and oxygen having a flow rate of about 70 sccm. The oxidizing gas is provided into the chamber for about 1.7 seconds. A purge gas of nitrogen is provided into the chamber for about 5 seconds to remove unbound or unreacted reactants such as byproducts, hafnium precursors, silicon precursors, oxygen and / or water. Each ALD cycle forms about 1 ms of hafnium silicate film.

예 7 - 하프늄 옥사이드 필름은 WVG 시스템으로부터 형성된 인시츄(in-situ) 스팀으로 하프늄 전구체를 순차적으로 펄싱함에 의해 ALD 공정에서 성장한다. 기판 표면은 예비처리 공정에 노출되어 그 위에 히드록실 그룹을 형성한다. 하프늄 전구체(HfCl4)는 약 150℃ 내지 약 200℃의 온도에서 전구체 앰풀 내에서 가열된다. 질소 캐리어 가스는 약 400sccm의 유동률을 가진 하프늄 전구체를 함유한 전구체 앰풀 안으로 유도된다. 하프늄 전구체는 캐리어 가스를 포화시키고 약 1.5초 동안 챔버 안으로 제공된다. 질소의 정화 가스는 약 2.5초 동안 챔버 안으로 제공 되어 결합되지 않은 하프늄 전구체를 제거한다. 약 100sccm의 유동률을 각각 갖는 성형 가스(N2와 균형을 이루는 5 부피% H2) 및 산소 가스는 WVG 시스템으로 공급된다. WVG 시스템으로부터 발생한 산화 가스는 약 2.5sccm의 유동률을 갖는 물 및 약 98sccm의 유동률을 갖는 산소를 함유한다. 산화 가스는 약 1.7초 동안 챔버로 공급된다. 질소의 정화 가스는 약 2.5초 동안 챔버로 제공되어 부산물, 하프늄 전구체, 산소 및/또는 물과 같은 결합되지 아니하거나 비반응성 반응물을 제거한다. Example 7-A hafnium oxide film is grown in an ALD process by sequentially pulsing a hafnium precursor with in-situ steam formed from a WVG system. The substrate surface is exposed to a pretreatment process to form hydroxyl groups thereon. Hafnium precursor (HfCl 4) is heated in the precursor ampoule at a temperature of about 150 ° C. to about 200 ° C. The nitrogen carrier gas is directed into the precursor ampoule containing the hafnium precursor with a flow rate of about 400 sccm. Hafnium precursor saturates the carrier gas and is provided into the chamber for about 1.5 seconds. A purge gas of nitrogen is provided into the chamber for about 2.5 seconds to remove unbound hafnium precursor. Molding gas (5% by volume H2 balanced with N2) and oxygen gas, each having a flow rate of about 100 sccm, are fed to the WVG system. The oxidizing gas generated from the WVG system contains water having a flow rate of about 2.5 sccm and oxygen having a flow rate of about 98 sccm. The oxidizing gas is supplied to the chamber for about 1.7 seconds. The purge gas of nitrogen is provided to the chamber for about 2.5 seconds to remove unbound or unreacted reactants such as by-products, hafnium precursors, oxygen and / or water.

예 8 - 하프늄 실리케이트 필름은, 순차적으로 산화 가스로 하프늄 전구체를 펄싱하고 이후 실리콘 전구체를 산화 가스로 펄싱함에 의해 형성된다. 기판 표면은 예비처리 공정에 노출되고 이에 의해 그 위에 히드록실 그룹을 형성한다. 하프늄 전구체, TDEAH 및 실리콘 전구체, TDMAS는 실내 온도(약 23℃)에서 개별적인 전구체 앰풀 내에서 가열된다. 이러한 전구체는 약 110℃ 내지 약 300℃의 증발기에서 개별적으로 증발되고 비활성 캐리어 가스와 함께 개별적으로 혼합된다. 하프늄 전구체는 캐리어 가스를 포화시키고, 약 1초 동안 챔버 안으로 제공된다. 질소의 정화 가스는 약 1초 동안 챔버로 제공되어 결합하지 않은 하프늄 전구체를 제거한다. 성형 가스(N2와 균형을 이루는 5부피% H2) 및 산소 가스 각각은 약 100sccm의 유동률로 WVG 시스템으로 공급된다. 산화 가스는 약 1.7초 동안 챔버 안으로 제공된다. 질소의 정화 가스는 약 5초 동안 챔버 안으로 제공되어, 하프늄 전구체, 산소 및/또는 물 또는 부산물과 같은 비반응성 반응물 또는 결합되지 않은 반응물을 제거한다. 실리콘 전구체는 약 1초 동안 챔버 안으로 제공된다. 질소의 정화 가스는 약 1초 동안 챔버 안으로 제공되고 이에 의해 어떠한 결합되지 않은 전구체 또는 오염물질을 제거한다. 산화 가스는 약 1.7초 동안 챔버 안으로 제공된다. 질소의 정화 가스는 약 5초 동안 챔버 안으로 제공된다. 각각의 ALD 사이클은 약 1Å의 하프늄 실리케이트 필름을 형성한다. Example 8-A hafnium silicate film is formed by sequentially pulsing a hafnium precursor with an oxidizing gas and then pulsing the silicon precursor with an oxidizing gas. The substrate surface is exposed to the pretreatment process thereby forming hydroxyl groups thereon. Hafnium precursor, TDEAH and silicon precursor, TDMAS, are heated in individual precursor ampoules at room temperature (about 23 ° C.). These precursors are individually evaporated in an evaporator of about 110 ° C. to about 300 ° C. and mixed separately with the inert carrier gas. Hafnium precursor saturates the carrier gas and is provided into the chamber for about 1 second. A purge gas of nitrogen is provided to the chamber for about 1 second to remove unbound hafnium precursor. Molding gas (5% by volume H2 balanced with N2) and oxygen gas are each fed to the WVG system at a flow rate of about 100 sccm. The oxidizing gas is provided into the chamber for about 1.7 seconds. A purge gas of nitrogen is provided into the chamber for about 5 seconds to remove unreacted or unbound reactants such as hafnium precursors, oxygen and / or water or byproducts. The silicon precursor is provided into the chamber for about 1 second. The purge gas of nitrogen is provided into the chamber for about 1 second to thereby remove any unbound precursors or contaminants. The oxidizing gas is provided into the chamber for about 1.7 seconds. The purge gas of nitrogen is provided into the chamber for about 5 seconds. Each ALD cycle forms about 1 ms of hafnium silicate film.

예 9 - 산화 가스로 순차적으로 실리콘 전구체 및 하프늄 전구체를 동시에 펄싱함에 의해 ALD 공정 동안 하프늄 전구체가 형성된다. 기판 표면은 예비처리 공정에 노출되어 그 위에 히드록실 그룹을 형성한다. 하프늄 전구체, TDEAH, 및 실리콘 전구체, TDMAS는 실내 온도(약 23℃)에서 개별적인 전구체 앰풀 내에서 가열된다. 이 전구체는 약 110℃ 내지 약 130℃에서 개별적으로 증발기에서 증발되고 비활성 캐리어 가스와 개별적으로 혼합된다. 하프늄 전구체 및 실리콘 전구체는 각각 약 1초 동안 챔버 안으로 동시에 펄스된다. 질소의 정화 가스는 약 1초 동안 챔버 안으로 제공되고 이에 의해 결합하지 않은 하프늄 또는 실리콘 전구체를 제거한다. 성형 가스(N2와 균형을 이루는 0.5부피% H2) 및 산소 가스는 각각 약 100sccm의 유동률로 WVG 시스템으로 공급된다. WVG 시스템으로부터 발생한 산화 가스는 약 0.25sccm의 유동률을 가진 물과 약 100sccm의 유동률을 가진 산소를 함유한다. 산화 가스는 약 1.7초 동안 챔버 안으로 제공된다. 질소의 정화 가스는 약 5초 동안 챔버 안으로 제공되어 부산물, 하프늄 전구체, 실리콘 전구체, 산소 및/또는 물과 같은 결합되지 않거나 비반응성 반응물을 제거한다. 각각의 ALD 사이클은 약 1Å의 하프늄 실리케이트 필름을 형성한다. Example 9-A hafnium precursor is formed during an ALD process by simultaneously pulsing a silicon precursor and a hafnium precursor sequentially with an oxidizing gas. The substrate surface is exposed to a pretreatment process to form hydroxyl groups thereon. Hafnium precursor, TDEAH, and silicon precursor, TDMAS, are heated in individual precursor ampoules at room temperature (about 23 ° C.). This precursor is evaporated separately in the evaporator at about 110 ° C. to about 130 ° C. and mixed separately with the inert carrier gas. The hafnium precursor and the silicon precursor are each pulsed simultaneously into the chamber for about 1 second. A purge gas of nitrogen is provided into the chamber for about 1 second thereby removing unbound hafnium or silicon precursors. Molding gas (0.5% by volume H2 balanced with N2) and oxygen gas are each fed to the WVG system at a flow rate of about 100 sccm. The oxidizing gas generated from the WVG system contains water with a flow rate of about 0.25 sccm and oxygen with a flow rate of about 100 sccm. The oxidizing gas is provided into the chamber for about 1.7 seconds. A purge gas of nitrogen is provided into the chamber for about 5 seconds to remove unbound or unreacted reactants such as byproducts, hafnium precursors, silicon precursors, oxygen and / or water. Each ALD cycle forms about 1 ms of hafnium silicate film.

예 10 - 하프늄 옥사이드 필름은, WVG 시스템에 의해 만들어지는 산화 가스로 하프늄 전구체를 순차적으로 펄싱함에 의해 ALD 공정 동안 형성된다. 기판 표 면은 예비처리 공정에 노출되어 그 위에 히드록실 그룹을 형성한다. 하프늄 전구체, TDEAH는 약 23℃의 온도에서 전구체 앰풀 내에서 가열된다. 질소 가스는 약 400sccm의 유동률로 하프늄 전구체를 함유한 전구체 앰풀 안으로 유도된다. 하프늄 전구체는 캐리어 가스를 포화시키고 약 2 초 동안 챔버 안으로 제공된다. 질소의 정화 가스는 약 1.5 초 동안 챔버 안으로 제공되어 결합되지 않은 하프늄 전구체를 제거한다. 각각 약 100sccm 및 약 120sccm의 유동률을 갖는 수소 가스 및 산소 가스는 WVG 시스템으로 공급된다. WVG 시스템으로부터 발생하는 산화 가스는 약 100sccm의 유동률을 갖는 물 및 약 70sccm의 유동률을 갖는 산소를 함유한다. 산화 가스는 약 1.7초 동안 챔버 안으로 제공된다. 질소의 정화 가스는 약 1.5초 동안 챔버 안으로 제공되어 부산물, 하프늄 전구체, 산소 및/또는 물과 같은 결합되지 않거나 비반응성 반응물을 제거한다. 각각의 ALD 공정은 약 1.1Å의 하프늄 옥사이드 필름을 형성한다. Example 10-A hafnium oxide film is formed during an ALD process by sequentially pulsing a hafnium precursor with an oxidizing gas produced by a WVG system. The substrate surface is exposed to a pretreatment process to form hydroxyl groups thereon. Hafnium precursor, TDEAH, is heated in the precursor ampoule at a temperature of about 23 ° C. Nitrogen gas is led into the precursor ampoule containing the hafnium precursor at a flow rate of about 400 sccm. Hafnium precursor saturates the carrier gas and is provided into the chamber for about 2 seconds. A purge gas of nitrogen is provided into the chamber for about 1.5 seconds to remove unbound hafnium precursor. Hydrogen gas and oxygen gas having flow rates of about 100 sccm and about 120 sccm, respectively, are fed to the WVG system. The oxidizing gas resulting from the WVG system contains water having a flow rate of about 100 sccm and oxygen having a flow rate of about 70 sccm. The oxidizing gas is provided into the chamber for about 1.7 seconds. A purge gas of nitrogen is provided into the chamber for about 1.5 seconds to remove unbound or unreacted reactants such as by-products, hafnium precursors, oxygen and / or water. Each ALD process forms a hafnium oxide film of about 1.1 GPa.

물질은 교번적으로 각각 화학물질을 투약함에 의해 증착되고, 이에 의해 선택된 반반응으로 원하는 필름 조성 또는 특징을 얻는다. 상기 반반응은 결과적인 필름의 정확한 결합 연결 또는 화학양론을 지시하지는 아니한다. 생성물 조성의 화학양론의 대부분은 화학 반응 동안 열역학적으로 제어되고, 생성물 조성의 화학양론은 또한 원하는 조성을 얻도록 동역학적으로 제어될 수 있다. 따라서, 투약 순서는 변경될 수 있으며, 이에 의해 필름의 전체적인 조성 및 품질에 영향을 미친다. The materials are alternately deposited by dosing each chemical, thereby obtaining the desired film composition or characteristics in the selected reaction. The reaction does not dictate the exact bond linkage or stoichiometry of the resulting film. Most of the stoichiometry of the product composition is thermodynamically controlled during the chemical reaction, and the stoichiometry of the product composition can also be controlled dynamically to obtain the desired composition. Thus, the order of dosing may be altered, thereby affecting the overall composition and quality of the film.

이전의 것은 본 발명의 실시예에 대한 것이고, 본 발명의 다른 그리고 추가 적인 실시예는 본 발명의 기본적인 범위로부터 벗어나지 아니하고 고안될 수 있으며, 이의 범위는 이하의 청구범위에 의해 결정된다. The foregoing is directed to embodiments of the invention, and other and further embodiments of the invention may be devised without departing from the basic scope thereof, and the scope thereof is determined by the claims that follow.

Claims (30)

공정 챔버 내에 위치한 기판 위에 하프늄-함유 물질을 형성하기 위한 방법으로서, A method for forming a hafnium-containing material on a substrate located in a process chamber, the method comprising: 기판을 하프늄 전구체에 노출하여 상기 기판 위에 하프늄-함유 층을 형성하는 단계;Exposing the substrate to a hafnium precursor to form a hafnium-containing layer over the substrate; 정화 가스로 상기 공정 챔버를 정화하는 단계;Purifying the process chamber with a purge gas; 상기 기판을 산화 가스에 노출하여 상기 기판 위에 하프늄 옥사이드 물질을 형성하는 단계; 및 Exposing the substrate to an oxidizing gas to form a hafnium oxide material on the substrate; And 상기 정화 가스로 상기 공정 챔버를 정화하는 단계를 포함하고,Purifying the process chamber with the purge gas, 상기 산화 가스가 산소 소스 가스 및 수소 소스 가스를 수증기 발생기를 통해 유동시킴에 의해 형성된 수증기를 포함하는,The oxidizing gas comprises water vapor formed by flowing an oxygen source gas and a hydrogen source gas through a steam generator, 공정 챔버 내에 위치한 기판 위에 하프늄-함유 물질을 형성하기 위한 방법.A method for forming a hafnium-containing material over a substrate located in a process chamber. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 수소 소스 가스는 수소 가스를 포함하는,The hydrogen source gas comprises hydrogen gas, 공정 챔버 내에 위치한 기판 위에 하프늄-함유 물질을 형성하기 위한 방법.A method for forming a hafnium-containing material over a substrate located in a process chamber. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 산소 소스 가스가 산소, 니트로스 옥사이드(nitrous oxide) 및 이의 조 합으로 구성된 그룹으로부터 선택된 산소 화합물을 포함하는,Wherein the oxygen source gas comprises an oxygen compound selected from the group consisting of oxygen, nitrous oxide and combinations thereof 공정 챔버 내에 위치한 기판 위에 하프늄-함유 물질을 형성하기 위한 방법.A method for forming a hafnium-containing material over a substrate located in a process chamber. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 산소 화합물이 상기 수소 가스보다 빠른 비율로 상기 물 발생기 안으로 유동하는,The oxygen compound flows into the water generator at a faster rate than the hydrogen gas, 공정 챔버 내에 위치한 기판 위에 하프늄-함유 물질을 형성하기 위한 방법.A method for forming a hafnium-containing material over a substrate located in a process chamber. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 산화 가스가 산소 가스를 추가로 포함하는, Wherein the oxidizing gas further comprises an oxygen gas, 공정 챔버 내에 위치한 기판 위에 하프늄-함유 물질을 형성하기 위한 방법.A method for forming a hafnium-containing material over a substrate located in a process chamber. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 수소 소스 가스가 성형 가스(forming gas)인,The hydrogen source gas is a forming gas, 공정 챔버 내에 위치한 기판 위에 하프늄-함유 물질을 형성하기 위한 방법.A method for forming a hafnium-containing material over a substrate located in a process chamber. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 성형 가스가 약 1부피% 내지 약 30부피%의 범위의 수소 가스 농도를 갖는,Wherein the forming gas has a hydrogen gas concentration in the range of about 1% by volume to about 30% by volume, 공정 챔버 내에 위치한 기판 위에 하프늄-함유 물질을 형성하기 위한 방법.A method for forming a hafnium-containing material over a substrate located in a process chamber. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 기판을 상기 하프늄 전구체에 노출시키기 전에, 상기 기판을 약 5초 내지 약 30초의 범위의 시간 주기 동안 상기 산화 가스를 함유한 소우크(soak) 공정에 노출시키는,Prior to exposing the substrate to the hafnium precursor, exposing the substrate to a soak process containing the oxidizing gas for a time period ranging from about 5 seconds to about 30 seconds, 공정 챔버 내에 위치한 기판 위에 하프늄-함유 물질을 형성하기 위한 방법.A method for forming a hafnium-containing material over a substrate located in a process chamber. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 하프늄 옥사이드 물질 위에 실리콘 옥사이드 물질을 증착시키는 단계를 추가로 포함하고, 상기 실리콘 옥사이드 물질을 증착시키는 단계가, Depositing a silicon oxide material over the hafnium oxide material, and depositing the silicon oxide material, 상기 기판을 실리콘 전구체에 노출시켜 상기 기판 위에 실리콘 함유층을 형성하는 단계;Exposing the substrate to a silicon precursor to form a silicon containing layer on the substrate; 상기 정화 가스로 상기 공정 챔버를 정화하는 단계;Purifying the process chamber with the purge gas; 상기 기판을 상기 산화 가스에 노출시켜 상기 기판 위에 실리콘 옥사이드 물질을 형성하는 단계; 및 Exposing the substrate to the oxidizing gas to form a silicon oxide material over the substrate; And 상기 정화 가스로 상기 공정 챔버를 정화하는 단계를 포함하는,Purifying the process chamber with the purge gas, 공정 챔버 내에 위치한 기판 위에 하프늄-함유 물질을 형성하기 위한 방법.A method for forming a hafnium-containing material over a substrate located in a process chamber. 원자 층 증착 공정 동안 기판 위에 하프늄-함유 물질을 증착하는 방법으로서, A method of depositing hafnium-containing material on a substrate during an atomic layer deposition process, the method comprising: 기판을 공정 챔버 내에 위치시키는 단계;Positioning the substrate in the process chamber; 수소 소스 가스 및 산소 소스 가스를 수증기 발생기로 유동시켜 수증기를 포함하는 산화 가스를 발생시키는 단계; 및Flowing the hydrogen source gas and the oxygen source gas to a steam generator to generate an oxidizing gas comprising steam; And 상기 기판을 상기 산화 가스 및 하프늄 전구체를 포함하는 공정 가스에 순차적으로 노출시켜 상기 기판 위에 하프늄-함유 물질을 형성하는 단계를 포함하는, Sequentially exposing the substrate to a process gas comprising the oxidizing gas and a hafnium precursor to form a hafnium-containing material over the substrate, 원자 층 증착 공정 동안 기판 위에 하프늄-함유 물질을 증착하는 방법.A method of depositing hafnium-containing material over a substrate during an atomic layer deposition process. 제 10 항에 있어서,The method of claim 10, 상기 수소 소스 가스가 수소 가스를 포함하는, Wherein the hydrogen source gas comprises hydrogen gas, 원자 층 증착 공정 동안 기판 위에 하프늄-함유 물질을 증착하는 방법.A method of depositing hafnium-containing material over a substrate during an atomic layer deposition process. 제 11 항에 있어서,The method of claim 11, 상기 산소 소스 가스가 산소, 니트로스 옥사이드 및 이의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택된 산소 화합물을 포함하는, Wherein the oxygen source gas comprises an oxygen compound selected from the group consisting of oxygen, nitros oxides and combinations thereof 원자 층 증착 공정 동안 기판 위에 하프늄-함유 물질을 증착하는 방법.A method of depositing hafnium-containing material over a substrate during an atomic layer deposition process. 제 12 항에 있어서,The method of claim 12, 상기 산소 화합물이 상기 질소 가스보다 빠른 비율로 상기 물 발생기 안으로 유동하는,The oxygen compound flows into the water generator at a faster rate than the nitrogen gas, 원자 층 증착 공정 동안 기판 위에 하프늄-함유 물질을 증착하는 방법.A method of depositing hafnium-containing material over a substrate during an atomic layer deposition process. 제 13 항에 있어서,The method of claim 13, 상기 산화 가스가 산소 가스를 추가로 포함하는,Wherein the oxidizing gas further comprises an oxygen gas, 원자 층 증착 공정 동안 기판 위에 하프늄-함유 물질을 증착하는 방법.A method of depositing hafnium-containing material over a substrate during an atomic layer deposition process. 제 11 항에 있어서,The method of claim 11, 상기 수소 소스 가스가 성형 가스인,The hydrogen source gas is a forming gas, 원자 층 증착 공정 동안 기판 위에 하프늄-함유 물질을 증착하는 방법.A method of depositing hafnium-containing material over a substrate during an atomic layer deposition process. 제 15 항에 있어서,The method of claim 15, 상기 성형 가스가 약 1부피% 내지 약 30부피%의 범위의 수소 가스 농도를 갖는,Wherein the forming gas has a hydrogen gas concentration in the range of about 1% by volume to about 30% by volume, 원자 층 증착 공정 동안 기판 위에 하프늄-함유 물질을 증착하는 방법.A method of depositing hafnium-containing material over a substrate during an atomic layer deposition process. 제 10 항에 있어서,The method of claim 10, 상기 하프늄-함유 물질이 하프늄 옥사이드, 하프늄 실리케이트, 하프늄 실리콘 옥시니트리드, 하프늄 옥시니트리드, 하프늄 알루미네이트, 이의 파생물 및 이의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택되는, The hafnium-containing material is selected from the group consisting of hafnium oxide, hafnium silicate, hafnium silicon oxynitride, hafnium oxynitride, hafnium aluminate, derivatives thereof and combinations thereof 원자 층 증착 공정 동안 기판 위에 하프늄-함유 물질을 증착하는 방법.A method of depositing hafnium-containing material over a substrate during an atomic layer deposition process. 제 17 항에 있어서,The method of claim 17, 상기 공정 가스가 실리콘 전구체 또는 알루미늄 전구체를 추가로 포함하는, Wherein the process gas further comprises a silicon precursor or an aluminum precursor, 원자 층 증착 공정 동안 기판 위에 하프늄-함유 물질을 증착하는 방법.A method of depositing hafnium-containing material over a substrate during an atomic layer deposition process. 제 10 항에 있어서,The method of claim 10, 상기 기판을 상기 하프늄-함유 물질을 형성하기 전에, 상기 기판을 약 5초 내지 약 30초의 범위의 시간 주기 동안 상기 산화 가스를 함유한 소우크 공정에 노출시키는,Exposing the substrate to a soak process containing the oxidizing gas for a period of time ranging from about 5 seconds to about 30 seconds, prior to forming the hafnium-containing material; 원자 층 증착 공정 동안 기판 위에 하프늄-함유 물질을 증착하는 방법.A method of depositing hafnium-containing material over a substrate during an atomic layer deposition process. 원자 층 증착 공정 동안 기판 위에 유전 물질을 형성하기 위한 방법으로서, A method for forming a dielectric material over a substrate during an atomic layer deposition process, the method comprising: 기판을 공정 챔버 내에 위치시키는 단계;Positioning the substrate in the process chamber; 수소 소스 가스 및 산소 소스 가스를 수증기 발생기로 유동시켜서 수증기를 포함하는 산화 가스를 형성하는 단계; 및Flowing the hydrogen source gas and the oxygen source gas to a steam generator to form an oxidizing gas comprising steam; And 상기 기판을 상기 산화 가스 및 하나 이상의 전구체에 순차적으로 노출시켜 상기 기판 위에 유전 물질을 형성하는 단계를 포함하는, Sequentially exposing the substrate to the oxidizing gas and one or more precursors to form a dielectric material over the substrate, 원자 층 증착 공정 동안 기판 위에 유전 물질을 형성하기 위한 방법.A method for forming a dielectric material over a substrate during an atomic layer deposition process. 제 20 항에 있어서,The method of claim 20, 상기 하나 이상의 전구체가 하프늄 전구체, 지르코늄 전구체, 실리콘 전구 체, 알루미늄 전구체, 탄탈륨 전구체, 티타늄 전구체, 란타늄 전구체 및 이의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택되는, The at least one precursor is selected from the group consisting of hafnium precursor, zirconium precursor, silicon precursor, aluminum precursor, tantalum precursor, titanium precursor, lanthanum precursor, and combinations thereof 원자 층 증착 공정 동안 기판 위에 유전 물질을 형성하기 위한 방법.A method for forming a dielectric material over a substrate during an atomic layer deposition process. 제 21 항에 있어서,The method of claim 21, 상기 유전 물질이, 하프늄 옥사이드, 하프늄 실리케이트, 지르코늄 옥사이드, 지르코늄 실리케이트, 란타늄 옥사이드, 란타늄 실리케이트, 탄탈륨 옥사이드, 탄탈륨 실리케이트, 티타늄 옥사이드, 티타늄 실리케이트, 알루미늄 옥사이드, 알루미늄 실리케이트, 실리콘 옥사이드, 이의 파생물 및 이의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 물질을 포함하는, The dielectric material is hafnium oxide, hafnium silicate, zirconium oxide, zirconium silicate, lanthanum oxide, lanthanum silicate, tantalum oxide, tantalum silicate, titanium oxide, titanium silicate, aluminum oxide, aluminum silicate, silicon oxide, derivatives thereof and combinations thereof. Comprising one or more materials selected from the group consisting of: 원자 층 증착 공정 동안 기판 위에 유전 물질을 형성하기 위한 방법.A method for forming a dielectric material over a substrate during an atomic layer deposition process. 제 20 항에 있어서,The method of claim 20, 상기 유전 물질을 형성하기 전에, 상기 기판을 약 5초 내지 약 30초의 범위의 시간 주기 동안 상기 산화 가스를 함유한 소우크 공정에 노출시키는,Prior to forming the dielectric material, exposing the substrate to a soak process containing the oxidizing gas for a period of time ranging from about 5 seconds to about 30 seconds, 원자 층 증착 공정 동안 기판 위에 유전 물질을 형성하기 위한 방법.A method for forming a dielectric material over a substrate during an atomic layer deposition process. 원자 층 증착 공정 동안 기판 위에 하프늄 실리케이트 물질을 증착시키기 위한 방법으로서, A method for depositing hafnium silicate material on a substrate during an atomic layer deposition process, the method comprising: 기판을 공정 챔버 내에 위치시키는 단계;Positioning the substrate in the process chamber; 수소 소스 가스 및 산소 소스 가스를 수증기 발생기로 유동시켜 수증기를 포함하는 산화 가스를 형성하는 단계; 및Flowing the hydrogen source gas and the oxygen source gas to a steam generator to form an oxidizing gas comprising water vapor; And 상기 기판을 하프늄 전구체 및 실리콘 전구체를 포함하는 공정 가스 및 상기 산화 가스에 순차적으로 노출시켜 상기 기판 위에 하프늄 실리케이트 물질을 형성하는 단계를 포함하는, Sequentially exposing the substrate to a process gas comprising a hafnium precursor and a silicon precursor and the oxidizing gas to form a hafnium silicate material on the substrate, 원자 층 증착 공정 동안 기판 위에 하프늄 실리케이트 물질을 증착시키기 위한 방법.A method for depositing hafnium silicate material over a substrate during an atomic layer deposition process. 제 24 항에 있어서,The method of claim 24, 상기 공정 가스가, 상기 하프늄 전구체를 함유한 제 1 가스 및 상기 실리콘 전구체를 함유한 제 2 가스를 상기 공정 챔버 내에서 조합시킴에 의해 형성되는, Wherein the process gas is formed by combining a first gas containing the hafnium precursor and a second gas containing the silicon precursor in the process chamber, 원자 층 증착 공정 동안 기판 위에 하프늄 실리케이트 물질을 증착시키기 위한 방법.A method for depositing hafnium silicate material over a substrate during an atomic layer deposition process. 제 24 항에 있어서,The method of claim 24, 상기 공정 가스가 상기 하프늄 전구체 및 상기 실리콘 전구체를 함유하는 반응물 혼합물을 증발시킴에 의해 형성되는, Wherein the process gas is formed by evaporating a reactant mixture containing the hafnium precursor and the silicon precursor, 원자 층 증착 공정 동안 기판 위에 하프늄 실리케이트 물질을 증착시키기 위한 방법.A method for depositing hafnium silicate material over a substrate during an atomic layer deposition process. 공정 챔버 내에서 기판 위에 하프늄-함유 유전체 스택(stack)을 형성하기 위한 방법으로서, A method for forming a hafnium-containing dielectric stack over a substrate in a process chamber, the method comprising: 수소 소스 가스 및 산소 소스 가스를 수증기 발생기 안으로 유동시켜 수증기를 포함하는 산화 가스를 발생시키는 단계; 및Flowing a hydrogen source gas and an oxygen source gas into a steam generator to generate an oxidizing gas comprising steam; And 기판 위에 하나 이상의 하프늄 실리케이트 층 및 하나 이상의 하프늄 옥사이드 층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 형성하는 단계가, Forming at least one hafnium silicate layer and at least one hafnium oxide layer over the substrate, wherein the forming step comprises: 상기 기판을 하프늄 전구체를 포함하는 제 1 공정 가스 및 상기 산화 가스에 순차적으로 노출시켜 상기 기판 위에 제 1 하프늄-함유 물질을 형성하는 단계; 및Sequentially exposing the substrate to a first process gas comprising a hafnium precursor and the oxidizing gas to form a first hafnium-containing material on the substrate; And 상기 기판을 상기 하프늄 전구체를 포함하는 제 2 공정 가스 및 상기 산화 가스에 순차적으로 노출시켜 상기 제 1 하프늄-함유 물질 위에 제 2 하프늄-함유 물질을 형성하는 단계를 포함하는,Sequentially exposing the substrate to a second process gas comprising the hafnium precursor and the oxidizing gas to form a second hafnium-containing material over the first hafnium-containing material, 공정 챔버 내에서 기판 위에 하프늄-함유 유전체 스택을 형성하기 위한 방법.A method for forming a hafnium-containing dielectric stack over a substrate in a process chamber. 제 27 항에 있어서,The method of claim 27, 상기 제 1 공정 가스가 실리콘 전구체를 추가로 포함하는, Wherein the first process gas further comprises a silicon precursor, 공정 챔버 내에서 기판 위에 하프늄-함유 유전체 스택을 형성하기 위한 방법.A method for forming a hafnium-containing dielectric stack over a substrate in a process chamber. 제 27 항에 있어서,The method of claim 27, 상기 제 2 공정 가스가 실리콘 전구체를 추가로 포함하는, Wherein the second process gas further comprises a silicon precursor, 공정 챔버 내에서 기판 위에 하프늄-함유 유전체 스택을 형성하기 위한 방법.A method for forming a hafnium-containing dielectric stack over a substrate in a process chamber. 제 28 항에 있어서,The method of claim 28, 상기 제 1 하프늄-함유 물질을 형성하기 전에, 상기 기판을 약 5초 내지 약 30초의 범위의 시간 주기 동안 상기 산화 가스를 함유한 소우크 공정에 노출시키는,Prior to forming the first hafnium-containing material, the substrate is exposed to a soak process containing the oxidizing gas for a time period in the range of about 5 seconds to about 30 seconds, 공정 챔버 내에서 기판 위에 하프늄-함유 유전체 스택을 형성하기 위한 방법.A method for forming a hafnium-containing dielectric stack over a substrate in a process chamber.
KR1020067026129A 2004-05-12 2005-05-12 APPARATUSES AND METHODS FOR ATOMIC LAYER DEPOSITION OF HAFNIUM-CONTAINING HIGH-k DIELECTRIC MATERIALS KR101304395B1 (en)

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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011008925A2 (en) * 2009-07-17 2011-01-20 Applied Materials, Inc. Methods for forming dielectric layers
KR20140087433A (en) * 2012-12-29 2014-07-09 엘지디스플레이 주식회사 Organic electro luminescent device and method of fabricating the same
KR20160075331A (en) * 2014-12-19 2016-06-29 램 리써치 코포레이션 Hardware and process for film uniformity improvement
KR20160090768A (en) * 2015-01-22 2016-08-01 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 Improved injector for spatially separated atomic layer deposition chamber
KR20210010659A (en) * 2018-06-21 2021-01-27 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 Tunability of dopant concentration in thin hafnium oxide films
CN114235903A (en) * 2020-09-09 2022-03-25 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 Gas sensor and manufacturing method thereof

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11204517A (en) * 1998-01-12 1999-07-30 Sony Corp Forming method of silicon oxide film and silicon oxide film forming equipment
US6660660B2 (en) * 2000-10-10 2003-12-09 Asm International, Nv. Methods for making a dielectric stack in an integrated circuit
JP3627106B2 (en) * 2002-05-27 2005-03-09 株式会社高純度化学研究所 Method for producing hafnium silicate thin film by atomic layer adsorption deposition
JP2004071757A (en) * 2002-08-05 2004-03-04 Hitachi Ltd Method and device for manufacturing high dielectric constant film

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011008925A2 (en) * 2009-07-17 2011-01-20 Applied Materials, Inc. Methods for forming dielectric layers
WO2011008925A3 (en) * 2009-07-17 2011-04-07 Applied Materials, Inc. Methods for forming dielectric layers
KR20140087433A (en) * 2012-12-29 2014-07-09 엘지디스플레이 주식회사 Organic electro luminescent device and method of fabricating the same
KR20160075331A (en) * 2014-12-19 2016-06-29 램 리써치 코포레이션 Hardware and process for film uniformity improvement
KR20160090768A (en) * 2015-01-22 2016-08-01 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 Improved injector for spatially separated atomic layer deposition chamber
KR20210010659A (en) * 2018-06-21 2021-01-27 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 Tunability of dopant concentration in thin hafnium oxide films
CN114235903A (en) * 2020-09-09 2022-03-25 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 Gas sensor and manufacturing method thereof

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