KR20070097038A

KR20070097038A - 분배 장치 및 그 사용 방법

Info

Publication number: KR20070097038A
Application number: KR1020077013468A
Authority: KR
Inventors: 데이비드 월터 피터스
Original assignee: 프랙스에어 테크놀로지, 인코포레이티드
Priority date: 2004-12-17
Filing date: 2005-12-08
Publication date: 2007-10-02
Also published as: WO2006065627A2; US20060133955A1; JP2008524443A; TWI408250B; WO2006065627A3; SG161287A1; TW200624596A; IL183971A0; CN101124605B; EP1839253A2; KR20130018958A; CN101124605A

Abstract

본 발명은 바닥부 그리고 내부벽 및 바닥부 표면에 의해 한정되는 내부 체적부를 포함하는 원통형으로 성형된 용기를 포함하는 가스상 반응물 분배 장치에 관한 것이다. 용기(4)에는 용기 내부 체적부 내의 액체 반응물 레벨을 감지하는 액체 반응물 레벨 센서(2) 그리고 용기 내부 체적부 내의 액체 반응물의 온도를 감지하는 온도 센서(1, 11)가 제공된다. 용기의 바닥부는 바닥부의 표면으로부터 하향으로 연장하는 공동(3)을 그 내에 가지며, 액체 반응물 레벨 센서(2) 및 온도 센서(1, 11)의 하단부는 공동 내에 위치된다. 분배 장치는 반도체 재료 및 장치의 제조에서 재료의 증착을 위한 전구체 등의 반응물의 분배를 위해 사용될 수 있다.

가스상 반응물 분배 장치, 원통형으로 성형된 폐쇄형 용기, 온도 센서, 액체 반응물 레벨 센서, 섬프 공동

Description

분배 장치 및 그 사용 방법 {DISPENSING APPARATUS AND METHOD OF USE THEREOF}

본 발명은 반도체 재료 및 소자의 제조에서 재료의 증착을 위한 전구체(precursor) 등의 가스상 반응물을 분배하는 데 사용될 수 있는 가스상 반응물 분배 장치에 관한 것이다. 분배 장치는 장치 내부 체적부 내의 액체 반응물 레벨을 감지하는 액체 반응물 레벨 센서 그리고 장치 내부 체적부 내의 액체 반응물의 온도를 감지하는 온도 센서를 갖는다. 장치의 바닥부는 바닥부의 표면으로부터 하향으로 연장하는 공동을 그 내에 가지며, 액체 반응물 레벨 센서 및 온도 센서의 하단부는 공동 내에 위치된다.

현대식 화학 기상 증착 및 원자층 증착 장비는 증착 챔버로 전구체 케미컬을 분배하기 위해 버블러(bubbler) 또는 앰풀(ampoule)을 이용한다. 이들 앰풀은 액체 전구체 케미컬의 컨테이너를 통해 캐리어 가스를 통과시킴으로써 그리고 가스와 함께 전구체 증기를 운반함으로써 그 역할을 한다. 대부분의 경우에, 전구체의 증기압을 증가시키고 그에 의해 캐리어 가스 내의 케미컬의 양을 증가시키기 위해 어떤 수단에 의해 앰풀을 가열할 것이 필요하다. 증기압을 제어하기 위해 앰풀 내부측의 액체 전구체 케미컬의 온도를 감시하는 것이 중요하다.

앰풀 내부측의 액체 전구체 케미컬이 화학 기상 증착 또는 원자층 증착 사이클의 종료 시에 교환될 수 있도록 이것이 소진에 근접할 때를 인지하는 것이 중요하다. 앰풀이 사이클의 도중에 소진되면, 전체 배치(batch)의 웨이퍼가 사용 불가능해고 그 결과 수백만 달러의 잠재적 손실을 초래할 것이다. 그러므로, 값비싼 액체 전구체 케미컬을 낭비하는 것을 피하기 위해 앰풀 내부측에서 가급적 적은 액체 전구체 케미컬을 남기는 것이 바람직하다. 케미컬 전구체의 비용이 증가함에 따라, 가급적 적은 케미컬을 낭비하는 것이 더 중요해진다.

대부분의 레벨 센서는 센서가 개시될 때에 앰풀 내에 과도하게 많은 케미컬(최대 15% 이상)을 남기는 2.540 ㎝(1 인치)의 십 분의 몇 이상의 사장 공간(dead space)을 갖는다. 레벨 센서가 개시될 때에 잔류하는 액체 전구체 케미컬의 양을 최소화하기 위해 앰풀의 설계를 개선시킬 필요성이 존재한다. 반도체 제조 공정이 전형적으로 배치 공정 방식으로 동작하기 때문에, 증발된 소스 재료로부터의 웨이퍼 기판 상으로의 구성 재료의 증착에 대해, 공급 용기로부터의 미사용 반응물이 반도체 제조 플랜트로부터의 전체 낭비의 일부를 점유한다.

액체 전구체 케미컬이 값비싼 경우에, 액체 전구체 케미컬의 이러한 낭비는 공정 경제성에 악영향을 미치고, 또한 낭비 액체의 폐기 그리고 그 환경 영향의 관점에서 상당한 부담을 나타낸다.

미국 특허 제6,077,356호는 액체가 가스 가압 용기로부터의 딥-튜브 배출 도관(dip-tube discharge conduit)으로부터 분배되며 레벨이 용기 내에서 하향으로 연장하고 그 바닥부에 도달하기 바로 전에 종료되는 센서에 의해 감지될 수 있는 방식의 폐쇄형 용기 액체 반응물 분배 조립체를 개시하고 있다. 용기의 바닥부는 딥-튜브 액체 배출 도관 및 레벨 센서의 하단부가 배치되는 섬프 공동(sump cavity)을 갖는다. 용기로부터의 액체 반응물은 화학 기상 증착 챔버로 유동되는 소스 증기를 형성하기 위해 증발기로 전달되어 증발된다.

장치 내에서의 액체 전구체 케미컬의 사용량을 증가시키고 그에 따라 그 낭비를 감소시키고 화학 기상 증착 챔버와 유체 연통하는 종래 기술의 액체 반응물 분배 용기에 의해 요구되는 추가된 단계 및 하드웨어 예컨대 증발 단계 및 증발기에 대한 필요성을 제거시키는 가스상 반응물 분배 장치 및 방법을 제공하는 것이 당업계에서 바람직할 것이다.

본 발명은, 내부 체적부를 그 내에 한정하기 위해 제거 가능한 상부벽 부재에 의해 그 상단부 상에서 그리고 저부벽 부재에 의해 그 하단부 상에서 한정되는 원통형으로 성형된 폐쇄형 용기와,

주 바닥부 표면으로부터 하향으로 연장하는 섬프 공동을 그 내에 포함하는 주 바닥부 표면을 갖는 저부벽 부재에서, 섬프 공동은 보조-바닥부 표면에 의해 그 하단부에서 한정되며, 이 때 섬프 공동의 적어도 일부가 저부벽 부재 상에 중심으로 위치되고 섬프 공동의 적어도 일부가 저부벽 부재 상에 편심으로 위치되는 저부벽 부재와,

용기 외부의 상단부로부터 상부벽 부재의 중심으로 위치된 부분을 통해 그리고 용기의 내부 체적부 내로 대체로 수직으로 하향으로 저부벽 부재 상에 중심으로 위치되는 섬프 공동의 그 부분의 하단부까지 연장하는 온도 센서에서, 이 때 온도 센서의 하단부가 섬프 공동의 보조-바닥부 표면에 불간섭 근접 상태로 위치되는 온도 센서와,

용기 외부의 상단부로부터 상부벽 부재의 편심으로 위치된 부분을 통해 그리고 용기의 내부 체적부 내로 대체로 수직으로 하향으로 저부벽 부재 상에 편심으로 위치되는 섬프 공동의 그 부분의 하단부까지 연장하는 액체 반응물 레벨 센서에서, 이 때 액체 반응물 레벨 센서의 하단부가 섬프 공동의 보조-바닥부 표면에 불간섭 근접 상태로 위치되는 액체 반응물 레벨 센서를 포함하며,

온도 센서는 용기 내의 액체 반응물의 온도를 측정하기 위해 섬프 공동 내에 동작 가능하게 배열되며, 액체 반응물 레벨 센서는 용기 내의 액체 반응물의 레벨을 측정하기 위해 섬프 공동 내에 동작 가능하게 배열되며, 온도 센서 및 액체 반응물 레벨 센서는 섬프 공동 내에 서로에 불간섭 근접 상태로 위치되고, 온도 센서 및 액체 반응물 레벨 센서는 섬프 공동 내에서 액체 반응물 유동 연통 상태에 있는 가스상 반응물 분배 장치에 관한 것이다.

앰풀 또는 용기의 내부 구성부는 액체 반응물 레벨 센서 및 온도 센서가 그 내로 돌출하는 작은 웰(well) 또는 섬프 공동을 갖는다. 이러한 섬프 공동의 단면적은 용기 또는 앰풀의 본체보다 상당히 작으며, 이것은 액체 반응물 레벨 센서가 가동할 때의 잔류 체적이 앰풀의 본체 내에 잔류할 것보다 상당히 작다는 것을 의미한다. 이것은 초음파 또는 광학 레벨 센서 등의 다른 레벨 센서에서 고유한 사장 공간을 효과적으로 제거시킨다.

종래 기술의 폐쇄형 용기 액체 반응물 분배 조립체와 대조적으로, 본 발명의 가스상 반응물 분배 장치는 용기로부터 액체를 배출하는 딥-튜브 배출 도관을 요구하지 않는다. 추가로, 종래 기술은 액체를 분배하는 것과 관련되는 웰을 개시하고 있으며, 반면에 본 발명은 가스상 반응물을 분배하도록 설계된다. 또한, 본 발명은 1개의 섬프 공동 내에 액체 반응물 레벨 센서 및 온도 센서를 함께 결합하고 그에 의해 용기의 동작을 고유하게 더 안전하게 한다.

위에서 지적된 바와 같이, 섬프 공동은 온도 센서 예컨대 서머웰(thermowell) 및 서머커플(thermocouple)을 포함하고 그 결과 액체 반응물 레벨 센서 및 온도 센서가 양쪽 모두 동일한 레벨에 있도록 확장되었다. 이러한 방식으로, 액체 반응물 레벨 센서가 침윤 상태에 있기만 하면 온도 센서가 침윤 상태에 있다. 이것은 중요한 안전성 고려 사항이다. 액체 반응물 레벨 센서가 케미컬의 존재를 지시하는 동안에 온도 센서가 건조해졌다면, 이것이 위험한 온도로의 앰풀의 가열을 유도할 수 있다. 본 발명의 앰풀 설계는 레벨 센서가 앰풀이 교환되어야 한다는 것을 지시한 후에도 온도 센서가 여전히 침윤 상태에 있는 것을 보증한다.

전형적으로 스테인리스강 컨테이너인 앰풀은 실온에서 고체 또는 액체인 케미컬의 90% 내지 99%를 분배한다. 이것은 증기 형태로 케미컬을 분배하도록 가열되고, 그 바닥부 내의 섬프 공동, 컨테이너를 충전하는 수단, 가스-액체 계면 위의 사장 공간 내에서 케미컬 증기와 혼합되도록 가스를 유입시키는 수단, 가스 및 증기의 결과 혼합물을 인출하는 수단, 온도 및 액체 반응물 레벨 측정을 위한 수단, 그 주위로부터 자신을 단열하는 수단을 포함한다. 용기 또는 앰풀은 그 단면적이 본체보다 상당히 작은 섬프 공동을 특징으로 하고, 이것은 온도 센서 및 액체 반응물 레벨 센서를 동일 장소에 위치시키고, 이들이 액체 또는 액화 케미컬 내에 항상 침지되도록 된 치수로 형성되며, 온도 센서 및 액체 반응물 레벨 센서는 컨테이너의 벽으로부터 떨어져 그리고 그 중심을 향해 더 위치된다. 온도 센서는 용기 내에 중심으로 위치되며, 액체 반응물 레벨 센서는 용기 내에 편심으로 위치된다.

또한, 본 발명은, 캐리어 가스 급송 입구 개구를 갖는 상부벽 부재의 편심으로 위치된 부분과,

용기의 내부 체적부 내로의 캐리어 가스의 분배를 위해 캐리어 가스 급송 입구 개구로부터 상향으로 그리고 상부벽 부재로부터 외부로 연장하고, 그를 통한 캐리어 가스의 유동의 제어를 위해 그 내에 캐리어 가스 유동 제어 밸브를 포함하는 캐리어 가스 급송 라인과,

가스상 반응물 출구 개구를 갖는 상부벽 부재의 편심으로 위치된 부분과,

용기의 내부 체적부로부터의 가스상 반응물의 제거를 위해 가스상 반응물 출구 개구로부터 상향으로 그리고 상부벽 부재로부터 외부로 연장하고, 그를 통한 가스상 반응물의 유동의 제어를 위해 그 내에 가스상 반응물 유동 제어 밸브를 포함하는 가스상 반응물 배출 라인을 추가로 포함하는 위에서 설명된 가스상 반응물 분배 장치에 관한 것이다.

추가로, 본 발명은, 화학 기상 증착 챔버 및 원자층 증착 챔버로부터 선택되는 증착 챔버와,

증착 챔버에 장치를 연결하는 가스상 반응물 배출 라인과,

증착 챔버 내에 수용되고 가스상 반응물 배출 라인과 수용 관계로 위치되는 가열 가능한 서셉터와,

증착 챔버에 연결되는 유출물 배출 라인을 추가로 포함하며,

그 결과 가스상 반응물이 가열 가능한 서셉터 상의 기판과의 접촉을 위해 가스상 반응물 배출 라인을 통해 그리고 증착 챔버 내로 전달되고 임의의 잔여 유출물이 유출물 배출 라인을 통해 배출되는 위에서 설명된 가스상 반응물 분배 장치에 관한 것이다.

추가로, 본 발명은, 증착 챔버로의 가스상 반응물의 분배를 위한 방법에 있어서,

(a) 위에서 설명된 바와 같은 가스상 반응물 분배 장치를 제공하는 단계와,

(b) 가스상 반응물 분배 장치에 주위 온도에서 액체 또는 고체인 반응물을 추가하는 단계와,

(c) 가스상 반응물을 제공하기 위해 반응물을 증발시킬 정도로 충분한 온도까지 가스상 반응물 분배 장치 내의 반응물을 가열하는 단계와,

(d) 가스상 반응물 분배 장치 내로 캐리어 가스를 급송하는 단계와,

(e) 가스상 반응물 분배 장치로부터 가스상 반응물 분배 라인을 통해 가스상 반응물 및 캐리어 가스를 인출하는 단계와,

(f) 증착 챔버 내로 가스상 반응물 및 캐리어 가스를 급송하는 단계를 포함하는 방법에 관한 것이다.

본 발명의 가스상 반응물 분배 장치는 공급 용기로부터의 가스상 반응물이 소스 증기로부터의 그 내의 기판 상으로의 재료층의 증착을 위해 화학 기상 증착 챔버로 전달되는 예컨대 화학 기상 증착 시스템을 포함하는 다양한 공정 시스템에서 채용될 수 있다.

또한, 본 발명은, (g) 증착 챔버 내의 가열 가능한 서셉터 상의 기판과 가스상 반응물을 접촉시키는 단계와,

(h) 증착 챔버에 연결되는 유출물 배출 라인을 통해 임의의 잔여 유출물을 배출하는 단계를 포함하는 위에서 설명된 증착 챔버로의 가스상 반응물의 분배를 위한 방법에 관한 것이다.

본 발명은 액체 반응물 레벨 센서가 내용물의 고갈을 신호한 때에 최소량의 반도체 전구체 케미컬이 앰풀 또는 버블러 내에 잔류하게 한다. 이것은 반도체 전구체의 복잡성 및 비용이 상승함에 따라 매우 중요하다. 비용을 최소화하기 위해, 반도체 제조업자는 가급적 적은 전구체를 낭비하고 싶을 것이다. 추가로, 본 발명은 액체 반응물 레벨 센서와 동일한 리세스형 섬프 공동 내에 온도 센서를 위치시킨다. 이것은 액체 반응물 레벨 센서가 전구체가 존재한다는 것을 지시하기만 하면 액체 반도체 전구체의 진정한 온도가 읽혀질 것이라는 것을 보증한다. 이것은 안전성 견지로부터 중요하다. 온도 센서가 액체 반도체 전구체 외부측에 있었다면, 이것이 가열 장치에 잘못된 저온 신호를 전송할 것이다. 이것은 앰풀로의 과도한 열의 인가를 유도할 수 있으며, 이것은 위험한 상황 그리고 반도체 전구체의 분해를 유발시킬 수 있다.

본 발명은 반도체 제조업자가 앰풀의 교환 전에 전구체를 거의 낭비하지 않으면서 최대량의 전구체를 사용하게 한다. 이것은 낭비를 최소화하고, 반도체 전구체에서의 투자 수익률을 최대화한다.

본 발명의 다른 태양, 특징 및 실시예가 이후의 개시 내용 그리고 첨부된 청구의 범위로부터 더 완전하게 분명해질 것이다.

도1은 가스상 반응물 분배 장치의 개략 부분 단면도이다.

도2는 상이한 구성의 섬프 공동을 도시하는 용기의 저부벽 부재 표면의 평면도이다. 도2A 및 도2B에서, 2개 이상의 교차하는 원형 오목부가 섬프 공동으로서 역할할 수 있다. 도2C에서, 연결 트렌치(connecting trench)에 의해 접합되는 2개 이상의 원형 오목부가 섬프 공동으로서 역할할 수 있다.

용기 또는 앰풀은 전형적으로 316L 스테인리스강으로부터 기계 가공되고, 전구체 케미컬의 오염을 방지하도록 전해 연마된다. 커버는 세척 및 재사용을 용이하게 하도록 제거 가능하다. 온도 센서는 균일한 열 전도를 보증하기 위해 앰풀의 중심에 있다. 밸브 및 레벨 센서는 청정한 누출 방지 밀봉부를 보증하기 위해 표면 밀봉 연결부를 통해 부착된다. 청정실 내에서 조립되면, 앰풀이 헬륨 누설 검출기로 점검되는 흡착 수분 및 누설물을 제거하도록 조절된다. 앰풀은 수 Torr 내지 주변보다 약간 높은 압력에서 사용되도록 설계된다.

도1을 참조하면, 스테인리스강 앰풀(4)의 저부 내로 기계 가공된 트렌치(3) 는 액체 반응물 레벨 센서(2)가 검출하기 위해 필요한 재료의 양을 최소화하는 섬프 공동을 제공한다. 또한, 트렌치는 액체 반응물 레벨 센서 및 온도 센서(1)가 항상 침윤 상태에 있도록 동일한 섬프 공동 내에 양쪽 모두의 검출기를 위치시킨다. 도1에서, 앰풀의 바닥부는 임의의 잔류 재료가 트렌치 내로 수집되고 그에 의해 케미컬 낭비를 추가로 최소화하도록 중심 지점을 향해 3˚의 경사를 갖는다.

하나의 실시예에서, 섬프 공동은 용기의 바닥 부재 내에 이중 웰 구조로서 구성되며, 이 때 하나의 웰이 온도 센서의 하부 말단을 수용하고 나머지 다른 웰이 액체 반응물 레벨 센서 요소의 하단부를 수용한다.

섬프 공동은 적절하게는 용기의 바닥 단면적의 작은 부분 예컨대 20% 이하를 점유할 수 있고, 용기의 바닥 부재의 기계 가공(machining), 밀링 가공(milling), 보링 가공(boring) 또는 루팅 가공(routing)에 의해 용이하게 건조될 수 있다.

도1에 도시된 서머웰은 다양한 서머커플을 수용하기 위해 0.953 ㎝(0.375 인치) 튜브 장치로부터 제작될 수 있다. 소량의 열 전도 오일이 서머커플로의 열의 적절한 전달을 보증하기 위해 서머웰 내에 위치될 것이다. 화학 기상 증착에서 일반적으로 사용되는 온도의 방식에 대해, K-방식 서머커플이 가장 흔하게 사용된다.

트렌치의 치수는 액체 반응물 레벨 센서가 유체를 검출하게 할 정도로 충분한 깊이+액체 반응물 레벨 센서와 트렌치의 저부 사이에 간극을 허용할 정도로 작은 크기이어야 한다. 또한, 트렌치의 측면이 센서를 간섭하지 않도록 온도 및 액체 반응물 레벨 센서 자체 주위에 간극이 있어야 한다. 대략 0.318 ㎝(0.125 인치)의 간극이 대부분의 센서에 대해 충분하다.

도1에서, 액체 반응물 레벨 센서는 초음파 방식 센서이다. 이러한 센서는 단지 0.762 ㎝(0.3 인치)의 사장 공간을 갖는다. 또한, 초음파 센서는 트렌치의 직경이 최소화되도록 단지 1.270 ㎝(0.5 인치)의 직경을 갖는다. 이들 숫자를 사용하고 1 ℓ 앰풀을 가정하면, 앰풀이 레벨 센서가 단지 1%가 잔류하고 있을 때에 재료의 고갈을 신호하도록 구성될 수 있다.

트렌치가 특정되었지만, 기계 가공의 용이성으로 인한 경우에, 대체의 기하 형상의 섬프가 채용될 수 있다. 도2A 및 도2B에 도시된 바와 같이, 2개 이상의 교차하는 원형 오목부가 섬프 공동으로서 역할할 수 있다. 대체예에서, 연결 트렌치에 의해 접합되는 2개 이상의 원형 오목부가 도2C에 도시된 바와 같이 섬프 공동으로서 역할할 수 있다. 이들 구성은 최소의 단면적 그에 의해 최소의 재료 낭비를 가능케 할 것이다.

양호한 실시예에서, 본 발명의 가스상 반응물 분배 장치의 섬프 공동은 저부벽 부재 표면의 평면도에서 아령 형상을 가질 수 있다. 섬프 공동은 서로와 액체 유동 연통하는 2개의 횡단 방향으로 이격된 웰을 또한 포함할 수 있으며, 이 때 웰들 중 하나가 그 내에 배치된 온도 센서의 하단부를 갖고 나머지 다른 하나가 그 내에 배치된 액체 반응물 레벨 센서의 하단부를 갖는다. 나아가, 액체 반응물 레벨 센서 웰은 요크 통로에 의해 온도 센서 웰에 연결될 수 있고, 그에 의해 섬프 공동의 아령 배열을 한정한다.

실온에서 고체 또는 액체인 케미컬의 90% 내지 99%를 분배하기 위한 방법은 용기 또는 컨테이너의 저부뿐만 아니라 측벽으로부터 열을 제공함으로써 그 융점보 다 높은 온도까지 그리고 바람직하게는 화학 기상 증착 또는 원자층 증착 공정에서의 그 사용을 위해 적절한 온도까지 용기 내의 케미컬을 가열하는 단계, 컨테이너의 저부에서 섬프 공동 내의 온도 및 레벨의 양쪽 모두를 연속적으로 감시하는 단계, 통상의 비등점, 컨테이너 압력에서의 비등점 그리고 액체 반응물의 분해 온도 중 낮은 것보다 낮게 액체 반응물 온도를 제어하기 위해 열 입력을 조정하는 단계, 가스-액체 계면 위에서 증기와 혼합되도록 컨테이너 내로 불활성 가스를 전달하는 단계 그리고 화학 기상 증착 또는 원자층 증착 공정으로의 분배를 위해 가스 및 증기의 혼합물을 인출하는 단계를 포함한다.

앰풀은 2개의 밸브(5, 6)에 연결함으로써 화학 기상 증착 또는 원자층 증착 장비 상에 설치된다. 2개의 밸브(5, 6)는 운반 동안에 사용되는 차단 밸브이다. 장비 상에 설치되면, 밸브가 개방되고, 서머커플(11)이 서머웰(1) 내에 위치되고, 충분한 열 전도 유체가 서머커플을 덮기 위해 서머웰에 추가된다. 앰풀은 가열 맨틀(mantle), 블록(block) 또는 배스(bath)(9) 내부측에 위치되고, 분배 온도까지 상승된다. 반도체 전구체의 온도는 서머웰 내에서의 서머커플의 사용을 통해 감시된다. 캐리어 가스가 입력부(7)를 통해 유입되고, 반도체 전구체로 포화시킨 액체 가스 계면(12) 위의 사장 공간을 통과한다. 전구체로 포화된 가스는 출구 포트(8)를 통해 앰풀로부터 방출되고, 증착 장비 내로 운반된다. 레벨이 레벨 센서(2) 내의 초음파 변환기보다 낮아질 때, 이것은 경고 신호가 전송되게 한다. 신호는 청각적, 시각적 또는 논리적일 수 있다. 논리 신호는 액체 반응물 레벨 센서가 증착 장비와 직접적으로 통신할 수 있게 한다.

증착 공정 동안에, 전구체의 증기압을 증가시키고 그에 의해 캐리어 가스 내의 케미컬의 양을 증가시키기 위해 어떤 수단에 의해 앰풀을 가열할 것이 일반적으로 필요하다. 증기압을 제어하기 위해 앰풀 내부측의 액체 전구체 케미컬의 온도를 감시하는 것이 중요하다. 반도체 전구체의 온도의 이러한 감시는 서머웰 내의 서머커플에 의해 성취될 수 있다. 반도체 전구체가 소모됨에 따라, 이것이 타겟 온도로 자신을 유지하기 위해 적은 열 입력을 취할 것이다. 앰풀을 위한 열원은 서머커플에 의해 감시될 것이 필요할 것이며, 가열 블록, 맨틀 또는 배스의 온도는 그에 따라 조정될 것이 필요할 것이다.

레벨 센서가 케미컬의 소진을 지시할 때에 서머웰이 액체 반도체 전구체 내에 여전히 침지되도록 서머웰이 섬프 공동의 바닥부로부터 어떤 거리에 있을 것이 필요하다. 이것을 보증하는 하나의 방식이 레벨 센서 및 서머웰이 커버로부터 하향으로 동일한 거리만큼 돌출하게 하는 것이다. 이러한 구성은 서머웰이 항상 침윤 상태에 있는 것을 보증하기 위해 레벨 감지 장치 상의 사장 공간을 이용한다. 이것은 안전성 고려 사항으로서 중요할 뿐만 아니라, 또한 전구체 온도가 분해 온도를 초과하지 않는 것을 보증한다.

설명된 시스템은 액체 반응물 레벨 센서 및 온도 센서의 양쪽 모두를 갖는 용기 또는 앰풀을 위한 것이다. 레벨 센서 및 서머커플을 1개의 프로브(probe)로 조합하는 것이 가능할 수 있다. 그 경우에, 단일의 원형 오목부가 요구되는 유일한 섬프일 것이다. 또한, 앰풀이 가열될 것이 필요하지 않을 것이고 그에 의해 온도 센서에 대한 필요성을 제거하는 것이 가능하다. 이러한 경우에, 단일의 원형 오목부가 요구되는 유일한 섬프 공동일 것이다.

고체 삽입체가 기존의 앰풀을 변형하기 위해 섬프 공동을 생성시키도록 고안될 수 있다. 삽입체는 운송 동안의 삽입체의 이동을 방지하기 위해 용접 또는 어떤 다른 방법에 의해 앰풀에 영구적으로 부착되어야 하고, 트렌치가 레벨 센서 및 온도 센서와 정렬되는 것을 보증하여야 한다.

도1에 도시된 시스템은 초음파 레벨 센서와의 사용을 위한 것이다. 광학 레벨 센서가 사용될 수 있지만 더 깊은 웰을 요구할 수 있다. 자기 부표 방식의 센서가 또한 사용될 수 있지만 자기 부표의 직경을 수용하기 위해 더 큰 직경의 섬프 공동을 요구할 수 있다.

단지 1개의 검출 지점을 갖는 단부 지점 액체 반응물 레벨 센서만 논의되었지만, 다중 지점 또는 연속의 액체 반응물 레벨 센서를 사용하는 것 그리고 사용 동안에 반도체 전구체의 소모를 감시하는 것이 가능하다. 검출의 최종 지점이 본 발명의 장점을 취하기 위해 웰 내부측에 있는 것을 보증할 것이 필요하다.

도1에 도시된 시스템은 서머웰(1) 및 서머커플(11)과의 사용을 위한 것이다. 다른 방식의 온도 감지 장치가 본 발명의 실시에서 사용될 수 있고 실제로 폭넓게 변경될 수 있다는 것이 이해될 것이다.

도1에 도시된 시스템은 액체 반응물 레벨 센서 및 온도 센서의 양쪽 모두를 갖는 앰풀을 위한 것이다. 이것의 결과로서, 트렌치는 2개의 튜브형 프로브를 취급하도록 설계되었다. 이러한 시스템은 튜브가 캐리어 가스 급송 입구 개구에 부착된 상태에서 또한 사용될 수 있고, 그에 의해 앰풀을 버블러로 전환시킨다. 버 블의 경로 길이를 최대화하기 위해 입구 튜브 또한 섬프 공동 내로 하향으로 연장하게 하는 것이 바람직할 수 있다. 이것은 버블러 내의 용해된 케미컬의 양을 최대화할 것이고, 버블러가 더 효율적이게 한다. 버블러 튜브가 추가되면, 제3 공동이 섬프 공통에 추가될 것이 필요할 수 있거나 트렌치가 연장될 것이 필요할 수 있다.

용기 또는 앰풀은 예컨대 정사각형 또는 다른 비원형 단면 등의 포위 측벽 구조를 협력하여 한정하는 원통형 벽 또는 벽 세그먼트, 상부벽 부재 그리고 저부벽 부재 또는 바닥 부재를 포함할 수 있는 측벽 부재(들)를 포함한다. 측벽, 상부벽 및 저부벽 또는 바닥 부재는 용기의 포위된 내부 체적부를 한정하며, 이것은 동작 중에 가스-액체 계면(12)에서 액체 표면을 한정하는 액체 위의 가스 공간을 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 바닥 부재는 주 바닥부 표면을 갖고, 바닥 부재에는 그 내에 섬프 공동이 제공된다. 섬프 공동은 주 바닥부 표면으로부터 공동의 경계 측벽 표면을 갖는 보조 바닥부 표면으로 하향으로 연장한다.

용기(4)에는 용기의 내부 체적부 내로의 캐리어 가스의 유동을 제어하기 위해 그와 결합되는 캐리어 가스 유동 제어 밸브(5)를 갖는 캐리어 가스 입력부(7)를 포함하는 캐리어 가스 유입 수단이 구비된다. 캐리어 가스 급송 입구(7)는 캐리어 가스 공급 유닛(도시되지 않음)으로부터 공급 라인에 결합함으로써 접합되며, 그 결과 공급 유닛으로부터의 캐리어 가스는 공급 라인을 통해 캐리어 가스 급송 입구(7)로 유동하고 용기의 내부에 배출된다. 가스 공급 유닛은 공급 라인에 캐리어 가스 예컨대 질소, 아르곤, 헬륨 등을 공급하는 예컨대 고압 가스 실린더(high pressure gas cylinder), 극저온 공기 분리 플랜트(cryogenic air separation unit) 또는 압력 변동 공기 분리 유닛(pressure swing air separation unit) 등의 임의의 적절한 방식일 수 있다.

가스상 반응물 배출 라인(8)이 용기의 내부 체적부로부터 배출되는 가스상 또는 증기 반응물을 수용하고, 화학 기상 증착 챔버(도시되지 않음)로 이것을 유동시킨다. 화학 기상 증착 챔버에서, 웨이퍼 예컨대 패터닝된 웨이퍼 또는 다른 기판 요소가 가스상 반응물 배출 라인(8)으로부터 챔버로 유입된 소스 증기와 수용 관계로 가열 가능한 서셉터(susceptor) 또는 다른 장착 구조물 상에 장착된다.

증기는 소스 증기의 요망된 성분(들)을 그 상에 증착하기 위해 웨이퍼와 접촉되고, 웨이퍼 상에 결과 재료층 또는 증착물을 형성한다. 케미컬 기상 증착으로부터의 유출물 가스는 유출물 배출 라인에서 챔버로부터 배출되고, 재생, 회수, 폐처리, 폐기 또는 다른 폐기 수단(도시되지 않음)으로 전달될 수 있다.

용기 또는 앰풀을 다시 참조하면, 용기에는 액체 반응물이 용기 내에 수용된 때의 액체 반응물의 적어도 95%의 이용을 가능케 하기 위해 용기의 섬프 공동(3)의 보조-바닥부 표면에 근접 상태로 용기 외부의 상부 부분으로부터 용기의 상부벽 부재의 편심으로 위치된 부분을 통해 하향으로 저부 바닥 부재 상에 편심으로 위치되는 하단부로 연장하는 액체 반응물 레벨 센서(2)가 구비된다. 액체 반응물 레벨 센서(2)의 상부 부분은 시스템의 동작 동안에 액체 반응물 레벨 센서로부터 중앙 처리 장치로의 감지된 액체 반응물 레벨 신호의 전송을 위해 중앙 처리 장치에 액 체 반응물 레벨 감지 신호 전송 선로에 의해 연결될 수 있다.

유사한 방식으로, 용기에는 용기의 섬프 공동(3)의 보조-바닥부 표면에 근접 상태로 용기 외부의 상부 부분으로부터 용기의 상부벽 부재의 중심으로 위치된 부분을 통해 하향으로 저부 바닥 부재 상에 중심으로 위치되는 하단부로 연장하는 온도 센서 즉 서머웰(1) 및 서머커플(11)이 구비된다. 온도 센서(11)의 상부 부분은 시스템의 동작 동안에 온도 센서로부터 중앙 처리 장치로의 감지된 온도 신호의 전송을 위해 중앙 처리 장치에 온도 감지 신호 전송 선로에 의해 연결될 수 있다.

또한, 적절한 마이크로프로세서, 컴퓨터 또는 다른 적절한 제어 수단을 포함할 수 있는 중앙 처리 장치는 밸브(5)를 선택적으로 조정하기 위해 그리고 용기로의 캐리어 가스의 유동을 제어하기 위해 밸브(5)로의 제어 신호 전송 선로에 의해(예컨대, 도시되지 않은 적절한 밸브 작동기 요소를 통해) 접합될 수 있다. 또한, 중앙 처리 장치는 밸브(6)를 선택적으로 조정하기 위해 그리고 용기로부터의 가스상 반응물의 배출을 제어하기 위해 밸브(6)로의 제어 신호 전송 선로에 의해(예컨대, 도시되지 않은 적절한 밸브 작동기 요소를 통해) 접합될 수 있다.

섬프 공동은 바람직하게는 용기의 바닥 단면적의 작은 부분을 점유할 수 있다. 일반적으로, 섬프 공동의 평면 단면적은 바람직하게는 용기 바닥부의 전체 단면적의 약 25% 미만 그리고 더 바람직하게는 용기 바닥부의 전체 단면적의 약 15% 미만이다. 예컨대, 섬프 공동의 단면적은 용기의 총 단면적(바닥 면적)의 약 5 내지 약 20%의 범위 내에 있을 수 있다. 섬프 공동의 측벽은 경사형, 직선형 또는 임의의 다른 기하 형상 또는 배향일 수 있다.

본 발명의 실시에서 섬프 공동의 형상, 기하 형상 및 치수를 포함한 적절한 배열이 실제로 폭넓게 변경될 수 있다는 것이 이해될 것이다.

예컨대, 섬프 공동은 각각의 온도 센서 및 액체 반응물 레벨 센서의 하단부 부분을 위한 별개의 불연속 상호 연결 웰을 포함할 수 있다. 이들 웰은 공급 용기의 바닥 부재를 통해 연장하고 웰의 보조-바닥부 표면 부근에서 웰과 각각의 단부에서 연통하는 통로에 의해 서로와 연통되어야 한다. 이러한 상호 연결 통로는 예컨대 대체로 수평으로 연장하는 통로일 수 있거나, 이것은 예컨대 용기의 바닥 부재의 각각의 웰들 사이에 U자-형상 또는 압력계-방식 통로를 포함할 수 있거나, 이것은 섬프 공동의 웰 또는 구성 부품을 연통시킬 목적을 위한 임의의 다른 적절한 형상 및 구성을 가질 수 있다.

섬프 공동은 주조, 성형, 식각, 기계 가공(드릴링 가공, 밀링 가공, 전기 아크 기계 가공 등)을 포함한 임의의 적절한 제조 방법, 또는 용기 또는 앰풀의 내부 체적부의 하부 부분 내에 감소된 단면적의 액체 보유 체적부를 제공하는 바닥 부재 내에 공동 구조물을 제공하며 그 결과 액체의 지정된 체적이 그 전체 수직 범위에 걸쳐 균일한 단면적의 내부 체적부의 경우에서보다 높은 높이를 점유하는 임의의 다른 방법에 의해 액체 반응물 공급 용기의 바닥 부재 내에 형성될 수 있다.

시스템의 예시 동작에서, 액체 반응물이 용기(4) 내에 위치되고 가열되며, 캐리어 가스가 캐리어 가스 공급 유닛으로부터 캐리어 가스 공급 라인을 통해 그로부터 이것이 용기의 내부 체적부 내로 배출되는 가스 급송 입구(7)로 유동된다. 전구체의 증기압을 증가시키고 그에 따라 캐리어 가스 내의 케미컬의 양을 증가시 키기 위해 어떤 수단에 의해 용기를 가열할 것이 필요하다. 결과 증기 및 캐리어 가스는 용기로부터 가스상 반응물 배출 라인을 통해 배출되고, 기판 상으로의 요망된 재료층 또는 증착물의 증착을 위해 화학 기상 증착 챔버로 유동된다. 유출물 증기 및 캐리어 가스가 유출물 배출 라인에서 챔버로부터 배출된다.

이러한 동작 동안에, 용기(4) 내의 액체의 액체 반응물 레벨은 액체 반응물 레벨 센서(2)에 의해 검출된다. 용기 내부측의 액체 전구체 케미컬이 화학 기상 증착 또는 원자층 증착 사이클의 종료 시에 교환될 수 있도록 이것이 소진에 근접할 때를 인지하는 것이 중요하다. 액체 반응물 레벨은 점진적으로 하강하고 결국 최소의 액체 압력 수두(섬프 공동 내의 액체의 높이)까지 섬프 공동(3) 내로 저하하며, 이러한 시점에서 중앙 처리 장치는 레벨 감지 신호 전송 선로에 의해 대응하는 감지된 레벨 신호를 수용한다. 중앙 처리 장치는 그에 따라 밸브를 폐쇄하고 용기로의 캐리어 가스의 유동을 차단하기 위해 제어 신호 전송 선로에서 캐리어 가스 유동 제어 밸브(5)로 제어 신호를 전송하고, 또한 동시에 가스상 반응물 유동 제어 밸브(6)를 폐쇄하고 그에 의해 용기로부터의 가스상 반응물의 유동을 차단하기 위해 제어 신호 전송 선로에서 제어 신호를 전송한다.

또한, 이러한 동작 동안에, 용기(4) 내의 액체의 온도는 온도 센서(11)에 의해 검출된다. 증기압을 제어하기 위해 용기 내부측의 액체 전구체 케미컬의 온도를 감시하는 것이 중요하다. 용기 내의 액체 반응물의 온도가 과도하게 높아지면, 중앙 처리 장치가 온도 감지 신호 전송 선로에 의해 대응하는 감지된 온도 신호를 수용한다. 중앙 처리 장치는 그에 따라 밸브를 폐쇄하고 용기로의 캐리어 가스의 유동을 차단하기 위해 캐리어 가스 유동 제어 밸브(5)로 제어 신호 전송 선로에서 제어 신호를 전송하고, 또한 동시에 가스상 반응물 유동 제어 밸브(6)를 폐쇄하고 그에 의해 용기로부터의 가스상 반응물의 유동을 차단하기 위해 제어 신호 전송 선로에서 제어 신호를 전송한다.

본 발명에 따른 섬프 공동 내의 감소된 단면 및 증가된 높이의 액체 체적부 상에서의 가스상 반응물 분배 동작의 종료 시에 작용함으로써, 액체 반응물 레벨 센서 및 온도 센서는 완전한 액체 이용에 더 근접하게 액체 반응물 레벨 및 온도를 감시할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 수단 및 방법은 가스상 반응물이 선택적으로 분배되는 분야에서 최초로 공급된 액체 반응물의 체적의 95 내지 98%가 이용되게 하는 가스상 반응물의 공급 및 분배를 위한 시스템의 제공에 있어서 당업계에서 상당한 진보를 성취한다.

그에 따라, 반도체 및 초전도체 제품의 제조 등의 동작에서, 분배 용기 내로 최초로 적재된 체적의 2 내지 5%만큼의 수준까지 액체 반응물의 낭비를 감소시키는 것이 본 발명의 수단 및 방법으로 가능하다.

따라서, 본 발명의 실시는 액체 반응물 공급 및 가스상 반응물 분배 시스템 그리고 분배된 가스상 반응물이 채용되는 공정의 경제성을 현저하게 개선시킨다. 본 발명은 일부의 경우에 실제의 문제로서 종래 기술의 실시의 낭비 수준 특성에 의해 저해되었던 액체 반응물의 비용-효과적인 이용을 허용할 수 있다.

본 발명의 추가의 장점으로서, 가스상 반응물 분배 동작의 종료 시의 용기 내의 감소된 액체 반응물 재고는 그 동안에 소진된 공급 용기가 공정 시스템으로부터 교환되고 추가의 가공을 위해 또 다른 용기로 교체되는 교환 시간이 최소화되게 하며, 그 결과 이러한 종래 기술에 비해 그로부터 최초로 충전된 액체의 증가된 사용으로 인해 공급 용기에 대한 조업 시간이 연장된다.

본 발명에서 유용한 액체 반응물 전구체는 바람직하게는 유기 금속 화합물 전구체이다. 유기 금속 전구체는 비싼 금속 예컨대 루테늄, 하프늄, 탄탈, 몰리브덴, 백금, 금, 티타늄, 납, 팔라듐, 지르코늄, 비스무트, 스트론튬, 바륨, 칼슘, 안티몬 및 탈륨을 포함할 수 있다. 양호한 유기 금속 전구체 화합물은 루테늄-함유, 하프늄-함유, 탄탈-함유 및/또는 몰리브덴-함유 유기 금속 전구체 화합물을 포함한다.

본 발명의 실시예에서, 유기 금속 화합물이 분말, 피막 또는 코팅을 형성하기 위해 가스상 증착 기술에서 채용된다. 화합물은 단일의 소스 전구체로서 채용될 수 있거나 1개 이상의 다른 전구체 예컨대 적어도 1개의 다른 유기 금속 화합물 또는 금속 착물(metal complex)을 가열함으로써 발생되는 증기와 함께 사용될 수 있다.

증착이 다른 가스상 성분의 존재 하에서 수행될 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 피막 증착이 적어도 1개의 비반응성 캐리어 가스의 존재 하에서 수행된다. 비반응성 가스의 예는 질소, 아르곤, 헬륨 등의 불활성 가스 그리고 또한 공정 조건 하에서 유기 금속 화합물 전구체와 반응하지 않는 다른 가스를 포함한다. 다른 실시예에서, 피막 증착이 적어도 1개의 반응성 가스의 존재 하에서 수행된다. 채 용될 수 있는 반응성 가스의 일부는 히드라진, 산소, 수소, 공기, 산소-부화 공기, 오존(O₃), 질소 산화물(N₂O), 수증기, 유기 증기, 암모니아 등을 포함하지만 이들에 제한되지 않는다. 당업계에 공지된 바와 같이, 공기, 산소, 산소-부화 공기, O₃, N₂O 또는 산화 유기 화합물의 증기 등의 산화 가스의 존재가 금속 산화막의 형성에 유리하다.

여기에서 설명된 증착 방법이 단일의 금속을 포함하는 피막, 분말 또는 코팅, 또는 단일의 금속 산화물을 포함하는 피막, 분말 또는 코팅을 형성하도록 수행될 수 있다. 혼합 피막, 분말 또는 코팅 예컨대 혼합 금속 산화막이 또한 증착될 수 있다. 혼합 금속 산화막이 예컨대 여러 개의 유기 금속 전구체를 채용함으로써 형성될 수 있으며, 이들 중 적어도 1개가 위에서 설명된 유기 금속 화합물로부터 선택된다.

가스상 피막 증착이 예컨대 약 1 ㎚ 내지 1 ㎜ 초과의 범위 내의 요망된 두께의 피막층을 형성하도록 수행될 수 있다. 여기에서 설명된 전구체는 박막 예컨대 약 10 ㎚ 내지 약 100 ㎚의 범위 내의 두께를 갖는 피막을 생성시키는 데 특히 유용하다. 본 발명의 피막이 특히 논리부 내의 n-채널 금속 전극으로서, DRAM 분야를 위한 커패시터 전극으로서 그리고 유전체 재료로서 예컨대 금속 전극을 조립하기 위해 고려될 수 있다.

또한, 증착 방법은 층들 중 적어도 2개가 상 또는 조성 면에서 상이한 적층 피막을 준비하는 데 적절하다. 적층 피막의 예는 금속-절연체-반도체 및 금속-절 연체-금속을 포함한다.

유기 금속 화합물 전구체는 화학 기상 증착 또는 더 구체적으로 당업계에 공지된 금속 유기 화학 기상 증착 공정에서 채용될 수 있다. 예컨대, 위에서 설명된 유기 금속 화합물 전구체는 저압 화학 기상 증착 공정뿐만 아니라 대기압 화학 기상 증착 공정에서 사용될 수 있다. 화합물은 기판만 가열되는 기술인 저온 또는 중온 벽 방식의 화학 기상 증착뿐만 아니라 전체의 반응 챔버가 가열되는 방법인 고온 벽 화학 기상 증착에서 채용될 수 있다.

또한, 위에서 설명된 유기 금속 화합물 전구체는 플라즈마로부터의 에너지 또는 전자기 에너지가 각각 화학 기상 증착 전구체를 활성화시키는 데 사용되는 플라즈마 또는 광-보조식 화학 기상 증착 공정에서 사용될 수 있다. 또한, 화합물은 각각 이온 빔 또는 전자 빔이 화학 기상 증착 전구체를 분해하는 에너지를 공급하기 위해 기판으로 유도되는 이온-빔, 전자-빔 보조식 화학 기상 증착 공정에서 채용될 수 있다. 레이저 광이 화학 기상 증착 전구체의 광분해 반응에 영향을 미치기 위해 기판으로 유도되는 레이저-보조식 화학 기상 증착 공정이 또한 사용될 수 있다.

증착 방법은 당업계에 공지된 바와 같이 예컨대 고온- 또는 저온-벽 반응기, 플라즈마-보조식, 빔-보조식 또는 레이저-보조식 반응기 등의 다양한 화학 기상 증착 반응기에서 수행될 수 있다.

증착 방법을 채용하여 코팅될 수 있는 기판의 예는 Al, Ni, Ti, Co, Pt, Ta 등의 금속 기판, TiSi₂, CoSi₂, NiSi₂ 등의 금속 실리사이드, Si, SiGe, GaAs, InP, 다이아몬드, GaN, SiC 등의 반도체 재료, SiO₂, Si₃N₄, HfO₂, Ta₂O₅, Al₂O₃, 바륨 스트론튬 티타네이트(BST) 등의 절연체, TiN, TaN 등의 배리어 물질 등의 고체 기판, 또는 이들 재료의 조합을 포함하는 기판을 포함한다. 추가로, 피막 또는 코팅이 유리, 세라믹, 플라스틱, 열경화성 중합체 재료 상에 그리고 다른 코팅 또는 피막층 상에 형성될 수 있다. 양호한 실시예에서, 피막 증착부가 전자 부품의 제조 또는 가공에서 사용되는 기판 상에 있다. 다른 실시예에서, 기판이 고온에서의 산화제의 존재 하에서 안정된 낮은 비저항 전도체 증착물 또는 광 투과성 피막을 지지하는 데 채용된다.

증착 방법은 매끄러운 평탄 표면을 갖는 기판 상에 피막을 증착하도록 수행될 수 있다. 실시예에서, 증착 방법은 웨이퍼 제조 또는 가공에서 사용되는 기판 상에 피막을 증착하도록 수행된다. 예컨대, 증착 방법은 트렌치, 홀 또는 비아 등의 특징부를 포함하는 패터닝된 기판 상에 피막을 증착하도록 수행될 수 있다. 나아가, 또한, 증착 방법은 마스킹, 식각 등의 웨이퍼 제조 또는 가공에서 다른 단계와 일체화될 수 있다.

화학 기상 증착 피막이 요망된 두께까지 증착될 수 있다. 예컨대, 형성된 피막이 두께 면에서 1 ㎛ 미만, 바람직하게는 500 ㎚ 미만 그리고 더 바람직하게는 200 ㎚ 미만일 수 있다. 두께 면에서 50 ㎚ 미만인 피막 예컨대 약 0.1 내지 약 20 ㎚ 사이의 두께를 갖는 피막이 또한 생성될 수 있다.

위에서 설명된 유기 금속 화합물 전구체가 또한 그 동안에 기판이 전구체, 산화제 및 불활성 가스 스트림의 교대 펄스에 노출되는 원자층 증착 또는 원자층 핵생성 기술에 의해 피막을 형성하기 위해 본 발명의 방법에서 채용될 수 있다. 순차적인 층 증착 기술이 예컨대 미국 특허 제6,287,965호 및 제6,342,277호에 기재되어 있다. 양쪽 특허의 개시 내용이 온전히 참조로 여기에 합체되어 있다.

예컨대, 1개의 원자층 증착 사이클에서, 기판이 단계식 방식으로 a) 불활성 가스, b) 전구체 증기를 운반하는 불활성 가스, c) 불활성 가스, 그리고 d) 단독으로 또는 불활성 가스와 함께 산화제에 노출된다. 일반적으로, 각각의 단계는 장비가 허용할 수 있는 정도로 짧을 수 있고(예컨대, 밀리초) 공정이 요구하는 정도로 길 수 있다(예컨대, 수 초 또는 분). 1개의 사이클의 지속 시간은 수 밀리초 정도로 짧을 수 있고 수 분 정도로 길 수 있다. 사이클은 수 분 내지 수 시간의 범위에 있을 수 있는 기간에 걸쳐 반복된다. 생성된 피막은 수 ㎚ 내외 예컨대 1 ㎜일 수 있다.

본 발명의 다양한 변형 및 변경이 당업자에게 명백할 것이며, 이러한 변형 및 변경이 본원의 목적 그리고 청구의 범위의 사상 및 범주 내에 포함되도록 해석되어야 한다.

예 1

주위 온도에서의 고체: 테트라키스 디메틸 아미노 하프늄(TDMAH)이 대략 29℃에서 용해된다. 적절한 분배 온도는 40 내지 100℃ 사이에 있을 것이다. 캐리어 가스는 헬륨, 질소 또는 아르곤 등의 임의의 불활성 가스일 수 있다. 가스의 압력은 수 Torr 내지 수 psi 사이에서 변동할 수 있다.

예 2

주위 온도에서의 액체: 테트라키스 디메틸 아미노 하프늄(TDMAH)이 액체라고 하더라도 더 낮은 증기압을 갖는다. 적절한 분배 온도는 80 내지 120℃ 사이에 있을 것이다. 캐리어 가스는 헬륨, 질소 또는 아르곤 등의 임의의 불활성 가스일 수 있다. 가스의 압력은 수 Torr 내지 수 psi 사이에서 변동할 수 있다.

Claims

제거 가능한 상부벽 부재에 의해 상단부가 한정되며 저부벽 부재에 의해 하단부가 한정되어 그 사이에 내부 체적부를 형성하며, 상기 저부벽 부재는 주 바닥부 표면으로부터 하향으로 연장하는 섬프 공동을 포함하는 주 바닥부 표면을 가지며, 상기 섬프 공동은 보조-바닥부 표면에 의해 그 하단부에서 한정되며, 섬프 공동의 적어도 일부가 저부벽 부재 상에 중심으로 위치되고 섬프 공동의 적어도 일부는 저부벽 부재 상에 편심으로 위치되는, 원통형의 폐쇄형 용기와,

용기 외부의 상단부로부터 상부벽 부재의 중심으로 위치된 부분을 통해 그리고 용기의 내부 체적부 내로 대체로 수직하게 하향으로 저부벽 부재 상에 중심으로 위치된 섬프 공동 부분의 하단부까지 연장하는 온도 센서로서, 온도 센서의 하단부가 섬프 공동의 보조-바닥부 표면에 불간섭 근접하게 위치되는 온도 센서와,

용기 외부의 상단부로부터 상부벽 부재의 편심으로 위치된 부분을 통해 그리고 용기의 내부 체적부 내로 대체로 수직하게 하향으로 저부벽 부재 상에 편심으로 위치된 섬프 공동 부분의 하단부까지 연장하는 액체 반응물 레벨 센서로서, 액체 반응물 레벨 센서의 하단부가 섬프 공동의 보조-바닥부 표면에 불간섭 근접하게 위치되는 액체 반응물 레벨 센서를 포함하며,

온도 센서는 용기 내의 액체 반응물의 온도를 측정하기 위해 섬프 공동 내에 작동식으로 배열되며, 액체 반응물 레벨 센서는 용기 내의 액체 반응물의 레벨을 측정하기 위해 섬프 공동 내에 작동식으로 배열되며, 온도 센서와 액체 반응물 레 벨 센서는 섬프 공동 내에서 서로 불간섭 근접하게 위치되고, 온도 센서와 액체 반응물 레벨 센서는 섬프 공동 내에서 액체 반응물 유동 연통하는 가스상 반응물 분배 장치.
제1항에 있어서,

캐리어 가스 급송 입구 개구를 갖는 상부벽 부재의 편심으로 위치된 부분과,

용기의 내부 체적부 내로의 캐리어 가스의 분배를 위해 캐리어 가스 급송 입구 개구로부터 상향으로 그리고 상부벽 부재로부터 외부로 연장하고, 통과하는 캐리어 가스의 유동을 제어하기 위한 캐리어 가스 유동 제어 밸브를 내부에 포함하는 캐리어 가스 급송 라인과,

가스상 반응물 출구 개구를 갖는 상부벽 부재의 편심으로 위치된 부분과,

용기의 내부 체적부로부터의 가스상 반응물의 제거를 위해 가스상 반응물 출구 개구로부터 상향으로 그리고 상부벽 부재로부터 외부로 연장하고, 통과하는 가스상 반응물의 유동을 제어하기 위한 가스상 반응물 유동 제어 밸브를 내부에 포함하는 가스상 반응물 배출 라인을 더 포함하는 가스상 반응물 분배 장치.
제1항에 있어서, 가스상 분배 증착 시스템과 가스상 반응물 유동 연통하는 가스상 반응물 배출 라인을 더 포함하며, 상기 증착 시스템은 화학 기상 증착 시스템 및 원자층 증착 시스템으로부터 선택되는 가스상 반응물 분배 장치.
제1항에 있어서, 섬프 공동은 저부벽 부재의 면적의 작은 부분을 포함하는 가스상 반응물 분배 장치.
제1항에 있어서, 섬프 공동은 저부벽 부재 표면적의 20% 미만을 점유하는 가스상 반응물 분배 장치.
제1항에 있어서, 섬프 공동은 저부벽 부재 표면의 평면도에서 아령 형상을 갖는 가스상 반응물 분배 장치.
제1항에 있어서, 섬프 공동은 서로 액체 유동 연통하는 2개의 횡단 방향으로 이격된 웰을 포함하며, 웰들 중 하나가 내부에 배치된 온도 센서의 하단부를 갖고 나머지 하나가 내부에 배치된 액체 반응물 레벨 센서의 하단부를 갖는 가스상 반응물 분배 장치.
제1항에 있어서, 액체 반응물 레벨 센서의 하단부는 액체 반응물이 폐쇄형 용기 내에 수용된 때 액체 반응물의 적어도 95%의 이용을 가능케 하기 위해 섬프 공동의 보조-바닥부 표면에 충분히 가깝게 근접하는 가스상 반응물 분배 장치.
제1항에 있어서, 상기 액체 반응물 레벨 센서는 초음파 센서, 광학 센서 및 플로트형 센서로 구성되는 그룹으로부터 선택되며, 상기 온도 센서는 서머웰 및 서 머커플을 포함하는 가스상 반응물 분배 장치.
제1항에 있어서, 가스상 반응물은 루테늄, 하프늄, 탄탈, 몰리브덴, 백금, 금, 티타늄, 납, 팔라듐, 지르코늄, 비스무트, 스트론튬, 바륨, 칼슘, 안티몬 및 탈륨으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 금속을 위한 전구체를 포함하는 가스상 반응물 분배 장치.
제7항에 있어서, 액체 반응물 레벨 센서 웰은 요크 통로에 의해 온도 센서 웰에 연결되고, 이에 의해 섬프 공동의 아령 형태를 형성하는 가스상 반응물 분배 장치.
제1항에 있어서, 섬프 공동은 적어도 부분적으로 경사형 벽 표면에 의해 형성되는 가스상 반응물 분배 장치.
제2항에 있어서, 캐리어 가스 급송 라인에 결합되는 캐리어 가스 소스를 더 포함하는 가스상 반응물 분배 장치.
제13항에 있어서, 캐리어 가스 소스는 고압 가스 실린더, 극저온 공기 분리 플랜트 및 압력 변동 공기 분리 유닛으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 가스상 반응물 분배 장치.
제2항에 있어서,

화학 기상 증착 챔버 및 원자층 증착 챔버로부터 선택되며, 상기 가스상 반응물 배출 라인에 의해 장치와 연결되는 증착 챔버와,

증착 챔버 내에 수용되고 가스상 반응물 배출 라인과 수용 관계로 위치되는 가열 가능한 서셉터와,

증착 챔버에 연결되는 유출물 배출 라인을 더 포함하며,

가스상 반응물이 가열 가능한 서셉터 상의 기판과의 접촉을 위해 가스상 반응물 배출 라인을 통해 그리고 증착 챔버 내로 통과되고, 임의의 잔여 유출물이 유출물 배출 라인을 통해 배출되는 가스상 반응물 분배 장치.
증착 챔버로 가스상 반응물을 분배하는 방법이며,

(a) 제2항에 따른 가스상 반응물 분배 장치를 제공하는 단계와,

(b) 상기 가스상 반응물 분배 장치에 주위 온도에서 액체 또는 고체인 반응물을 추가하는 단계와,

(c) 가스상 반응물을 제공하기 위해 반응물을 증발시킬 정도로 충분한 온도까지 상기 가스상 반응물 분배 장치 내의 반응물을 가열하는 단계와,

(d) 상기 가스상 반응물 분배 장치 내로 캐리어 가스를 급송하는 단계와,

(e) 상기 가스상 반응물 분배 장치로부터 가스상 반응물 배출 라인을 통해 가스상 반응물 및 캐리어 가스를 인출하는 단계와,

(f) 상기 증착 챔버 내로 가스상 반응물 및 캐리어 가스를 급송하는 단계를 포함하는 가스상 반응물의 분배 방법.
제16항에 있어서,

(g) 증착 챔버 내의 가열 가능한 서셉터 상의 기판과 가스상 반응물을 접촉시키는 단계와,

(h) 증착 챔버에 연결되는 유출물 배출 라인을 통해 임의의 잔여 유출물을 배출하는 단계를 더 포함하는 가스상 반응물의 분배 방법.
제16항에 있어서, 증착 챔버는 화학 기상 증착 챔버 및 원자층 증착 챔버로부터 선택되는 가스상 반응물의 분배 방법.
제17항에 있어서, 상기 기판은 금속, 금속 실리사이드, 반도체, 절연체 및 배리어 물질로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함하는 가스상 반응물의 분배 방법.
제17항에 있어서, 상기 기판은 패터닝된 웨이퍼인 가스상 반응물의 분배 방법.