KR20080089594A - 저증기압 전구체를 위한 용매로서의 알킬실란 - Google Patents
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Abstract
본 원은 알킬실란을 사용한 침착 시스템을 세정하는 조성물 및 방법을 기술한다. 하나의 실시태양에 있어서, 반도체 제조 시스템을 세정하는 방법은 하나 이상의 알킬실란을 포함하는 용매로 시스템을 세척하는 것을 포함한다. 다른 실시태양에 있어서, 하나 이상의 화학 전구체를 반도체 제조 시스템으로부터 제거하는 방법은 하나 이상의 알킬실란을 함유하는 용매가 반도체 제조 시스템을 통과하도록 하는 것 및 하나 이상의 화학 전구체를 용매 중에서 용해하는 것을 포함한다. 용매는 또한 상이한 알킬실란 및 다른 유기 용매의 혼합물을 함유할 수도 있다.
알킬실란, 침착시스템, 반도체 제조 시스템, 화학 전구체
Description
본 발명은 전체적으로 박막 침착의 분야에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 침착 시스템을 세정하여 잔여 화학 전구체를 제거하는 방법에 관한 것이다.
화학 증착에 있어서, 정화통을 바꾸고 공정을 진행시킨 후, 금속 운송 라인 및 컨테이너 중에 잔존하는 잔여 화학물질은 완전히 세정되어야 한다. 화학적 증착 (CVD) 또는 원자층 침착 (ALD) 기술을 사용하는 박막 침착에서 유기금속 전구체 및 무기 화학물질을 사용한다. 이러한 전구체 대다수는 공기에 극히 민감하고, 산소, 물의 존재 중에서, 또는 고온에서 빠르게 분해한다. 분해 생성물은 침착 챔버 및 운송 라인을 오염시킨다.
오염을 방지하는데 사용하는 통상적인 방법은 운송 라인을 용매로 세척하는 것이다. 현재는 탄화수소 용매가 가장 흔하게 사용되는 용매이다. 예는 펜탄, 헥산, 및 옥탄을 포함한다. 그러나 화학 증착에서 사용되는 화학 전구체는 상기 용매에서 제한된 용해도를 갖는다. 따라서, 잔여 전구체를 효율적으로 제거하기 위해 이러한 용매는 고체적이 필요하다. 더욱이, 이러한 용매의 일부는 상대적으로 낮은 증기압을 가져, 그들을 건조시키기 어렵게 한다. 몇몇 경우에 있어서, 존재하는 용매는 침착 챔버 및 운송 라인을 오염 및 부식시킬 수도 있는 허용할 수 없는 양의 습기를 함유할 수도 있다.
결론적으로, CVD 전구체를 용해하는 것이 가능하고 충분히 높은 증기압을 가져 원하는 건조 속도를 달성하는, 보편적이고, 안정한 용매가 필요하다.
간단한 요약
알킬실란을 이용하여 반도체 제조 시스템을 세정하는 조성물 및 방법을 본원에서 기재한다. 알킬실란은 당업계에서 현재 사용되는 용매에 대한 저가의 대체물이다. 알킬실란은 비용효율이 높을 뿐만 아니라, 효율적인 세정 용매이기 위한 다른 기준을 또한 충족시킨다. 특히, 알킬실란은 매우 휘발성이고, 즉, 낮은 끓는점을 갖고, 반도체 제조 공정에서 잔존하는 화학물질의 잔류물과 반응하지 않는 경향이 있다. 또한, 침착 공정에 의해 잔존하는 화학물질의 잔류물은 알킬실란 중에서 매우 가용성이다. 추가로, 알킬실란은 극히 낮은 물 함량을 갖는 경향이 있다. 따라서, 알킬실란을 사용하는 용매는 선행기술에 비해 몇 가지 이점을 나타낸다.
당업계에서의 이들 및 다른 요구가 하나 이상의 알킬실란을 포함하는 용매로 시스템을 세척하는 것을 포함하는 반도체 제조 시스템 세정 방법에 의해 하나의 실시태양에서 다루어졌다.
다른 실시태양에서, 반도체 제조 시스템으로부터 하나 이상의 화학 전구체를 제거하는 방법은 하나 이상의 알킬실란을 함유한 용매가 반도체 제조 시스템을 통과하도록 하는 것 및 용매 중에서 상기의 하나 이상의 화학 전구체를 용해하는 것을 포함한다.
상기 기술은 하기의 본 발명의 상세한 설명을 더 잘 이해할 수도 있도록 하기 위해 본 발명의 특성 및 기술적 이점을 상당히 넓게 개괄하였다. 본 발명의 청구항들의 대상을 형성하는 본 발명의 추가적인 특성 및 이점은 하기에서 기술할 것이다. 본 원에 기재된 발상 및 특정 실시태양은 본 발명과 동일한 목적을 수행하는 다른 구조를 개질 또는 고안하기 위한 기초로 용이하게 이용할 수도 있다는 것이 당업자에 의해 이해된다. 상기 등가 구조들은 첨부된 청구항에 개재된 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는다는 것이 또한 당업자에 의해 파악된다.
표시법 및 명명법
특정 용어들을 하기의 설명 및 청구항에 두루 사용하여 하기의 특정 시스템 성분들을 지칭한다. 본 원은 이름은 상이하지만, 기능은 상이하지 않은 성분들을 구분하려는 의도는 없다.
하기의 논의 및 청구항에 있어서, "비롯한" 및 "포함하는"의 용어는 구분없이 사용되고, "포함하지만, 이에 제한되지는 않는"을 의미하는 것으로 해석되어야한다.
바람직한 실시태양의 상세한 설명
하나의 실시태양에 있어서, 본 발명은 하나 이상의 알킬실란을 포함하는 용매로 시스템을 세척하여 반도체 제조 시스템을 세정하는 방법을 제공한다. 알킬실란은 극성이고, 극히 안정하고, 낮은 온도에서 상대적으로 높은 증기압을 갖는 화합물이다. 바람직하게는, 본 발명에서 사용된 알킬실란은 25℃에서 약 80 kPa (600 torr) 이상의 증기압을 갖는다.
특정 실시태양에서, 알킬실란은 하기의 구조를 갖는다:
Si(R)n
식 중, R은 임의의 적합한 알킬기를 포함하고, n은 Si 원자에 결합한 알킬기의 수를 나타내는 정수이다. 바람직한 실시태양에서, R은 1 내지 10개의 탄소, 바람직하게는 약 1 내지 4개의 탄소를 함유하는 알킬기이다. 바람직한 실시태양에서, R은 메틸기이다. 다른 적합한 알킬기의 예는 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, t-부틸기 등을 포함하지만 이에 한정되지 않는다. 또한 바람직한 실시태양에 있어서, "n"은 1 내지 4 범위의 정수이다. 바람직한 실시태양에 따르면, n은 4이다. 특정 실시태양에 있어서, 알킬실란은 테트라메틸실란 (TMS)이다.
다른 실시태양에서, 상기 알킬실란은 하기의 구조식을 갖는다:
Si2(R)n
식 중, n은 역시 Si 원자에 결합한 알킬기의 수를 나타내는 정수이다. 바람직하게는 n은 6이다. 그러나, n은 1 내지 6 범위의 알킬기일 수도 있다. R은 역시 임의의 적합한 알킬기일 수도 있지만, 바람직하게는 메틸기이다.
바람직한 실시태양에 따르면, 상기 용매는 95 중량% 이상의 알킬실란, 더욱 바람직하게는 99 중량% 이상의 알킬실란을 포함한다. 또 다른 실시태양에 있어서, 상기 용매는 적어도 둘 이상의 상이한 알킬실란 조성물의 혼합물을 포함한다. 하나의 예로서, 용매의 약 50 중량%는 테트라메틸실란을 포함할 수도 있고, 용매의 약 50 중량%의 테트라에틸실란을 포함할 수도 있다.
다른 실시태양에 있어서, 상기 용매는 알킬실란 및 다른 용매의 혼합물을 포함한다. 다른 용매의 예는 탄화수소 (예를 들어, 펜탄, 헥산, 옥탄), 에테르 (예를 들어, 디에틸에테르, 테트라히드로푸란), 아민 (예를 들어, 트리에틸아민), 케톤 (예를 들어, 아세톤), 및 알코올 (예를 들어, 이소프로필 알코올) 등을 포함하지만 이에 한정되지 않는다. 하나의 실시태양에서, 상기 용매 혼합물은 약 50 중량%의 알킬실란 및 약 50 중량%의 다른 용매를 포함한다. 추가로, 알킬실란 함유 용매는 약 10 ppm 미만의 물, 더욱 바람직하게는 약 5 ppm 미만의 물을 포함한다.
본 발명의 알킬실란 용매 조성물은 전형적으로 스테인레스강과 같은 금속으로 만들어진 반도체 제조 시스템의 표면을 세정하는 것이 가능하다. 추가로, 본 원에 기재된 용매 조성물은 반도체 제조 시스템에 사용된 임의의 물질의 표면을 세정하는 것이 가능하다. 본 발명의 용매 조성물은 반도체 제조에 사용된 유기금속 화합물 및 무기 화학물질에 의해 잔존하는 잔류물을 용해하는 것이 가능하다는 것이 밝혀졌다. 그러한 화합물의 예는 Ti, Ta, Nb, Hf, Si, La, Ru, Pt, Cu 등의 전이금속 복합체를 포함하지만 이에 한정되지 않는다. 전이금속 복합체의 예로는 염화티탄, 염화하프늄, 티타늄 아미드 복합체, Hf(NRR')4, Ti(NRR')4, Ta(NN')5, Si(NRR')4, La(TMSA), 루테늄 알킬, 도펀트, 예를 들어, 트리에톡시보론 (TEB), 트리에틸포스파이트 (TEPO), 트리메틸포스파이트 (TMPO), 또는 그것의 조합을 포함하지만 이에 한정되지 않는다. 더욱이, 본 발명의 알킬실란 용매는 이러한 화학 전구체에 실질적으로 불활성이다. 즉, 상기 용매는 화학 전구체 또는 그것의 잔류물과 반응하여 추가적인 오염 화합물을 형성하지 않는다.
하나의 실시태양에서, 반도체 제조 시스템으로부터 하나 이상의 화학 전구체를 제거하는 방법은 하나 이상의 알킬실란을 함유하는 용매가 반도체 제조 시스템을 통과하도록 하는 것을 포함한다. 알킬실란 용매를 제조 시스템을 통과하도록 하는 것은 제조 공정 이후에 잔존하는 임의의 화학 전구체 또는 잔류물을 제거하도록 작용한다. 알킬실란 용매가 시스템의 금속 표면과 접촉할 때, 용매는 시스템 중에 잔존하는 임의의 화학 전구체 잔류물을 용해한다. 바람직하게는 용매는 잔여 화학 전구체를 모두를 용해하기에 충분한 시간 동안 시스템의 금속 표면과 접촉한다. 전형적으로, 상기 용매는 약 0.1 내지 약 5 표준 리터/분의 범위의 유속으로 라인 전체를 세척한다. 세척한 용매는 적은 양으로 존재하는 경우 배기 건조 펌프를 통해 제거하거나, 주기적으로 버리기 위하여 도구 상의 폐기 용매 정화통에 수거할 수 있다.
본 발명의 방법은 통상적인 당업자에게 일반적으로 알려진 임의의 용매 퍼징 공정 또는 진행 중에 혼입될 수도 있다. 예를 들어, 전형적인 용매 퍼징 진행에 있어서, 화학 전구체 보관 컨테이너의 밸브를 우선 잠근다. 용매 탱크 또는 정화조로부터의 알킬실란 함유 용매가 제조 시스템 전체를 세척 또는 펌프질하는 용매 퍼징 작업이 그 다음 개시된다. 일반적으로, 제조 시스템은 화학적 운송 캐비넷, 전구체가 표면을 습윤시킨 라인, 중간 밸브, 유량제어기, 웨이퍼 제조 시스템상의 기화기 등을 포함하지만 이에 한정되지 않는 다수의 성분을 포함한다. 상기 용매 퍼징 공정은 완전히 자동화되거나 또는 수동으로 실행될 수도 있다. 알킬실란 용매 조성물은 세척되거나 또는 불활성 가스, 예를 들어, N2 또는 He로 용매를 가압하여 제조 시스템을 통과시킨 다음, 진공을 사용하여 라인 중의 잔여 용매를 건조시킨다.
용매가 시스템을 통과하도록 한 후, 상기 용매를 거기에 용해된 화학 전구체 또는 잔류물과 함께 시스템으로부터 제거한다. 용매의 완전한 제거는 진공 하에서 용매를 증발시켜 달성할 수 있다. 별법으로, 질소 또는 몇몇 다른 불활성 가스를 시스템을 통과하도록 불어넣어 알킬실란 용매를 건조시킬 수도 있다. 일반적으로, 상기 시스템을 10회 이상, 바람직하게는 20회, 더욱 바람직하게는 30회 반복적으로 세척하고 건조시킨다. 더욱이, 다른 실시태양에서, 반도체 제조 시스템을 세척하고 건조함에 따라 시스템 중에 대략 10 ppm 미만의 화학 전구체가 남는 경우 10-7 내지 10-9 torr의 원하는 베이스압력이 달성되었다.
일반적으로, 알킬실란은 반도체 또는 박막 제조 시스템의 운송 라인을 세정하는 데 사용된다. 그러나 알킬실란은 공기의 존재 중에 분해하는 경향이 있는 화학 전구체와 접촉하는 시스템 중의 임의의 컨테이너, 챔버, 도구 또는 밸브를 세정하는데 사용될 수도 있다. 반도체 제조 시스템은 반도체 제조에 관여하는 임의의 부품, 라인, 밸브, 챔버, 공정 도구, 컨테이너를 포함한다. 반도체 제조 시스템의 예는 화학적 증착 시스템, 박막 제조 시스템, 원자층 침착 시스템 등을 포함하지만 이에 한정되지 않는다.
비록 본 발명 및 그것의 이점이 상세히 기술되었지만, 다양한 변화, 대체 및 개조는 첨부된 청구항에 의해 정의된 것과 같은 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 이루어질 수도 있는 것으로 이해되어야만 한다.
Claims (27)
- 하나 이상의 알킬실란을 포함하는 용매로 시스템을 세척하는 것을 포함하는 반도체 제조 시스템 세정 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 알킬실란이 하기 화학식을 포함하는 방법:Si(R)n(식 중, R은 알킬기이고, n은 알킬기의 수를 나타내는 정수이다.)
- 제2항에 있어서, 상기 n이 4인 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 R이 메틸기인 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 알킬실란이 테트라메틸실란인 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 R이 에틸, 프로필, 이소-프로필, 부틸, 또는 t-부틸로 이루어진 군으로부터의 알킬을 포함하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 알킬실란이 하기 화학식을 포함하는 방법:Si2(R)n(식 중에서, R은 알킬기이고, n은 Si 원자에 결합한 알킬기의 수를 나타내는 정수이다.)
- 제7항에 있어서, 상기 n이 6인 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 용매가 하나 이상의 알킬실란 및 하나 이상의 유기 용매의 혼합물을 포함하는 방법.
- 제9항에 있어서, 상기 하나 이상의 유기 용매가 디클로로메탄, 아세톤, 클로로포름, 펜탄, 헥산, 헵탄, 옥탄, 또는 에틸 에테르로 이루어진 군으로부터 선택되는 방법.
- 제1항에 있어서, 대기압 미만으로 시스템의 기압을 감소시켜 시스템으로부터 용매를 건조시키는 것을 추가로 포함하는 방법.
- 제11항에 있어서, 시스템 중에 약 10 ppm 미만의 물이 남도록 시스템을 건조 시키는 것을 추가로 포함하는 방법.
- 제12항에 있어서, 시스템 중에 약 10 ppm 미만의 하나 이상의 화학 전구체가 남도록 시스템을 건조시키는 것을 추가로 포함하는 방법.
- 제11항에 있어서, 시스템을 1회 초과의 세척 및 건조를 하는 것을 추가로 포함하는 방법.
- 제11항에 있어서, 시스템을 약 10 내지 30회 세척 및 건조하는 것을 포함하는 방법.
- a) 하나 이상의 알킬실란을 함유하는 용매를 반도체 제조 시스템을 통과하도록 하는 것; 및b) 용매 중에서 하나 이상의 화학 전구체를 용해하는 것을 포함하는 반도체 제조 시스템으로부터 하나 이상의 화학 전구체를 제거하는 방법.
- 제16항에 있어서, 반도체 제조 시스템으로부터 용매를 제거하는 것을 추가로 포함하는 방법.
- 제16항에 있어서, 상기 하나 이상의 알킬실란이 하기의 화학식을 포함하는 방법:Si(R)n(식 중, R은 알킬기이고, n은 알킬기의 수를 나타내는 정수이다.)
- 제18항에 있어서, 상기 n이 4인 방법.
- 제18항에 있어서, 상기 R이 메틸기인 방법.
- 제16항에 있어서, 상기 하나 이상의 알킬실란이 테트라메틸실란인 방법.
- 제16항에 있어서, 상기 하나 이상의 화학 전구체가 유기금속 화합물인 방법.
- 제16항에 있어서, 상기 하나 이상의 화학 전구체가 저증기압 화합물인 방법.
- 제16항에 있어서, 상기 하나 이상의 알킬실란이 약 99 중량 % 이상의 용매를 포함하는 방법.
- 제16항에 있어서, 상기 용매가 상이한 알킬실란의 혼합물을 포함하는 방법.
- 제16항에 있어서, 상기 용매가 하나 이상의 알킬실란 및 하나 이상의 유기 용매의 혼합물을 포함하는 방법.
- 제16항에 있어서, 상기 용매가 약 10 ppm 미만의 물을 포함하는 방법.
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