KR20090006144A - 에피택셜막을 형성하는 동안 이용되는 가스 매니폴드들 - Google Patents

에피택셜막을 형성하는 동안 이용되는 가스 매니폴드들 Download PDF

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KR20090006144A
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데이비드 이시카와
크레이그 알. 메츠너
알리 죠자지
이환 김
알카디 브이. 사모이로브
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

기판상에 에피택셜층을 형성하도록 구성된 에피택셜 챔버; 상기 에피택셜 챔버에 적어도 하나의 증착 가스 및 캐리어 가스를 공급하도록 구성된 증착 가스 매니폴드; 및 상기 증착 가스 매니폴드와 분리되며 상기 에피택셜 챔버에 적어도 하나의 에천트 가스 및 캐리어 가스를 공급하도록 구성된 에천트 가스 매니폴드를 포함하는 에피택셜막 형성 방법, 시스템 및 장치가 제공된다. 다양한 다른 면들이 개시된다.

Description

에피택셜막을 형성하는 동안 이용되는 가스 매니폴드들{GAS MANIFOLDS FOR USE DURING EPITAXIAL FILM FORMATION}
본 출원은 "에피택셜막을 형성하는 동안 이용되는 가스 매니폴들"란 명칭으로 2006년 4월 7일자로 출원된 미국 가특허출원 No.60/790,227호(도켓 No. 10302/L)의 우선권을 청구한다. 또한 본 출원은 "에피택셜막 형성을 위한 클러스터 툴"이란 명칭으로 2006년 4월 7일자로 출원된 미국 가특허출원 No. 60/790,066호(도켓 No.10318/L), 2005년 1월 28일자로 출원된 미국 특허출원 No. 11/047,323호(도켓 No. 9793), 및 2004년 12월 1일자로 출원된 미국 특허출원 No. 11/011,774호(도켓 No. 9618)의 CIA로 이의 우선권을 청구하는 2005년 9월 14일자로 출원된 미국 특허출원 No. 11/227,974호(도켓 No. 9618/P1)에 관한 것이다. 상기 출원들 각각은 본 명세서에서 참조된다.
본 발명은 전반적으로 반도체 소자 제조에 관한 것으로, 특히 에피택셜막을 형성하는 동안 이용되는 가스 매니폴드들에 관한 것이다.
종래의 선택적 에피택셜 프로세스는 증착 반응 및 에칭 반응을 수반한다. 증착 및 에칭 반응들은 에피택셜층 및 다결정성층에 대해 상대적으로 상이한 반응 속도들로 동시적으로 발생한다. 증착 프로세스 동안, 에피택셜층은 단결정성 표면 상에 형성되는 반면, 다결정성층은 적어도 하나의 제 2층, 이를 테면 제공되는 다결정성층 및/또는 비정질층상에 증착된다. 그러나 증착된 다결정성층은 일반적으로 에피택셜층보다 빠른 속도로 에칭된다. 따라서, 에천트 가스의 농도를 변화시킴으로써, 최종(net) 선택적인 프로세스는 제한된 에피택셜 물질의 증착물을 산출하거나 또는 다결정성 물질을 증착물을 산출하지 않는다. 예를 들어, 선택적인 에피택셜 프로세스는 스페이서상에 증착물을 남기지 않으면서, 단결정성 실리콘 표면상에 실리콘-함유 물질의 에피층 형성을 산출할 수 있다.
일반적으로 선택적 에피택셜 프로세스는 몇 가지 단점을 갖는다. 이러한 에피택셜 프로세스 동안 선택도(selectivity)를 유지하기 위해서는, 증착 프로세스 동안 전구체들의 화학적 농도뿐만 아니라 반응 온도가 조절 및 조작되어야 한다. 충분한 실리콘 전구체로 관리되지 않는다면, 에칭 반응이 우세해져 전체 프로세스는 느려진다. 또한, 기판 피쳐들(features)에 대해 유해한 오버 에칭이 발생할 수 있다. 충분한 실리콘 전구체로 관리되지 않는다면, 증착 반응이 우세해져 기판 표면 양단에 단결정성 및 다결정성 물질들을 형성하기 위한 선택도가 감소된다. 또한, 종래의 선택적 에피택셜 프로세스는 통상적으로 높은 반응 온도, 이를 테면 약 800℃, 1000℃ 또는 그 이상의 온도를 요구한다. 열적 예산을 고려하여 그리고 기판 표면에 대한 제어불가능한 질화 반응 가능성 때문에, 이러한 높은 온도는 제조 프로세스 동안 바람직하지 못하다.
종래의 선택적 에피택셜 프로세스에 대한 대안책으로서, 앞서 언급된 2004년 12월 1일자로 출원된 미국 특허출원 No. 11/011,774호(도켓 No. 9618)는 원하는 에 피택셜층의 두께가 형성될 때까지 증착 프로세스 및 에칭 프로세스의 주기를 반복하는 단계를 포함하는 교번식 가스 공급(AGS) 프로세스를 개시한다. AGS 프로세스는 개별 증착 및 에칭 단계들을 이용하기 때문에, 증착 전구체 농도는 에칭 단계 동안에 유지될 필요가 없고 에칭 전구체 농도는 증착 단계 동안에 유지될 필요가 없다. 일부 경우에서, 낮은 반응 온도가 이용될 수 있다.
선택적 에피택셜 및 AGS 프로세스 모두에 대해, 이러한 프로세스들을 효율적으로 실행할 수 있는 시스템이 요구된다.
일부 면에서, 본 발명은 기판상에 에피택셜층을 형성하도록 구성된 에피택셜 챔버; 에패택셜 챔버에 적어도 하나의 증착 가스 및 캐리어 가스를 공급하도록 구성된 증착 가스 매니폴드; 및 에피택셜 챔버에 적어도 하나의 에천트 가스 및 캐리어 가스를 공급하도록 구성되며 증착 가스 매니폴드와 분리되는 에천트 가스 매니폴드를 포함하는 에피택셜막 형성 시스템을 제공한다.
또 다른 면에서, 본 발명은 증착 가스 매니폴드로부터 에피택셜 챔버에 적어도 하나의 증착 가스 및 캐리어 가스를 공급하는 단계; 및 증착 가스 매니폴드와 분리되는 에천트 가스 매니폴드로부터 에피택셜 챔버에 적어도 하나의 에천트 가스 및 캐리어 가스를 공급하는 단계를 포함하는 에피택셜막 형성 방법을 제공한다.
또 다른 면에서, 본 발명은 기판상에 에피택셜층을 형성하도록 구성된 에피택셜 챔버와 결합되는 혼합 접합부(mixing junction), 에피택셜 챔버에 적어도 하나의 증착 가스 및 캐리어 가스를 공급하도록 구성된 증착 가스 매니폴드, 및 증착 가스 매니폴드와 분리되며 에피택셜 챔버에 적어도 하나의 에천트 가스 및 캐리어 가스를 공급하도록 구성된 에천트 가스 매니폴드를 포함하는 에피택셜막 형성에 이용되는 장치를 제공한다.
또 다른 면에서, 본 발명은 기판상에 에피택셜층을 형성하도록 구성된 에피택셜 챔버와 결합되는 혼합 챔버, 에피택셜 챔버에 적어도 하나의 증착 가스 및 캐리어 가스를 공급하도록 구성된 증착 가스 매니폴드, 및 증착 가스 매니폴드와 분리되며 에피택셜 챔버에 적어도 하나의 에천트 가스 및 캐리어 가스를 공급하도록 구성된 에천트 가스 매니폴드를 포함하는 에피택셜막 형성에 이용되는 장치를 제공한다.
본 발명의 다른 특징 및 면들은 하기 상세한 설명, 첨부되는 청구항들 및 첨부되는 도면을 참조로 보다 명확해질 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 제 1 예시적인 에피택셜막 형성 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 제 2 예시적인 에피택셜막 형성 시스템의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 제 3 예시적인 에피택셜막 형성 시스템의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제 4 예시적인 에피택셜막 형성 시스템의 개략도이다.
종래의 에피택셜막 형성 시스템들은 일반적으로 단일 증착 및 에칭 가스 매니폴드를 사용하며, 이는 에칭 및 증착 단계들이 동시에 수행되기 때문이다. 교번식 가스 공급(AGS) 에피택셜막 형성 시스템에서, 증착 및 에칭 단계들은 순차적으로 수행된다. 예시적인 AGS 시스템은 2004년 12월 1일자로 출원된 미국 특허출원 No. 11/011,774호(도켓 No. 9618) 및 2005년 9월 14일자로 출원된 미국 특허출원 No. 11/227,974호(도켓 No. 9618/P1)에 개시되어 있으며, 이들은 본 발명에서 참조된다.
AGS 시스템에서는, 증착에서 에칭으로 전환될 때 그리고 에칭에서 증착으로 전환될 때, 증착 및 에칭 가스들이 에피택셜 챔버에서 즉시 이용가능하도록 개별 에천트 및 증착 매니폴드를 갖는 것이 바람직할 수 있다. 본 발명은 개별 에천트 및 증착 매니폴드들을 이용하는 방법 및 장치를 제공한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 제 1의 예시적인 에피택셜막 형성 시스템(100)(이후, 제 1 에피 시스템(100))의 개략도이다. 제 1 에피 시스템(100)은 (1) 챔버 밸브 시스템(105)과 증착 가스 라인(107)을 통해 증착 매니폴드(103)에; 그리고 (2) 챔버 밸브 시스템(105)과 에천트 가스 라인(111)을 통해 에천트 매니폴드(109)에 결합된다. 도 1에 도시된 것처럼, 챔버 밸브 시스템(105), 증착 가스 라인(107) 및 에천트 가스 라인(111)은 혼합 접합부(113)(예를 들어, t-접합부 또는 유사한 접속부)에서 결합된다.
본 발명의 실시예에 따라, 에피택셜 챔버(101)는 하나 이상의 기판들 상에 에피택셜막들을 형성하도록 구성된 종래의 임의의 에피택셜 챔버를 포함할 수 있다. 다른 에피택셜 챔버들 및/또는 시스템들이 사용될 수 있지만, 예시적인 에피택셜 챔버는 캘리포니아 산타클라라에 위치된 어플라이드 머티리얼스사로부터 입수가능한 Epi Centura
Figure 112008075480163-PCT00001
시스템 및 Poly Gen
Figure 112008075480163-PCT00002
시스템에서 구할 수 있다.
도 1을 참조로, 증착 매니폴드(103)는 흐름 제어기들(115a-d)(예를 들어, 질량 유량계들(MFC), 용적 유량계들(VFC;volume flow controllers), 밸브들 등)을 포함할 수 있다. 흐름 제어기들(115a-d)은 제 1 세트의 가스 라인들(119a-d)을 통해 가스 소스들(117a-d)(예를 들어, 가스 보틀들(bottles) 및/또는 설비 라인들 등)에 결합될 수 있다. 또한, 흐름 제어기들(115a-d)은 제 2 세트의 가스 라인들(121a-d)을 통해 증착 가스 라인(107)에 결합될 수 있다. 가스 라인들(119a-d, 121a-d) 및 증착 가스 라인(107)은 스테인레스 스틸 튜브 또는 다른 적절한 튜브/파이프(예를 들어, AISI 316L 등)를 포함할 수 있다.
도 1의 실시예에서, 증착 매니폴드(103)는 4개의 가스 소스들(117a-d)에 결합되는 4개의 흐름 제어기들(115a-d)을 포함할 수 있다. 그러나 4개 이상 또는 4개 미만의 흐름 제어기들(115a-d)이 제공될 수 있다. 또한, 흐름 제어기들(115a-d)과 결합되는 4개 이상 또는 4개 미만의 가스 소스들(117a-d)이 제공될 수 있다. 예를 들어, 가스 소스(예를 들어, N2, 실란, HCl 등)는 하나 이상의 흐름 제어기에 결합되고/결합되거나 하나 이상의 가스 소스는 흐름 제어기에 결합될 수 있다.
임의의 적절한 접속 소자들을 이용할 수 있지만, 예를 들어, 흐름 제어기 들(115a-d)은 압축성 가스켓들을 사용함으로써 가스 라인들(119a-d, 121a-d)과 결합될 수 있다. 흐름 제어기들(115a-d)은 서로 동일하거나 또는 서로 상이할 수 있다. 부가적으로, 흐름 제어기들(115a-d)은 질량, 용적, 시간(예를 들어, 시간을 기초로 공기압 밸브를 온 및 오프) 등을 기초로 흐름을 제어할 수 있다.
도 1은 증착 매니폴드(103) 외부에 배치되는 가스 소스들(117a-d)을 나타낸다. 그러나 가스 소스들(117a-d)은 증착 매니폴드(103)에 포함될 수 있다. 가스 소스들(117a-d)(예를 들어, 가스 보틀들 등)은 서브-팹(Sub-Fab)에 또는 반도체 소자 제조 클린룸 또는 체이스(chase) 외부의 다른 위치에 배치될 수 있다. 선택적으로, 가스 소스들(117a-d)은 반도체 소자 제조 클린룸 및/또는 체이스의 클러스터 툴 부근에 또는 그 내부에 배치될 수 있다. 또한, 가스 소스들(117a-d)은 반도체 소자 제조 플랜트의 설비들에 의해 제공될 수 있다. 가스 소스들(117a-d)에 의해 수용 및/또는 운반되는 화학적 화합물들은 기체, 액체 및/또는 고체 형태일 수 있으며 에피택셜막을 형성하기 위해 에피택셜 챔버(101)에서 사용되도록 기체 형태로 순차적으로 증발될 수 있다.
도 1을 참조로, 에천트 매니폴드(109)는 흐름 제어기들(123a-b)(예를 들어, 질량 유량계들(MFC), 용적 유량계들(VFC;volume flow controllers), 밸브들 등)을 포함할 수 있다. 흐름 제어기들(123a-d)은 제 1 세트의 가스 라인들(127a-b)을 통해 가스 소스들(125a-b)(예를 들어, 가스 보틀들(bottles) 및/또는 설비 라인들 등)에 결합될 수 있다. 또한, 흐름 제어기들(123a-b)은 제 2 세트의 가스 라인들(129a-b)을 통해 에천트 가스 라인(111)에 결합될 수 있다. 가스 라인들(127a- b) 및 에천트 가스 라인(111)은 스테인레스 스틸 튜브 또는 다른 적절한 튜브/파이프(예를 들어, AISI 316L 등)를 포함할 수 있다.
도 1의 실시예에서, 에천트 매니폴드(109)는 2개의 가스 소스들(127a-b)에 결합되는 2개의 흐름 제어기들(123a-b)을 포함할 수 있다. 그러나 2개 이상 또는 2개 미만의 흐름 제어기들(123a-b)이 제공될 수 있다. 또한, 흐름 제어기들(123a-b)과 결합되는 2개 이상 또는 2개 미만의 가스 소스들(125a-b)이 제공될 수 있다. 예를 들어, 가스 소스(예를 들어, N2, HCl, Cl2 등)는 하나 이상의 흐름 제어기에 결합되고/결합되거나 하나 이상의 가스 소스는 흐름 제어기에 결합될 수 있다.
임의의 적절한 접속 소자들을 이용할 수 있지만, 예를 들어, 흐름 제어기들(123a-b)은 압축성 가스켓들을 사용함으로써 가스 라인들(127a-b, 129a-b)과 결합될 수 있다. 부가적으로, 흐름 제어기들(115a-d)은 서로 동일하거나 또는 서로 상이할 수 있다. 흐름 제어기들(123a-b)은 질량, 용적, 시간(예를 들어, 시간을 기초로 공기압 밸브를 온 및 오프) 등을 기초로 흐름을 제어할 수 있다.
도 1은 에천트 매니폴드(109) 외부에 배치되는 가스 소스들(125a-b)을 나타낸다. 그러나 가스 소스들(125a-b)은 에천트 매니폴드(109)에 포함될 수 있다. 가스 소스들(125a-b)(예를 들어, 가스 보틀들 등)은 서브-팹(Sub-Fab)에 또는 반도체 소자 제조 클린룸 또는 체이스(chase) 외부의 다른 위치에 배치될 수 있다. 선택적으로, 가스 소스들(125a-b)은 반도체 소자 제조 클린룸 및/또는 체이스의 클러스터 툴 부근에 또는 그 내부에 배치될 수 있다. 또한, 가스 소스들(125a-b)은 반 도체 소자 제조 플랜트의 설비들에 의해 제공될 수 있다. 가스 소스들(125a-b)에 의해 수용 및/또는 운반되는 화학적 화합물들은 기체, 액체 및/또는 고체 형태일 수 있으며 에피택셜막을 형성하기 위해 에피택셜 챔버(101)에서 사용되도록 기체 형태로 순차적으로 증발될 수 있다.
챔버 밸브 시스템(105)은 외부 챔버 흐름 제어기(131)와 내부 챔버 흐름 제어기(133)를 포함할 수 있다. 외부 챔버 흐름 제어기(131)는 외부 챔버 가스 라인들(135a-b)(예를 들어, 스테인레스 스틸 또는 유사한 파이프/튜브)을 통해 에피택셜 챔버(101)의 외부 영역(O)에 결합될 수 있다. 내부 챔버 흐름 제어기(133)는 내부 챔버 라인(137)(예를 들어, 스테인레스 스틸 또는 유사한 파이프/튜브)에의해 에피택셜 챔버(101)의 내부 영역(I)과 결합될 수 있다. 주목할 것은 도 1에 도시된 에피택셜 챔버(101)의 내부 영역(I) 및 외부 영역(O)은 비례축적된 것은 아니며 단지 견본이라는 것이다. 내부 영역(I)과 외부 영역(O)의 상대적 크기 및 위치는 에피택셜 챔버(101)의 사용에 따라 변할 수 있다.
외부 챔버 흐름 제어기(131) 및 내부 챔버 흐름 제어기(133)는 용접 또는 임의의 다른 적절한 방법을 사용하여 혼합 접합부(113)와 결합될 수 있다. 외부 챔버 흐름 제어기(131)와 내부 챔버 흐름 제어기(133)는 MFC들, 용적 유량계들, 밸브들(예를 들어, 공기압) 등일 수 있다. 외부 챔버 흐름 제어기들은 용접 또는 임의의 다른 적절한 방법을 사용하여 가스 라인들(135a-b)과 결합될 수 있다.
혼합 접합부(113)는 가스 라인들(107, 111)이 결합되는 종래의 t-접합부일 수 있다. 혼합 접합부(113)는 다른 기하학 구조를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 가스들이 혼합되는 접합부 부분은 상이한 및/또는 가변 치수일 수 있기 때문에, t-접합부를 이용하기보다는 y-접합부가 이용될 수 있다. 선택적으로, 접합부는 상이한 분기부들(branches)이 각각 외부 챔버 흐름 제어기(131), 내부 챔버 흐름 제어기(133), 증착 가스 라인(107) 및 에천트 가스 라인(111)과 결합될 수 있는 x-접합부일 수 있다. 사용되는 가스 소스들에 따라, 특정한 기하학구조 및/또는 용적 배열은 혼합 접합부(113)에서 가스들의 균일한 혼합을 개선시킬 수 있다.
AGS 프로세스 동안, 개별 증착 및 에천트 매니폴드들(103, 109)의 이용을 통해, 에칭 동안 사용되는 가스들은 에피택셜 챔버에서 이어지는 증착에서도 즉시 이용될 수 있다. 마찬가지로, 증착 동안 사용되는 가스들은 에패택셜 챔버에서 이어지는 에칭에서도 즉시 이용될 수 있다. 주목할 것은 캐리어 가스 온/오프로 인한 흐름 스파이크가 방지되도록, 증착 및 에칭 동안 증착 매니폴드(103) 및 에천트 매니폴드(109) 모두로부터 캐리어 가스(예를 들어, N2, H2 등)가 연속적으로 흐를 수 있다는 것이다. 예를 들어, 캐리어 가스 유량은 에천트/소스 유량들보다 상당히(예를 들어, 적어도 일 실시예에서 캐리어 가스에 대해 약 10-20slm 대 에천트/증착 가스들에 대해 약 1slm 이하) 크다. 예시적인 일 실시예에서, 다른 유량이 이용될 수도 있지만, 약 10slm의 캐리어 가스 유량이 각각 증착 매니폴드(103) 및 에천트 매니폴드(109)로부터 연속적으로 유입될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 제 2의 예시적인 에피택셜막 형성 시스템(200)(이후, 제 2 에피 시스템(200))의 개략도이다. 도 2의 제 2 에피 시스 템(200)은 도 1의 제 1 에피 시스템(100)과 유사하나, 도 1의 제 1 에피 시스템(100)의 혼합 접합부(113) 대신 혼합 챔버(201)를 이용한다. 도 2에 도시된 것처럼, 챔버 밸브 시스템(105), 증착 가스 라인(107) 및 에천트 가스 라인(111)은 혼합 챔버(201)와 결합된다.
혼합 챔버(201)는 에피택셜 챔버(101)에 진입하기 이전에 가스 혼합을 개선하는 임의의 챔버 형상/크기일 수 있다. 예를 들어, 혼합 챔버(201)는 실린더형, 입방체형, 구면형 또는 이와 유사할 수 있다.
제 2 에피 시스템(200)은 도 1의 제 1 에피 시스템(100)과 유사하게 동작한다. 그러나 혼합 챔버(201)로 인해, 개선된 가스 혼합은 에피택셜 챔버(101)에 가스들이 진입되기 이전에 이루어진다. 일부 실시예들에서, 이러한 개선된 가스 혼합은 (예를 들어, 캐리어 가스 및 에천트 및/또는 증착 가스들이 에피택셜 챔버(101)에 진입하기 이전에 보다 균일하게 혼합됨으로써) 에피택셜 막 표면 모폴로지를 개선시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 제 3의 예시적인 에피택셜막 형성 시스템(300)(이후 제 3 에피 시스템(300))의 개략도이다. 도 3의 제 3 에피 시스템(300)은 도 1의 제 1 에피 시스템(100)과 유사하나, 챔버 밸브 시스템(105)이 증착 밸브 시스템(301) 및 에천트 밸브 시스템(303)으로 교체된다.
증착 밸브 시스템(301)은 외부 챔버 흐름 제어기(305), 및 내부 챔버 흐름 제어기(307)를 갖는다. 마찬가지로, 에천트 밸브 시스템(303)은 외부 챔버 흐름 제어기(309), 및 내부 챔버 흐름 제어기(311)를 포함한다.
제 3 에피 시스템(300)은 도 1의 혼합 접합부(113)를 외부 챔버 혼합 접합부(313) 및 내부 챔버 혼합 접합부(315)로 대체할 수 있다. 증착 밸브 시스템(301)의 외부 챔버 흐름 제어기(305) 및 에천트 밸브 시스템(303)의 외부 챔버 흐름 제어기(309)는 모두 외부 챔버 혼합 접합부(313)와 결합된다. 증착 밸브 시스템(301)의 내부 챔버 흐름 제어기(307) 및 에천트 밸브 시스템(303)의 내부 챔버 흐름 제어기(311) 모두는 내부 챔버 혼합 접합부(315)와 결합된다.
도 3에 도시된 것처럼, 증착 가스 라인(107)은 증착 밸브 시스템(301)의 외부 챔버 흐름 제어기(305)와 내부 챔버 흐름 제어기(307)에 결합된다. 에천트 가스 라인(111)은 에천트 밸브 시스템(303)의 외부 챔버 흐름 제어기(309)와 내부 챔버 흐름 제어기(311)에 결합된다. 흐름 제어기들(305, 307, 309 및 311)은 MFC들, 용적 유량계들, 밸브들(예를 들어, 공기압) 또는 임의의 다른 적절한 흐름 제어기들일 수 있다.
제 3 에피 시스템(300)은 도 1의 제 1 에피 시스템(100)과 유사하게 동작한다. 그러나 (도 1의 혼합 접합부(313)를 기준으로) 에피택셜 챔버(101)와 근접한 혼합 접합부들(313, 315)의 배치로 일부 실시예들에서의 가스 혼합이 개선될 수 있다. 본 발명의 적어도 하나의 실시예에서, 흐름 제어기들(305, 307, 309 및 311)은 원하는 위치/유량으로 각각 설정되며 (예를 들어, 지연 및/또는 스파이크를 방지하기 위해) 막을 형성하는 동안 개방이 유지된다. 예를 들어, 흐름 제어기들(115a-d 및/또는 123a-b)은 개방 및 폐쇄가 요구된다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제 4의 예시적인 에피택셜막 형성 시스 템(400)(이후 제 4 에피 시스템(400))의 개략도이다. 도 4의 제 4 에피 시스템(400)은 도 3의 제 3 에피 시스템(300)과 유사하나, 외부 챔버 혼합 접합부(313)는 외부 혼합 챔버(401)로 대체되고 내부 챔버 혼합 접합부(315)는 내부 혼합 챔버(403)로 대체된다. 따라서, 증착 밸브 시스템(301)의 외부 챔버 흐름 제어기(305) 및 에천트 밸브 시스템(303)의 외부 챔버 흐름 제어기(309)는 외부 혼합 챔버(401)와 결합된다. 마찬가지로, 증착 밸브 시스템(301)의 내부 챔버 흐름 제어기(307)와 에천트 밸브 시스템(303)의 내부 챔버 흐름 제어기(311)는 내부 혼합 챔버(403)와 결합된다.
혼합 챔버들(401, 403)은 에피택셜 챔버(101)로 진입하기 이전에 가스 혼합을 개선시키는 임의의 챔버 형상/크기일 수 있다. 예를 들어, 혼합 챔버들(401, 403)은 실린더형, 입방체형, 구면형 또는 이와 유사할 수 있다.
제 4 에피 시스템(400)은 도 3의 제 3 에피 시스템(300)과 유사하게 동작한다. 그러나 혼합 챔버들(401, 403)로 인해, 개선된 가스 혼합은 에피택셜 챔버(101)에 가스들이 진입되기 이전에 이루어진다. 일부 실시예들에서, 이러한 개선된 가스 혼합은 (예를 들어, 캐리어 가스 및 에천트 및/또는 증착 가스들이 에피택셜 챔버(101)에 진입하기 이전에 보다 균일하게 혼합됨으로써) 에피택셜 막 표면 모폴로지를 개선시킬 수 있다.
지금까지 설명은 본 발명의 예시적인 실시예들만을 개시했다. 본 발명의 범주내에 있는 상기 개시된 장치 및 방법들의 변형을 당업자들은 쉽게 구현할 것이다. 이를 테면, 증착 매니폴드(103) 및 에천트 매니폴드(109)는 에피택셜 챔 버(101)의 마주하는 측면들에 도시되지만, 증착 매니폴드(103)와 에천트 매니폴드(109)는 (예를 들어, 분리된 매니폴드들을 유지하면서) 에피택셜 챔버(101)의 동일한 측면에 또는 임의의 다른 적절한 위치에 있을 수 있다는 것을 이해할 것이다. 또한, 증착 매니폴드(103) 및 에천트 매니폴드(109)는 도 1-4에서 앞서 개시된 것처럼 (증착 종들을 전달하기 위해 이용되는 라인과 독립적으로) 에천트들을 프로세싱 챔버로 전달하기 위해 분리된 에천트 라인을 사용하는 전체 가스 매니폴드의 일부일 수 있다.
본 발명의 적어도 일 실시예에서, 에천트(예를 들어, Cl2)의 주입은 가스 패널의 다른 가스들(예를 들어, 소스 가스들, 증착 가스들, 등)과 혼합되지 않고, 독립적인 유체 공급 라인을 통해 이루어진다. 예를 들어, 에천트 주입은 흐름 제어 소자를 갖는 독립적인 라인을 통해 이루어질 수 있다.
특정 실시예에서, 에천트 주입은 원하는 에칭 균일성을 달성하기 위해, 챔버의 주입 구역들 사이에서 에천트를 분배하기 위해 프로세싱 챔버(예를 들어, 에피택셜막 형성 챔버) 부근의 라인 스플릿(split)을 이용하여, 흐름 제어 소자를 갖는 독립적인 라인을 통해 이루어진다. 일부 실시예들에서, 흐름 분배기 또는 밸브가 스플릿들 각각에 사용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 에천트 주입은 가스 패널의 다른 가스들과 혼합되지 않게 프로세싱 챔버(예를 들어, 에피택셜막 형성 챔버) 부근에 혼합기를 갖는 독립적인 라인을 통해 이루어질 수 있다.
적어도 일 실시예에서, 에천트의 주입은 가스 패널로부터 프로세싱 챔버로 챔버의 주입 구역들 각각에 대해 분리된 라인을 이용하여 이루어질 수 있다. 예를 들어, 에천트 주입은 가스 패널로부터 프로세싱 챔버로 챔버의 주입 구역들 각각에 대해 분리된 라인 및 프로세싱 챔버 부근의 혼합기를 이용하여 이루어질 수 있다. 일부 실시예에서, 에천트의 주입은 N2, He, Ar, 등과 같은 캐리어 가스만을 이용하여, 가스 패널로부터 가스 패널에서 에천트 라인에 접속되는 프로세싱 챔버로 분리된 라인을 이용하여 이루어질 수 있다.
일부 실시예들에서, 에천트 주입은 라인의 압력이 약 20Torr 만큼 챔버 압력을 초과하지 않는 포인트에서 프로세스들에 대해 요구되는 다른 활성 화학물(예를 들어, 액체)과 에천트의 혼합이 수행될 때 이루어질 수 있다.
적어도 일 실시예에서, Cl2는 (바람직하게 약 1Torr 이상의 챔버 압력에서) 에피택셜막 형성, 세정, 및/또는 Si-함유 물질들의 에칭을 위해 이용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 에천트 주입은 (바람직하게 약 1Torr 이상의 챔버 압력에서) 증착, 세정 및/또는 Si-함유 물질들의 에칭을 위해 가스 패널에서 Si 전구체들, 도펀트 가스들 등과 같은 다른 가스들/액체들과 에천트가 혼합될 때 이루어질 수 있다. 예를 들어, (바람직하게 약 1Torr 이상의 챔버 압력에서) Si-함유 물질들의 증착, 세정 및/또는 에칭을 위해 에천트(Cl2)를 사용하기 위해 열적 프로세싱 챔버가 제공될 수 있다. 가스 패널, 프로세싱 챔버, 및 가스 패널로부터 프로세싱 챔버로 접속되는 전달 라인들을 포함하는 툴은 바람직하게 약 1Torr 이상의 챔버 압력에서 Si-함유 물질들의 증착, 세정 및/또는 에칭을 위해 에천트(Cl2)를 사용할 수 있다.
일부 실시예들에서, 에천트 주입은 가스 패널에서 나머지 액체들(예를 들어, Si 전구체들, 도펀트 가스들, 등)과 에천트가 혼합될 때 이루어질 수 있다. 적어도 일부 실시예에서, 에천트의 주입은 계측(metering) 밸브들로부터 상류에 있는 챔버의 주입 구역들 사이에서 에천트를 분배하기 위해 챔버 부근의 라인 슬릿들을 이용하여 흐름 제어 소자를 갖는 독립적 라인을 통해 이루어질 수 있다. 동일한 계측 밸브들이 챔버의 주입 구역들 사이에서 나머지 프로세싱 가스들 및 에천트의 분포를 변화시키는데 이용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 에천트 주입은 프로세싱 챔버 부근의 혼합기를 이용하여, 가스 패널로부터 프로세싱 챔버로 챔버의 주입 구역들 각각에 대해 분리된 라인을 통해 이루어질 수 있다.
따라서, 본 발명은 본 발명의 예시적인 실시예들과 관련하여 개시되었지만, 하기 특허청구항들에 의해 한정되는 본 발명의 기본 사상 및 범주내에서 다른 실시예들이 구현될 수 있음을 인식해야 한다.

Claims (20)

  1. 에피택셜막 형성 시스템으로서,
    기판상에 에피택셜층을 형성하도록 구성된 에피택셜 챔버;
    상기 에피택셜 챔버에 적어도 하나의 증착 가스 및 캐리어 가스를 공급하도록 구성된 증착 가스 매니폴드; 및
    상기 증착 가스 매니폴드와 분리되며 상기 에피택셜 챔버에 적어도 하나의 에천트 가스 및 캐리어 가스를 공급하도록 구성된 에천트 가스 매니폴드
    를 포함하는, 에피택셜막 형성 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 에피택셜막 형성 시스템은 상기 증착 가스 매니폴드와 상기 에천트 가스 매니폴드 사이에서 상기 에피택셜 챔버와 결합되는 챔버 밸브 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에피택셜막 형성 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 챔버 밸브 시스템은 혼합 접합부를 통해 상기 증착 가스 매니폴드와 상기 에천트 가스 매니폴드와 결합되는 것을 특징으로 하는 에피택셜막 형성 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 챔버 밸브 시스템은 혼합 챔버를 통해 상기 증착 가스 매니폴드와 상기 에천트 가스 매니폴드와 결합되는 것을 특징으로 하는 에피택셜막 형성 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 에피택셜막 형성 시스템은 상기 에피택셜 챔버 및 상기 증착 가스 매니폴드와 결합된 증착 밸브 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에피택셜막 형성 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 에피택셜막 형성 시스템은 상기 에피택셜 챔버 및 상기 에천트 가스 매니폴드와 결합된 에천트 밸브 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에피택셜막 형성 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 에피택셜막 형성 시스템은,
    상기 애피택셜 챔버 및 상기 증착 가스 매니폴드와 결합된 증착 밸브 시스템; 및
    상기 애피택셜 챔버 및 상기 에천트 가스 매니폴드와 결합된 에천트 밸브 시스템
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에피택셜막 형성 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 에피택셜막 형성 시스템은,
    상기 에피택셜 챔버로 유도되는 혼합 접합부 및 상기 증착 가스 매니폴드에 결합되는 증착 밸브 시스템; 및
    상기 에피택셜 챔버로 유도되는 상기 혼합 접합부 및 상기 에천트 가스 매니폴드에 결합되는 에천트 밸브 시스템
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에피택셜막 형성 방법.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 에피택셜막 형성 시스템은,
    상기 에피택셜 챔버로 유도되는 혼합 챔버 및 상기 증착 가스 매니폴드에 결합되는 증착 밸브 시스템; 및
    상기 에피택셜 챔버로 유도되는 상기 혼합 챔버 및 상기 에천트 가스 매니폴드에 결합되는 에천트 밸브 시스템
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에피택셜막 형성 방법.
  10. 에피택셜막을 형성하는 방법으로서,
    증착 가스 매니폴드로부터 에피택셜 챔버로 적어도 하나의 증착 가스 및 캐리어 가스를 공급하는 단계; 및
    상기 증착 가스 매니폴드와 분리된 에천트 가스 매니폴드로부터 상기 에피택셜 챔버로 적어도 하나의 에천트 가스 및 캐리어 가스를 공급하는 단계
    를 포함하는, 에피택셜막 형성 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 에피택셜 챔버로 상기 가스들을 운반하기 위해 상기 증착 가스 매니폴드와 상기 에천트 가스 매니폴드 사이에서 상기 에피택셜 챔버와 결합되는 챔버 밸브 시스템을 이용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에피택셜막 형성 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 챔버 밸브 시스템, 상기 증착 가스 매니폴드, 및 상기 에천트 가스 매니폴드와 결합된 혼합 접합부를 이용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에피택셜막 형성 방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 챔버 밸브 시스템, 상기 증착 가스 매니폴드, 및 상기 에천트 가스 매니폴드와 결합된 혼합 챔버를 이용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에피택셜막 형성 방법.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 에피택셜 챔버 및 상기 증착 가스 매니폴드와 결합되는 증착 밸브를 이용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에피택셜막 형성 방법.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 에피택셜 챔버 및 상기 에천트 가스 매니폴드와 결합되는 에천트 밸브 시스템을 이용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에피택셜막 형성 방법.
  16. 제 10 항에 있어서,
    상기 에피택셜 챔버 및 상기 증착 가스 매니폴드와 결합되는 증착 밸브 시스템을 이용하는 단계 및 상기 에피택셜 챔버 및 상기 에천트 가스 매니폴드와 결합된 에천트 밸브 시스템을 이용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에피택셜막 형성 방법.
  17. 제 10 항에 있어서,
    상기 에피택셜 챔버로 유도되는 혼합 접합부 및 상기 증착 가스 매니폴드에 결합되는 증착 밸브 시스템을 이용하는 단계; 및 상기 에피택셜 챔버로 유도되는 상기 혼합 접합부 및 상기 에천트 가스 매니폴드에 결합되는 에천트 밸브 시스템을 이용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에피택셜막 형성 방법.
  18. 제 10 항에 있어서,
    상기 에피택셜 챔버로 유도되는 혼합 챔버 및 상기 증착 가스 매니폴드에 결합되는 증착 밸브 시스템을 이용하는 단계; 및 상기 에피택셜 챔버로 유도되는 상 기 혼합 챔버 및 상기 에천트 가스 매니폴드에 결합되는 에천트 밸브 시스템을 이용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에피택셜막 형성 방법.
  19. 에피택셜막 형성에 이용되는 장치로서,
    기판상에 에피택셜층을 형성하도록 구성된 에피택셜 챔버와 결합되는 혼합 접합부, 상기 에피택셜 챔버에 적어도 하나의 증착 가스 및 캐리어 가스를 공급하도록 구성된 증착 가스 매니폴드, 및 상기 증착 가스 매니폴드와 분리되며 상기 에피택셜 챔버에 적어도 하나의 에천트 가스 및 캐리어 가스를 공급하도록 구성된 에천트 가스 매니폴드를 포함하는, 장치.
  20. 에피택셜막 형성에 이용되는 장치로서,
    기판상에 에피택셜층을 형성하도록 구성된 에피택셜 챔버와 결합되는 혼합 챔버, 상기 에피택셜 챔버에 적어도 하나의 증착 가스 및 캐리어 가스를 공급하도록 구성된 증착 가스 매니폴드, 및 상기 증착 가스 매니폴드와 분리되며 상기 에피택셜 챔버에 적어도 하나의 에천트 가스 및 캐리어 가스를 공급하도록 구성된 에천트 가스 매니폴드를 포함하는, 장치.
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