KR20180063242A - 고체 전구체의 저온 소결 - Google Patents

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토마스 에이치 바움
유치 리
데이비드 제임스 엘드리지
로버트 엘 라이트
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엔테그리스, 아이엔씨.
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Abstract

증착 공정용 전구체 증기를 생성시키는 휘발화에 유용한 고체 전달 전구체에 대해 기술된다. 상기 고체 전달 전구체는 예를 들면 펠릿, 소판, 태블릿, 비드, 디스크 또는 모노리스 등의 형태인 압축된 미립자 전구체의 고체 바디를 포함한다. 화학적 증착, 펄스형 화학적 증착 또는 원자 층 피착 등의 증착 공정에서 이용될 경우, 압축된 미립자 전구체의 고체 바디 형태인 상기 고체 전달 전구체는 휘발화 조건에 적용될 때 미립자 전구체에 비해 실질적으로 증가된 전구체 증기 플럭스를 제공한다. 결과적으로, 증착 공적 작업이 더 짧은 시간 기간에 수행됨으로써, 반도체 제품, 평판 디스플레이, 태양광 패널, LED, 광학 코팅 등과 같은 제품의 제조 속도 증가를 달성할 수 있다.

Description

고체 전구체의 저온 소결
본 개시는 고체 전구체를 휘발화시켜, 예를 들면 반도체 제품, 평판 디스플레이, 태양광 패널, LED 및 광학 코팅의 제조에서의 증착 공정을 위한, 상응하는 전구체 증기를 형성하는 고체 전달(solid delivery) 적용분야에 유용한 고체 전구체, 및 그와 같은 고체 전구체를 포함하는 고체 전달 장치, 및 그와 같은 고체 전구체의 제조 및 이용 방법에 관한 것이다.
휘발화되어 반도체 제품, 평판 디스플레이, 태양광 패널, LED 및 광학 코팅 제조 등의 적용분야를 위한 상응하는 전구체 증기를 형성하는 고체 전구체의 사용시, 고체 전구체는 종종 표면 대 용적 비를 최대화함으로써 가열되었을 때 상응하는 최대 표면적이 증기 형태로의 고체의 상 전이에 가용하게 되도록 하기 위하여 미분된 형태로 사용된다.
고체 전구체, 다시 말하자면 주위 온도 및 압력 조건 (예컨대 25℃ 및 1 atm 압력)에서 고체인 전구체는 포장 및 취급 특징, 용적상의 고려사항, 태블릿의 용이성 및 제조가능성과 관련하여 많은 적용분야에서 대안적인 액체 또는 기체 전구체에 비해 상당한 장점들을 가지고 있다.
[발명의 개요]
상기 언급된 적용분야들에서의 고체 전구체의 광범위한 사용으로 인하여, 관련 기술분야는 해당 목적으로 이용되는 증기 생성 작업에서 더 높은 전구체 증기 플럭스를 제공하는 개선은 물론, 그와 같은 증기 생성 작업의 열 관리 강화, 그리고 동일한 용적의 기화기(vaporizer)에 더 많은 전구체가 적재되도록 함으로써 더 낮은 증기 공급 시스템 소유-비용으로 이어지는 형태의 전구체를 달성하는 데에 끊임없이 집중하고 있다.
본 개시는 비-제한적인 예를 들자면 화학적 증착, 펄스형 화학적 증착, 원자 층 피착, 그리고 공급원 물질에 증기가 이용되는 기타 방법 및 기술 등의 증착 공정용 고체 전달 적용분야에 유용한 고체 공급원 반응물 전구체는 물론, 그와 같은 고체 전구체를 포함하는 고체 전달 장치, 및 그와 같은 고체 전구체의 이용 방법에 관한 것이다.
일 측면에서, 본 개시는 증착 공정용 전구체 증기를 생성시키는 휘발화에 유용한 고체 공급원 전달 전구체에 관한 것이며, 상기 고체 전달 전구체는 압축된 미립자 전구체의 고체 바디(solid body)를 포함한다.
또 다른 측면에서, 본 개시는 본 개시의 고체 공급원 전달 전구체를 보유하도록 적합화된 기화기 용기를 포함하는 기화기를 포함하는 고체 전달 장치에 관한 것이다.
또 다른 측면에서, 본 개시는 본 개시의 고체 공급원 전달 전구체를 보유하도록 적합화된 기화기 용기를 포함하는 기화기를 포함하는 고체 전달 장치에 관한 것이다.
또 다른 측면에서, 본 개시는 본 개시의 고체 공급원 전달 전구체를 보유하는 기화기 용기를 포함하는 기화기를 포함하는 고체 전달 장치에 관한 것이다.
본 개시의 추가적인 측면은 반도체 제품, 평판 디스플레이, 태양광 패널, LED 및 광학 코팅으로 이루어진 군으로부터 선택되는 제품을 제조하도록 구성되는 제조 설비에 관한 것이며, 상기 제조 설비는 제조 설비 내 전구체 증기-이용 기구에 전구체 증기를 전달하도록 구성된 본 개시의 고체 전달 장치를 포함한다.
추가적인 측면에서, 본 개시는 본 개시의 고체 전달 전구체를 휘발시켜 상응하는 전구체 증기를 생성시키는 것, 및 증착 조건 하에 전구체 증기로부터의 물질을 기판 상에 피착시키는 것을 포함하는 증착 방법에 관한 것이다.
본 개시의 추가적인 측면은 본 개시 고체 전달 전구체의 제조 방법에 관한 것이며, 상기 방법은 미립자 전구체를 단일 고체 바디로 고화하기에 충분한 압력 하에 미립자 전구체를 압축하는 것을 포함한다.
본 개시의 기타 측면, 특징 및 실시양태들은 이어지는 상세한 설명 및 첨부된 청구범위에서 더 완전하게 드러나게 될 것이다.
도 1은 압축된 전구체의 휘발화를 위한 본 개시의 다양한 실시양태들에서 유용한 유형의 기화기 사시도이다.
도 2는 각 선행 기준선과 비교하여 실행 1 및 2 각각에 대해, 기화기에 남아 있는 전구체의 충전 중량 (그램)의 함수로서의 전구체 증기 플럭스 레이트 (시간 당 그램, g/hr)의 그래프이며, 선행 기준선 시험에서 상응하는 기화 조건 하에 상응하는 더 낮은 밀도의 분말 전구체 물질에 대하여 측정된 전구체 증기 플럭스에 대하여 압축된 전구체 펠릿에 대하여 측정된 전구체 증기 플럭스를 각각 실행 1 및 2에서 1시간 평균 데이터 (◆) 및 2시간 평균 데이터 (■)로 플로팅한 것이다.
본 개시는 반도체 제품, 평판 디스플레이, 태양광 패널, LED 및 광학 코팅의 제조 등의 증착 적용분야를 위한 상응하는 증기를 형성시키는 고체 전달에 유용한 고체 전구체에 관한 것이다. 본 개시는 고체 공급원 전구체는 물론, 그와 같은 고체 공급원 전구체를 포함하는 고체 전달 패키지, 그리고 그와 같은 고체 전구체의 제조 및 사용 방법에 관한 것이다.
본 개시의 배경기술 부문에서 표시한 바와 같이, 관련 기술분야는 종종 가열되어 상응하는 전구체 증기를 형성시키는 분말로서의 미분된 형태로 고체 전구체를 사용하여 왔다. 그와 같은 사용시에는 일반적으로 표면 대 용적 비를 최대화함으로써 가열되는 고체 입자로부터 증기를 생성시키는 데에 최대의 표면적을 제공하기 위하여, 예컨대 제분 및 마쇄 작업의 사용에 의해 미립자 물질의 입자 크기를 최소화하는 것이 매우 바람직한 것으로 간주되어 왔다.
그러나, 그와 같은 통념과 달리, 놀랍고도 예상밖으로 미립자 고체 전구체 물질이 고도로 압축되어 예컨대 펠릿, 소판(platelet), 태블릿, 비드, 디스크, 모노리스(monolith) 등의 형태인 압축된 고체 바디를 형성하는 경우, 전구체 고체로부터 전구체 증기를 생성시키는 데에 사용되는 휘발화 작업에서 가열될 때, 그와 같은 압축된 고체 바디가 현저하게 더 높은 수준의 전구체 물질 플럭스를 산출할 수 있다는 것이 발견되었다. 또한, 그와 같은 압축된 고체 바디는 부수적인 장점으로서 상응하는 미분된 분말 물질이 증기 생성에 사용될 때 조우하게 되는 입자 수송 및 "더스팅(dusting)" 및 고체 이동 거동을 방지함은 물론, 하류의 전구체 증기-이용 공정 시스템으로의 전달을 위하여 기화기 용기로부터 방출되는 증기에의 전구체 미세 입자의 비말동반을 방지하기 위하여 필요한 기화기 용기 중 미세 입자 필터에 대한 요건을 완화하는 능력을 제공한다.
본 개시의 상기 장점은 동일한 온도, 및 휘발화 고체와 접촉되는 운반체 기체의 유량에서 상응하는 미분된 분말 형태 전구체를 사용하여 달성가능한 플럭스에 비해 적어도 15% 내지 50% 및 그 이상까지인 전달되는 전구체 증기 플럭스의 실질적인 증가를 제공하는 것으로 입증되었다. 특정 실시양태에서, 전달되는 전구체 증기의 플럭스 증가는 적어도 20%, 25%, 30%, 35%, 40% 또는 45% 중 어느 것 내지 각각 구체적인 범위에서 40%, 45%, 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 100%, 200%, 500%, 1000% 또는 그 이상까지일 수 있는 더 높은 값까지일 수 있다.
이에 따라, 본 개시는 저밀도 분말 형태로 합성되었을 때의 상응하는 전구체에 비해 실질적으로 압축되어 있는 압축된 고체 전구체 바디를 고려한다. 다양한 실시양태에서, 상기 압축 고체 전구체 바디는 압축된 물질의 개별 피스 (예컨대 펠릿, 소판, 비드, 디스크, 모노리스의 형태, 또는 다른 압축된 피스 형태)의 벌크 밀도(bulk density)를 측정하는 비중측정 기술에 의해 측정하였을 때, 자유-유동 분말의 외피 밀도(envelope density)로 측정된 분말 형태의 동일한 질량인 전구체의 벌크 밀도에 비해 적어도 15% 더 높은 피스 밀도(piece density)를 가질 수 있으며, 특정 실시양태에서는 압축된 고체 전구체 바디의 피스 밀도가 미립자 형태의 동일한 질량의 전구체의 벌크 밀도에 비해 적어도 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 95%, 100%, 110%, 120%, 130%, 140%, 150% 및 2000% 이상까지 더 높을 수 있으며, 여기서 미립자 형태 전구체의 벌크 밀도는 자유-유동 분말의 외피 밀도로 측정되며, 압축된 물질의 개별 피스의 벌크 밀도는 그 물질의 절대 밀도의 100%에 근접할 수 있어서, 예를 들면 그 물질의 절대 밀도의 적어도 80%, 82%, 85%, 87%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98% 및 99%일 수 있다.
해당 문맥에서 사용될 때, 분말 형태 전구체의 외피 밀도 또는 벌크 밀도는 용기, 또는 분말이 더 이상 진동, 압축 또는 고화되지 않음으로써 측정되는 밀도가 분말 샘플의 세공, 틈새 용적 및 기타 공극 용적을 포괄하는 "외피"에 자유-유동 분말을 붓는 것에 의해 측정된다.
전구체 물질의 절대 밀도는 공극 용적의 포함 없이 측정되는 밀도이며, 그에 따라 전구체 물질의 무-공극 본질 밀도이다.
압축된 전구체 물질 바디의 피스 밀도는 압축된 바디 내의 모든 공극은 포함하나 압축된 바디 외부의 어떠한 공극 용적의 포함도 없는 압축된 전구체 물질 바디의 벌크 밀도이다.
압축된 바디 내의 공극이 압축 바디용 개시 물질이 적용되는 압축의 특성 및 정도에 따라 감소되게 된다는 것은 알고 있을 것이다. 예를 들어, 개시 물질은 물질에 압축을 가하여 그것을 제품 압축 바디로서의 단일 피스 형태로 고화하기 위한 압축 다이 또는 다른 장치에서 압축되는 분말 형태로 존재할 수 있다. 압축력의 크기가 증가될 때, 공극은 추가적으로 전구체 물질로부터 "압축 제거"되며, 압축 바디의 벌크 밀도는 점점 더 전구체 물질의 본질 또는 진정 (절대) 밀도에 가까워진다. 압축은 예를 들면 펠릿 밀(mill), 단일 스테이션 프레스, 다중-스테이션 프레스, 압출 프레스, 또는 개시 물질에 압축 압력을 적용함으로써 개시 물질이 더 높은 밀도의 단일 바디 형태로 압축되도록 구성되는 임의의 다른 적합한 장치에 의해 수행될 수 있다.
압축된 전구체 물질의 단일 바디는 임의의 적합한 치수를 가질 수 있으며, 압축된 고체로서의 임의의 적합한 형상 또는 입체형태를 가질 수 있다. 다양한 실시양태에서, 압축된 전구체 물질은 0.2 cm 이상의 치수를 갖는 단일 바디로 제공될 수 있지만, 다른 실시양태에서는 더 작은 크기의 압축된 전구체 물질 단일 바디가 바람직할 수 있다. 예시적인 예를 들자면, 다양한 실시양태에서의 전구체 물질의 단일 바디는 그 각각의 치수가 0.2 내지 2.5 cm의 범위이며 그의 두께가 0.2 내지 2.5 cm의 범위인 면을 갖는 소판 또는 태블릿의 형태일 수 있다. 또 다른 예로서, 전구체 물질의 단일 바디는 2 내지 20 cm 범위의 직경 및 1 내지 4 cm 범위의 두께를 갖는 원통형 퍽(puck)의 형태일 수 있다. 압축된 전구체 물질 단일 바디의 형상 또는 입체형태는 특성상 형상구조적으로 규칙적이거나 불규칙할 수 있는데, 일반적으로 그것은 전구체 물질이 사용되는 특정 기화기 또는 기화 환경에 적절한 임의 공간-충전 형상구조 형태의 것일 수 있다. 예를 들어 일부 실시양태에서, 전구체 물질의 단일 바디는 일반적으로 전구체 물질의 단일 바디가 배치되는 기화기 용기의 내부 용적 치수와 동일하거나, 아니면 그와 일치할 수 있다. 다수의 압축된 단일 바디가 사용되는 경우, 전구체 물질 단일 바디의 크기 및 형상은 기화기 내부 용적의 최적의 공간 충전을 제공하도록 선택될 수 있다. 예를 들면, 단일 바디는 동일한 길이 (L) 및 직경 (D) 치수를 갖는 원통형 형상의 펠릿, 예컨대 2 mm 두께 및 2 mm 직경의 (즉 L/D = 1임) 펠릿일 수 있다.
비제한적인 예로는 Co, Hf, Zr, Al, Ti, W, Mo, Ba, Nb, Pb, Mg, Mn, Ta, Fe, Ni, Cu, Zn, Ga, B, Si, Ge, Sr, La, Y, Ir, Pt, Pd, Rh, Ru, In, Sn, Bi, Y, Ce, Pr, Eu, Er, Yb, Lu 및 Dy, 할로겐화물, 카르보닐, 옥시할로겐화물, 알킬, 알콕시드, 시클로펜타디에닐, 베타-디케토네이트, 실릴, 아미디네이트, 포름아미디네이트, 카르복실레이트, HfCl4, ZrCl4, AlCl3, TiCl4, WCl6, WCl5, NbCl4, MoOCl4, NbF4, W(CO)6, Mo(CO)6, Co(CO)6, Co2(CO)8, 디코발트 헥사카르보닐 헥사플루오로-2-부틴, 디코발트 헥사카르보닐 tert-부틸 프로파인, 디코발트 헥사카르보닐 트리메틸실릴 프로파인, (CO)2CoNO(CNtBu), (3,3-디메틸-1-부틴)디코발트헥사카르보닐, 코발트 카르보닐 비스(트리메틸실릴 아세틸렌), 디코발트 헥사카르보닐 트리메틸실릴 아세틸렌, 비스(트리메틸실릴)아미도 코발트 (II), 트리메톡시펜타메틸시클로펜타이에닐)티타늄, 펜타키스디메틸아미노 탄탈럼, 트리메틸인듐, 비스-시클로펜타디엔 마그네슘, 테트라메틸 징크, 테트라에틸 징크, 상기의 조합 및 유도체들은 물론, 20 내지 30℃의 주위 온도 조건 및 약 1 atm의 주위 압력에서 고체인 임의의 다른 전구체 물질들이 포함된다.
압축된 전구체 단일 바디를 형성시키기 위한 개시 물질은 그와 같은 단일 바디를 형성시키기 위하여 압축가능한 임의의 적합한 개시 물질 형태일 수 있다. 바람직하게는, 개시 물질은 분말 또는 과립형 물질로서의 미분된 형태이다. 단일 바디로 압축되는 경우의 개시 물질은 이후 해당 형태로의 전구체 물질의 이어지는 사용에 충분한 구조적 완전성을 유지해야 한다. 예를 들어, 전구체 증기의 생성을 위한 사용 시점에 기화기에 적재될 때, 압축된 전구체 물질 단일 바디는 바람직하게는 해당 적재 및 이어지는 기화기의 설치 및 최초 사용 동안 단일 바디 형태를 유지하기에 충분한 구조적 완전성을 유지하며, 유리하게는 포장, 및 제조 장소로부터 사용 지점으로의 수송을 도모하기에 충분한 구조적 완정성을 갖는다. 일반적으로, 적어도 최초 기화 작업 전체에 걸쳐 압축된 전구체 물질의 원래의 단일 바디 형태를 유지하는 것이 바람직하나, 일부 경우에는 구획 층 또는 소멸 영역을 가짐으로써 압축된 물질의 더 큰 최초 바디가 예컨대 압축된 전구체 물질 바디에 대한 열의 적용시 더 작은 구성요소 피스로 분할되는 압축된 전구체 물질의 단일 바디를 형성시키는 것이 바람직할 수 있다.
이와 같은 점에서, 기화기 용기 제조 시점 또는 충전 시점에 압축된 전구체 물질 단일 바디가 기화기에 배치되고, 이후 충전된 기화기가 폐쇄된 용기로서 사용 장소로 수송되는 경우라면, 압축된 물질 단일 바디는 그와 같은 취급 및 이어지는 수송, 그리고 이어지는 증기 생성 작업에 대한 부정적인 효과 없이 사용을 위하여 증기가 생성되어야 하는 공정 설비에서의 기화기 용기 설치를 도모해야 한다. 이에 따라, 적어도 이후 기화 작업의 최초 단계 내내 유지되게 되며 최소한의 마모, 더스팅 거동 등을 갖는 형태로 전구체 물질의 압축된 단일 바디를 형성시키는 것이 바람직하다.
일반적으로, 압축된 물질은 입자가 전구체 물질의 단일 바디를 형성하는 고화된 물질에서 서로 응집되는 개시 물질의 과립이 되도록 충분히 자가-부착성이어야 하거나, 또는 대안적으로는 압축된 물질이 단일 바디 형태를 유지하기에 충분하게 자가-부착성이 아닌 경우, 본 개시 전구체 물질의 제조시에 단일 바디 형태가 만족스럽게 달성되어 유지되는 것을 보장하기 위하여, 불활성 비-휘발성 결합제 또는 다른 매트릭스 물질이 개시 물질에 첨가될 수 있다.
그와 같은 경우의 결합제 또는 매트릭스 물질은 바람직하게는 전구체 증기를 생성시키기 위하여 압축 물질 단일 바디가 적용되는 휘발화 조건에서 비-휘발성이거나, 또는 그와 같은 조건에서 휘발성인 경우라면, 결합제 또는 매트릭스 물질의 상응하는 증기가 바람직하게는 생성되는 전구체 증기가 유동되는 증착 공정과 관련하여 무해성이다. 상기 결합제 또는 매트릭스 물질은 예를 들면 비-휘발성 비-반응성 중합체 매체, 고순도 비-휘발성 탄소질 물질, 또는 높은 순도 및 비-휘발성 비-반응성 특징을 가지며 압축된 전구체 물질에 구조적 완전성을 부여함으로써 그것이 이어지는 취급, 포장 및 적어도 최초 사용 동안 그의 단일 바디 형태를 유지하도록 하는 데에 효과적인 다른 적합한 결합제 또는 매트릭스 물질을 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 결합제 또는 매트릭스 물질은 바람직하게는 해당 전구체 물질이 이용되는 고체 전달 휘발화 및 증착 공정에 대하여 불활성이다.
일부 경우에서, 동일한 개시 물질 중 동종이거나 아니면 밀접하게 관련되어 있는 화합물들과 관련한 개시 물질의 조성은 압축된 전구체 물질 단일 바디의 형태구조 및 물리적 특징에 영향을 주게 된다. 예를 들어, 일부 경우에서는, 서로 다른 텅스텐 헥사클로라이드의 부차적 비율을 갖는 텅스텐 펜타클로라이드와 텅스텐 헥사클로라이드의 혼합물이 유사한 구조적 완전성 및 형태구조적 특징을 달성하는 데에 서로 다른 압축 수준을 필요로 한다는 것이 발견되었다. 전구체 개시 물질 중 관련 화합물들의 특정 혼합 조성물을 위하여 가장 바람직한 압력 수준 및 온도 조건을 결정함에 있어서, 특정 압축 조건이 용이하게 경험적으로 결정될 수 있다는 것은 알고 있을 것이다. 관련 물질들의 혼합물이 고려되기는 하지만, 순수한 전구체 물질이 전구체 증기의 생성에 바람직하다.
일반적으로, 미립자 전구체 개시 물질의 고화를 수행함에 있어서, 전구체 개시 물질의 압축은 주위 또는 주위-부근 온도 조건, 예컨대 15℃ 내지 30℃ 범위의 온도에서 수행될 수 있다. 일부 실시양태에서는, 더 높은 온도가 압축 작업에 사용될 수 있으며, 다른 실시양태에서는 미립자 전구체 개시 물질의 고화를 수행하는 데에 전구체 개시 물질의 압축에서 더 고온인 (승온) 처리가 바람직할 수 있다.
본 출원의 일 실시양태는 단락 <0026>에 열거되어 있는 물질들 중 적어도 1종을 사용하여 20 내지 30℃의 온도 및 대략 4800 psi 내지 48500 psi (대략 326 내지 3300 atm) 범위의 압력에서 물질을 가압하는 것에 의해 고체 전구체 미립자로부터 압축된 전구체 조성물을 형성시키는 것을 포함한다.
본 출원의 또 다른 실시양태에서는, 압축된 전구체 고체 물질을 형성시키는 데에 단락 <0026>의 순수한 물질 조성을 갖는 전구체 미립자 물질, 및 전적으로 그로부터 형성되는 조합이 사용되는데, 이 경우 물질은 그것이 250℃ 미만의 압축시 승화 온도를 가지며 대략 4800 psi 내지 48500 psi (대략 326 내지 3300 atm) 범위의 압력에서 가압될 수 있도록 하는 것이다. 결과적으로, 이와 같은 실시양태의 장점은 그것이 온도가 250℃ 미만이고 바람직하게는 20 내지 30℃ 범위의 온도가 압축 동안 사용되는 경우에 물질의 붕해 및 균열을 최소화한다는 것이다. 또한, 20 내지 250℃ 온도에서의 압축은 분말화된 형태 등의 비압축 형태에 비해 물질 밀도의 급격한 증가를 초래하게 됨으로써, 생성되는 압축된 고체 전구체 물질이 그것이 형성되는 미립자 물질과 관련된 결정질 밀도의 적어도 50%를 달성하게 된다.
본 출원의 또 다른 실시양태에서는, 분말화된 형태의 실질적으로 순수하거나 완전히 순수한 텅스텐-펜타클로라이드 미립자가 20 내지 30℃에서 대략 4,800 psi (대략 326 atm)으로 압축된다. 분말화된 형태에서, 텅스텐-펜타클로라이드의 밀도는 0.3 내지 0.5 gm/cm3인 반면, 압축시에는 밀도가 3.0 내지 3.2 gm/cm3인 것으로 알려져 있는데, 이와 같은 밀도는 실질적으로 텅스텐-펜타클로라이드를 포함하는 고체 조성물과 관련된 대략 3.8 gm/cm3인 결정질 밀도의 86%라는 것이 발견되었다. 또한, 본 출원의 이와 같은 실시양태에서는, 대략 85% 내지 95%의 텅스텐-펜타클로라이드 및 5% 내지 15%의 텅스텐 헥사클로라이드를 포함하는 물질이 사용될 수 있다. 텅스텐-펜타클로라이드와 함께 텅스텐-헥사클로라이드를 사용하는 것의 장점은 상기 조합이 생성되는 압축된 고체의 밀도는 증가시키고 균열은 감소시키는 것이라는 것 또한 유의해야 한다. 이에 따라, 이와 같은 실시양태에 따라 생성되는 고체 전구체는 동일한 물질로 구성되는 결정질 고체의 대략 80%만큼 조밀하며, 분말화된 형태의 적어도 6배만큼 조밀하다.
본 출원의 또 다른 실시양태에서는, 분말화된 형태의 텅스텐-펜타클로라이드-텅스텐-헥사클로라이드 미립자 물질이 100℃ 내지 175℃의 온도에서 35,000 psi를 초과하는 압력으로 압축되는데, 이는 3.5 gm/cm3을 초과하는 밀도를 갖는 압축된 고체 물질을 초래할 수 있다.
본 출원의 또 다른 실시양태에서는, 분말화된 형태의 실질적으로 텅스텐-카르보닐을 포함하는 전구체 물질 미립자가 20 내지 30℃에서 대략 4,800 psi (대략 326 atm)으로 가압된다. 생성되는 압축된 고체 전구체 물질은 대략 1.7 gm/cm3의 밀도를 가진 반면, 분말화된 형태의 미립자 텅스텐 카르보닐은 1.0 gm/cm3의 밀도를 가졌으며, 텅스텐-카르보닐과 관련된 결정질 밀도는 대략 2.6 gm/cm3이었다. 이에 따라, 생성되는 고체 전구체 물질의 밀도는 그의 미립자 형태에 비해 70%까지 증가되었으며, 텅스텐-카르보닐 순수 결정질 고체의 대략 60%인 밀도를 가졌다.
고체 전구체 물질의 압축은 다이 프레싱, 등방압 프레싱, 본 출원에서 달리 표시될 수 있는 기술, 또는 관련 기술분야에 알려져 있는 다른 형태의 가압을 사용하는 것에 의해 달성될 수 있다. 압축 또는 다른 것 도중 가열이 필요한 경우, 가열은 전기 저항 가열 (열 테이프)을 사용하는 것에 의해 달성될 수 있는데, 원하는 온도는 압축 동안 레이저 공급원의 적용, 전기 유도, 화염 또는 기체 공급원의 적용에 의해, 마찰의 적용을 통하여, 본 출원에서 달리 표시될 수 있는 기술, 또는 관련 기술분야에 알려져 있는 바와 같은 다른 형태의 가압을 사용하는 것에 의해 달성될 수 있다.
본 출원의 다양한 실시양태들의 이점은 압축된 전구체 물질의 밀도를 증가시킴으로써 비제한적으로 기화기 용기를 포함한 운반 용기 내부에 더 많은 물질이 위치될 수 있도록 하는 능력이라는 것을 주지해야 한다.
본 개시의 압축된 단일 바디 전구체 물질이 해당 압축 단일 바디가 형성되는 미립자 물질에 비해 더 높은 전구체 증기 플럭스의 달성을 가능케 하는 데에 사용될 수 있기는 하지만, 그와 같은 압축된 단일 바디의 미립자 공급원 물질을 사용하여 달성가능한 플럭스와 동일하거나 심지어는 그보다 더 낮은 플럭스가 생성되는 다양한 공정 조건 하에 압축된 단일 바디가 이용될 수도 있는데, 이 경우 압축된 단일 바디 형태의 전구체 물질은 취급의 용이성 및 미립자 비말동반에 대한 내성과 같은 다른 장점을 제공한다.
본 개시는 또한 본 개시 고체 전달 장치로부터의 증기의 공급을 필요로 하는 제품을 제조하도록 구성되는 제조 설비를 고려하는 바, 여기서 상기 고체 전달 장치는 본 개시의 고체 전달 전구체가 들어 있는 기화기를 포함하며, 상기 제조 설비는 고체 전달 장치의 기화기로부터 제조 설비의 증기-이용 기구로의 증기의 전달을 위한 배열구조의 고체 전달 장치를 포함한다.
도 1은 압축된 전구체의 휘발화를 위한 본 개시의 다양한 실시양태들에서 유용한 유형의 기화기 사시도이다.
기화기(10)는 예를 들면 은, 은 합금, 구리, 구리 합금, 알루미늄, 알루미늄 합금, 납, 니켈 클래드(clad), 스테인리스강, 그래파이트, 탄화 규소-코팅된 그래파이트, 질화 붕소, 세라믹 물질 등 중 어느 것, 또는 이와 같은 유형 물질들 중 2종 이상의 조합, 혼합물 또는 합금과 같은 적합한 열-전달 물질로 제조되는 용기(12)를 포함한다. 상기 용기는 그의 표면(들) 상에 보호 코팅을 포함할 수도 있다.
용기는 함께 용기의 내부 용적을 형성하는 바닥(14) 및 외접 측벽(16)을 포함한다. 용기는 그의 내부 용적을 통한 운반체 기체의 균일한 유동을 용이하게 하는 어떠한 적합한 형상도 가질 수 있다. 도 1에 나타낸 예시적인 실시양태에서, 용기는 원통형의 형상을 갖는다. 용기는, 개방시 용기의 내부 용적으로 운반체 기체를 선택적으로 도입시키도록 배열된 운반체 기체 유입구 밸브(20)가 탑재된 뚜껑(18)을 포함한다.
용기의 내부 용적에 위치되어 있는 것은 다수의 수직으로 적층된 트레이(22)이다. 상기 적층된 트레이는 서로 분리가능하며, 용이한 세척 및 재충전을 위하여 용기로부터 제거가능하다. 용기 내에 위치되는 것은 예컨대 용접, 땜질 등에 의해 유입구 밸브(20)과 결합되어 있는 뚜껑의 기체 유입구로 연결되며, 수직으로 적층된 트레이 배열체 중 최저 트레이 아래의 내부 용적 저부로 운반체 기체를 전달하는 내부 운반체 기체 하강튜브(downtube)(23)이다. 나타낸 실시양태에서, 하강튜브(23)는 트레이의 바닥을 통하여 연장되는 각 트레이의 원통형 칼라(collar)를 통과한다. 트레이 바닥과의 하강튜브 연결부에서 누출-방지 밀봉을 보장하는 것을 돕기 위하여, 연속되는 트레이들 사이에는 밀봉 O-링(ring)(38)이 위치될 수 있다. 각 트레이 측벽 상부 표면에서 트레이들 사이를 밀봉하는 데에 추가적인 외부 O-링이 사용될 수도 있다.
예시되어 있는 바와 같이, 개별 트레이(22) 각각은 압축된 전구체 단일 바디의 배치 및 지지를 위한 트레이 공강을 형성하는 바닥 및 측벽을 갖는다. 트레이는 바람직하게는 예컨대 은, 은 합금, 구리, 구리 합금, 알루미늄, 알루미늄 합금, 납, 니켈 클래드, 스테인리스강, 그래파이트, 탄화 규소-코팅된 그래파이트, 질화 붕소, 세라믹 물질, 또는 전기 중 2종 이상의 조합, 혼합물 또는 복합재와 같은 비-반응성 열-전달 물질로 제조된다. 트레이들은 연속되는 트레이들의 적층으로서 기화기 용기의 내부 용적에서 서로 수직으로 이격되어 있는 관계일 수 있다. 트레이들의 그와 같은 적층에서, 인접 트레이들 사이의 이격은 적층 전체에 걸쳐 일정할 수 있거나, 또는 대안적으로는 트레이들이 서로 다른 이격 거리로 이격됨으로써, 기화기 가동시 최적의 전구체 물질 소비를 제공할 수 있는데, 그에 따라 기화기 용기의 내부 용적에서의 전구체 증기 생성 플럭스는 해당 내부 용적 전체에 걸쳐 적합하게 높은 수준으로 유지된다.
기화기 용기 내부 용적이 전구체 물질-지지 트레이들의 배열체를 포함하는 경우, 트레이들은 서로와 동일할 수 있거나, 또는 대안적으로는 트레이들의 배열체가 서로 다른 유형의 트레이들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 다양한 실시양태에서, 트레이들은 외접 측벽에 의해 둘러싸인 상이한 높이에 있는 것일 수 있으며, 그에 따라 배열체 내 서로 다른 트레이들에 의해 보유되는 전구체 물질의 압축된 단일 바디의 용적은 가변적일 수 있다. 따라서, 더 짧은 측벽을 갖는 트레이에 의해 보유되는 것보다는, 전구체 물질의 압축된 단일 바디의 더 큰 용적을 보유하기 위하여, 더 높은 측벽을 갖는 트레이가 사용될 수 있다.
도 1의 예시 실시양태 중 개별 트레이들 각각은 다수의 관통-튜브(30)를 포함하며, 여기서 각 관통-튜브는 관통-튜브를 통한 운반체 기체의 이동을 위한 통로를 포함한다. 상기 관통-튜브는, 기체가 그를 통과해서 유동하게 하는 어떠한 형상 또는 구성도 가질 수 있다. 바람직하게는, 관통-튜브는 형상이 원통형 또는 원뿔형이다. 다양한 실시양태에서, 관통-튜브는 트레이 바닥으로부터 상향 연장되어, 트레이 바닥의 상응하는 개구부와 통하는 중앙 통로를 한정한다. 다른 실시양태에서, 관통-튜브는 동일한 방식으로 트레이 바닥으로부터 상향 연장되나 트레이 아래로도 하향 연장됨으로써, 중앙 통로가 예를 들면 그의 중앙 구멍으로서 트레이 바닥 위 및 아래 모두에서 관통-튜브에 의해 봉입된다.
관통-튜브는 임의의 적합한 방식으로, 예를 들면 용접, 땜질, 기계적 조임쇠 결합, 프레스-핏(press-fit), 스웨이징(swaging) 등에 의해 트레이 바닥에 고정될 수 있다. 대안에서는, 관통-튜브가 트레이 바닥의 일부로서 통합 형성될 수 있다. 특정 실시양태에서, 관통-튜브 각각의 높이는 트레이 측벽의 것과 대략 동일한 높이이지만, 관통-튜브 각각의 높이가 그와 같은 측벽에 비해 더 높거나 더 낮은 다른 실시양태도 고려된다.
각 트레이의 측벽은 트레이들이 적층가능하여 기화기 용기의 내부 용적에서 수직으로 연장되는 적층 배열체를 형성하도록 하는 충분한 높이의 것일 수 있다.
다른 실시양태에서, 트레이는 측벽 없이 제조될 수 있으며, 용기 내부 벽체 표면상 지지체의 도움으로 원주 밀봉 개스킷 또는 다른 탑재 구조부 또는 요소를 사용하여 내부 용적에 탑재될 수 있다. 트레이들이 수직 이격 관계로 조립체로서 서로에 탑재되는 추가적인 실시양태도 고려된다. 예를 들어, 트레이는 기화기의 조립 및 해체 동안 원하는 대로 용기의 내부 용적에 삽입되고 그로부터 회수되는 단일 배열체로서 프레임 또는 다른 위치지정 구조부 상에 탑재될 수 있다.
일 특정 실시양태에서는, 각각의 트레이가 외접 측벽을 가지며, 각 관통-튜브의 높이가 트레이 측벽의 높이 미만이어서, 관통-튜브 단부 위에 각 트레이 내에서의 기체 분산 및 순환을 위한 헤드 공간을 제공한다.
대안적으로 또는 더하여, 트레이는 그 안에 다공성 개구부를 동반하여 제조될 수 있으며, 전구체의 압축된 단일 바디가 트레이의 상부 표면 상에 지지되고, 운반체 기체가 관통-튜브 및/또는 다공성 개구부를 통하여 유동됨으로써 기화기 가동 동안 전구체의 압축된 고체 바디로부터 휘발되는 전구체 증기를 수용한다. 트레이 구조부에 존재하는 관통-튜브 및/또는 다공성 개구부의 치수가 트레이 상에 지지된 전구체의 압축된 고체 바디를 보유하도록 하도록 하게 되는 것임은 이해될 것이다. 다양한 다른 실시양태에서, 트레이 각각 또는 대안적으로 그들 중 하나 이상은 증기 생성 작업에서 기체가 유동할 수 있으며 압축된 전구체 물질이 지지되는 투과 통로를 제공하는 소결된 금속 매트릭스 또는 소결된 세라믹 매트릭스 물질과 같은 다공성 프릿(frit) 물질로 형성될 수 있다.
다공성 프릿은 방출되는 전구체 증기를 여과함으로써 거기에서 원하는 정도까지 미립자를 제거하기 위하여, 기화기 장치의 전구체 증기 유출구에 사용될 수도 있다. 다공성 프릿은 전구체 물질의 압축된 단일 바디와의 접촉을 위하여 기화기 장치로 도입되는 운반체 기체를 상응하여 여과하기 위하여, 기화기 장치의 운반체 기체 유입구에 사용될 수도 있다.
다양한 실시양태에서, 각 관통-튜브는 트레이의 저부로부터 예를 들면 약 0.5 mm 내지 약 5 mm 범위, 더욱 바람직하게는 약 1.5 mm 내지 약 3.0 mm 범위일 수 있는 높이까지 수직으로 상향 연장된다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 각 트레이에서의 관통-튜브의 위치지정은 인접 트레이의 관통-튜브 위치로부터 약간 벗어남으로써, 운반체 기체와 전구체 증기의 생성되는 기체 혼합물이 관통-튜브를 통하여 다음-인접 트레이 영역으로 수송되기 전에 운반체 기체가 운반체 기체의 전구체의 압축된 고체 바디와의 접촉을 위하여 트레이 내에서 순환하는 것을 강제할 수 있다. 그와 같은 정렬에 의하면, 운반체 기체의 압축된 전구체 고체 바디와의 다중적인 접촉 수준이 운반체 기체가 고도로 효율적인 방식으로 포화되는 것을 가능케 한다.
기화기(10)의 크기는 화학적 증착 (CVD) 장치, 펄스형 CVD 장치, 원자 층 피착 (ALD) 장치, 이온 주입 시스템, 스퍼터링 장치 또는 증기 상 에피택시(epitaxy) 장치와 같은 하류의 유체-이용 설비로 공급될 증기의 양에 따라 광범위하게 가변적일 수 있다. 다양한 실시양태에서, 기화기는 약 3 내지 6 인치의 범위일 수 있는 내부 직경을 갖는 원통형의 입체형태를 갖는다. 기화기 용기의 내부 용적 중 트레이의 수는 기화기의 크기에 의해 결정되게 된다. 다양한 실시양태에서는, 3 내지 5개의 트레이가 기화기 용기에 봉입된다.
다수의 트레이들이 들어 있는 기화기는 기화될 전구체의 압축된 고체 바디에 적절한 원하는 온도, 기화기로부터 하류의 전구체 증기-이용 설비로 전달되는 운반체 기체 혼합물 중 전구체 증기의 원하는 농도, 그리고 기화 작업에 사용되는 특정 작업 조건 세트로 가열 및 유지될 수 있다.
기화기 용기의 가열은 어떠한 적합한 방식으로도 수행될 수 있다. 일 실시양태에서는, 기화기 주위에 리본(ribbon) 히터가 권취된다. 또 다른 실시양태에서는, 기화기 외부 표면의 적어도 주요 부분을 덮는 형상을 갖는 블록(block) 히터가 기화기 용기를 가열하는 데에 사용된다. 또 다른 실시양태에서는, 승온의 열 전달 유체가 기화기 용기의 외부 표면과 접촉됨으로써, 그의 가열을 수행할 수 있다. 추가적인 실시양태는 기화기 용기 상에 침윤되는 적외선 또는 다른 방사선 에너지에 의해 가열하는 것을 포함한다. 고체 전달 공정의 구체적인 실행시 필요 또는 바람직한 바에 따라, 기화기 용기와 결합되는 유동 회로 또는 그의 선택된 구성요소 또는 부품이 가열될 수도 있다.
추가적인 실시양태에서, 본 발명은 기화기에서의 전구체의 압축된 고체 바디의 대류 가열을 수행하기 위한 용기에서의 고온 기체의 순환에 의한 공급원 반응물의 가열을 고려한다.
기화기 용기의 가열 방법은 정밀하고 신뢰성 있는 방식으로 기화기가 그에 의해 압축된 전구체 고체 바디의 휘발화를 위한 원하는 온도 수준이 되고 그와 같은 온도 수준으로 유지되도록 하는 한, 특별히 제한되지 않는다.
열적으로 균질한 방식으로 기화기 용기를 가열함으로써, 용기 내부 용적에서의 온도 편차가 최소화되는 것이 바람직하다. 트레이가 벽체와 직접적으로 열 접촉되는 특정 실시양태에서, 벽체로부터의 열 전달을 통한 그와 같은 트레이의 가열은 트레이에서 압축된 전구체 고체 바디를 기화하는 편리하고 효과적인 방법을 제공한다.
일부 적용분야에서는, 해당 휘발화를 위한 압축된 전구체 고체 바디의 가열 정도 및 속도를 강화하기 위하여 기화기 용기 내부 용적에 부가된 표면적 구조부를 이용하는 것이 바람직할 수 있다.
압축된 전구체 고체 바디의 고효율 기화를 달성하기 위한 또 다른 수단으로서, 운반체 기체는 기화기 용기 내부 용적으로의 그의 도입 전에 압축된 전구체 고체 바디의 가열 및 그의 휘발화를 돕기 위하여 가열될 수 있다. 예를 들면, 원하는 온도 수준에서의 기화기 용기로의 운반체 기체의 전달을 수행하기 위하여, 유입구 밸브(20)로 운반체 기체를 공급하는 유동 라인이 열-추적되거나(heat-traced) 달리 가열에 적용될 수 있다.
일부 적용분야에서는, 처리 동안 더 일관된 온도를 유지하기 위하여, 기화기 용기가 커다란 열 질량(thermal mass)을 갖는 것이 바람직할 수 있다. 주어진 적용분야에서 사용되는 구체적인 기화기의 온도는 하류 전구체 증기-이용 장치, 예컨대 CVD 장치, ALD 장치 또는 이온 주입 시스템의 가동 조건, 그리고 제공되는 압축된 전구체 고체 바디의 구체적인 유형, 증기 압력 및 양에 따라 달라지게 된다. 다양한 실시양태에서, 기화기 온도는 예컨대 약 40℃ 내지 약 300℃ 범위, 200℃ 내지 300℃ 범위 또는 다른 특정 온도 범위인 적합한 범위 또는 적합한 값으로 사용될 수 있다.
특정 실시양태에서, 압축된 전구체 고체 바디를 이용하는 기화기 전달 시스템은 다양하게 하기를 추가 포함할 수 있다: 기화기 용기로 운반체 기체를 공급하기 위한 라인; 기화기 용기로부터 공급원 반응물 증기를 방출시키기 위한 라인; 유동 회로 구성요소 예컨대 유동 제어 밸브, 질량 플럭스 제어장치, 조절기, 제한 유동 오리피스 요소, 열전쌍, 압력 변환기, 모니터링 및 제어 장치, 기화기 용기에의 열 에너지 투입을 위한 히터, 운반체 기체 공급 라인에서 온도를 유지하기 위한 히터, 및 공급원 반응물 증기 방출 라인 등.
일부 실시양태에서는, 기화 온도보다 더 높게 온도를 유지하여 해당 방출 라인에서의 응축을 방지하기 위하여, 전구체 증기 방출 라인의 가열이 수행된다. 방출 라인의 가열 정도는 응축의 방지를 위한 필수적인 안전성 경계를 제공하는 임의의 적합한 수준의 것일 수 있다. 예를 들어, 특정 적용분야에서, 상기 라인은 전구체 물질의 기화 온도를 5 내지 10℃ 상회하는 온도로 가열될 수 있다. 다른 실시양태에서는, 전구체 증기의 분해 온도에 접근하나 그 미만인 높은 온도까지 전구체 증기 방출 라인을 가열하는 것이 바람직할 수 있다.
본 개시에 따른 압축된 전구체 고체 바디의 휘발화에 이용되는 기화기 장치가 광범위하게 가변적인 유형의 것일 수 있으며, 도 1과 연계되어 예시적으로 기술된 특정 기화기와 유사하거나 대안적으로 그와 현저하게 다를 수 있다는 것은 알고 있을 것이다. 예를 들어, 기화기는 다른 압축된 전구체 고체 바디용 지지 구조부를 이용할 수 있거나, 또는 대안적으로는 용기의 내부 용적에 특정 보조 지지 구조부 또는 표면 없이 압축된 전구체 고체 바디의 상으로 완전히 충전되어 있는 기화기 용기를 포함할 수 있다.
[ 실시예 ]
본 개시의 구체적인 실시양태를 예시하는 것으로서, 하기의 비-제한적인 실시예를 참조하여 본 개시의 압축된 전구체의 특징 및 장점들을 더 자세하게 나타내는 바이다.
실시예 1
펠릿화하기 전에 40 내지 90 pm의 입자 크기 및 0.3 내지 0.5 g/mL의 분말 밀도를 갖는 해당 전구체의 분말 형태 개시 물질로부터, 텅스텐 펜타클로라이드의 압축된 펠릿을 제조하였다. 개시 분말 물질에 적용된 압력은 4800 psi이었다. 생성 펠릿은 디스크-형상이며, 13.8 mm의 직경 및 2.0 내지 2.7 mm의 두께를 갖는 원통의 형태를 가졌다. 펠릿의 밀도는 3 내지 3.2 g/mL의 범위였다. 1 킬로그램 (1 kg)의 펠릿을 메가배프(MegaVap)™ 기화기 (엔테그리스(Entegris), Inc. 사, 미국 매사추세츠 빌레리카 소재)에 적재하고, 가열하여 상응하는 전구체 증기를 생성시켰다. 결과를 1 킬로그램 (1 kg)의 분말 형태 개시 물질을 동일한 가열 조건 하에 동일한 기화기로 도입시켜 전구체 증기를 생성시킨 상응하는 선행 시험 ("선행 기준선")과 비교하였다.
2종의 서로 다른 공정 조건 세트에서 연속적인 실행을 수행하였다. 제1 공정 조건 세트 (실행 1)는 165℃의 기화기 온도, 기화기를 통한 분 당 표준 세제곱 센티미터 (seem) 500인 용적 유량에서의 아르곤 운반체 기체 유동, 60 torr의 기화기 압력, 운반체 기체 예비가열 (+5℃), 기화기 밸브 가열 (+10℃), 및 방출 기체 라인 가열 (+20℃)로 4시간 기간 동안의, 전구체 증기를 생성시키기 위한 기화기 가동을 포함하였다. 제2 공정 조건 세트 (실행 2)는 160℃의 기화기 온도, 기화기를 통한 분 당 표준 세제곱 센티미터 (seem) 200인 용적 유량에서의 아르곤 운반체 기체 유동, 15 torr의 기화기 압력, 운반체 기체 예비가열 (+5℃), 기화기 밸브 가열 (+10℃), 및 방출 기체 라인 가열 (+20℃)로 4시간 기간 동안의, 전구체 증기를 생성시키기 위한 기화기 가동을 포함하였다.
연속 시험의 결과를 도 2에 나타낸 바, 실행 1 및 2 각각에 대하여 시간 당 그램 (g/hr)으로 나타낸 전구체 증기의 플럭스 레이트를 그램으로 나타낸 기화기에 남아 있는 전구체의 충전 중량의 함수로 플로팅하고, 각 선행 기준선과 비교하였다. 도 2의 데이터는 상응하는 기화 조건 하에 상응하는 분말 전구체 물질에 대하여 측정된 전구체 증기 플럭스와 비교하여, 압축된 전구체 펠릿에 대하여 측정된 전구체 증기 플럭스를 각각 실행 1 및 2에서 1시간 평균 데이터 (◆) 및 2시간 평균 데이터 (■)로 플로팅한 것이다.
실행 1에서의 4시간의 기화기 가동 기간 동안, 펠릿화된 전구체가 들어 있는 기화기 용기로부터의 전구체 증기 플럭스는, 41.9 g/hr의 선행 기준선 전구체 증기 플럭스와 대조적으로, 일관되게 전구체 증기 56 내지 62 g/hr의 범위였으며, 40%를 초과하는 평균 증가를 동반하여 34 내지 48% 증가의 전구체 증기 플럭스 증가를 나타낸 것이다.
실행 2에서의 4시간의 기화기 가동 기간 동안, 기화기 가동 초기의 기화기 용기로부터의 전구체 증기 플럭스는 80 g/hr인 선행 기준선 전구체 증기 플럭스 값을 실질적으로 초과하였는데, 펠릿화된 전구체를 사용한 증기 생성의 최초 1시간 평균 값은 선행 기준선 값에 비해 15% 더 높았으며, 펠릿화된 전구체를 사용한 증기 생성의 최초 2시간 평균 값은 선행 기준선 값에 비해 대략 10% 더 높은 수준이었다.
실행 2에서의 펠릿화된 전구체의 각 플럭스 수준은 선행 기준선 값 미만 수준으로의 계속적인 감소를 나타내었으나, 실행 1 데이터와의 그와 같은 불일치는 기화기가 기화기의 가동시 초기 고체 고갈 시점에 있었다는 것에 기인하는 것이며, 실행 1의 기화기는 완전히 펠릿화된 전구체로 적재되어 있었던 반면, 실행 2의 기화기는 70% 미만 양의 펠릿화된 전구체를 포함함으로써 실행 1에서 수행되었던 것에 비해 실질적으로 더 높은 플럭스 수준으로 더 빠르게 고갈되었기 때문이었다. 그럼에도 불구하고, 데이터는 적절한 공정 조건의 선택에 의해, 본 개시의 압축된 전구체를 사용하여 분말화된 전구체를 사용하여 달성가능한 플럭스 수준에 비해 현저하게 더 높은 기화기 용기로부터의 전구체 증기 플럭스 수준을 달성하는 것이 가능하다는 것을 보여준다.
본원에서 특정 측면, 특징 및 예시적인 실시양태들을 참조하여 개시내용을 제시하기는 하였지만, 본 개시의 효용이 그와 같이 제한되는 것은 아니며, 오히려 그보다는 본원의 상세한 설명을 바탕으로 본 개시 분야의 통상의 기술자에게 그 자체로 암시될 바와 같은 수많은 다른 변이, 변형 및 대안적인 실시양태들로 연장되어 그를 포괄한다는 것은 잘 알고 있을 것이다. 따라서, 이하에서 청구되는 바와 같은 개시내용은 그의 기술사상 및 영역 내에 모든 그와 같은 변이, 변형 및 대안적인 실시양태들을 포함하는 것으로 광범위하게 간주 및 해석될 수 있는 것으로 하고자 한다.

Claims (51)

  1. 증착 공정용 전구체 증기를 생성시키는 휘발화에 유용한 고체 전달 전구체이며, 압축된 미립자 전구체의 고체 바디를 포함하는 고체 전달 전구체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 압축된 미립자 전구체의 고체 바디가 펠릿, 소판, 태블릿, 비드, 디스크 또는 모노리스의 형태인 고체 전달 전구체.
  3. 제1항에 있어서, 압축된 미립자 전구체의 고체 바디가 휘발화 작업에서 가열될 때, 상응하는 휘발화 작업 조건 하에 미립자 전구체가 나타내는 전구체 증기 플럭스에 비해 실질적으로 더 높은 전구체 증기 플럭스를 나타내는 것인 고체 전달 전구체.
  4. 제3항에 있어서, 압축된 미립자 전구체의 고체 바디가 나타내는 전구체 증기 플럭스가, 상응하는 휘발화 작업 조건 하에 미립자 전구체가 나타내는 전구체 증기 플럭스에 비해 적어도 15% 더 높은 것인 고체 전달 전구체.
  5. 제1항에 있어서, 상기 압축된 미립자 전구체의 고체 바디가, 자유-유동 분말의 외피 밀도로서 측정된 동일 질량의 상응하는 미립자 전구체의 벌크 밀도에 비해 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 95%, 100%, 110%, 120%, 130%, 140%, 150% 및 2000% 이상까지 중 적어도 하나만큼 더 높은 피스 밀도를 갖는 것인 고체 전달 전구체.
  6. 제1항에 있어서, 압축된 물질의 개별 고체 바디의 벌크 밀도가 그 물질의 절대 밀도의 80%, 82%, 85%, 87%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98% 및 99% 중 적어도 하나인 고체 전달 전구체.
  7. 제1항에 있어서, 상기 압축된 미립자 전구체의 고체 바디가, 각각의 치수가 0.2 내지 2.5 cm의 범위인 면을 가지며 0.2 내지 2.5 cm 범위의 두께를 갖는 소판 또는 태블릿의 형태인 고체 전달 전구체.
  8. 제1항에 있어서, 상기 압축된 미립자 전구체의 고체 바디가, 2 내지 20 cm 범위의 직경 및 1 내지 4 cm 범위의 두께를 갖는 원통형 퍽의 형태인 고체 전달 전구체.
  9. 제1항에 있어서, 압축된 미립자 전구체가 20 내지 30℃의 주위 온도 조건 및 약 1 atm의 주위 압력에서 고체인 고체 전달 전구체.
  10. 제1항에 있어서, 압축된 미립자 전구체의 고체 바디가 하프늄 클로라이드, 지르코늄 클로라이드, 펜타키스디메틸아미노 탄탈럼 (PDMAT), 트리메틸인듐, 비스-시클로펜타디엔 마그네슘, 테트라메틸 징크, 테트라에틸 징크, 텅스텐 헥사카르보닐, 텅스텐 펜타클로라이드, 텅스텐 헥사클로라이드, 금속 베타-디케토네이트, 금속 아미디네이트, 금속 포름아미디네이트 및 금속 카르복실레이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 전구체를 포함하는 것인 고체 전달 전구체.
  11. 제1항에 있어서, 압축된 미립자 전구체의 고체 바디가 결합제 또는 매트릭스 물질을 포함하는 것인 고체 전달 전구체.
  12. 제11항에 있어서, 결합제 또는 매트릭스 물질이 비-휘발성 비-반응성 중합체 물질을 포함하는 것인 고체 전달 전구체.
  13. 제11항에 있어서, 결합제 또는 매트릭스 물질이 고순도 비-휘발성 탄소질 물질을 포함하는 것인 고체 전달 전구체.
  14. 제1항에 있어서, 압축된 미립자 전구체의 고체 바디가 동종 화합물을 포함하는 것인 고체 전달 전구체.
  15. 제1항에 있어서, 압축된 미립자 전구체의 고체 바디가 텅스텐 펜타클로라이드 및 텅스텐 헥사클로라이드를 포함하는 것인 고체 전달 전구체.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 고체 전달 전구체를 보유하는 기화기 용기를 포함하는 기화기를 포함하는 고체 전달 장치.
  17. 제16항에 있어서, 기화기가 압축된 미립자 전구체의 고체 바디를 위한 지지 구조부를 포함하는 것인 고체 전달 장치.
  18. 제17항에 있어서, 지지 구조부가 기화기 용기 내 적어도 하나의 트레이를 포함하는 것인 고체 전달 장치.
  19. 제17항에 있어서, 지지 구조부가 기화기 용기 내 트레이 배열체를 포함하는 것인 고체 전달 장치.
  20. 제19항에 있어서, 기화기 용기 내 트레이 배열체가 상이한 높이에 있는 트레이들을 포함하는 것인 고체 전달 장치.
  21. 제19항에 있어서, 각 트레이는, 기체가 그를 통과해서 유동하도록 다수의 통로 구성요소를 포함하는 것인 고체 전달 장치.
  22. 제19항에 있어서, 각 트레이는, 기체가 그를 통과해서 유동하도록 다공성 지지 표면을 포함하는 것인 고체 전달 장치.
  23. 제16항에 있어서, 기화기는, 운반체 기체를 용기의 내부 용적에 도입시키도록 구성된 기체 유입구, 및 운반체 기체와 휘발화된 전구체 증기의 기체 혼합물을 용기의 내부 용적으로부터 방출시키도록 구성된 기체 유출구를 포함하는 것인 고체 전달 장치.
  24. 제23항에 있어서, 기체 유입구에 결합되어 운반체 기체를 기체 유입구로부터 용기 내부 용적의 하부 부분으로 전달하도록 구성된 통로를 추가로 포함하는 고체 전달 장치.
  25. 제24항에 있어서, 기화기가, 압축된 미립자 전구체의 고체 바디를 위한 지지 구조부를 포함하며, 상기 지지 구조부는 상기 통로에 결합된 다수의 트레이를 포함하고, 상기 트레이들은 용기의 내부 용적에서 서로에 대하여 수직으로 이격된 관계로 존재하는 것인 고체 전달 장치.
  26. 제16항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 기화기가 전구체 증기-이용 장치에 전구체 증기 전달 관계로 결합된 것인 고체 전달 장치.
  27. 제26항에 있어서, 전구체 증기-이용 장치가 화학적 증착 (CVD) 장치, 펄스형 CVD 장치, 원자 층 피착 (ALD) 장치, 이온 주입 시스템, 스퍼터링 장치 또는 증기 상 에피택시 장치를 포함하는 것인 고체 전달 장치.
  28. 제26항에 있어서, 전구체 증기-이용 장치가 펄스형 화학적 증착 장치를 포함하는 것인 고체 전달 장치.
  29. 제26항에 있어서, 전구체 증기-이용 장치가 원자 층 피착 장치를 포함하는 것인 고체 전달 장치.
  30. 제26항에 있어서, 전구체 증기-이용 장치가 이온 주입 시스템을 포함하는 것인 고체 전달 장치.
  31. 반도체 제품, 평판 디스플레이, 태양광 패널, LED 및 광학 코팅으로 이루어진 군으로부터 선택되는 제품을 제조하도록 구성된 제조 설비이며,
    제조 설비 내 전구체 증기-이용 기구에 전구체 증기를 전달하도록 구성된 제16항 내지 제30항 중 어느 한 항에 따른 고체 전달 장치를 포함하는 제조 설비.
  32. 제31항에 있어서, 반도체 제품을 제조하도록 구성된 제조 설비.
  33. 제31항에 있어서, 평판 디스플레이를 제조하도록 구성된 제조 설비.
  34. 제31항에 있어서, 태양광 패널을 제조하도록 구성된 제조 설비.
  35. 제31항에 있어서, LED를 제조하도록 구성된 제조 설비.
  36. 제31항에 있어서, 광학 코팅을 제조하도록 구성된 제조 설비.
  37. 제1항 내지 제15항 및 제48항 내지 제50항 중 어느 한 항에 따른 고체 전달 전구체를 휘발시켜 상응하는 전구체 증기를 생성시키는 것, 및 증착 조건 하에 전구체 증기로부터의 물질을 기판 상에 피착시키는 것을 포함하는 증착 방법.
  38. 제37항에 있어서, 반도체 제품, 평판 디스플레이, 태양광 패널, LED 및 광학 코팅으로 이루어진 군으로부터 선택되는 제품의 제조 방법에서 수행되는 증착 방법.
  39. 미립자 전구체를 단일 고체 바디로 고화하기에 충분한 압력 하에 미립자 전구체를 압축하는 것을 포함하는, 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 고체 전달 전구체의 제조 방법.
  40. 제39항에 있어서, 단일 고체 바디로의 미립자 전구체의 고화를 수행하기 위하여 상기 압축을 15℃ 내지 30℃ 범위의 온도에서 수행하는 것인 방법.
  41. 제39항에 있어서, 미립자 전구체가 하프늄 클로라이드, 지르코늄 클로라이드, 펜타키스디메틸아미노 탄탈럼 (PDMAT), 트리메틸인듐, 비스-시클로펜타디엔 마그네슘, 테트라메틸 징크, 테트라에틸 징크, 텅스텐 헥사카르보닐, 텅스텐 펜타클로라이드, 텅스텐 헥사클로라이드, 금속 베타-디케토네이트, 금속 아미디네이트, 금속 포름아미디네이트 및 금속 카르복실레이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 전구체를 포함하는 것인 방법.
  42. 제39항에 있어서, 압축된 미립자 전구체의 단일 고체 바디가 결합제 또는 매트릭스 물질을 포함하는 것인 방법.
  43. 제42항에 있어서, 결합제 또는 매트릭스 물질이 비-휘발성 비-반응성 중합체 물질을 포함하는 것인 방법.
  44. 제42항에 있어서, 결합제 또는 매트릭스 물질이 고순도 비-휘발성 탄소질 물질을 포함하는 것인 방법.
  45. 제42항에 있어서, 압축된 미립자 전구체의 단일 고체 바디가 동종 화합물을 포함하는 것인 방법.
  46. 제45항에 있어서, 압축된 미립자 전구체의 단일 고체 바디가 텅스텐 펜타클로라이드 및 텅스텐 헥사클로라이드를 포함하는 것인 방법.
  47. 제39항에 있어서, 압축된 미립자 전구체의 고체 바디를 형성시키는 것으로서 수행되며, 기화기 장치에서 압축된 미립자 전구체의 고체 바디를 포장하는 것을 추가로 포함하는 방법.
  48. 증착 공정용 전구체 증기를 생성시키는 휘발화에 유용한 고체 전달 전구체이며, 상기 고체 전달 전구체는 압축된 미립자 전구체의 고체 바디를 포함하고, 압축된 미립자 전구체는 고체 바디를 구성하는 물질과 관련된 결정질 밀도의 적어도 50%인 밀도를 갖는 것인 고체 전달 전구체.
  49. 제38항에 있어서, 압축된 전구체의 고체 바디를 구성하는 물질이 250℃ 미만의 승화 밀도를 갖는 것인 고체 전달 전구체.
  50. 제48항에 있어서, 압축된 미립자 전구체가 i) 텅스텐-펜타클로라이드, ii) 텅스텐-펜타클로라이드와 텅스텐-헥사클로라이드의 조합 및 iii) 텅스텐-카르보닐 중 하나인 고체 전달 전구체.
  51. 제48항에 있어서, 압축된 미립자 전구체가 i) 텅스텐-펜타클로라이드, ii) 텅스텐-펜타클로라이드와 텅스텐-헥사클로라이드의 조합 및 iii) 텅스텐-카르보닐 중 하나인 고체 전달 전구체.
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