KR20210138508A - 바나듐 화합물들의 전달을 위한 방법들 및 시스템들 - Google Patents
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- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/52—Controlling or regulating the coating process
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/06—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of metallic material
- C23C16/08—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of metallic material from metal halides
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Abstract
방법은 전달 용기에 바나듐 테트라클로라이드를 배치하는 단계; 바나듐 테트라클로라이드를 전달 용기와 유체 연통하는 반응 챔버로 전달하는 단계; 바나듐 테트라클로라이드의 분해 생성물의 반응 챔버로의 전달을 완화하는 단계; 및/또는 바나듐 테트라클로라이드를 반응 챔버에 배치된 기판에 적용하여 기판 상에 바나듐을 포함하는 층을 형성하는 단계를 포함한다.
Description
본 개시 내용은 일반적으로 가스상 반응기 시스템들에 적합한 방법들 및 장치들에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 개시 내용은 전구체들을 안정화시키고 가스상 반응기 시스템들에서 오염을 완화시키는데 사용될 수 있는 방법들, 화합물들 및 시스템들에 관한 것이다.
전구체들은 다른 재료를 형성하는데 사용될 수 있는 화합물들이다. 예를 들어, 전구체들은 가스상 반응들에 사용되어 박막들 또는 재료들의 층들을 형성할 수 있다. 불행하게도, 정상 압력 및 온도에서 바람직한 증기압 및/또는 원하는 반응성 (예를 들어, 표면 또는 다른 화합물과의)과 같은 바람직한 특성들을 가질 수 있는 일부 전구체들은 다른 화합물들로 분해될 수 있다. 특히, 일부 전구체들은 분해되어 부식성 가스를 생성할 수 있으며, 이는 반응기 시스템의 부품들을 부식시키고 및/또는 공정 중에 원하지 않는 식각을 유발할 수 있다. 분해는 전구체의 저장 수명을 줄이고, 제조를 복잡하게 하고, 추가 정제 단계들을 필요로하며, 저장 및/또는 선적 문제들을 유발할 수 있으며, 반응기 시스템 내에서 반응에 사용할 수 있는 소스 용기 내 원하는 물질의 양을 제한할 수 있다. 또한, 반응기 시스템 부품들의 부식은 반응기 시스템 및/또는 그 부품들의 수명을 감소시킬 수 있으며 결과적으로 그러한 장비를 작동하는 비용을 증가시킬 수 있다. 또한, 부식은 증착된 막 내에 반응기 시스템 식각 생성물들의 혼입을 초래할 수 있고 및/또는 기판상의 막의 식각을 야기할 수 있으며, 이는 결국 이러한 막들의 품질 및/또는 균일성을 감소시킬 수 있다. 또한, 전구체 분해 속도는 일반적으로 온도에 따라 증가하기 때문에 전구체를 가열함으로써 반응 챔버로의 전구체의 플럭스를 증가시키는 능력이 저해된다.
전구체들의 분해를 감소시키기 위한 노력들은 바람직하지 않게 높은 탄소 함량을 갖는 막들을 생성하는 전구체들을 야기하였고, 원하는 플럭스 비율들을 얻기 위해 바람직하지 않은 고온을 요구할 수 있고, 원자층 증착(ALD)이 바람직한 경우 물질의 화학 기상 증착(CVD)을 야기할 수 있고, 성장 속도의 원하는 제어가 결여될 수 있고, 및/또는 상대적으로 열악한 스텝 커버리지를 나타낼 수 있다. 따라서, 가스-상 반응들을 위한 전구체들을 제공하기 위한 개선된 방법들, 장치 및 조성물이 요구된다.
본 색션에서 설명된 문제들 및 해결책에 대한 논의를 포함하여 모든 논의는 본 개시 내용의 컨텍스트를 제공할 목적으로만 본 개시 내용에 포함되었다. 그러한 논의는 정보의 일부 또는 전부가 본 개시의 시점에서 알려졌거나 그렇지 않으면 종래 기술을 구성한다는 것을 인정하는 것으로 받아들여서는 안된다.
본 요약은 단순화된 형태로 개념들의 선택을 소개하며, 이는 아래에서 더욱 상세하게 설명될 수 있다. 본 요약은 청구된 주제의 주요 특징들 또는 필수 특징들을 반드시 식별하기 위한 의도가 아니며, 청구된 주제의 범위를 제한하기 위해 사용되는 의도도 아니다.
본 개시 내용의 다양한 실시 예들은 증착 공정(예를 들어, 원자층 증착)에서 전구체로서 사용된 바나듐 화합물의 분해를 완화하거나 및/또는 안정화하기 위한, 및/또는 반응 챔버에 바나듐 화합물의 분해 생성물들의 전달을 완화하기 위한 방법들 및 시스템들에 관한 것이다.
본 개시 내용의 예시적 실시 예들에 따라, 방법은 전달 용기에 바나듐 테트라클로라이드를 배치하는 단계; 상기 전달 용기와 유체 연통하는 반응 챔버로 상기 바나듐 테트라클로라이드를 전달하는 단계; 상기 반응 챔버로의 상기 바나듐 테트라클로라이드의 분해 생성물들의 전달을 완화시키는 단계; 및/또는 상기 반응 챔버에 배치된 기판에 상기 바나듐 테트라클로라이드를 적용하여 상기 기판 상에 바나듐을 포함하는 층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
다양한 실시 예들에서, 바나듐 트리클로라이드 및 염소 가스를 포함하는, 상기 바나듐 테트라클로라이드의 분해 생성물들의 전달을 완화시키는 단계는 상기 전달 용기 내의 상기 바나듐 테트라클로라이드의 분해를 완화시키는 단계를 포함할 수 있다. 다양한 실시 예들에서, 상기 전달 용기 내의 상기 바나듐 테트라클로라이드의 분해를 완화시키는 단계는, 상기 바나듐 테트라클로라이드를 상기 반응 챔버로 전달하는 단계 전에 과잉의 염소 가스를 상기 전달 용기로 공급하는 단계를 포함할 수 있다. 다양한 실시 예들에서, 상기 전달 용기 내의 상기 바나듐 테트라클로라이드의 분해를 완화시키는 단계는, 상기 전달 용기로부터의 상기 바나듐 테트라클로라이드 및 상기 염소 가스를 처분 탱크로 이송시키는 단계; 및/또는 상기 반응 챔버로 상기 바나듐 테트라클로라이드를 전달하는 단계 전에 새로운 바나듐 테트라클로라이드를 상기 전달 용기 내로 전달하는 단계를 포함할 수 있다. 다양한 실시 예들에서, 상기 전달 용기 내의 상기 바나듐 테트라클로라이드의 분해를 완화시키는 단계는 상기 전달 용기로부터 상기 염소 가스를 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 다양한 실시 예들에서, 상기 전달 용기로부터 상기 염소 가스를 제거하는 단계는 상기 전달 용기로부터 상기 바나듐 테트라클로라이드를 포함하는 조성물에 포함된 용해된 염소 가스를 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다. 다양한 실시 예들에서, 상기 전달 용기 내의 상기 바나듐 테트라클로라이드의 분해를 완화시키는 단계는, 상기 전달 용기의 배출 밸브를 통해, 시간 지정된 배출 일정에 기초하여 상기 전달 용기 외부로 상기 분해 생성물들 중의 하나 이상을 주기적으로 배출하는 단계를 포함할 수 있다.
다양한 실시 예들에서, 상기 전달 용기는 바닥 리세스 영역을 포함하며, 딥 튜브의 팁이 상기 바닥 리세스 영역 내에 배치될 수 있다. 다양한 실시 예들에서, 상기 새로운 바나듐 테트라클로라이드가 상기 전달 용기와 유체 연통하는 벌크 공급 탱크로부터 상기 전달 용기 내로 배치될 수 있다. 다양한 실시 예들에서, 상기 방법은 상기 벌크 공급 탱크 내의 상기 새로운 바나듐 테트라클로라이드의 분해를 완화하는 단계를 더 포함할 수 있다. 다양한 실시 예들에서, 벌크 공급 탱크 내의 상기 새로운 바나듐 테트라클로라이드의 분해를 완화하는 단계는 상기 벌크 공급 탱크에 과잉의 염소 가스를 공급하는 단계를 포함할 수 있다. 다양한 실시 예들에서, 상기 벌크 공급 탱크 내에서 상기 새로운 바나듐 테트라클로라이드의 분해를 완화시키는 단계는 벌크 공급 탱크로부터 염소 가스를 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 다양한 실시 예들에서, 상기 벌크 공급 탱크로부터 상기 염소 가스를 제거하는 단계는 상기 벌크 공급 탱크로부터 상기 새로운 바나듐 테트라클로라이드를 포함하는 조성물에 포함된 용해된 염소 가스를 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다. 다양한 실시 예들에서, 상기 벌크 공급 탱크 내에서 상기 새로운 바나듐 테트라클로라이드의 분해를 완화시키는 단계는, 상기 벌크 공급 탱크의 배출 밸브를 통해, 시간 지정된 배출 일정에 기초하여 상기 벌크 공급 탱크 외부로 상기 분해 생성물들 중의 하나 이상을 주기적으로 배출하는 단계를 포함할 수 있다.
다양한 실시 예들에서, 상기 방법은 상기 전달 용기 내의 압력을 모니터링하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 상기 전달 용기 내의 상기 바나듐 테트라클로라이드의 분해를 완화시키는 단계는, 상기 전달 용기의 배출 밸브를 통해, 압력 임계 수준에 도달하거나 초과하는 압력에 대응하여 전달 용기의 외부로 분해 생성물들 중의 하나 이상을 배출하는 단계를 포함할 수 있다. 다양한 실시 예들에서, 상기 방법은 벌크 공급 탱크 내의 압력을 모니터링하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 벌크 공급 탱크 내에서 새로운 바나듐 테트라클로라이드의 분해를 완화하는 것은, 벌크 공급 탱크의 배출 밸브를 통해, 압력 임계 수준에 도달하거나 초과하는 압력에 대응하여 분해 생성물들 중의 하나 이상을 벌크 공급 탱크 외부로 배출하는 것을 포함할 수 있다.
다양한 실시 예들에서, 상기 반응 챔버로 바나듐 테트라클로라이드를 전달하는 단계는 조성물에 포함된 염소 가스를 제거하는 필터를 통해 상기 바나듐 테트라클로라이드를 포함하는 상기 조성물을 유동시키는 단계를 포함할 수 있다.
다양한 실시 예들에서, 반응기 시스템(및/또는 내부에 포함된 케미컬 전달 시스템)은 논의된 방법들 및 방법 단계들을 수행하기 위해 본 명세서에 기술된 구성 요소들을 포함할 수 있다. 다양한 실시 예들에서, 상기 반응 챔버 및 전달 용기 중의 적어도 하나는 스테인레스 강을 포함한다. 다양한 실시 예들에서, 반응기 시스템은 상기 전달 용기 및 상기 전달 용기에 유체적으로 결합된 벌크 공급 탱크 중의 적어도 하나 내의 압력을 모니터링하도록 구성된 압력 모니터를 더 포함할 수 있다.
이들 및 다른 실시 예들은 첨부된 도면들에 대한 참조를 갖는 특정 실시 예들의 이어지는 상세한 설명으로부터 당업자에게 쉽게 명백해질 것이다. 본 개시 내용은 개시된 임의의 특정 실시 예들로 제한되지 않는다.
이하의 예시적인 도면들과 관련하여 고려될 때 상세한 설명 및 청구 범위를 참조함으로써 본 개시 내용의 실시 예들에 대한 보다 완전한 이해가 도출될 수 있다. 도면들 전체에 걸쳐 동일한 요소 번호가 있는 요소들은 동일한 것으로 의도된다.
도 1은 본 개시 내용의 다양한 실시 예들에 따른 예시적인 반응기 시스템의 개략도를 예시한다.
도 2는 본 개시 내용의 다양한 실시 예들에 따른 케미털 전달 시스템을 포함하는 예시적인 반응기 시스템의 개략도를 예시한다.
도 3은 본 개시 내용의 다양한 실시 예들에 따른 케미컬 전달 시스템을 포함하는 다른 예시적인 반응기 시스템의 개략도를 예시한다.
도 4는 본 개시 내용의 다양한 실시 예들에 따른 케미털 전달 시스템을 포함하는 또 다른 예시적인 반응기 시스템의 개략도를 예시한다.
도 5는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 케미컬 전달 시스템에서 사용하기에 적합한 용기를 예시한다.
도 6은 본 개시 내용의 다양한 실시 예들에 따른, 반응 챔버에서 기판에 바나듐 화합물을 적용하는 방법을 예시한다.
도 7은 본 개시 내용의 다양한 실시 예들에 따른, 바나듐 화합물의 분해 생성물의 반응 챔버로의 전달을 완화하기 위한 방법을 예시한다.
도면들에서의 요소들은 단순성과 명료성을 위해 예시되었으며 반드시 일정한 비율로 그려진 것은 아님을 이해할 것이다. 예를 들어, 도면들에서 일부 요소들의 치수는 본 개시 내용의 예시된 실시 예들에 대한 이해를 향상시키기 위해 다른 요소들에 비해 과장될 수 있다.
도 1은 본 개시 내용의 다양한 실시 예들에 따른 예시적인 반응기 시스템의 개략도를 예시한다.
도 2는 본 개시 내용의 다양한 실시 예들에 따른 케미털 전달 시스템을 포함하는 예시적인 반응기 시스템의 개략도를 예시한다.
도 3은 본 개시 내용의 다양한 실시 예들에 따른 케미컬 전달 시스템을 포함하는 다른 예시적인 반응기 시스템의 개략도를 예시한다.
도 4는 본 개시 내용의 다양한 실시 예들에 따른 케미털 전달 시스템을 포함하는 또 다른 예시적인 반응기 시스템의 개략도를 예시한다.
도 5는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 케미컬 전달 시스템에서 사용하기에 적합한 용기를 예시한다.
도 6은 본 개시 내용의 다양한 실시 예들에 따른, 반응 챔버에서 기판에 바나듐 화합물을 적용하는 방법을 예시한다.
도 7은 본 개시 내용의 다양한 실시 예들에 따른, 바나듐 화합물의 분해 생성물의 반응 챔버로의 전달을 완화하기 위한 방법을 예시한다.
도면들에서의 요소들은 단순성과 명료성을 위해 예시되었으며 반드시 일정한 비율로 그려진 것은 아님을 이해할 것이다. 예를 들어, 도면들에서 일부 요소들의 치수는 본 개시 내용의 예시된 실시 예들에 대한 이해를 향상시키기 위해 다른 요소들에 비해 과장될 수 있다.
아래에 제공된 방법들, 조성물들, 용기들, 장치, 시스템들 및 이의 용도들에 대한 예시적인 실시 예들에 대한 설명은 단지 예시일 뿐이며 단지 설명을 목적으로 한 것이며, 다음의 설명은 개시 내용 또는 청구 범위의 범위를 제한하려는 것이 아니다. 더욱이, 언급된 특징들을 갖는 다수의 실시 예들의 언급은 추가 특징들을 갖는 다른 실시 예들 또는 언급된 특징들의 상이한 조합들을 포함하는 다른 실시 예들을 배제하려는 의도가 아니다. 달리 언급되지 않는 한, 예시적인 실시 예들 또는 그 구성 요소들은 조합될 수 있거나 서로 분리되어 적용될 수 있다.
아래에 더 상세히 설명된 바와 같이, 본 개시 내용의 다양한 실시 예들은 조성물 및/또는 바나듐 화합물을 반응기 시스템의 (예를 들어, 가스-상) 반응 챔버로, 또는 용이하게 하기 위한, 수송, 저장 및/또는 공급하는 시스템들 및 방법들을 제공한다. 예시적인 시스템들 및 방법들은 바나듐 화합물의 원치 않는 분해를 완화하고 및/또는 바나듐 화합물의 분해 생성물이 반응 챔버로 전달되는 것을 완화하는 기능을 한다. 본 명세서에 기술된 방법들, 조성물들, 용기들, 장치, 시스템들 및 이의 용도들은 다양한 응용들에 사용될 수 있다.
본 개시 내용에서, "가스"는 상온 및 압력(NTP)에서의 가스, 기화 고체 및/또는 기화 액체인 물질을 포함할 수 있으며, 상황에 따라 단일 가스 또는 가스 혼합물로 구성될 수 있다. 공정 가스 이외의 가스, 즉 가스 분배 어셈블리, 다른 가스 분배 장치 등을 통과하지 않고 도입된 가스는, 예를 들어 반응 공간을 밀봉하기 위해 사용될 수 있으며, 희 가스와 같은 밀봉 가스를 포함할 수 있다. 일부 경우들에서, 용어 "전구체"는 다른 화합물을 생성하는 화학 반응에 참여하는 화합물을 지칭할 수 있으며, 특히 막 매트릭스 또는 막의 주 골격을 구성하는 화합물을 지칭할 수 있으며; 용어 "반응물"은 용어 전구체와 상호 교환적으로 사용될 수 있다. 용어 "불활성 가스"는 화학 반응에 참여하지 않고 및/또는 상당한 정도로 막 매트릭스의 일부가 되지 않는 가스를 지칭할 수 있다. 예시적인 불활성 가스는 헬륨, 아르곤 및/또는 이들의 임의의 조합을 포함한다. 일부 경우들에서, 불활성 가스는 질소 및/또는 수소를 포함할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "기판"은 소자, 회로 또는 막을 형성하는 데 사용될 수 있거나 그 위에 이들이 형성될 수 있는 임의의 아래에 놓인 재료 또는 재료들을 지칭할 수 있다. 기판은 실리콘(예 : 단결정 실리콘)과 같은 벌크 재료, 게르마늄과 같은 다른 그룹 IV 재료, 또는 그룹 II-VI 또는 그룹 III-V 반도체 재료와 같은 기타 반도체 재료를 포함할 수 있으며, 벌크 재료 위에 놓이거나 아래에 놓이는 하나 이상의 층들을 포함한다. 또한, 기판은 기판의 층의 적어도 일부 내에 또는 그 위에 형성된 리세스들, 돌출부들 등과 같은 다양한 피쳐들(features)을 포함할 수 있다. 예로서, 기판은 벌크 반도체 재료 및 벌크 반도체 재료의 적어도 일부 위에 놓인 절연 또는 유전체 재료 층을 포함할 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어 "막(film)" 및/또는 "층(layer)"은 본 명세서에 개시된 방법들에 의해 증착된 물질과 같은 임의의 연속적 또는 비연속적 구조물 및 재료를 지칭할 수 있다. 예를 들어, 막 및/또는 층은 2 차원 재료들, 3 차원 재료들, 나노 입자들 또는 심지어 부분 또는 전체 분자 층들 또는 부분 또는 전체 원자 층들 또는 원자들 및/또는 분자들의 클러스터를 포함할 수 있다. 막 또는 층은 재료 또는 핀홀들이 있는 층을 포함할 수 있으며, 이는 적어도 부분적으로 연속적일 수 있다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, "구조물(structure)"은 본 명세서에 기재된 바와 같은 기판이거나 기판을 포함할 수 있다. 구조물들은 본 명세서에 기재된 방법에 따라 형성된 하나 이상의 층들과 같이 기판 위에 놓인 하나 이상의 층들을 포함할 수 있다. 소자들 및 소자 부분들은 구조물들이거나 구조물들을 포함하거나 또는 상기 구조물들을 사용하여 형성될 수 있다.
용어 "순환 증착 공정(cyclic deposition process)" 또는 "순환적(cyclical) 증착 공정"은 기판 위에 층을 증착하기 위해 반응 챔버에 전구체들(및/또는 반응물들)을 순차적으로 도입하는 것을 지칭할 수 있으며, 원자층 증착(ALD), 순환적 화학 기상 증착(순환적 CVD), 및 ALD 구성 요소와 순환적 CVD 구성 요소를 포함하는 하이브리드 순환적 증착 공정들과 같은 공정 기술들을 포함한다.
용어 "원자층 증착"은 증착 사이클들, 또는 예를 들어 복수의 연속적 증착 사이클들이 공정 챔버에서 수행되는 기상 증착 공정을 지칭할 수있다. 본원에 사용된 용어 원자층 증착은, 전구체(들)/반응성 가스(들) 및 퍼지(예를 들어, 불활성 캐리어) 가스(들)의 교번하는 펄스들로 수행될 때, 화학 기상 원자층 증착, 원자층 에피택시(ALE), 분자 빔 에피택시(MBE), 가스 소스 MBE, 유기 금속 MBE, 및 화학 빔 에피택시 등과 같은 관련 용어들에 의해 지정된 공정들을 포함하는 것을 또한 의미한다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, "바나듐 화합물"은 바나듐을 포함하는 화학식으로 표현될 수 있는 화합물들을 포함한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, "바나듐 전구체"는 기체가 될 수 있고(예를 들어, 기화되는 액체) 바나듐을 포함하는 화학식으로 표현될 수 있는 기체 또는 재료를 포함한다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, "바나듐 할라이드 전구체"는 기체가 될 수 있고, 바나듐 그리고 불소(F), 염소(Cl), 브롬(Br) 및 요오드(I) 중의 하나 이상과 같은 할로겐을 포함하는 화학식으로 표현될 수 있는 기체 또는 재료를 포함한다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, "바나듐 층" 또는 "바나듐을 포함하는 층"은 바나듐을 포함하는 화학식으로 표현될 수 있는 재료 층일 수 있다. 바나듐 층은 산소, 질소, 황 및 탄소 중의 하나 이상을 포함(예를 들어, 바나듐 탄소 질소 층들)할 수 있다. 예를 들어, 바나듐 층은 바나듐 및 C, N, O, S와 같은 또 다른 원소를 포함하는 이원 화합물이거나 바나듐과 둘 이상의 다른 원소들, 예컨대 C, N, O, S 중의 2 개 이상을 포함하는 삼원 화합물일 수 있다. 바나듐 층 재료에 대한 화학식은 MbXyZa로 표현될 수 있으며, 여기서 M은 바나듐이고 X는 C, N, O, S 일 수 있으며 Z는 C, N, O, S 일 수 있으며, 여기서 b는 0보다 크고 1보다 작으며 y와 a는 0에서 1보다 작을 수 있다.
또한, 본 개시 내용에서, 변수의 임의의 2 개의 수는 변수의 실행 가능한 범위를 구성할 수 있고, 표시된 임의의 범위들은 종말점들을 포함하거나 제외할 수 있다. 추가로, 표시된 변수들의 임의의 값들("약"으로 표시되는지 여부에 관계없이)은 정확한 값들 또는 근사 값들을 나타낼 수 있으며, 등가물을 포함할 수 있으며, 평균, 중간값, 대표값, 다수 등을 지칭할 수 있다. 또한, 본 개시에서, 용어들 "포함하는", "구성된" 및 "갖는"은 일부 실시 예들에서 독립적으로 "전형적으로 또는 광범위하게 포함하는", "포함하는", "본질적으로 구성되는" 또는 "구성되는"을 지칭한다. 또한, 명시적으로 언급되든 아니든, 본 명세서에 기재된 조성물들 및 화합물들은 본 명세서에 언급된 화합물들 및 제제들(agents)을 포함하거나, 본질적으로 구성되거나, 구성될 수 있다. 본 개시에서, 임의의 정의된 의미들은 일부 실시 예들에서 반드시 통상적이고 관례적인 의미들을 배제하는 것은 아니다.
ALD, CVD 등에 사용되는 반응기 시스템들은 기판 표면에 물질들을 증착 및 식각하는 것을 포함하여 다양한 응용들에 사용될 수 있다. 다양한 실시 예들에서, 반응기 시스템(50)은 반응 챔버(4), 공정 동안에 기판(30)을 유지하기 위한 서셉터(6), 하나 이상의 반응물들을 기판(30)의 표면에 분배하기 위한 유체 분배 시스템(8)(예를 들어, 샤워 헤드), 반응물 소스들로부터의 하나 이상의 반응물들, 및/또는 하나 이상의 라인들(예를 들어, 라인(16)) 및 밸브들 또는 컨트롤러들(예를 들어, 밸브(22))을 통해 반응 챔버(4)에 유체적으로 결합된, 이러한 소스로부터 반응 챔버(4)로의 캐리어 및/또는 퍼지 가스를 전달하기 위한 케미컬 전달 시스템(10)을 포함할 수 있다. 케미컬 전달 시스템(10)의 반응 소스들로부터의 반응물 가스들 또는 다른 재료들은 반응 챔버(4) 내의 기판(30)에 적용될 수 있다. 케미컬 전달 시스템(10)의 퍼지 가스 소스로부터의 퍼지 가스는 임의의 과잉의 반응물 또는 다른 원하지 않는 재료들을 반응 챔버(4)로부터 제거하기 위해 반응 챔버(4)로 그리고 반응 챔버(4)를 통해 유동될 수 있다. 시스템(50)은 또한 반응 챔버(4)에 유체적으로 결합된 진공 소스(28)를 포함할 수 있으며, 이는 반응 챔버(4)로부터 반응물들, 퍼지 가스 또는 다른 재료들을 흡입하거나 펌핑하도록 구성될 수 있다.
도 2 내지 도 4는 본 개시 내용의 다양한 실시 예들에 따른 반응기 시스템들( 100A-100C)(반응기 시스템(50)의 예들)을 예시한다. 시스템들(100A-100C)은 본 명세서에 기재된 방법을 수행하고 및/또는 본 명세서에 기재된 바와 같은 구조물 또는 소자 부분을 형성하는데 사용될 수 있다.
다양한 실시 예들에서, 반응기 시스템(예를 들어, 반응기 시스템들(100A-100C))은 케미컬 물질 전달 시스템 (예를 들어, 도 2 및 3에 도시된 케미컬 전달 시스템(200A) 및 도 4에 도시된 케미컬 전달 시스템(200B)) 및 반응 챔버(예를 들어, 반응 챔버(150))을 포함할 수 있다. 케미컬 전달 시스템은 케미컬 전달 시스템이 하나 이상의 가스들, 전구체들, 반응물들 등, 및/또는 퍼지 또는 캐리어 가스를 반응 챔버로 이송하거나 전달할 수 있도록 반응 챔버에 유체적으로 결합될 수 있다. 반응기 시스템의 반응 챔버는 ALD 또는 CVD 반응 챔버와 같은 임의의 적합한 반응 챔버일 수 있다.
다양한 실시 예들에서, 케미컬 전달 시스템은 전달 용기(예를 들어, 전달 용기(250)), 벌크 공급 탱크(예를 들어, 벌크 공급 탱크(220)), 처분 탱크(예를 들어, 처분 탱크(262)), 가스 소스(예를 들어, 가스 소스(205 및/또는 207)), 벤트 시스템(예를 들어, 벤트 시스템(210)), 압력 모니터(예를 들어, 압력 모니터(들)(295)) 및/또는 컨트롤러(예를 들어, 컨트롤러(230))를 포함할 수 있다. 케미컬 전달 시스템의 구성 요소들은 임의의 적절한 구성으로 배열되고 서로 결합될 수 있다. 다양한 실시 예들에서, 케미컬 전달 시스템은 이들 각각의 구성 요소들(예를 들어, 하나 이상의 전달 용기들, 벌크 공급 탱크들, 처분 탱크들, 벤트 시스템들 등) 중의 하나 이상을 포함할 수 있다.
다양한 실시 예들에서, 컨트롤러는 케미컬 전달 시스템 내부 또는 외부에 포함될 수 있다. 컨트롤러는 케미컬 전달 시스템의 구성 요소들 중의 하나 이상과 전자 통신할 수 있고 및/또는 각 구성 요소는 각 컨트롤러와 전자 통신할 수 있다. 컨트롤러는 프로세서, 및/또는 프로세서에 의한 실행에 응답하여 프로세서가 특정 동작들을 수행하게 하는, 예컨데 벤트 시스템으로 하여금 탱크 또는 용기로부터 유체를 배출하게 하고, 케미털 전달 시스템에서 탱크 또는 용기 사이에서 유체를 이송 또는 전달하게 하고, 예를 들어 특정 속도로, 특정 패턴으로 및/또는 특정 시간에 유체를 반응 챔버로 이송하거나 전달하게 하는 명령들이 저장된 프로세서와 통신하기 위한 비일과성의, 유형의, 컴퓨터 판독 가능한 매체를 포함할 수 있다.
컨트롤러는 케미컬 전달 시스템 및/또는 반응기 시스템에 포함된 밸브들, 매니폴드들, 히터들, 펌프들 및 기타 구성 요소들을 선택적으로 작동하기 위한 전자 회로 및 소프트웨어를 포함할 수 있다. 이러한 회로 및 구성 요소들은 각각의 소스들에서 전구체들, 반응물들 및 퍼지 가스들을 도입하기 위해 작동한다. 예로서, 컨트롤러는 전달 용기, 벌크 공급 탱크, 처분 탱크 및/또는 반응 챔버 내로 또는 이들 사이에서 조성물 또는 바나듐 화합물의 유동을 제어하도록 구성될 수 있다. 컨트롤러는 케미컬 전달 시스템 및/또는 반응기 시스템의 적절한 동작을 제공하기 위해 가스 펄스 시퀀스의 타이밍, 기판 및/또는 반응 챔버의 온도, 반응 챔버 내의 압력, 및 다양한 다른 동작들을 제어할 수 있다. 컨트롤러는 전달 용기, 벌크 공급 탱크, 처분 탱크 및/또는 반응 챔버 내외로 및/또는 그 사이에서 전구체들, 반응물들 및 퍼지 가스들의 유동을 제어하기 위해 밸브들을 전기적으로 또는 공압적으로 제어하는 제어 소프트웨어를 포함할 수 있다. 컨트롤러는 특정 작업들을 수행하는, 예를 들어 FPGA 또는 ASIC와 같은 소프트웨어 또는 하드웨어 구성 요소와 같은 모듈들을 포함할 수 있다. 모듈은 유리하게는 제어 시스템의 어드레스 가능한 저장 매체에 거주하도록 구성될 수 있으며 하나 이상의 공정들을 실행하도록 구성될 수 있다.
다양한 실시 예들에서, 케미컬 전달 시스템의 전달 용기(예를 들어, 전달 용기(250))는 반응 챔버로 하나 이상의 가스들, 전구체들, 반응물들 등, 및/또는 퍼지 또는 캐리어 가스를 이송 또는 전달하는 데 사용될 수 있다. 가스 소스(예를 들어, 가스 소스(205))는 이러한 가스들, 전구체들, 반응물들 등을 전달 용기에 공급할 수 있다. 전달 용기는 반응 챔버에 유체적으로 결합될 수 있다.
다양한 실시 예들에서, 케미컬 전달 시스템의 벌크 공급 탱크(예를 들어, 벌크 공급 탱크(220))는 하나 이상의 가스들, 전구체들, 반응물들 및/또는 유사물, 및/또는 퍼지 또는 캐리어 가스를 전달 용기에 이송 또는 전달하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 벌크 공급 탱크는 전달 용기 내에서 전구체, 반응물 및/또는 유사물을 보충 및/또는 교체하기 위해 전달 용기에 공급될 새로운 전구체, 반응물 및/또는 유사물을 포함할 수 있다. 가스 소스(예를 들어, 가스 소스(207))는 그러한 가스들, 전구체들, 반응물들 및/또는 유사물을 벌크 공급 탱크에 공급할 수 있다. 벌크 공급 탱크는 전달 용기에 유체적으로 결합될 수 있다.
벤트 시스템(예를 들어, 벤트 시스템(들)(210))은 전달 용기로부터 과잉의 또는 원하지 않는 유체(즉, 액체 또는 기체)를 배출하거나 펌핑하기 위해 전달 용기에 결합될 수 있다. 유사하게, 벤트 시스템은 벌크 공급 탱크로부터 과잉의 또는 원하지 않는 유체(즉, 액체 또는 기체)를 배출하거나 펌핑하기 위해 벌크 공급 탱크에 결합될 수 있다. 유사하게, 벤트 시스템은 처분 탱크로부터 과잉의 또는 원하지 않는 유체(즉, 액체 또는 기체)를 배출하거나 펌핑하기 위해 처분 탱크에 결합될 수 있다. 전달 용기, 벌크 공급 탱크 및/또는 처분 탱크는 배출된 유체가 그를 통해 유동할 수 있는 배출 밸브를 포함할 수 있다. 벤트 시스템은 배출된 유체로부터 임의의 원치 않는 미립자, 오염물 등을 제거하기 위하여 전달 용기, 벌크 공급 탱크 및/또는 처분 탱크, 및/또는 스크러버(212)로부터 유체를 펌핑하는 펌프(214)를 포함할 수 있다. 다양한 실시 예들에서, 벤트 시스템은 케미컬 전달 시스템 내에서 각 탱크 또는 용기에 결합될 수 있다(예를 들어, 케미컬 전달 시스템(200A)에서, 개별 벤트 시스템(210)은 각각의 전달 용기(250), 벌크 공급 탱크(220) 및 처분 탱크(262)에 결합된다). 다양한 실시 예들에서, 전달 용기, 벌크 공급 탱크 및/또는 처분 탱크는 전달 용기, 벌크 공급 탱크 및/또는 처분 탱크로부터 유체를 펌핑하도록 사용되는 단일 벤트 시스템(예를 들어, 케미컬 전달 시스템(200B)에서 벌크 공급 탱크(220)와 처분 탱크(262) 사이에 공유되는 벤트 시스템(210))에 결합될 수 있다.
다양한 실시 예들에서, 압력 모니터는 케미컬 전달 시스템의 각 탱크 또는 용기에 결합될 수 있다(예를 들어, 각각의 전달 용기(250), 벌크 공급 탱크(220) 및 처분 탱크(262)는 케미컬 전달 시스템(200A 및 200B)의 압력 모니터(295)에 결합된다). 케미컬 전달 시스템의 각 탱크 또는 용기는 각각의 압력 모니터에 결합되거나 하나 이상의 탱크들 또는 용기들이 공통 압력 모니터에 연결될 수 있다. 압력 모니터는 각 탱크(들) 또는 용기(들) 내의 압력을 측정 및/또는 모니터링하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 탱크 또는 용기 내의 압력이 임계 압력 값에 도달하거나 초과하는 경우, 그러한 탱크 또는 용기 내의 과잉의 유체는 각각의 벤트 시스템(컨트롤러(예를 들어, 컨트롤러(230))에 의해 촉진되거나 명령될 수 있는)을 통해 배출될 수 있다.
반응기 시스템(및/또는 그 안에 포함된 케미컬 전달 시스템)의 구성 요소들은 스테인리스 강과 같은 임의의 적절한 재료를 포함할 수 있다.
본 개시 내용의 다양한 실시 예들에 따른 케미컬 전달 시스템은 반응 챔버로 전달될 전구체, 반응물 및/또는 유사물의 분해를 완화 또는 방지하도록 구성될 수 있다. 유사하게, 그러한 케미컬 전달 시스템은 케미컬 전달 시스템으로부터 반응 챔버로의 전구체, 반응물 및/또는 유사물로부터의 분해 생성물의 전달을 완화하거나 방지하도록 구성될 수 있다.
본 개시 내용의 다양한 실시 예들에 따른 반응기 시스템 내에서 사용되는 바나듐 화합물은 금속 산화물 반도체(MOS) 응용들(예를 들어, 일함수 층 및/또는 쌍극자 또는 플랫밴드 시프터로서), 예컨데 상보형 MOS(CMOS) 소자들의 형성에서, 식각 정지층들로서의 사용 및/또는 배리어 또는 라이너 층들로서의 사용(예를 들어, MEOL 및 BEOL 공정에서)을 위해, 적합한 바나듐 층들을 형성하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 바나듐 층은 논리 소자의 p-금속층 게이트로서, 논리 소자들의 p-다이폴 층으로서, 논리 소자들, DRAM(dynamic random-access memory), 3 차원 NAND 소자들의 형성에 사용될 수 있다. 그러나, 달리 언급되지 않는 한, 본 개시는 반드시 그러한 예들에 제한되지 않는다.
도 2 내지 4에 부가하여 도 6에 도시된 방법(600)을 참조하면, 기판 상에 바나듐 층을 형성하기 위해, 바나듐 화합물이 전달 용기(예를 들어, 전달 용기(250))에 배치될 수 있다(단계 602). 바나듐 화합물은 반응 챔버(예를 들어, 반응 챔버(150))로 이송되거나 전달될 수 있고(단계 604) 그리고 반응 챔버 내의 기판에 적용될 수 있다(단계 608).
다양한 실시 예들에서, 반응 챔버 내의 기판에 바나듐 화합물을 적용하는 단계(단계 608)는 기판의 표면 상에 바나듐을 포함하는 층을 증착하는, 순환적 증착 공정을 사용하여 달성될 수 있다. 순환적 증착 공정은 (예를 들어, 개별적으로 및/또는 순차적으로) 바나듐 전구체를 반응 챔버에 제공하고 반응물을 반응 챔버에 제공하는 것을 포함할 수 있다. 단계 608 동안, 바나듐 층이 순환적 증착 공정을 사용하여 기판의 표면 상에 증착된다. 위에서 언급된 바와 같이, 순환적 증착 공정은 순환적 CVD, ALD, 또는 하이브리드 순환적 CVD/ALD 공정을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시 예들에서, 특정 ALD 공정의 성장 속도는 CVD 공정에 비해 낮을 수 있다. 성장 속도를 높이기 위한 한 가지 접근법은 화학 기상 증착 공정의 일부 부분으로 결과되지만 여전히 반응물들의 순차적 도입의 장점을 취하는, ALD 공정에서 일반적으로 사용되는 것보다 더 높은 증착 온도에서 작동하는 것일 수 있다. 이러한 공정은 순환적 CVD라고 지칭할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 순환적 CVD 공정은 반응 챔버에 2 개 이상의 반응물들을 도입하는 것을 포함할 수 있으며, 여기서 반응 챔버에서 2 개 이상의 반응물들 사이에 중첩되는 시기가 있을 수 있어 증착의 ALD 구성 요소 및 증착의 CVD 구성 요소 둘 모두를 초래할 수 있다. 이를 하이브리드 공정이라고 지칭한다. 추가 예들에 따르면, 순환적 증착 공정은 하나의 반응물/전구체의 연속적인 유동 및 반응 챔버로의 제2 반응물의 주기적 펄싱을 포함할 수 있다.
바나듐 층의 두께는 용도에 따라 달라질 수 있다. 예로서, 바나듐 층의 두께는 5 nm 미만, 또는 약 0.1 nm 내지 약 10 nm, 또는 약 0.1 nm 내지 약 5 nm, 또는 약 0.2 nm 내지 약 5 nm, 또는 약 0.3 nm 내지 약 3 nm, 또는 약 0.3 nm 내지 약 1 nm 일 수 있다. 바나듐이 아닌 알루미늄을 포함할 수 있는 층들을 대체하는 데 사용될 때, 바나듐 층은 상대적으로 얇을 수 있으며, 이는 일 함수 및/또는 전압 임계 조정 층들을 포함한 많은 응용 분야에 바람직할 수 있다. 일부 경우들에서, 바나듐 층의 두께는 예를 들어, 바나듐 층이 배리어 층 또는 라이너로 사용될 때 2 nm보다 클 수 있다. 바나듐 층은 예를 들어 <5 nm, <4 nm, <3 nm, <2 nm, <1.5 nm, <1.2 nm, <1.0 nm 또는 <0.9 nm의 두께에서 연속적인 막을 형성할 수 있다. 바나듐 층은 상대적으로 낮은 입자 경계 형성과 함께, 상대적으로 매끈할 수 있다. 일부 경우들에서, 바나듐 층은 (TiN에 비해) 상대적으로 낮은 원주형 결정 구조들을 갖는 비정질일 수 있다. 예시적인 바나듐 층의 RMS 거칠기는 10 nm 미만의 두께에서 <1.0 nm, <0.7 nm, <0.5 nm, <0.4 nm, <0.35 nm 또는 <0.3 nm 일 수 있다.
바나듐 트리클로라이드와 같은 본 개시 내용의 다양한 실시 양태들에 따른 반응기 시스템에서의 공정(예 : 방법(600))에서 사용되는 바나듐 화합물(예를 들어, 바나듐 전구체)은 비교적 불안정할 수 있으며, 예를 들어 실온에서 바나듐 트리클로라이드 및 염소 가스(Cl2)로 분해될 수 있다. 일부 공정들은 공정을 촉진 및/또는 신속하게 하기 위해 전구체를 가열하는 것을 포함할 수 있다. 바나듐 화합물을 가열하면 분해가 가속화될 수 있다. 바나듐 트리클로라이드는 바나듐 트리클로라이드를 포함하는 용기들, 탱크들 또는 라인들을 오염시키거나 막을 수 있는 실온에서 고체이다. 예를 들어, 바나듐 트리클로라이드는 전달 용기 또는 벌크 공급 탱크, 또는 그 사이의 라인들 또는 반응 챔버에 축적될 수 있다. 또한, 반응 챔버 내의 염소 가스는 기판 상의 타겟 층(예 : 바나듐 층)의 식각을 유발할 수 있으며, 이는 바나듐 층의 순환 성장을 낮추고 및/또는 공간적 불균일성 또는 상기 층을 따라 스텝 커버리지의 부족을 야기할 수 있다.
따라서, 본 개시 내용의 다양한 실시 예들에 따른 시스템들 및 방법들은 바나듐 화합물의 분해 생성물이 반응 챔버로 전달되는 것을 완화 또는 방지하는 것을 포함할 수 있다(단계 606). 이를 위해, 예를 들어 바나듐 테트라클로라이드의 분해가 완화되거나 방지될 수 있다(예를 들어, 케미컬 전달 시스템 또는 반응기 시스템의 탱크들, 용기들, 및/또는 라인들 내에서). 도 7에서 방법 700은 바나듐 화합물(예를 들어, 바나듐 테트라클로라이드)의 분해를 완화 또는 방지하기 위한 및/또는 반응 챔버로의 바나듐 화합물 분해 생성물의 전달을 완화 또는 방지하기 위한 다양한 단계들을 예시한다. 방법 700의 단계들은 임의의 적절한 순서, 패턴 및/또는 조합으로 실행될 수 있다. 방법 600 및 700은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 반응기 시스템들 및 케미컬 전달 시스템들에 의해 수행될 수 있다.
다양한 실시 예들에서, 과잉의 염소 가스가 바나듐 화합물을 포함하는 탱크 또는 용기(예를 들어, 전달 용기(250) 및/또는 벌크 공급 탱크(220))에 공급될 수 있다(단계 702). 예를 들어, 전달 용기(250)는 바나듐 테트라클로라이드를 포함할 수 있고, 염소 가스는 가스 소스(205)로부터 전달 용기(250)로 공급될 수 있다. 유사한 예로서, 벌크 공급 탱크(220)는 바나듐 테트라클로라이드를 포함할 수 있고, 염소 가스는 가스 소스(207)로부터 벌크 공급 탱크(220)로 공급될 수 있다. 염소 가스는 바나듐 염화물의 분해 생성물이기 때문에 르샤틀리에의 원칙(Le Chatelier's principal)에 따라 바나듐 테트라클로라이드가 분해될 수 있는 환경에서 염소 가스를 첨가하면 이러한 분해가 느려지거나 방지될 수 있다. 즉, 반응(바나듐 테트라클로라이드가 염소 가스와 바나듐 트리클로라이드로의 분해)의 생성물(염소 가스)을 첨가하면 반응의 평형을 화학 반응의 반응물 측(바나듐 테트라클로라이드)으로 밀어서, 추가 생성물(염소 가스와 바나듐 트리클로라이드)의 생성을 완화하거나 방지한다(즉, 바나듐 테트라클로라이드의 분해를 완화 또는 방지).
염소 가스는 가스 소스로부터 전달 용기 또는 벌크 공급 탱크로 공급될 수 있다. 예를 들어, 염소 가스는 가스 소스(205)로부터 전달 용기(250)로 공급될 수 있고 및/또는 염소 가스는 가스 소스(207)로부터 벌크 공급 탱크(220)로 공급될 수 있다. 다양한 실시 예들에서, 케미컬 전달 시스템 내의 탱크들 또는 용기들에 공급된 염소 가스는 공통 가스 소스에 의해 공급될 수 있다.
유사한 원리를 구현하는, 다양한 실시 예들에서, 바나듐 화합물을 반응 챔버로 전달하기 위해 전달 용기를 통해 유동되는 캐리어 가스는 염소 가스를 포함할 수 있다. 캐리어 기체 내에 염소 가스가 존재하면 위에서 논의한 것과 유사하게 바나듐 화합물의 분해 반응이 화학 방정식의 반응물 측으로 밀릴 수 있다(예를 들어, 그의 분해를 방지 또는 완화하는 바나듐 테트라클로라이드). 캐리어 가스에서 염소 가스의 존재는 반응 챔버 및/또는 기판에서 식각을 유발할 수 있지만, 캐리어 가스에서 염소 가스의 양을 조절함으로써(다시, 바나듐 화합물의 분해를 완화할 수 있으며, 그렇지 않으면 예측할 수 없는 양의 염소 가스를 형성할 수 있으며) 식각의 양이 더 예측 가능할 수 있으므로, 공정 조건들 및 사이클들이 이러한 식각을 보상하도록 구성될 수 있다. 바나듐 화합물의 분해로 인한 예측할 수 없는 양의 염소 가스는 알 수 없는 염소 가스의 양과 그로 인한 알 수 없는 식각으로 인해 발생하는 식각에 대한 보상을 어렵게 할 수 있다.
다양한 실시 예들에서, 전달 용기의 내용물은 제거되고 새로운 전구체, 반응기 또는 기타 화합물로 대체될 수 있다. 예를 들어, 주기적으로, 처리 사이클이 시작되기 직전 및/또는 임의의 다른 적절한 시간에, 새로운 바나듐 화합물이 전달 용기에 공급되어 반응 챔버로 보내질 수 있다. 이를 위해, 바나듐 화합물, 및 전달 용기(예를 들어, 전달 용기(250))에서 바나듐 화합물 분해로부터의 임의의 분해 생성물들(예 : 염소 가스 및/또는 바나듐 트리클로라이드)이 전달 용기로부터 이송될 수 있다(단계 704). 전달 용기로부터 제거된 바나듐 화합물 및 분해 생성물들은 폐기를 위해 처분 탱크(예를 들어, 처분 탱크(262))로 이송될 수 있다. 처분 탱크의 내용물은, 예를 들어 펌프(214)(예를 들어, 벤트 시스템(210)의)에 의해 최종 처분을 위해 이송되거나 펌핑될 수 있다. 이에 응답하여, 새로운 바나듐 화합물(분해되지 않았고, 및/또는 거의 분해되지 않은)은 다른 탱크 또는 용기(예를 들어, 벌크 공급 탱크(220)로부터)로부터 전달 용기로 공급될 수 있다(단계 706). 다양한 실시 예들에서, 새로운 바나듐 화합물을 수용하는 전달 용기에 응답하여, 바나듐 화합물은 기판에 적용하기 위해 전달 용기로부터 반응 챔버(예를 들어, 단계 604)로 이송될 수 있다(예를 들어, 단계 608). 전달 용기는 미리 결정된 기간이 지난 후, 반응 챔버의 모든 처리 사이클 전 및/또는 임의의 다른 적절한 시간에 주기적으로 (오래된 바나듐 화합물 및 분해 생성물들이 제거된 후) 새로운 바나듐 화합물을 수용할 수 있다.
유사하게, 다양한 실시 예들에서, 바나듐 화합물 및 그 분해 생성물들은 벌크 공급 탱크로부터 제거되고 처분 탱크에 배치될 수 있다(예를 들어, 벌크 공급 탱크(220)가 처분 탱크(262)에 결합되는 케미컬 전달 시스템(200B)을 사용하여). 이에 대응하여, 새로운 바나듐 화합물이 벌크 공급 탱크에 배치될 수 있다.
오래된 바나듐 화합물과 그 분해 생성물들이 탱크 또는 용기에서 완전히 제거될 수 있도록 하기 위해, 탱크 또는 용기는 딥 튜브의 단부가 배치될 수 있는 바닥에 리세스된(recessed) 영역을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 용기(550)(전달 용기 및/또는 벌크 공급 탱크의 예일 수 있음)는 리세스된 바닥 부분(552)을 포함할 수 있다. 딥 튜브(570)가 용기(550)에 배치될 수 있으며,이를 통해 용기(550)의 화합물이 제거될 수 있다(예를 들어, 새로운 화합물로 대체되는). 그를 통해 화합물이 용기(550)로부터 흡입될 수 있는 딥 튜브(570)의 단부는 용기(550)의 리세스된 바닥 부분(552)에 배치될 수 있다. 용기의 리세스된 바닥 부분 내에서 딥 튜브의 이러한 배향은 용기에 있는 오래된 화합물이 새로운 화합물(예 : 바나듐 화합물)로 대체되는 더 큰 제거(즉, 대부분 또는 전부)를 용이하게 할 수 있다.
다양한 실시 예들에서, 바나듐 화합물의 분해로부터 탱크 또는 용기에 축적 된 염소 가스가 제거될 수 있다(단계 708). 예를 들어, 바나듐 테트라클로라이드의 분해로부터 전달 용기(250)에 축적되는 염소 가스는 펌프(214)를 통해 펌핑될 수 있다. 또 다른 예로서, 바나듐 테트라클로라이드의 분해로부터 벌크 공급 탱크(220)에 축적되는 염소 가스는 펌프(214)를 통해 펌핑될 수 있다. 전달 용기 및 벌크 공급 탱크로부터 제거된 염소 가스는 동일하거나 다른 펌프들을 통해 제거될 수 있다. 추가로, 탱크 또는 용기에서 바나듐 테트라클로라이드(또는 바나듐 테트라클로라이드를 포함하는 조성물)에 용해된 염소 가스는 또한 탱크 또는 용기 내에서 펌핑 및/또는 진공 압력을 가하여 제거될 수 있다. 예를 들어, 전달 용기에서 염소 가스의 제거는 염소 가스가 반응 챔버로 이송될 기회를 완화시킬 수 있다(예를 들어, 바나듐 화합물을 반응 챔버로 이송하는 동안). 다양한 실시 예들에서, 염소 가스가 전달 용기로부터 제거되는 것에 응답하여, 바나듐 테트라클로라이드는 기판에 적용(예를 들어, 단계 608)하기 위해 전달 용기로부터 반응 챔버로 이송될(예를 들어, 단계 604) 될 수 있다.
다양한 실시 예들에서, 본 명세서에서 논의된 바와 같이, 케미컬 전달 시스템의 탱크 또는 용기는 압력 모니터(예를 들어, 압력 모니터(295))에 연결될 수 있다. 압력 모니터는 각각의 탱크 또는 용기(예를 들어, 벌크 공급 탱크(220) 및/또는 전달 용기(250) 내의) 내의 압력을 측정 및/또는 모니터링할 수 있다(단계 710). 내부의 압력이 특정 수준에 도달하면(예를 들어, 임계 압력 수준에 도달하거나 초과하면), 케미컬 전달 시스템 및/또는 내부의 구성 요소가 이러한 압력을 완화하는 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 각 탱크 또는 용기의 압력 수준이 임계 압력 수준에 도달했거나 초과했음을 감지하는 압력 모니터에 응답하여, 알람 또는 기타 알림이 조치가 취해지도록 전송될 수 있거나, 또는 압력을 유발하는 과잉 염소 가스가 이러한 용기에서 펌핑되거나 배출될 수 있다(단계 712). 다양한 실시 예들에서, 염소 가스의 펌핑 또는 배출은 각각의 압력 모니터가 각각의 탱크 또는 용기 내의 압력이 특정 압력 수준 이하인 것으로 결정할 때까지, 또는 임의의 다른 적합한 절차 또는 매개변수에 따라 미리 결정된 시간 동안 발생한다.
다양한 실시 예들에서, 대안적으로 또는 추가적으로 압력 모니터가 결합된 전달 용기 또는 벌크 공급 탱크에 대해, 전달 용기 또는 벌크 공급 탱크는 블리드 밸브(bleed valve)를 포함할 수 있다. 블리드 밸브는 적어도 부분적으로 닫힌 상태를 유지하도록 구성될 수 있다(예를 들어, 스프링 장력 하에서 닫힌). 각각의 용기 또는 탱크 내의 압력이 특정 수준에 도달하면, 블리드 밸브가 개방되어 압력을 완화하기 위해 용기 또는 탱크 밖으로 염소 가스를 배출할 수 있다(단계 712). 즉, 블리드 밸브를 적어도 부분적으로 닫힌 위치로 유지하는 장력은 용기 또는 탱크 내의 특정 압력 수준에서 극복될 수 있으며, 따라서 블리드 밸브가 (더 나아가) 개방되면서 압력 수준을 유발하는 염소 가스가 배출된다. 다양한 실시 예들에서, 블리드 밸브는 (예를 들어, 컨트롤러(230)에 의해) 전자적으로 제어될 수 있고, 특정 수준에 도달하거나 초과하는 측정된 압력에 응답하여 및/또는 기타 적절한 절차 또는 매개 변수에 따라, 특정 시간 간격으로, 특정 기간 동안, 주기적으로 각각의 용기 또는 탱크에서 가스를 배출하기 위해 (추가로) 개방될 수 있다.
다양한 실시 예들에서, 케미컬 전달 시스템에서 용기 또는 탱크로부터 배출되는 유체들(예를 들어, 기체들)은 스크러버(예를 들어, 스크러버(들)(212))를 통과할 수 있다. 스크러버는 원치 않는(예를 들어, 독성) 미립자들, 화합물들, 케미컬들 등을 제거할 수 있다.
다양한 실시 예들에서, 전달 용기(예를 들어, 전달 용기(250))로부터 반응 챔버(예를 들어, 반응 챔버(150))로 이송된 바나듐 화합물은 필터(예를 들어, 필터(110))를 통과할 수 있다. 이러한 필터는 바나듐 화합물 및 캐리어 유체 혼합물로부터의 임의의 원하지 않는 물질들 또는 화합물들을 제거하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 필터는 미립자들, 염소 가스(예를 들어, 바나듐 화합물 분해로부터 있을 수 있는) 또는 기판 처리 중에 바람직하지 않은 영향을 미칠 수 있는 기타 오염물들을 제거할 수 있다. 다양한 실시 예들에서, 필터는 바나듐 테트라클로라이드와 같은 바나듐 할라이드 화합물들을 제거하지 않고 염소 가스를 제거하도록 구성될 수 있다.
논의된 바와 같이, 방법 700의 단계들의 임의의 조합은, 임의의 순서로 바나듐 화합물(예를 들어, 바나듐 테트라클로라이드)의 분해를 완화 또는 방지하고 및/또는 반응 챔버로 바나듐 화합물 분해 생성물들(예를 들어, 염소 가스)의 전달을 완화 또는 방지하기 위해 구현될 수 있다. 예를 들어, 새로운 바나듐 화합물이, 예를 들어 전달 용기로부터 오래된 바나듐 화합물 및 그의 분해 생성물들을 제거한 후(단계 704) 전달 용기로 이송될 수 있다(단계 706). 그 다음, 과잉의 염소 가스가 전달 용기로 전달되어(단계 702) 새로운 바나듐 화합물의 분해를 완화할 수 있다(본 명세서에서 논의된 르샤틀리에의 원리에 의해). 그 후, 전달 용기 내의 염소 가스가 그로부터 제거될 수 있다(단계 708). 마지막으로, 바나듐 화합물은 기판에 적용하기 위해(단계 608) 전달 챔버에서 반응 챔버로 전달될 수 있다(단계 604).
바나듐 화합물이 기판에 적용되고, 및/또는 임의의 다른 적용들이 완료된 후, 반응 챔버에 남아 있는 유체들(예를 들어, 미반응된 바나듐 화합물 또는 바나듐 전구체, 과잉 반응물, 부산물, 불활성 가스, 캐리어 가스, 및/또는 유사물)은 반응 챔버로부터 퍼지될 수 있다. 예를 들어, 펌프(114)(예를 들어, 도 1의 진공 펌프(28)의 예)에 의해 펌핑되고 및/또는 스크러버(112)에 의해 스크러빙될 수 있는, 그러한 물질들 및 화합물들을 제거하기 위해 퍼지 가스가 반응 챔버(150)에 적용될 수 있다.
바나듐 화합물들의 분해 및/또는 반응 챔버로의 바나듐 화합물 분해 생성물의 전달을 완화하도록 구성된 방법들 및 시스템들은 기판 처리를 위한 보다 바람직한 처리 조건들을 용이하게 할 수 있다. 따라서, 기판들은 보다 예측 가능하고 원하는 결과들(예를 들어, 균일한 층 증착, 특정 양의 식각, 등)을 얻을 수 있도록 처리될 수 있다 .
이러한 실시 예들은 단지 예시들이기 때문에 전술한 다양한 실시 예들은 본 개시 내용의 범위를 제한하지 않는다. 임의의 균등한 실시 예들은 본 개시 내용의 범위 내에 있는 것으로 의도된다. 실제로, 설명된 요소들의 대안적인 유용한 조합들과 같이, 본 명세서에 도시되고 설명된 것들에 부가하여 본 개시 내용의 다양한 수정들이 상세한 설명으로부터 당업자에게 명백해질 수 있다. 이러한 수정들 및 실시 예들은 또한 첨부된 청구항들의 범위 내에 포함되도록 의도된다.
Claims (20)
- 전달 용기에 바나듐 테트라클로라이드를 배치하는 단계;
상기 전달 용기와 유체 연통하는 반응 챔버로 상기 바나듐 테트라클로라이드를 전달하는 단계;
상기 반응 챔버로의 상기 바나듐 테트라클로라이드의 분해 생성물들의 전달을 완화시키는 단계; 및
상기 반응 챔버에 배치된 기판에 상기 바나듐 테트라클로라이드를 적용하여 상기 기판 상에 바나듐을 포함하는 층을 형성하는 단계;를 포함하는 방법. - 청구항 1에 있어서,
바나듐 트리클로라이드 및 염소 가스를 포함하는, 상기 바나듐 테트라클로라이드의 분해 생성물들의 전달을 완화시키는 단계는 상기 전달 용기 내의 상기 바나듐 테트라클로라이드의 분해를 완화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 청구항 2에 있어서,
상기 전달 용기 내의 상기 바나듐 테트라클로라이드의 분해를 완화시키는 단계는, 상기 바나듐 테트라클로라이드를 상기 반응 챔버로 전달하는 단계 전에 과잉의 염소 가스를 상기 전달 용기로 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 청구항 2에 있어서,
상기 전달 용기 내의 상기 바나듐 테트라클로라이드의 분해를 완화시키는 단계는, 상기 전달 용기로부터의 상기 바나듐 테트라클로라이드 및 상기 염소 가스를 처분 탱크로 이송시키는 단계; 및 상기 반응 챔버로 상기 바나듐 테트라클로라이드를 전달하는 단계 전에 새로운 바나듐 테트라클로라이드를 상기 전달 용기 내로 전달하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 청구항 4에 있어서,
상기 전달 용기는 바닥 리세스 영역을 포함하며, 딥 튜브의 팁이 상기 바닥 리세스 영역 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 방법. - 청구항 4에 있어서,
상기 새로운 바나듐 테트라클로라이드가 상기 전달 용기와 유체 연통하는 벌크 공급 탱크로부터 상기 전달 용기 내로 배치되는 것을 특징으로 하는 방법. - 청구항 6에 있어서,
상기 벌크 공급 탱크 내의 상기 새로운 바나듐 테트라클로라이드의 분해를 완화시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 청구항 7에 있어서,
상기 벌크 공급 탱크 내의 상기 새로운 바나듐 테트라클로라이드의 분해를 완화시키는 단계는 상기 벌크 공급 탱크로 과잉의 염소 가스를 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 청구항 7에 있어서,
상기 벌크 공급 탱크 내의 상기 새로운 바나듐 테트라클로라이드의 분해를 완화시키는 단계는 상기 벌크 공급 탱크로부터 상기 염소 가스를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 청구항 9에 있어서,
상기 벌크 공급 탱크로부터 상기 염소 가스를 제거하는 단계는 상기 벌크 공급 탱크로부터 상기 새로운 바나듐 테트라클로라이드를 포함하는 조성물에 포함된 용해된 염소 가스를 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 청구항 2에 있어서,
상기 전달 용기 내의 상기 바나듐 테트라클로라이드의 분해를 완화시키는 단계는 상기 전달 용기로부터 상기 염소 가스를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 청구항 11에 있어서,
상기 전달 용기로부터 상기 염소 가스를 제거하는 단계는, 상기 전달 용기로부터 상기 바나듐 테트라클로라이드를 포함하는 조성물에 포함된 용해된 염소 가스를 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 청구항 2에 있어서,
상기 전달 용기 내의 압력을 모니터링하는 단계를 더 포함하며, 상기 전달 용기 내의 상기 바나듐 테트라클로라이드의 분해를 완화시키는 단계는, 상기 전달 용기의 배출 밸브를 통해, 압력 임계 수준에 도달하거나 또는 초과하는 상기 압력에 대응하여 상기 전달 용기 외부로 상기 분해 생성물들 중의 하나 이상을 배출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 청구항 2에 있어서,
상기 전달 용기 내의 상기 바나듐 테트라클로라이드의 분해를 완화시키는 단계는, 상기 전달 용기의 배출 밸브를 통해, 시간 지정된 배출 일정에 기초하여 상기 전달 용기 외부로 상기 분해 생성물들 중의 하나 이상을 주기적으로 배출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 반응 챔버로 바나듐 테트라클로라이드를 전달하는 단계는 조성물에 포함된 염소 가스를 제거하는 필터를 통해 상기 바나듐 테트라클로라이드를 포함하는 상기 조성물을 유동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 청구항 7에 있어서,
상기 벌크 공급 탱크 내의 압력을 모니터링하는 단계를 더 포함하며, 상기 벌크 공급 탱크 내의 상기 새로운 바나듐 테트라클로라이드의 분해를 완화시키는 단계는, 상기 벌크 공급 탱크의 배출 밸브를 통해, 압력 임계 수준에 도달하거나 또는 초과하는 상기 압력에 대응하여 상기 벌크 공급 탱크 외부로 상기 분해 생성물들 중의 하나 이상을 배출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 청구항 7에 있어서,
상기 벌크 공급 탱크 내의 상기 새로운 바나듐 테트라클로라이드의 분해를 완화시키는 단계는, 상기 벌크 공급 탱크의 배출 밸브를 통해, 시간 지정된 배출 일정에 기초하여 상기 벌크 공급 탱크 외부로 상기 분해 생성물들 중의 하나 이상을 주기적으로 배출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 청구항 1의 방법을 수행하도록 구성된 반응기 시스템.
- 청구항 18에 있어서,
상기 반응 챔버 및 전달 용기 중의 적어도 하나는 스테인레스 강을 포함하는 것을 특징으로 하는 반응기 시스템. - 청구항 18에 있어서,
상기 전달 용기 및 상기 전달 용기에 유체적으로 결합된 벌크 공급 탱크 중의 적어도 하나 내의 압력을 모니터링하도록 구성된 압력 모니터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반응기 시스템.
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