KR20240005188A - 앰풀로부터의 플럭스를 증가시키기 위한 장치 - Google Patents

앰풀로부터의 플럭스를 증가시키기 위한 장치 Download PDF

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샤오슝 위안
대핑 야오
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Abstract

반도체 제조 전구체들을 위한 앰풀들 및 사용 방법들이 설명된다. 앰풀들은, 유입 포트 및 배출 포트를 갖는 컨테이너를 포함한다. 유입 포트는 컨테이너 내의 단부에 샤워헤드를 갖는다. 샤워헤드는, 가스 유동이 앰풀 내의 액체의 표면에 수직하지 않도록, 캐비티 내에서 가스의 유동을 지향시키기 위한 적어도 2개의 각진 노즐들을 갖는다.

Description

앰풀로부터의 플럭스를 증가시키기 위한 장치{APPARATUS FOR INCREASING FLUX FROM AN AMPOULE}
[0001] 본 개시내용은 일반적으로, 반도체 디바이스들을 위한 콘택(contact)들을 형성하는 방법들에 관한 것이다. 특히, 본 개시내용은 임계 치수 제어를 이용하여 자기-정렬 콘택(self-aligned contact)들을 형성하기 위한 프로세스들에 관한 것이다.
[0002] 반도체 산업은, 화학 기상 증착(CVD; chemical vapor deposition) 및 원자 층 증착(ALD; atomic layer deposition) 프로세스들을 위해, 액체 또는 고체 형태로 들어오는 점점 더 다양한 케미스트리들을 사용하고 있다. 전구체는 전형적으로, 단일 유입구 및 단일 배출구를 갖는 폐쇄형 용기(vessel) 또는 앰풀(ampoule) 내부에 있다.
[0003] 낮은 증기압을 갖는 전구체들은 종종, 앰풀로부터 프로세스 리액터로 증기를 운반하기 위해 캐리어 가스를 사용한다. 이러한 타입들의 프로세스들의 경우, 전형적으로 사용되는 2개의 타입들의 앰풀들: 유입 캐리어 가스가 튜브에 들어가고, 튜브는 전구체에 잠기는(submerged) 버블러(bubbler); 및 캐리어 가스가 앰풀의 헤드스페이스를 스위핑(sweep)하는 직교류 앰풀(cross-flow ampoule)이 있다. 전구체의 비말동반으로 인해 버블러가 사용될 수 없고, 전구체의 플럭스가 프로세스 파라미터들을 충족시키지 않기 때문에 직교류 앰풀도 사용될 수 없는 상황들이 있다.
[0004] 따라서, 당해 기술분야에는 직교류 앰풀보다 더 높은 전구체 플럭스를 제공하기 위한 앰풀들 및 방법들이 필요하다.
[0005] 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들은 반도체 제조 전구체들을 위한 앰풀에 관한 것이다. 앰풀은 컨테이너를 포함하며, 컨테이너는, 캐비티를 둘러싸는, 최하부, 측벽들 및 덮개를 갖는다. 유입 포트는 캐비티와 유체 연통한다. 유입 포트는 캐비티 내에 로케이팅된, 유입 포트의 단부 상에 샤워헤드를 갖는다. 샤워헤드는, 컨테이너에 액체가 존재할 때, 가스의 유동을 지향시키기 위한 적어도 2개의 각진 노즐(angled nozzle)을 포함한다. 가스의 유동은 액체의 표면에 수직하지 않는다. 배출 포트는 캐비티와 유체 연통한다.
[0006] 본 개시내용의 추가의 실시예들은 반도체 제조 전구체를 위한 앰풀에 관한 것이다. 앰풀은 컨테이너를 포함하며, 컨테이너는, 캐비티를 둘러싸는, 최하부, 측벽들 및 덮개를 갖는다. 유입 포트는 캐비티와 유체 연통한다. 유입 포트는 캐비티 내에 로케이팅된, 유입 포트의 단부 상에 샤워헤드를 갖는다. 샤워헤드는, 컨테이너에 액체가 존재할 때, 각각의 노즐로부터의 가스의 유동이 독립적으로, 액체의 표면에 직교하는 라인에 대해 측정된 대략 5° 내지 대략 7°의 범위에 있도록, 가스의 유동을 지향시키기 위한 3개의 각진 노즐들을 포함한다. 배출 포트는 캐비티와 유체 연통한다.
[0007] 본 개시내용의 추가의 실시예들은 전구체의 유동을 제공하는 방법들에 관한 것이다. 캐리어 가스는 전구체 앰풀의 유입 포트를 통해 유동되며, 전구체 앰풀은 전구체 앰풀 내에 액체 전구체를 갖는다. 캐리어 가스의 유동은 유입 포트의 단부의 샤워헤드를 이용하여 앰풀 내에서 지향된다. 샤워헤드는, 액체 전구체의 표면에 수직이 아닌 각도로 가스의 유동을 지향시키기 위한 적어도 2개의 각진 노즐들을 포함한다. 캐리어 가스 및 전구체는 배출 포트를 통해 앰풀 밖으로 유동된다.
[0008] 본 발명의 상기 열거된 특징들이 상세히 이해될 수 있는 방식으로, 앞서 간략히 요약된 본 발명의 보다 구체적인 설명이 실시예들을 참조로 하여 이루어질 수 있는데, 이러한 실시예들의 일부는 첨부된 도면들에 예시되어 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 본 발명의 단지 전형적인 실시예들을 예시하는 것이므로 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다는 것이 주목되어야 하는데, 이는 본 발명이 다른 균등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있기 때문이다.
[0009] 도 1은 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른 앰풀의 단면도를 도시하고;
[0010] 도 2는 도 1의 확대된 영역(2)을 도시하고;
[0011] 도 3은 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른 앰풀의 부분 단면도를 도시하고; 그리고
[0012] 도 4는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른 앰풀 및 배관(plumbing)의 개략도를 도시한다.
[0013] 첨부된 도면들에서, 유사한 컴포넌트들 및/또는 피처들은 동일한 참조 라벨을 가질 수 있다. 또한, 동일한 타입의 다양한 컴포넌트들은 참조 라벨 다음의 대시기호 및 유사한 컴포넌트들 사이를 구별하는 제2 라벨에 의해 구별될 수 있다. 본 명세서에서 제1 참조 라벨만이 사용되면, 그 설명은, 제2 참조 라벨과는 무관하게 동일한 제1 참조 라벨을 갖는 유사한 컴포넌트들 중 임의의 컴포넌트에 적용가능하다. 도면들의 컴포넌트들의 크로스-해치 음영(cross-hatch shading)은 상이한 부분들의 시각화를 돕도록 의도된 것이며, 반드시 상이한 구성 재료들을 표시하는 것은 아니다.
[0014] 본 발명의 몇몇 예시적인 실시예들을 설명하기 전에, 본 발명은 하기의 설명에서 기술되는 구성 또는 프로세스 단계들의 세부사항들로 제한되지 않음이 이해되어야 한다. 본 발명은 다른 실시예들이 가능하며, 다양한 방식들로 실시되거나 수행될 수 있다.
[0015] 본 개시내용의 일부 실시예들은 유리하게, 직교류 앰풀들보다 더 높은 플럭스를 갖는 앰풀들을 제공한다. 일부 실시예들은 유리하게, 액체 전구체를 통해 버블링되지 않는 가스 유동을 갖는 앰풀들을 제공한다. 일부 실시예들은 유리하게, 전구체 표면에 직교하지 않는 가스 유동들을 제공한다.
[0016] 일부 실시예들에서, 샤워헤드가 앰풀의 유입구 상에 제공되며, 샤워헤드는 앰풀 내의 액체에 대해 각진 복수의 노즐들을 갖는다. 액체의 레벨과 샤워헤드 사이의 거리는, 샤워헤드가 액체에 잠기지 않도록 유지된다.
[0017] 도 1은 반도체 제조 시약들에 사용하기 위한 앰풀(100)을 도시한다. "전구체"라는 용어는 앰풀(100)의 내용물(content)들을 설명하는 데 사용되며, 프로세스 환경으로 유동되는 임의의 시약을 지칭한다.
[0018] 앰풀(100)은 컨테이너(110)를 포함하며, 컨테이너(110)는, 캐비티(118)를 둘러싸는, 최하부(112), 측벽들(114) 및 덮개(116)를 갖는다. 유입 포트(120) 및 배출 포트(130)는 캐비티(118)와 유체 연통한다.
[0019] 유입 포트(120)는 일반적으로, 가스 소스에 대한 연결을 가능하게 하도록 구성되며, 적절한 나사산형성된(threaded) 또는 밀봉 연결부들을 가질 수 있다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같은 유입 포트(120)는 통로(121)를 가지며, 통로(121)는 통로(121)의 단면 폭을 정의하는 내측 직경을 갖는다. 통로(121)는 최하부 단부(125)를 가지며, 최하부 단부(125)는 만곡되거나, 테이퍼링되거나, 또는 평평한 단부가 될 수 있다.
[0020] 유입 포트(120)는 캐비티(118) 내에 로케이팅된, 유입 포트(120)의 단부(123) 상에 샤워헤드(122)를 갖는다. 샤워헤드(122)는, 통로(121)의 최하부 단부(125)와 유입 포트(120)의 단부(123) 사이에 로케이팅된, 유입 포트(120)의 일부이다. 샤워헤드(122)는 가스의 유동(141)을 지향시키기 위한 적어도 2개의 각진 노즐들(140)을 포함한다. 샤워헤드(122)의 노즐들(140)의 개수는 대략 2개 내지 대략 24개의 범위, 또는 대략 2개 내지 대략 18개의 범위, 또는 대략 2개 내지 대략 12개의 범위, 또는 대략 2개 내지 대략 10개의 범위, 또는 대략 2개 내지 대략 8개의 범위, 또는 대략 2개 내지 대략 6개의 범위, 또는 대략 2개 내지 대략 4개의 범위일 수 있다. 일부 실시예들에서, 샤워헤드(122)에는 3개의 노즐들(140)이 있다.
[0021] 노즐들(140)은, 앰풀(100) 내의 액체(150)의 표면(151)에 직교하는 라인에 대해 측정된, 각진 가스 유동(141)을 제공하도록 구성된다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 각각의 노즐(140)은 표면(151)에 직교하는 라인(145)에 대해 각도(θ)로 지향되는 축(144)을 갖는다.
[0022] 각도(θ)는 액체(150)의 표면(151)에 수직하지 않는 임의의 적절한 각도일 수 있다. 각각의 노즐(140)은 임의의 다른 노즐(140)과 상이한 각도(θ)를 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 각도(θ)는 표면(151)에 직교하는 라인(145)에 대해 1°, 2°, 3°, 또는 4°보다 더 크다. 일부 실시예들에서, 각도(θ)는, 대략 2° 내지 대략 25°의 범위, 또는 대략 2.5° 내지 대략 15°의 범위, 또는 대략 3° 내지 대략 12°의 범위, 또는 대략 4° 내지 대략 10°의 범위, 또는 대략 5° 내지 대략 7°의 범위이다. 일부 실시예들에서, 노즐에서 나가는 가스 유동은 컨테이너(110) 내의 액체(150)의 표면(151)에 수직하지 않는다.
[0023] 배출 포트(130)는 또한, 컨테이너(110)의 캐비티(118)와 유체 연통한다. 배출 포트(130)는 일반적으로, 가스들이 컨테이너(110)에서 나가서 프로세싱 챔버(또는 다른 컴포넌트)로 유동하는 것을 가능하게 하기 위해 라인에 연결될 수 있도록 구성된다. 배출 포트(130)는 가스 라인이 연결되는 것을 가능하게 하기 위해 나사산형성된 연결부를 가질 수 있다.
[0024] 일부 실시예들에서, 도 1에 도시된 바와 같이, 덮개(116)는, 최하부(112) 및 측벽들(114)과 별개의 컴포넌트이다. 덮개(116)는 적절하게 형상화된 개구들(160)을 통해 제거가능한 볼트들을 사용하여 컨테이너(110)의 측벽들(114)에 연결될 수 있다. 개구들(160)은 나사산형성된 볼트의 용이한 연결을 가능하게 하기 위해 나사산형성된 부분을 가질 수 있다. 컨테이너(110) 내의 전구체가 변화되거나 또는 추가될 수 있도록 덮개(116)가 컨테이너(110)로부터 제거되는 것을 가능하게 하기 위해, 볼트들은 제거될 수 있다. 일부 실시예들에서, 컨테이너(110)는, 유체 기밀 밀봉을 형성하기 위해 덮개(116)와 측벽들(114) 사이에 포지셔닝된 O-링(162)을 포함한다.
[0025] 일부 실시예들에서, 도 4에 도시된 바와 같이, 덮개(116)는 컨테이너(110)의 측벽들(114) 및 최하부(112)와 일체로 형성될 수 있다. 앰풀(100)이 프로세스 챔버에 추가되는 것을 가능하게 하기 위해, 상이한 배관 구성들이 덮개(116)에 연결될 수 있다. 일부 실시예들에서, 유입 라인(170)은 유입 포트(120)에 연결된다. 유입 밸브(172)가 유입 라인(170) 상에서 가스 소스(175)와 유입 포트(120) 사이에 포지셔닝될 수 있다. 유입 밸브(172)는 덮개(116)와 일체로 형성될 수 있거나 또는 별개의 컴포넌트로서 덮개(116)에 연결될 수 있다. 배출 라인(180)이 배출 포트(130)에 연결될 수 있다. 일부 실시예들의 배출 라인(180)은 배출 포트(130)와 프로세싱 챔버(185) 사이에 로케이팅된 배출 밸브(182)를 포함한다. 유입 밸브(172) 및 배출 밸브(182)는, 캐비티(118)의 내용물들이 컨테이너(110) 외부의 환경으로부터 격리되도록 앰풀(100)을 격리시키는 데 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 유입 라인(170) 및/또는 배출 라인(180)을 따라 다수의 밸브들이 존재한다. 밸브들(172, 182)은 수동 밸브들 또는 공압 밸브들일 수 있다.
[0026] 일부 실시예들에서, 앰풀(100)은 캐비티(118) 내에 액체(150)를 포함한다. 액체(150)는 반도체 제조 프로세스에 사용하기 위한 전구체일 수 있다. 일부 실시예들의 액체(150)는 디코발트 헥사카르보닐 3차-부틸아세틸렌(CCTBA; dicobalt hexacarbonyl tert-butylacetylene)을 포함한다.
[0027] 도 3을 참조하면, 샤워헤드(122)에서 액체(150)의 표면(151)까지의 거리(D)는 시간의 경과에 따라 그리고 전구체의 사용에 따라 변화할 수 있다. 전구체가 사용됨에 따라, 컨테이너(110) 내의 볼륨은 감소하여, 거리(D)가 증가될 것이다. 거리(D)는 샤워헤드(122)가 액체(150)와 접촉하거나 또는 액체(150)에 잠기는 것을 방지하기에 충분하다.
[0028] 일부 실시예들에서, 유입 포트(120) 및 샤워헤드(122)를 통한 가스 유동(141)은 버블링 없이 액체 전구체의 액체/가스 계면을 교란(disturb)하기에 충분하다. 일부 실시예들에서, 액체/가스 계면을 교란하는 것은 액체(150)의 표면(151)에 딤플(dimple)(153)을 형성한다. 딤플(153)은 최대 대략 3 mm의 깊이를 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 딤플은 (표면(151)으로부터 측정되는) 대략 0.1 mm 이상인 깊이를 갖는다. 일부 실시예들에서, 딤플(153)은 대략 2.5 mm, 2 mm, 1.5 mm, 1 mm 또는 0.5 mm 이하인 깊이를 갖는다. 프로세싱 동안에 액체(150)의 레벨이 감소됨에 따라 가스 유동(141)이 조정되어, 액체/가스 계면의 충분한 교란이 유지될 수 있다. 일부 실시예들의 가스 유동(141)은 배출 포트(130)에서의 액체(150)의 응축을 방지하기에 충분한 최대 속도를 갖는다.
[0029] 본 명세서 전반에 걸쳐 "일 실시예", "특정 실시예들", "하나 이상의 실시예들" 또는 "실시예"에 대한 언급은, 실시예와 관련하여 설명되는 특정 피처, 구조, 재료, 또는 특징이 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함된다는 것을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전반에 걸쳐 다양한 위치들에서의 "하나 이상의 실시예들에서", "특정 실시예들에서", "일 실시예에서" 또는 "실시예에서"와 같은 문구들의 출현들은 반드시 본 발명의 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니다. 게다가, 특정 피처들, 구조들, 재료들, 또는 특징들은 하나 이상의 실시예들에서 임의의 적절한 방식으로 조합될 수 있다.
[0030] 본원의 본 발명이 특정 실시예들을 참조하여 설명되었지만, 이러한 실시예들은 단지 본 발명의 원리들 및 애플리케이션들을 예시하는 것임을 이해해야 한다. 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명의 방법 및 장치에 대해 다양한 수정들 및 변형들이 이루어질 수 있음이 당업자에게 자명할 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구항들 및 그 등가물들의 범위 내에 있는 수정들 및 변형들을 포함하는 것으로 의도된다.

Claims (15)

  1. 컨테이너 ― 상기 컨테이너는, 캐비티를 둘러싸는, 최하부, 측벽들 및 덮개를 가짐 ―;
    상기 캐비티와 유체 연통하는 유입 포트 ― 상기 유입 포트는 상기 캐비티 내에 로케이팅된, 상기 유입 포트의 단부 상에 샤워헤드를 갖고, 상기 샤워헤드는, 상기 컨테이너에 액체가 존재할 때, 가스의 유동이 상기 액체의 표면에 수직하지 않도록, 상기 가스의 유동을 지향시키기 위한 적어도 2개의 각진 노즐(angled nozzle)들을 포함함 ―; 및
    상기 캐비티와 유체 연통하는 배출 포트를 포함하는,
    반도체 제조 전구체를 위한 앰풀(ampoule).
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 노즐들은, 액체가 존재할 때 상기 액체의 표면에 직교하는 라인에 대해 측정된 대략 2° 내지 대략 25°의 범위에서 독립적으로 각이 지는,
    반도체 제조 전구체를 위한 앰풀.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 노즐들은, 액체가 존재할 때 상기 액체의 표면에 직교하는 라인에 대해 측정된 대략 5° 내지 대략 7°의 범위에서 독립적으로 각이 지는,
    반도체 제조 전구체를 위한 앰풀.
  4. 제1 항에 있어서,
    2개 내지 4개의 범위의 노즐들이 존재하는,
    반도체 제조 전구체를 위한 앰풀.
  5. 제1 항에 있어서,
    3개의 노즐들이 존재하는,
    반도체 제조 전구체를 위한 앰풀.
  6. 제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 덮개는 상기 컨테이너의 측벽들 및 최하부와 일체로 형성되는,
    반도체 제조 전구체를 위한 앰풀.
  7. 제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 덮개는 상기 최하부 및 측벽들과 별개의 컴포넌트인,
    반도체 제조 전구체를 위한 앰풀.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 덮개는 제거가능 볼트들을 사용하여 상기 컨테이너의 측벽들에 연결되는,
    반도체 제조 전구체를 위한 앰풀.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 덮개와 상기 측벽들 사이에 포지셔닝된 O-링을 더 포함하는,
    반도체 제조 전구체를 위한 앰풀.
  10. 제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 캐비티 내의 액체 전구체를 더 포함하는,
    반도체 제조 전구체를 위한 앰풀.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 액체 전구체는 디코발트 헥사카르보닐 3차-부틸아세틸렌을 포함하는,
    반도체 제조 전구체를 위한 앰풀.
  12. 제10 항에 있어서,
    상기 가스의 유동을 제공하기 위한 가스 소스를 더 포함하는,
    반도체 제조 전구체를 위한 앰풀.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 가스의 유동은 버블링(bubbling) 없이 상기 액체 전구체의 액체/가스 계면을 교란(disturb)하기에 충분한,
    반도체 제조 전구체를 위한 앰풀.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 액체/가스 계면을 교란하는 것은 상기 액체 전구체의 표면에 딤플(dimple)을 형성하며, 상기 딤플은 대략 1 mm 이하의 깊이를 갖는,
    반도체 제조 전구체를 위한 앰풀.
  15. 전구체 앰풀 ― 상기 전구체 앰풀은 상기 전구체 앰풀 내에 액체 전구체를 가짐 ― 의 유입 포트를 통해 캐리어 가스를 유동시키는 단계;
    상기 유입 포트의 단부의 샤워헤드를 이용하여 상기 앰풀 내에서 상기 캐리어 가스의 유동을 지향시키는 단계 ― 상기 샤워헤드는 상기 액체 전구체의 표면에 수직이 아닌 각도로 상기 가스의 유동을 지향시키기 위한 적어도 2개의 각진 노즐들을 포함함 ―; 및
    상기 캐리어 가스 및 전구체를 배출 포트를 통해 상기 앰풀 밖으로 유동시키는 단계를 포함하는,
    전구체의 유동을 제공하는 방법.
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