KR20020009454A

KR20020009454A - 화학기상증착 동안 반도체 웨이퍼 상으로 다양한 전구체재료들을 증발시켜 흘려보내는 헤드

Info

Publication number: KR20020009454A
Application number: KR1020010044016A
Authority: KR
Inventors: 쿠빈센트; 씨밍; 유안씨아오씨옹; 창안종; 뉴옌앤엔
Original assignee: 조셉 제이. 스위니; 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
Priority date: 2000-07-21
Filing date: 2001-07-21
Publication date: 2002-02-01
Also published as: JP2002053964A; US6299692B1

Abstract

반도체 상에 금속 및 다른 층들을 증착하기 위해 증발된 전구체 화합물들을 공정 챔버로 저압에서 고르게 유입시키기 위한 증발기 헤드는 중심축, 긴 공동, 입구부 및 출구부를 구비한다. 공동은 증발된 전구체 화합물의 흐름을 수용하는 개구를 구비한다. 헤드를 관통하여 증기가 흘러가게 하는 복수개의 통로들이 존재하고, 각 통로는 길이 및 직경을 갖는다. 통로는 공동으로부터 헤드의 테이퍼된 출구면까지 중심축에 대해 경사각도로 바퀴살들처럼 공동을 따라 공동 둘레에서 방사상으로 연장한다. 공동은 전구체 화합물의 액적 또는 파티클들을 잡아내고 증기 이외의 것이 헤드에서 떠나는 것을 방지하는 우물형 바닥을 구비한다. 복수개의 통로는 충분히 큰 직경을 갖고 있어, 헤드를 통과하여 흐르는 증기에 작은 압력 강하만 일으킨다.

Description

화학기상증착 동안 반도체 웨이퍼 상으로 다양한 전구체 재료들을 증발시켜 흘려보내는 헤드{HEAD FOR VAPORIZING AND FLOWING VARIOUS PRECURSOR MATERIALS ONTO SEMICONDUCTOR WAFERS DURING CHEMICAL VAPOR DEPOSITION}

본 발명은 반도체 표면 상에 탄탈륨, 질화탄탈륨, 티타늄 등과 같은 재료의 박막을 증착하기 위한 화학기상증착 동안, 고체 및/또는 액체 전구체 화합물들을 증발시키고 증기로서 공정 챔버 내에 주입하기 위한 헤드에 관한 것이다.

새로운 또는 개선된 제조 장비 및 하드웨어와 함께 반도체의 설계 및 제조를 위한 신공정 및 재료들의 발전에 따라 반도체 수요의 성장 및 그 유용성이 증대되어 왔다. 설계 및 신재료들에서 중요한 최근의 개선들은 초고집적 (VLSI) 회로를 위한 더 빠른 동작 속도 및 더 큰 밀도를 이루게 하였다. 탄탈륨, 티타늄 및 다른 금속들과 같은 신재료들을 사용하면서, 그러한 재료들을 반도체 표면 상에 적용시키기 위한 좀더 효율적인 방법들이 필요하게 되었다.

VLSI 공정 동안 탄탈륨 및 티타늄 등과 같은 금속층 또는 금속막은 반도체 웨이퍼의 노출된 표면 상에 화학기상증착(CVD)에 의해 증착될 수 있다. 예를 들어, 금속 탄탈륨의 전구체 화합물, 즉 펜타디에틸아미노탄탈륨(PDEAT)을 소정 조건의 압력 및 온도 하에서 증발시켜, CVD 공정에서 금속층을 형성하는 데 사용할 수 있는 기상의 화합물을 얻을 수 있다. 다양한 금속의 전구체 화합물들을 기상으로 변화시켜 유지하기 위해서는, 낮은 압력(예를 들어, 1 Torr 이하) 및 상승된 온도(예를 들어, 대략 100 ℃)가 필요하다. 이하, 이에 대해서 좀더 상세히설명하기로 한다.

CVD에 의해 반도체 웨이퍼 상에 증착되는 금속층의 두께는 균일한 것이 바람직하다. 이를 위해, 반도체 웨이퍼가 처리되고 있는 공정 챔버 내로 흐르는 화학기상 금속 전구체 화합물의 유입 방향 및 폭을 조절하여, 증기가 고르게 분포하고 웨이퍼 쪽으로 균일하게 흘러가도록 해야 한다. 또한, 탄탈륨 및 티타늄 등과 같은 금속의 전구체 화합물을 사용하는 CVD 공정 단계는, 통상 저압 조건(예를 들어, 1 Torr 이하) 하에서 유지되는 챔버 내에서 수행되므로, 증발기 헤드를 통한 챔버 내로의 기체 증기의 흐름이 헤드에 의해 가능한 한 방해를 받지 않아야 한다. 헤드를 통한 압력 강하가 낮도록 헤드는 높은 유동전도성(flow-conductance)을 가져야 한다(예를 들어, 수분의 1 Torr). 또한, 증기가 응축되어 액적이나 파티클로 되는 것을 방지하기 위해, 기체 증기가 헤드를 통과하여 챔버로 유입될 때 기체 증기의 온도를 조절하여야 한다.

본 발명의 목적은 이러한 요구들을 충족시키는 개선된 특성을 갖는 단순하고 효율적인 증발기 헤드를 제공하는 데 있다.

도 1은 반도체 웨이퍼들 상에 재료들을 화학기상증착하기 위한 장치의 부분들(개략적으로 도시함)과 함께 본 발명의 특징을 구체화하는 증발기 헤드의 단면도.

도 2는 헤드를 관통하는 각각의 개구들 및 여러 증기 통로들의 배치를 도시한 증발기 헤드의 사시도.

도 3a 및 도 3b는 헤드를 관통하는 증기 통로들의 소정의 직경 및 각도의 관계들을 나타내는, 도 2의 선 3A-3A 및 선 3B-3B에 따라 절취한 증발기 헤드의 단면도.

도 4는 압력 및 온도의 함수로서 여러 CVD 전구체 화합물들의 고상(또는 액상) 대 기상의 관계를 나타내는 그래프.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

12 : 헤드 14 : 챔버

16 : 서셉터 18 : 웨이퍼

22 : 공동 26 : 바닥 단부

30, 34 : 통로 40 : 가열기

본 발명의 일실시예에 의하면, 반도체 표면 상에서 티타늄, 탄탈륨 등과 같은 재료의 화학기상증착시에 유용한 전구체 화합물 증기들의 저압 응용을 위한 증발기 헤드가 제공된다. 헤드는 중심축, 외경, 외부면, 입구부, 출구부 및 입구부와 입/출구부들 사이의 길이를 갖는 몸체를 구비한다. 몸체는 증발된 전구체화합물의 흐름을 수용하는 중심축을 따라 공동을 입구부로부터 출구부를 관통하지 않는 근처까지 한정하고, 공동은 발생할 수도 있는 응축된 전구체의 액적 또는 파티클들을 수용하는 폐우물형의 단부를 구비한다. 또한, 몸체는 공동으로부터 외부면을 관통하여 외부로 증기를 흘려보내기 위하여 헤드를 관통하는 복수개의 통로들을 한정하고, 각 통로는 길이 및 직경을 갖고 중심축에 대해 각각의 각도로 중심축으로부터 방사상으로 연장한다. 복수개의 통로들은 충분히 큰 직경을 갖고 있어, 이들을 통과하는 증기에 작은 압력 강하만을 일으키고 헤드를 통과하여 흐르는 증기를 분산시킴으로써 증기가 고르게 반도체 표면으로 흐르게 하며, 헤드는 헤드를 통하여 흐르는 증기에 소정의 동작 온도를 제공한다.

일실시예에서, 본 발명은 반도체 상에의 재료 층들의 화학기상증착시에 유용한 전구체 화합물의 증기들을 제공하는 증발기 헤드이다. 헤드는 중심축, 외경, 외부면, 입구부, 출구부 및 입/출구부들 사이의 길이를 갖는 몸체를 구비한다. 몸체는 증발된 전구체 화합물의 흐름을 수용하는 공동을 입구부로부터 출구부를 관통하지 않는 근처까지 중심축을 따라 한정한다. 공동은 발생할 수도 있는 응축된 전구체 화합물의 액적 또는 파티클들을 수용하기 위한 폐우물형의 바닥을 구비한다. 몸체는 외부면을 관통하여 공동으로부터 외부로 증기를 흘려보내기 위하여 헤드를 관통하는 복수개의 통로들을 한정한다. 각 통로는 길이 및 직경을 갖고, 중심축에 대해 각각의 각도로 중심축으로부터 방사상으로 연장한다. 복수개의 통로들은 충분히 큰 직경을 갖고 있어, 이들을 통과하는 증기에 작은 압력 강하만을 일으키고 헤드를 통과하여 흐르는 증기를 분산시킴으로써 증기가 고르게반도체 표면으로 흐르게 한다. 헤드는 헤드를 통하여 흐르는 증기에 소정의 동작 온도를 제공한다.

또 다른 실시예에서, 본 발명은 반도체 상에 금속 또는 다른 층들을 화학기상증착하는 동안 증발된 전구체 화합물들 공정 챔버 내로 유입시키기 위한 증발기 헤드이다. 헤드는 중심축, 내측으로 테이퍼된 하부 외부면, 입구부, 출구부 및 입/출구부들 사이의 길이를 갖는 몸체를 구비한다. 몸체는 중심축을 따라 공동을 한정하고, 입구부에 증발된 전구체 화합물의 흐름을 수용하는 개구를 구비한다. 공동은 출구부 근처에 전구체 화합물의 액적 또는 파티클들을 수용하고 증기 이외의 것이 헤드에서 떠나는 것을 방지하는 폐우물형의 바닥을 구비한다. 몸체는 증기의 흐름을 위한 복수개의 제 1 통로들을 정의하고, 각 통로는 길이 및 직경을 갖고 공동으로부터 하부 외부면까지 중심축에 대해 제 1 경사각도로 바퀴살들처럼 공동으로부터 방사상으로 연장한다. 몸체는 증기의 흐름을 위한 복수개의 제 2 통로들을 정의하고, 각 통로는 길이 및 직경을 갖고 공동으로부터 하부 외부면까지 중심축에 대해 제 2 경사각도로 바퀴살들처럼 공동으로부터 방사상으로 연장한다. 몸체는 길이 및 직경을 각각 갖고 공동의 우물형 바닥의 바로 위로부터 몸체의 출구부까지 연장하는 복수개의 제 3 통로들을 정의하며, 복수개의 통로들이 충분히 큰 직경을 갖고 있어 동작하는 동안 통로를 통과하여 흐르는 증기의 흐름에 수분의 1 Torr의 압력 강하만 발생한다.

또 다른 실시예에서, 본 발명은 반도체 웨이퍼 상의 화학기상증착을 위한 장치이다. 장치는 대기압 이하로 유지될 수 있는 공정 챔버, 공정 동안 웨이퍼를지지하기 위한 챔버 내의 플랫폼 또는 서셉터, 및 웨이퍼 상에서 금속 및 다른 막들의 화학기상증착을 위해 증발된 전구체 화합물들을 챔버 내의 웨이퍼 상으로 유입시키기 위한 증발기 헤드를 구비한다. 헤드는 중심축, 외부면, 입구부, 출구부 및 입/출구부들 사이의 길이를 갖는 몸체를 구비한다. 몸체는 입구부에 개구를 갖고 중심축을 따라 연장하며 증발된 재료의 흐름을 수용하는 공동을 한정한다. 공동은 출구부 근처에 전구체 화합물의 액적 및 파티클들을 수집하고 증기 이외의 것이 헤드에서 떠나는 것을 방지하는 폐우물형의 바닥을 구비한다. 몸체는 증발된 재료의 흐름을 위해 헤드를 관통하는 복수개의 통로들을 한정한다. 각 통로는 길이 및 직경을 갖고 공동으로부터 외부면까지 중심축에 대해 경사각도로 공동을 따라 그 둘레로 바퀴살들처럼 방사상으로 연장하며, 복수개의 통로들은 충분히 큰 직경을 갖고 있어, 이들을 통과하여 흐르는 증발된 전구체 화합물들에 수분의 1 Torr의 압력 강하만 일으키고 헤드를 통과한 흐름을 분산시킴으로써, 증발된 전구체 화합물들이 고르게 웨이퍼 표면으로 흐르게 한다.

첨부 도면 및 청구범위와 함께, 이하의 상세한 설명을 통하여 본 발명의 많은 이점들을 좀더 자세히 살펴 보기로 한다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 다양한 재료들을 반도체 상에 화학기상증착(CVD)하기에 유용한 장치(10)가 도시되어 있다. 이 장치(10)는 본 발명의 특징들을 구체화한 증발기 헤드(12) 및 단면으로 도시된 공정 챔버(14; 점선의 사각형으로 표시함), 서셉터(16; 플랫폼) 및 헤드 아래의 플랫폼 상에 위치한 반도체 웨이퍼(18)를 구비한다. 챔버(14)는 웨이퍼(18)의 CVD 공정 동안 대기압 이하의 압력으로 유지된다. 그러한 공정 동안 웨이퍼(18)는 플랫폼(16)에 의해 상승된 온도(예를 들어, 약 400 ℃)로 가열된다. 챔버(14) 및 플랫폼(16)은 이미 공지되어 있으므로, 더 이상 설명하지 않는다.

증발기 헤드(12)는 도시되지 않은 수단들에 의해 챔버(14)의 상단에서 챔버를 밀폐시킨다. 증발기 헤드(12)의 몸체는 일반적으로 실린더형이고 웨이퍼(18)의 중심에 맞춰 정렬된 중심 수직축(20)을 갖는다. 헤드(12)는 축(20)에 대해 동심원으로 된 수직 공동(22)을 한정하고, 공동(22)은 증기 입구인 최상단 개구(24) 및 폐우물형의 바닥 단부(26)를 구비한다. 복수개의 가늘고 긴 통로(30)들은 바퀴살들처럼 공동(22)으로부터 바깥쪽으로 그리고 일정각도를 가지며 하방으로 방사상으로 퍼져 있다. 이후에 설명하겠지만, 각각의 통로(30)는 수직방향으로 일정 간격으로 이격되고, 중심축(20) 둘레에 일정 간격으로 외주방향으로 원을 그리며 이격 배치된다. 간단하게 더 설명하겠지만, 각 통로(30)는 공동(22)측에 개구된 입구부를 각각 구비하고, 헤드(12)의 테이퍼된 측면(32)을 관통하여 공정 챔버(14)측에 개구된 출구부를 각각 구비한다. 공동(22)의 바닥 단부(26) 근처에는 외측과 하방으로 방사상으로 퍼져있는 일군의 더 작은 통로들(34)이 존재한다. 각 통로(34)는 바닥 단부(26)의 조금 위의 위치에서 공동(22)으로 개구된 입구부를 구비하며, 헤드(12)의 평평한 바닥 표면(36)을 관통하여 챔버(14)측에 개구된 출구를 구비한다.

장치(10)의 동작 동안, 증발기 헤드(12)는 상업적으로 구입할 수 있는 종류인 전기 가열기(40)에 의해 소정 온도(예를 들어, 약 100 ℃)까지 승온된다.소스(미도시)는 전구체 재료를 화살표(42)로 표시한 바와 같이 모듈(44)로 제공한다. 필요한 경우, 후자는 화살표(46)에 의해 표시된 바와 같이, 증기가 헤드(12)의 입구로 유입됨에 따라 적절히 증발될 수 있도록 유입 전구체 물질에 초음파 및/또는 열에너지를 인가할 수도 있다. 이후, 이와 같이 증발된 재료는, 여러 화살표들(48)에 의해 표시된 바와 같이, 공동(22)으로 흘러내려가 각각의 통로(30, 34)들로 그리고 공정 챔버 내로 흘러가게 된다. 이후 좀더 상세히 설명하겠지만, 증발기 헤드(12)는 통로들(30, 34)을 통하여 혼합된 증기의 흐름들이 챔버(14) 내로 고르게 그리고 웨이퍼(18)의 표면 쪽으로 균일하게 유입되도록 구성된다. 통로들(30, 34)을 통하여 흐르는 증기의 흐름들은 증발기 헤드(12)로부터 전달된 열에 의해 소정 온도로 유지되고, 헤드(12)는 우수한 열전도성을 갖는 알루미늄으로 된 솔리드 블럭(solid block)으로 형성되는 것이 바람직하다. 공동(22) 및 각 통로들(30, 34)은 헤드(12)의 몸체 내에서 용이하게 가공된다.

공동(22) 바닥의 우물형 단부(26)는 공동(22)의 입력 개구(24)로 유입되는 증기의 흐름(46) 내에 존재할 수도 있는 액적이나 파티클들을 수집하는 작용을 한다. 우물형 단부(26)에 수집된 원치 않는 액체 또는 고체 재료가 헤드(12)로부터의 열에 의해 급속히 증발되므로, 증기 이외의 것이 챔버(14) 내로 유입되는 것이 방지된다.

도 2를 참조하면, 증발기 헤드(12)의 사시도가 도시되어 있다. 통로(30)들의 출구부들은 각 괄호들(50, 52, 54)로 표시된 3 개의 수직 방향으로 일정 간격으로 이격된 원형의 줄들로 배열되어 있음이 도시되어 있다. 각 줄들(50, 52,54)에서 통로들(30)은 중심축(20)에 대해 각도를 가지며 동일한 간격으로 배치되어 있다. 도시된 증발기 헤드(12)의 특정 예에서, 통로들(30)은 몸체(12)의 중심축(20) 둘레로 45도의 각도, 동일 간격으로 배치된다. 따라서, 각 줄들(50, 52, 54)에는 8개의 통로들이 있고, 통로들(30)은 모두 24개가 된다. 더 작은 통로들(34)은 90도의 각을 이루며 동일 간격으로 배치되어 4개가 있게 되므로, 통로들(30, 34)을 합하여 모두 28개가 된다.

도 3a를 참조하면, 도 2의 선 3A-3A을 따라 절취한 증발기 헤드(12)의 측단면이 도시되어 있다. 더 작게 도시되어 있지만, 헤드(12)의 이러한 단면도는 도 1에 도시된 것과 매우 유사하다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 최상단 줄(50)에서 2 개의 통로들(30)만 보여지고, 이러한 통로들(30)은 각각 최상단 개구(24) 바로 아래에 공동(22)에 개구된 각각의 입구부들(30-1)을 구비한다. 이러한 통로들(30)(및 이 도면에서의 다른 통로들(30))은 중심축(20)에 대해 호 60으로 표시된 각을 이루며 헤드(12)의 몸체 내에 형성된다. 최상단 줄(50)에서 2 개의 추가적인 통로들(30)은, 도시된 것들에 대해 중심축(20) 둘레로 90도의 각으로 배치되어 도 3a에서는 도시되지 않았지만, 최상단 개구(24) 근처에 공동(22)에 개구된 각각의 입구부들(30-1)을 구비한다. 이러한 미도시된 통로들(30)도 하방으로 동일한 각(60)을 갖도록 배치된다.

도 2와 관련하여 상술한 바와 같이, 여기에 도시된 본 발명의 특정 예에서, 증발기 헤드(12)는 상부 줄(50)에서 헤드(12)의 테이퍼된 표면 둘레의 단일원을 따라 배치되는 하부 출구들을 갖는 8 개의 통로들(30)을 구비한다. 방금 설명한바와 같이, 4 개의 그러한 통로들(30)만이 최상단 개구(24) 근처에 공동(22)에 90 도의 간격을 두고 개구된 입구부들(30-1)을 구비한다.

도 3b를 참조하면, 도 2의 선 3B-3B를 따라 절취한 헤드(12)의 단면이 도시되어 있다. 도 3b는 도 3a에 대해 45 도 회전된 것이다. 도 3b에 나타낸 바와 같이, 최상단 줄(50)의 통로들(30)(2 개가 보여짐)은 단부들(30-1) 아래에 공동(22)에 개구된 입구부들(30-2)을 구비하고(도 3a), 통로들(30)은 호 62로 표시된 각도로 헤드(12)의 몸체 내에 형성된다. 호 62로 표시된 각도는 각도 60 보다 다소 커서 단부들(30-2)은 단부들(30-1) 아래에 위치한다. 2 개의 추가적인 통로들(30)은 여기서 볼 수 있는 최상단 줄(50)에서의 2 개의 통로들(30)에 대해 90 도로 위치하므로 도 3b에서는 볼 수 없지만, 또한 공동(22)에 개구된 단부들(30-2)을 구비한다. 도 3b의 각도(62)와는 조금 다르게 도 3a의 각도(60)가 설정되므로, 24개 통로들(30)의 각 최상단 단부들(30-1, 30-2, 30-3, 30-4, 30-5 및 30-6)은 축(20) 둘레에서 공동(22)을 따라 하방으로 이격 배치된다. 이것은 공동(22)에 유입되는 증기를 효율적으로 분산시킨다. 도 3a에는 2 개만 도시된, 4 개의 더 작은 통로들(34)은 호 64로 표시된 각도로 형성되므로, 통로들(34)의 최상단 단부들(34-1) 각각은 공동(22)의 우물형 바닥 단부(26) 위에 조금 떨어져 배치된다.

도 4를 참조하면, 온도 대 압력의 함수로서 CVD 전구체 화합물의 고상(또는 액상)에 대한 증기상의 관계를 나타낸 그래프(70)가 도시되어 있다. 그래프(70)의 가로축은 온도(℃)를 나타내고, 세로축은 압력(Torr)을 나타내며, 비선형이다. 그래프(70)는 테트라디메틸아미노티타늄(TDMAT)과 같은 전구체 재료가 증기상으로 존재하는 조건을 나타낸 제 1 라인(72)을 갖고 있다. 온도 또는 압력이 라인(72)으로부터 멀어져 그래프(70) 내에서 왼쪽 또는 위쪽으로 충분히 이동하면, 그 재료는 고상(또는 액상)으로 복귀된다. 주어진 전구체 재료(예를 들어, TDMAT)에 대해, 라인(72) 상의 점(73)으로 표시된 바와 같이 CVD 공정에서 사용하는 경우, 동작 온도값 및 동작 압력값을 편리하게 채택할 수 있다. TDMAT의 경우, 점(73)에서의 온도는 약 50 ℃ 이며, 압력은 약 1/2 Torr 이다. 그래프(70)는 제 2 전구체 재료, 즉 펜타에틸메틸아미노탄탈륨(PEMAT)의 기상 관계를 나타내는 제 2 라인(74) 및 동작 온도와 동작 압력의 값들을 나타내는 점(75)을 갖는다. 유사하게, 그래프(70)는 펜타디에틸아미노탄탈륨(PDEAT)에 대한 라인(76) 및 동작점(77)을 갖고, 펜타디메틸아미노탄탈륨(PDMAT)에 대한 라인(78) 및 동작점(79)을 갖는다.

여러 전구체 화합물들 각각이 도시된 그래프(70)로부터, 장치(10)내의 CVD 공정에서 채용될 때, 낮은 챔버 압력이 요구된다는 것을 알 수 있다. 보통의 대기 온도 및 압력에서 그런 재료는 고체(또는 액체)이지만 적당히 낮은 온도 및 상승된 온도에서 기상으로 상전이시킬 수 있다. 이는, 화살표(46)로 나타낸 바와 같이, 증발기 헤드(12)(도 1 참조)로 전달된다. 헤드(12)를 통과하면서 증기가 고체(또는 액체)로 복귀되는 것을 방지하기 위해 증기의 흐름이 크게 지체되지 않도록 하는 것이 바람직하다. 따라서, 헤드(12)는 높은 유동전도성을 가져야 하며, 즉 헤드를 통한 압력 강하가 작아야 한다(예를 들어, 수분의 1 Torr).헤드(12)는 또한 증기가 헤드(12) 내부를 통과할 때 증기를 소정의 동작 온도(예를 들어, 그래프(70)의 라인(72) 상의 점(73)에서의 온도)로 유지해야만 한다. 헤드(12)는 가열기(40)에 의해 소정 온도로 용이하게 유지된다.

여기에 예시된 본 발명의 특정 실시예에서, 증발기 헤드(12)는 다소 전구 형태이다. 헤드(12)를 관통하는 더 큰 통로들(30)의 직경은 약 0.20 인치이고 더 작은 통로들(34)의 직경은 약 0.10 인치이다. 통로들(30, 34)의 길이는 각각의 지름들보다 훨씬 더 길다. 헤드(12)를 관통하는 통로들(30, 34)은 비교적 크기 때문에, 플라즈마-여기된 기체가 헤드(12)를 통과할 수 있다. 이는 플라즈마 여기를 위한 소스를 챔버(14) 외부의 헤드(12)의 입구(24) 위쪽에 위치시킬 수 있게 한다. 공동(22)의 직경은 약 1/2 인치이고 헤드(12)의 바닥(36) 근처까지(관통하지는 않고) 축(20)을 따라 하방으로 연장한다. 헤드(12)의 상부 직경은 약 3 인치이고, 헤드(12)의 하부는 바닥(36)에서의 직경이 약 1.5 인치가 되도록 테이퍼된다. 최상단 입구(24)로부터 바닥(36)까지 헤드(12)의 길이는 약 4 인치이다. 각도(60)(도 3a)는 약 28°이며, 각도(64)는 조금 더 크고, 각도(62)(도 3b)는 약 35°이다. CVD 공정 동안, 약 100 내지 200 SCCM의 아르곤과 혼합된 약 2 내지 10 SCCM(standard cubic centimeters per minute)의 증발된 전구체 재료(예를 들어, TDMAT)가 헤드(12)(소정 온도로 유지된)를 통하여 압력이 1 Torr 이하인(도 4 참조) 챔버(14) 내로 유입되었다. 웨이퍼(18)의 온도는 약 400 ℃ 이었고, 웨이퍼는 헤드(12)의 바닥(36)으로부터 1/2인치 정도 떨어진 곳에 위치시켰다. 공정 싸이클은 수분 동안 진행되었다.

상기한 설명은 일례로서 나타낸 것으로, 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 당업자들은 본 발명의 특징을 구체화하는 증발기 헤드(12)의 다양한 변형 및 수정을 가할 수도 있으며, 여기서 설명되고 첨부된 청구범위에 의해 한정된 바에 따라 본 발명의 사상 또는 범위를 벗어나지 않고 그러한 변형들을 행할 수 있다. 예를 들어, 본 발명은 상술한 전구체 재료만 사용하는 것에 한정되지 않고, 다른 CVD 전구체 재료들에도 유용하다. 또한, 본 발명은 상술한 바와 같이, 증발기 헤드의 크기 또는 직경의 특정한 설정, 또는 통로들(30, 34)의 특정 부재들, 크기들 및 각도들, 또는 특정 재료 또는 증발기 헤드용 제조 방법 등으로 한정되지 않는다.

본 발명에 의하면, 개선된 증발기 헤드를 제공함으로써, 화학기상증착 동안 반도체 상으로 증발된 전구체 재료들을 효율적으로 유입시킬 수 있게 된다.

Claims

반도체 상의 재료 층들의 화학기상증착에 유용한 전구체 화합물들의 증기를 게공하는 증발기 헤드로서,

중심축, 외경, 외부면, 입구부, 출구부 및 입/출구부들 사이의 길이를 갖는 몸체를 구비하되,

상기 몸체는 증발된 전구체 화합물의 흐름을 수용하는 공동을 상기 입구부로부터 상기 출구부를 관통하지 않는 근처까지 상기 중심축을 따라 한정하고, 상기 공동은 발생할 수도 있는 응축된 전구체 화합물의 액적 또는 파티클들을 수용하는 폐우물형 바닥을 가지며,

상기 몸체는 상기 공동으로부터 상기 외부면을 관통하여 바깥쪽으로 증기가 흘러가도록 상기 헤드를 관통하는 복수개의 통로들을 정의하고, 각 통로는 길이 및 직경을 가지며 상기 중심축에 대해 각각의 각도로 상기 중심축으로부터 방사상으로 연장하고,

상기 복수개의 통로들은 증기가 반도체 표면 상으로 고르게 흘러가도록 상기 통로들을 통과하여 흐르는 증기에 약 1 Torr 이하의 압력 강하만 일으키고 상기 헤드를 통과하여 흐르는 증기를 분산시키기에 충분히 큰 직경을 가지며, 상기 헤드는 상기 헤드를 통과하여 흐르는 증기에 소정의 동작 온도를 제공하는 것을 특징으로 하는 증발기 헤드.
제 1 항에 있어서,

복수개의 제 1 통로들 및 복수개의 제 2 통로들이 존재하고, 상기 복수개의 제 1 통로들은 상기 복수개의 제 2 통로들의 길이 및 직경에 비해 충분히 큰 길이 및 직경을 각각 갖고, 상기 복수개의 제 2 통로들의 중심축에 대한 경사각도와는 다른 각각의 각도로 배치된 것을 특징으로 하는 증발기 헤드.
제 1 항에 있어서

제 1 그룹의 통로들은 상기 몸체 하부의 상기 외부면 둘레에 위치한 1 개 이상의 원형의 줄로 배치된 상기 출구부들을 구비하고, 그 통로들의 상기 입구부는 상기 공동의 축을 따라 그 둘레에 각각 배치된 것을 특징으로 하는 증발기 헤드.
제 3 항에 있어서,

상기 몸체의 상기 하부는 상기 출구부를 향하여 내측으로 경사진 테이퍼된 표면을 갖고, 상기 테이퍼된 표면을 따라 그 둘레로 동일한 간격으로 배치된 3 개의 원형의 줄들이 존재하고, 상기 각각의 줄을 따라서 상기 통로들의 상기 출구부들이 배치된 것을 특징으로 하는 증발기 헤드.
제 4 항에 있어서,

상기 헤드의 상기 몸체는 거의 전구 형태이고, 상기 통로들 중 일부는 상기 중심축에 대해 다른 통로들이 배치된 경사각도와는 다른 경사각도로 배치되고, 상기 공동에 개구된 상기 통로들의 상기 입구부들은 각각 상기 공동을 따라 그 둘레에 소정의 패턴으로 배치되고 상기 공동으로의 증기의 흐름은 상기 헤드로부터 화학기상증착에 의해 처리할 반도체 쪽으로 효율적으로 분배되고 고르게 흘러가는 것을 특징으로 하는 증발기 헤드.
반도체 상에 금속 및 다른 층들을 화학기상증착하는 동안에 증발된 전구체 화합물을 공정 챔버 내로 유입시키는 증발기 헤드로서,

중심축, 안쪽으로 테이퍼된 하부 외부면, 입구부, 출구부 및 상기 입/출구부들 사이의 길이를 갖는 몸체를 구비하되,

상기 몸체는 상기 입구부 내에, 상기 중심축을 따라 공동을 한정하고 증발된 전구체 화합물의 흐름을 수용하는 개구를 갖고, 상기 공동은 상기 출구부 근처에, 상기 전구체 화합물의 액적 및 파티클들을 함유하고 증기 이외의 것이 헤드에서 떠나는 것을 방지하는 폐우물형의 바닥을 구비하고,

상기 몸체는 증기를 흘려보내는 복수개의 제 1 통로들을 한정하고, 각 통로들은 길이 및 직경을 가지며 상기 공동으로부터 상기 하부 외부면까지 상기 중심축에 대해 제 1 경사각도로 바퀴살들처럼 공동으로부터 방사상으로 연장하고,

상기 몸체는 증기를 흘려 보내는 복수개의 제 2 통로들을 한정하고, 각 통로들은 길이 및 직경을 가지며 상기 공동으로부터 상기 하부 외부면까지 상기 중심축에 대해 제 2 경사각도로 바퀴살들처럼 공동으로부터 방사상으로 연장하고,

상기 몸체는 길이 및 직경을 가지며 상기 공동의 상기 우물형 바닥 바로 위로부터 상기 몸체의 상기 출구부까지 연장하는 복수개의 제 3 통로들을 한정하고, 상기 복수개의 통로들은 상기 통로들을 통과하는 증기의 흐름에 수분의 1 Torr의 압력 강하만을 발생시키기에 충분히 큰 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 증발기 헤드.
제 6 항에 있어서,

상기 복수개의 제 1 및 제 2 통로들은 약 0.2 인치의 직경을 가지며, 상기 복수개의 제 3 통로들은 약 0.1 인치의 직경을 가지며, 상기 몸체의 길이는 약 4 인치이고, 상기 공동의 직경은 약 0.5 인치인 것을 특징으로 하는 증발기 헤드.
제 6 항에 있어서,

상기 복수개의 제 1 및 제 2 통로들은 상기 몸체의 상기 테이퍼된 하부 외부면 둘레에 위치한 복수개의 일정 간격 이격된 원형의 줄들을 따라 각각 배치된 출구부들을 구비하고, 상기 통로들의 상기 입구부들은 상기 공동의 길이를 따라 상기 중심축 둘레에 소정의 패턴으로 위치한 것을 특징으로 하는 증발기 헤드.
제 8 항에 있어서,

동일한 간격으로 배치된 12 개의 상기 복수개의 제 1 통로들 및 동일한 간격으로 배치된 12 개의 상기 복수개의 제 2 통로들이 존재하고 상기 각 통로들은 약 0.2 인치의 직경을 가지며, 상기 통로들의 상기 출구부들은 각각 3 개의 원형 줄을따라 배치된 것을 특징으로 하는 증발기 헤드.
제 8 항에 있어서,

상기 복수개의 제 3 통로들의 입구부들은 각각 상기 공동 내에서 상기 우물형 바닥 위에 위치하고, 상기 복수개의 제 3 통로들의 출구부들은 상기 몸체의 상기 출구부 둘레에 배치된 것을 특징으로 하는 증발기 헤드.
제 6 항에 있어서,

상기 몸체는 알루미늄인 것을 특징으로 하는 증발기 헤드.
제 6 항에 있어서,

상기 몸체의 상부 둘레에 위치하며 동작하는 동안 상기 헤드를 통하여 흐르는 증기의 온도를 조절하는 가열기를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 증발기 헤드.
반도체 웨이퍼 상에의 화학기상증착용 장치로서,

대기압 이하로 유지될 수 있는 공정 챔버;

공정 동안 웨이퍼를 지지하는 상기 챔버 내의 플랫폼 또는 서셉터;

상기 웨이퍼 상에 금속 또는 다른 막들을 화학기상증착하기 위해 증발된 전구체 화합물들을 상기 챔버 내의 웨이퍼 상으로 흘려보내는 증발기 헤드를 구비하되,

상기 몸체는 중심축, 외부면, 입구부, 출구부 및 상기 입/출구부들 사이의 길이를 가지며,

상기 몸체는 상기 입구부 내에 증발된 재료의 흐름을 수용하는 개구를 갖고 상기 중심축을 따라 연장하는 공동을 한정하고, 상기 공동은 상기 몸체의 상기 출구부 근처에 전구체 화합물의 액적 및 파티클들을 수집하고 증기 이외의 것이 헤드에서 떠나는 것을 방지하는 폐우물형 바닥을 구비하고,

상기 몸체는 상기 헤드를 관통하며 증발된 재료를 흘려보내는 복수개의 통로들을 한정하고, 각 통로는 상기 공동으로부터 상기 외부면까지 상기 중심축에 대해 경사각도로 공동을 따라서 그 둘레로 바퀴살들처럼 방사상으로 연장하고, 상기 복수개의 통로들은 상기 증발된 전구체 화합물들이 웨이퍼 표면 상으로 고르게 흘러가도록 상기 통로들을 통과하여 흐르는 상기 증발된 전구체 화합물에 수분의 1 Torr의 압력 강하만 일으키고 상기 헤드를 통과하는 흐름을 분산시키기에 충분히 큰 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
제 13 항에 있어서,

상기 증발기 헤드에 결합되어 상기 다양한 전구체 화합물들이 상기 헤드를 통하여 흘러감에 따라 소정의 증기 온도로 유지하는 가열기를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 14 항에 있어서,

상기 가열기는 상기 증발기 헤드의 상부 외부면에 결합된 것을 특징으로 하는 장치.