KR20040083417A - Chemical vapor deposition reactor - Google Patents
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Abstract
화학 증착(CVD) 리액터(900)는 리액터 챔버(950)와, 리액터 챔버내에 위치된 기판 홀더(46)와, 기판 홀더 위에서 회전하는 가스 흐름을 제공하도록 배치된 가스 입구 시스템(922)과, 가스 출구 포트(930)를 포함한다. 선구물질 가스의 흐름 특징은 선구물질 가스가 기판을 가로질러 이동할 때 가스를 보다 적은 용적으로 강제함으로써 기판 표면을 횡단하는 박막 두께를 균일하게 하도록 제어된다. 중앙 배기를 구비하면, 이것은 리액터 챔버의 중앙(1508)에 근접함에 따라 리액터 챔버의 높이(1506, 1524)를 감소시킴으로써 실행되어, 단위 거리당 리액터 용적은 가스가 입구로부터 배기로 이동함에 따라 감소된다.Chemical Vapor Deposition (CVD) reactor 900 includes a reactor chamber 950, a substrate holder 46 located within the reactor chamber, a gas inlet system 922 disposed to provide a rotating gas flow over the substrate holder, and a gas. An outlet port 930. The flow feature of the precursor gas is controlled to make the film thickness uniform across the substrate surface by forcing the gas to a smaller volume as the precursor gas moves across the substrate. With a central exhaust, this is done by decreasing the heights 1506 and 1524 of the reactor chamber as it approaches the center 1508 of the reactor chamber, such that the reactor volume per unit distance is reduced as the gas moves from the inlet to the exhaust. .
Description
CVD는 금속 산화물, 강유전체, 초전도체, 고유전성 상수(high dielectric constants)를 가진 재료, 보석 등과 같은 복합 화합물의 박막(thin film)을 부착하는 공통적인 방법이다. 양호한 단계 범위를 제공하는 화학 증착의 기존의 방법은 복합 재료를 부착시키는데 사용할 때 상대적으로 낮은 집적 회로 수득률(yields)을 야기하는 것이 일반적이다. 종래 기술의 CVD 방법에 있어서, 하나 또는 그 이상의 액체 또는 고체 선구물질(precursor)이 가스 상태로 전환된다. 상업적으로 실행가능한 비율로 충분한 양의 선구물질을 가스화하기 위해서, 통상적으로 선구물질을 가열할 필요가 있다. 그러나, 선구물질은 통상적으로 액체 상 또는 고체 상으로부터 가스 상으로의 선구물질의 충분한 대량 전달을 성취하는데 필요한 보다 높은 온도에서 물리적으로 불안정하다. 이러한 물리적인 불안정성 자체는 선구물질 솔벤트의 조기 비등(premature boiling)을 나타낼 수 있다. 따라서, 선구물질 화합물은 통상적으로 분리, 분해 또는 침전을 경험하게 된다. 조기 분리(premature separation)는 프로세스 스트림 및 최종 제품의 화학량론에서의 바람직하지 못하고 제어되지 않은 변화와, CVD 리액터에서의 기판의 불균일한 부착과, CVD 장치의 오염을 야기시키서, 영향을 받은 기구를 세정하기 위해 CVD 기구 작동을 정지시켜 비용 및 큰 불편을 초래하게 된다. 또한, 미립자 물질은 웨이퍼상으로 하방으로 낙하하여 결함있는 디바이스 및 낮은 수득률을 초래한다. 또한, 선구물질 반응물의 조기 분해가 선구물질의 모든 성분에 대해서 균일하게 발생되지 않기 때문에, 가스 선구물질로부터 선택된 반응물의 불균형 제거가 이뤄져서, 잔류하는 가스 선구물질이 변경된 화학량론을 갖게 하며, 이에 의해 웨이퍼의 표면상에 효과없는 화학 조성물을 형성하게 된다.CVD is a common method for depositing thin films of complex compounds such as metal oxides, ferroelectrics, superconductors, materials with high dielectric constants, gemstones, and the like. Existing methods of chemical vapor deposition that provide a good range of steps typically result in relatively low integrated circuit yields when used to deposit composite materials. In the prior art CVD methods, one or more liquid or solid precursors are converted to a gaseous state. In order to gasify a sufficient amount of precursor at a commercially viable rate, it is usually necessary to heat the precursor. However, the precursor is typically physically unstable at the higher temperatures necessary to achieve sufficient mass transfer of the precursor from the liquid or solid phase to the gas phase. This physical instability itself may indicate premature boiling of the precursor solvent. Thus, the precursor compound typically experiences separation, degradation or precipitation. Premature separation is an instrument that is affected by causing undesirable and uncontrolled changes in the stoichiometry of the process stream and the final product, uneven adhesion of the substrate in the CVD reactor, and contamination of the CVD apparatus. Stopping the CVD instrument operation to clean up will result in cost and significant inconvenience. In addition, the particulate material falls down onto the wafer resulting in defective devices and low yields. In addition, since early decomposition of the precursor reactants does not occur uniformly for all components of the precursors, imbalance removal of the selected reactants from the gas precursors results in an altered stoichiometry of the remaining gas precursors. This results in the formation of an ineffective chemical composition on the surface of the wafer.
기존의 CVD 시스템의 다른 문제점은 선구물질의 불완전한 가스화이다. 하나 또는 그 이상의 선구물질이 부착 챔버로 안내되는 장치에서 적절하게 가스화하는 것이 실패한 경우, 하나 또는 그 이상의 선구물질이 CVD 장치내의 다른 선구물질과 적절하게 반응하지 않고 기판상에 부착될 수 있다. 이것은 특정 선구물질 사이에서 독립적으로 이뤄지는 성장으로 인한 것이다. 이러한 부적절한 부착으로 인해 반응되지 않은 선구물질 재료의 폐기가 야기되며, 이러한 부착이 이뤄지는 회로의 오작동이 야기될 수 있다.Another problem with existing CVD systems is the incomplete gasification of the precursors. If one or more precursors fail to properly gasify in a device that is guided to the attachment chamber, one or more precursors may be deposited on the substrate without properly reacting with other precursors in the CVD apparatus. This is due to the independent growth between specific precursors. Such improper attachment may result in the disposal of unreacted precursor material and may cause malfunction of the circuit in which this attachment is made.
웨이퍼 처리를 위한 하나의 기존의 방법은 가열된 회전 기판상에 위치된 샤워헤드 가스 디스펜서를 CVD 리액터에 사용하는 것이다. 기판은, 기판상에 실질적으로 균일한 반응물 농축을 제공하는 자유 유동 가스 아래에서 실질적으로 균일한 경계 층을 제공하도록 일반적으로 회전된다. 샤워헤드는 고온 프로세스에 유용하지만, 스트론튬 비스무스 티탄산염(strontium bismuth titanate : SBT) 및 다른 측형 규칙격자 재료(layered superlattice material)의 형성물에 사용된 것과 같은 무거운 분자의 부착과 관련된 샤워헤드 설계를 이용하는 경우에 문제가 발생된다. 이러한 층형 규칙격자 재료 선구물질은 낮은 증기 압력 및 대응적으로 높은 증기화 온도를 통상적으로 갖고 있다. 그러나, 층형 규칙격자 재료 선구물질은 낮은 분해 온도를 통상적으로 갖고 있으며, 이에 의해 CVD 리액터에 대해서 필요한 요구 주변 온도 범위에 따라서 지나치게 억제한다. 높은 증기화 온도는 상기에서 요약한 문제로 유도되는 층형 규칙격자 재료의 조기 분해를 야기시키는 것이 통상적이다. 이들 문제를 회피하기 위해서 온도가 낮아진다면, 솔벤트 비등-오프(boil off) 및 침전으로 인해서 불완전한 가스화가 발생할 수 있다.One conventional method for wafer processing is to use a showerhead gas dispenser located on a heated rotating substrate in a CVD reactor. The substrate is generally rotated to provide a substantially uniform boundary layer under a free flowing gas that provides substantially uniform reactant concentration on the substrate. Showerheads are useful for high temperature processes, but employ showerhead designs that involve the attachment of heavy molecules such as those used in the formation of strontium bismuth titanate (SBT) and other layered superlattice materials. In that case problems arise. Such layered regular lattice material precursors typically have low vapor pressures and correspondingly high vaporization temperatures. However, layered regular lattice material precursors typically have a low decomposition temperature, thereby overly suppressing depending on the required ambient temperature range required for the CVD reactor. High vaporization temperatures typically lead to premature decomposition of the layered regular lattice material which leads to the problems outlined above. In order to avoid these problems, if the temperature is lowered, incomplete gasification may occur due to solvent boiling off and precipitation.
하나의 기존의 방법은 기존의 CVD 장치와 조합하여 변형된 무거운 분자 선구물질을 사용하는 것을 포함한다. 이 이론은, 높은 성분 증기 압력을 나타내도록 변경된 선구물질이 CVD 프로세스에서 높은 증기화 온도의 필요성을 제거하며, 이에 의해 침전 및 조기 분해의 문제를 회피한다는 것이다. 그러나, 높은 증기 압력을 갖고 구해진 선구물질은 웨이퍼상의 층을 성장시키기 위한 특성이 빈약하며, 특성들중 하나는 빈약한 부착율이다.One conventional method involves the use of modified heavy molecular precursors in combination with existing CVD apparatus. The theory is that precursors modified to exhibit high component vapor pressures eliminate the need for high vaporization temperatures in the CVD process, thereby avoiding the problem of precipitation and premature decomposition. However, precursors obtained with high vapor pressure have poor properties for growing layers on the wafer, one of which is poor adhesion rate.
따라서, SBT 및 다른 무겁거나 또는 복합 분자를, 조기 분해 및 불완전한 가스화의 문제를 발생시킴이 없이 웨이퍼상에 확식하게 부착시킬 수 있는 CVD 시스템및 방법이 당 업계에서 요구되고 있다.Therefore, there is a need in the art for CVD systems and methods that can securely attach SBT and other heavy or complex molecules onto a wafer without causing problems of premature degradation and incomplete gasification.
발명의 요약Summary of the Invention
본 발명은, 선구물질 가스를 리액터 챔버내로 도입하고, 기판 위로 선구물질 가스를 순환시키고, 기판의 표면 위로 실질적으로 균일한 비율로 기판의 표면상에 재료의 층을 성장시킴으로써, 종래 기술을 진보시키고 상술한 문제점을 해결하는데 도움을 준다. 리액터의 형상은 중요한 역할을 수행한다. 바람직한 실시예에 있어서, 가스가 감소될 때 선구물질 가스가 보다 적은 용적으로 강제되도록 형상이 이뤄진다.The present invention advances the prior art by introducing a precursor gas into the reactor chamber, circulating the precursor gas over the substrate, and growing a layer of material on the surface of the substrate at a substantially uniform rate over the surface of the substrate and It helps to solve the above problems. The shape of the reactor plays an important role. In a preferred embodiment, the gas is shaped such that the precursor gas is forced to a smaller volume when the gas is reduced.
일 실시예에 있어서, CVD 리액터는, 웨이퍼상에 SBT 및/또는 다른 산화금속 분자를 포함하고, 제어된 경계 층 두께를 가진 가스 선구물질의 흐름이 가능하게 하고, 웨이퍼의 표면상에서의 재료 성장의 비율이 실질적으로 일정하게 할 수 있게 한다. 바람직하게, 설명한 부착은 웨이퍼 또는 기판상으로 유동하는 가스 선구물질의 조기 분해와, 가스 선구물질로부터의 미립자 물질의 침전이 발생함이 없이 이뤄진다. 상술한 설명이 SBT 및 다른 산화금속 분자를 포함한 선구물질에 사용하기 위한 CVD 리액터의 적합성을 개시하고 있지만, 본 명세서에 설명한 CVD 리액터는 실리콘을 포함한 광범위한 선구물질 및 반응물에 이용될 수도 있다.In one embodiment, the CVD reactor comprises SBT and / or other metal oxide molecules on the wafer, permits the flow of gas precursors with a controlled boundary layer thickness, and facilitates the growth of material on the surface of the wafer. This allows the ratio to be substantially constant. Preferably, the described deposition is accomplished without premature decomposition of the gas precursor flowing onto the wafer or substrate and precipitation of particulate matter from the gas precursor. Although the above description discloses the suitability of CVD reactors for use in precursors including SBT and other metal oxide molecules, the CVD reactors described herein may be used in a wide range of precursors and reactants including silicon.
일 실시예에 있어서, 선구물질 가스는 리액터 챔버의 주변에서 그리고 챔버 원주에 대해 실질적으로 접선인 방향에서 CVD 리액터내로 도입되며, 이에 의해 바람직하게 고정 기판상에서 선구물질 가스의 스피닝 계(spinning field)를 발생한다. 이러한 방법은 기존의 CVD 시스템의 샤워헤드 디스펜서의 필요성과, 이 시스템에 부착되는 미립자 물질 형성의 문제를 제거한다. 고정 기판을 사용하는 것은 기판을 회전시키기 위한 기구의 필요성을 제거하고 그리고 기판 온도의 조기 측정이 가능하게 함으로써 리액터 설계에 있어서 유리하다. 종래 기술에 있어서, 이러한 온도 측정은 파이로미터로 온도를 측정할 필요성과, 텔레미터법을 이용하고, 회전 기구 밖으로 온도 측정 리드선을 연결하는 것에 의해 복잡하게 된다.In one embodiment, the precursor gas is introduced into the CVD reactor at the periphery of the reactor chamber and in a direction that is substantially tangential to the chamber circumference, thereby advantageously creating a spinning field of the precursor gas on the stationary substrate. Occurs. This method eliminates the need for a showerhead dispenser in a conventional CVD system and the problem of particulate material formation attached to the system. Using a fixed substrate is advantageous in reactor design by eliminating the need for a mechanism to rotate the substrate and enabling early measurement of the substrate temperature. In the prior art, such temperature measurement is complicated by the necessity of measuring the temperature with a pyrometer and by using the telemeter method and connecting the temperature measuring lead out of the rotating mechanism.
일 실시예에 있어서, 하나 또는 그 이상의 튜브가 리액터 챔버의 원주를 중심으로 배치된 도관내로 선구물질 가스를 배향한다. 바람직하게, 원주방향 도관으로부터 빠져나오는 하나 또는 그 이상의 채널은 리액터 챔버의 원주에 실질적으로 접선인 방향을 따라서 선구물질 가스를 리액터 챔버내로 배향한다. 바람직하게, 입구는 각 채널의 챔버 단부에 위치되어 있다. 선구물질 가스를 배기하기 위해서 리액터 챔버의 중앙에 개구가 실질적으로 위치되어 있는 것이 바람직하다. 이러한 방법은 리액터의 내측 원주를 따라 균일한 가스 흐름을 제공한다. 일 실시예에 있어서, 선구물질 가스 흐름을 포함하는 리액터 챔버의 높이는 리액터 가스 흐름의 중앙으로부터 감소되는 반경방향 거리에 따라 실질적으로 비례적으로 감소된다. 따라서, 2개의 인자는 리액터 챔버의 중앙을 향해 가스 흐름 속도를 증가시키는 경향이 있다. 첫째로, 각도 모멘텀의 보존은 챔버 중앙으로부터 가스 흐름의 반경방향 거리가 감소될 때 가스 선형 속도가 증가되는 것을 요구한다. 둘째로, 감소하는 챔버 높이가 챔버 중앙쪽으로 가스 흐름의 단면적을 감소시키며, 이에 의해 일정한 대량 흐름 비율을 유지하기 위해서 선형 가스 흐름 속도를 증가시킬 필요가 있다. 바람직하게, 가스 흐름 속도의 증가는 챔버 중앙을 향해 감소된 흐름 경계층 두께로 유도되고, 이것은 챔버 중앙을 향해 기판에 가스 확산을 거쳐서 반응물의 증가된 전체 노출로 유도된다. 바람직하게, 감소하는 반경방향 거리를 두고 반응물의 증가된 노출은, 선구물질 가스가 중앙을 향해 기판상으로 유동할 때 발생하는 선구물질 가스 반응물의 증가하는 감소를 보상한다. 바람직하게, 반응물 확산이 증가된 반응물 감소의 정확한 보상은 기판 표면상에서의 실질적으로 균일한 막 성장이 가능하게 한다. 상기 설명은 주로 수평방향 평면에서 원형인 리액터 챔버에 대해서 이뤄졌지만, 리액터 챔버는 원형 또는 수평방향 기하학적 구조로 제한되지 않으며, 광범위한 형상 및/또는 자세를 취할 수 있다.In one embodiment, one or more tubes orient the precursor gas into a conduit disposed about the circumference of the reactor chamber. Preferably, one or more channels exiting the circumferential conduit direct the precursor gas into the reactor chamber along a direction substantially tangential to the circumference of the reactor chamber. Preferably, the inlet is located at the chamber end of each channel. It is preferred that the opening is substantially positioned in the center of the reactor chamber to exhaust the precursor gas. This method provides a uniform gas flow along the inner circumference of the reactor. In one embodiment, the height of the reactor chamber including the precursor gas stream is substantially proportionally reduced with decreasing radial distance from the center of the reactor gas stream. Thus, two factors tend to increase the gas flow rate towards the center of the reactor chamber. First, preservation of the angular momentum requires that the gas linear velocity be increased when the radial distance of the gas flow from the chamber center is reduced. Second, decreasing chamber height reduces the cross-sectional area of the gas flow towards the center of the chamber, whereby it is necessary to increase the linear gas flow rate to maintain a constant mass flow rate. Preferably, the increase in gas flow rate is led to a reduced flow boundary layer thickness towards the center of the chamber, which leads to increased overall exposure of the reactants through gas diffusion into the substrate towards the center of the chamber. Preferably, increased exposure of the reactant with decreasing radial distance compensates for the increasing decrease in precursor gas reactant that occurs when the precursor gas flows onto the substrate toward the center. Preferably, accurate compensation of reactant reduction with increased reactant diffusion allows for substantially uniform film growth on the substrate surface. While the above description has been made with respect to reactor chambers that are primarily circular in the horizontal plane, the reactor chambers are not limited to circular or horizontal geometry, and may take a wide variety of shapes and / or poses.
본 발명은, 기판 평면을 규정하는 기판 홀더를 포함한 리액터 챔버를 제공하는 단계와, 상기 챔버를 통해서 선구물질 가스(precursor gas)를, 가스 입구로부터 배기 포트까지의 방향에서 그리고 상기 기판 평면에 실질적으로 직각인 축을 중심으로 원형 운동으로 이동시키는 단계와, 상기 선구물질 가스가 상기 방향으로 이동할 때 상기 선구물질 가스에 이용하는 단위 거리당 리액터 용적을 감소시키는 단계와, 증기를 활성화시켜서 상기 기판의 표면상에 고체 박막을 부착시키는 단계를 포함하는, 화학 증착법(chemical vapor deposition method)을 제공한다. 바람직하게, 상기 이동 단계가 나선형 운동을 제공하는 단계를 포함한다. 바람직하게, 상기 이동 단계가, 상기 선구물질 가스가 상기 리액터 챔버의 중앙으로 근접함에 따라 상기 선구물질 가스의 속도를 증가시키는 단계를 포함한다. 바람직하게, 상기 이동 단계가 상기 이동된 선구물질 가스의 흐름 특성을 제어하여 상기 이동된 선구물질 가스내의 반응물의 감소를 보상하는 단계를 포함한다. 바람직하게, 상기 이동 단계가 상기 이동된 선구물질 가스의 흐름 특정을 제어하여 상기 기판 표면을 가로지르는 상기 막 두께를 실질적으로 동일하게 하는 단계를 포함한다. 바람직하게, 상기 이동 단계가 상기 리액터 챔버의 중앙에 근접함에 따라서 상기 기판 표면상의 가스 선구물질 흐름의 경계 층 두께를 감소시키는 단계를 포함한다. 바람직하게, 상기 이동 단계가 상기 리액터 챔버의 중앙에 근접함에 따라 상기 선구물질 가스로부터 상기 기판 표면까지의 반응물의 확산 비율을 증가시키는 단계를 포함한다. 바람직하게, 상기 리액터 챔버 제공 단계가 실질적으로 원형 리액터 챔버를 제공하는 단계를 포함하며, 상기 방향은 실질적으로 반경방향 내측이다. 바람직하게, 상기 감소 단계가 상기 리액터 챔버의 중앙에 근접함에 따라 상기 리액터 챔버의 높이를 감소시키는 단계를 포함한다. 바람직하게, 상기 기판이 실질적으로 고정 유지된다. 상기 리액터 챔버의 온도를 상기 선구물질 가스의 분해 온도 이하로 유지하는 단계를 더 포함한다. 상기 유지 단계가 상기 리액터 챔버의 측벽의 온도를 실질적으로 200℃에서 유지하는 단계를 포함한다. 바람직하게, 상기 유지 단계가 상기 선구물질 가스의 온도를 실질적으로 200℃에서 유지하는 단계를 포함한다. 바람직하게, 상기 리액터 챔버내의 압력을 10Torr(1333뉴톤/제곱미터) 이하로 유지하는 단계를 더 포함한다. 보다 바람직하게, 상기 리액터 챔버내의 압력을 실질적으로 1Torr(1333뉴톤/제곱미터)로 유지하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 상기 기판의 온도를 320℃와 360℃ 사이로 유지하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다. 가장 바람직하게, 상기 기판의 온도를 실질적으로 340℃로 유지하는 단계를 더 포함한다.The present invention provides a reactor chamber comprising a substrate holder defining a substrate plane, through which the precursor gas is directed substantially in the direction of the gas inlet to the exhaust port and in the substrate plane. Moving in a circular motion about an orthogonal axis, reducing the reactor volume per unit distance used for the precursor gas as the precursor gas moves in the direction, and activating vapor on the surface of the substrate A chemical vapor deposition method is provided, comprising attaching a solid thin film. Preferably, said moving step comprises providing a helical movement. Advantageously, said moving step comprises increasing the velocity of said precursor gas as said precursor gas approaches the center of said reactor chamber. Advantageously, said moving step comprises controlling the flow characteristics of said moved precursor gas to compensate for the reduction of reactants in said moved precursor gas. Preferably, the moving step comprises controlling the flow specification of the moved precursor gas to make the film thickness across the substrate surface substantially the same. Advantageously, the moving step comprises reducing the boundary layer thickness of the gas precursor flow on the substrate surface as it approaches the center of the reactor chamber. Preferably, the step of moving comprises increasing the diffusion rate of reactant from the precursor gas to the substrate surface as it nears the center of the reactor chamber. Preferably, said reactor chamber providing step comprises providing a substantially circular reactor chamber, said direction being substantially radially inward. Advantageously, said reducing step comprises reducing the height of said reactor chamber as it approaches a center of said reactor chamber. Preferably, the substrate is held substantially fixed. Maintaining the temperature of the reactor chamber below the decomposition temperature of the precursor gas. The holding step includes maintaining the temperature of the side wall of the reactor chamber at substantially 200 ° C. Preferably, the holding step includes maintaining the temperature of the precursor gas at substantially 200 ° C. Preferably, the method further comprises maintaining the pressure in the reactor chamber to 10 Torr (1333 Newtons per square meter) or less. More preferably, the method further comprises maintaining the pressure in the reactor chamber at substantially 1 Torr (1333 Newtons per square meter). The method preferably further comprises maintaining a temperature of the substrate between 320 ° C and 360 ° C. Most preferably, the method further comprises maintaining the temperature of the substrate at substantially 340 ° C.
또한, 본 발명은, 리액터 챔버와, 상기 리액터 챔버내에 위치되고 기판 평면을 규정하는 기판 홀더와, 가스 입구를 포함하는 가스 입구 시스템과, 가스 출구 포트를 포함하며, 상기 리액터 챔버는, 단위 거리당 리액터 챔버가 상기 가스 입구로부터 상기 가스 출구 포트까지 방향에서 감소되도록 형성되는, 화학 증착(CVD) 리액터를 제공한다. 바람직하게, 상기 리액터 챔버가 원형 벽을 포함하며, 상기 가스 입구 시스템이 상기 원형 벽에 실질적으로 접선방향으로 배향된 가스 입구를 포함한다. 바람직하게, 상기 리액터 챔버가 실질적으로 원형이며, 상기 방향이 반경방향 내측이다. 바람직하게, 상기 리액터가 상부 벽을 포함하며, 상기 기판 홀더 위에서 상기 리액터 챔버 상부 벽의 높이가 상기 챔버의 중앙으로부터의 거리를 증가시킴에 따라 증가된다. 바람직하게, 상기 기판 홀더 위에서 상기 챔버 상부 벽의 상기 높이가 상기 챔버의 상기 중앙으로부터의 일정 거리만큼 실질적으로 선형으로 변화된다. 바람직하게, 상기 리액터가 상부 벽을 포함하며, 상기 기판 위에서 상기 리액터 챔버 상부 벽의 높이가 상기 챔버내의 반응물 감소 비율의 함수이다. 바람직하게, 상기 리액터가 상부 벽을 포함하며, 상기 기판 위에서 상기 리액터 챔버 상부 벽의 높이가 반경방향 위치에 따라서 변화되어, 상기 챔버를 통한 가스 흐름 동안에 반응물 감소의 비율을 보상한다. 바람직하게, 상기 리액터가 상부 벽을 포함하며, 상기 챔버의 상기 형상이 상기 기판 홀더상에 위치된 기판상에 실질적으로 균일한 막 성장 비율을 제공하도록 설계된다. 바람직하게, 상기 기판 홀더가 실질적으로 고정되도록 상기 리액터내에 실질적으로 고정되어 있다. 바람직하게, 상기 기판 홀더가 히터를 포함한다. 바람직하게, 상기 가스 입구 시스템이 상기 리액터 챔버를 관통하는 다수의 채널을 포함한다. 바람직하게, 상기 채널이 상기 리액터 챔버의 측벽에 실질적으로 접선방향으로 배향되어 있다. 바람직하게, 상기 입구가 상기 리액터 챔버의 주변에 있다. 바람직하게, 상기 가스 입구 시스템, 상기 리액터 챔버 및 상기 가스 배기 포트가 협력하여, 상기 챔버의 내부 주변으로부터 상기 가스 배기 포트까지 나선형 가스 흐름을 상기 기판 홀더 위에 제공한다. 바람직하게, 상기 배기 포트가 상기 리액터내에 실질적으로 중심에 위치되어 있다. 바람직하게, 상기 챔버가 상부 벽을 포함하며, 상기 챔버의 주변에서 상기 상부 벽은 상기 기판 평면의 높이보다 10㎝ 또는 이하로 높게 그리고 상기 배기 포트 근방에 있으며, 상기 상부 벽은 상기 기판 평면의 높이보다 5㎝ 또는 그 이하로 높다. 바람직하게,The present invention also includes a reactor chamber, a substrate holder located within the reactor chamber and defining a substrate plane, a gas inlet system comprising a gas inlet, and a gas outlet port, wherein the reactor chamber is provided per unit distance. A reactor chamber is provided that is configured to decrease in direction from the gas inlet to the gas outlet port. Preferably, the reactor chamber comprises a circular wall and the gas inlet system comprises a gas inlet oriented substantially tangentially to the circular wall. Preferably, the reactor chamber is substantially circular and the direction is radially inward. Preferably, the reactor comprises an upper wall and the height of the reactor chamber upper wall above the substrate holder is increased as the distance from the center of the chamber is increased. Preferably, the height of the chamber upper wall above the substrate holder is changed substantially linearly by a distance from the center of the chamber. Preferably, the reactor comprises a top wall, wherein the height of the reactor chamber top wall above the substrate is a function of the rate of reactant reduction in the chamber. Preferably, the reactor comprises an upper wall and the height of the reactor chamber upper wall above the substrate is varied in radial position to compensate for the rate of reactant reduction during gas flow through the chamber. Preferably, the reactor comprises an upper wall and the shape of the chamber is designed to provide a substantially uniform film growth rate on a substrate located on the substrate holder. Preferably, the substrate holder is substantially secured in the reactor such that the substrate holder is substantially secured. Preferably the substrate holder comprises a heater. Advantageously, said gas inlet system comprises a plurality of channels through said reactor chamber. Preferably, the channel is oriented substantially tangentially to the side wall of the reactor chamber. Preferably, the inlet is at the periphery of the reactor chamber. Advantageously, said gas inlet system, said reactor chamber, and said gas exhaust port cooperate to provide a helical gas flow over said substrate holder from the interior periphery of said chamber to said gas exhaust port. Preferably, the exhaust port is substantially centered in the reactor. Preferably, the chamber comprises an upper wall, at the periphery of the chamber, the upper wall is about 10 cm or less above the height of the substrate plane and near the exhaust port, wherein the upper wall is the height of the substrate plane. It is higher than 5cm or less. Preferably,
상기 챔버가 상부 벽을 포함하며, 상기 챔버의 주변에서 상기 상부 벽은 상기 기판 평면의 높이보다 5㎝ 또는 이하로 높게 그리고 상기 배기 포트 근방에 있으며, 상기 상부 벽은 상기 기판 평면의 높이보다 2.5㎝ 또는 그 이하로 높다.Wherein the chamber comprises an upper wall, at the periphery of the chamber the upper wall is 5 cm or less above the substrate plane and near the exhaust port, and the top wall is 2.5 cm above the substrate plane. Or higher.
따라서, 상기 실시예에 설명되고 그 중요한 실시예 및 특징이 설명되었지만, 바람직한 실시예의 주 목적은 기판상의 선구물질의 균일한 부착을 제공하는 보텍스-기제 CVD 리액터를 제공하는 것이다. 본 발명의 상기 및 다른 이점은 도면과 관련하여 취한 본 발명의 하기의 상세한 설명을 읽으면 보다 잘 이해될 수 있다.Thus, although described in the above embodiments and important embodiments and features thereof have been described, the main purpose of the preferred embodiments is to provide a vortex-based CVD reactor that provides uniform adhesion of the precursor on the substrate. These and other advantages of the present invention can be better understood by reading the following detailed description of the invention taken in conjunction with the drawings.
본 발명은 일반적으로 화학 증착(chemical vapor deposition : CVD) 리액터(reactor)에 관한 것이며, 특히 소망의 증기 상 화학량론 및 유효 기판 범위를 제공하는 CVD 리액터에 관한 것이다.The present invention relates generally to chemical vapor deposition (CVD) reactors, and more particularly to CVD reactors that provide the desired vapor phase stoichiometry and effective substrate range.
도 1은 본 발명에 따른 보텍스-기제 CVD 리액터의 사시도,1 is a perspective view of a vortex-based CVD reactor according to the present invention,
도 2는 도 1의 2-2선을 따라 취한 보텍스-기제 CVD 리액터의 단면도,2 is a cross-sectional view of the vortex-based CVD reactor taken along line 2-2 of FIG.
도 3은 도 1의 리액터의 기부의 평면도,3 is a plan view of the base of the reactor of FIG. 1;
도 4는 도 3의 리액터 기부의 사시도,4 is a perspective view of the reactor base of FIG.
도 5는 도 1의 보텍스-기제 CVD 리액터의 단면도로서, 리액터 내부내의 스피닝 가스계를 도시하는 도면,FIG. 5 is a cross-sectional view of the vortex-based CVD reactor of FIG. 1 showing a spinning gas system within the reactor; FIG.
도 6은 도 1의 보텍스-기제 CVD 리액터의 평면도로서, 리액터 내부내의 스피닝 가스계를 도시하는 도면,FIG. 6 is a plan view of the vortex-based CVD reactor of FIG. 1, illustrating a spinning gas system within the reactor; FIG.
도 7은 도 1의 리액터를 통해서 정확한 치수, 가스 타입 및 온도를 이용하여 시뮬레이션화된 가스의 흐름을 도시하는 도면,FIG. 7 shows the flow of gas simulated using the correct dimensions, gas type and temperature through the reactor of FIG. 1, FIG.
도 8은 나선형 가스의 양호한 균질성을 도시하는 것으로 기판의 평면에서 도 7의 회전 가스계의 평면도,8 is a plan view of the rotating gas system of FIG. 7 in the plane of the substrate, showing good homogeneity of the helical gas;
도 9는 기화기에 결합된 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 리액터의 일부분의 측단면도,9 is a side sectional view of a portion of a reactor according to a preferred embodiment of the present invention coupled to a vaporizer;
도 10은 리액터 하우징을 도시하는 것으로 도 9의 리액터의 일부분의 측단면도,10 is a cross-sectional side view of a portion of the reactor of FIG. 9 showing a reactor housing;
도 11은 주 배기 연결부를 도시하는 것으로 도 9의 리액터의 일부분의 측단면도,11 is a side cross-sectional view of a portion of the reactor of FIG. 9 showing a main exhaust connection;
도 12는 다수의 채널을 도시하는 도 9의 리액터의 일부분의 사시도,12 is a perspective view of a portion of the reactor of FIG. 9 showing a number of channels;
도 13은 도 9의 리액터의 도관 형성 부분의 일부분의 확대 사시도,FIG. 13 is an enlarged perspective view of a portion of the conduit forming portion of the reactor of FIG. 9;
도 14는 도 9의 리액터의 도관의 일부분의 정단면도,14 is a front sectional view of a portion of the conduit of the reactor of FIG. 9;
도 15는 도 9에 도시된 리액터 챔버의 일부분의 확대 측단면도.FIG. 15 is an enlarged side sectional view of a portion of the reactor chamber shown in FIG. 9; FIG.
본 명세서에 있어서, 용어 "미스트(mist)"는 가스에 의해 운반되는 액체 및/또는 고체의 미세한 방울 또는 입자로서 규정된다. 용어 "미스트"는 가스내의 고체 또는 액체 입자의 콜로이드형 현탁액으로서 일반적으로 규정되는 에어로졸(aerosol)을 포함한다. 또한, 용어 "미스트"는 가스내의 선구물질 용액(precusor solution)의 포그 뿐만 아니라 다른 분무된 현탁액을 포함한다. 가스내의 현탁액에 사용되는 상기 용어 및 다른 용어는 대중적으로 사용되기 때문에, 그 규정은 정밀하거나 중복하지 않으며, 다른 저자에 의해 상이하게 사용될 수도 있다. 일반적으로, 용어 "에어로졸(aerosol)"은 1983년에 미국 뉴욕주의 맥그로힐 인크(McGraw-Hill, Inc.)에 레이스트 파커 씨(Parker C. Reist)가 저술한 텍스트 "에어로졸 사이언스 및 테크놀로지(Aerosol Science and Technology)"에 포함된 모든 현탁액을 포함하는 것으로 의도된다. 본 명세서에 있어서 사용된 용어 "미스트"는 용어 "에어로졸"보다 광의의 의미로 간주되며, 용어 "에어로졸" 또는 "포그"에 포함되지 않을 수 있는 현탁액을 포함한다. 용어 "미스트"는 가스계 액체, 즉 가스와 구별될 수 있다. 본 발명의 목적은 액체 선구물질 혼련물로부터 미스트를 생성하는데 벤튜리를 사용하는 것으로, 결과적인 선구물질 미스트 방울은 1미크론 미만, 바람직하게 0.2미크론 내지 0.5미크론 범위인 평균 직경을 갖고 있다.In this specification, the term “mist” is defined as fine droplets or particles of liquid and / or solids carried by a gas. The term "mist" includes an aerosol, which is generally defined as a colloidal suspension of solid or liquid particles in a gas. The term “mist” also includes fog of precursor solutions in gases as well as other sprayed suspensions. Since the above and other terms used in suspensions in gases are used publicly, the provisions are not precise or redundant and may be used differently by different authors. Generally, the term “aerosol” is the text “Aerosol Science and Technology” written by Parker C. Reist, McGraw-Hill, Inc., New York, USA, in 1983. Science and Technology "is intended to include all suspensions included in " The term "mist" as used herein is considered in a broader sense than the term "aerosol" and includes a suspension that may not be included in the term "aerosol" or "fog". The term "mist" can be distinguished from gaseous liquids, ie gases. It is an object of the present invention to use venturi to generate mist from a liquid precursor mixture, with the resulting precursor mist droplets having an average diameter in the range of less than 1 micron, preferably in the range of 0.2 microns to 0.5 microns.
용어 "분무(atomize)" 및 "분무(nebulize)"는 액체에 적용될 때 스프레이 또는 미스트를 생성하기 위해, 즉 가스내에 액체 방울의 현탁액을 생성하는데 통상적인 의미로 상호교환해서 사용가능하다. 용어 "증기(vapor)"는 그 임계 온도 이하의 온도에서 화학종의 가스를 의미한다. 용어 "기화(vaporize)", "기체화(vaporization)", "기화(gasify)" 및 "가스화(gasification)"는 본 명세서에 있어서 상호교환해서 사용가능하다.The terms "atomize" and "nebulize" are used interchangeably in the conventional sense to produce a spray or mist when applied to a liquid, ie to produce a suspension of liquid droplets in the gas. The term "vapor" means a gas of a species at a temperature below its critical temperature. The terms "vaporize", "vaporization", "gasify" and "gasification" are used interchangeably herein.
전형적인 CVD 프로세스에서, 소망의 재료를 형성하는데 필요한 시약은 액체 선구물질 용액으로 통상적으로 제조되며, 선구물질은 기화(즉, 가스화)되며, 기화된 시약은 기판을 내장한 부착 리액터내로 공급되며, 이들 물질은 기판상에 소망의 물질의 박막을 형성하도록 분해된다. 또한, 시약 증기는 가스와, 승화에 의해 증기를 형성하도록 가열된 고체로부터 형성될 수 있다.In a typical CVD process, the reagents needed to form the desired material are typically made of a liquid precursor solution, the precursors are vaporized (ie, gasified), and the vaporized reagents are fed into an attachment reactor containing a substrate, The material decomposes to form a thin film of the desired material on the substrate. In addition, the reagent vapor may be formed from a gas and a solid heated to form the vapor by sublimation.
용어 "박막(thin film)"은 집적 회로 기술에서 사용되는 것과 마찬가지로 사용된다. 박막은 두께가 1미크론보다 작은 막을 의미한다. 본 명세서에 있어서 박막은 모든 상황에서 두께가 0.5미크론 이하이다. 바람직하게, 본 명세서에서 설명한 CVD 장치에 의해 형성된 막은 300㎚ 두께 이하, 가장 바람직하게 200㎚ 두께 이하이다. 20㎚ 내지 100㎚의 막은 본 발명에 따른 장치에 루틴하게 제조된다. 집적 회로 기술의 이들 박막은 소위 "박막 캐패시터"에서의 얇은 코팅 또는 막과 혼동하지 말아야 한다. 용어 "얇은(thin)"은 이러한 코팅 및 막을 설명하는데 사용하는데, 이들은 단지 육안으로 볼 수 있는 재료에 대해서만 "얇은" 것이며, 두께가 대체로 몇십 및 심지어 몇백 미크론이다. 이러한 "얇은" 코팅에서 비균일성은 본명세서에 있어서 박막의 전체 두께보다 매우 크며; 그에 따라 코팅 및 막이 제조되는 프로세스는 집적 회로 기술에 숙련된 자들에 의해 집적 회로 기술과 호환성이 없는 것으로 고려된다.The term "thin film" is used as it is used in integrated circuit technology. By thin film is meant a film that is less than 1 micron thick. In this specification, the thin film is 0.5 microns or less in thickness in all situations. Preferably, the film formed by the CVD apparatus described herein is 300 nm thick or less, most preferably 200 nm thick or less. Films of 20 nm to 100 nm are made routinely in the device according to the invention. These thin films of integrated circuit technology should not be confused with thin coatings or films in so-called "thin film capacitors". The term "thin" is used to describe such coatings and films, which are "thin" only for materials that are visible to the naked eye, and are generally tens and even hundreds of microns thick. Non-uniformity in such "thin" coatings is much greater than the total thickness of the thin film in the present specification; The process by which coatings and films are thus made is considered by those skilled in integrated circuit technology to be incompatible with integrated circuit technology.
문장에서, "시약(reagent)", "반응물(reactant)" 및 "선구물질(precursor)"과 같은 용어의 일부 불일치하는 사용이 종종 있다. 본 명세서에 있어서, 용어 "시약(reagent)"은 일반적으로 소망의 박막을 형성하기 위해서 부착 리액터에서 반응하는 화학종 또는 그 파생물을 가리키는데 사용될 것이다. 따라서, 본 출원에 있어서, "시약"은 예를 들면 선구물질, 화합물의 증기 또는 산화 가스에 함유된 금속 함유 화합물을 의미할 수 있다. 용어 "선구물질(precursor)"은 반응물을 포함하는 CVD 방법에서 사용된 특정 화학식을 가리킨다. 예를 들면, 선구물질은 고체 또는 액체 또는 가스 형태의 순수 반응물일 수 있다. 전형적으로, 액체 선구물질은 솔벤트내의 하나 또는 그 이상의 반응물의 액체 용액이다. 선구물질은 다른 선구물질을 형성하도록 조합될 수 있다. 본 명세서에 있어서, 이러한 조합물을 형성하는데 사용된 최초 선구물질은 선구물질 성분이며, 일반적으로 결과적인 조합물은 선구물질 혼련물이다. 일반적으로, 선구물질 액체는, 때때로 솔-겔 형성물(sol-gel formulations)이라고 하는 알코시화물, 때때로 MOD 형성물이라고 하는 카르복실레이트, 때때로 EMOD 형성물이라고 하는 알코시카르복실레이트 및 다른 형성물을 포함하는 금속-유기 선구물질 형성물과 같은 솔벤트내의 금속 성분을 포함한다. 전형적으로, MOCVD 에 대한 금속-유기 형성물은 금속 알킬, 금속-알코시화물, 베타-디케톤화물, 이들의 조합물 뿐만 아니라 많은 다른 선구물질 형성물을 포함한다. 일 실시예에 있어서, 다중-금속 폴리알코시화물이 이용될 수 있다. MOD 형성물은 2-에틸헥산 산과 같은 카르복실산과 솔벤트내의 금속 또는 금속 성분과 반응시킴으로써 형성될 수 있다. 상기 형성물중 임의의 것에 이용될 수 있는 솔벤트는 메틸 에틸 케톤, 아이소프로판올, 메탄올, 테트라하이드로푸란, 크실렌, n-부틸 아세테이트, 헥사메틸-다이실라잔(HMDS), 옥탄, 2-메톡시에탄올 및 에탄올을 포함한다. 메틸 에틸 케톤(MEK)과 같은 개시제가 첨가될 수 있다. 솔벤트 및 개시제의 보다 많은 리스트 뿐만 아니라 금속 성분의 특정 예는 명칭이 "층형 규칙격자 재료를 제조하는 액체 증착법"이며 2000년 5월 2일자로 파즈 데 아라우조 등에게 허여된 미국 특허 제 6,056,994 호와, 명칭이 "바륨 스트론튬 티탄화물을 제조하는 방법"이며 1997년 3월 25일자로 맥밀란 등에게 허여된 미국 특허 제 5,614,252 호에 개시되어 있다.In sentences, there is often some mismatched use of terms such as "reagent", "reactant" and "precursor". As used herein, the term "reagent" will generally be used to refer to a species or derivative thereof that reacts in an attachment reactor to form the desired thin film. Thus, in the present application, "reagent" may mean a metal-containing compound contained in, for example, a precursor, a vapor of the compound, or an oxidizing gas. The term “precursor” refers to the specific formula used in the CVD method that includes the reactants. For example, the precursor may be a pure reactant in solid or liquid or gas form. Typically, the liquid precursor is a liquid solution of one or more reactants in a solvent. The precursors can be combined to form other precursors. In this specification, the initial precursor used to form such a combination is the precursor component and generally the resulting combination is a precursor mixture. In general, the precursor liquid is an alkosilicate, sometimes referred to as sol-gel formulations, a carboxylate, sometimes referred to as a MOD formation, an alkoxycarboxylate, sometimes referred to as an EMOD formation, and other formations. Metal components in solvents such as metal-organic precursor formations comprising water. Typically, metal-organic formations for MOCVD include metal alkyls, metal-alcoholates, beta-diketonates, combinations thereof as well as many other precursor formations. In one embodiment, multi-metal polyalcoholates may be used. MOD formations can be formed by reacting a carboxylic acid, such as 2-ethylhexanoic acid, with a metal or metal component in the solvent. Solvents that may be used in any of the above formations are methyl ethyl ketone, isopropanol, methanol, tetrahydrofuran, xylene, n-butyl acetate, hexamethyl-disilazane (HMDS), octane, 2-methoxyethanol And ethanol. Initiators such as methyl ethyl ketone (MEK) can be added. A more extensive list of solvents and initiators, as well as specific examples of metal components, is US Pat. No. 6,056,994, entitled "Liquid Vapor Deposition for Manufacturing Layered Regular Grid Materials," issued to Paz de Araujo et al. On May 2, 2000; The name is "Method for Making Barium Strontium Titanium" and is disclosed in US Pat. No. 5,614,252, issued March 25, 1997 to McMillan et al.
본 명세서에서 사용한 "가스화된" 선구물질은 예를 들면 기화된 반응물 및 기화된 솔벤트와 같은 액체 선구물질에 이전에 함유된 모든 조성물의 가스 형태를 가리킨다. 용어 "가스화된 선구물질(gasified precursor)"은 다수의 선구물질의 단일 선구물질 또는 가스 상 혼합물의 가스화된 형태를 가리킨다. 본 출원에 있어서, 용어 "반응물(reactant)" 및 "반응물 가스(reactant gas)"는, 논리적으로 혼합물이 기화된 솔벤트 및 비반응성 캐리어 가스와 같은 다른 화학종을 포함할지라도 부착 리액터에서 기판 플레이트에서 발생되는 부착 반응시에 포함되는 가스 상 혼합물을 가리킨다.As used herein, “gasified” precursor refers to the gaseous form of all compositions previously contained in liquid precursors such as, for example, vaporized reactants and vaporized solvents. The term "gasified precursor" refers to the gasified form of a single precursor or gas phase mixture of multiple precursors. In the present application, the terms "reactant" and "reactant gas" refer to the substrate plate in the attachment reactor even though the mixture logically includes other species such as vaporized solvent and non-reactive carrier gas. It refers to the gas phase mixture included in the adhesion reaction generated.
바람직하게, 액체 선구물질은 특히 미스트화, 혼합 및 가스화되는 액체 선구물질의 전체 개수를 감소시키기 위해서 다중-금속 폴리알코시화물 반응물을 함유한다. 그럼에도 불구하고, 단일-금속 폴리알코시화물 선구물질을 이용하는 것은 본 발명의 방법 및 장치와 완전히 일치한다. 또한, 모든 폴리알코시화물은 "알코시화물"이다. 다중-금속 폴리알코시화물은 용어 "금속 알코시화물" 및 "금속 폴리알코시화물"내에 포함된다. 따라서, 용어 "폴리알코시화물", "금속 폴리알코시화물" 및 "다중-금속 폴리알코시화물"은 본 출원에 있어서 다소 상호교환하여 사용되었지만, 특정 내용에서의 의미는 명료하다.Preferably, the liquid precursor contains multi-metal polyalcoholide reactants, in particular to reduce the total number of liquid precursors that are misted, mixed and gasified. Nevertheless, the use of single-metal polyalcoholide precursors is fully consistent with the methods and apparatus of the present invention. In addition, all polyalcoholates are "alcoholates". Multi-metal polyalcoholates are included within the terms "metal alkoxides" and "metal polyalcoholates". Thus, the terms "polyalcosidate", "metal polyalcosidate" and "multi-metal polyalcosidate" have been used somewhat interchangeably in the present application, but the meaning in a specific context is clear.
본 출원에서 용어 "조기 분해(premature decomposition)"는 가열된 기판에서 발생되지 않는 반응물의 모든 분해를 가리킨다. 따라서, 조기 분해는 기화기의 다양한 단계에서 그리고 가열된 기판에서가 아니라면 부착 리액터 자체에서 반응물의 화학 분해를 포함한다. 일부 조기 분해가 최적의 작동 조건하일지라도 약간의 범위로 거의 확실하게 불가피하게 발생될 수 있는 열역학 및 화학적 반응 역학의 기술로부터 공지되어 있기 때문에, "실질적인 조기 분해"를 방지하는 것이 바람직하다. 조기 분해가 고체 재료의 연속적이고 균일한 박막의 위치에서 기판상에서 고체 재료의 입자의 형성을 야기시킨다면 실질적인 조기 분해가 야기된다. 또한, 조기 분해가 CVD 장치의 오염을 야기시켜서, 매 100개 웨이퍼 처리당 한번 이상의 장치의 정지 및 세정의 필요성을 야기시킨다면 실질적인 조기 분해가 발생된다.The term "premature decomposition" in this application refers to all decomposition of reactants that do not occur in a heated substrate. Thus, early decomposition involves chemical decomposition of the reactants at various stages of the vaporizer and in the attachment reactor itself unless it is on a heated substrate. It is desirable to avoid "substantially premature degradation" because some premature degradation is known from the techniques of thermodynamics and chemical reaction kinetics that can occur almost certainly inevitably in some range even under optimal operating conditions. Substantially premature degradation is caused if premature degradation causes the formation of particles of solid material on the substrate at the location of a continuous, uniform thin film of solid material. In addition, substantial premature degradation occurs if premature degradation causes contamination of the CVD device, causing the need for more than one stop and cleaning of the device per 100 wafer processing.
본 명세서에 있어서, "도관(conduit)"은 유체 흐름을 수용하기 위한 튜브, 파이프 또는 다른 장치이다. 도관은 액체, 미스트 또는 가스 흐름을 수용할 수 있다. 본 명세서에 있어서, "단열부(thermal barrier)"는 기화기의 상이한 부분 사이에서의 열전달을 차단하는 것이다. "단열체(thermal insulator)"는 열적으로 단열하는 고체 재료를 포함한 단열부의 일부분이지만, 가스 또는 액체 단열체가 이용될 수도 있다. 단열은 공기 갭을 포함할 수 있다.As used herein, a "conduit" is a tube, pipe or other device for receiving a fluid flow. The conduits can receive liquid, mist or gas flows. As used herein, a “thermal barrier” is one that blocks heat transfer between different parts of a vaporizer. A "thermal insulator" is part of a thermal insulation including a solid material that thermally insulates, but gas or liquid insulators may be used. Insulation may include an air gap.
도 1은 보텍스-기제 CVD(화학 증착) 리액터의 사시도이며, CVD 리액터(10)라고도 한다. 도 1에 도시된 구성요소는 원형 리액터 기부(12)와, 리액터 기부(12)상에 위치되고, 다수의 클램프(16a 내지 16n)에 의해 리액터 기부(12)에 끼워맞춰지고 고정된 원형 측벽(14)과, 리액터 측벽(14)상에 위치되고, 다수의 기기 조립체(20a 내지 20n)에 의해 리액터 측벽(14)에 끼워맞춰지고 고정된 원형 리액터 상부(18)와, 리액터 상부(18)에 접선방향으로 고정되고 이 상부(18)를 통해 연장되며, 리액터 내부(24)(도 2)와 연통되는 다수의 인젝터 튜브(22a 내지 22n)와, 리액터 내부(24)와 연통되고 리액터 상부(18)의 중심에 위치된 배기 포트(26)와, 리액터 기부(12)로부터 외측으로 연장되고 플랜지(30)를 구비하는 장방형 리액터 기부 연장부(28)와, 리액터 내부(24)와 연통되고 장방형 리액터 기부 연장부(28)의 중심에 위치된 로봇 아암 접근 포트(32)를 포함한다.1 is a perspective view of a vortex-based CVD (chemical vapor deposition) reactor, also referred to as a CVD reactor 10. The component shown in FIG. 1 is a circular reactor base 12 and a circular sidewall located on the reactor base 12 and fitted and fixed to the reactor base 12 by a plurality of clamps 16a-16n. 14, a circular reactor top 18 positioned on the reactor side wall 14 and fitted and fixed to the reactor side wall 14 by a plurality of instrument assemblies 20a to 20n, and to the reactor top 18; A plurality of injector tubes 22a-22n fixed in tangential direction and extending through this top 18 and in communication with reactor interior 24 (FIG. 2), and in communication with reactor interior 24 and reactor top 18 ), A rectangular reactor base extension 28 extending outward from the reactor base 12 and having a flange 30, in communication with the reactor interior 24 and having a rectangular reactor. A robot arm access port 32 located at the center of the base extension 28.
도 2는 도 1의 2-2선을 따라 취한 보텍스-기제 CVD 리액터(10)의 단면도이며, 이전에 설명한 모든 참조부호는 이전에 설명한 요소에 대응한다. 캐비티(34)는 다양한 구성요소를 내장하고 있으며, 이들 대부분의 구성요소가 도 3 및 도 4에 이제 설명하는 바와 같이 도시되어 있다. 부착 링(36)은 O-링(40) 및 다수의 기계적 스크류(42a 내지 42n)를 사용함으로써 리액터 기부(12)의 하부 평면 영역(38)에 대해서 밀봉한다. 리액터 기부(12)의 하부 평면 영역(38)을 통해 그리고 부착링(36)을 통해 연결 지지 칼라(44)가 수직으로 연장되어, 저항 가열된 척(46)을 지지한다. 제거가능한 치밀화된 카본 서셉터(48)는 저항 가열된 척(46)과 밀접하게 접촉되는 웨이퍼 기판(50)에 열을 균일하게 전달한다. 공기 실린더 리프트 아암(54)에 의해 수직으로 작동되는 리프트 요크(52)는 연결 지지 칼라(44)를 중심으로 충분한 간극을 두고 정렬된다. 다수의 상방으로 배향된 세라믹 리피트 핀(56a 내지 56n)은 리프트 요크(52)에 고정되며, 각기 가열된 척(46) 및 치밀화된 카본 서셉터(48)내의 다수의 상호 정렬된 본체 구멍(58a 내지 58n) 및 (60a 내지 60n)을 통해 자유 연장된다. 세라믹 리프트 핀(56a 내지 56n)의 상부는, 리프트 요크(52)가 그 최상부 이동까지 작동될 때 치밀화된 카본 서셉터(48)의 상부 표면을 지나서 연장될 수 있다.FIG. 2 is a cross-sectional view of the vortex-based CVD reactor 10 taken along line 2-2 of FIG. 1, with all references previously described correspond to the elements previously described. Cavity 34 incorporates a variety of components, most of which are shown as now described in FIGS. 3 and 4. Attachment ring 36 seals against bottom planar region 38 of reactor base 12 by using O-ring 40 and a number of mechanical screws 42a through 42n. The connecting support collar 44 extends vertically through the lower planar region 38 of the reactor base 12 and through the attachment ring 36 to support the resistance heated chuck 46. The removable densified carbon susceptor 48 evenly transfers heat to the wafer substrate 50 in intimate contact with the resistance heated chuck 46. The lift yoke 52, which is operated vertically by the air cylinder lift arm 54, is aligned with sufficient clearance about the connecting support collar 44. A plurality of upwardly oriented ceramic repeat pins 56a-56n are secured to the lift yoke 52 and each of the plurality of mutually aligned body holes 58a in the heated chuck 46 and densified carbon susceptor 48. To 58n) and 60a to 60n. The top of the ceramic lift pins 56a-56n may extend beyond the top surface of the densified carbon susceptor 48 when the lift yoke 52 is operated up to its top movement.
바람직하게, 세라믹 재료로 제조되는 것이 바람직한 리프트 핀(56a 내지 56n)은 처리 및 로봇의 취급 양자를 위해서 웨이퍼 기판(50)을 지지한다. 리프트 요크(52)는 그 최하부 위치에 도시되어 있으며, 이에 의해 웨이퍼 기판(50)은 치밀화된 카본으로 제조되는 것이 바람직한 서셉터(48)와 처리를 위해 긴밀하게 접촉될 수 있다. 또한, 리프트 요크(52)에 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 위치설정가능한 셔터(62)가 부착되어 있다. 바람직하게, 셔터(62)는 리액터 기부(12)의 하부 영역의 형상에 부합하도록 형성되어, 균일하게 매끄러운 형상의 리액터 내부(24)를 제공하는데 도움을 주는 것이 바람직하다. 다중층의 각진 브라켓(64, 66)(multiply angled bracket)은 리프트 요크(52)에 확실하게 고정되고, 리액터 기부(12)의 하부 영역에서 채널(68, 70)(도 3)에 위치되어, 위치설정가능한 셔터(62)에 부착되고 이 셔터(62)에 지지부를 제공한다. 플레이트(72, 74)는 채널(68, 70)상에 그리고 이 채널을 중심으로 고정되어, 다중층의 각진 브라켓(64)의 상방 이동을 제한하고, 대응적으로 개방 모드에서 셔터(62)의 상방 이동을 제한한다. 로봇 취급을 위해서, 리프트 요크(52)가 상방으로 이동되어, 리프트 핀(56a 내지 56n)을 서셉터(48)의 상부 표면상에 위치시키며, 이에 의해 기판(50)을 상승된 위치(50a)로 이동시킨다. 동시에, 셔터(62)는 상승된 위치(62a)로 이동되어, 로봇 아암 접근 포트(32)를 통해 진입하는 로봇 수단에 의해 리액터 내부(24)에 접근할 수 있게 한다. 웨이퍼 기판의 삽입을 위해서, 셔터(62) 및 리프트 핀(56a 내지 56n)을 포함한 리프트 요크(52)는 그 완전 상방 위치로 위치되며, 이에 의해 로봇 취급 기구가 연장된 세라믹 리프트 핀(56a 내지 56n)상에 웨이퍼 기판을 부착시킨다. 다음에, 리프트 요크(52)가 하강되어 웨이퍼 기판을 서셉터(48)상에 부착시키고, 셔터(62)를 폐쇄한다.Preferably, lift pins 56a to 56n, preferably made of ceramic material, support wafer substrate 50 for both processing and robot handling. The lift yoke 52 is shown in its lowest position, whereby the wafer substrate 50 can be in intimate contact with the susceptor 48, which is preferably made of densified carbon. Also, a liftable shutter 62 is attached to the lift yoke 52 as shown in FIGS. 3 and 4. Preferably, the shutter 62 is formed to conform to the shape of the lower region of the reactor base 12 to assist in providing a reactor interior 24 of uniformly smooth shape. Multiply angled brackets (64, 66) are securely fixed to the lift yoke (52) and located in the channels (68, 70) (FIG. 3) in the lower region of the reactor base (12), It is attached to a positionable shutter 62 and provides support to the shutter 62. Plates 72 and 74 are secured on and about channels 68 and 70 to limit the upward movement of the multilayered angled bracket 64 and correspondingly of the shutter 62 in the open mode. Restrict upward movement. For robot handling, the lift yoke 52 is moved upwards to position the lift pins 56a to 56n on the upper surface of the susceptor 48, thereby raising the substrate 50 to the raised position 50a. Move to. At the same time, the shutter 62 is moved to the raised position 62a to allow access to the reactor interior 24 by robot means entering through the robot arm access port 32. For insertion of the wafer substrate, the lift yoke 52, including the shutter 62 and lift pins 56a to 56n, is positioned in its fully upward position, thereby extending the ceramic lift pins 56a to 56n from which the robot handling mechanism is extended. A wafer substrate is attached. Next, the lift yoke 52 is lowered to attach the wafer substrate on the susceptor 48, and the shutter 62 is closed.
바람직하게, 서모커플(76)이 척(46)에 위치되어, 부착 프로세스 동안에 척(46) 및 서셉터(48)의 샘플 및 대조표준 온도로 가열되는 것이 바람직하다. 바람직하게 저항 가열기인 히터(78)가 리액터 측벽(14)을 둘러싼다. 또한, 리액터 기부(12)의 상부 에지에 플랜지(80)가 도시되어 있으며, 이 플랜지는 O-링(82)과 함께 리액터 측벽(14)의 하부 플랜지(84)에 대해 밀봉한다. O-링(88)과 함께 상부 플랜지(86)는 리액터 상부(18)에 위치된 플랜지(90)에 대해서 밀봉한다.Preferably, thermocouple 76 is positioned in chuck 46 and heated to the sample and control temperature of chuck 46 and susceptor 48 during the attachment process. Heater 78, which is preferably a resistance heater, surrounds reactor sidewall 14. Also shown is a flange 80 at the upper edge of the reactor base 12, which seals with the O-ring 82 to the lower flange 84 of the reactor side wall 14. The upper flange 86 together with the o-ring 88 seals against a flange 90 located at the reactor top 18.
도 3은 리액터 기부(12)의 평면도이며, 모든 참조부호는 이전에 개시된 요소에 대응한다. 특히 상기에서 설명한 바와 같이 리프트 요크(52) 및 부착된셔터(62)와 리액터 기부(12)의 관계가 특별히 도시되어 있다.3 is a plan view of reactor base 12, with all reference numbers corresponding to previously disclosed elements. In particular, as described above, the relationship between the lift yoke 52 and the attached shutter 62 and the reactor base 12 is particularly shown.
도 4는 리액터 기부(12)의 사시도이며, 모든 참조부호는 상술한 요소에 대응한다. 리프트 요크(52)는 로봇 취급 기구와 같은 기판(50)의 위치를 수용하도록 공기 실린더 리프트 아암(54)에 의해 상방으로 위치되어 도시되어 있다. 또한, 리프트 요크(52)의 위치설정에 의해 부착된 셔터(62)를 다중층의 각진 브라켓(64, 66)(도시하지 않음)에 의해 상방으로 위치시키며, 이에 의해 로봇 기구는 웨이퍼 기판(52)을 위치 또는 회수하기 위해서 로봇 아암 접근 포트(32)를 통해서 CVD 리액터(10)의 내부에 접근할 수 있다.4 is a perspective view of the reactor base 12, with all reference numbers corresponding to the above mentioned elements. Lift yoke 52 is shown upwardly positioned by air cylinder lift arm 54 to accommodate the position of substrate 50, such as a robot handling mechanism. Further, the shutter 62 attached by the positioning of the lift yoke 52 is positioned upward by the multilayer angled brackets 64 and 66 (not shown), whereby the robot mechanism allows the wafer substrate 52 to be positioned. The interior of the CVD reactor 10 can be accessed through the robot arm access port 32 to locate or retrieve).
하기에 작동 모드를 설명한다. 도 5는 리액터 내부(24)내의 스피닝 가스계(92)를 도시하는 보텍스-기제 CVD 리액터(10)의 단면도이며, 상술한 모든 도면부호는 상술한 요소에 대응한다. 화학적 증기는 인젝터 튜브(22a 내지 22n)를 통해서 리액터 내부(24)내로 충분한 압력하에서 그리고 적당한 온도에서 동시에 도입된다. 바람직하게, 화학적 증기(94)는 인젝터 튜브(22a 내지 22n)로부터 방산되고, 스피닝 가스계를 생성한다. 간단 명료함을 위해서, 인젝터 튜브(22a)로부터 방산되어 이에 의해 생성되는 스피닝 가스계(92)만이 도시되어 있으며, 이것은 다중 상보적인 스피닝 가스계가 유사한 형태로 나머지 인젝터 튜브(22b 내지 22n)로부터 방산되어 이에 의해 생성되는 것을 이해해야 한다. 바람직하게, 인젝터 튜브(22a 내지 22n)의 배향은 화학적 증기(94)를 포함하는 스피닝 가스계(92)를 리액터 측벽(14)의 내부 벽에 대해서 접선방향으로 배향하도록 되어 있다. 회전 가스계는 리액터의 감소된 직경(즉, 보다 낮은 압력 영역)으로 인해 하방으로 이동된다. 하방 나선형 가스는 하부 표면 및 기판을 가격하며, 피대상물을 드래그한다(drag). 드래그로부터의 속도의 저하로 인해 압력이 보다 낮은 내측 및 상방으로 가스를 유동시킨다. 따라서, 가스는 상방으로 나선형으로 이동되어 리액터 출구를 빠져나간다. 각도 모멘텀의 보존은 나선형 방향 및 저 난류의 연속성을 유지한다. 측면도인 도 7과, 기판 평면에서의 평면도인 도 8을 참조한다.The operation mode is described below. FIG. 5 is a cross-sectional view of a vortex-based CVD reactor 10 showing the spinning gas system 92 in the reactor interior 24, wherein all of the references above correspond to the aforementioned elements. Chemical vapor is introduced simultaneously through the injector tubes 22a through 22n into the reactor interior 24 at a sufficient pressure and at a suitable temperature. Preferably, chemical vapor 94 is dissipated from injector tubes 22a to 22n and produces a spinning gas system. For the sake of simplicity, only spinning gas system 92 is shown, which is dissipated from and generated by injector tube 22a, in which multiple complementary spinning gas systems are similarly dissipated from the remaining injector tubes 22b to 22n. It should be understood that this is produced. Preferably, the orientation of the injector tubes 22a-22n is such that the spinning gas system 92 comprising chemical vapor 94 is tangentially oriented with respect to the inner wall of the reactor side wall 14. The rotating gas system is moved downwards due to the reduced diameter of the reactor (ie lower pressure region). The downward spiral gas strikes the lower surface and the substrate and drags the object. The drop in speed from the drag causes gas to flow inward and upward with lower pressure. Thus, the gas moves upwards spirally out of the reactor outlet. Preservation of the angular momentum maintains helical direction and low turbulence continuity. Reference is made to FIG. 7, which is a side view, and FIG. 8, which is a plan view from the substrate plane.
도 6은 보텍스-기제의 CVD 리액터(10)의 평면도이며, 리액터 상부(18)는 간단 명료함을 위해서 도시하지 않았지만, 인젝터 튜브(22a 내지 22n)는 CVD 리액터(10)의 리액터 내부(24)상에 유지되어 도시되어 있다. 도 5에 도시된 바와 같이 그리고 간단 명료함을 위해서, 하나의 인젝터 튜브(22a)로부터 방산되어 이에 의해 생성된 스피닝 가스계(92)만이 도시되어 있으며, 이것은 다중 상보적인 스피닝 가스계가 유사한 형태로 나머지 인젝터 튜브(22b 내지 22n)로부터 방산되어 이에 의해 생성되는 것을 이해해야 한다. 모든 참조부호는 상술한 것과 대응한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 가스는, 원형 방향으로의 운동 성분과, 인젝터 튜브(22c)의 입구(63)의 단부로부터 배기 포트(26)(도 5)까지의 방향(d)에서의 다른 성분을 갖고 내측으로 나선운동한다. 또한, 도 5에서의 수직 방향으로의 운동 성분이 있다. 유사하게, 다른 입구의 각각으로부터의 가스는 3개의 운동 성분을 갖고 있다.FIG. 6 is a plan view of the vortex-based CVD reactor 10, while the reactor top 18 is not shown for simplicity, while the injector tubes 22a through 22n are inside the reactor 24 of the CVD reactor 10. FIG. It is shown in the image. As shown in FIG. 5 and for the sake of simplicity, only the spinning gas system 92 which is dissipated from and produced by one injector tube 22a is shown, which allows multiple complementary spinning gas systems to remain in a similar fashion. It should be understood that it is dissipated from and generated by the injector tubes 22b to 22n. All reference numerals correspond to those described above. As shown in FIG. 6, the gas differs in the kinetic component in the circular direction and in the direction d from the end of the inlet 63 of the injector tube 22c to the exhaust port 26 (FIG. 5). Spiral inward with components. There is also a motion component in the vertical direction in FIG. Similarly, gas from each of the other inlets has three kinetic components.
도 7은 제안된 보텍스 CVD 리액터의 유체적 시뮬레이션을 도시한 것이다. 도 8은 가스가 적은 난류를 갖고 나선운동하는 기판의 평면에서의 가스 운동을 도시하는 시뮬레이션을 도시하는 것이다. 수리적인 설명은 편평한 표면상의 회전 가스계에 관한 "쉴리팅-경계 층 이론(Schlicting-Boundary Layer Theory)"(이후에 "쉴리팅(Schlicting)"이라고 함)에 개시되어 있다. "Schlicting"에는 균일한 경계 층이 개시되어 있으며, 도 8에 도시된 시뮬레이션에 관련 있다. "쉴리팅"에는, 가스의 경계 층이 (V/W)의 제곱루트에 비례하며, V는 속도이며, W는 회전 속도이다(또한, 각도 주파수 및 각속도로서 공지되어 있음). 도 1 내지 도 6의 실시예에 있어서, 일반적으로 경계 층 두께는 리액터(10)내의 반경방향 위치에 따라 변화되지 않는다.7 shows a fluid simulation of the proposed vortex CVD reactor. FIG. 8 shows a simulation showing gas motion in the plane of a spirally moving substrate with low gas turbulence. The mathematical description is disclosed in "Schlicting-Boundary Layer Theory" (hereinafter referred to as "Schlicting") for rotating gas systems on flat surfaces. "Schlicting" discloses a uniform boundary layer and relates to the simulation shown in FIG. In "Shilting", the boundary layer of gas is proportional to the square root of (V / W), V is velocity and W is rotational velocity (also known as angular frequency and angular velocity). In the embodiment of FIGS. 1-6, the boundary layer thickness generally does not change with the radial position in reactor 10.
도 9는 리액터(900)에 연결된 기화기(100)의 측단면도이다. 리액터(900)와 리액터(10) 사이의 차이의 대부분은 리액터 상부(952)와 리액터 기부(958)를 분리하는 라인(906)에 있다. 우선 리액터 기부(958)와 리액터(10)의 리액터 기부(12) 사이의 차이를 설명한다. 셔터(908)는 가열된 척(46) 아래에 도시되어 있다. 바람직하게, 셔터(908)는 굽혀진 셔터(1112)(도 11)와 협력하여, 적절한 시기에 로봇이 기판(50)에 접근할 수 있게 하는 개구부를 제공한다.9 is a side cross-sectional view of the vaporizer 100 connected to the reactor 900. Most of the difference between reactor 900 and reactor 10 is in line 906 that separates reactor top 952 and reactor base 958. First, the difference between the reactor base 958 and the reactor base 12 of the reactor 10 will be described. Shutter 908 is shown under heated chuck 46. Preferably, the shutter 908 cooperates with the bent shutter 1112 (FIG. 11) to provide an opening that allows the robot to access the substrate 50 at the appropriate time.
열적으로 제어되는 리액터(900)에 사용하기 위한 하나의 바람직한 히터는 미카 히터(mica heater)이다. 그러나, 히터를 설명하는 하기에서와 같이, 리액터(900) 표면과 물리적으로 접촉되거나 접촉되지 않을 수 있는 다양한 상이한 형태의 히터가 사용될 수 있다. 더욱이, 다른 형태의 열 제어가 히터를 대체할 수 있다. 예를 들면, 리액터(900)의 변형 실시예에 있어서 냉각 장치가 하나의 이상의 히터를 대체할 수 있으며, 리액터(900)의 선택된 부분의 온도가 선택된 프로세스를 위해 냉각되는 것이 추구된다. 본 실시예에 있어서, 히터(946)는 리액터 기부(958)에 연결되어 있다. 바람직하게, 히터(912)는 리액터 기부 연장부(28)의 하방을 향한 표면에 연결되어 있다. 바람직하게, 히터(914)는 리액터 기부 연장부(28)의 외측 수직방향 벽에 연결되어 있다.One preferred heater for use in the thermally controlled reactor 900 is a mica heater. However, as described below for the heaters, various different types of heaters may be used that may or may not be in physical contact with the reactor 900 surface. Moreover, other forms of thermal control may replace the heater. For example, in alternative embodiments of reactor 900, a cooling device may replace one or more heaters, and it is desired that the temperature of a selected portion of reactor 900 be cooled for the selected process. In this embodiment, the heater 946 is connected to the reactor base 958. Preferably, the heater 912 is connected to the downward facing surface of the reactor base extension 28. Preferably, the heater 914 is connected to the outer vertical wall of the reactor base extension 28.
이제 리액터 상부(952)를 설명한다. 기화기(100)는 도 9의 상부에 도시되어 있다. 기화기(100)는 명칭이 "화학 증착 기화기"이며 2001년 12월 4일자로 출원된 본 출원인의 미국 특허 출원 제 60/337,637 호에 상세하게 개시되어 있으므로, 그 상세한 설명은 본 설명에서는 생략한다. 바람직하게, 기화기(100)는 리액터 커넥터 인터페이스(926)에서 리액터(900)에 연결되어 있다. 도 9의 설명의 나머지는 부품의 3개의 주요 그룹, 즉 가스 입구 시스템(922), 리액터 챔버(950) 및 배기 포트(928)에 관한 것이다.The reactor top 952 will now be described. Vaporizer 100 is shown at the top of FIG. 9. The vaporizer 100 is named " Chemical Vaporizer Vaporizer " and is disclosed in detail in Applicant's U.S. Patent Application No. 60 / 337,637, filed December 4, 2001, the description of which is omitted herein. Preferably, vaporizer 100 is connected to reactor 900 at reactor connector interface 926. The remainder of the description of FIG. 9 relates to three main groups of components: gas inlet system 922, reactor chamber 950 and exhaust port 928.
바람직하게, 가스 입구 시스템(922)은 리액터 입구(924), 튜브(938), 도관(940), 채널(968) 및 채널(968)의 내측(챔버) 단부에서의 입구(942)를 포함한다. 바람직하게, 배기 출구(928)는 배기 포트(930), 배기 튜브(932) 및 배기 튜브 플랜지(934)를 포함한다. 이러한 실시예에 있어서, 다수의 튜브(938)는 리액터 입구(924)에 연결되어 있고, 바람직하게 리액터 챔버(950)를 중심으로 원주방향으로 배치된 도관(940)으로 가스를 배향한다. 도 9에는 단지 하나의 도관이 도시되어 있지만, 2개 또는 그 이상의 도관이 리액터(900)내에서 사용될 수 있다. 이러한 실시예에 있어서, 도관(940)으로 가스를 배향하기 위해 6개의 튜브(938)가 이용된다. 그러나, 6개보다 적거나 많은 튜브가 이용될 수 있다.Preferably, gas inlet system 922 includes reactor inlet 924, tube 938, conduit 940, channel 968, and inlet 942 at the inner (chamber) end of channel 968. . Preferably, the exhaust outlet 928 includes an exhaust port 930, an exhaust tube 932 and an exhaust tube flange 934. In this embodiment, a number of tubes 938 are connected to reactor inlet 924 and preferably direct gas into conduit 940 disposed circumferentially about reactor chamber 950. Although only one conduit is shown in FIG. 9, two or more conduits may be used in reactor 900. In this embodiment, six tubes 938 are used to direct the gas into the conduit 940. However, fewer or more than six tubes may be used.
본 실시예에 있어서, 리액터 챔버(950)의 원주를 중심으로 동일하게 이격된18개의 채널(968)이 입구(942)를 통해 도관(940)으로부터 리액터 챔버(950)내로 가스를 배향한다. 18개보다 적거나 많은 채널(968) 및 입구(942)가 리액터(900)에 이용될 수 있다. 바람직하게, 선구물질 가스(954)는 입구(942)를 빠져나가, 기판(50) 및 기판 안내 링(920)상에서 그리고 관통 배기 포트(930)를 벗어나 유동한다. 바람직하게, 기판(50)의 상부 표면과 입구(942) 사이의 수직방향 거리는 10㎝ 또는 그 이하이며, 보다 바람직하게 5㎝ 또는 그 이하이며, 가장 바람직하게 2.5㎝ 또는 그 이하이다.In this embodiment, 18 channels 968 equally spaced about the circumference of reactor chamber 950 direct gas from conduit 940 into reactor chamber 950 via inlet 942. Less than or more than 18 channels 968 and inlets 942 may be used for reactor 900. Preferably, precursor gas 954 exits the inlet 942 and flows on the substrate 50 and the substrate guide ring 920 and out of the through exhaust port 930. Preferably, the vertical distance between the top surface of the substrate 50 and the inlet 942 is 10 cm or less, more preferably 5 cm or less, and most preferably 2.5 cm or less.
본 실시예에 있어서, 바람직하게 미카 히터인 히터(916)는 리액터 상부(952)의 상부 표면을 중심으로 원주방향으로 배치되어 있다. 바람직하게, 다른 원주방향으로 구성된 히터(918)는, 리액터 중간 부분(956)의 상부에서, 리액터 챔버(950) 위에 그리고 배기 튜브(932) 아래에 위치되어 있다. 바람직하게, O-링(944, 948)은 리액터 상부(928)와 리액터 중간 부분(956) 사이에 위치된다.In this embodiment, the heater 916, which is preferably a mica heater, is disposed circumferentially about the upper surface of the reactor upper portion 952. Preferably, another circumferentially configured heater 918 is located above the reactor chamber 950 and below the exhaust tube 932 at the top of the reactor middle portion 956. Preferably, O-rings 944, 948 are positioned between reactor top 928 and reactor middle portion 956.
리액터 챔버(950)는 기판(50) 및 지지 기구를 내장하며, 소망하는 가스 흐름 특성에 도움이 되는 구조체를 기판(50)상에 제공한다. 리액터 챔버(950)는 챔버 바닥(962), 챔버 상부(964) 및 챔버 측벽(966)을 포함한다. 일반적으로, 챔버는 리액터 챔버(950)의 중앙(1508) 부근의 증가와 함께 가스 흐름 속도 증가를 제공하는 것이 바람직하다. 중앙(1508)쪽으로 진행함에 따라 반경방향 흐름 위치에서 고유의 감소와 조합하는 각도 모멘텀의 보존은 중앙(1508)으로부터의 거리의 감소에 따라 속도 증가의 제 1 인자를 제공한다. 바람직하게, 중앙(1508)쪽으로의 챔버 상부(964)의 하방 경사는 중앙(1508)쪽으로의 이동에 따른 가스 속도 증가의 제 2인자를 제공한다. 도 9에서, 중앙(1508)으로부터 감소하는 챔버 높이의 직선 감소가 도시되어 있다. 그러나, 챔버 바닥(962) 및 챔버 상부(964) 양자는 광범위한 형상을 취할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 또한, 선형 및 비선형의 광범위한 수리학적 관계가 반경방향 위치(중앙(1508)으로부터의 거리)에 대한 리액터 챔버(950) 높이에 관한 함수에 합체될 수 있다. 이러한 실시예에 있어서, 챔버 상부(964)는 수평에 대해서 14°(0.244래디안) 경사져 있다.Reactor chamber 950 incorporates substrate 50 and support mechanisms and provides a structure on substrate 50 that aids in the desired gas flow characteristics. Reactor chamber 950 includes a chamber bottom 962, a chamber top 964, and a chamber sidewall 966. In general, the chamber preferably provides an increase in gas flow rate with an increase near the center 1508 of the reactor chamber 950. Preservation of the angular momentum in combination with the inherent decrease in radial flow position as it progresses toward the center 1508 provides a first factor of speed increase with the decrease in distance from the center 1508. Preferably, the downward slope of the chamber top 964 towards the center 1508 provides a second factor of gas velocity increase as it moves toward the center 1508. In FIG. 9, a linear decrease in chamber height decreasing from the center 1508 is shown. However, it should be understood that both chamber bottom 962 and chamber top 964 can take a wide variety of shapes. In addition, a wide range of hydraulic relationships, both linear and non-linear, can be incorporated into a function of reactor chamber 950 height relative to radial position (distance from center 1508). In this embodiment, the chamber top 964 is inclined 14 ° (0.244 radians) with respect to the horizontal.
본 실시예에 있어서, 배기 포트(930)는 리액터 챔버(950)에 대해서 실질적으로 중앙에 있으며, 리액터 챔버(950)의 중앙(1508) 위의 수직 또는 실질적으로 수직의 중공 영역이다. 바람직하게, 배기 포트(930)는 수평방향 배기 튜브(932)에 연결되어 있으며, 상기 튜브(932)는 배기 튜브 플랜지(934)에서 종료된다.In this embodiment, the exhaust port 930 is substantially centered with respect to the reactor chamber 950 and is a vertical or substantially vertical hollow region above the center 1508 of the reactor chamber 950. Preferably, exhaust port 930 is connected to a horizontal exhaust tube 932, which ends at exhaust tube flange 934.
도 10은 리액터 하우징(1014)을 도시하는 도 9의 기화기(100) 및 리액터(900)의 측단면도이다. 도 10은 도 9와 관련하여 설명하지 않는 일부 이종혼합 부품을 포함한다. 이들 부품은 도 2 내지 도 6과 관련하여 상술하였으며, 도 9에는 이러한 부분이 도시되지 않았다.FIG. 10 is a cross-sectional side view of the vaporizer 100 and reactor 900 of FIG. 9 showing reactor housing 1014. FIG. 10 includes some heterogeneous components not described in connection with FIG. 9. These parts have been described above in connection with FIGS. 2 to 6, which are not shown in FIG. 9.
도 9에 도시된 바와 같이, 기화기(100)는 리액터(900)에 연결되어 있다. 전기 리드선(1002)은 기화기(100)용의 히터중 하나에 연결된다. 리액터 하우징(1014)은 리액터(900)를 둘러싼다. 힌지 아암(1004)은 리액터 하우징(1014)의 좌측(도 10의 도면에서)에 연결되어 있다. 바람직하게, 힌지 아암(1004)은 리액터 하우징(1014)이 리액터(900)를 차폐시키지 않는 위치로 피봇되는 것을 허용한다. 하우징 핸들(1006)은 리액터 하우징(1014)의 우측(도 10의 도면에서)에 연결된 것으로 도시되어 있다. 바람직하게, 하우징 핸들(1006)은 리액터 하우징(1014)을 소망의 위치로 이동 또는 피봇시키는데 사용된다. 본 실시예에 있어서, 튜브 플레이트(1010)는 나선형으로 권취된 알루미늄 튜브(1016)상에 위치되며, 상기 튜브는 히터(916)상에 위치되어 있다. 바람직하게, 튜브(1016)는 가스 밸브(1008)에 연결되어 있다. 바람직하게, 가스 밸브(1008)의 출구는 기화기(100)의 캐리어 가스 튜브(1012)의 상부(도 10의 도면에서)에 연결된다.As shown in FIG. 9, the vaporizer 100 is connected to the reactor 900. The electrical lead wire 1002 is connected to one of the heaters for the vaporizer 100. Reactor housing 1014 surrounds reactor 900. The hinge arm 1004 is connected to the left side (in the figure of FIG. 10) of the reactor housing 1014. Preferably, hinge arm 1004 allows reactor housing 1014 to pivot to a location that does not shield reactor 900. The housing handle 1006 is shown connected to the right side (in the figure of FIG. 10) of the reactor housing 1014. Preferably, housing handle 1006 is used to move or pivot reactor housing 1014 to a desired position. In this embodiment, the tube plate 1010 is located on a spirally wound aluminum tube 1016, which is located on a heater 916. Preferably, tube 1016 is connected to gas valve 1008. Preferably, the outlet of the gas valve 1008 is connected to the top (in the figure of FIG. 10) of the carrier gas tube 1012 of the vaporizer 100.
도 11은 주 배기 연결부(1106)를 도시하는 것으로 도 9의 기화기(100) 및 리액터(900)의 측단면도이다. 도 10은 도 9와 관련하여 설명하지 않은 일부 이종혼합 부품을 포함한다. 도 2 내지 도 6과, 도 9 및 도 10과 관련하여 이전에 설명한 이들 부품은 이 부분에서 설명하지 않는다. 액체 도관(1102)은 기화기(100)위로 유체를 배향한다. 전기 리드선(1104)은 기화기(100)상의 히터(도시하지 않음)에 연결된다.FIG. 11 is a side cross-sectional view of the vaporizer 100 and reactor 900 of FIG. 9 showing a main exhaust connection 1106. FIG. 10 includes some heterogeneous components not described in connection with FIG. 9. These components previously described with respect to FIGS. 2-6 and 9 and 10 are not described in this section. Liquid conduit 1102 directs fluid over vaporizer 100. The electrical lead wire 1104 is connected to a heater (not shown) on the vaporizer 100.
본 실시예에 있어서, 배기 포트(930)는 기화 챔버(950)의 중앙 위에 위치된다. 바람직하게, 배기 포트(930)는 배기 튜브(932)에 연결되고, 이 튜브는 주 배기 연결부(1106)에 연결된다. 본 실시예에 있어서, 보호 링 링크장치(1108)는 리액터(900)의 좌측 및 바닥 근처에 위치되며, 기판 보호 링(920)(도 9)을 상승 및 하강시키도록 작동한다. 바람직하게, 보호 링 링크장치(1108)는 보호 링(920)을 상승시키는 반면에, 기판(50)은 리액터 챔버(950)내로 삽입되고 이 챔버로부터 제거된다. 바람직하게, 일단 기판(50)이 리액터 챔버(950)내의 제 위치에 위치되면, 보호 링 링크 장치(1108)는 기판(50)을 고정 및 보호하기 위해 보호 링(920)을 하강시키도록 작동한다. 로봇 아암 접근 포트(1110)는 리액터(900)의 좌측(도 11의 도면에서) 및 바닥 근방에 위치된다. 바람직하게, 곡선 셔터(1112)는 접근 포트(1110) 바로 우측에 위치된다.In this embodiment, the exhaust port 930 is located above the center of the vaporization chamber 950. Preferably, exhaust port 930 is connected to exhaust tube 932, which is connected to main exhaust connection 1106. In this embodiment, the protective ring linkage 1108 is located near the left and bottom of the reactor 900 and operates to raise and lower the substrate protective ring 920 (FIG. 9). Preferably, the protective ring linkage 1108 raises the protective ring 920 while the substrate 50 is inserted into and removed from the reactor chamber 950. Preferably, once the substrate 50 is in place in the reactor chamber 950, the protective ring linkage device 1108 operates to lower the protective ring 920 to secure and protect the substrate 50. . Robotic arm access port 1110 is located on the left side (in the diagram of FIG. 11) and near the bottom of reactor 900. Preferably, curved shutter 1112 is located just to the right of access port 1110.
도 12는 도관(940)을 빠져나가 안내하는 다수의 채널(968)을 도시하는 리액터(900)의 일부분의 사시도이다. 본 실시예에 있어서, 도관(940)으로부터 리액터 챔버(960)내로 18개의 채널(968)이 연결되어 있다. 그러나, 18개보다 적거나 많은 채널(968)이 이용될 수도 있다. 그러나, 많은 채널(968)이 이용되는 경우, 채널(968)은 도관(940)을 따라서 리액터 챔버(950)의 원주를 중심으로 균일하게 이격되어 있는 것이 바람직하다. 도 13은 도관(940)의 일부분과, 이러한 부분을 빠져나가게 안내하는 2개의 채널(968)의 확대 등각도이다. 바람직하게, 입구(942)는 각 채널(968)의 챔버(950) 단부에 위치되어 있다. 채널(968)의 축과 도관(940)의 축 사이의 각도고 예각인 것을 볼 수 있다. 바람직하게, 채널(968) 사이의 축은 도관(940)의 축의 방향에 대해서 실질적으로 접선방향이다. 도 14는 튜브(938) 및 채널(968)에 연결된 도관(940)의 일부분의 정단면도이다. 본 실시예에 있어서, 6개의 튜브(938)가 제공되며, 바람직하게 이 챔버는 리액터 챔버(950)의 원주를 중심으로 동일하게 이격되어 있다. 변형 실시예에 있어서, 6개보다 많거나 적은 튜브(938)가 이용될 수 있다. 더욱이, 변형 실시예에 있어서, 튜브(938)는 챔버(950)의 원주를 중심으로 비균일하게 분포될 수 있다.12 is a perspective view of a portion of reactor 900 showing multiple channels 968 exiting and guiding conduit 940. In this embodiment, 18 channels 968 are connected from conduit 940 into reactor chamber 960. However, fewer or more than 18 channels 968 may be used. However, where many channels 968 are used, the channels 968 are preferably evenly spaced about the circumference of the reactor chamber 950 along the conduit 940. 13 is an enlarged isometric view of a portion of conduit 940 and two channels 968 guiding through this portion. Preferably, the inlet 942 is located at the end of the chamber 950 of each channel 968. It can be seen that the angle between the axis of the channel 968 and the axis of the conduit 940 is an acute angle. Preferably, the axis between the channels 968 is substantially tangential to the direction of the axis of the conduit 940. 14 is a front sectional view of a portion of conduit 940 connected to tube 938 and channel 968. In this embodiment, six tubes 938 are provided, which are preferably equally spaced about the circumference of the reactor chamber 950. In alternative embodiments, more or less than six tubes 938 may be used. Moreover, in alternative embodiments, the tubes 938 may be non-uniformly distributed about the circumference of the chamber 950.
도 15는 도 9에 도시된 리액터 챔버(950)의 일부분의 확대 측단면도이다. 도 15에 도시된 대부분의 장치 구성요소는 도 2 내지 도 6과, 도 9 내지 도 11과관련하여 설명되었으며, 따라서 이에 대한 설명은 이 부분에서는 하지 않는다. 본 실시예에 있어서, 기판(50)은 서셉터 위에 위치된다. 가스 흐름 경계 층(1512)이 기판(50) 위에 있다. 경계 층(1512)의 두께는 반경방향 위치(1520)의 함수로서 가스(954)의 속도를 제어함으로써 조절될 수 있다.FIG. 15 is an enlarged side cross-sectional view of a portion of reactor chamber 950 shown in FIG. 9. Most of the device components shown in FIG. 15 have been described with reference to FIGS. 2-6 and 9-11, and thus description thereof is not provided here. In this embodiment, the substrate 50 is located above the susceptor. A gas flow boundary layer 1512 is over the substrate 50. The thickness of the boundary layer 1512 can be adjusted by controlling the velocity of the gas 954 as a function of the radial position 1520.
이제, 최적의 가스 가열 작동을 도 9 내지 도 11을 참조하여 설명한다. 본 실시예에 있어서, 가스 가열 장치는 리액터(900)로부터의 열의 이용성을 이용하여 캐리어 가스를 리액터 챔버(950)를 빠져나간 후의 소망의 온도에 도달하게 하도록 작동된다. 본 실시예에 있어서, 가스(954)가 리액터 챔버(950)를 빠져나간 후에, 이 가스는 튜브 플레이트(1010)와 히터(916)(또는 다른 히터) 사이에 바람직하게 압착된 튜브(1016)(도 10)로 배향된다. 이 시점에, 이러한 가스는 대체로 캐리어 가스인데, 그 이유는 대부분의 반응물이 이 가스로부터 제거되었기 때문이다. 튜브(1016)를 통해 처리한 후에, 캐리어 가스는 밸브(1008)로 배향되는 것이 바람직하다. 바람직하게, 밸브(1008)는 기화기(100)의 캐리어 가스 도관(1012)을 향한 캐리어 가스의 전달을 제어한다. 바람직하게, 캐리어 가스는 약 200℃의 온도로 된다. 이러한 방법에서, 달리 방산되는 열은 도관(1012)으로 배향된 캐리어 가스에 대한 "자유(free)" 가열을 발생하도록 이용하는 것이 유리할 수 있다.Now, the optimum gas heating operation will be described with reference to FIGS. 9 to 11. In this embodiment, the gas heating device is operated to use the availability of heat from reactor 900 to bring the carrier gas to the desired temperature after exiting reactor chamber 950. In this embodiment, after gas 954 exits reactor chamber 950, the gas is preferably compressed between tube plate 1010 and heater 916 (or other heater) 1016 ( 10). At this point, this gas is largely a carrier gas because most of the reactants have been removed from it. After processing through the tube 1016, the carrier gas is preferably directed to the valve 1008. Preferably, valve 1008 controls the delivery of carrier gas towards carrier gas conduit 1012 of vaporizer 100. Preferably, the carrier gas is at a temperature of about 200 ° C. In such a method, it may be advantageous to utilize the heat that is otherwise dissipated to generate "free" heating for the carrier gas oriented in the conduit 1012.
본 명세서에 설명된 CVD 리액터의 실시예의 작동을 도 1 내지 도 15를 참조하여 설명한다. 도 2 내지 도 6의 리액터(10)와 도 9 내지 도 15의 리액터(900)의 특징의 설명을 제공한다. 그후에, 도 9 내지 도 15의 실시예의 작동을 제공한다.Operation of the embodiment of the CVD reactor described herein is described with reference to FIGS. A description of the features of reactor 10 of FIGS. 2-6 and reactor 900 of FIGS. 9-15 is provided. Thereafter, operation of the embodiment of FIGS. 9-15 is provided.
도 9의 실시예의 리액터(900)는 도 1 내지 도 6의 리액터(10)보다 상당히 짧다. 리액터(900)에 대한 이러한 높이 감소의 하나의 효과는 리액터(900)의 가스 입구 시스템(922)이 기판(50)의 상부 표면의 높이에 매우 근접한 수직방향 높이에서 선구물질 가스(954)를 도입할 수 있게 하는 것이다. 바람직하게, 가스의 도입과 기판(50) 사이의 이러한 보다 큰 수직방향 근접성으로 인해 각 챔버내에서 발생된 보텍스에서의 가스 속도가 증가된다.Reactor 900 of the embodiment of FIG. 9 is considerably shorter than reactor 10 of FIGS. One effect of this height reduction on the reactor 900 is to introduce the precursor gas 954 at a vertical height where the gas inlet system 922 of the reactor 900 is very close to the height of the top surface of the substrate 50. To do it. Preferably, this higher vertical proximity between the introduction of the gas and the substrate 50 increases the gas velocity in the vortex generated in each chamber.
로터(900)는 리액터(10)에 사용된 것보다 많은 가스를 챔버(950)내로 도입하기 위한 변형된 시스템을 제공한다. 도 5의 리액터(10)는 다수의 튜브를 이용하여, 가스를 리액터(10)의 내부내로 직접 분사함으로써 나선형 흐름을 생성한다. 리액터(900)(도 9)는 가스를 챔버(950)로 도입하기 위한 가스 입구 시스템(922)을 포함한다. 바람직하게, 가스 입구 시스템(922)은 선구물질 가스(954)용의 가스 매니폴드의 형태로서 작동하는 원주방향 도관(940)내로 가스를 배향하는 다수의 튜브(938)를 포함한다. 선구물질 가스(954)는 도관(940)을 통해 순환하며, 입구(942)로 안내되는 다수의 채널(968)을 통해 리액터 챔버(950)내로 도입되고, 이 채널은 입구(942)로 안내되고, 상기 입구(942)는 리액터 챔버(950)내로 안내된다. 바람직하게, 가스 입구 시스템(922)의 구조는 리액터 챔버(950)의 내측 주변에서의 개선된 가스 흐름 균일성과, 리액터 챔버(950)로의 도입시에 선구물질 가스(954)의 방향의 양호한 제어를 제공한다.Rotor 900 provides a modified system for introducing more gas into chamber 950 than is used in reactor 10. The reactor 10 of FIG. 5 uses a plurality of tubes to create a helical flow by injecting gas directly into the interior of the reactor 10. Reactor 900 (FIG. 9) includes a gas inlet system 922 for introducing gas into chamber 950. Preferably, the gas inlet system 922 includes a plurality of tubes 938 that orient the gas into the circumferential conduit 940 operating in the form of a gas manifold for the precursor gas 954. Precursor gas 954 circulates through conduit 940 and is introduced into reactor chamber 950 through a number of channels 968 leading to inlet 942, which is guided to inlet 942. The inlet 942 is guided into the reactor chamber 950. Preferably, the structure of the gas inlet system 922 provides improved gas flow uniformity around the inside of the reactor chamber 950 and good control of the orientation of the precursor gas 954 upon introduction into the reactor chamber 950. to provide.
리액터(900)는 반경방향 위치를 변경시키는 높이를 유도한다. 도 1 내지 도 6의 리액터(10)의 내부의 높이는 기본적으로 일정하지만, 리액터 챔버(950)(도 9 내지 도 11 및 도 15)의 높이는 리액터 챔버(950)의 챔버 중앙(1508)으로부터 반경방향 거리(1520)의 함수인 것이 바람직하다. 도 9의 실시예에 있어서, 챔버 높이의 변경은 리액터 챔버(950)의 경사형 내부 상부 표면에 의해서만 제공되는데, 그 이유는 리액터 챔버(950)의 바닥 표면이 실질적으로 편평하기 때문이다. 그러나, 변형 실시예에 있어서, 리액터 챔버(950)의 바닥 내부 표면은 챔버 중앙(508)으로부터의 거리를 감소시킴으로써 챔버 높이를 감소시키도록 형성된다. 변형 실시예에 있어서, 바닥 및 상부 표면은 이들 2개의 부분을 분리하는 수평방향 중앙선을 중심으로 대칭인 것으로 설계될 수 있다. 또다른 변형 실시예에 있어서, 상부 및 하부 부분은 상이한 챔버-높이-변화 형상을 가진다.Reactor 900 induces a height that changes the radial position. Although the height inside the reactor 10 of FIGS. 1-6 is basically constant, the height of the reactor chamber 950 (FIGS. 9-11 and 15) is radial from the chamber center 1508 of the reactor chamber 950. It is preferably a function of distance 1520. In the embodiment of FIG. 9, the change in chamber height is provided only by the inclined inner top surface of reactor chamber 950 because the bottom surface of reactor chamber 950 is substantially flat. However, in a variant embodiment, the bottom inner surface of reactor chamber 950 is formed to reduce the chamber height by reducing the distance from chamber center 508. In a variant embodiment, the bottom and top surfaces can be designed to be symmetric about a horizontal centerline separating these two parts. In another variant embodiment, the upper and lower portions have different chamber-height-change shapes.
리액터 챔버(950)내의 가스의 흐름이 고려된다. 튜브(938)로부터 입구(942)를 통과하는 선구물질 가스(954)의 흐름은 상술하였으며, 그에 따라 그 설명은 이 부분에서는 생략한다. 유사하게, 튜브(1010)(도 10)를 통해 최종 방향으로 고갈된 선구물질 가스(954)가 기화기 캐리어 가스(1012)내로 유동하는 흐름은 설명하였으며, 그에 따라 이 또한 그 설명을 생략한다. 이 부분에서는 주변 조건과, 입구(942)로부터의 배출과 배기 포트(930) 사이에서 리액터 챔버(950)내의 선구물질 가스(954)의 흐름 조건에 대해서 설명한다.The flow of gas in reactor chamber 950 is contemplated. The flow of precursor gas 954 from tube 938 through inlet 942 has been described above, and thus description thereof is omitted here. Similarly, the flow of precursor gas 954 depleted in the final direction through the tube 1010 (FIG. 10) into the vaporizer carrier gas 1012 has been described and thus also omitted herein. This section describes the ambient conditions and the flow conditions of the precursor gas 954 in the reactor chamber 950 between the discharge from the inlet 942 and the exhaust port 930.
도 15를 참조하면, 선구물질 가스(954)는 입구(942)에서 리액터 챔버(950)에 들어가며, 입구중 하나가 리액터 챔버(950)의 양 측면상에 도시되어 있다. 리액터 챔버(950)의 바람직한 실시예는 18개의 입구(942)를 가지고 있다. 도 15의 실시예에 있어서, 챔버(950)의 좌측상에서 가스(954)는 도 15의 평면에 대해 수직으로 그리고 지면의 참조부호(1502)를 벗어나 이동한다. 유사하게, 우측에서, 가스(954)는 도 15의 평면에 수직으로 그리고 지면의 참조부호(1504)내로 이동한다. 입구(942)로부터 방출시에, 선구물질 가스(954)는 약 4미터/초의 선형 속도로 이동하는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 15, precursor gas 954 enters reactor chamber 950 at inlet 942, one of the inlets being shown on both sides of reactor chamber 950. The preferred embodiment of reactor chamber 950 has eighteen inlets 942. In the embodiment of FIG. 15, the gas 954 on the left side of the chamber 950 moves perpendicular to the plane of FIG. 15 and out of reference numeral 1502 of the ground. Similarly, on the right side, gas 954 moves perpendicular to the plane of FIG. 15 and into ground reference 1504. Upon exiting from the inlet 942, the precursor gas 954 preferably moves at a linear velocity of about 4 meters / second.
본 실시예에 있어서, 리액터 챔버(950)내의 압력 및 온도 조건은 다양한 선구물질 반응물의 민감도로 인해서 치밀하게 제어된다. 특히, 온도는 액화를 방지하도록 충분히 높게 그리고 조기 분해를 회피하기 위해서 충분히 낮게 되어야 한다. 많은 반응물이 선구물질 가스(954)내에 포함될 수 있기 때문에, 대기 조건은 이러한 모든 반응물에 대한 액화 및 조기 분해를 방지하도록 선택되어야 한다. 바람직하게, 선구물질 가스(954)는 약 200℃로 유지된다. 바람직하게, 챔버(954)내의 정압은 약 133.3N/㎡(제곱미터당 뉴톤)(1Torr)이다. 바람직하게, 이러한 저압 환경은 많은 기존의 MOCVD(금속 유기 화학 증착) 리액터 환경에서 사용한 것보다 낮은 온도에서 조차도 선구물질 가스가 액화되는 것을 방지할 수 있다. 바람직하게, 리액터 챔버(950)의 챔버 측벽(966)은 약 190℃로 유지된다. 이러한 실시예에 있어서, 기판(50)은 320℃와 360℃ 사이, 보다 바람직하게 약 340℃의 온도로 유지된다. 바람직하게, 기판(50)의 상대적으로 낮은 온도는 보다 높은 기판 온도를 이용하는 일부 기존의 리액터에서 경험하게 되는 선구물질(954)로부터의 분해 및 미립자 물질 침전을 방지한다.In this embodiment, the pressure and temperature conditions in reactor chamber 950 are tightly controlled due to the sensitivity of the various precursor reactants. In particular, the temperature should be high enough to prevent liquefaction and low enough to avoid premature degradation. Since many reactants may be included in precursor gas 954, atmospheric conditions should be selected to prevent liquefaction and premature decomposition of all these reactants. Preferably, precursor gas 954 is maintained at about 200 ° C. Preferably, the static pressure in chamber 954 is about 133.3 N / m 2 (Newtons per square meter) (1 Torr). Preferably, this low pressure environment can prevent the precursor gas from liquefying even at temperatures lower than those used in many existing MOCVD (metal organic chemical vapor deposition) reactor environments. Preferably, chamber sidewall 966 of reactor chamber 950 is maintained at about 190 ° C. In this embodiment, the substrate 50 is maintained at a temperature between 320 ° C. and 360 ° C., more preferably about 340 ° C. Preferably, the relatively low temperature of the substrate 50 prevents decomposition and particulate matter precipitation from the precursor 954 experienced in some existing reactors using higher substrate temperatures.
바람직하게, 가열된 척(46)의 고정 상태는 회전 척(46)을 위한 기구의 필요성을 제거함으로써 리액터(90)의 설계를 간략하게 한다. 이와 별개로, 기존의 시스템에 있어서, 척(46)의 회전은 기판 온도 측정을 위해 사용된 서모커플 케이블또는 다른 기수 리드선의 루트를 복잡하게 하는 경향이 있다. 그러나, 리액터(900)내의 척(46)의 고정 상태는 척(46) 및 기판(50)의 회전에 의해 기구 리드선이 방해받지 않게 함으로써 기판 온도 측정을 덜 번거롭게 하여 바람직하다. 척(46) 및 서셉터(48)를 포함한 기판 홀더는 기판(50)을 보유한다.Preferably, the stationary state of the heated chuck 46 simplifies the design of the reactor 90 by eliminating the need for a mechanism for the rotary chuck 46. Apart from this, in conventional systems, rotation of the chuck 46 tends to complicate the route of thermocouple cables or other radix leads used for substrate temperature measurements. However, the fixed state of the chuck 46 in the reactor 900 is preferred, which makes the substrate temperature measurement less cumbersome by preventing the instrument leads from being disturbed by the rotation of the chuck 46 and the substrate 50. The substrate holder including the chuck 46 and the susceptor 48 holds the substrate 50.
본 실시예에 있어서, 입구(942)로부터 챔버 중앙(1508)을 향해 진행하는 동안에, 선구물질 가스는 몇몇 인자에 의해 가속된다. 제 1 인자는 일정한 높이의 챔버에 대해서 V·R의 곱이 일정하게 유지될 필요가 있는 각도 모멘텀의 보존이며, 여기에서 V는 속도이며, R은 V가 측정되는 흐름의 반경방향 위치이다. 비변화 높이를 가진 챔버에서, 리액터(10)와 유사하게, 구해진 이러한 방법은 기판(50)상에서의 흐름의 일정한 경계 층 두께를 제공한다. 구해진 이러한 방법은 고정 샤워헤드 아래에서 기판의 회전의 실행을 반복하며, 그 실행은 종래 기술의 샤워헤드-기제 가스 분배 시스템에서 존재한다. 그러나, 도 2 내지 도 6에 도시된 것과 유사한 나선형 가스 시스템에 있어서, 선구물질 가스의 반응물의 농축은 리액터(10)의 내부를 통해 이동이 증가함에 따라 점진적으로 보다 감소된다. 따라서, 반응물 농축은 주변에서 보다 리액터(10)의 중앙 근방에서 낮다. 하부 반응물의 조합은 리액터(10)의 중앙 근방으로 이동되고, 기판(50)상에서의 실질적으로 균일한 경계 층 흐름 두께는 리액터(10)내의 기판(50)의 중앙 근방에서 막 성장 비율을 보다 낮게 한다. 특히, 일정한 높이 리액터에서 실행되는 일부 프로세스에 있어서, 기판(50)의 중앙에서의 막 성장 비율은 기판(50)의 에지에서 성취된 것의 단지 20%이다. 기판(50)에서 성취된 성장 비율은 약 10Å/분이다.In this embodiment, while proceeding from the inlet 942 toward the chamber center 1508, the precursor gas is accelerated by several factors. The first factor is the preservation of the angular momentum for which the product of V · R needs to remain constant for chambers of constant height, where V is the velocity and R is the radial position of the flow where V is measured. In chambers with unaltered heights, similar to reactor 10, this method obtained provides a constant boundary layer thickness of flow on substrate 50. This method obtained repeats the execution of the rotation of the substrate under the fixed showerhead, which practice is present in prior art showerhead-based gas distribution systems. However, in a helical gas system similar to that shown in FIGS. 2-6, the concentration of reactant of the precursor gas decreases progressively more as the movement increases through the interior of the reactor 10. Thus, the reactant concentration is lower near the center of reactor 10 than around. The combination of bottom reactants is moved near the center of the reactor 10 and the substantially uniform boundary layer flow thickness on the substrate 50 results in a lower film growth rate near the center of the substrate 50 in the reactor 10. do. In particular, for some processes performed in constant height reactors, the film growth rate at the center of the substrate 50 is only 20% of that achieved at the edge of the substrate 50. The growth rate achieved in the substrate 50 is about 10 ms / min.
따라서, 리액터 중앙을 향해 이동함에 따라 발생되는 반응물 감소를 보상하기 위한 장치가 추구된다. 이것은 기판(50)상에서의 가스 흐름의 특히 속도 및 경계 층 두께(1512)를 포함한 선구물질 가스(954)의 흐름 특정을 제어함으로써 이러한 실행에 도움을 준다. 하나의 유리한 방법은 리액터 챔버(950)내의 반경방향 위치의 함수로서 리액터 챔버 높이를 변경시켜서, 리액터 중앙(1508)으로부터의 거리가 감소함에 따라 속도 증가의 추가적인 인자를 추가하는 것을 포함한다. 바람직하게, 흐름 속도가 보다 높으면 기판(50)상에서의 흐름의 경계 층(1512) 두께가 감소되고, 다음에 경계 층(1512)을 통해 기판(50)으로의 반응물의 확산이 증가한다. 바람직하게, 반응물의 확산의 증가된 비율은 반응물 농축의 감소를 보상하여, 기판(50)의 표면상에서의 막 성장의 실질적으로 균일한 비율을 발생한다. 반응물 감소가 감소되는 반경방향 거리(1520)에 따라 증가되기 때문에, 이러한 실행을 보상하는 것은 감소하는 반경방향 거리(1520)를 가진 가스(954)의 흐름 속도를 적절하게 증가시킴으로써 성취될 수도 있다.Thus, a device is pursued to compensate for the reduction of reactants caused by moving towards the center of the reactor. This aids this practice by controlling the flow specification of the precursor gas 954, including the velocity of the gas flow on the substrate 50, in particular the velocity and boundary layer thickness 1512. One advantageous method involves changing the reactor chamber height as a function of radial position within reactor chamber 950, adding additional factors of speed increase as the distance from reactor center 1508 decreases. Preferably, higher flow rates reduce the thickness of the boundary layer 1512 of the flow on the substrate 50 and then increase the diffusion of reactants through the boundary layer 1512 to the substrate 50. Preferably, the increased rate of diffusion of the reactant compensates for the decrease in reactant concentration, resulting in a substantially uniform rate of film growth on the surface of the substrate 50. Since reactant reduction is increased with decreasing radial distance 1520, compensating for this practice may be accomplished by appropriately increasing the flow rate of gas 954 with decreasing radial distance 1520.
일반적으로, 반경방향 위치(1520)의 함수로서 리액터 챔버(950)의 높이(1524)를 감소시키면, 가스(954)의 유동 속도(1516)가 높이(흐름 속도(1516)에 영향을 주는 모든 다른 인자에 추가해서)의 감소에 역 비례로 증가된다. 높이(1524)는 지수 함수를 포함해 선형 및 비선형 함수를 이용하여 반경방향 위치(Rx 1520)에 대해서 변화될 것이다. 도 9 내지 도 11 및 도 15의 실시예에 있어서, 챔버 높이(1524)는 반경방향 위치(1520)에 따라 선형으로 변화된다. 그러나, 챔버 높이와 반경방향 위치 사이의 다른 수리적인 관계를 구현하는 설계가 이용될 수 있다는 것을 당 업자들은 이해할 수 있다.In general, reducing the height 1524 of the reactor chamber 950 as a function of the radial position 1520 causes the flow rate 1516 of the gas 954 to increase in height (all other factors affecting the flow rate 1516). In addition to the factor) increases inversely proportional to the decrease. The height 1524 will be varied with respect to the radial position Rx 1520 using linear and nonlinear functions, including exponential functions. In the embodiment of FIGS. 9-11 and 15, the chamber height 1524 varies linearly with the radial position 1520. However, those skilled in the art will appreciate that designs may be used that implement other mathematical relationships between chamber height and radial position.
도 15를 참조하면, 모든 임의의 반경방향 위치(Rx)에서 선구물질 가스(954)의 속도는 하기의 수학식에 의해 제공될 수 있다.Referring to FIG. 15, the velocity of precursor gas 954 at any arbitrary radial position Rx can be provided by the following equation.
(수학식 1) Vx=V0·(Hi/Hx)·(Ri/Rx)Equation 1 Vx = V 0 (Hi / Hx) Ri / Rx
여기에서 Vx(1516)는 가스 속도이며, V0(1512)은 개시 가스 속도이며, Hi(1506)은 가스(954)가 리액터 챔버(950)내로 도입되는 리액터 챔버(950)의 높이이며, Hx(1524)는 반경방향 위치(Rx 1510)에서 리액터 챔버(950)의 높이이며, Ri(1510)는 리액터 챔버(950)의 반경이며, 표시된 바와 같이 Rx(1520)는 가스 속도(Vx 1516)가 측정되는 반경방향 위치이다. 챔버 높이(1524)와 반경방향 위치(1520) 사이의 관계는 챔버 바닥(962) 및/또는 챔버 상부(964)의 형상을 변경하여, 선구물질 가스(954)에 의해 발행된 반응물 감소에 의거한 속도 증가의 필요한 비율에 영향을 줌으로써 조정될 수 있다. 리액터 챔버(950)의 소망의 형상을 결정하는데 관련된 변수는 실험 및/또는 분석에 의해 결정될 수 있다. 이들 변수는 반경방향 위치(1520)의 함수로서 반응물 농축의 비율과, 경계 층(1512)d의 두께와, 반경방향 위치(1520)에 따른 온도 및/또는 압력의 변화와, 기판(50)위에서 위치의 함수로서 막 성장의 비율을 포함하지만 이들로만 제한되지 않는다.Where Vx 1516 is the gas velocity, V 0 1512 is the starting gas velocity, Hi 1506 is the height of reactor chamber 950 where gas 954 is introduced into reactor chamber 950, and Hx 1524 is the height of reactor chamber 950 at radial position Rx 1510, Ri 1510 is the radius of reactor chamber 950, and Rx 1520 is the gas velocity Vx 1516 as indicated. The radial position to be measured. The relationship between the chamber height 1524 and the radial position 1520 changes the shape of the chamber bottom 962 and / or chamber top 964, based on the reactant reduction issued by the precursor gas 954. It can be adjusted by influencing the required rate of speed increase. Parameters related to determining the desired shape of reactor chamber 950 may be determined by experimentation and / or analysis. These variables include the proportion of reactant concentration as a function of the radial position 1520, the thickness of the boundary layer 1512d, the change in temperature and / or pressure along the radial position 1520, and over the substrate 50. Include, but are not limited to, the rate of membrane growth as a function of location.
따라서, 선구물질 가스(954)가 챔버 중앙(1508)을 향해 진행할 때 상기 수학식 1에 따라 선구물질 가스(954)의 속도가 가속된다. 바람직하게, 경계 층(1512)의 두께는 Hx/Hi의 크기를 감소시킴으로써 감소되며, 이에 의해 기판(50)상에서의확산 비율을 증가하는 Hi/Hx에 따라 증가시킬 수 있다. 바람직하게, 감소하는 Rx(1520)의 함수로서 선구물질 가스(954)로부터 기판(59)으로의 확산 비율의 증가 비율은 동일한 Rx(1520) 범위에 걸쳐서 반응물 농축의 저하 비율과 실질적으로 동일하며, 이에 의해 반경방향 위치에 따른 반응물 농축 변화의 소망하는 보상을 성취할 수 있다. 바람직하게, 이러한 소망하는 보상을 성취함으로써 막 성장의 비율이 기판(50)의 표면에 걸쳐서 실질적으로 균일하게 된다. 리액터 챔버(950)내에서 부착 프로세스를 이용하는 실험은, 기판(50)의 중앙에서 막 성장 비율이 기판(500의 에지에서 이뤄진 것의 97%인 것을 나타내며, 즉 일정한 높이 리액터를 이용할 시에 이뤄진 것보다 20% 비율의 큰 개선이 이뤄진다. 또한, 기판(50)의 중앙에서 성취된 성장 비율은 약 100Å/분이며, 이것은 일정한 높이 리액터 챔버를 이용하는 성장 비율보다 10배 증가를 나타낸다.Accordingly, the velocity of precursor gas 954 is accelerated according to Equation 1 when precursor gas 954 proceeds toward chamber center 1508. Preferably, the thickness of the boundary layer 1512 is reduced by reducing the size of Hx / Hi, thereby increasing the diffusion rate on the substrate 50 with Hi / Hx. Preferably, the rate of increase of diffusion rate from precursor gas 954 to substrate 59 as a function of decreasing Rx 1520 is substantially the same as the rate of decrease of reactant concentration over the same Rx 1520 range, This can achieve the desired compensation of the reactant concentration change with radial position. Preferably, by achieving this desired compensation, the rate of film growth is made substantially uniform over the surface of the substrate 50. Experiments using the attachment process in reactor chamber 950 indicate that the film growth rate at the center of the substrate 50 is 97% of that achieved at the edge of the substrate 500, ie, when using a constant height reactor. A large improvement of the 20% rate is achieved In addition, the growth rate achieved at the center of the substrate 50 is about 100 ms / min, which represents a 10-fold increase over the growth rate using a constant height reactor chamber.
요약하면, 본 발명의 특징은, 가스가 입구(942)로부터 배기 포트(930)까지 이동할 때 선구물질 가스를 이용하는 리액터 용적은 본 발명에 의해 감소될 수 있다는 것이다. 즉, 가스가 입구(942)로부터 배기 포트(930)까지의 방향에서 이동할 때, 이 방향을 따르는 단위 거리당 리액터 용적은 감소된다. 즉 방향(R)을 따르는 거리의 각 ㎝에 대해서, 포함된 용적은 가스가 입구(942)로부터 출구 포트(930)까지 이동할 때 ㎝가 보다 작게될 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 방향(R)은 실질적으로 반경방향 내측이다. 그러나, 본 발명은 방향(R)이 실질적으로 반경방향 내측 또는 모든 다른 방향일 수 있다는 것을 예상한다. 중요한 것은 가스가 부착에 의해 챔버로부터 제거될 때, 가스에 이용하는 용적이 감소되어, 기판의 단위 영역당 부착 비율이 기본적으로 동일하게 유지된다.In summary, a feature of the present invention is that the reactor volume utilizing the precursor gas as gas moves from the inlet 942 to the exhaust port 930 can be reduced by the present invention. That is, when the gas moves in the direction from the inlet 942 to the exhaust port 930, the reactor volume per unit distance along this direction is reduced. That is, for each cm of distance along the direction R, the volume included can be smaller in cm as the gas moves from the inlet 942 to the outlet port 930. In a preferred embodiment of the invention, the direction R is substantially radially inward. However, the present invention contemplates that the direction R may be substantially radially inward or in all other directions. Importantly, when the gas is removed from the chamber by adhesion, the volume used for the gas is reduced, so that the deposition rate per unit area of the substrate remains essentially the same.
바람직하게, 챔버 영역(1508) 또는 이에 실질적으로 근접한 영역에 도달한 후에, 선구물질 가스(954)는 배기 포트(930)를 통해 그리고 배기 튜브(932)를 따라서 진행한다.Preferably, after reaching chamber region 1508 or a region substantially close thereto, precursor gas 954 proceeds through exhaust port 930 and along exhaust tube 932.
본 발명의 바람직한 실시예로서 현재 고려될 수 있는 것을 설명하였다. 본 발명은 그 영역 또는 기본적인 특성을 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 예를 들면, 상술한 본 발명의 각 특징은 다른 본 발명의 특징중 하나 또는 그 이상과 조합될 수 있다. 즉, 본 발명의 특징의 모든 가능한 조합을 특별히 개시하지는 않았지만, 본 설명이 불합리하지 않는 한 특징의 많은 다른 조합이 이뤄질 수 있다. 따라서, 본 실시예는 도시된 바와 같이 고려된다. 본 발명의 영역은 첨부된 특허청구범위에 개시되어 있다.What has been considered presently as a preferred embodiment of the present invention has been described. It is to be understood that the invention can be embodied in other specific forms without departing from its scope or basic characteristics. For example, each feature of the invention described above may be combined with one or more of the features of the other invention. That is, although not all possible combinations of features of the invention have been disclosed in particular, many other combinations of features can be made unless the description is unreasonable. Thus, this embodiment is considered as shown. The scope of the invention is set forth in the appended claims.
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101046612B1 (en) * | 2008-12-29 | 2011-07-06 | 주식회사 케이씨텍 | Atomic layer deposition apparatus |
KR101140145B1 (en) * | 2007-11-28 | 2012-05-08 | (주)에이디에스 | Apparatus for supplying deposition meterial and film depositing system having the same |
KR20160093510A (en) * | 2015-01-29 | 2016-08-08 | 가부시키가이샤 플로스피아 | Apparatus and method for forming film |
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- 2002-12-04 KR KR10-2004-7008655A patent/KR20040083417A/en not_active Withdrawn
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101140145B1 (en) * | 2007-11-28 | 2012-05-08 | (주)에이디에스 | Apparatus for supplying deposition meterial and film depositing system having the same |
KR101046612B1 (en) * | 2008-12-29 | 2011-07-06 | 주식회사 케이씨텍 | Atomic layer deposition apparatus |
KR20160093510A (en) * | 2015-01-29 | 2016-08-08 | 가부시키가이샤 플로스피아 | Apparatus and method for forming film |
CN107587117A (en) * | 2017-08-16 | 2018-01-16 | 武汉华星光电半导体显示技术有限公司 | A kind of gas diffuser |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PA0105 | International application |
Patent event date: 20040604 Patent event code: PA01051R01D Comment text: International Patent Application |
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PG1501 | Laying open of application | ||
PC1203 | Withdrawal of no request for examination | ||
WITN | Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid |