JP2003502878A

JP2003502878A - 原子層化学気相成長装置

Info

Publication number: JP2003502878A
Application number: JP2001505362A
Authority: JP
Inventors: ナーハガジル、プラサード
Original assignee: ナーハガジル、プラサード
Priority date: 1999-06-24
Filing date: 2000-06-23
Publication date: 2003-01-21
Also published as: EP1226286A1; AU6336700A; EP1226286A4; WO2000079019A1

Abstract

(57)【要約】ほぼ円筒形をなすチャンバ（１５）と、チャンバ（１５）内に取付けられたウェハ基板（２２）とを含む原子層堆積（ＡＬＤ）リアクタ（１３）が開示される。ＡＬＤリアクタ（１３）は更に、チャンバ（１５）内に取付けられた少なくとも一本の噴射チューブ（１４）であって開孔（３２）から発する気体をウェハ基板（２２）に向けて導向する複数の開孔（３２）を一側に有する少なくとも一本の噴射チューブ（１４）を更に有する。噴射チューブ（１４）から気体が間欠的に供給される間に、ウェハ基板（２２）又は噴射チューブ（１４）のいずれかがチャンバ（１５）内の長手方向平面内で連続的に回動され、気体によるウェハ基板（２２）の完全で均一な被覆を確実とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】発明の分野本発明は、半導体デバイスを単一原子層精度にて製造する薄膜堆積法に関する
。更に詳細には本発明は、基板表面上への種々の材料の薄膜の原子層化学的気相
成長法を可能とする種々の装置構成を記載する。

【０００２】発明の背景超小型電子技術分野における最新の集積回路（ＩＣ）の製造は、シリコンウェ
ハの表面上における多数回の反復的な薄膜の堆積、パターニング及びエッチング
の各工程により行われる。典型的なＩＣ作製プロセスにおいては、半導体、絶縁
体及び金属などの種々の薄膜材料の複雑な形状を極めて複雑、かつモノリシック
に、３次元構造が形成される。将来的に継続することがあると予想される現在の
ＩＣの傾向は、ウェハ寸法を増大しながら、臨界的デバイス寸法は減少すること
である。例えば、シリコンウェハサイズは近年では１５０ｍｍから２００ｍｍと
なり、現在では３００ｍｍとなり、４００ｍｍの次のウェハ寸法の兆しもある。
同時に、臨界的デバイス寸法は０．３５ミクロンから０．２５ミクロンへ、また
０．１８ミクロンへと減少している。０．１３ミクロンならびにその次の０．１
０ミクロン以下での将来的なデバイス寸法に対する研究開発が幾つかの先端ＩＣ
製造業者により行われている。デバイスの速度、洗練化、機能及び歩留まりを高
めるには、このような各工程が必要とされる。ＩＣ製造技術におけるこれらの傾
向は、シリコンウェハの表面上に、小型化が進んでいるデバイス構造を堆積、パ
ターニング、或いはエッチングする半導体製造装置の性能に対し極めて厳しい多
様な要求を課す。これは即ち、例えば複雑な形状にわたった膜厚、形態、及び等
方的な段差被覆、並びに、徐々に大型化しているウェハ表面の広い領域にわたる
均一性のような重要なプロセスパラメータの極めて正確な制御である。

【０００３】薄膜堆積法に対して十分に開発され、確立された種々の技術は現在においてＩ
Ｃ分野において実施されているが、最も主要な技術は、化学的気相成長法（ＣＶ
Ｄ）及び物理的気相成長法（ＰＶＤ）である。しかし、これらの技術は両者とも
に、流束に依存する。このことは、ウェハ表面の単位面積当たりに衝当する気体
種の個数が一定であるべきことを意味する。従来のＣＶＤプロセスにおいては、
ウェハに直接的に対向すると共に数百個の小穴を備えた大径のシャワーヘッドか
ら均等に気体混合物が噴射される。ウェハの直径が増大すると、このようなプロ
セスでは更に多数の小穴を備えたさらに大きなシャワーヘッドが必要とされると
共に、各小穴は常に等しい量の気体を受けるべきであるという厳しい条件も伴う
。また、薄膜を堆積する上で、相互に自発的な反応性を有する２種以上のガスが
必要な場合は、更に劣悪な状況となる。このような場合には、大面積の薄膜を堆
積するためのＣＶＤリアクタの操作は極めて困難な作業となる。

【０００４】更に、堆積された表面の温度均一性は薄膜堆積速度に影響する極めて重要な役
割を果たす。この要因は、ＰＶＤと比較してＣＶＤにおける方が決定的である。
実際の例において、ウェハ温度は５００℃においては、±１℃に維持されねばな
らない。これにより、ヒータ設計態様及び温度制御ハードウェアは複雑かつ高価
となり、結局コスト及び複雑さが増大する。ＣＶＤモードにおける薄膜堆積の平
均速度は、広範囲にわたり調整可能である。堆積速度は、１，０００オングスト
ローム／分もの大きな値から１００オングストローム／分もの小さな値にわたり
得る。しかし、（ＰＶＤも同様だが）動的プロセスであるＣＶＤの更なる基本的
欠点は、典型的には２００オングストローム以下の一定の最小値以下の膜厚にお
いては、膜均一性の度合いが極めて低いことである。デバイスの形状形態が複雑
ならばこの制限は更に深刻となり、極めて不均一な製膜となる。

【０００５】ＰＶＤプロセスは、気相の材料をウェハの表面に向けてクラスタの形態で放出
すべく高真空装置を必要とする。このため、薄膜堆積速度に対する制御は不十分
となり、装置が高価となり、かつ、堆積されるべき材料の種類も限定される。同
様に、視線プロセスであるＰＶＤは、複雑な形状上への等方的薄膜堆積を達成す
る上では非常に馴染みにくい。これらの普及した薄膜堆積技術のこのような基本
的性質は、装置の性能、及びスケールアップに対して厳しい制約を課すと共に、
更に小さなデバイス寸法ならびに更に大きなウェハ直径に向かう急速な発展が継
続するにつれて、ますます、かつ急速に痛感されるようなプロセス制御における
欠陥に帰着する。

【０００６】最近、薄膜堆積速度を正確に制御すべく、高速熱ＣＶＤ（ＲＴＣＶＤ）と称さ
れるＣＶＤの変形例が採用されている。典型的なＲＴＣＶＤプロセスにおいてウ
ェハは、高電力ランプの大きなバンクのスイッチをオン、オフすることによる輻
射によって、所望の反応温度まで迅速に加熱若しくは冷却される。同時に、ウェ
ハは反応性ガスに露出される。所望の存続時間に対してこの様に達成された最適
温度は、反応スィッチの如く作用する。また、ウェハに向かう気体流を同時に切
換えることにより、更なるプロセス制御が達成され得る。この技術は急速に発展
しているが、幾つかの深刻な欠点を有している。第１に、迅速な加熱及び冷却は
、ウェハの反り、すべり、及び、不都合な膜応力を生じることがある。第２にＲ
ＴＣＶＤは、ウィンドウ上への不都合な堆積、チャンバ材料の光学特性、光学機
器に対する高価で複雑なハードウェア、及び輻射の制御に起因する複雑さに常に
影響され易い。高真空下において迅速に反復される熱衝撃に耐えることが可能な
チャンバ構成材料も必要とされる。

【０００７】原子層化学的気相成長（ＡＬＣＶＤ若しくは単にＡＬＤ）は、ＣＶＤの簡素な
変形例である。これは、硫化亜鉛などの化合物半導体の薄く、かつ均一な膜を堆
積すべく、７０年代後半にフィンランドで発明された。超小型電子技術分野への
応用に関し、ＡＬＤを非常に魅力的で望ましい技術とするＡＬＤの幾つかの特性
がある。ＡＬＤは流束に依存しない技術であると共に、自己制御式の表面反応の
原理に基づいている。ＡＬＤはまた、比較的に温度に左右されない。典型的なＡ
ＬＤシーケンスにおいては、２種の高度に反応性を有するガスが反応して固体膜
を形成すると共に、気体状の反応副生成物が形成される。これは、次のような個
々の工程により実施される。

【０００８】図１は、２種の不活性ガスパルスと２種の反応性ガスパルスによる従来のＡＬ
Ｄプロセス・サイクルの概略図である。まず、ウェハ１０上に反応性ガス（Ａ）
が間欠的に供給される。気体分子はウェハ１０の表面と化学的に反応してこの表
面の段差に等方的にこれを飽和する。このプロセスは、化学吸着と称される。次
に、不活性ガス（Ｐ）パルスが上記の表面上に送られ、この表面に対して緩く結
合した（物理吸着した）過剰数の気体分子を吹き飛ばすことにより、高い反応性
を有する種の単分子層がウェハ１０表面上に形成される。次に、第２の反応性ガ
ス（Ｂ）がウェハ１０表面上に間欠的に供給される。この気体は既に吸着された
第１のガスの単分子層と急速に反応し、気体副生成物を排除することにより所望
の膜が形成される。再び、副生成物と第２の種類の反応性ガスの過剰物を吹き飛
ばすべく、不活性ガスのパルス（Ｐ）が導入される。これによりウェハ１０表面
は、単一原子層の薄さの所望の膜（ＡＢ）の単分子層により被覆される。表面は
、シーケンス全体を最初から行うべく、反応状態のままに維持される。所望の膜
の厚さは、上記の完全な反応シーケンスを所定回数だけ反復することで確立され
る。

【０００９】ＣＶＤ及びＲＴＣＶＤなどの最先端の技術と比較して、ＡＬＤが提供可能な多
数の実用的利点がある。流束に依存しない技術であることから、ＡＬＤはウェハ
寸法に対してトランスペアレントである。これは、ＡＬＤリアクタにおいては３
００ｍｍウェハが１５０ｍｍウェハと同様に簡素にかつ正確に被覆可能であるこ
とを意味する。ＡＬＤはまた、リアクタ設計態様を相当に簡素化する。化学反応
によるプロセスでもあることから、ＡＬＤは温度感応性が非常に少ない。ＡＬＤ
は通常、ＣＶＤにおいて必要とされる正確な単一数値と異なり、１０〜１５℃の
幅が可能な温度ウィンドウを提供する。これは、ヒータ設計態様及び制御を簡素
化する。ＡＬＤの表面飽和反応メカニズムに起因して、ＡＬＤリアクタの操作に
おける気体力学の役割は比較的に小さい。このような要因の全ては、機器の設計
態様及び操作の相当の簡素化だけでなく、さほどの労力なしでスケーラビリティ
も確実にする。プロセスパラメータに関し、ＡＬＤは先例のないレベルのプロセ
ス制御を提供する。膜厚は、例えば約３オングストローム／サイクルなどの単一
原子レベルでデジタル的に制御される。また表面反応制御可能でもあるＡＬＤプ
ロセスは、ウェハの全体にわたる各デバイスの複雑な形状に対し、完全で理想的
な段差被覆を提供する。ＣＶＤリアクタの設計態様及び操作は２種の前駆気体の
自発的な高い反応性により相当に複雑化し、膜均一性に悪影響を与える。しかし
ＡＬＤプロセスにおいては、各前駆体の自発的な高い反応性は実際に相当に望ま
しく、ＡＬＤの利点に対して活用される。更に、ＡＬＤシーケンスにおいて反応
は完了するまで実施される。これにより確実に、不都合な反応副生成物が膜から
完全に除去される。このため反応の完了は、ＣＶＤによる同等の膜と比較して、
更に純粋であると共に欠陥の個数が更に少ない膜に帰着する。

【００１０】ＡＬＤにおける堆積速度はほぼ固定されており、単一回のＡＬＤシーケンスを
完了させる速度のみに依存する。ＡＬＤが超小型電子技術分野において許容可能
とされるためには、競争力を有するスループットを提供せねばならない。従って
、４回のガスパルスからなる完全なＡＬＤシーケンスを可能な限り短時間で、実
用的には約１秒で完了することが必須である。これは、薄膜堆積速度に対して、
約１００〜２００オングストローム／分という上限を課すものであるが、約３オ
ングストロームの精度を有する。デバイス寸法が次々と減少しても、このような
ＡＬＤの特徴によればＡＬＤプロセスは高度に望ましいものであり、かつ、将来
におけるいくつかのデバイス生成、及び将来的ないくつかの大型化したウェハ直
径に対して適用され得る。ＡＬＤの原理及び応用例、並びにその発展の良好な記
載は、１９９４年にエルスビエサイエンス社（ＥｌｓｅｖｉｅｒＳｃｉｅｎｃ
ｅＢ．Ｖ．）により発行された結晶成長便覧、第３巻、薄膜及びエピタキシ、
パートＢ（編集者ハール（Ｄ．Ｔ．Ｊ．Ｈｕｒｌｅ））、トゥオモサントラ著
（ＴｕｏｍｏＳｕｎｔｏｌａ）に記載されたレビュー記事により提供される（
ＴｕｏｍｏＳｕｎｔｏｌａｉｎＨａｎｄｂｏｏｋｏｆＣｒｙｓｔａｌ
Ｇｒｏｗｔｈ、ｖｏｌ．３，ＴｈｉｎＦｉｌｍｓａｎｄＥｐｉｔａｘｙ
，ＰａｒｔＢ）。

【００１１】ＡＬＤの技術は原理的にＣＶＤ及びＰＶＤなどの業界普及技術などと比較して
種々の利点を提供するが、これまでのところＡＬＤは商用化されていない。現在
において利用可能な、５０ｍｍ×５０ｍｍの正方形基板上に薄膜を堆積可能なＡ
ＬＤシステムは、プロセス開発の初期においては多く使用された。上記のように
、ＡＬＤはＣＶＤ若しくはＲＴＣＶＤよりもほぼ１０倍も遅い堆積速度のため、
ＣＶＤ及びＲＴＣＶＤよりも低速なプロセスである。この不都合を克服すべく、
ＡＬＤバッチプロセッサシステムが開発された。バッチプロセスにおいては複数
の基板が同時に被覆され、スループットが増大される。しかし、シングルウェハ
プロセッサと比較してバッチプロセッサは、例えばほんの少数の例を挙げてみて
も、不十分なプロセス制御、バッチ内、及びバッチ間における低い反復性、ウェ
ハの裏面堆積、及び、相互汚染などの幾つかの深刻な不都合を有する。また、図
２に示された如くこれらのＡＬＤシステムは両者ともに、加熱された基板上にお
いてこの基板にわたった横断気体流構成の原理に基づいており、有限量の反応性
ガス及び／又は不活性ガスが順次に間欠的に供給される。

【００１２】図２は横断流構成によるコンパクトなＡＬＤリアクタ１２を示しており、ウェ
ハ１０はリアクタ内の狭幅間隙内に静止して設けられ、リアクタの一側から気体
Ａ，Ｐ，Ｂが間欠的に供給される。このタイプのリアクタデザインは、幾つかの
固有かつ深刻な欠点を有する。ひとつの欠点は、基板サイズが増大するとパルス
幅と称されるガスパルスの間隔が次第に長くなる。なぜならば、このガスは次の
パルスが導入されることが可能となる前に基板の全長（又は全幅）を横断してい
なければならないからである。これにより、サイクル時間が増加し、更にはスル
ープットにも悪影響を与える。尚、ＡＬＤは基本的に低速なプロセスであること
を再び喚起しておく。また熱的対流により生じる流動不安定性のために、このよ
うなリアクタ１２の構成は本来的に各反応性ガスの不都合な下流混合を受け易い
。更にこの横断気体流構成においてパルス幅が短縮されると、反応性ガスは下流
で枯渇し、基板表面の後端は被覆なしのまま放置されることから、ＡＬＤプロセ
スが深刻にかつ不都合に影響される。

【００１３】従って、可能な限り高速にＡＬＤ反応シーケンスを実行可能な、コンパクトで
モジュール式の単一ウェハ用原子層薄膜堆積チャンバが非常に望ましい。ＡＬＤ
リアクタにおける気体滞留時間ｔ（すなわちパルス幅）は、次式により与えられ
る。

【００１４】ｔ＝Ｌ／ｖ（１）。式中、ｖは気体速度であり、Ｌは、ＡＬＤリアクタ内において基板寸法と密接
に相関するガスの経路長である。この関係は、ガスフローに対する可能な限り最
短の経路長を規定する。ＡＬＤリアクタの効率的な作動のために、基板上の気体
滞留時間は可能な限り短くすべきである。しかし、パルスの間において反応性ガ
スは任意の適切な大型基板を完全かつ均一に被覆する必要がある。

【００１５】従来のＣＶＤリアクタ構成は平行平板型である。反応性のガス若しくは蒸気は
、シャワーヘッドと称されるプレートの数百個の小孔からこのプレートに直接的
に対向している加熱基板表面へと垂直に、均一に噴射される。数百個の孔の各々
に対して反応性ガス混合物を等しく分配するという困難な作業は、上記シャワー
ヘッドの背後のマニフォルドプレートが行う。しかしこれにより、ガスの経路長
は必然的に増大する。従って、ＣＶＤリアクタは基本的にＡＬＤ作業を実施すべ
く使用されてもよいが、実際問題としては非常に非効率であり不適切である。

【００１６】超小型電子技術分野に対して早急にかつ好首尾に適合するためには、独特かつ
新規なＡＬＤリアクタのデザインが導入されるべきことは、最新のＡＬＤリアク
タのデザイン並びに長所の上記の記載より極めて明白である。このような新しい
ＡＬＤリアクタのデザインは、以下の特性の全てを有する必要がある。

【００１７】（ａ）基板上及びリアクタ内における安定な流体流。（ｂ）基板表面全体にわたり反応性ガスが枯渇しないこと。（ｃ）ＡＬＤサイクルの迅速な完了を可能とさせる、急速なガスパルスを伴う
最短経路長。（ｄ）迅速な気体交換のための最小の内部体積。（ｅ）維持可能なリアクタ構造、及び、シャットダウン時間を減少すべく容易
に使用される構成要素及びハードウェア。（ｆ）信頼性、コンパクトさ、及び、工具の痕跡が目立たないこと。（ｇ）再現可能で反復可能な処理。

【００１８】明白に必要とされるのは、基板表面全体を均一に覆うべく最小限経路により基
板の全体にわたる安定な流体流を進展させるという独特で革新的な原子層堆積チ
ャンバの単一若しくは複数の構成である。流体流の安定性に対して最小限経路長
を組合せることにより、最短のパルス幅が提供されると共に、高度の再現性によ
るスループット要件が満足される。

【００１９】発明の要約本発明は、ほぼ円筒状のチャンバと、このチャンバ内に載置された基板とを有
する原子層堆積（ＡＬＤ）リアクタを提供する。ＡＬＤリアクタは更に、チャン
バ内に取付けられた少なくとも一本の噴射チューブであって、その一側に複数の
開孔を有する噴射チューブを備え、この複数の開孔はそこから発するガスを基板
に向けて導向する。噴射チューブからガスが間欠的に供給される間、基板若しく
は噴射チューブのいずれか一方がチャンバ内の長手方向平面において連続的に回
転され、基板のガスによる完全で均一な被覆が確実とされる。

【００２０】好適な実施形態においてＡＬＤリアクタは、第１の反応性ガス（Ａ）、不活性
ガス（Ｐ）、第２の反応性ガス（Ｂ）及び不活性ガス（Ｐ）からなるガス堆積シ
ーケンスにより、ウェハ表面を被覆する。ＡＬＤリアクタの一実施形態において
、ウェハ基板は噴射チューブに関して水平面内で回動される。第２の実施例にお
いてウェハ基板はチャンバ内で静止され、噴射チューブがウェハ基板に対して回
動される。他の実施形態においてＡＬＤリアクタはチャンバ内に平行に取付けら
れた３本の噴射チューブを有し、第１噴射チューブはガス（Ａ）を供給し、第２
噴射チューブは気体（Ｐ）を供給し、かつ、第３噴射チューブはガス（Ｂ）を供
給する。更なる他の実施形態において、少なくとも一本の噴射チューブは、十字
型噴射チューブ構造に、径方向ガス噴射器構造に、周縁Ｏ−リングに重ねて、又
は、重ねられた長手方向噴射器として、として構築されてもよい。

【００２１】従って本発明は、原子層化学的気相成長装置の効率を改善する。種々のガス噴
射構造のひとつと、基板の相対運動とを組合せることにより、可能な限り短い時
間枠内で気体枯渇なくウェハ表面の完全な被覆が達成される。ガス噴射構造は、
正確なプロセス制御を有して、大面積で均一かつ高度に等方的な原子層堆積を実
現することに非常に適合する。

【００２２】詳細な説明本発明は、単一原子層精度にて半導体デバイスを製造する薄膜堆積法に関する
。以下の記載は当業者が本発明を実施して使用し得るために提供されると共に、
特許出願及びその要件に関して提供される。当業者であれば好適な実施形態の種
々の改変は容易に明らかであり、本明細書中における包括的原理は他の実施形態
に適用可能である。従って本発明は、示された実施形態に限定されることを意図
するものでなく、本明細書中に記載された原理及び特徴と同延の最も広い範囲に
従うものである。

【００２３】本発明は、流れ安定性に依る最短の経路長と僅かな体積の反応性ガスによりウ
ェハ表面の完全な被覆を達成可能な原子層堆積（ＡＬＤ）装置の構成を提供する
。放出されるガスジェットの形態の種々のガス噴射方式のひとつと、基板の相対
運動とを組合せることにより、ガスの枯渇なく完全な表面被覆が達成される。

【００２４】故に当業者であれば、このような装置は事実上包括的であることから、任意の
所望の膜材料の合成の反応化学作用により限定されない。従って、さらなる目的
は、本明細書中に記載された各実施形態のひとつ以上を使用して、適切なプロセ
ス条件下で原子レベル精度により金属、半導体及び絶縁体ならびにそれらの適切
な組合せの種々の薄膜を形成することにある。

【００２５】ここで、原子層堆積の構成に対するプロセス進展の作動範囲は圧力及び温度に
関して十分に広幅である。ジェットは、高圧においてはそれぞれの軸心の近傍に
局限されるが、低圧においては横方向に展開する傾向となる。適切な作動圧力範
囲は７６０Ｔｏｒｒ乃至数ミリＴｏｒｒとされてもよい。反応温度は、反応化学
作用に依存する。反応物質を最大限に活用すべく、ＡＬＤにおける流速は最小で
ありながら、マスフロー制御器の補助により完全で均一な表面被覆を得るに十分
とすることが非常に望ましい。

【００２６】本発明の好適な実施形態においては、本体の直径よりも好適に低い高さを有す
るほぼ円筒状の本体を備えたコンパクトな最短経路長原子層化学的気相成長チャ
ンバ（ＳＰＬＡＣ；ｓｈｏｒｔｅｓｔｐａｔｈｌｅｎｇｔｈａｔｏｍｉｃ
ｌａｙｅｒｃｈｅｍｉｃａｌｖａｐｏｒｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｃｈａ
ｍｂｅｒ）が提供される。このチャンバ内には基板ホルダが同軸的に取付けられ
、両者間に環状間隙を画成する。基板処理領域は、処理の間において基板を囲繞
することに適合する。基板処理領域内に基板を搬入及び搬出すべく、基板処理領
域に開口する装荷／降荷ポートが配備される。また、この装荷／降荷ポート開口
を開閉すべく、遠隔操作可能な真空バルブが配備される。真空バルブは、閉成位
置においてチャンバに真空の密閉を提供することに適合する。基板処理領域は、
ガス噴射領域と、処理の間に基板を支持する台座領域との間に介設される。ガス
噴射領域は一個以上の気体／蒸気噴射用取入口を備え、各取入口は、通常は閉じ
ている適切な気体バルブと、上流側マスフロー制御器を流れる反応性ガス及び／
又は蒸気の量を測定する上流側マスフロー制御器とを備える。ガス噴射用取入口
は、基板処理領域内に開口する。台座領域は、基板に熱エネルギを供給して所望
の化学反応に影響するヒータを有する。また、チャンバの本体の冷却に適切な冷
却ライン、及び、噴射チューブを収容するチャンバの蓋体も配備される。台座は
所定デバイス上にてチャンバの本体と同軸的に取付けられるが、このデバイスは
、台座をその垂直共通軸心の回りで一定の所定角速度にて回動することを可能に
させる。チャンバからガス及び蒸気を排気すべく、台座領域の近傍には適切に排
出口が使用される。

【００２７】好適な実施形態においては、一端若しくは両端が閉成され、気体取入中央口を
備えた噴射チューブであって噴射チューブの丈に沿って適切に離間された流通開
口を備えた噴射チューブがガス噴射ポートに連結される。ガス噴射ポートは、遠
隔操作可能な気体バルブとマスフロー制御器とを介して第１タイプの気体源若し
くは蒸気源に連結される。ガス噴射ポートは、チューブの中心、若しくはチュー
ブの各端部の一方に取付けられる。チューブの各開口を有する部分は、概略的に
上記基板の直径を超える。噴射チューブはチャンバの主要距線に平行にかつ主要
距線に極く接近して載置される。チューブは、このチューブの開口から発する気
体若しくは蒸気のジェットが好適には９０°より小さな角度にて基板の直径に直
接的に衝当するように、基板に対向する。好適な実施形態においてこの角度の値
は、法線に関して約１０°乃至２０°である。第２のタイプのガス源若しくは蒸
気源に連結されたマスフロー制御器に連結された気体バルブに連結された第２チ
ューブは好適には、チャンバの主要距線に極く接近して該主要距線と平行に、第
１チューブの逆側で上記主要距線から等距離にて離間される。第２のチューブの
壁部にある開口から発するガス及び蒸気のジェットは、台座上に同軸的に取付け
られた基板の直径に直接的に衝当する。壁部に沿って適切に離間された開孔を備
えた第３のチューブであってマスフロー制御器に連結された気体バルブに連結さ
れた第３のチューブは、第３のチューブから発するジェットが基板の直径に直接
的に衝当するように、チャンバの主要距線に正確に沿って取付けられる。主要距
線に沿って直接的に取付けられたガス噴射チューブは気体バルブ及びマスフロー
制御器を介してＮ₂，Ａｒ，Ｈｅなどの不活性ガス若しくは非反応性ガス源に連
結される。

【００２８】図３Ａ，３Ｂは、本発明の好適な実施形態で使用されるＡＬＤリアクタにおけ
る噴射チューブの構成を示している。図３Ａを参照すると、半径Ｒ（Ｒは基板の
半径に一致するか半径を超える）に沿った各開孔と、濃度Ｃの気体状反応物質の
中央供給取入口とを有するガス噴射チューブ１４Ａが示され、チューブの両端は
閉じられている。径方向濃度Ｃ₁、Ｃ₂・・Ｃ_nは基板の縁部に向けて増大し、濃
度プロファイルは中心線に関して対称である。図３Ｂは、濃度Ｃの端部供給気体
取入口を有し、他端が閉成された端部供給噴射チューブ１４Ｂを示している。濃
度Ｃ_n・・Ｃ₂、Ｃ₁は中心線に向けて減少してから、流れの方向において中心線
を越えて再び管１４Ｂの後端に向けて対称的に増大する。

【００２９】チューブ内における反応物質の枯渇による悪影響と、半径の二乗に比例する基
板の扇形の面積の同時的な増大は、適切に相殺されねばならない。このような構
成におけるＡＬＤリアクタの効率的な作動に対しては、基板距線上に放出されつ
つある気体状反応物質の量が、チューブ内において中心から両方向に外径方向に
進展するにつれて比例的に増大することが非常に重要である。これは、以下のよ
うな１つ以上の手段により達成される。

【００３０】（ａ）噴射チューブの中心から対称的に開孔間の間隔を変更すること。（ｂ）噴射チューブの中心から外側方向において単位長さ当たりの開孔の個数
を増大すること。（ｃ）噴射チューブの中心から離間するにつれて開孔の幅を増大すること。及
び／又は、（ｄ）噴射チューブの内部流れ断面を適切に変更すること。

【００３１】図４Ａは、３本の固定ガス噴射チューブ１４とウェハ基板２２を保持する回動
サセプタ１６とを備えると共に基板処理領域を有するほぼ円筒形をなすチャンバ
１５を有するＡＬＤリアクタ１３の概略を示している。本発明の好適な実施形態
に依れば、Ａ，Ｂは反応性ガス供給源であると共にＰは不活性ガス供給源であり
、これらはマスフロー制御器１８により提供される。３本の固定管１４Ａ，１４
Ｂ，１４Ｃの各スロットから発するガスジェットは、ウェハ基板２２の距線に直
接的に衝当する。パルス回動同期機構２４に依れば回動サセプタ１６は確実に、
気体バルブ２０により制御されるガスパルスと同期した様式にて一定角速度にて
ウェハ基板２２をその垂直軸心回りで水平面内にて回動する。ウェハが気体Ａ，
Ｂ，Ｐのパルス幅の間において少なくとも１／２回転を完了する限りにおいて、
同期は必ずしも完全に必要ではない。

【００３２】図４Ｂは、サセプタ１６、密閉収納されたヒータ２６、回動機構２８及びパー
ジガスアセンブリの詳細を示している。サセプタ１６は、ガス噴射チューブ１４
が基板２２に直接的に対向する様に基板２２を水平面内に保持すべく同軸的に取
付けられた台座である。基板２２を閉ループ制御モードで均一かつ一定の所望温
度まで加熱すべくサセプタ１６に極く接近してサセプタ１６の直下には抵抗若し
くは赤外線ランプヒータ２６が同軸的に取付けられる。好適な実施形態において
はヒータ２６への電力の供給を簡素化すべくヒータ２６は、不活性ガスにより連
続的にパージされる容器３０内に密封シールされ及び／又は収容される。容器３
０の内側の不活性ガス圧力は、チャンバ圧力よりも高く維持される。同様に密封
シールされ及び／又はパージされてサセプタ１６に一定角度運動を与える回動デ
バイスは、ヒータ２６の直下に同軸的に取付けられる。回動デバイス２８とヒー
タキャビティとを介して流れる不活性ガスは引き続き、外径方向に流れるべくサ
セプタ１６とヒータ２６との間の間隙へと流される。リアクタの作用を最大限に
有効とすべく、サセプタ１６の回動及び噴射チューブ上の気体バルブの切換えは
正確に同期される。

【００３３】チャンバが作動する間、第１のタイプの反応性ガス若しくは蒸気（例えば気体
若しくは蒸気Ａ）を基板２２の距線に衝当させるべく、気体バルブを開成するこ
とによりチューブ１４Ａを介して噴射される。同期機構は、第１タイプの反応性
ガス若しくは蒸気が基板２２の距線上に直接的に噴射される間に確実に基板２２
を１８０°すなわち完全な半回転させる。気体バルブは、基板２２の半回転が完
了されると直ちに閉成される。これにより、上記台座上に取付けられた基板２２
に対する反応性ガス若しくは蒸気による完全で均一な被覆が確実とされる。引き
続き、基板２２の次の半回転の間においてチューブ１４Ｃを介して不活性ガス（
例えばＰ）が基板２２の直径上に間欠的に供給されることから、基板２２の完全
な一回転が完了される。同様にして基板２２は順次に、チューブ１４Ｂを介した
第２タイプの反応性ガス若しくは蒸気（例えば気体／蒸気Ｂ）からの間欠的供給
及びそれに続きチューブ１４Ｃを介しての不活性ガスパルス（例えばＰ）に晒さ
れるが、各パルスは少なくとも基板２２の半回転の幅を有している。従って、４
回の連続的なガス若しくは蒸気パルスの間において、基板２２を保持する上記台
座は少なくとも２回の完全回転を行う。これにより原子層化学的気相成長即ちＡ
ＬＤの１サイクルが完了され、このサイクルは所望回数だけ反復される。

【００３４】図４Ａを再び参照すると、ＡＬＤリアクタはそのままの状態でのプラズマクリ
ーニングの機能を備える。この目的のために、固定ガス噴射チューブ１４に関し
て対称的に設けられた２個の無線周波（ＲＦ）電極３０が使用可能である。ＲＦ
電極３０は、リアクタの頂部表面の面積の残余部を占有し、表面にわたる冷却媒
体チャネルを備えた平板から成る。これらの電極３０に対しては適切な励起手段
が適用可能であり、フッ素、塩素若しくは同様の原子を含む気体の適切な気体状
混合物がチューブから噴射されてプラズマに衝当してリアクタ内に活性種を生成
する。

【００３５】図５は、適切なプラズマを生成するＲＦ電極３０を備えたＡＬＤリアクタの上
面図を示している。また、各々がＭＦＣ１８と高速切換え気体バルブ２０とを備
えた３本のガス噴射チューブ１４及び気体供給ラインも示されている。各噴射チ
ューブ１４における長手開孔３２は、基板２２に対して下方に向けられ、かつ、
説明の目的のみにおいて示されている。図４Ａに示された断面線Ｘ−Ｘ’の下方
におけるＡＬＤリアクタの部分の変更は無い。

【００３６】図４Ａを再び参照する。リアクタの頂部は開放可能であり、清浄で再現性を有
した処理を達成する上で必要な真空密閉シールを維持する適切な手段及びＯ−リ
ングによりリアクタ本体に取付けられる。図４Ａに示された断面線Ｘ−Ｘ’は、
蓋体とＡＬＤリアクタ本体とを分離する。上記リアクタの本体は、アルミニウム
及び／又はステンレス鋼などの適切な材料から形成されてもよく、処理の間にお
いてリアクタ壁部温度を一定に維持すべく本体自身内に冷却媒体チャネルを備え
ている。

【００３７】ガスパルスが迅速に切換え可能となるための最も重要な条件のひとつは、気体
バルブ２０と噴射チューブ１４との間及びリアクタ自体内のデッド・ボリューム
を最小化することである。前者は、気体バルブ２０を噴射チューブ１４に可能な
限り接近して設置することで達成可能である。一方、後者は、チューブ１４若し
くは上側プレナムと上記基板平面との間の離間距離を慎重に最適化することで達
成可能となる。

【００３８】本発明の好適な実施形態においてパルス回動同期機構２４は、図４Ａに概略的
に示されたＡＬＤリアクタの効率を増大すべく配備される。基板の垂直軸心回り
における完全一回転に対する時間がＴ秒により表されるなら、１個のガスパルス
（反応性若しくは不活性）は（Ｔ／２）秒で完了される。故に、図６に示される
ように、ＡＬＤ堆積の１回の完全シーケンスは２Ｔ秒で完了される。図６は典型
的なＡＬＤ堆積シーケンスに対するガスパルス／回動同期を示しており、Ｔは基
板の垂直軸心回りにおける基板の完全一回転に必要な時間であり、Ｙ軸は任意尺
度における気体の量を表し、かつ、ＡＬＤシーケンスは［Ａ，Ｐ，Ｂ，Ｐ］と示
されている。

【００３９】それぞれの気体バルブを同時に開成することで反応性ガス及び蒸気フローＡ，
Ｂの両者が開始される場合には、ＣＶＤモードにおけるＡＬＤリアクタの作動も
実現され得る。このような状況において、反応性ガス若しくは蒸気の噴射器の両
者から発する各噴流は、基板の軸心の回りにおける角度運動に設定された基板の
距線に対して相互に近接して衝当する。このタイプのリアクタ動作においては、
ＡＬＤモードにおいて通常的に達成可能であるよりも大きな堆積速度が実現され
得る。

【００４０】薄膜の原子層堆積を達成し得るべく、図４Ａ，４Ｂに示されたＡＬＤリアクタ
構成に対しては、幾つかの可能な変形例がある。しかし当業者であれば、これら
は十分に本発明の有効範囲内である。

【００４１】実施例１ＡＬＤリアクタの代替実施例においては図７に示されるように、図５に概略的
に示されたＡＬＤリアクタの頂部のみが適切に改変される。図７は、適切なプラ
ズマを生成するＲＦ電極を備えたＡＬＤリアクタの代替的構成の上面図を示して
いる。ＡＬＤリアクタのこの実施形態においてＡ，Ｂは反応物質を構成するが、
パージガスＰを搬送する中央の管は、個々の高速切換え気体バルブ４２を備えた
２本の別体のパージガスライン４０Ａ，４０Ｂへとパージガス取入口を２分岐す
ることで置き換えられていることから、パージガスＰは反応性ガス噴射チューブ
１４Ａ，１４Ｂの両者に対して供給される。このような構成においてパージガス
Ｐは、反応性ガスＡ及びＢの運動量を増加すると共に、基板上に蓄積された反応
物質の一切の過剰物を吹き飛ばすべく各噴射チューブのパージも促進可能である
。図４Ａに示された線Ｘ−Ｘ’の下方におけるＡＬＤリアクタの部分の変更は無
い。このような構成におけるＡＬＤ堆積シーケンスは、［Ａ＋Ｂ，Ｐ，Ｂ＋Ｐ，
Ｐ］と最適に記載される。しかし、プロセス・シーケンス［Ａ，Ｐ，Ｂ，Ｐ］も
実施可能である。

【００４２】実施例２本発明の他の実施形態においては、Ｓｉ_x Ｇｅ_1-x 若しくはＡｌ_xＧａ_(1-x)
Ａｓなどの非化学量論的材料の原子層を堆積すべく、ＡＬＤリアクタの頂部が更
に改変可能である。このような材料の作製は、４種類もの異なる反応物質を必要
とすることがある。これらの反応物質は、相互に対して高度な反応性を有する２
つの反応物質の部分集合に分類される。例えば反応物質のこのような集合の一方
は、水素化物であり、他方はゲルマニウム及びケイ素などの元素のハロゲン化物
である。図７に示されたＡＬＤリアクタの頂部は、図８に示された如く可変の数
及びタイプの反応物質と不活性ガスパージとに対処すべく改変され得る。図８は
、非化学量論的材料の原子層を作製すべく複数の気体取入口を備えたＡＬＤリア
クタの代替的構成の上面図を示している。気体バルブ５０は、３個が一体となる
バンク内に載置される。気体ブロック５０は、噴射チューブ１４Ａ，１４Ｂ内に
開口する共通吐出口を有する。Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは反応物質を構成するが、Ｐは不
活性ガスパージである。図４Ａに示された線Ｘ−Ｘ’の下方におけるＡＬＤリア
クタの部分の変更は無い。この構成の変形例として、点線により示された如くパ
ージガスＰは上流で夫々の反応物質と混合可能である。

【００４３】実施例３図８に示されたＡＬＤリアクタ構成は、別個の不活性ガス噴射チューブを取入
れることで簡素化が可能である。図９は、非化学量論的材料の原子層を作製する
ためのＡＬＤリアクタの複数の気体取入口の代替的構成の上面図を示している。
２つの気体ブロック５２は、無効場所を最小限としながらバンク５２内に載置さ
れる。各気体ブロック５２は、それぞれ噴射チューブ１４Ａ，１４Ｂ内に開口す
る共通吐出口を有する。Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは反応物質を構成するが、Ｐは噴射チュ
ーブ１４Ｃを介して噴射される不活性ガスパージである。図４Ａに示された線Ｘ
−Ｘ’の下方におけるＡＬＤリアクタの部分の変更は無い。

【００４４】代替実施形態の記載大面積であると共に原子的に均一であり高度に等方的な薄膜を堆積すべく原子
層堆積（ＡＬＤ）の技術を適合させるために必要な上記の条件を可能的に満足し
得る他の種々の構成が在る。これらの構成は、所望成果を達成する上で等しく有
望と思われる。

【００４５】実施例４上記の説明において、噴射チューブ１４は主として長尺形状であった。従って
、完全な被覆を達成するためには、基板が少なくとも１８０°にわたり回動され
ねばならない。

【００４６】ＡＬＤリアクタ構成は、十字型噴射チューブ６０の概略を示す図１０（ａ）及
び図１０（ｂ）に概略的に示された４本のアームを備えた＋プラス記号（＋）な
どの単純な十字形によって、長尺噴射チューブを置き換えることで適切に改変可
能である。図１０（ａ）は、ガス取入口６２と長手方向で下向きの各スロット６
４を備えた独特の交差噴射器６０Ａを示している。図１０（ｂ）は、個々の気体
取入口に極く接近して組合された３本の十字型噴射チューブ７０Ａ、７０Ｂ、７
０Ｃを有する十字型噴射器６０Ｂの上面図である。交差噴射器６０Ａ及び６０Ｂ
は、図４Ａに詳細に示された線Ｘ−Ｘ’の上方におけるＡＬＤリアクタの上部に
おいて採用され得る。但し、交差噴射チューブ６０による任意の１種類の反応物
質による完全被覆を達成するためには、基板２２が少なくとも９０°だけ回動さ
れるべきことは良好に理解される。これにより、完全な一回転だけでＡＬＤプロ
セスサイクルを完了してＡＬＤプロセスサイクルを可能的に迅速化し得る。しか
し、経路長の増大、相互の近傍における２本若しくは３本の同心的な各噴射器７
０の離間、ならびに、回動間隔の短縮は、パルス／回動同期と慎重にバランスを
取らねばならない。従って、十字型噴射チューブ６０が更に多数の分枝部を有せ
ば長手噴射器と比較して幾つかの利点が提供され得るが、関連する利点及び複雑
さは慎重に考慮せねばならない。

【００４７】実施例５図１１（ａ）及び図１１（ｂ）は他のＡＬＤリアクタ構成の概略を示しており
、長手噴射チューブは、基板２２の周縁部からその中心に向けて内方に延在して
中心を僅かに越える径方向噴射チューブ８０により置換される。図１１（ａ）は
、中央噴射チューブの直下の半径上に噴射する径方向管８０を備えたＡＬＤリア
クタの垂直断面図であり、図１１（ｂ）は上面図である。図４Ａに示された線Ｘ
−Ｘ’の下方におけるＡＬＤリアクタの部分の変更は無い。図４Ａ，４Ｂに示さ
れた構成の詳細は簡略のために省略される。

【００４８】このようなガス噴射方式においては、一定角速度にて円形運動に設定されたほ
ぼ円形の基板２２と同一の半径上に突出するチューブ８０から回動される基板２
２上に反応物質が噴射される。径方向噴射チューブ８０は、図４Ａに詳細に示さ
れた線Ｘ−Ｘ’の上方におけるＡＬＤリアクタの上部において採用可能である。
基板２２の中心における被覆を提供すべく、上記噴射チューブの長さは意図的に
基板の半径よりも長くされ得る。

【００４９】このようなＡＬＤリアクタ構成では、反応性ガス若しくはパージガスにより完
全被覆を達成すべくガスパルスの間に少なくとも完全な一回転にわたり基板２２
が回動されることが必要である。故に、基板２２の垂直軸心の回りにて基板２２
を４回だけ完全回転する間に１回の完全なＡＬＤプロセスサイクルが完了され得
ることが必須である。

【００５０】実施例６図１２には、代替的なＡＬＤリアクタ構成が概略的に示されている。図１２は
、積層式周縁Ｏ−リング９０により回転基板２２にガス噴射を行うＡＬＤリアク
タの概略を示している。図４Ａに示された線Ｘ−Ｘ’の下方におけるＡＬＤリア
クタの部分の変更は無い。図４Ａ及び図４Ｂに示された構成の詳細は簡略のため
に省略される。

【００５１】このような構成において各反応物質は、基板２２の上方の個々の平面内に載置
されかつ近接積層された円形Ｏ−リング９０から噴射される。各Ｏ−リング９０
は、基板２２を完全に覆うべくウェハ上に反応性ガスフロー若しくはパージガス
フローを放出する開孔を有する。基板２２は、その完全被覆を促進すべく回動可
能である。しかし当業者であれば、このようなＡＬＤリアクタ構成は、Ｏ−リン
グ９０が円形基板２２の全ての側から気体を噴射するので基板回動は省略可能で
あることは明白であろう。このような構成において大面積の均一なＡＬＤプロセ
スを実現する上で重要な限定要因は主として、リアクタの体積とＯ−リング９０
の気体の経路長（円周）である。

【００５２】ＡＬＤリアクタの体積Ｖは次の様に定義される：Ｖ＝π（ｒ^*２）ｈ（２）式中、ｒはチャンバの半径であり、ｈはチャンバ高さである。チャンバの高さ
は気体流の傾斜角度に密接に関連することも理解される。ＡＬＤリアクタの円周Ｌは次の様に定義される：Ｌ＝２πＲ（３）両式ともに経路長を決定することから、ＡＬＤプロセス・チャンバ内における
気体の滞留時間を決定する。このためガスは、基板２２の表面から完全に除去さ
れる前に、Ｏ−リング９０内への噴射点から、円周の半分ならびに基板２２の半
径の少なくとも２倍に等しい経路長を踏破することが必須である。故にこのよう
な構成における上記気体の最小経路長ｄは以下の如く定義される。

【００５３】ｄ＝π・ｒ＋２ｒ（４）実施例７図１３（ａ），１３（ｂ）は、回動基板２２上の積層式長手ガス噴射器１００
からの側方ガス噴射を示している。図１３（ａ），図１３（ｂ）は、積層式長手
噴射器１００の側面図及び上面図をそれぞれ示している。図４Ａに示された線Ｘ
−Ｘ’の下方におけるＡＬＤリアクタの部分の変更は無い。また、図４Ａ，図４
Ｂに示された構成の詳細は簡略のために省略される。このＡＬＤリアクタ構成に
おいて基板２２は、実質的に水平面内に積層された噴射チューブ１００と、噴射
チューブ１００と対向すべくリアクタの逆端部に載置された排出口と、のほぼ中
間に配置される。反応性ガス及びパージガスは上記基板の直径の近傍にて該基板
に衝当する。各ガスパルスの間に、基板２２は自身の垂直軸心の回りにて水平面
内で角度運動すべく設定される。

【００５４】実施例８図１４は、固定された“上下逆の”基板１１２と上向きフロー噴射を提供する
回動噴射チューブ１１０とを備えた逆転ＡＬＤリアクタ１０６の概略図である。
このＡＬＤリアクタ構成において各反応物質は、真空チャックなどの適切な機構
によりヒータ１１４に水平に当接すべく下向きに保持された静止基板１１２に対
して回動噴射チューブ１１０を介して上方に噴射される。上記基板は、背面から
の真空チャックの補助により所定位置に保持される。回動機構を除き、図４Ａに
示された線Ｘ−Ｘ’の下方におけるＡＬＤリアクタの構成の変更は殆ど無い。回
動機構１０８の構成は、上記逆転ＡＬＤリアクタの底部における高速切換え気体
バルブと一体化される。

【００５５】この特定構成において回動機構１０８は、ＡＬＤリアクタ１０６の外側の下方
に載置される。ウェハは効率的な熱交換のためにヒータに近接して背後から挟持
される。反応物質及びパージガスは、リアクタ１０６の本体に取付けられたリア
クタ１０６の静止部分内へと別体的に噴射される。すると、この静止部分は、噴
射チューブ１１０に取付けられた個々の回動式“耐漏出”貫通接続部内に各気体
を供給する。

【００５６】このようなＡＬＤリアクタ構成において噴射チューブ１１０は、相互に対して
極く接近して載置されると共に、基板平面とほぼ平行な水平面内において同時に
かつ平行に回動される。反応物質は基板表面１１２への衝当に引き続き、外方に
流れ、かつ、ヒータの上方及び背後において、排出口及び／又はポンプに取付け
られた吐出口から排出される。

【００５７】実施例９また、逆転ＡＬＤリアクタ１０６構成において基板が回動されると共に、底部
には静止した各噴射チューブを備え、水平面内において下方を向いて回動される
基板１１２上に各反応物質を噴射することも想定可能である。このような構成は
、サセプタ内に取入れられた真空チャックなどの付加的ウェハ保持機構を有する
というひとつの僅かな差異を除き、図４で先に詳述された構成と厳密に同一であ
る。この配置構成によれば操作者は、処理の間において水平面内で基板を下向き
に保持かつ回動して均一に加熱することが可能である。

【００５８】本発明は各図示実施例に関して記載されたが、当業者であれば各実施形態の変
形例が存在し得ることは容易に理解されるものであり、このような変形例は本発
明の精神及び有効範囲内である。例えば本発明はＡＬＤによりウェハ基板が層若
しくは膜により被覆されるという好適な実施形態に関して記述されたが、膜層を
必要とする工具などの任意の形式の基材もＡＬＤ内に載置され得る。故に当業者
であれば、添付の請求の範囲の精神及び有効範囲から逸脱することなく多くの改
変が可能であろう。

【発明の効果】【図面の簡単な説明】

【図１】２種の不活性ガスパルスと２種の反応性ガスパルスによるＡＬＤプ
ロセス・サイクルの概略図。

【図２】横断流構成によるコンパクトなＡＬＤリアクタを示す断面図。

【図３Ａ】ＡＬＤリアクタにおける噴射チューブの構成を示す概略図。

【図３Ｂ】ＡＬＤリアクタにおける噴射チューブの構成を示す概略図。

【図４Ａ】固定された３本のガス噴射チューブと回動サセプタとを備えたＡ
ＬＤリアクタの概略図。

【図４Ｂ】サセプタ、ヒータ支持部、回動機構及びパージガスアセンブリの
詳細を示す断面図及び上面図。

【図５】適切なプラズマを生成するＲＦ電極を備えたＡＬＤリアクタの上面図
。

【図６】典型的なＡＬＤ堆積シーケンスに対するガスパルス及び回動の同期を
示すグラフ。Ｔは基板の垂直軸心についての完全一回転に要する時間であり、Ｙ
軸は任意の尺度による気体の量を表す。

【図７】適切なプラズマを生成するＲＦ電極を備えたＡＬＤリアクタの代替
的構成の上面図。

【図８】非化学量論的材料の原子層を作製すべく複数の気体取入口を備えた
ＡＬＤリアクタの代替的構成の上面図。

【図９】非化学量論的材料の原子層を作製すべく複数の気体取入口を備えた
ＡＬＤリアクタの代替的構成の上面図。

【図１０】十字型噴射チューブアセンブリの概略図。

【図１１Ａ】径方向ガス噴射器構造を備えたＡＬＤリアクタの概略図。

【図１１Ｂ】径方向ガス噴射器構造を備えたＡＬＤリアクタの概略図。

【図１２】積層式周縁Ｏ−リングにより回動する基板に対してガス噴射を行
うＡＬＤリアクタの概略図。

【図１３Ａ】積層式長手ガス噴射器から回動する基板への横方向ガス噴射を
示す概略図。

【図１３Ｂ】積層式長手ガス噴射器から回動する基板への横方向ガス噴射を
示す概略図。

【図１４】固定された“上下逆の”基板と上向き流噴射を提供する回動噴射
チューブとを備えた逆転ＡＬＤリアクタの概略図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＢＺ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷＦターム(参考） 4K030 AA02 BA02 BA08 BA09 BA25 BA29 BA48 CA04 EA03 FA10 GA05 JA11 JA12 KA05 LA14 LA15 5F045 AA00 BB02 EB02 EE19 EF04 EF05 EF10 EM10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ほぼ円筒形をなすチャンバと、該チャンバ内に装着された基板と、前記チャンバ内に装着されかつ一側に沿っ
て複数の開孔を有する少なくとも一本の噴射チューブであって、前記複数の開孔
は該複数の開孔から発するガスを前記基板に導向する、少なくとも一本の噴射チ
ューブとを有し、前記噴射チューブから気体が間欠的に供給される間に前記基板及び噴射チュー
ブの一方は前記チャンバ内の長手方向平面内において回転され、前記気体による
基板の完全で均一な被覆を確実にする原子層析出（ＡＬＤ）リアクタ。
【請求項２】前記基板は、第１反応性ガス（Ａ）、不活性ガス（Ｐ）、第
２反応性ガス（Ｂ）及び上記不活性ガス（Ｐ）から成る気体堆積シーケンスによ
り被覆される、請求項１に記載のＡＬＤリアクタ。
【請求項３】前記基板は前記少なくとも一本の噴射チューブに対する水平
面内で回動される、請求項２に記載のＡＬＤリアクタ。
【請求項４】前記基板は前記チャンバ内で静止状態にあり、かつ前記少なく
とも一本の噴射チューブは前記基板に対して相対的に回動される、請求項２に記
載のＡＬＤリアクタ。
【請求項５】前記１本の噴射チューブは第１噴射チューブからなり、前記ＡＬＤリアクタは、チャンバ内において、第１噴射チューブの両側に接近
してこの第１噴射チューブと平行に装着された第２噴射チューブ及び第３噴射チ
ューブを有する請求項３に記載のＡＬＤリアクタ。
【請求項６】前記第１噴射チューブは気体Ｐを供給し、前記第２噴射チュ
ーブは気体Ａを供給し、前記第３噴射チューブは気体Ｂを供給する請求項５に記
載のＡＬＤリアクタ。
【請求項７】前記少なくとも一本の噴射チューブは十字形状をなす噴射チ
ューブ構造からなる請求項２に記載のＡＬＤリアクタ。
【請求項８】前記少なくとも一本の噴射チューブは径方向に延びるガス噴
射器構造からなる請求項２に記載のＡＬＤリアクタ。
【請求項９】前記少なくとも一本の噴射チューブは周方向に延びる複数の
積層されたＯ−リングからなる請求項２に記載のＡＬＤリアクタ。
【請求項１０】前記少なくとも一本の噴射チューブは長手方向に延びる複
数の積層された噴射器からなる請求項２に記載のＡＬＤリアクタ。
【請求項１１】（ａ）ウェハ基板に向かうガスフローのための複数のスロ
ットを含む少なくとも一本の噴射チューブを、前記基板の近傍に、該基板とほぼ
平行に配置する工程と、（ｂ）前記基板を化学的に飽和すべく前記噴射チューブを介して第１反応性ガ
スを間欠的に供給する工程と、（ｃ）前記噴射チューブ介して不活性ガスを間欠的に供給して上記第１反応性
ガスの過剰分を除去し、前記第１ガスの化学吸着単分子層を生成する工程と、（ｄ）前記噴射チューブを介して第２反応性ガスを間欠的に供給し、上記膜の
一層を形成する工程と、（ｅ）前記噴射チューブ介して不活性ガスを間欠的に供給して前記第２反応性
ガスの過剰分を除去する工程と、（ｆ）前記各間欠供給工程の間、前記基板及び前記少なくとも一本の噴射チュ
ーブの一方を相対的に連続回動させる工程とからなるウェハ基板上に対する固体
膜の原子層堆積方法。
【請求項１２】前記噴射チューブを所定位置に固定する工程と、前記噴射チューブに対して前記基板を相対的に回動させる工程と有する請求項
１１に記載の方法。
【請求項１３】基板が完全に一回転する時間をＴ秒で示す工程と、間欠供給における１回の気体の供給を（Ｔ／２）秒で完了する工程と、前記第１反応性ガス、前記不活性ガス、前記第２反応性ガス及び上記不活性ガ
スの堆積シーケンスを２Ｔ秒で完了する工程とを有する請求項１２に記載の方法
。
【請求項１４】前記基板に向けて前記各気体を導向すべく離間された各開
孔を有し、かつ前記基板に対して平行に配置された長手方向に延びる噴射チュー
ブを介して前記各気体を間欠的に供給する工程を有する請求項１３に記載の方法
。
【請求項１５】間欠供給における各気体供給の間に基板を少なくとも１８
０°にわたり回動させる工程を有する請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】前記各気体を間欠的に供給する十字形状をなす噴射チュー
ブを配備する工程と、間欠供給における各気体供給間に基板を少なくとも９０°にわたり回動させる
工程と、前記基板が３６０°にわたり回動する間に、前記第１反応性ガス、前記不活性
ガス、前記第２反応性ガス及び前記不活性ガスの堆積シーケンスを完了する工程
とを有する請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】前記基板を静止して保持する工程と、前記基板に対して前記少なくとも一本の噴射チューブを相対回動させる工程と
を有する請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】前記基板を下向きに保持する工程と、前記少なくとも一本の噴射チューブを介して各気体を基板に向けて上方に間欠
的に供給する工程とを有する請求項１２に記載の方法。
【請求項１９】（ａ）基板に向かう気体流のための複数のスロットを含む
少なくとも一本の噴射チューブを、前記基板の近傍にほぼ平行に配置する工程と
、（ｂ）前記基板を化学的に飽和すべく前記噴射チューブを介して第１反応性ガ
スを間欠的に供給する工程と、（ｃ）前記噴射チューブ介して不活性ガスを間欠的に供給して前記第１反応性
ガスの過剰分を除去し、前記第１気体の化学吸着単分子層を生成する工程と、（ｄ）前記噴射チューブを介して第２反応性ガスを間欠的に供給し、前記膜の
一層を形成する工程と、（ｅ）前記噴射チューブ介して不活性ガスを間欠的に供給して前記第２反応性
ガスの過剰分を除去する工程と、（ｆ）前記各間欠供給工程の間、前記基板及び上記少なくとも一本の噴射チュ
ーブの一方を連続的に相対回動させる工程とによる作製の間において前記基板上
に堆積された薄膜の各層を備えた集積回路。
【請求項２０】前記噴射チューブを所定位置に固定する工程と、前記噴射チューブに対して前記基板を相対回動させる工程とにより作製される
請求項１９に記載の集積回路。
【請求項２１】基板が完全に一回転する時間をＴ秒で表す工程と、間欠供給のうちの１回の気体供給を（Ｔ／２）秒で完了する工程と、前記第１反応性ガス、前記不活性ガス、前記第２反応性ガス及び上記不活性ガ
スの堆積シーケンスを２Ｔ秒で完了する工程とにより作製される請求項２０に記
載の集積回路。
【請求項２２】前記基板に向けて前記各気体を導向すべく離間された各開
孔を有し、かつ前記基板に対して平行に配置された長手方向に延びる噴射チュー
ブを介して前記各気体を間欠的に供給する工程により作製される請求項２１に記
載の集積回路。
【請求項２３】間欠供給中の各気体供給の間に前記基板を１８０°にわた
り回動させる工程により作製される請求項２２に記載の集積回路。
【請求項２４】前記各気体を間欠的に供給する十字形状をなす噴射チュー
ブを配備する工程と、間欠供給のうち各気体供給の間において前記基板を９０°回動させる工程と、前記基板の３６０°回動の間に、前記第１反応性ガス、前記不活性ガス、前記
第２反応性ガス及び上記不活性ガスの堆積シーケンスを完了する工程とにより作
製される請求項２３に記載の集積回路。
【請求項２５】前記基板を静止して保持する工程と、前記基板に対して前記少なくとも一本の噴射チューブを相対回動させる工程と
により作製される請求項２０記載の集積回路。
【請求項２６】前記基板を下向きに保持する工程と、前記少なくとも一本の噴射チューブを介して前記各気体を前記基板に向けて上
方に間欠的に供給する工程とから作製される請求項２０記載の集積回路。
【請求項２７】距線を有するほぼ円筒形をなすチャンバと、距線を有するウェハ基板を保持すべく前記チャンバ内に同軸的に装着された回
動可能な台座と、前記回動可能な台座に対向すべく前記チャンバ内に装着されると共に、前記チ
ャンバの距線にほぼ沿うように配置された少なくとも一本の噴射チューブであっ
て、当該噴射チューブの複数の離間した開口から発する気体が前記ウェハ基板の
距線に衝当するように、噴射チューブは前記回動可能な台座に対向する複数の離
間した開口を有する少なくとも一本の噴射チューブとからなり、前記噴射チューブから気体が発せられる間、前記回動可能な基部は軸心を中心
に所定速度で回動することによりチャンバ内における長手方向平面内で前記ウェ
ハ基板を回動させ、前記気体による前記ウェハ基板の完全で均一な被覆を確実と
する原子層堆積（ＡＬＤ）リアクタ。
【請求項２８】前記噴射チューブの少なくとも一方の端部は閉成される、
請求項２７に記載のＡＬＤリアクタ。
【請求項２９】前記噴射チューブの中央部に連結された気体取入口を有す
る請求項２８に記載のＡＬＤリアクタ。
【請求項３０】前記噴射チューブの開放端部に連結された気体取入口を有
する請求項２８に記載のＡＬＤリアクタ。
【請求項３１】前記噴射チューブは第１噴射チューブから成り、前記ＡＬＤリアクタは、前記第１噴射チューブの両側に接近してこの第１噴射
チューブと平行に取付けられた第２噴射チューブ及び第３噴射チューブを有する
請求項２７に記載のＡＬＤリアクタ。
【請求項３２】前記第１噴射チューブは不活性ガス源に連結され、前記第
２噴射チューブは第１反応性ガス源に連結され、かつ、前記第３噴射チューブは
第２反応性ガス源に連結される、請求項３１に記載のＡＬＤリアクタ。
【請求項３３】前記回動可能な台座は前記ウェハ基板に熱エネルギを供給
して所望の化学反応に影響を及ぼす請求項３２に記載のＡＬＤリアクタ。