JP2004036004A - 気化液体反応物のパルス的供給の方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】　液体ソースから原子層堆積（ＡＬＤ）反応炉などの気相堆積反応炉に気化反応物を供給する方法および構造を提供すること。
【解決手段】　液体反応物（または、液体溶剤に溶解された固体反応物）の大部分は、保管容器で反応炉高温ゾーンの外に保たれるので、長く高温にさらされて分解されることがない。保管容器は反応炉の高温ゾーン内の気化チャンバと液体で連絡しているので、気化チャンバ内に高い蒸気圧を維持することができる。高温ゾーンの外の保管容器の再充填が簡単化され、さらに液体反応物の大部分は不安定になる温度に長くさらされない。同時に、高温ゾーン内に気化チャンバを保持することの利点が維持される。さらに、堆積操作間に、または、必要でないときには周期的に、気化チャンバ内に残っている液体反応物を、より低温に保たれている保管容器、または別個の液抜き容器に排出して戻すことができる。
【選択図】　　　図１

Description

　本発明は気化液体反応物を気相堆積装置（たとえば、化学気相成長すなわちＣＶＤ）に供給することに関し、より詳細には、気化液体反応物を有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）および原子層成長（ＡＬＤ）に供給することに関する。

　原子層成長（ＡＬＤ）技術では、２つ以上の異なる反応物がパルス的方法で連続して交互に反応チャンバに供給される。反応物は、蒸気状態すなわち気体状態で反応チャンバに供給される。しかし、反応物の多くは、有機金属液体のような低蒸気圧の液体である。これらの液体反応物は、反応炉に供給する前に気化させる必要がある。液体反応物の気化は化学気相成長法（ＣＶＤ）の分野ではよく知られているが、ＡＬＤの分野では、そのような気化システムに特殊な条件が課せられる。ＡＬＤ装置は、反応物のパルス的供給を必要とする。さらに、ＡＬＤで使用される反応物は、一般に、室温でも互いに非常によく反応し合う。したがって、ＡＬＤに使用される２つ以上の反応物は、十分に分離し、反応炉に厳密に連続して供給すべきである。さらに、反応物には特に低い蒸気圧を有するものがあり、このために、気化および反応チャンバへの輸送のために特別な手段が必要になる。

　気化反応物のパルスをＡＬＤ反応チャンバに送るためのシステムが、出願人の米国特許出願公開ＵＳ２００１／００５４３７７に開示されている。このシステムでは、液体反応物のソース容器は、反応チャンバと共にホットゾーンに配置される。反応物はソース容器で気化され、「不活性ガスバルビング」と呼ばれるシステムおよび方法によって、反応物蒸気のパルスがソース容器から反応チャンバに向けて送られる。この方法によれば、不活性ガスの流れを切り換えることによって、反応物蒸気の流れは、交互に、（ｉ）ソース容器から反応チャンバに向けての不活性ガスの流れによって反応チャンバに向けて送られ、次に（ｉｉ）ソース容器と反応チャンバをつなぐ導管の一部で、逆方向の不活性ガスの流れによって、ソース容器から反応チャンバへの流れが妨げられる。

　この不活性ガスバルブシステムによって、ＡＬＤで必要とされるように、２つの相互に反応する反応物の厳格な分離を確実に行うことができる。この方法の１つの利点は、切換えバルブが不活性ガスにさらされるだけで、バルブを腐食するかもしれない攻撃的な反応物にさらされないことである。さらに、バルブは、反応炉のホットゾーンの外側に取り付けることができるので、低蒸気圧反応物を凝結させる危険性がない。反応チャンバと共通のホットゾーンにソース容器を取り付けるので、ソース容器と反応チャンバの間での気化反応物の凝結を、適切に回避することができる。

　しかし、ソース容器を反応炉のホットゾーンの中に取り付けることは、反応炉の分解を必要とする非常に複雑な仕事である。反応物材料が熱的にあまり安定でない場合、さらに厳しい問題が起こる。このことは、気化のために必要とされる高温に長くさらされている間に、反応物の熱分解、劣化または重合のような有害な影響が現れるかもしれないということを意味する。

　反応物容器を室温に保つことができるＣＶＤシステムに反応物をパルス的に供給する方法が、Ｖｅｒｓｔｅｅｇの米国特許５，４５１，２６０（特許文献１）に開示されている。この方法によれば、液体反応物は超音波霧化ノズルにパルス的に供給され、このノズルが霧化液体反応物をＣＶＤ反応炉チャンバ中に直接噴射する。記述されている堆積方法はパルスＣＶＤであり、反応物パルス間の待ち時間中に、基板表面の分子は再配列することができるようになる。ＡＬＤで一般に使用されているように反応物の厳しい分離が必要とされる場合、この添加方法が、２つ以上の互いに反応し合う反応物を連続して交互に添加するために機能するということは疑わしい。

　反応物容器を周囲温度に保つことができる堆積反応炉に、液体反応物を気化しパルス的に供給する他の方法が、Ｌｅｅによって米国特許６，３８０，０８１（特許文献２）に開示されている。Ｌｅｅによって開示された方法によれば、反応物が液体状態のままであるように、液体反応物の温度および圧力を両方とも上昇させる。そのとき、温度を維持しながら液体反応物を瞬間的に低圧にさらす。その結果、反応物はすぐに気化する。Ｌｅｅによる方法では、液体反応物が高温に保持されている中間槽が使用されるが、このことは、限られた熱安定性を有する液体反応物では問題のあることである。２つの堆積操作の間に槽に残っている液体反応物は、槽に存在する長い時間の間に劣化することがある。さらに、互いに反応し合う異なる材料の連続したパルスをＬｅｅの方法を使用して十分に分離することができるかどうか疑問である。

　最後の２つの方法では、ＡＬＤで、単分子層付着に必要なような極端に小さな大きさの液体パルスの添加が必要となる。これは非常に難しい。さらに、ＡＬＤでは、液体反応物と気体反応物の組合せが使用されることが多い。上述の方法によれば、液体反応物は液体パルスの生成を必要とするのに対して、気体反応物は気体パルスの生成を必要とする。再現性のあるやり方で正確にかつ連続して液体パルスと気体パルスの時間を合わせるように、液体パルスと気体パルスを同期させることは困難である。さらに、ほぼ１００ミリ秒以下のＡＬＤに使用される短いパルス時間が、液体反応物供給を使用して可能であるかどうか非常に疑わしい。
米国特許第５４５１２６０号明細書 米国特許第６３８００８１号明細書

　本発明の目的は、非常に低い蒸気圧を有する気化された固体または液体の反応物を気相成長反応チャンバに供給する方法であって、上述の欠点を回避しかつ従来の気化を使用する方法を提供することである。この方法では、ある量の液体反応物または固体反応物が蒸気と共存している。

　本発明の一態様によれば、液体反応物は、反応物を不安定にしない程度に十分に低い第１の低温Ｔ１の保管容器に保管される。使用のために、気化チャンバに液体反応物が部分的に充填されるように、ある量の液体反応物が保管容器から気化チャンバに送られる。Ｔ１よりも高くかつ十分な量の気化反応物が生成されるように十分に高い第２の温度Ｔ２のホットゾーンに、気化チャンバが配置される。気化反応物は、気化チャンバの上の部分の反応物の表面の上に集められる。気化反応物は、気化チャンバから、Ｔ１よりも高い第３の温度Ｔ３のホットゾーンに配置された反応チャンバに送られる。

　本発明の他の態様によれば、液体反応物は、反応物を不安定にしない程度に十分に低温に保たれた第１の低温Ｔ１の保管容器に保管される。使用するためには、気化チャンバに液体反応物が部分的に充填されるように、保管容器から気化チャンバにある量の液体反応物が送られる。気化チャンバは、Ｔ１よりも高くかつ十分な量の気化反応物が生成されるように十分に高い第２の温度Ｔ２のホットゾーンに配置される。気化反応物は、気化チャンバの上の部分の液面の上に集められる。不活性ガスバルブの方法に従って不活性ガスの流れを切り換えることによって、気化反応物は、気化チャンバから反応チャンバにパルス的な方法で送られる。反応チャンバは、Ｔ１よりも高い第３の温度Ｔ３のホットゾーンに配置されている。

　本発明の他の態様によれば、固体または液体ソースから気相反応物を供給する方法は、前駆物質を含む液体を保管容器から、保管容器よりも高い温度に保たれている気化チャンバに供給することを含む。前駆物質は、気化チャンバで気化され、反応チャンバに輸送され、この反応チャンバ中で気相堆積プロセスが行われる。未気化液体は、気相堆積プロセスを行った後で、気化チャンバを開くことなしに気化チャンバから排出される。

　本発明の他の態様によれば、気化チャンバは液抜きを備え、使用後に、気化チャンバ中に残っている未気化反応物は、排出によって気化チャンバから除去される。

　本発明の好ましい実施形態では、気化チャンバおよび反応チャンバは共通のホットゾーンに取り付けられる。その結果、気化チャンバと反応チャンバの間での凝結は防止され、加熱ジャケットを用いた反応物導管の煩わしい加熱は不要になる。

　本発明の好ましい実施形態について以下に図面を参照して説明する。

　室温で非常に低い蒸気圧を有する液体または固体反応物の使用は、実質的に室温より高い温度に液体または固体反応物を加熱することが一般に必然的に伴い、その結果、上昇された温度での反応物の蒸気圧は、反応チャンバに気化反応物を適切に供給するのに十分になる。ＡＬＤプロセスでは、「適切な」供給により、基板表面は自己限定反応で飽和する。そのような供給システムでは、冷たい箇所は気化反応物の凝結の原因となるので、すべての部品および導管は、そのような冷たい箇所が生じないように注意深く加熱しかつ絶縁しなければならない。より具体的には、液体または固体反応物が気化される気化チャンバから、基板に膜を堆積するために反応物が使用される反応チャンバまでの経路において、導管、バルブおよび他の部品の温度は、凝結が起きることがないことを保証するために、一定であるか連続的に上昇していなければならない。必要な気化温度が高いとき、たとえば２００℃かそれより高いとき、これを行うのは簡単ではない。さらに、反応物が消費されたときに、空の反応物容器を一杯のものと交換する必要がある。熱絶縁および加熱ジャケットを取り除き、それらを再び取り付け直すことは、労働集約的で時間のかかるプロセスであり、その間は反応炉の生産能力が失われる。したがって、気化チャンバと反応チャンバを共通のホットゾーンに配置することは非常に有利であると考えられている。

　しかし、ある量の液体または固体反応物を含んだ気化チャンバと、反応チャンバとを共通ホットゾーンの中に配置することには、多少の欠点もある。まず第１に、容器をホットゾーンに置くために、ホットゾーンは、アクセスを可能にするために開け、さらに気化チャンバを配置した後で再び閉める必要がある。これは時間のかかる手順である。反応物が消費され気化チャンバが空になるたびに、一杯の気化チャンバと取り替える必要がある。他の欠点は、多くの低蒸気圧反応物は、気化および反応チャンバへの気相での輸送に必要な高温で長期的安定性を有しないかもしれないことである。

　したがって、好ましい実施形態は、低蒸気圧反応物を使用する薄膜堆積用装置を提供する。この装置は、反応チャンバと共にホットゾーン内に配置された気化チャンバを含み、反応物を気化チャンバに送るための給送手段を有する。好ましい実施形態では、気化チャンバは、さらに、気化チャンバから未気化反応物を排出するための液抜きを備える。

　本発明について、図に示す特定の実施形態を参照してさらに説明する。図１に、本発明の一実施形態によるシステムを模式図化して示す。一般に周囲温度である温度Ｔ１の保管容器１００は、ある量の液体反応物１０２を含む。容器１００の上の空間１０４は不活性ガスで満たされている。不活性ガスは、保管温度での反応物の蒸気圧に対応して少量の反応物蒸気を含む可能性がある。不活性ガス給送ライン１１２に通じるバルブ１１４を開くことで、給送ライン１１０を介して、保管容器１００に加圧不活性ガスを充填することができる。もしくは、ポンプ１１６に通じるバルブ１１８を開くことで、保管容器１００を排気することができる。保管容器１００は、バルブ１２２で閉じることができる立ち上り管１２０、および液体反応物給送ライン１２４を通して、気化チャンバ３１０と接続している。液体反応物給送ライン１２４は、気化チャンバ３１０の下の部分に流し込む。

　気化チャンバ３１０は、温度Ｔ２のホットゾーンに配置されている。温度Ｔ２は、Ｔ１よりも高く、かつ、Ｔ２に対応する反応物の蒸気圧が適切な量の気化反応物の生成および反応チャンバへの輸送を容易にするのに十分に高くなるくらいに高い。一般に、Ｔ２は反応温度に近いか、または等しい。気化チャンバの上の部分で、反応物蒸気３１４が高温の未気化反応物３１２の上に集められる。気化反応物３１４は、気化反応物導管４２０を介して、Ｔ３のホットゾーン４００に配置されている反応チャンバ４１０に送られる。Ｔ３はＴ１よりも高く、さらに、好ましくはＴ３はＴ２以上である。反応蒸気および反応副生成物は、ポンプ排出管４５２を備えるポンプ４５０に接続された排出導管４３０を介して、反応チャンバ４１０から排出される。排出導管４３０は、前部ラインフィルタ４４０を備える。

　特許公開ＵＳ２００１／００５４３７７に記載されているように、不活性ガスバルブのシステムによるパルス的な方法で、気化反応物３１４を反応チャンバ４１０に送ることができる。この特許公開の開示は、参照により本明細書に組み込む。このシステムは、不活性ガスの給送装置１３０と、マスフローコントローラ１３２などの流れ制御デバイスと、不活性ガスをパルス的に気化チャンバ３１０に供給するためにパルス化バルブ１３８を備えた不活性ガス供給ライン１３６と、オリフィス４２４を備えた不活性ガスパージライン１３４とを備える。さらに、不活性ガスバルブシステムは、一端で気化反応物導管４２０と連絡し他端で排出導管４３０と連絡したバイパス導管４２２を備える。バイパス導管４２２は、オリフィス４２８を備える。反応チャンバ４１０の入力側はゲートバルブ４２６を備える。

　図１に示すように、気化チャンバ３１０を収容するＴ２のホットゾーン３００および反応チャンバ４１０を収容するＴ３のホットゾーン４００は互いに隣接し、かつ密接結合している。２つのホットゾーンは、囲繞する絶縁材料の少なくともいくらかを共通にする共通ホットゾーンを形成して、その結果、２つのホットゾーン３００、４００が両方とも保管容器１００から熱的に分離されるようになるのが好ましい。ホットゾーンは別個のヒータおよび温度コントローラを備えることができる。これらの別個のヒータおよび温度コントローラは、全ホットゾーン３００、４００全体にわたった一様な温度（Ｔ２＝Ｔ３）の設定を容易にするように互いに自由に熱的に連絡している。もしくは、別個のヒータおよびコントローラを使用して、異なる温度Ｔ２およびＴ３にすることができる。後者の配列では、ホットゾーン３００と４００は密接結合しているが、２つのゾーンの間にたとえば５０℃の温度差を容易につけることができるように、絶縁材料またはギャップのような熱絶縁が境界面に存在するのが好ましい。ホットゾーン３００と４００の密接結合には、これらのゾーンが、室内雰囲気および保管容器１００から十分に分離された比較的大きな面積の境界面を共有することが必要になる。さらに、図示のように、ホットゾーン３００と４００の両方を単一の低圧ゾーン５００の中に収容することができる。

　図示のシステムの動作の説明に際して、まず、気化チャンバ３１０は初めは空であると仮定する。保管容器１００が不活性ガス給送ライン１１２と連絡するようにバルブ１１４を開くことで、保管容器１００を加圧することができる。保管容器１００を加圧した後で、バルブ１１４を再び閉じることができる。

　保管容器１００から気化チャンバ３１０に液体を送るために、液体反応物給送ライン１２４のバルブ１２２を開く。その結果、気化チャンバ３１０に液体反応物３１２が部分的に充填される。気化チャンバ３１０に注入される液体量は、さまざまな方法で制御することができる。たとえば、バルブ１２２を所定の時間だけ開くことができる。保管容器１００内の過圧量の制御とライン１２４の一定の流れ抵抗とを組み合わせることで、気化チャンバ３１０に再現性よく注入することができるようになる。もしくは、気化チャンバに注入された液体量の測定または積極的制御を行うように、液体流量測定デバイス（液体用ＭＦＣ）または制御デバイス（図示しない）をライン１２４に含めることができる。もしくは、ある種のレベル感知デバイスを気化チャンバ３１０に設けることができる。気化チャンバ３１０は、好ましくは堆積操作間に規則的に再充填することができ、または、気化チャンバ３１０の未気化液体３１２のレベルが所定のレベルより下になったときにだけ再充填することができる。

　気化チャンバ３１０に注入した後で、バルブ１２２を再び閉じる。それから、気化チャンバ３１０の温度になるまで、気化チャンバ３１０中の液体反応物３１２を加熱する。一般に、これは、気化チャンバ３１０の温度を一定値に制御し、冷たい液体反応物が吸収する熱を補償することで行われる。反応物が気化温度になったとき、気化反応物３１４の反応チャンバ４１０への再現可能な給送を始めることができる。環境と要件に依存して、不活性ガスとの組合せであろうとなかろうと、反応チャンバへの気化反応物の連続供給か、または反応チャンバへの気化反応物のパルス的な供給かいずれかを適用することができる。

　使用後、気化チャンバに残っている未気化反応物３１２を次の方法で除去することができる。ゲートバルブ４２６を閉じ、マスフローコントローラ１３２で不活性ガスの流れを制御して、気化チャンバ３１０内の圧力を高める。次に、ポンプ１１６に通じるバルブ１１８を開いて、保管容器１００内の圧力が気化チャンバ３１０内の圧力よりも低くなるまで、保管容器１００の上方の空間１０４を排気する。次に、バルブ１２２を開く。その結果、液体反応物３１２は気化チャンバ３１０から保管容器１００に流れ、ついには、すべての未気化反応物３１２が気化チャンバ３１０から排出される。ライン１２４に取り付けられ、図１に示さない液体流量測定デバイスを使用して、この排出が完了したかどうかを検査することができる。排出手順の完了後、バルブ１１８および１１２を閉じ、ゲートバルブ４２６を再び開く。液体反応物の排出後に、残っている微量の反応物を気化チャンバ３１０から蒸発させるための不活性ガスによるパージ手順を続けることができる。

　気化チャンバのこの排出は、任意の適切な間隔で行うことができる。たとえば、１操作分の反応物を気化チャンバに注入し、操作後に残っている反応物を排出することができる。同様に、使用されていないときはいつでも気化チャンバの液抜きを行うように決定することができる。しかし、間隔は操作数であることもあり、１組の堆積操作の間の休止期間中ずっと気化チャンバの液抜きを行うことができる。もしくは、毎日、または３日ごと、または１週ごとのような時間間隔を選ぶことができる。また、この２つの組合せ、たとえば５回の操作ごとであるが少なくとも２日ごとの液抜きを選ぶこともできる。最も適切な間隔は、システムの利用および反応物の熱安定性などの環境に依存する。

　次に、不活性ガスバルブのシステムおよび方法によって反応チャンバに気化反応物をパルス的に供給することについて説明する。不活性ガスの連続的な流れは、流量制御デバイス１３２を用いて設定する。反応チャンバ４１０への反応物の供給がない間は、バルブ１３８を閉じ、パージ導管１３４、オリフィス４２４、および反応チャンバ４１０に通じる導管４２０を介して不活性ガスを流す。不活性ガスの一部は反応チャンバ４１０を通ってポンプ４５０に流れるが、不活性ガスの他の部分はＡからＢまでの導管４２０を通りさらにバイパス導管４２２を介してポンプ４５０の方向に流れるように、オリフィス４２８を含んだバイパス導管４２２の大きさは作られている。セクションＡＢの不活性ガス流によって、不活性ガス流の拡散バリアが生成されて、反応チャンバ４１０への気化反応物の蒸気流すなわち拡散が防止される。

　気化反応物を反応チャンバ４１０に供給する場合、バルブ１３８を開く。オリフィス４２４の寸法は、不活性ガスの大部分が気化チャンバ３１０に流れ、蒸気を気化チャンバ３１０から反応チャンバ４１０に運ぶような制限として作られている。依然としてパージライン１３４中を流れる少量の不活性ガスは、点Ａからパージライン１３４中への反応物の拡散を防止するのに有効である。気化チャンバ３１０から反応チャンバ４１０への流れのうちのごく一部分が、バイパス導管４２２を通って分流する。留意すべきことであるが、バイパス系統が存在することで、反応チャンバ４１０に気化反応物を供給している間、やむを得ず反応物の多少の損失が生じる。これは、マイナス面の効果である。

　バイパス導管を取り付ける理由は、反応物を反応チャンバに供給すべきでない期間中に、不活性ガスで拡散バリアを作ることができるからである。この不活性ガスバルブのシステムおよび方法の利点は、不活性ガスの流れを切り換えることで反応物蒸気パルスを作ることができることである。ここで、不活性ガス流パルス化バルブ１１８は、ホットゾーン３００、４００の外に取り付けることができる。さらに、このバルブ１１８は、不活性ガスにさらされるだけで、腐食性を有し得る反応物蒸気にさらされない。不活性ガス切換えバルブ１３８は、同様に、ホットゾーン３００、４００の外にある。

　本発明の第２の実施形態を図２に示す。ここで、同様な部分は図１と同様な参照数字で示す。図２に示すシステムは、図１に表す特徴に加えて、排出された反応物１６２を集めるための液抜き容器１６０を備える。液抜き容器１６０は、バルブ１７２で閉じることができるポンプライン１７０を介して、ポンプ１１６に接続されている。液抜き容器１６０は、バルブ１７６を備える液抜き導管１７４を介して、液体反応物供給ライン１２４に接続されている。図示の構成の利点は、気化チャンバ３１０の液抜きを行うことができるだけでなく、液体反応物給送導管１２４の高温部分の液抜きも行うことができることである。しかし、別法として、液抜きライン１７４は、気化チャンバ３１０に別個に接続してもよい。

　図２に示す構成を用いて、気化チャンバ３１０から排出された反応物で保管容器１００の中の反応物が汚染される危険性を回避することができる。気化チャンバ３１０に液体反応物を注入する手順は、図１に関して説明したのと同じである。液抜き手順は、同様であるが、排出される反応物が液抜き容器１６０に集められるように異なっているハードウェア構成に適用される。ゲートバルブ４２６を閉じ、マスフローコントローラ１３２で不活性ガスの流れを制御することで、気化チャンバ３１０内の圧力は上昇する。次に、ポンプ１１６に通じる排気導管１７０のバルブ１７２を開いて、液抜き容器１６０内の圧力が気化チャンバ３１０内の圧力よりも低くなるまで、液抜き容器１６０の上方の空間１６４を排気する。次に、バルブ１７６を開くと、液体反応物３１２は気化チャンバ３１０から液体反応物導管１２４および液抜き導管１７４を介して液抜き容器１６０に流れるようになり、すべての未気化反応物３１２が気化チャンバ３１０から排出される。図２の図示の構成では、反応物が専用の液抜き容器１６０に排出されるように、バルブ１１８および１２２は閉じられる。液抜き導管１７４に取り付けられた、図２に示さない液体流量測定デバイスは、液抜きが完了したかどうかを検査するために使用することができる。液抜き手順の完了後に、バルブ１７２および１７６を閉じ、ゲートバルブ４２６を再び開く。液体反応物の排出後に、残っている微量の反応物を気化チャンバ３１０から蒸発させるための不活性ガスによるパージ手順を続けることができる。

　図１および図２によるシステムに、液体反応物にさらされた導管を洗浄する溶剤システムを設けることもできる。たとえば、空であるために保管容器１００を取り替える必要があるとき、いくつかの導管を分離しなければならない。そのような導管が、液体の形か壁に吸着された状態かのいずれかでまだ反応物を含んでいるとき、周囲空気との反応、したがって導管の汚染が起こることがある。反応物の残りをすべて除去する適切な溶剤で導管をフラッシングすることで、これを防止することができる。

　本発明の他の実施形態では、上で説明したような方法で、溶剤に溶解した蒸気反応物用固体ソースを保管容器から気化チャンバに送ることができる。気化溶剤と共に気化反応物を反応チャンバに送ることができる。反応物と反応することなくかつ堆積プロセスで不活性であるように、溶剤を選ぶべきである。もしくは、溶剤が蒸気圧の高い溶剤である場合、反応物材料を使用する前に固体反応物材料だけが残るまで気化チャンバから溶剤を気化することができる。固体前駆物質は一般に蒸気圧が非常に低いので、高蒸気圧溶剤の気化で、非常に少ない反応物材料の損失が生じるだけである。この場合でも、使用後、気化チャンバを溶剤でフラッシングし、反応物が溶けている状態の溶剤を気化チャンバから排出することで、未気化固体反応物を気化チャンバから除去することができる。

　上述のシステムおよび方法を有利に使用できる反応物およびプロセスの実施例をこれから示す。金属ソース材料としてのタンタルペンタエトキシド（ＴＡＥＴＯ）から酸化タンタルを堆積することを想定する。ＴＡＥＴＯの蒸気圧は低く、１６０℃の温度で、蒸気圧は約１［Ｔｏｒｒ］である。したがって、十分な気化および堆積プロセスのための蒸気輸送を容易にするように、１５０℃から２００℃の範囲かそれ以上の温度に加熱することが好ましい。気化すべき液体を含んだ気化チャンバを堆積反応炉のホットゾーンに配置したとき、これを都合よく行うことができる。ＴＡＥＴＯは水蒸気と容易に反応する。水はＴＡＥＴＯよりもはるかに高い蒸気圧を有する。したがって、水を気化する容器は、反応チャンバのホットゾーンの外に置くべきである。ＴＡＥＴＯと水蒸気は、反応を制御するのが困難なほどに互いに非常によく反応するが、水とＴＡＥＴＯの蒸気パルスに基板を交互に連続してさらすことで、この化学的性質をＡＬＤプロセスで好都合に利用することができる。２２０℃の反応チャンバ温度を使用し、さらに２００℃の気化チャンバ温度を選んだ。気化チャンバに残っているＴＡＥＴＯを、少なくとも毎日排出し、液抜き容器に集めた。

　上述の発明は、ある好ましい実施形態の観点から説明したが、当業者には他の実施形態も明らかであろう。たとえば、ここで説明した実施形態のある特徴および利点は、ＡＬＤ反応炉の背景で説明したが、他の種類の堆積反応炉にも応用できる。さらに、分離された保管容器と気化チャンバのある特徴および利点は、ホットゾーン内に気化チャンバを有する気相堆積反応炉のホットゾーンの外に保管容器を配置するのに特に有利であるが、ホットゾーンに対する他の位置でも使用可能である。さらに、本発明の開示を考慮すれば、他の組合せ、省略、代替、および修正が当業者には明らかであろう。したがって、本発明は、好ましい実施形態の詳説によって制限されることを意図したものではなく、添付の特許請求の範囲を参照して定義されるべきものである。

本発明の第１の実施形態によるＡＬＤ反応炉の系統図である。 本発明の第２の実施形態によるＡＬＤ反応炉の系統図である。

符号の説明

１００　保管容器
１０２　液体反応物
１０４　空間
１１０　給送ライン
１１２　不活性ガス給送ライン
１２４　液体反応物給送ライン
１３４　パージライン
１３６　不活性ガス供給ライン
１６０　液抜き容器
１６２　排出された反応物
１６４　空間
１７４　液抜き導管
３１０　気化チャンバ
３１２　液体反応物（未気化反応物）
３１４　気化反応物
４１０　反応チャンバ
４２０　気化反応物導管
４２４　オリフィス
４２２　バイパス導管
４３０　排出導管
４４０　前部ラインフィルタ
４５０　ポンプ
４５２　ポンプ排出管
５００　単一低圧ゾーン

Claims (34)

1. 　低蒸気圧反応物を反応チャンバに送るためのシステムであって、
   　ある量の液体反応物を含んだ、第１の温度Ｔ１の保管容器と、
   　Ｔ１よりも高い第２の温度Ｔ２のホットゾーンに配置された気化チャンバであって、液体反応物給送ラインを通して前記保管容器と接続され、かつ液体反応物が部分的に充填され、さらに前記気化チャンバの上の部分の前記液体反応物の表面の上に気化反応物を集めるように構成された気化チャンバと、
   　Ｔ１よりも高い第３の温度Ｔ３のホットゾーンに配置され、気化反応物給送導管を通して前記気化チャンバに接続された反応チャンバと
   　を備えるシステム。
2. 　さらに、使用後に残留反応物を排出するように、一端が前記気化チャンバの底部分に接続された液抜きを備える、請求項１に記載のシステム。
3. 　前記液抜きが、ポンプおよび前記保管容器と連絡した前記液体反応物給送ラインを備える、請求項２に記載のシステム。
4. 　前記液抜きは、一端が前記気化チャンバと連絡し、他端が排出された反応物を集める液抜き容器と連絡する液抜き導管を備える、請求項２に記載のシステム。
5. 　さらに、前記液抜き導管に液体流量測定デバイスを備える、請求項４に記載のシステム。
6. 　Ｔ３がＴ２と同じかより高温である、請求項１に記載のシステム。
7. 　前記気化チャンバのホットゾーンと前記反応チャンバのホットゾーンが密接結合している、請求項１に記載のシステム。
8. 　前記気化チャンバのホットゾーンおよび前記反応チャンバのホットゾーンが、互いに自由に熱的に連絡し、かつ前記保管容器から熱的に絶縁されている、請求項１に記載のシステム。
9. 　前記気化チャンバのホットゾーンが、前記反応チャンバのホットゾーンの一部である、請求項１に記載のシステム。
10. 　気化反応物が、前記気化チャンバから不活性ガスバルブシステムを通して前記反応チャンバに向けられる、請求項１に記載のシステム。
11. 　さらに、前記液体反応物給送導管に液体流量制御デバイスを備える、請求項１に記載のシステム。
12. 　固体または液体ソースから気相反応物を供給する方法であって、
    　保管容器から、前記保管容器よりも高温である気化チャンバに前駆物質を含む液体を供給するステップと、
    　前記気化チャンバで前記前駆物質を気化するステップと、
    　前記気化された前駆物質を反応チャンバに輸送するステップと、
    　前記反応チャンバで前記気化前駆物質を使用して気相堆積プロセスを行うステップと、
    　前記気相堆積プロセスを行った後で、前記気化チャンバを開くことなしに、前記気化チャンバから未気化液体を排出するステップとを含む方法。
13. 　前記液体が前記前駆物質である、請求項１２に記載の方法。
14. 　気化するステップが、前記気化チャンバ中に未気化液体を保持するステップと、前記未気化液体の上に気化された前駆物質を生成するステップを含む、請求項１３に記載の方法。
15. 　前記液体が、溶剤に溶解された固体反応物ソースを含む、請求項１２に記載の方法。
16. 　前記前駆物質を気化するステップが、前記溶剤を気化するステップと、前記固体反応物ソースを気化するステップを含む、請求項１５に記載の方法。
17. 　排出するステップが、前記気化チャンバに溶剤を供給して残っている固体反応物ソースを溶解するステップと、結果として得られた溶液を排出するステップを含む、請求項１６に記載の方法。
18. 　排出するステップが、前記未気化液体を前記保管容器に戻すステップを含む、請求項１２に記載の方法。
19. 　排出するステップが、さらにポンプを使用するステップを含む、請求項１８に記載の方法。
20. 　排出するステップが、前記未気化液体を専用液抜き容器に取り除くステップを含む、請求項１２に記載の方法。
21. 　前記保管容器が、前記前駆物質が安定である温度に保たれている、請求項１２に記載の方法。
22. 　前記気化チャンバが、前記前駆物質の沸点より上の気化温度に保たれている、請求項２１に記載の方法。
23. 　輸送するステップが、前記気化温度以上に維持されている導管に沿って前記気化前駆物質を流すステップを含む、請求項２２に記載の方法。
24. 　前記気化チャンバが、前記反応チャンバを収容する第２のホットゾーンと密接結合した第１のホットゾーン内に保持される、請求項２２に記載の方法。
25. 　前記第１のホットゾーンおよび前記第２のホットゾーンが少なくともいくつかの絶縁要素を共有する、請求項２４に記載の方法。
26. 　前記気化チャンバおよび前記反応チャンバが単一ホットゾーン内に維持されている、請求項２２に記載の方法。
27. 　輸送するステップが、前記気化前駆物質のパルスを少なくとも１つの他の前駆物質のパルスと交互に前記反応チャンバに供給するステップを含む、請求項２２に記載の方法。
28. 　輸送するステップが、前記気化チャンバから前記反応チャンバへの前記気化前駆物質の流れを、不活性ガス拡散バリアを用いて、交互に停止し許可するステップを含む、請求項２７に記載の方法。
29. 　不活性ガス拡散バリアで流れを交互に停止し許可するステップが、前記気化チャンバを収容するホットゾーンの外で不活性ガス流のバルブを制御するステップを含む、請求項２８に記載の方法。
30. 　前記気相堆積が原子層の堆積を含む、請求項１２に記載の方法。
31. 　排出するステップが、所定数の堆積の間で規則的な間隔で行われる、請求項１２に記載の方法。
32. 　排出するステップが、所定の時間経過後に堆積操作の間で規則的に行われる、請求項１２に記載の方法。
33. 　さらに、前記保管容器からの液体を前記気化チャンバに周期的に再充填するステップを含む、請求項１２に記載の方法。
34. 　周期的に再充填するステップが、前記気化チャンバの未気化液体のレベルが所定のレベルより下に落ちたことを感知するステップを含む、請求項３３に記載の方法。

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