JP2005507030A - 原子層堆積のためのガス配送装置 - Google Patents

Abstract

原子層堆積のような繰返し層堆積プロセスを実行するための装置及び方法が提供される。１つの態様において、この装置は、基板受け入れ面を有する基板支持体と、チャンバ蓋とを備え、該チャンバ蓋は、その中央部分から延びるテーパー付けされた通路と、該通路から上記チャンバ蓋の周囲部分へ延びる底面とを含み、該底面は、上記基板受け入れ面を実質的に覆う形状及びサイズにされている。又、この装置は、徐々に拡がるチャンネルに結合された１つ以上のバルブと、各バルブに結合された１つ以上のガス源も備えている。
【選択図】図１

Description

【発明の背景】
【０００１】
【発明の分野】
【０００２】
[0002]本発明の実施形態は、一般に、原子層堆積のための装置及び方法に関する。より詳細には、本発明の実施形態は、原子層堆積のための改良されたガス配送装置及び方法に関する。
【関連技術の説明】
【０００３】
[0003]サブミクロン以下の特徴部を高い信頼性で製造することは、半導体デバイスの次世代の超大規模集積（ＶＬＳＩ）及び極超大規模集積（ＵＬＳＩ）のための重要な技術の１つである。しかしながら、回路技術のフリンジがプレスされるときには、ＶＬＳＩ及びＵＬＳＩ技術における相互接続部の寸法収縮により処理能力に付加的な要求が課せられる。この技術の中心に位置する多レベルの相互接続部は、ビア及び他の相互接続部のようなアスペクト比の高い特徴部の高精度処理を必要とする。これらの相互接続部を高い信頼性で製造することは、ＶＬＳＩ及びＵＬＳＩの成功にとって非常に重要であると共に、個々の基板の回路密度及び品質を高める努力を続けるためにも非常に重要である。
【０００４】
[0004]回路密度が高まるにつれて、ビア、コンタクト及び他の特徴部、並びにそれらの間の誘電体材料の幅がサブミクロン寸法（例えば、０．２０マイクロメーター未満）へと減少するが、誘電体層の厚みは実質的に一定のままであり、その結果、特徴部のアスペクト比、即ち高さを幅で除算したものが高くなる。多くの慣習的な堆積プロセスでは、アスペクト比が４：１を越える場合、特に、アスペクト比が１０：１を越える場合には、サブミクロン特徴部を埋め込むことが困難である。それ故、アスペクト比の高いサブミクロン特徴部は実質的に空所がなく且つ継ぎ目がないものを形成するように多大な努力が払われ続けている。
【０００５】
[0005]原子層堆積は、アスペクト比の高い特徴部の上に材料層を堆積するために探求されている１つの堆積技術である。原子層堆積の一例は、ガスのパルスを順次に導入することを含む。例えば、ガスのパルスを順次に導入する１つのサイクルは、第１反応ガスのパルスと、それに続くパージガスのパルス及び／又はポンプ排気と、それに続く第２反応ガスのパルスと、それに続くパージガスのパルス及び／又はポンプ排気とを含むことができる。ここで使用する「ガス」という用語は、単一ガス又は複数のガスを含むものとして定義される。第１反応物及び第２反応物の別々のパルスを順次に導入すると、それら反応物の単層が基板の表面に交互に自己制限吸着され、ひいては、各サイクルに材料の単層を形成することができる。堆積材料の希望厚みまでサイクルを繰り返すことができる。第１反応ガスのパルスと第２反応ガスのパルスとの間に与えられるパージガスのパルス及び／又はポンプ排気は、過剰な量の反応物がチャンバ内に残留することにより反応物が気相反応するおそれを低減するように働く。
【０００６】
[0006]しかしながら、ガス配送を実行すると共に、原子層堆積による膜の堆積を実行するための新規な装置が要望される。
【発明の概要】
【０００７】
[0007]原子層堆積のような繰り返し層堆積プロセスを実行するための装置及び方法が提供される。１つの態様において、この装置は、基板受け入れ面を有する基板支持体と、チャンバ蓋とを備え、このチャンバ蓋は、該チャンバ蓋の中央部分から延びるテーパー付けされた通路と、該通路からチャンバ蓋の周囲部分へと延びる下面とを含み、該下面は、基板受け入れ面を実質的に覆う形状及びサイズとされる。又、この装置は、徐々に拡がるチャンネルへ結合された１つ以上のバルブと、各バルブに結合された１つ以上のガス源も備えている。
【０００８】
[0008]別の態様において、上記装置は、基板受け入れ面を有する基板支持体と、チャンバ蓋とを備え、このチャンバ蓋は、該チャンバ蓋の中央部分へと下方に延びる拡大チャンネルを含むと共に、該拡大チャンネルからチャンバ蓋の周囲部分へと延びる円錐状底面と、拡大チャンネルの上部の周りに配置された１つ以上のガスコンジットとを含み、該１つ以上のガスコンジットは、拡大チャンネルの中心からある角度に配置される。又、この装置は、徐々に拡がるチャンネルに結合された１つ以上のバルブと、円錐状底面の周囲付近でチャンバ蓋に配置されたチョークも備えている。
【０００９】
[0009]１つの態様において、上記方法は、１つ以上のガスを基板処理チャンバ内へ基板の中央部分の上で初期円形方向に供給するステップと、非断熱膨張によりガスの速度を低下させるステップと、基板の中央部分へガスを供給するステップと、基板の中央部分から基板を半径方向に横切って基板の周囲部分へ実質的に均一の速度でガスを指向するステップとを備えている。
【００１０】
[0010] 本発明の上記特徴をいかに達成するか詳細に理解できるようにするため、上記で概要を簡単に述べた本発明を、添付図面に示した実施形態を参照して詳細に説明する。
【００１１】
[0011]しかしながら、添付図面は、本発明の典型的な実施形態を例示するに過ぎず、従って、本発明の範囲を何ら限定するものではなく、本発明は、他の等しく有効な実施形態も受け入れできることに注意されたい。
【好ましい実施形態の詳細な説明】
【００１２】
[0027]図１は、繰返し層堆積、原子層堆積、デジタル化学気相堆積、及び急速化学気相堆積技術を実行することのできる例示的処理システム２００の概略部分断面図である。「繰返し層堆積」、「原子層堆積」、「デジタル化学気相堆積」、及び「急速化学気相堆積」という語は、ここでは交換可能に使用され、２つ以上のコンパウンドを処理チャンバの反応ゾーンに順次導入して薄い材料層を基板面に堆積する気相堆積技術を指す。
【００１３】
[0028]チャンバ２００は、チャンバ本体２０２と、ガス配送システム２３０と、真空システム２７８と、制御ユニット２８０とを備えている。チャンバ本体２０２は、側壁２０４、底部２０６及びライナー２９９を有する。チャンバ本体２０２の側壁２０４にはスリットバルブ２０８が形成され、ロボット（図示せず）が、２００ｍｍ又は３００ｍｍ半導体ウェハ或いはガラス基板のような基板２１０をチャンバ２００に導入したりそこから回収したりするためのアクセスを与える。
【００１４】
[0029]チャンバ本体２０２内には基板支持体２１２が配置され、その基板受け入れ面２１１に基板２１０を支持する。リフトモーター２１４が基板支持体２１２を上下させる。リフトモーター２１８に結合されたリフトプレート２１６がチャンバ２００内に取り付けられ、これは、基板支持体２１２を貫通して可動に配置されたピン２２０を上下させる。ピン２２０は、基板２１０を持ち上げたり、それを基板支持体２１２の受け入れ面２１１上に降ろしたりする。基板２１２を処理中に基板支持体２１２に固定するために、基板支持体２１２は、真空チャック、静電チャック又はクランプリングを含んでもよい。又、基板支持体２１２を加熱して、そこに配置された基板２１０を加熱するようにしてもよい。例えば、基板支持体２１２は、抵抗ヒーターのような埋設加熱素子を使用して加熱されてもよいし、又は基板支持体２１２の上に配置された加熱ランプのような放射熱を使用して加熱されてもよい。
【００１５】
[0030]又、チャンバ本体２０２は、パージチャンネル２２４を画成するように基板支持体２１２に配置されたパージリング２２２も備えている。パージガスは、パージチャンネル２２４を経て基板２１０の周囲部分へと流れ、そこに堆積が生じるのを防止する。
【００１６】
[0031]真空システム２７８は、チャンバ本体２０２の側壁２０４内に形成されたポンピングチャンネル２７９と連通する。真空システム２７８は、チャンバ本体２０２からガスを排気し、チャンバ２０２のポンピングゾーン２６６内に希望の圧力又は希望の圧力範囲を維持する。ポンピングゾーン２６６は、基板支持体２１２を取り巻くようにチャンバ本体２０２内に形成される。
【００１７】
[0032]ガス配送システム２３０及びチャンバ本体２０２は、チャンバ本体２０２内に反応ゾーン２６４を画成する。この反応ゾーン２６４は、基板支持体２１２と流体連通される。より詳細には、反応ゾーン２６４は、チャンバ２００内でガス源と基板面との間の容積を含む。反応ガス又はパージガスは、反応ゾーン２６４を充分に満たすことができ、基板２１０が反応ガス又はパージガスに充分曝されるよう確保する。従来の化学気相堆積では、反応物の相互反応が基板面にわたって均一に生じるよう確保するために、公知のチャンバは、反応物の合成流を基板の全面に同時に且つ均一に与えることが要求された。原子層堆積では、チャンバ２００が基板面に反応物を順次導入し、基板面に反応物の交互の薄い層を吸着させる。その結果、原子層堆積は、反応物の流れが基板面に同時に到達することを必要としない。むしろ、各反応物の流れは、基板面に吸着されるべき薄い反応物層にとって充分な量で与えられることが必要である。
【００１８】
[0033]反応ゾーン２６４は、従来のＣＶＤチャンバの内部容積に比して小さな容積を含むので、特定のプロセスに対し反応ゾーン２６４を満たすのに僅かな量のガスしか必要とされない。例えば、一実施形態では、２００ｍｍ直径の基板を処理するためのチャンバの場合に、反応ゾーン２６４の容積は、約１０００ｃｍ^３以下であり、好ましくは、５００ｃｍ^３以下であり、更に好ましくは、２００ｃｍ^３以下である。又、一実施形態では、３００ｍｍ直径の基板を処理するためのチャンバの場合に、反応ゾーン２６４の容積は、約３０００ｃｍ^３以下であり、好ましくは、１５００ｃｍ^３以下であり、更に好ましくは、６００ｃｍ^３以下である。一実施形態では、堆積に対して反応ゾーン２６４の容積を調整するように基板支持体２１２が上下されてもよい。反応ゾーン２６４の容積が小さいので、堆積ガスであろうとパージガスであろうと、僅かなガスをチャンバ２００に流し込むだけでよい。それ故、少量のガスしか使用されず、運転コストの低減となるので、チャンバ２００のスループットは大きく且つ浪費は最小にすることができる。
【００１９】
[0034]図１の実施形態では、ガス配送システム２３０は、チャンバ本体２０２の上部に配置され、プロセスガス及び／又はパージガスのようなガスをチャンバ本体２０２に供給する。ガス配送システム２３０は、チャンバ蓋２３２と、それを貫通して形成された拡大チャンネル２３４とを備えている。チャンバ蓋２３２は、底面２６０を含み、これは、チャンバ本体２０２内に配置された基板２１０を実質的に覆うサイズ及び形状にされる。
【００２０】
[0035]チャンバ蓋２３２の底面２６０の少なくとも一部分は、基板２１０の面にわたって改善されたガス速度プロフィールを与えるために、拡大チャンネル２３４からチャンバ蓋２３２の周囲部分へ（即ち基板の中心から基板の縁へ）テーパー付けされてもよい。底面２６０は、まっすぐな面、凹状面、凸状面又はその組合せのような１つ以上のテーパー付けされた面を含んでもよい。底面２６０は、漏斗の形状にテーパー付けされるのが好ましい。チャンバ蓋２３２の下方に傾斜した底面２６０と基板２１０の面との間の流れ区分の最大面積と流れ区分の最小面積との比は、約２未満であるのが好ましく、約１．５未満であるのが更に好ましく、約１．３未満であるのがもっと好ましく、約１であるのが最も好ましい。
【００２１】
[0036]理論によって束縛されることを望まないが、基板２１０の面にわたって均一の速度を有するガスは、基板２１０に対してより均一なガス堆積を与えると考えられる。ガスの速度は、ガスの濃度に直接比例し、これは、次いで、基板面に対するガスの堆積率に直接比例すると考えられる。従って、基板面の第１エリアにおけるガスの速度が基板面の第２エリアに対して高いときには、第１エリアにおけるガスの堆積率が高いと考えられる。従って、下方に傾斜する底面２６０を有するチャンバ蓋は、下方に傾斜する下面がより均一な速度を与えるので、基板面にわたってより均一なガスの堆積を与え、ひいては、基板面にわたってより均一なガス濃度を与えると考えられる。
【００２２】
[0037]拡大チャンネル２３４及び底面２６０を含むチャンバ蓋２３２の内面の少なくとも一部分は、表面の粗面度（Ｒａμｉｎ）が約４６Ｒａから６２Ｒａであり、好ましくは、約５４Ｒａである。更に、パージリング２２２の上面及びチャンバライナー２９９の上面は、表面の粗面度が約４６Ｒａから６２Ｒａであり、好ましくは、約５４Ｒａでよい。これら表面の粗面度は、これら表面に堆積される膜の接着度を高めると考えられる。堆積される膜の接着度が高まると、堆積された膜が基板の処理中に剥がれ落ちるおそれを低減し、ひいては、基板の粒子汚染のおそれを低減する。好ましい実施形態では、表面の粗面度は、鏡面研磨面を形成するための電気研磨によって与えられる。鏡面研磨面は、ガスの層流を発生する上で助けとなる。他のあまり好ましくない実施形態では、適当なより方で表面を織ることにより表面の粗面度を与えることができる。
【００２３】
[0038]チャンバ蓋２３２の温度の制御は、チャンバ蓋２３２におけるガスの分解、堆積又は凝縮を防止するために重要である。従って、チャンバ蓋２３２は、それを通して配送される特定のガスに基づいて冷却素子及び／又は加熱素子を含んでもよい。例えば、チャンバ蓋２３２を冷却するためにチャンバ蓋２３２に水チャンネル（図示せず）が形成されてもよい。別の例では、加熱素子（図示せず）が埋設されてもよいし、又はチャンバ蓋２３２を加熱するようにチャンバ蓋２３２の要素を包囲してもよい。
【００２４】
[0039]又、チャンバ蓋２３２は、チャンバプレート部分２７０及びキャップ部分２７２を含んでもよい。キャップ部分２７２は、ある温度範囲に維持され、プレート部分２７０は、別の温度範囲に維持されてもよい。例えば、キャップ２７２は、反応ガスの凝縮を防止するためにヒーターテープ又は他の加熱装置を使用して加熱され、一方、プレート部分２７０は、周囲温度に維持されてもよい。別の実施例では、キャップ２７２が加熱され、プレート部分２７０は、反応ガスの熱分解を防止するために、そこに貫通して形成された水チャンネル（図示せず）で冷却されてもよい。
【００２５】
[0040]チャンネル蓋２３２は、ステンレススチール、アルミニウム、ニッケルメッキされたアルミニウム、ニッケル、或いは実行されるべき処理に適合し得る他の適当な材料で作られてもよい。一実施形態では、キャップ部分２７２がステンレススチールで構成され、チャンバプレート部分２７０がアルミニウムで構成される。一実施形態では、付加的なプレートがステンレススチールで構成される。一実施形態では、拡大チャンネル２３４及びチャンバ蓋２３２の底面２６０が鏡面研磨面で構成されて、拡大チャンネル２３４及びチャンバ蓋２３２の底面２６０に沿ってガスの層流を発生する上で助けをしてもよい。別の実施形態では、ガスコンジット２５０Ａ、２５０Ｂの内面に電気研磨を施して、ガスの層流の発生を助けるようにしてもよい。
【００２６】
[0041]チャンバ蓋２３２は、更に、基板２１０の周囲付近で、チャンバ蓋２３２の周囲部分に配置されたチョーク２６２を含んでもよい。このチョーク２６２は、基板２１０の周囲付近のエリアで反応ゾーン２６４内のガスの流れを制限することのできるいかなる形式の障害物でもよい。チョーク２６２は、反応ゾーン２６４内に実質的に均一の圧力を維持する上で助けとなる。
【００２７】
[0042]例えば、図２Ａは、チョーク２６２の一実施形態の概略断面図である。この実施形態において、チョーク２６２は、周囲の横方向部分２６７を含む。１つの態様では、パージリング２２２は、チョーク２６２の横方向部分２６７に向ってパージガスを向けることができる。
【００２８】
[0043]別の実施形態として、図２Ｂは、チョーク２６２の別の実施形態の概略断面図である。チョーク２６２は、周囲の下方に延びる突出部２６８を含む。１つの態様では、パージリング２２２は、周囲の下方に延びる突出部２６８に向かってパージガスを向けることができる。１つの態様では、下方に延びる突出部２６８の厚みは、約０．０１インチから約１．０インチであり、更に好ましくは、０．０１インチから０．５インチである。
【００２９】
[0044]チョーク２６２と基板支持体２１２との間隔は、通常、約０．０４インチから約２．０インチであり、好ましくは、０．０４インチから約０．２インチである。この間隔は、配送されるガス及び堆積中のプロセス条件に基づいて変化し得る。チョーク２６２は、チャンバ蓋２３２と基板２１０との間に画成された反応ゾーン２６４をポンピングゾーン２６６（図１）の非均一な圧力分布から分離することにより、反応ゾーン２６４の容積内により均一な圧力分布を与える上で助けとなる。
【００３０】
[0045]ガス配送システム２３０は、更に、別々のガス源と流体連通する１つ以上のバルブ（４つが示されている２４２Ａ、２４２Ｂ、２５２Ａ、２５２Ｂ）を備えている。各バルブ２４２Ａ、２４２Ｂは、弁座アッセンブリ２４４Ａ、２４４Ｂを有する配送ライン２４３Ａ、２４３Ｂを含み、各バルブ２５２Ａ、２５２Ｂは、弁座アッセンブリ２４６Ａ、２４６Ｂを有するパージライン２４５Ａ、２４５Ｂを含む。各配送ライン２４３Ａ、２４３Ｂは、各反応ガス源２３８、２３９と連通すると共に、拡大チャンネル２３４の各ガス入口２３６Ａ、２３６Ｂと連通する。配送ライン２４３Ａ、２４３Ｂの弁座アッセンブリ２４４Ａ、２４４Ｂは、反応ガス源２３８、２３９から拡大チャンネル２３４への反応ガスの流れを制御する。パージライン２４５Ａ、２４５Ｂは、パージガス源２４０と連通し、配送ライン２４３Ａ、２４３Ｂの弁座アッセンブリ２４４Ａ、２４４Ｂの下流で配送ライン２４３Ａ、２４３Ｂと交差する。パージライン２４５Ａ、２４５Ｂの弁座アッセンブリ２４６Ａ、２４６Ｂは、パージガス源２４０から配送ライン２４３Ａ、２４３Ｂへのパージガスの流れを制御する。担体ガスを使用して反応ガスを反応ガス源２３８、２３９から配送する場合には、同じガスを担体ガス及びパージガスとして使用するのが好ましい（即ち、アルゴンガスが担体ガス及びパージガスとして使用される）。
【００３１】
[0046]プログラム可能なロジックコントローラ２４８Ａ、２４８Ｂは、弁座アッセンブリ２４４Ａ、２４４Ｂ、２４６Ａ、２４６Ｂのダイアフラムの動作を制御するためにバルブ２４２Ａ、２４２Ｂに結合することができる。空気作動式のバルブは、約０．０２０秒程度の短い時間周期でガスのパルスを与えることができる。電気作動式のバルブは、約０．００５秒程度の短い時間周期でガスのパルスを与えることができる。電気作動式のバルブは、通常、そのバルブとプログラム可能なロジックコントローラとの間に接続されたドライバの使用を必要とする。
【００３２】
[0047]各バルブ２４２Ａ、２４２Ｂは、そのバルブの弁座アッセンブリ２４４Ａ、２４４Ｂが閉じたときに配送ライン２４３Ａ、２４３Ｂから反応ガスをフラッシュさせることのできるゼロ不感容積(zero dead volume)バルブでよい。弁座アッセンブリ２４４Ａ、２４４Ｂが閉じると、パージライン２４５Ａ、２４５Ｂは、配送ライン２４３Ａ、２４３Ｂをフラッシュさせるためのパージガスを与えることができる。パージライン２４５Ａ、２４５Ｂは、配送ライン２４３Ａ、２４３Ｂの弁座アッセンブリ２４４Ａ、２４４Ｂの付近に配置することができる。或いは又、パージライン２４５Ａ、２４５Ｂは、図示されたように、配送ライン２４３Ａ、２４３Ｂの弁座アッセンブリ２４４Ａ、２４４Ｂから若干離間して配置され、開放時に弁座アッセンブリ２４４Ａ、２４４Ｂにパージガスが直接配送されないようにしてもよい。ここで使用するゼロ不感容積バルブとは、無視できる程の不感容積をもつ（即ち必ずしもゼロの不感容積ではない）バルブとして定義される。
【００３３】
[0048]各バルブ２４２Ａ、２４２Ｂは、反応ガス２３８、２３９及びパージガス２４０の合成ガス流及び／又は個別ガス流を与えることができる。バルブ２４２Ａについては、バルブ２４２Ａにより与えられる反応ガス２３８及びパージガス２４０の合成ガス流の一例は、パージガス源２４０からパージライン２４５Ａを経て送られるパージガスの連続流と、反応ガス源２３８から配送ライン２４３Ａを経て送られる反応ガスのパルスとで構成される。パージガスの連続流は、パージライン２４５Ａの弁座アッセンブリ２４６Ａのダイアフラムを開状態に保つことにより与えることができる。反応ガス源２３８からの反応ガスのパルスは、配送ライン２４３Ａの弁座２４４Ａのダイアフラムを開閉することにより与えることができる。バルブ２４２Ａについて、バルブ２４２Ａにより与えられる反応ガス２３８及びパージガス２４０の個別ガス流の一例は、パージガス源２４０からパージライン２４５Ａを経て送られるパージガスのパルスと、反応ガス源２３８から配送ライン２４３Ａを経て送られる反応ガスのパルスとで構成される。パージガスのパルスは、バルブ２５２Ａの弁座アッセンブリ２４６Ａのダイアフラムを開閉することにより与えることができる。反応ガス源２３８からの反応ガスのパルスは、バルブ２４２Ａの弁座２４４Ａのダイアフラムを開閉することにより与えることができる。
【００３４】
[0049]図３は、バルブ２４２Ａ、２４２Ｂがチャンバ本体２０２の下に取り付けられると共に、チャンバ本体２０２を経て配管された１つ以上のガスライン２５５に結合されたガス配送システム２３０の別の実施形態を示す。ガスライン２５５は、次いで、ガスコンジット２５０Ａ、２５０Ｂに結合される。バルブ２４２Ａ、２４２Ｂは、他の位置において、チャンバ蓋２３２のような他のチャンバ要素に取り付けられてもよい。
【００３５】
[0050]１つの態様において、バルブ２４２Ａ、２４２Ｂは、個別の反応ガス源２３８、２３９及び個別のパージガス源２４０、２４１に結合される。個別のパージガス源は、バルブ２４２Ａ、２４２Ｂ間の漏洩のおそれを低減する。他の実施形態では、バルブ２４２Ａ及び２４２Ｂは、上述したように、同じパージガス源２４０、２４１に結合されてもよい。
【００３６】
[0051]図４は、バルブ２４２Ａ、２４２Ｂ、２５２Ａ、２５２Ｂの概略断面図である。各バルブは、流体連通している３つのポート、即ち反応物入口１１２、パージ入口１１４及び出口１１６を有する本体１１０を含む。上述したように、反応物入口１１２は、反応物源２３８、２３９と流体連通する。パージ入口１１４は、パージガス源２４０、２４１と流体連通し、更に、出口１１６は、プロセスチャンバ２００と流体連通している。
【００３７】
[0052]図５は、図４に示されたバルブの概略斜視図である。バルブ本体１１０は、埋設加熱素子５１１を挿入するための１つ以上の穴５１０を含んでもよい。好ましくは、これらの穴５１０は、反応物入口１１２（図４に示す）の近くにあって、反応物を加熱して、バルブ２４２Ａ、２４２Ｂ内で反応物が凝縮するのを防止する。又、バルブ本体１１０は、バルブ本体１１０の温度を監視するための熱電対装置５２１を挿入する１つ以上の穴５２０を含んでもよい。例えば、測定された温度をフィードバックループに使用して、電源から加熱素子５１１へ供給される電流を制御し、バルブの本体温度を希望の温度又は希望の温度範囲内に維持又は制御できるようにしてもよい。穴５１０及び５２０は、反応物入口を良好に加熱すると共に反応物入口１１２の温度を良好に監視するために、反応物入口１１２に密接に接近して、好ましくは、約２．０ｍｍ未満の距離に配置することができる。好ましくは、埋設加熱素子のための各穴５１０は、入口１１２、１１４及び出口１１６の平面に平行な方向に配置されて、埋設加熱素子が入口１１２、１１４及び出口１１６をより均一に加熱することもできる。
【００３８】
[0053]図６は、ダイアフラム１３４がバルブチャンバ１１１内で弁座１２０の上に取り付けられたところを示す。ダイアフラム１３４は、バルブ２４２Ａ、２４２Ｂの一方の一実施形態の概略断面図である。しかしながら、ダイアフラムは、通常、閉位置にバイアスされ、開位置（図示された）と閉位置との間で選択的に移動される。ダイアフラム１３４は、ステム３３６に取り付けられ、このステムは、ボンネット３３２を貫通して延びてそれにスライド可能に支持される。ステム３３６は、ダイアフラム１３４を閉位置と開位置との間で選択的に移動する。シリンダー３４０は、ボンネット３３２の頂部に固定され、ピストン３４２を収容している。ステム３３６の頂部は、ボンネット３３２から突出し、ピストン３４２の下面に取り付けられる。スプリング３４４は、ボンネット３３２とピストン３４２の下面との間にのせられ、ピストン３４２及びステム３３６を上方に押しやる。シリンダー３４０は、ピストン３４２の上面とシリンダー３４０の内面との間に操作チャンバ３４６を形成する。
【００３９】
[0054]ダイアフラム１３４は、空気圧で操作されてもよいし電気的に操作されてもよい。ダイアフラム１３４は、これを選択的に移動するように空気又は他のガスのような加圧ガス供給源１５０からの加圧ガスを制御することにより空気圧で操作されるのが好ましい。ダイアフラム１３４は空気圧で操作されるが、ソレノイドバルブのような電子的に制御されるバルブ１５２がシリンダー３４０に取り付けられ又は結合されて、加圧ガス供給源１５０からガスライン１５１を経て加圧ガスを選択的に供給することができる。電子的に制御されるバルブ１５２がダイアフラムアッセンブリ１３０に加圧ガスを供給するが、バルブ２４２Ａ、２４２Ｂは、ダイアフラム１３４が空気圧で操作されるので、空気圧で操作されるバルブである。
【００４０】
[0055]ダイアフラム１３４は、開又は閉にバイアスされてもよく、閉又は開に各々操作されてもよい。開位置では、ダイアフラム１３４は、反応物入口１１２からの反応物の導入流と、パージ入口１１４からバルブチャンバ１１１を経て出口１１６へ、次いで、チャンバ本体２０２へ送られるパージガスの導入流とを許す。閉位置では、ダイアフラム１３４は、弁座１２０に接触し、反応物入口１１２からバルブチャンバ１１１を経て送られる反応物の導入流を防止する。ある好ましい実施形態では、閉位置において、ダイアフラム１３４は、パージ入口１１４からバルブチャンバ１１１を経て出口１１６へ、次いで、チャンバ本体２０２へ送られるパージガスの導入流を阻止しない。バルブチャンバ１１１は、更に、弁座１２０の下でバルブ本体１１０に形成された溝１２２を含み、ダイアフラム１３４が閉位置にあるか開位置にあるかに関わらずパージ入口１１４及び出口１１６が流体連通状態に保たれるようにしてもよい。図示のように溝１２２は、形状が環状になっているが、他の適当な形状でもよい。
【００４１】
[0056]弁座１２０は、バルブ本体１１０と一体的な部片でもよい。別の実施形態では、弁座１２０がバルブ本体１１０とは個別の部片でもよい。弁座１２０は、反応物入口１１２を経て供給される反応物と反応しない化学的に耐性のある材料で作られるのが好ましい。化学的に耐性のある材料は、例えば、ポリイミド（ＰＩ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、パーフルオロアルコキシ（ＰＦＡ）、及び他の適当なポリマーを含む。あまり好ましくない実施形態では、弁座１２０は、金属、金属合金、及び他の適当な材料で作られてもよい。ある実施形態では、供給される反応物に基づいて、バルブ本体１１０は、ダイアフラム１３４又は他のバルブ２４２Ａ、２４２Ｂの部品に反応物が凝縮するのを防止するために約８０℃から約９０°の温度に加熱される。アンモニアガスを反応物として使用する場合には、弁座１２０は、化学的に耐性のあるポリイミド、例えば、Ｖｅｓｐｅｌ（登録商標）ＣＲ−６１００で作られるのが好ましい。アンモニアガスは、８０℃以上の温度ではポリイミドＶｅｓｐｅｌ（登録商標）ＣＲ−６１００とは化学的に不活性であるが、アンモニアガスは、他のポリイミドとは８０℃以上の温度において反応し得ることが示されている。
【００４２】
[0057]バルブ２４２Ａ、２４２Ｂの動作については、プログラム可能なロジックコントローラ（ＰＬＣ）２４８Ａ、２４８Ｂがバルブ２４２Ａ、２４２Ｂに結合されて、電子的に制御されるバルブ１５２への電気的信号を制御する。電子的に制御されるバルブ１５２は、これが開くと、コネクタ３４９を経て操作チャンバ３４６へ加圧ガスを供給し、スプリング３４４の弾性力に抗してピストン３４２及びステム３３６を下方に押しやる圧力を形成する。ダイアフラム１３４の中央部分は、ステム３３６により下方に押され、弁座１２０と接触状態になり、反応物入口１１２から出口１１６への反応物の導入流を閉じる。ダイアフラム１３４が弁座１２０と接触すると、ダイアフラム１３４は溝１２２を塞がず、パージガスがパージガス入口１１４から出口１１６へ流れることができる。電子的に制御されるバルブ１５２は、これが閉じると、加圧ガスの供給を停止し、操作チャンバ３４６内の加圧ガスを解放する。加圧ガスの供給が停止され、操作チャンバ３４６内の圧力が解放されると、ピストン３４２及びステム３３６は、スプリング３４４の弾性力により上昇される。ピストン３４２及びステム３３６が上昇すると、ダイアフラム１３４がバルブ本体１１０の弁座１２０から離れるように移動し、反応物入口１１２から出口１１６への反応物の導入流を許す。
【００４３】
[0058]ダイアフラム１３４は、反応物のパルスを出口１１６へ、次いで、チャンバ本体２０２へ供給するために、開位置と閉位置との間で移動される。ダイアフラム１３４は、閉位置において、溝１２２を塞がないので、パージガスの連続流を、パージ入口１１４からバルブチャンバ１１１を経て出口１１６へ与えることができる。その結果、バルブチャンバ１１１を経て与えられるパージガスの連続流に反応物のパルスをドーズすることができる。バルブチャンバ１１１を経て与えられるパージガスの連続流は、反応物のパルスとパルスとの間にバルブチャンバ１１１に残された残留反応物をフラッシュする。１つの態様において、バルブ２４２Ａ、２４２Ｂの各々は、ゼロ不感容積を有する。というのは、バルブ本体１１０を経て反応物入口１１２の弁座１２０へ送られるパージガスの流路間の不感容積が無視できる程度のものだからである。
【００４４】
[0059]図７は、閉位置と開位置との間で移動されるバルブ２４２Ａ又は２４２Ｂの一方の、ダイアフラム１３４のようなダイアフラムのグラフである。ここで使用する「応答時間」という語は、バルブのダイアフラムを開位置から閉位置へ又は閉位置から開位置へ移動するための時間として定義される。バルブのダイアフラムを開位置から閉位置へ移動するための応答時間、及びバルブのダイアフラムを閉位置から開位置へ移動するための応答時間は、同じでもよいし、異なってもよいが、ほぼ同じであるのが好ましい。バルブ２４２Ａ、２４２Ｂは、応答時間が好ましくは約５０ミリ秒未満であり、更に好ましくは２０ミリ秒未満である。操作チャンバの内部容積が約２．８ｃｍ^３であるバルブ２４２Ａ又は２４２Ｂのようなバルブは、応答時間が約４０ミリ秒未満であることが観察されている。操作チャンバの内部容積が約０．９ｃｍ^３であるバルブ２４２Ａ又は２４２Ｂのようなバルブは、応答時間が約１５ミリ秒未満であることが観察されている。
【００４５】
[0060]バルブアッセンブリの応答時間を短縮すると、時間と共に供給されるべき反応物のパルスサイクルがより多く許される。それ故、基板処理のスループットが高くされる。しかしながら、バルブ２４２Ａ、２４２Ｂは、いかなる希望のパルス時間７２０でも動作できる。ここで使用する「パルス時間」という語は、ダイアフラムを完全に閉じた位置から完全に開いた位置へ、次いで、完全に閉じた位置へ戻すように移動するための時間として定義される。バルブ２４２Ａ、２４２Ｂは、約１．０秒以下、約５００ミリ秒以下、更には、約２００ミリ秒以下のパルス時間を与えるように動作されてもよい。
【００４６】
[0061]ダイアフラム１３４の空気式制御は、ソレノイドにより上下に駆動されるダイアフラムに比して、弁座１２０にダイアフラム１３４を「ソフト」ランディングさせる。この「ソフト」ランディングは、開位置と閉位置との間でのダイアフラムの移動中に弁座１２０に対するダイアフラム１３４の衝撃により生じる粒子の形成を減少させる。又、この「ソフト」ランディングは、ダイアフラムをソレノイドにより直接移動することにより生じる「ハード」ランディングに比して、バルブアッセンブリ１００を経て反応物をより一層の層流で供給する。
【００４７】
[0062]ある実施形態では、操作チャンバ３４６の内部容積は、好ましくは約３．０ｃｍ^３以下の、更に好ましくは、約１．０ｃｍ^３以下の小さな容積より成る。ここで使用する「操作チャンバの内部容積」という語は、操作チャンバ内の圧力が解放されたときの操作チャンバの内部容積を指し、操作チャンバ３４６と電気的に制御されるバルブ１５２との間のコネクタ３４９及びガスラインの内部容積を含む。操作チャンバ３４６の小さな内部容積は、より迅速に加圧することができ、その結果、ダイアフラム１３４をより迅速に操作することができる。
【００４８】
[0063]電子的に制御されるバルブ１５２は、操作チャンバの内部容積に追加されるガスラインの容積を減少するためにダイアフラムアッセンブリ１３０のシリンダー３４０に取り付けられる。ガスラインの追加容積は、操作チャンバの内部容積を増加し、従って、操作チャンバ３４６を加圧するに要する時間を増加し、ひいては、バルブ２４２Ａ、２４２Ｂの応答時間を増加する。別の実施形態において、ガスラインを使用して、電子的に制御されるバルブ１５２をダイアフラムアッセンブリ１３０のシリンダー３４０へ結合する場合には、操作チャンバの内部容積を減少するために、ガスラインの長さが約１．０インチ以下であるのが好ましい。
【００４９】
[0064]加圧ガス供給源１５０を電子的に制御されるバルブ１５２に結合するガスライン１５１は、好ましくは、内径が約０．１２５インチより大きく、更に好ましくは、約０．２５インチ以上である。ガスライン１５１の大きな内径は、大きなコンダクタンスの加圧ガスを供給することにより、操作チャンバ３４６の内部容積を埋め易くする。その結果、加圧ガスを電子的に制御されるバルブ１５２へ供給するガスライン１５１の大きな内径は、バルブアッセンブリ２４２Ａ、２４２Ｂに応答時間を短縮する。
【００５０】
[0065]図１を再び参照すれば、バルブ２４２Ａ、２４２Ｂは、配送ライン２４３Ｂに結合されたガス入口２３６Ｂを経て拡大チャンネル２３４と流体連通する。１つの態様において、ガス入口２３６Ａ、２３６Ｂは、拡大チャンネル２３４の上部２３７付近に配置される。別の態様では、ガス入口２３６Ａ、２３６Ｂは、拡大チャンネル２３４の長さに沿ってその上部２３７と下部２３５との間に配置される。バルブ２４２Ａ、２４２Ｂの配送ライン２４３Ａ、２４３Ｂは、ガスコンジット２５０Ａ、２５０Ｂを経てガス入口２３６Ａ、２３６Ｂに結合されてもよい。ガスコンジット２５０Ａ、２５０Ｂは、バルブ２４２Ａ、２４２Ｂと一体化されてもよいし、又はそれとは個別のものでもよい。１つの態様において、バルブ２４２Ａ、２４２Ｂは、これらバルブ２４２Ａ、２４２Ｂとガス入口２３６Ａ、２３６Ｂとの間で配送ライン２４３Ａ、２４３Ｂ及びガスコンジット２５０Ａ、２５０Ｂの不必要な容積を減少するために、拡大チャンネル２３４に接近して結合される。
【００５１】
[0066]拡大チャンネル２３４は、その内径が上部２３７から下部２３５へ増加する。１つの特定の実施形態では、２００ｍｍ直径の基板を処理するためのチャンバに対する拡大チャンネル２３４の内径は、拡大チャンネル２３４の上部２３７において、約０．２インチから約１．０インチであり、より好ましくは、約０．３インチから約０．９インチであり、更に好ましくは、０．３インチから約０．５インチであり、更に、拡大チャンネル２３４の下部２３５において、約０．５インチから約３．０インチであり、好ましくは、約０．７５インチから約２．５インチであり、更に好ましくは、約１．１インチから約２．０インチである。別の特定の実施形態では、３００ｍｍ直径の基板を処理するためのチャンバに対する拡大チャンネル２３４の内径は、拡大チャンネル２３４の上部２３７において、約０．２インチから約１．０インチであり、より好ましくは、約０．３インチから約０．９インチであり、更に好ましくは、０．３インチから約０．５インチであり、更に、３００ｍｍ基板に対する拡大チャンネル２３４の下部２３５において、約０．５インチから約３．０インチであり、好ましくは、約０．７５インチから約２．５インチであり、更に好ましくは、約１．２インチから約２．２インチである。一般に、上記寸法は、約５００ｓｃｃｍから約３０００ｓｃｃｍの全ガス流量を与えるための拡大チャンネルに適用される。しかしながら、いかなるガス流量も受け入れるようにこれら寸法を変更してもよい。
【００５２】
[0067]拡大チャンネル２３４は、裁頭円錐の形状でよい（裁頭円錐に似た形状を含む）。ガスが拡大チャンネル２３４の壁に向って供給されるか、基板２１０に向けて下方に直接供給されるかに関わらず、ガス流はガスの膨張により拡大チャンネル２３４を経て進行するので、ガス流の速度は低下する。ガス流の速度の低下は、基板２１０の表面に吸着した反応物をガスが吹き飛ばすおそれを低減する上で助けとなる。
【００５３】
[0068]理論によって束縛されることを望まないが、上部２３７から下部２３５へと徐々に増加する拡大チャンネル２３４の直径は、拡大チャンネル２３４を経て流れるガスの断熱膨張を僅かに許し、これは、ガスの温度を制御する上で助けとなると考えられる。拡大チャンネル２３４に流れるガスの急激な断熱膨張は、ガスの温度を低下させ、ガスの凝縮及び粒子の形成を招くことがある。ガスの断熱膨張が僅かに生じると、より多くの熱がガスへ又はガスから伝達され、従って、ガスの温度を容易に制御することができる。徐々に拡がるチャンネルは、１つ以上のテーパー付けされた内面、例えば、テーパー付けされたまっすぐな面、凹状面、凸状面、又はその組合せで構成されてもよいし、或いは１つ以上のテーパー付けされた内面の区分（即ちテーパー付けされた部分とテーパー付けされない部分）で構成されてもよい。
【００５４】
[0069]図８は、チャンバ蓋２３２の膨張区分２３４の一実施形態の上部断面図である。各ガスコンジット２５０Ａ、２５０Ｂは、そのガスコンジット２５０Ａ、２５０Ｂの中心線３０２から、及び拡大チャンネル２３４の中心からの半径線３０４から、角度αに配置することができる。好ましくは角度αに配置された（即ち、α＞０°のとき）ガスコンジット２５０Ａ、２５０Ｂを経てガスを導入すると、ガスは、矢印３１０Ａ（又は３１０Ｂ）で示されたように円方向に流される。拡大チャンネルの壁に直接まっすぐ（即ち、α＝０°のとき）ではなく、角度αでガスを供給すると、拡大チャンネル２３４を経て、乱流ではなく、より一層の層流が形成される。拡大チャンネル２３４を通る層流は、拡大チャンネル２３４の内面及びチャンバ蓋２３２の他の面のパージ作用を改善すると考えられる。これに対して、乱流は、拡大チャンネル２３４の内面及び他の面にわたって均一に流れず、ガスが流れないデッドスポット又は停滞スポットを含むことがある。１つの態様において、ガスコンジット２５０Ａ、２５０Ｂ並びにそれに対応するガス入口２３６Ａ、２３６Ｂは、互いに離間され、同じ円方向に流れを向ける（即ち時計方向又は反時計方向）。
【００５５】
[0070]図９は、１つ又は複数のバルブ（図示せず）に結合された１つのガスコンジット６５０から１つのガス入口６３６を経て単一ガス流を受け入れるようにしたチャンバ蓋の拡大チャンネルの別の実施形態を示す上部断面図である。ガスコンジット６５０は、そのガスコンジット６５０の中心線６０２から、及び拡大チャンネル６３４の中心からの半径線６０４から、角度αに配置することができる。角度αに配置された（即ち、α＞０°のとき）ガスコンジット６５０は、矢印６１０で示すようにガスを円方向に流させる。
【００５６】
[0071]図１０は、１つ又は複数のバルブ（図示せず）に各々結合された３つのガスコンジット７５０Ａ、７５０Ｂ、７５０Ｃから３つのガス入口７３６Ａ、７３６Ｂ、７３６Ｃを経て３つのガス流を一緒に、又は部分的に一緒に（即ち３つのガス流のうちの２つを一緒に）、或いは別々に、受け入れるようにしたチャンバ蓋の拡大チャンネルの別の実施形態を示す上部断面図である。ガスコンジット７５０Ａ、７５０Ｂ、７５０Ｃは、そのガスコンジット７５０Ａ、７５０Ｂ、７５０Ｃの中心線７０２から、及び拡大チャンネル７３４の中心からの半径線７０４から、角度αに配置することができる。角度αに配置された（即ち、α＞０°のとき）ガスコンジット７５０Ａ、７５０Ｂ、７５０Ｃは、矢印７１０で示すようにガスを円方向に流させる。
【００５７】
[0072]図１１は、拡大チャンネル２３４の断面図で、それを通る２つのガス流を簡単に示す図である。各ガスコンジット２５０Ａ、２５０Ｂ及びガス入口２３６Ａ、２３６Ｂは、拡大チャンネルの長手軸２９０に対して任意の関係で配置することができる。各ガスコンジット２５０Ａ、２５０Ｂ及びガス入口２３６Ａ、２３６Ｂは、長手軸２９０に対して直角（＋Ｂ、−Ｂ＝９０°まで）で配置されるか、或いはガスコンジット２５０Ａ、２５０Ｂの中心線３０２Ａ、３０２Ｂから長手軸２９０までの角度＋Ｂ又は角度−Ｂ（０°＜＋Ｂ＜９０°又は０°＜−Ｂ＜９０°）で配置されるのが好ましい。それ故、ガスコンジット２５０Ａ、２５０Ｂは、図３に示すように、長手軸２９０に対し水平方向に直角に配置されるか、角度＋Ｂで下方に傾斜されるか、或いは角度−Ｂで上方に傾斜されて、基板２１０に向けて直接下方ではなく、拡大チャンネル２３４の壁に向けてガス流を供給してもよく、これは、基板２１０の表面に吸着された反応物を吹き飛ばすおそれを低減する。更に、ガスコンジット２５０Ａ、２５０Ｂの直径は、バルブ２４２Ａ、２４２Ｂの配送ライン２４３Ａ、２４３Ｂからガス入口２３６Ａ、２３６Ｂまで増加してもよく、これは、ガス流が拡大チャンネル２３４に入り込む前にその速度を下げる上で助けとなる。例えば、ガスコンジット２５０Ａ、２５０Ｂは、内径が徐々に増加してもよいし、又は内径が増加する複数の接続されたコンジットで構成されてもよい。
【００５８】
[0073]拡大チャンネル２３４を通る厳密な流れパターンは知らないが、円形の流れ３１０は、矢印４０２Ａ、４０２Ｂで示すように、拡大チャンネル２３４を通して「渦巻」又は「螺旋」流４０２Ａ、４０２Ｂとして進行し得ると考えられる。１つの態様において、渦巻流は、拡大チャンネル２３４の内面にわたり渦巻流パターンのスイープアクションにより拡大チャンネル２３４のより効率的なパージを確立する上で助けとなり得る。
【００５９】
[0074]一実施形態において、ガス入口２３６Ａ、２３６Ｂと基板２１０との間の距離４１０は、基板２１０の面にわたる螺旋流は望ましくないので、「渦巻」流４０２が矢印４０４で示す下向きの流れへ分散するに充分なほど遠くされる。「渦巻」流４０２及び下向きの流れ４０４は、層流のように進行し、チャンバ蓋２３２及び基板２１０を効率的にパージすると考えられる。１つの特定の実施形態では、拡大チャンネル２３４の上部２３７と基板２１０との間の距離４１０は、約１．０インチ以上であり、更に好ましくは、約２．０インチ以上である。１つの特定の実施形態では、距離４１０の上限は、実用的な範囲により指示される。例えば、距離４１０が非常に長い場合には、拡大チャンネル２３４を通して進行するガスの滞留時間が長くなり、従って、ガスが基板上に堆積する時間が長くなり、ひいては、スループットが低くなる。更に、距離４１０が非常に長い場合には、拡大チャンネル２３４の製造が困難となる。一般に、距離４１０の上限は、２００ｍｍ直径の基板を処理するためのチャンバの場合には３インチ以上、又は３００ｍｍ直径の基板を処理するためのチャンバの場合には５インチ以上でよい。
【００６０】
[0075]図１２は、チャンバ蓋２３２の底面２６０と基板２１０の面との間の２つの異なる位置５０２、５０４においてガスの流れを示す概略図である。任意の流れ区分、即ち任意の半径におけるガスの速度は、理論的に、次の式で決定される。
【００６１】
（１） Ｑ／Ａ＝Ｖ
「Ｑ」は、ガスの流量である。「Ａ」は、流れ区分の面積である。「Ｖ」は、ガスの速度である。ガスの速度は、流れ区分の面積（Ｈｘ２πＲ）に逆比例し、ここで、「Ｈ」は、流れ区分の高さであり、「２πＲ」は、流れ区分の周囲長である。換言すれば、ガスの速度は、流れ区分の高さ「Ｈ」及び流れ区分の半径「Ｒ」に逆比例する。
【００６２】
[0076]位置５０２及び位置５０４における流れ区分の速度を比較すると、チャンバ蓋２３２の底面２６０と基板２１０の面との間の全ての位置におけるガスの流量「Ｑ」が等しいと仮定すれば、ガスの速度は、流れ区分の面積「Ａ」を等しくすることにより、理論的に等しくすることができる。位置５０２及び位置５０４における流れ区分の面積が等しい場合には、Ｒ２＞Ｒ１であるから、位置５０２の高さＨ１が高さＨ２より大きくなければならない。
【００６３】
[0077]運転中に、基板２１０は、ロボット（図示せず）により開口２０８を通してチャンバ２００へ配送される。基板２１０は、リフトピン２２０及びロボットの協働により基板支持体２１２に配置される。基板支持体２１２は、基板２１０をチャンバ蓋２３２の底面２６０に接近対向させるように持ち上げる。第１のガス流をバルブ２４２Ａによりチャンバ２００の拡大チャンネル２３４へ注入し、それと一緒に又はそれとは別に（即ちパルスで）第２のガス流をバルブ２４２Ｂによりチャンバ２００へ注入することができる。第１のガス流は、パージガス源２４０からのパージガスの連続流と、反応ガス源２３８からの反応ガスのパルスとで構成されてもよいし、或いは反応ガス源２３８からの反応ガスのパルスと、パージガス源２４０からのパージガスのパルスとで構成されてもよい。第２のガス流は、パージガス源２４０からのパージガスの連続流と、反応ガス源２３９からの反応ガスのパルスとで構成されてもよいし、或いは反応ガス源２３９からの反応ガスのパルスと、パージガス源２４０からのパージガスのパルスとで構成されてもよい。ガス流は、渦巻流パターン４０２として拡大チャンネル２３４を経て進行し、これは、拡大チャンネル２３４の内面にわたりスイープアクションを与える。渦巻流パターン４０２は、基板２１０の面に向って下向きの流れ４０４へと分散する。ガス流の速度は、それが拡大チャンネル２３４を通して進むにつれて低下する。次いで、ガス流は、基板２１０の面を横切ると共に、チャンバ蓋２３２の底面２６０を横切って進む。下方に傾斜しているチャンバ蓋２３２の底面２６０は、基板２１０の面を横切るガス流の速度の変化を減少する上で助けとなる。次いで、ガス流は、チョーク２６２によりチャンバ２００のポンピングゾーン２６６へと進行する。過剰なガス、副産物等は、ポンピングチャンネル２７９へ流れ込み、次いで、真空システム２７８によりチャンバ２００から排出される。１つの態様において、ガスの流れは、拡大チャンネル２３４を通り、基板２１０の面とチャンバ蓋２３２の底面２６０との間を層流のように進み、これは、反応ガスを基板２１０の面に均一に露出させると共に、チャンバ蓋２３２の内面を効率的にパージする上で助けとなる。
【００６４】
[0078]図１３及び図１４は、本発明による原子層堆積を実行することのできるガス配送システムの別の実施形態を示す。ある構成要素は、上述したものと同じ又は同様であるから、同じ参照番号を適宜使用している。
【００６５】
[0079]より詳細には、図１３は、実質的に平坦な下面８６０を有するチャンバ蓋８３２を備えたガス配送装置８３０を有するチャンバ８００を示す。１つの態様において、チョーク２６２と基板支持体２１０との間隔は、約０．０４インチから約２．０インチであり、更に好ましくは、約０．０４インチから約０．２インチである。
【００６６】
[0080]図１４は、容積の小さな反応ゾーン９６４を備えると共に、下方に傾斜した即ち漏斗状の下面９６０を備えたチャンバ蓋９３２を含むガス配送装置９３０を有するチャンバ９００を示す。ガス源９３７は、１つ以上のバルブ９４１を通して通路９３３に結合される。１つの形態において、通路９３３は、バルブ９４１を経て導入されたガスが、基板２１０の面に吸着された反応物を吹き飛ばすおそれを少なくするために長さが長くなっている。
【００６７】
[0081]図１５は、本発明に有用なガスボックス１０００の一実施形態を示す概略図である。説明を明瞭化及び容易にするために、ガスボックス１０００は、図３に示すチャンバ２００を参照して説明する。ガスボックス１０００は、１つ以上のコンパウンドをバルブ２４２Ａ、２４２Ｂに供給する。ガスボックス１０００は、単一又は複数のガスボックス区分でよい（２つが示されている１０００Ａ、１０００Ｂ）。各ガスボックス区分１０００Ａ、１０００Ｂは、各パージガス源２４０、２４１への接続部１０１０も含んでよい。ガスボックス区分１０００Ａ、１０００Ｂは、更に、バルブ２４２Ａ、２４２Ｂへ送られるコンパウンドを調整又はその他制御するための種々のバルブを含んでもよい。
【００６８】
[0082]図１６は、ＰＤＭＡＴのような固体反応物源から昇華によりガスを発生するためのキャニスター１３００の一実施形態を示す概略断面図である。キャニスター１３３０は、液体反応物源からガスを供給するように構成されてもよい。一般に、キャニスター１３３０は、内部容積１２３８を包囲する側壁１２０２、蓋１２０４及び底１２３２を含む。蓋１２０４又は側壁１２０２の少なくとも一方は、ガス導入及び放出のための入口ポート１２０６及び出口ポート１２０８を含む。入口及び出口ポート１２０６、１２０８は、キャニスター１３００をガス配送システム２３０から取り外し易くするために嵌合切断フィッティング１２３６Ａ、１２３６Ｂが取り付けられたバルブ１１１２、１１１４に結合される。任意であるが、オイルトラップ１２５０が出口ポート１２０８とバルブ１１１４との間に結合され、プロセスチャンバ２００へ流れるガスに存在することのあるオイル粒子を捕獲する。
【００６９】
[0083]キャニスター１３００の内部容積１２３８は、上部領域１２１８と下部領域１２３４とに分割される。ソース固体１２１４が下部領域１２３４を少なくとも部分的に満たす。キャニスター１３００の内部容積１２３８にはチューブ１３０２が配置され、これは、キャニスター１３００内のガスの流れをソース固体１２１４から離れるように向けさせ、チューブ１３０２から出たガス流がソース固体１２１４に直接当たるのを好都合に防止すると共に、粒子を空気に載せて出口ポート１２０８を経てプロセスチャンバ２００へ搬送させる。
【００７０】
[0084]チューブ１３０２は、その第１端１３０４が入口ポート１２０６に結合される。チューブ１３０２は、その第１端１３０４から第２端１３２６Ａへと延び、該第２端は、ソース固体１２１４の上で上部領域１２１８に配置される。第２端１３２６Ａは、ガスの流れを側壁１２０２に向けさせ、従って、ポート１２０６と１２０８との間でキャニスター１３００を通してガスが直接的に（直線的に）流れるのを防止し、延長した平均流路を形成することができる。
【００７１】
[0085]一実施形態では、チューブ１３０２の第２端１３２６Ａの出口１３０６は、キャニスター１３００の中心軸１３０８に対して約１５°から約９０°の角度で配置される。別の実施形態では、チューブ１３０２は、「Ｊ」字型の第２端１３２６Ｂを有し、これは、出口１３０６を出るガスの流れをキャニスター１３００の蓋１２０４に向けさせる。別の実施形態では、チューブ１３０２は、該チューブ１３０２の端を閉じるプラグ又はキャップ１３１０をもつ第２端１３２６Ｃを有する。この第２端１３２６Ｃは、キャップ１３１０に近いチューブ１３２０の側に形成された少なくとも１つの開口１３２８を有する。開口１３２８を出るガスは、通常、中心軸１３０８に垂直に、且つキャニスター１３００の下部領域１２３４に配置されたソース個体１２１４から離れるように向けられる。任意であるが、上述したように少なくとも１つのバッフル１２１０（仮想線で示す）をチャンバ１３００内に配置し、上述したチューブ１３０２のいずれかの実施形態とタンデムに使用してもよい。
【００７２】
[0086]運転中に、キャニスター１３００の下部領域１２３４には、ソース固体１２１４が少なくとも部分的に満たされる。或いは又、ソース固体１２１４に液体１２１６を追加して、スラリー１２１２を生成してもよい。キャニスター１３００は、希望の圧力に保持されると共に、キャニスター１３００に接近配置された抵抗ヒーター１２３０により希望の温度に加熱される。アルゴンガスのような担体ガスが入口ポート１２０６及びチューブ１３０２を通して上部領域１２１８に希望の割合で流し込まれる。チューブ１３０２の第２端１３２６Ａは、担体ガスの流れを延長平均流路において出口ポート１２０８から離れるように向け、キャニスター１３００の上部領域１２１８における担体ガスの平均停止時間を好都合にも延長すると共に、ソース固体１２１４へ担体ガスが直接流れ込むのを防止して、粒子の発生を最小にする。キャニスター１３００における停止時間の延長は、担体ガス内の昇華固体の蒸気の飽和レベルを好都合にも高める一方、粒子発生の減少は、製品の収率を改善し、ソース固体を保存し、且つ下流の汚染を減少する。
【００７３】
[0087]図１５を参照すれば、チャンバ２００及びガスボックス１０００の種々の要素の温度は、チャンバにおける望ましからぬ粒子の生成を減少するように制御することができる。例えば、温度を制御して、チャンバ２００及びガスボックス１０００の種々の要素におけるガスの分解、堆積又は凝縮を防止することができる。例えば、反応物源からガス分配システム２３０への反応物の流路は、この流路における反応物の凝縮（即ち蒸気から固体又は蒸気から液体）を防止するために比較的高い温度にするのが望ましいことがある。チャンバ本体２０２及びチャンバ蓋２３２は、これらチャンバ本体及びチャンバ蓋の表面に反応物が堆積するのを防止するために比較的低い温度にするのが望ましいことがある。
【００７４】
[0088]一実施形態では、キャニスター１３００は、約６０℃から約７０℃の温度に維持される。キャニスター１３００からバルブ２４２Ａへ及びキャニスター１３００からフォアライン(foreline)へのガスライン（領域１３３０で示す）は、ヒーターテープ又は他の加熱装置等により、約８０℃から約９０℃の温度に維持される。バルブ２４２Ａは、約８０℃から約９０℃の温度に維持される。バルブ２４２Ａからチャンバ本体２０２へのガスライン２５５（領域１３３２で示す）は、ヒーターテープ又は他の加熱装置等により、約８５℃から約９５℃の温度に維持される。キャニスター１３００からチャンバ本体２０２への反応物の流路には若干増加する温度勾配があって、反応物の凝縮がチャンバ本体２０２に向うのではなくキャにスターに向って流れるようにするのが好ましい。更に、パージガス源２４０は、約８５℃から約９５℃の温度に予熱されたパージガス、例えば、アルゴンガスを供給するのが好ましい。この予熱されたパージガスは、領域１３３２における容積増加により領域１３３２においてガスが膨張するために領域１３３２に粒子が生成されるおそれを低減する上で助けとなる。
【００７５】
[0089]次いで、チャンバプレート部分２７０からキャップ２７２へのガスライン２５５（領域１３３４で示す）は、カートリッジヒーター又はヒーターテープ等により、約４５℃から約５５℃の温度に維持される。他の実施形態では、領域１３３４は、直接加熱されない（即ち、領域１３３４の温度を直接制御する加熱装置は存在しない）。
【００７６】
[0090]一実施形態では、パージガス源及び窒素収容源からバルブ２４２Ｂへのガスラインは、加熱されない。バルブ２４２Ｂは、加熱されない。バルブ２４２Ｂからチャンバ本体２０２へのガスライン２５５、並びにチャンバプレート部分２７０からキャップ２７２へのガスライン２５５も、加熱されない。
【００７７】
[0091]一実施形態では、チャンバ側壁２０４は、約２０℃から約２５℃の温度に維持される。チャンバプレート部分２７０は、約２５℃から約３５℃の温度に維持される。キャップ２７２は、約３０℃から約４０℃の温度に維持される。チャンバ側壁２０２は、それを貫通するチャンネル２９５（図１）を形成すると共に、これらのチャンネルを通して冷却流体や加熱流体のような温度制御流体を供給することにより、希望の温度に維持することができる。
【００７８】
[0092]一実施形態では、チャンバプレート部分２７０及びキャップ２７２は、加熱又は冷却素子を含まない。チャンバプレート部分２７０及びキャップ２７２の冷却は、チャンバプレート部分２７０及びキャップ２７２からチャンバ側壁２０４への熱伝達により行われる。他の実施形態では、チャンバプレート部分２７０及びキャップ２７２は、冷却素子及び／又は加熱素子を含んでもよい。一実施形態において、チャンバ本体２０２を経て配管されたガスライン２５５は、チャンバ本体２０２に接触せず、及び／又はガスライン２５５とチャンバ本体２０２との間の熱伝達を最小にする絶縁材によりチャンバ本体２０２から分離される。
【００７９】
[0093]ある実施形態では、バルブ２４２Ａ、２４２Ｂは、チャンバ蓋２３２の温度制御を簡単にするために、チャンバ蓋２３２から離れて取り付けられ、例えば、図１に示すようにチャンバ本体２０２の下に取り付けられる。例えば、チャンバ蓋２３２に取り付けられるか又はその至近に取り付けられた加熱バルブがチャンバ蓋２３２に熱を伝達してもよい。チャンバ蓋２３２に伝達される熱は、その内面、例えば、拡大チャンネル２３４や底面２６０に望ましからぬガスの堆積を生じさせ又はそれを増加させることがある。蓋から離れて取り付けられたバルブ２４２Ａ、２４２Ｂは、ガスコンジット２５０Ａ、２５０Ｂへのガスの逆流がほとんど又は全くないので、反応ゾーン２６４の容積を著しく増加しない。例えば、連続的なパージ流がバルブ２４２Ａ、２４２Ｂにより供給され、そのパージガス流に反応物がドーズされる状態では、実質的に一定の順方向ガス流がガスコンジット２５０Ａ、２５０Ｂを経てチャンバ本体２０２へ供給される。
【００８０】
[0094]プログラムされたパーソナルコンピュータ、ワークステーションコンピュータ等の制御ユニット２８０は、図１に示すように、処理状態を制御するためにチャンバ２００に結合することができる。例えば、制御ユニット２８０は、基板処理シーケンスの異なる段階中に、ガス源２３８、２３９、２４０からバルブ２４２Ａ、２４２Ｂを経て送られる種々のプロセスガス及びパージガスの流量を制御するように構成することができる。制御ユニット２８０は、中央処理ユニット（ＣＰＵ）２８２、サポート回路２８４、及び関連制御ソフトウェア２８３を含むメモリ２８６を備えることができる。
【００８１】
[0095]制御ユニット２８０は、種々のチャンバ及びサブプロセッサを制御するための工業用設定に使用できる任意の形態の汎用コンピュータプロセッサの１つでよい。ＣＰＵ２８２は、適当なメモリ２８６、例えば、ランダムアクセスメモリ、リードオンリメモリ、フロッピーディスクドライブ、ハードディスク、又は他の形態のデジタル記憶装置をローカル又はリモートで使用してもよい。チャンバ２００をサポートするために種々のサポート回路がＣＰＵ２８２に結合されてもよい。制御ユニット２８０は、個々のチャンバ要素の付近に配置された別のコントローラ、例えば、バルブ２４２Ａ、２４２Ｂのプログラム可能なロジックコントローラ２４８Ａ、２４８Ｂに結合されてもよい。制御ユニット２８０とチャンバ２００の種々の他の要素との間の両方向通信は、信号バス２８８と集合的に称される多数の信号ケーブルを経て取り扱われ、その幾つかが図１に示されている。ガス源２３８、２３９、２４０からのプロセスガス及びパージガスをバルブ２４２Ａ、２４２Ｂのプログラム可能なロジックコントローラ２４８Ａ、２４８Ｂから制御するのに加えて、制御ユニット２８０は、ウェハ処理に使用される他のアクティビティ、例えば、他のアクティビティの中でもウェハ搬送、温度制御、チャンバ排気等を自動制御する役割を果たすように構成されてもよく、その幾つかが明細書のどこかで説明されている。
【００８２】
[0096]上述した処理チャンバ２００及びガス配送装置２３０は、タンタル、チタン、タングステン及び銅を含む（これらに限定されないが）元素の繰返し堆積を実施し、或いは窒化タンタル、窒化タンタルシリコン、窒化チタン、窒化チタンシリコン、窒化タングステン、窒化タングステンシリコン、及び銅アルミニウムを含む（これらに限定されないが）コンパウンド又は合金／組合せ膜の繰返し堆積を基板面上で実施するように効果的に使用することができる。又、上述した処理チャンバ２００及びガス配送装置２３０は、基板面上に種々の材料の化学気相堆積を実施するように効果的に使用することもできる。
【００８３】
[0097]ここで使用する「基板面」という語は、膜処理が実行される基板の表面を指す。例えば、基板面は、用途にもよるが、シリコン、酸化シリコン、ドープされたシリコン、ゲルマニウム、砒化ガリウム、ガラス、サファイア、及び他の材料、例えば、金属、金属窒化物、金属合金、及び他の導電性材料を含み得る。又、基板面は、二酸化シリコンや、炭素をドープした酸化シリコンのような誘電体材料も含み得る。
【００８４】
[0098]ここで使用する「繰返し堆積」という語は、２つ以上の反応性コンパウンドを順次導入して単一材料層を基板面に堆積することを指す。２つ以上の反応性コンパウンドは、処理チャンバの反応ゾーンに交互に導入される。各反応性コンパウンドは、各コンパウンドが基板面に付着及び／又はそこで反応するのを許すために、ある時間遅延だけ分離される。１つの態様では、第１の先駆物質即ちコンパウンドＡが反応ゾーンへパルス付勢され、その後、第１の時間遅延がとられる。次いで、第２の先駆物質即ちコンパウンドＢが反応ゾーンへパルス付勢され、その後、第２の遅延がとられる。例えば、窒化チタンシリコンのような第３の材料が望まれるときには、第３のコンパウンド（Ｃ）が反応ゾーンへドーズされ／パルス付勢され、その後、第３の時間遅延がとられる。各時間遅延の間に、アルゴンのような不活性ガスが処理チャンバに導入されて、反応ゾーンをパージするか、さもなければ、残留する反応性コンパウンドを反応ゾーンから除去する。或いは又、パージガスが堆積プロセス全体にわたって連続的に流れて、反応性コンパウンドのパルスとパルスとの間の時間遅延中にはパージパルスだけが流れるようにしてもよい。反応性コンパウンドは、希望の膜又は膜厚が基板面に形成されるまで交互にパルス付勢される。
【００８５】
[0099]ここで使用する「パルス」又は「ドーズ」という語は、処理チャンバの反応ゾーンに間欠的に即ち不連続に導入される特定コンパウンドの量を指す。各パルス内の特定コンパウンドの量は、パルスの幅に基づいて時間と共に変化し得る。各パルスの幅は、例えば、使用するプロセスチャンバの容積容量、それに結合された真空システム、及び特定コンパウンド自体の揮発性／反応性のような多数のファクタに基づいて可変である。
【００８６】
[00100]各パルス／ドーズに対する幅は、可変であり、例えば、処理チャンバの容積容量、及びそれに結合された真空システムの能力を受け入れるように調整することができる。更に、コンパウンドのドーズ時間は、コンパウンドの流量、コンパウンドの圧力、コンパウンドの温度、ドーズバルブの形式、使用する制御システムの形式、並びに基板面に吸着するコンパウンドの性能に基づいて変化し得る。又、ドーズ時間は、形成されている層の形式及びデバイスの形状にも基づいて変化し得る。一般に、ドーズ時間は、基板の実質的に全面に吸着／化学吸着するに充分なコンパウンドの量を与えると共に、希望厚みの層をコンパウンドに形成するに充分な長さでなければならない。
【００８７】
[00101]「コンパウンド」という語は、１つ以上の先駆物質、酸化体、還元剤、反応物、触媒又はその組合せを含むことが意図される。又、「コンパウンド」という語は、２つ以上のコンパウンドが同時に処理システムに導入されたときのようなコンパウンドのグループ編成も含むことが意図される。例えば、コンパウンドのグループ編成は、１つ以上の触媒及び１つ以上の先駆物質を含んでもよい。「コンパウンド」という語は、更に、１つ以上の先駆物質、酸化体、還元剤、反応物、触媒又はその組合せを、例えば、分解又はイオン化により活性化、さもなければ、付勢された状態で含むことが意図される。
【００８８】
[00102]基板面に反応物の単層を物理吸着、吸着、吸収又は化学吸着させるのに使用される表面吸引は、基板面が反応物に使用できるサイトを一定数しかもたないので、所与のパルス中に基板面に１つの単層しか堆積できないという点で自己制限式であると考えられる。一定数のサイトが反応物により占有されると、反応物のそれ以上の堆積が阻止される。このサイクルは、窒化タンタル層の希望厚みまで繰り返すことができる。
【００８９】
[00103]説明を明確に且つ容易にするために、上記方法は、繰返し堆積技術を使用して窒化タンタル（ＴａＮ）バリア層の堆積に関連するものとして更に説明する。タンタル含有コンパウンド、例えば、ペンタジメチルアミノ−タンタル（ＰＤＭＡＴ；Ｔａ（ＮＭｅ_２）_５）のパルスをガス源２３８によりバルブ２４２Ａを経て導入することができる。このタンタル含有コンパウンドは、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、窒素（Ｎ_２）、水素（Ｈ_２）及びその組合せを含む（それらに限定されないが）担体ガスの助けで供給することができる。窒素含有コンパウンド、例えば、アンモニアのパルスは、ガス源２３９によりバルブ２４２Ａを経て導入することができる。又、担体ガスを使用して、窒素含有コンパウンドの配送を助けることもできる。アルゴンのようなパージガスは、ガス源２４０によりバルブ２４２Ａ及び／又はバルブ２４２Ｂを経て導入することができる。１つの態様において、パージガスの流れは、ガス源２４０によりバルブ２４２Ａ、２４２Ｂを経て連続的に供給され、タンタル含有コンパウンドのパルスと窒素含有コンパウンドのパルスとの間にパージガスとして作用すると共に、タンタル含有コンパウンド及び窒素含有コンパウンドのパルス中に単体ガスとして作用することができる。１つの態様において、２つのガスコンジット２５０Ａ、２５０Ｂを経てパージガスを配送すると、１つのガスコンジット２５０Ａ、２５０Ｂを経て送られるパージガスよりも反応ゾーン２６４がより完全にパージされる。１つの態様では、反応ガスは、１つのガスコンジット２５０Ａ、２５０Ｂを経て配送されてもよい。というのは、タンタル含有コンパウンド又は窒素含有コンパウンドのような反応ガスの流れの均一さは、基板構造体の表面における反応物の自己制限式吸着プロセスのためにパージガスの均一性ほど重要でないからである。他の実施形態では、パージガスは、パルスで供給されてもよい。他の実施形態では、パージガスは、２つより多い又は２つより少ないガス流で供給されてもよい。他の実施形態では、タンタル含有ガスは、１つより多い（即ち２つ以上の）ガス流で供給されてもよい。
【００９０】
[00104]タンタル含有コンパウンドの他の例は、他の有機金属先駆物質又はその派生物、例えば、ペンタエチルメチルアミノ−タンタル（ＰＥＭＡＴ；Ｔａ［Ｎ（Ｃ_２Ｈ_５ＣＨ_３）_２］_５）、ペンダジメチルアミノ−タンタル（ＰＤＥＡＴ；Ｔａ（ＮＥｔ_２）_５）、並びにＰＥＭＡＴ、ＰＤＥＡＴ又はＰＤＭＡＴの任意の及び全ての派生物を含むが、これらに限定されない。他のタンタル含有コンパウンドは、ＴＢＴＤＥＴ（Ｔａ（ＮＥｔ_２）_３ＮＣ_４Ｈ_９又はＣ_１６Ｈ_３９Ｎ_４Ｔａ）及びハロゲン化タンタル、例えば、ＴａＸ_５を含むが、これに限定されない。ここで、Ｘはフッ素（Ｆ）、臭素（Ｂｒ）又は塩素（Ｃｌ）、及び／又はその派生物である。他の窒素含有コンパウンドを使用してもよく、これは、ｘ及びｙを整数とすれば、Ｎ_ｘＨ_ｙ（例えば、ヒドラジン（Ｎ_２Ｈ_４））、ジメチルヒドラジン（（ＣＨ_３）_２Ｎ_２Ｈ_２）、ｔ−ブチルヒドラジン（ｃ_４ｈ_９ｎ_２ｈ_３）フェニルヒドラジン（Ｃ_６Ｈ_５Ｎ_２Ｈ_３）、他のヒドラジン派生物、窒素プラズマ源（例えば、Ｎ_２、Ｎ_２／Ｈ_２、ＮＨ_３、又はＮ_２Ｈ_４プラズマ）、２、２’−アゾイソブタン（（ＣＨ_３）_６Ｃ_２Ｎ_２）、エチルアジド（Ｃ_２Ｈ_５Ｎ_３）、及び他の適当なガスを含むが、それらに限定されない。パージガスの他の例は、ヘリウム（Ｈｅ）、窒素（Ｎ_２）、水素（Ｈ_２）、他のガス及びその組合せを含むが、それらに限定されない。
【００９１】
[00105]窒化タンタル層の形成は、タンタル含有コンパウンドの単層を基板に吸着した後に、窒素含有コンパウンドの単層を吸着するところから始めて説明する。或いは又、窒化タンタル層の形成は、窒素含有コンパウンドの単層を基板に吸着した後に、タンタル含有コンパウンドの単層を吸着するところから始めてもよい。更に、他の実施形態では、反応ガスのパルスとパルスとの間にポンプ排気のみを使用して反応ガスの混合を防止してもよい。
【００９２】
[00106]タンタル含有コンパウンドの各パルスの時間幅、窒素含有コンパウンドの各パルスの時間幅、及び反応物のパルスとパルスとの間のパージガスの時間幅は、可変であり、使用する堆積チャンバの容積容量及びそれに結合される真空システムに依存する。例えば、（１）ガスのチャンバ圧力が低いと、長いパルス時間を必要とし、（２）ガス流量が低いと、チャンバ圧力が上昇して安定するのに長時間を要して、長いパルス時間を必要とし、（３）容積の大きなチャンバは、それを満たすのに長時間を要し、チャンバ圧力が安定化するのに長時間を要し、従って、長いパルス時間を必要とする。同様に、各パルス間の時間も可変であり、処理チャンバの容積容量及びそれに結合される真空システムに依存する。一般に、タンタル含有コンパウンド又は窒素含有コンパウンドのパルスの時間幅は、コンパウンドの単層を吸着するに充分な長さでなければならない。１つの態様において、窒素含有コンパウンドのパルスがチャンバに入ったときにタンタル含有コンパウンドのパルスが依然チャンバ内にあってもよい。一般に、パージガス及び／又はポンプ排気の時間幅は、タンタル含有コンパウンド及び窒素含有コンパウンドのパルスが反応ゾーンにおいて一緒に混合されるのを防止するに充分な長さでなければならない。
【００９３】
[00107]一般に、タンタル含有コンパウンドに対する約１．０秒以下のパルス時間と、窒素含有コンパウンドに対する約１．０秒以下のパルス時間は、基板構造体に交互の単層を吸着させるに通常充分である。タンタル含有コンパウンドのパルスと窒素含有コンパウンドのパルスとの間に約１．０秒以下の時間があることは、連続パージガスであるかパルスパージガスであるかに関わらず、パージガスが、タンタル含有コンパウンド及び窒素含有コンパウンドのパルスが反応ゾーンで一緒に混合するのを防止するのに通常充分である。もちろん、反応物の長いパルス時間を使用して、タンタル含有コンパウンド及び窒素含有コンパウンドの吸着を確保してもよいし、反応物のパルスとパルスとの間に長い時間を使用して、反応副産物の除去を確保してもよい。
【００９４】
[00108]堆積中に、基板２１０は、選択されたタンタル含有コンパウンドの熱分解温度のほぼ下に維持されてもよい。ここに示すタンタル含有コンパウンドに使用されるべき例示的ヒーター温度範囲は、約１００ｔｏｒｒ未満、好ましくは、５０ｔｏｒｒ未満のチャンバ圧力においておおよそ約２０℃から約５００℃である。タンタル含有ガスがＰＤＭＡＴであるときには、ヒーター温度は、好ましくは、約１００℃から約３００℃であり、更に好ましくは、約１７５℃から２５０℃であり、更に、チャンバ圧力は、約１．０ｔｏｒｒから約５．０ｔｏｒｒである。他の実施形態では、他の温度及び圧力を使用してもよいことを理解されたい。例えば、熱分解温度より上の温度を使用してもよい。しかしながら、温度は、堆積活動の５０％以上が吸着プロセスによるものであるよう選択されねばならない。別の実施例では、各先駆物質堆積中の分解量が制限されて、成長モードが原子層堆積の成長モードと同様になるように、熱分解温度より上の温度が使用されてもよい。
【００９５】
[00109]繰返し堆積により窒化タンタル層を堆積する例示的プロセスは、ガス源２３８からペンタジメチルアミノ−タンタル（ＰＤＭＡＴ）のパルスを、約１００ｓｃｃｍから約１０００ｓｃｃｍ、好ましくは、約１００ｓｃｃｍから約４００ｓｃｃｍの流量で、バルブ２４２Ａを経て、反応ゾーン２６４の小さな容積により、約０．５秒以下、約０．１秒以下、又は約０．０５秒以下のパルス時間中、供給することを含む。アンモニアのパルスは、ガス源２３９から、約１００ｓｃｃｍから約１０００ｓｃｃｍ、好ましくは、約２００ｓｃｃｍから約６００ｓｃｃｍの流量で、バルブ２４２Ｂを経て、反応ゾーン２６４の小さな容積により、約０．５秒以下、約０．１秒以下、又は約０．０５秒以下のパルス時間中、供給されてもよい。約１００ｓｃｃｍから約１０００ｓｃｃｍ、好ましくは、約１００ｓｃｃｍから約４００ｓｃｃｍの流量のアルゴンパージガスは、ガス源２４０からバルブ２４２Ａ、２４２Ｂを経て連続的に供給されてもよい。タンタル含有コンパウンド及び窒素含有コンパウンドのパルス間の時間は、反応ゾーン２６４の小さな容積により、約０．５秒以下、約０．１秒以下、又は約０．０７秒以下でよい。反応ゾーン２６４に反応ガス及び／又はパージガスを満たすには、約０．０１６秒以上のパルス時間が要求されると考えられる。約１．０から約５．０ｔｏｒｒのチャンバ圧力において約１００℃から約３００℃のヒーター温度が維持されるのが好ましい。このプロセスは、サイクル当たり約０．５Åから約１．０Åの厚みの窒化タンタル層を形成する。希望の厚みに達するまで交互のシーケンスを繰り返すことができる。
【００９６】
[00110]一実施形態において、窒化タンタル層のような層が約５０Å以下の側壁カバレージへと堆積される。別の実施形態では、層が約２０Å以下の側壁カバレージへと堆積される。更に別の実施形態では、層が約１０Å以下の側壁カバレージへと堆積される。厚みが約１０Å以下の窒化タンタル層は、その用途において銅の拡散を防止するためのバリア層として充分な厚みであると考えられる。１つの態様において、薄いバリア層は、高いアスペクト比（例えば、５対１より大きい）を有するサブミクロン（例えば、０．１５μｍ未満）以下の特徴部を埋め込むのに効果的に使用できる。もちろん、側壁カバレージが５０Åより大きい層を使用してもよい。
【００９７】
[00111]繰返し堆積の実施形態は、基板に反応物の単層を吸着するものとして以上に説明した。本発明は、反応物が単層より多く又は少なく堆積される実施形態も包含する。又、本発明は、反応物が自己制限式に堆積されない実施形態も包含する。又、本発明は、堆積が主として化学気相堆積プロセスで行われ、反応物が順次に又は同時に配送される実施形態も包含する。
【００９８】
[00112]繰返し堆積の実施形態は、２つの反応物のパルスを使用して窒化タンタルのバイナリコンパウンドを堆積するものとして上述した。他の元素又はコンパウンドの堆積では、２つ以上の反応物のパルスも使用してよい。
【００９９】
[00113]本発明の好ましい実施形態を以上に述べたが、本発明の基本的な範囲から逸脱せずに他の及び更に別の実施形態も案出でき、本発明の範囲は、特許請求の範囲により限定される。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】原子層堆積のためのガス配送装置を含むチャンバの一実施形態を示す概略断面図である。
【図２Ａ】チャンバ蓋の下面に配置されたチョークの一実施形態を示す概略断面図である。
【図２Ｂ】チャンバ蓋の下面に配置されたチョークの別の実施形態を示す概略断面図である。
【図３】原子層堆積のためのガス配送装置を含むチャンバの別の実施形態を示す概略断面図である。
【図４】バルブ入口及び出口を示すバルブの概略断面図である。
【図５】図４に例示したバルブの概略平面図である。
【図６】バルブの内部要素及び機構を示すバルブの一実施形態の概略断面図である。
【図７】開位置と開位置の間で移動されるダイアフラムのグラフである。
【図８】本発明のガス配送装置内に形成される拡大チャンネルの一実施形態を示す横断面図である。
【図９】単一ガス流を受け入れる拡大チャンネルの一実施形態を示す横断面図である。
【図１０】３つのガス流を受け入れる拡大チャンネルの一実施形態を示す横断面図である。
【図１１】本発明のガス配送装置内に形成された拡大チャンネルの断面図である。
【図１２】基板の面とチャンバ蓋１の下面との間の２つの異なる位置でガスの流れを示した概略断面図である。
【図１３】原子層堆積のためのガス配送装置を含むチャンバの別の実施形態の概略断面図である。
【図１４】原子層堆積のためのガス配送装置を含むチャンバの別の実施形態を示す図である。
【図１５】本発明のガス配送装置に有用なガスボックスの概略図である。
【図１６】図１５のガスボックス内で昇華によりガスを発生するためのキャニスターの一実施形態を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【０１０１】
２００・・・チャンバ、２０２・・・チャンバ本体、２０４・・・側壁、２０６・・・下部、２０８・・・スリットバルブ、２１０・・・基板、２１１・・・基板受け入れ面、２１２・・・基板支持体、２１４・・・リフトモーター、２１６・・・リフトプレート、２２０・・・ピン、２２２・・・パージリング、２２４・・・パージチャンネル、２３０・・・ガス配送システム、２３２・・・チャンバ蓋、２３４・・・拡大チャンネル、２３８、２３９・・・反応ガス源、２４０・・・パージガス源、２４３Ａ、２４３Ｂ・・・配送ライン、２４８Ａ、２４８Ｂ・・・プログラム可能なロジックコントローラ、２５０Ａ、Ｂ・・・ガスコンジット、２４２Ａ、２４２Ｂ、２５２Ａ、２５２Ｂ・・・バルブ、２４４Ａ、２４４Ｂ・・・弁座アッセンブリ、２６０・・・底面、２６２・・・チョーク、２６４・・・反応ゾーン、２６６・・・ポンピングゾーン、２７０・・プレート部分、２７２・・・キャップ部分、２７８・・・真空システム、２７９・・・ポンピングチャンネル、２８０・・・制御ユニット、２９９・・・ライナー。

Claims (20)

1. 基板受け入れ面を有する基板支持体と、
   チャンバ蓋であって、該チャンバ蓋の中央部分から下方に延びる徐々に拡がる通路と、該通路から上記チャンバ蓋の周囲部分へ延びる底面とを含み、該底面が上記基板受け入れ面を実質的に覆う形状及びサイズにされているチャンバ蓋と、
   上記徐々に拡がる通路と流体連通した１つ以上のバルブと、
   上記各バルブと流体連通した１つ以上のガス源と、
   を備えたチャンバ。
2. 上記１つ以上のバルブと上記通路とを流体接続し、上記通路の長手軸に直角に配置されている１つ以上のガスコンジットを更に備えた、請求項１に記載のチャンバ。
3. 上記１つ以上のガスコンジットは、上記通路の上記長手軸に対してある角度に配置される、請求項２に記載のチャンバ。
4. 上記チャンバ蓋の上記底面は、そのカバー部材の中央部分から延びるテーパー付けされた面で構成され、該テーパー付けされた面は、まっすぐな面、凹状面、凸状面又はその組合せより成るグループから選択された面で構成される、請求項１に記載のチャンバ。
5. 上記通路は、裁頭円錐の形状とされる、請求項１に記載のチャンバ。
6. 上記通路は、上部及び下部を備え、該上部は該下部より内径が小さい、請求項１に記載のチャンバ。
7. 共通のパージガス源が各バルブに結合されると共に、個別の反応ガス源が各バルブに結合される、請求項１に記載のチャンバ。
8. 上記底面の周囲付近で上記チャンバ蓋に配置されたチョークを更に備えた、請求項１に記載のチャンバ。
9. 上記反応ゾーンの断面積は、上記通路から上記反応ゾーンの周囲まで実質的に均一である、請求項１に記載の方法。
10. 基板受け入れ面を有する基板支持体と、
    チャンバ蓋であって、該チャンバ蓋の中央部分から延びる拡大チャンネルと、該拡大チャンネルから上記チャンバ蓋の周囲部分へ延びるテーパー付けされた下面とを含むチャンバ蓋と、
    上記拡大チャンネルの上部の周りに配置された１つ以上のガスコンジットであって、上記拡大チャンネルの中心から一定角度で配置された１つ以上のガスコンジットと、
    上記徐々に拡がるチャンネルに結合された１つ以上のバルブと、
    上記テーパー付けされた底面の周囲付近で上記チャンバ蓋に配置されたチョークと、
    を備えたチャンバ。
11. 上記１つ以上のガスコンジットは、上記拡大チャンネルの長手軸に直角に配置される、請求項１０に記載のチャンバ。
12. 上記１つ以上のガスコンジットは、上記拡大チャンネルの長手軸に対して一定角度で配置される、請求項１０に記載のチャンバ。
13. 上記反応ゾーンの断面積は、上記通路から上記反応ゾーンの周囲まで実質的に均一である、請求項１０に記載の方法。
14. 上記１つ以上のバルブは、上記チャンバ蓋に取り付けられる、請求項９に記載のチャンバ。
15. 上記１つ以上のバルブは、チャンバ本体の下に取り付けられる、請求項９に記載のチャンバ。
16. タンタル含有コンパウンドを保持するためのキャニスターを更に備えるように適合され、該キャニスターは、約６０℃から約７０℃の温度にある、請求項９に記載のチャンバ。
17. 基板処理チャンバ内の基板へガスを配送する方法であって、
    １つ以上のガスを上記基板処理チャンバ内へ上記基板の中央部分の上に初期円形方向に供給するステップと、
    非断熱膨張により上記ガスの速度を低下させるステップと、
    上記基板の中央部分に上記ガスを供給するステップと、
    上記基板の中央部分から上記基板の周囲部分へ上記基板を半径方向に横切って実質的に均一な速度でガスを指向するステップと、
    を備えた方法。
18. 実質的に均一な速度は、最大速度と最小速度の比が約２．０以下である、請求項１７に記載の方法。
19. 上記ガスを上記基板の中央部分に向けて下向きの流路に第２の速度で供給するステップであって、該第２の速度が上記第１速度より低いようなステップを更に備えた、請求項１７に記載の方法。
20. 上記ガスを上記基板のエッジから半径方向に第３の速度で供給するステップであって、該第３の速度が上記実質的に均一な速度より高いようなステップを更に備えた、請求項１７に記載の方法。

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