JP2008103679A

JP2008103679A - 半導体ワーク処理反応器に用いられるガス分配装置及びその反応器

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Publication number: JP2008103679A
Application number: JP2007194499A
Authority: JP
Inventors: Daimei Ka; 乃明何; Shulin Wang; 樹林王; Li Fu; 麗傅; Qing Lv; 青呂; Aika Chin; 愛華陳; Shigyo In; 志堯尹
Original assignee: Advanced Micro Fabrication Equipment Inc; Advanced Micro Fabrication Equipment Inc Asia
Current assignee: Advanced Micro Fabrication Equipment Inc; Advanced Micro Fabrication Equipment Inc Asia
Priority date: 2006-10-18
Filing date: 2007-07-26
Publication date: 2008-05-01
Anticipated expiration: 2027-07-26
Also published as: CN101058872A; TWI325898B; KR20080035442A; US7658800B2; US20080092815A1; JP4773407B2; KR100955371B1; TW200823317A; CN100451163C

Abstract

【課題】半導体ワークに堆積されたフィルムにおける性能の改善を図る。
【解決手段】少なくとも第１種と第２種の反応ガスの供給源と連通する反応ガス供給プレートと、当該反応ガス供給プレートに連接するとともに、前記第１種と第２種の反応ガスのうち少なくとも１種がそれにおいて均一に分布拡散される少なくとも一枚の反応ガス分配プレートと、当該反応ガス分配プレートに連接する反応ガス搬送フェースプレートとを備え、前記第１種と前記第２種の反応ガスが前記反応ガス供給プレート、反応ガス分配プレート、及び反応ガス搬送フェースプレートをそれぞれ通過する過程において常に隔離され、最後に、均一分布の方式で前記反応ガス搬送フェースプレートから逸出するガス分配装置を提供する。また、本発明はこのガス分配装置を利用した半導体ワーク処理反応器も提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体ワーク処理反応器に用いられるガス分配装置に関し、特に、化学気相成長、原子層堆積、或いは類似した方法により、半導体ワークの表面に均一なフィルムやシート層を堆積させるように、半導体ワークへの気相化学物質の搬送に利用される、半導体ワーク処理反応器に取り付けられるガス分配装置に関する。また、本発明は、このガス分配装置を利用した半導体ワーク処理反応器にも関する。

化学気相成長と原子層堆積は、半導体製造においてキーになるプロセスである。特に、酸化物層の堆積は集積回路製造において重要な一環になる。より具体的には、集積回路構成における隙間を充填しようとする場合、一般に熱処理プロセスを利用する必要がある。一般的には、テトラエチルオルソシリケート（tetraethylorthosilicate、TEOS）とオゾン（Ozone）により、熱処理による雑質のドーピングされない酸化物フィルムを製造している。従来から、伝統技術による化学気相成長用チャンバーは、いずれもの化学物質分配シャワーヘッド（showerhead chemical distribution system）を備えている。既存技術による分配シャワーヘッドは、プリミックス分配シャワーヘッド（pre−mixing showerheads）と、ポストミックス分配シャワーヘッド（post−mixing showerheads）との２種に大別されている。プリミックス分配シャワーヘッドにおいて、反応に参加するすべての化学物質は予め分配シャワーヘッドで混合されてから、分配シャワーヘッドから反応領域に逸出し、最後に半導体ワークに堆積される。

既存技術によるプリミックス分配シャワーヘッド技術では、すべての化学反応物が分配シャワーヘッドの内部において基本的に十分に混合され、最後に得られた化合物を均一に半導体ワークの表面に堆積させることができる利点がある。しかし、これらのプリミックス分配シャワーヘッドにおいて、プリミックス分配シャワーヘッドの内部で発生可能な化学反応を減少するように、分配シャワーヘッドの温度を厳密にコントロールする必要がある。例えば、テトラエチルオルソシリケートとオゾンなどの化学物質を利用して、熱酸化物の堆積処理を行う場合に、テトラエチルオルソシリケートが液相の化学物質であるため、分配シャワーヘッドの温度を上昇させることで、一般にテトラエチルオルソシリケート液体が凝縮する可能性を低下できるので、テトラエチルオルソシリケートの搬送に有利となる。しかしながら、分配シャワーヘッド内における高い温度が一般にオゾンの濃度を低下させてしまうおそれがあり、これはオゾンの半減期が温度と緊密に関連しているからである。

またさらに、テトラエチルオルソシリケートとオゾンが、分配シャワーヘッド内でプリミックスされると、重合が発生してパーティクルを生成する可能性があることがよくわかっている。これらの重合物であるパーティクルは半導体ワークの表面に堆積すると、集積回路構成において最後に得られた酸化物フィルムが隙間を充填する能力を低下させる。

既存のプリミックス分配シャワーヘッドの不足を解決するために、ポストミックス分配シャワーヘッドが提案された。例えば、既存技術において、特許文献１〜１１のような、ポストミックス分配シャワーヘッドが設計された。
米国特許第５６２４４９８号明細書米国特許第５９６３８３４号明細書米国特許第６１４８７６１号明細書米国特許第６０８６６７７号明細書米国特許第６０８９１８４号明細書米国特許第６２４５１９２号明細書米国特許第６３０２９６４号明細書米国特許第６４１５７３６号明細書米国特許第６４３５４２８号明細書米国特許出願公開第２００５／０２６３２４８号明細書米国特許出願公開第２００６／００２１７０３号明細書

これらの既存設備により異なる程度の効果が達成されたが、当業者はより確実に多種の反応化学物質を半導体ワークに搬送できる分配シャワーヘッドを求めており、また、半導体ワークの上や分配シャワーヘッドの内部に堆積可能なパーティクルの形成などの既存技術による欠陥を根本的に回避しようとしている。

本発明の目的は、既存技術による不足を克服して、反応領域に入る前に反応ガスを十分均一に分布拡散させるとともに、ガス分配装置の内部でのパーティクルの生成不足を回避することによって、半導体ワークに堆積されたフィルムにおける性能を改善することができる、半導体ワーク処理反応器に用いられるガス分配装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、同様に半導体ワークに堆積されるフィルムの性能を改善できる、上記のガス分配装置を利用した半導体ワーク処理反応器を提供することにある。

本発明は、下記の技術手段により達成される。

本発明における一つの側面によれば、少なくとも第１種と第２種の反応ガスの供給源と連通する反応ガス供給プレートと、前記反応ガス供給プレートに連接しており、前記第１種と第２種の反応ガスのうち少なくとも１種を前記反応ガス分配プレートにおいてほぼ均一に分布拡散させる少なくとも一枚の反応ガス分配プレートと、前記反応ガス分配プレートに連接する反応ガス搬送フェースプレートとを備え、
前記第１種と第２種の反応ガスが前記反応ガス供給プレート、反応ガス分配プレート、及び反応ガス搬送フェースプレートをそれぞれ通過する過程において、前記第１種と第２種の反応ガスが常に隔離され、最後に、ほぼ均一分布の方式で前記反応ガス搬送フェースプレートから逸出するガス分配装置である。

本発明における他の側面によれば、反応ガス供給プレートと、少なくとも一枚の反応ガス分配プレートと、反応ガス搬送フェースプレートとを備え、
前記反応ガス供給プレートは、少なくとも第１と第２の反応ガスの供給源と連通し、頂面と底面とを有して、略中心の箇所には前記頂面と前記底面を貫通する反応ガスの第１の通路が設けられ、前記第１種の反応ガスの供給源が前記反応ガスの第１の通路と連通することによって前記第１種の反応ガスが前記底面から逸出し、前記頂面には、当該頂面上に設けられるとともに互いに間隔をあけた複数の第１の領域内に分布する、前記底面まで貫通する複数の反応ガスの第２の通路をさらに含んでおり、
前記反応ガス分配プレートは、前記反応ガス供給プレートの底面と並列している頂面と前記頂面に相対した底面とを有し、前記頂面には、若干の第２の領域内に並列している、間隔をあけた複数のガスガイドブロックが設けられており、これらの若干の第２の領域が前記反応ガス供給プレート上に形成された前記若干の第１の領域とそれぞれ対応し、且つ、前記各ガスガイドブロック上には、前記反応ガス分配プレートの底面まで延びる若干の反応ガスの第３の通路が形成されており、当該若干の第3の通路が前記反応ガス供給プレートに形成された前記反応ガスの第２の通路とそれぞれに連通し、また前記第２種の反応ガスは、前記若干の反応ガスの第３の通路を流れるが、前記第１種の反応ガスは、前記頂面と底面との間に設けられる反応ガスの第４の通路を経由して流れ、
前記反応ガス搬送フェースプレートは、前記反応ガス分配プレートの底面と並列している頂面と当該頂面に相対する底面とを有し、当該頂面上には、間隔をあけた複数のガス囲いリムが取り付けられ、対応したガス囲いリムにおいて前記底面まで貫通する反応ガスの第５の通路が設けられ、前記第１種の反応ガスが当該通路を流れ、また前記頂面上において、前記複数のガス囲いリムの間にはその底面まで貫通する反応ガスの第６の通路が設けられ、前記第２種の反応ガスが当該通路を流れ、また第１種と第２種の反応ガスが、ほぼ均一に分布させる方式で前記底面から逸出するガス分配装置である。

本発明における他の側面によれば、第２のガス分配プレートが第１と第３のガス分配プレートの間に置かれ、第１のガス分配プレートと第２のガス分配プレートとの間には第１のキャビティが形成され、第２のガス分配プレートと第３のガス分配プレートとの間には第２のキャビティが形成されている、互いに連接している第１、第２、第３のガス分配プレートと、
前記第１のキャビティに前記第１のガス分配プレートに対して並列して、前記第２のガス分配プレートと略垂直に連接しており、且つ互いに所定のピッチで配列される若干の第１のガス分割装置と、
第１ガスを受け取って搬送するために、少なくとも一部分が前記複数の第１のガス分割装置で構成されて、前記第２のガス分配プレートを貫通する、若干の反応ガスの第１の通路と、
第２ガスを受け取って搬送するために、前記第２のガス分配プレートを貫通して設けられるとともに、均一に前記第１のガス分割装置の周囲に分布する、若干の反応ガスの第２の通路と、
この第２ガスを受け取って搬送するために用いられ、前記第２のキャビティ内に前記第２のガス分配プレートに対して並列し、互いに所定のピッチで配列され、前記第３のガス分配プレートと略垂直に連接している、若干の第２のガス分割装置と、
前記第２ガスを受け取って搬送するために、少なくとも一部分が前記複数の第２のガス分割装置で構成されるとともに、前記第３のガス分配プレートを貫通する、若干の反応ガスの第３の通路と、
前記第１ガスを受け取って搬送するために、前記第３ガス分配プレートを貫通して設けられ、均一に前記第２のガス分割装置の周囲に分布している、若干の反応ガス第４の通路とを備え、
また、第１種と第２種の反応ガスに係る経路が、前記反応ガスの第１、第２、第３、第４の通路により決定され、前記第３のガス分配プレートから逸出するまでに、２種の反応しようとするガスがそれぞれ第１種と第２種の反応ガス経路に沿って伝送されて互いに隔離されるガス分配装置である。

本発明におけるまた他の側面によれば、堆積領域を具備する処理チャンバーと、
処理の際に前記処理チャンバーの堆積領域に位置する被処理半導体ワークを支持並びに水平移動させるための、移動可能なベースと、
複数の反応ガス分配プレートを含んでおり、少なくとも２種の相互に隔離された反応ガス経路を提供するために、各反応ガス分配プレート上に１セットの所定の接続関係により相互に連通される反応ガス通路が設けられることによって、少なくとも第１と第２の反応ガスを相互に隔離されてほぼ均一に分布するように、前記移動可能な半導体ワーク上に搬送し、かつ前記処理チャンバー内に取り付けられて半導体ワークの近くに配置されているガス分配装置とを備える半導体ワーク処理反応器である。

図１は、本発明に係るガス分配装置を適用した半導体ワーク処理反応器の簡略化された縦断面図である。本発明に記載のガス分配装置は、化学気相成長（chemical vapor deposition、CVD）または原子層堆積（atomic layer deposition、ALD）に利用することができる。以下に化学気相成長を例にして説明する。図に示すようなガス分配装置１０は処理反応器１１内に設けられている。処理反応器１１は環状側壁１２と当該環状側壁１２により形成された内部チャンバー１３とを有し、内部チャンバー１３内において半導体ワーク（semiconductor work piece）１４を受け取って処理することができる。上記の半導体ワーク１４は、チップ製造用の半導体基材（substrate）やウエハ（wafer）であってもよいし、フラットパネル・ディスプレー製造用のガラス基板であってもよい。図１に示すように、処理反応器１１には頂面１５をさらに有し、ここに複数の化学反応物質（ここでは例として第１の反応物質２１と第２の反応物質２２を表示する）の供給源が上記のガス分配装置１０と連通している。以下の検討において、本発明における一側面を、上記の第１種と第２種の反応物質としてTEOSとOZONEに例示して説明するが、反応物質はこれに限られない。例えば、上記のガス分配装置１０は金属化合物の気相堆積（metal deposition）に利用されるが、この場合に、第１と第２の反応物としてTiCl_４とNH_３を利用しTiNを堆積してもよい。ガス分配装置１０が原子層堆積に利用される場合、例えば、Al_２O_３、HFO_２、HFSiO_２、HFxSiyO_２、Ta_２O_５のような高誘電率Ｋ（ファラッド毎センチメートル、F／cm）である材料を堆積してもよい。また、CVDまたはALD方式によりWN膜を堆積してもよく、この場合、使用される第１と第２の反応物源がWF_６とNH_３を含む。なお、第１と第２の反応物は、TaNまたはTiNを堆積するために用いられてもよく、この場合、Ta／TiとH／Nであるプリカーサーガスを利用する。それとともに、一般には、各種のバルブ及びその他の制御装置（図示しない）を利用して、異なるドーズでガス分配装置１０に進入するように、これらの第１種と第２種の反応物質２１，２２を測定・制御する。図１から、水平方向に半導体ワーク１４を水平移動可能に支持させるように、ガス分配装置１０の下方に支持素子またはベース２３も設けられていることがわかる。ベースまたは支持素子２３は加熱素子を有してもよく、抵抗的発熱素子、インダクタンス発熱コイル素子、発熱電球素子や、その他の半導体ワーク１４に熱を提供できる加熱方法であればよい。また、反応器による処理において、本発明にかかるガス分配装置１０に合わせて半導体ワーク１４に作用して均一なフィルムを堆積するように、ベースまたは支持素子２３が水平移動可能に設けられることが理解できる。このベース２３による水平移動は、半導体ワーク１４上に堆積されたフィルムの厚さにおける均一性を向上し、隙間の充填力を強化し、パーティクルの発生を低減し、同時に反応ガスの用量を減少させることができる。この水平移動は、回転、クラップ、前後の動き、非線形運動、またはこれらの動きの組み合わせなどの各種の水平動を含む。本発明における好ましい実施の形態としては、上記の水平移動可能なベース２３は、半導体ワーク１４が所定の回転速度で水平回転するように構成される。

半導体ワーク１４は、ガス分配装置１０と半導体ワーク１４を搭載するベース２３との間に位置する化学反応エリア２４に置かれる。本発明に係るガス分配装置１０は、一枚の半導体ワーク１４を処理するために、図１に示すように一つの作業ステージ或いはベース２３が含まれる処理チャンバーの中に配置されてもよく、或いは一つのガス分配装置１０にそれぞれ対応する各作業ステージ毎に同時に複数の半導体ワーク１４を処理するために、複数の作業ステージが含まれる処理チャンバーに配置されてもよいことがわかる。したがって、広義的には、本発明に関する半導体ワーク１４の処理反応器１１は、処理反応器１１の内部に設けられる堆積領域２４と、ベース２３と、ガス分配装置１０とを備える。上記のベース２３が未処理の半導体ワーク１４を支持するために用いられ、半導体ワーク１４を処理する際に、水平方向に移動できることにより、半導体ワーク１４上に堆積されたフィルムの均一性が向上する。ガス分配装置１０は、少なくとも第１種の反応ガス２１と第２種の反応ガス２２とを半導体ワーク１４へ搬送するために、処理反応器１１において半導体ワーク１４の近くに取り付けられ、搬送中、この少なくとも２種の反応ガスがガス分配装置１０を通過する時に分離の状態に保持され、反応ガスがそれぞれ異なるガス伝送経路を流れるので、反応ガスがガス分配装置１０で混合して反応することなく、フィルムの品質に影響を及ぼすパーティクルが発生しないことを確保できる。本発明に記載の第１種の反応ガス２１や第２種の反応ガス２２は、一種の化学反応物（例えば、TEOSやOZONE）しか含まれない反応ガスでもよく、多種の化学反応物が含まれる混合ガスでもよく、例えば、反応ガスの中に一種或いは多種のドーパントガス（dopant gas）が含まれることがわかる。

図２は、半導体ワーク処理のための本発明に係るガス分配装置の分解された縦断面図である。ガス分配装置１０は、複数のガス分配プレート３０を備えるが、ここで一つの第１の反応ガス分配プレート或いは反応ガス供給プレート３１、少なくとも一つの第２の反応ガス分配プレート３２、一つの第３の反応ガス分配プレート或いは第３の反応ガス搬送フェースプレート３３のみ表示している。上記の複数のガス分配プレート３０は、機械接続により密閉に連接してもよく、真空ブレイズ溶接（vacuum braze welding）や真空ヒューズ溶接（vacuum fuse welding）によって密閉された一体のガス分配装置を形成してもよい。図３と図４は、それぞれが第１の反応ガス分配プレートや反応ガス供給プレート３１の上面図と底面図を示す。この第１の反応ガス分配プレート３１は、頂面４１と、頂面４１に相対する底面４２と、外縁４３とを有する本体４０を具備する。本体４０において、本体４０の略中心となる箇所には、頂面４１と底面４２とを貫通する反応ガスの第１の通路５１が設けられている。さらに、反応ガス供給プレート３１内に、その頂面４１と底面４２とを貫通する、１セットまたは若干の反応ガスの第２の通路５２が設けられている。図示した構成において、第１種の反応ガス２１は反応ガスの第１の通路５１を通って、第２種の反応ガス２２は複数の反応ガスの第２の通路５２を通る。図２のように、第１、第２、第３の反応ガス分配プレート３１〜３３は、それぞれに１セットの反応ガス通路を有し、これについて詳しく後述するが、これらの通路は、互いに隔離した二種のガス通路または経路を提供して上記の第１種と第２種の反応ガス２１，２２を搬送するように、所定の連通方式により互いに連接して、二種の反応ガス２１，２２を異なる搬送経路によって図１に示した移動（回転）している半導体ワーク１４に搬送する。図示するように、第１種の反応ガス２１は反応ガスの第１の通路５１に搬送され、第２種の反応ガス２２は複数の反応ガスの第２の通路５２に搬送される。図３と図４に示すように、複数の反応ガスの第２の通路５２は、複数の間隔をあけて置かれた領域５３に分布され、各領域５３の間には条状の連続的な隙間５４があることがわかる。図４は、第１の反応ガス分配プレート或いは反応ガス供給プレート３１の底面図を表示するもので、図示するように、１セットまたは複数の径方向へ延びるガスガイド溝５５が若干の間隔をあけて置かれた第１の領域５３の間に設けられている。反応ガスの第１の通路５１はこの複数の径方向へ延びるガスガイド溝５５と連通している。各ガスガイド溝５５は、本体４０の略中心となる箇所からその外縁４３に向かう方向へ延びる。

第１、第２、第３のガス分配プレート３１〜３３は緊密に密封連結され、図２および以降の図に示すように、第２の反応ガス分配プレート３２が第１と第３のガス分配プレート３１，３３の間に位置している。ここで、第２の反応ガス分配プレート３２は、頂面６１と底面６２とを有する略円形になる一つの本体６０を備える。またさらに、本体６０は外縁６３を有する。図２と図５より、第１の反応ガス分配プレート或いは反応ガス供給プレート３１の底面４２と第２の反応ガス分配プレート３２の頂面６１の間に、一つのキャビティ６４が形成されている。図２、図５、図６より、第２の反応ガス分配プレート３２の頂面６１には、本体６０と一体になっているとともに、ガス供給プレート３１の底面４２に並列（juxtaposed）するまでに、その頂面６１に垂直して上方へ延びる、１セットまたは複数の第１のガス分割装置７１が設けられたことがわかる。この複数の第１のガス分割装置７１は、均一にキャビティ６４内に分布され、また隣接する二つの第１のガス分割装置７１が所定のピッチで離れている。また、各第１のガス分割装置７１は頂面７２を備える。組合せることにより、頂面７２が反応ガス供給プレート３１の底面４２に並列される。図５より、複数の第１のガス分割装置７１は、若干の第２の領域７３に配列され、反応ガス供給プレート３１に設けられた若干の第１の領域５３と同方向に並列していることが明瞭である。また、複数の若干の第２の領域７３が隣接する場所には、複数の径方向へ延びる主反応ガス分配通路７４が設けられている。なお、各第１のガス分割装置７１の間に、若干のサブ反応ガス分配通路７５が形成され、また、各サブ反応ガス分配通路７５が径方向へ延びる主反応ガス分配通路７４と互いに連通される。またさらに、複数の第１のガス分割装置７１により形成された複数の領域７３を囲んで、各主反応ガス通路７４、及びサブ反応ガス通路７５と連通する一つの環状ガス分配通路７６もある。前記第１のガス分割装置７１について、多種の実施形態があり、図示したのはその中の一つであり、つまり、複数の線形に延びるガスガイドブロック７１であることが理解される。理解の便宜上、次は線形に延びるガスガイドブロック７１について本発明を説明する。

図５に示した構成において、各線形に延びるガスガイドブロック７１上には、反応ガス分配プレート３２の底面６２までガスガイドブロック７１を貫通する、若干の反応ガスの第３の通路８３が設けられている。若干の反応ガスの第３の通路８３は、対応する反応ガス供給プレート３１におけるそれぞれの反応ガスの第２の通路５２と相互に流体連通している。したがって、第２種の反応ガス２２は、若干の反応ガスの第３の通路８３を流れる。さらに、反応ガスの第４の通路８４は、反応ガス分配プレート３２に設けられて、反応ガス分配プレート３２の頂面６１と底面６２とを貫通する。反応ガスの第４の通路８４は、それを流れる第１種の反応ガス２１の供給源とそれぞれ連通する。反応ガス供給プレート３１に設けられた反応ガスの第２の通路５２は、それと対応するガスガイドブロック７１における反応ガスの第３の通路８３と略同心に配置される。したがって、第２種の反応ガス２２は、１セットの同心に配置した反応ガスの第２の通路５２と第３の通路８３とを流れて、反応ガス分配プレート３２の底面６２から逸出する。図示より、複数の径方向へ延びる主反応ガス分配通路７４は、反応ガス供給プレート３１の底面４２に設けられた複数の径方向へ延びるガスガイド溝５５と同心に配置していることがわかる。反応ガス供給プレート３１から逸出した第１種の反応ガス２１は、主、サブ、環状反応ガス分配通路７４〜７６に沿って伝送されて、十分均一に分布拡散されてから、反応ガス分配プレート３２に設けられて頂面６１と底面６２とを貫通する反応ガスの第４の通路８４を通過する。第１種と第２種の反応ガス２１，２２は、この第２種の反応ガス分配プレートを通過する時に、異なる経路を介して相互に分離される。また、本発明における他の実施の形態として、前記キャビティ６４内に設けられる第１のガス分割装置またはガスガイドブロック７１は、相互に間隔をあけて並列される若干の独立なガスガイド装置或いはガスガイド管（図示しない）より取り替えられる。上記のガスガイド装置またはガス導管は、第２の反応ガス分配プレート３２にそれと連結するように設けられ、ガスガイド装置またはガス導管において中空のガス通路（前記若干の反応ガスの第３の通路８３に相当する）が設けられ、複数のガスガイド装置またはガス導管がガスガイドブロック７１と同様な機能を達成でき、つまり、第２種の反応ガス２２をその上に設けられた中空のガス通路を流し、第２の反応ガス分配プレートの底面に流せるが、一方、第１の反応ガスは、相互に間隔をあけて均一に並列されるガスガイド装置またはガス導管の間において、十分に分布拡散されてから、第２の反応ガス分配プレート３２の底面６２に流出される。本発明において設けられた第２の反応ガス分配プレート３２に設けられた第１のガス分割装置７１またはガスガイド装置は、少なくとも２種の反応ガスが分割されて、異なる搬送通路または経路により第２の反応ガス分配プレート３２を通過させることができ、また少なくとも一種の反応ガスが、この第２の反応ガス分配プレート３２内において十分均一に分布拡散できることが理解される。

本発明におけるガス分配装置１０は、さらに一つの第３の反応ガス分配プレート或いは第３の反応ガス搬送フェースプレート３３を含み、これはそれぞれ図７〜図１０を参照すればわかる。この第３の反応ガス分配プレートまたは第３の反応ガス搬送フェースプレート３３は、頂面９１と底面９２とを有する本体９０を具備する。またさらに、本体９０はさらに一つの外縁９３を含んで、頂面９１と第２の反応ガス分配プレート３２の底面６２との間に一つのキャビティ９４が形成されている。１セットの第２のガス分割装置（図示のような実施の形態において略直角形であるガス囲いリム）１０２は、本体９０の頂面９１と一体に連接するとともに、それと略垂直になって上方へ延びる。この略直角形であるガス囲いリム１０２は、異なるサイズからなり、所定のピッチで並列される。各直角形のガス囲いリム１０２は、一つの環状密閉空間を構成している連続的に連接する側壁１０３より構成される。側壁１０３において、一つの頂部外縁１０４も含む。各ガス囲いリム１０２の頂部外縁１０４は、いずれも第２の種反応ガス分配プレート３２の底面６２と並列する。図７に示すように、複数の反応ガスの第５の通路１０５は、各ガス囲いリム１０２の中に設けられて、その頂面９１から底面９２までに貫通する。第１種の反応ガス２１は先ず第２種の反応ガス分配プレート３２の底面６２から逸出してから、対応したガス分配囲いリム１０２に入り、そして反応ガスの第５の通路１０５を流れて、被処理半導体ワーク１４上に転送されることが理解される。またさらに、反応ガスの第６の通路１０６は、第３の反応ガス搬送フェースプレート３３に設けられるとともに、複数のガス分配囲いリム１０２の間に介在される。反応ガスの第６の通路１０６は、反応ガス分配プレート３２から逸出した第２種の反応ガス２２を受け取る。反応ガスの第６の通路１０６は、頂面９１と底面９２とを貫通する。第２種の反応ガス２２は、反応ガス搬送フェースプレート３３の頂面９２において略均一に分布されてから、反応ガスの第６の通路１０６を流れて、被処理半導体ワーク１４に転送される。

図８、図９、図１０を参照してみると、反応ガスの第５の通路１０５と反応ガスの第６の通路１０６とは、第１種と第２種の反応ガス２１，２２を均一に被処理半導体ワーク１４上に搬送するために、所定のピッチで交互に反応ガス搬送プレート３３の底面９２を貫通している。この方式より、各反応ガスの第５の通路１０５と反応ガスの第６の通路１０６とが、１セットの底面９２内に嵌め込んでいる円錐形のガス分配ホール１１０に接続する。このセットのガス分配ホール１１０は一つの中心ガス搬送ホール１１０ａ（図１１）を含み、本発明における一つの態様において、中心ガス搬送ホール１１０ａと被処理半導体ワーク１４の中心との間には、一つの横方向におけるずれがある。この横方向のずれの位置は、符号１１０ｂで表示される。半導体ワーク１４を処理する場合に、この水平に移動（例えば、回転）する半導体ワークの中心点１１０ｂにおいては、この横方向におけるずれによって半導体ワークの中心点１１０ｂにほかの箇所より厚いフィルムが堆積されないことが確保され、つまり、半導体ワークの中心点１１０ｂとほかの箇所との堆積フィルムの厚さがほぼ同一することを保証できるので、堆積されたフィルムの均一性を保証できる。当然ながら、実際の適用においては、異なるプロセスの要求及び作業条件に応じて、本発明における他の実施の形態として、この中心ガス搬送ホール１１０ａと被処理半導体ワーク１４の中心とが完全に同心に配置される場合もある。上記のような検討から、本発明に係るガス分配装置１０において、反応ガスの第１、第４、第５の通路５１，８４，１０５を含む第１の反応ガス通路１１１と、反応ガスの第２、第３、第６の通路５２，８３，１０６を含む第２の反応ガス通路１１２とが形成されることがわかる。図示した構成において、第１種の反応ガス２１は第１種の反応ガス通路１１１を流れ、第２種の反応ガス２２は第２種の反応ガス通路１１２を流れて、両方が交互に底面９２から逸出して、第１種と第２種のガス２１，２２を均一に底面９２上に分布させる。本発明における一つの態様において、反応ガス搬送フェースプレート３３はドーズが殆んど等量である第１種と第２種の反応ガス２１，２２をその付近に置かれた回転中の半導体ワーク１４上に搬送する。本発明における他の態様において、反応ガス搬送フェースプレート３３は量が異なる第１種と第２種の反応ガス２１，２２を半導体ワーク１４上に搬送する。半導体ワーク１４の上にある化学反応エリア２４に搬送される前に、第１種と第２種の反応ガス２１，２２は、第１、第２、第３の反応ガス分配プレート３１〜３３を通過する際に分離の状態に保持されて、互いに混合されない。

−操作方法−
以下、本発明における実施例の操作方法について簡潔に説明する。

本発明における第一の側面は、第１種と第２種の反応ガス２１，２２のガス供給源に接続する一つの反応ガス供給プレート３１を備えている半導体処理に使用されるガス分配装置１０である。また、ガス分配装置１０は、反応ガス供給プレート３１からガスを受け取る一枚の反応ガス分配プレート３２を備えている。ガス分配装置１０は、反応ガス分配プレート３２からガスを受け取る一つの反応ガス搬送フェースプレート３３を備えている。前述したように、第１種と第２種の反応ガス２１，２２は、反応ガス供給プレート３１、反応ガス分配プレート３２、反応ガス搬送フェースプレート３３を通過する際に、それぞれ分離されて、その後ほぼ均一な方式により反応ガス搬送フェースプレート３３から逸出して、被処理半導体ワーク１４に搬送される。

本発明におけるさらに他の側面において、第２反応ガス分配プレート３２が第１と第３のガス分配プレート３１，３３の間に置かれ、連接している第１、第２、第３のガス分配プレート３１〜３３を備えている半導体処理に使用されるガス分配装置１０である。図示した構成において、第１と第２のガス分配プレート３１，３２の間に第１のキャビティ６４が形成され、第２と第３のガス分配プレート３２，３３の間に第２のキャビティ９４が形成される。１セットの第１のガス分割装置７１は、第２の反応ガス分配プレート３２と一体に連接して上方へ延び、所定のピッチで並列している。複数の第１のガス分割装置７１は、第１のキャビティ６４の中に第１のガス分配プレート３１と並列している。複数の第１のガス分割装置７１により、若干の反応ガスの第１の通路、つまり前述した反応ガスの第３の通路８３が形成される。またさらに、第２の反応ガス分配プレート３２には、第１のガス分割装置７１の周囲に均一に分布されている１セットの貫通する反応ガスの第２の通路、つまり前述した反応ガスの第４の通路８４が設置されている。本発明に係るガス分配装置１０は、第３のガス分配プレート３３と一体に連接して垂直となり、上方へ延び、所定のピッチで並列されている、１セットの第２のガス分割装置１０２をさらに備える。図示した構成において、第２のガス分割装置１０２も、第２のキャビティ９４の中に配置されて第２の反応ガス分配プレート３２と並列されている。１セットの反応ガス第３の通路、即ち前述した反応ガスの第５の通路１０５は、少なくとも部分的に複数の第２のガス分割装置１０２の中に設けられて、第３のガス分配プレート３３を貫通する。またさらに、１セットの反応ガスの第４の通路、即ち前述した反応ガスの第６の通路１０６は、第３のガス分配プレート３３を貫通して設けられ、均一に周囲における複数の第２のガス分割装置１０２に分布する。前記のように、第１種と第２種の反応ガス通路１１１，１１２においては、第３のガス分配プレート３３から逸出するまで、第１種と第２種の反応ガス２１，２２が第１と第２の反応ガス通路１１１，１１２に沿って搬送され互いに分離されるように、複数の反応ガス通路が含まれる。

本発明は、堆積領域２４を有する一つの処理反応器１１と、その上に置かれて堆積領域２４にある処理される半導体ワーク１４を水平に支持し移動させるためのベース２３とを含む半導体ワーク処理反応器も包含する。またさらに、本発明には、第１、第２、第３の反応ガス分配プレート３１〜３３を含み、処理反応器１１において半導体ワーク１４の近くに配置されている、ガス分配装置１０を備える。各反応ガス分配プレートは、この少なくとも２種の反応ガス２１，２２を水平移動する半導体ワーク１４上に搬送するために、所定の連通関係で接続している複数の反応ガス通路５１，５２，８３，８４，１０５，１０６を含むことにより、互いに隔離された少なくとも第１と第２の反応ガス通路１１１，１１２を提供する。上記のガス分配装置１０は、反応ガス２１，２２を反応領域２４に入る前に十分均一に分布拡散させ、同時に既存技術におけるガス分配装置内部のパーティクルの発生を回避して、半導体ワーク１４上に堆積されたフィルムにおける性能を改善することができる。

以上の説明は、本発明に係るいつかの好ましい実施形態に基づいたもので、本発明の範囲を制限するものではない。本発明の装置に対しては、部品への本技術分野における周知の置き換え、組み合わせ、分立、及び本発明の実施ステップへの本技術分野における周知の等価変更又は置換えのいずれも、本発明の範囲に属する。

本発明に係るガス分配装置を適用した半導体ワーク処理反応器を簡単化した縦断面図である。半導体ワーク処理のためのガス分配装置を分解した縦断面図である。ガス分配装置の反応ガス供給プレートの上面図である。ガス分配装置の反応ガス供給プレートの底面図である。ガス分配装置の反応ガス分配プレートの上面図である。ガス分配装置の反応ガス分配プレートの底面図である。ガス分配装置の反応ガス搬送フェースプレートの上面図である。ガス分配装置の反応ガス搬送フェースプレートの底面図である。反応ガス搬送フェースプレートの縦断面図である。図９の縦断面図において符号１０にかかる部分の一部の拡大図である。図７の反応ガス搬送フェースプレートの局部の拡大上面図である。

Claims

少なくとも第１種と第２種の反応ガスの供給源と連通する反応ガス供給プレートと、
前記反応ガス供給プレートに連接しており、前記第１種と第２種の反応ガスのうち少なくとも１種を前記反応ガス分配プレートにおいてほぼ均一に分布拡散させる少なくとも一枚の反応ガス分配プレートと、
前記反応ガス分配プレートに連接する反応ガス搬送フェースプレートとを備え、
前記第１種と第２種の反応ガスが前記反応ガス供給プレート、反応ガス分配プレート、及び反応ガス搬送フェースプレートをそれぞれ通過する過程において、前記第１種と第２種の反応ガスが常に隔離され、最後に、ほぼ均一分布の方式で前記反応ガス搬送フェースプレートから逸出するガス分配装置。
前記反応ガス供給プレートは、頂面と底面を有しており、その略中心である箇所に前記頂面と底面を貫通する反応ガスの第１の通路が設けられているとともに、前記反応ガス供給プレートには前記頂面と底面を貫通する複数の反応ガスの第２の通路も設けられ、また前記第１種の反応ガスの供給源がこの反応ガスの第１の通路と連通し、第２種の反応ガスの供給源がこの複数の反応ガスの第２の通路と連通することを特徴とする請求項１に記載のガス分配装置。
前記反応ガス供給プレートの底面に径方向へ延びる複数のガスガイド溝が設けられており、前記ガスガイド溝はそれぞれこの反応ガスの第１の通路と連通し、且つ前記反応ガス供給プレートの底面から逸出した前記第１種と第２種の反応ガスが互いに分離していることを特徴とする請求項２に記載のガス分配装置。
前記反応ガス供給プレートは、一つの表面領域と一つの外縁とを具備し、前記径方向へ延びる複数のガスガイド溝が径方向に沿って外に向けて前記反応ガス供給プレートの外縁まで延び、且つ前記反応ガス供給プレートの表面領域において前記複数の反応ガスの第２の通路がほぼ均一に分布していることを特徴とする請求項３に記載のガス分配装置。
前記反応ガス分配プレートは、前記反応ガス供給プレートと前記ガス搬送フェースプレートとの間に設けられており、また、前記反応ガス分配プレートが前記反応ガス供給プレートの底面と並列している頂面、および前記反応ガス搬送プレートと並列している底面を有し、前記反応ガス分配プレートの頂面上に所定のピッチで上方へ延びてこの頂面と略垂直になる複数のガスガイドブロックが設けられ、且つ各ガスガイドブロックに複数の反応ガスの第３の通路が設けられ、この反応ガスの第３の通路が前記各ガスガイドブロックを貫通して前記反応ガス分配プレートの底面に到達するとともに、前記各ガスガイドブロックに形成された前記若干の反応ガスの第３の通路が、それぞれ前記反応ガス供給プレートに形成された複数の反応ガスの第２の通路と同心に配置されていることを特徴とする請求項２に記載のガス分配装置。
前記複数のガスガイドブロックは、所定のピッチで互いに間隔を空けて設けられており、この複数のガスガイドブロックはセット単位で設けられているが、各セットの間に複数の略径方向へ延びる主反応ガス分配通路が形成され、前記ガス分配装置にはこの複数のガスガイドブロックを囲む一つの反応ガス環状分配通路も設けられ、前記反応ガス環状分配通路がこの主ガス分配通路と連通するとともに、前記複数のガスガイドブロックの周囲を囲んでおり、且つ、前記複数のガスガイドブロックの間には前記主反応ガス分配通路と連通する若干のサブ反応ガス分配通路がさらに分布し、また、前記反応ガス分配プレートの頂面上にある前記主反応ガス分配通路、前記反応ガス環状分配通路、前記サブ反応ガス分配通路において所定のほぼ均一な方式でそれらの間に分布する反応ガスの第４の通路も含み、さらに前記反応ガス分配プレートの底面まで延び、前記反応ガス供給プレートから逸出した前記第１種の反応ガスが前記主反応ガス分配通路、前記反応ガス環状分配通路、前記サブ反応ガス分配通路によってほぼ均一に前記反応ガス分配プレートの頂面上に分布したのち、前記反応ガスの第４の通路に入り、前記反応ガス分配プレートの底面から逸出し、また、前記反応ガス分配プレートを通過する際には、前記第１種と前記第２種の反応ガスが分離状態に保持されていることを特徴とする請求項５に記載のガス分配装置。
前記反応ガス搬送フェースプレートは、前記反応ガス分配プレートと並列し、前記反応ガス分配プレートを通過した前記第１種と前記第２種の反応ガスを前記頂面を通過させるための頂面と、前記頂面に対応して、被処理半導体ワークとの間に所定の距離を保持している底面とを有しており、前記反応ガス搬送フェースプレートの頂面には、所定のピッチで互いに間隔を空けて並列する、この頂面と略垂直になって上方へ延びる複数のガス分配囲いリムが設けられており、前記ガス分配囲いリムに囲まれた内部領域において、前記頂面から底面まで延びる複数の反応ガスの第５の通路が形成され、前記第１種の反応ガスが前記反応ガス分配プレートの底面から逸出して、対応したガス分配囲いリムの内部に入り込んで、前記複数の反応ガスの第５の通路を通過し、被処理半導体ワークに到達し、前記複数のガス分配囲いリムの間には、前記反応ガス分配プレートから逸出した前記第２種の反応ガスを受け取るために、前記頂面から底面まで延びる反応ガスの第６の通路が形成されており、また第２種の反応ガスが前記反応ガス搬送フェースプレートの頂面上においてほぼ均一に分布してから、前記反応ガスの第６の通路を経由して前記被処理半導体ワーク上に搬送されることを特徴とする請求項２に記載のガス分配装置。
前記反応ガスの第５の通路と第６の通路は、所定のピッチで相互に間隔をあける方式で交互に前記反応ガス搬送フェースプレートの底面に配列されることによって、前記第１種と第２種の反応ガスがほぼ均一に被処理半導体ワーク上に分布することを特徴とする請求項７に記載のガス分配装置。
前記反応ガス搬送フェースプレート上には、若干のガス分配ホールが形成されており、前記反応ガスの第５の通路と第６の通路がガス分配ホールに接し、前記複数のガス分配ホールが、前記被処理半導体ワークの中心と水平偏心の関係となる中心ガス分配ホールを含むことを特徴とする請求項７に記載のガス分配装置。
前記反応ガス供給プレートと、前記ガス分配プレートと、前記ガス搬送フェースプレートとが、機械的に連接されていることを特徴とする請求項１に記載のガス分配装置。
前記反応ガス供給プレートと、前記ガス分配プレートと、前記ガス搬送フェースプレートとが、真空ブレイズ溶接や真空ヒューズ溶接により、一体のガス分配装置を形成することを特徴とする請求項１に記載のガス分配装置。
反応ガス供給プレートと、少なくとも一枚の反応ガス分配プレートと、反応ガス搬送フェースプレートとを備え、
前記反応ガス供給プレートは、少なくとも第１と第２の反応ガスの供給源と連通し、頂面と底面とを有して、略中心の箇所には前記頂面と前記底面を貫通する反応ガスの第１の通路が設けられ、前記第１種の反応ガスの供給源が前記反応ガスの第１の通路と連通することによって前記第１種の反応ガスが前記底面から逸出し、前記頂面には、当該頂面上に設けられるとともに互いに間隔をあけた複数の第１の領域内に分布する、前記底面まで貫通する複数の反応ガスの第２の通路をさらに含んでおり、
前記反応ガス分配プレートは、前記反応ガス供給プレートの底面と並列している頂面と前記頂面に相対した底面とを有し、前記頂面には、若干の第２の領域内に並列している、間隔をあけた複数のガスガイドブロックが設けられており、これらの若干の第２の領域が前記反応ガス供給プレート上に形成された前記若干の第１の領域とそれぞれ対応し、且つ、前記各ガスガイドブロック上には、前記反応ガス分配プレートの底面まで延びる若干の反応ガスの第３の通路が形成されており、当該若干の第３の通路が前記反応ガス供給プレートに形成された前記反応ガスの第２の通路とそれぞれに連通し、また前記第２種の反応ガスは、前記若干の反応ガスの第３の通路を流れるが、前記第１種の反応ガスは、前記頂面と底面との間に設けられる反応ガスの第４の通路を経由して流れ、
前記反応ガス搬送フェースプレートは、前記反応ガス分配プレートの底面と並列している頂面と当該頂面に相対する底面とを有し、当該頂面上には、間隔をあけた複数のガス囲いリムが取り付けられ、対応したガス囲いリムにおいて前記底面まで貫通する反応ガスの第５の通路が設けられ、前記第１種の反応ガスが当該通路を流れ、また前記頂面上において、前記複数のガス囲いリムの間にはその底面まで貫通する反応ガスの第６の通路が設けられ、前記第２種の反応ガスが当該通路を流れ、また第１種と第２種の反応ガスが、ほぼ均一に分布させる方式で前記底面から逸出するガス分配装置。
前記第１種と第２種の反応ガスは、前記反応ガス供給プレート、前記反応ガス分配プレート、前記反応ガス搬送フェースプレートを通過する際に、分離状態に保持されていることを特徴とする請求項１２に記載のガス分配装置。
前記反応ガス供給プレートの底面には、前記第１の領域にある径方向へ延びる複数のガスガイド溝が設けられており、また、前記第１種の反応ガスを搬送する前記反応ガスの第１の通路が、前記径方向へ延びる複数のガスガイド溝と連通していることを特徴とする請求項１２に記載のガス分配装置。
前記反応ガス分配プレートの頂面における前記複数の第２の領域の間には、径方向へ延びる１セットの主反応ガス分配通路が設けられ、且つ、前記各ガスガイドブロックの間に１セットのサブ反応ガス分配通路が形成されており、前記反応ガス分配プレートの頂面上には、複数のガスガイドブロックで構成される前記若干の第２の領域を囲んで、径方向へ延びる前記主反応ガス分配通路と連通する、一つの環状反応ガス分配通路がさらに形成されており、また、径方向へ延びる前記主反応ガス分配通路は、対応する前記反応ガス供給プレートの底面に形成された径方向へ延びる前記各ガスガイド溝と同心に配置され、前記第１種の反応ガスが前記反応ガス供給プレートから逸出して、前記主、サブ、環状反応ガス分配通路に沿って分布し、前記反応ガスの第４の通路は所定の間隔関係に従って前記主、サブ、環状反応ガス分配通路に沿って設けられ、前記第１種の反応ガスがこの反応ガスの第４の通路に沿って前記反応ガス分配プレートから逸出することを特徴とする請求項１４に記載のガス分配装置。
前記第１種と第２種の反応ガスは、前記反応ガス搬送プレートの底面から逸出してから、反応が開始して、被処理半導体ワーク上に搬送されることを特徴とする請求項１２に記載のガス分配装置。
第２のガス分配プレートが第１と第３のガス分配プレートの間に置かれ、第１のガス分配プレートと第２のガス分配プレートとの間には第１のキャビティが形成され、第２のガス分配プレートと第３のガス分配プレートとの間には第２のキャビティが形成されている、互いに連接している第１、第２、第３のガス分配プレートと、
前記第１のキャビティに前記第１のガス分配プレートに対して並列して、前記第２のガス分配プレートと略垂直に連接しており、且つ互いに所定のピッチで配列される若干の第１のガス分割装置と、
第１ガスを受け取って搬送するために、少なくとも一部分が前記複数の第１のガス分割装置で構成されて、前記第２のガス分配プレートを貫通する、若干の反応ガスの第１の通路と、
第２ガスを受け取って搬送するために、前記第２のガス分配プレートを貫通して設けられるとともに、均一に前記第１のガス分割装置の周囲に分布する、若干の反応ガスの第２の通路と、
この第２ガスを受け取って搬送するために用いられ、前記第２のキャビティ内に前記第２のガス分配プレートに対して並列し、互いに所定のピッチで配列され、前記第３のガス分配プレートと略垂直に連接している、若干の第２のガス分割装置と、
前記第２ガスを受け取って搬送するために、少なくとも一部分が前記複数の第２のガス分割装置で構成されるとともに、前記第３のガス分配プレートを貫通する、若干の反応ガスの第３の通路と、
前記第１ガスを受け取って搬送するために、前記第３ガス分配プレートを貫通して設けられ、均一に前記第２のガス分割装置の周囲に分布している、若干の反応ガス第４の通路と、を備え、
また、第１種と第２種の反応ガスに係る経路が、前記反応ガスの第１、第２、第３、第４の通路により決定され、前記第３のガス分配プレートから逸出するまでに、２種の反応しようとするガスがそれぞれ第１種と第２種の反応ガス経路に沿って伝送されて互いに隔離されるガス分配装置。
堆積領域を具備する処理チャンバーと、
処理の際に前記処理チャンバーの堆積領域に位置する被処理半導体ワークを支持並びに水平移動させるための、移動可能なベースと、
複数の反応ガス分配プレートを含んでおり、少なくとも２種の相互に隔離された反応ガス経路を提供するために、各反応ガス分配プレート上に１セットの所定の接続関係により相互に連通される反応ガス通路が設けられることによって、少なくとも第１と第２の反応ガスを相互に隔離されてほぼ均一に分布するように、前記移動可能な半導体ワーク上に搬送し、かつ前記処理チャンバー内に取り付けられて半導体ワークの近くに配置されているガス分配装置とを備える半導体ワーク処理反応器。
前記複数の反応ガス分配プレートは、一つの第１の反応ガス供給プレートと、少なくとも一つの第２の反応ガス分配プレートと、一つの第３の反応ガス搬送フェースプレートとを含むことを特徴とする請求項１８に記載の半導体ワーク処理反応器。
第１の反応ガス分割装置と、第２の反応ガス分割装置とをさらに備え、
前記第１の反応ガス分割装置は、前記第２の反応ガス分配プレートと一体に連接し、１セットの反応ガスの第１の通路と、前記第２の反応ガス分配プレートに設けられて均一に当該第１の反応ガス分割装置の周囲に分布している若干の反応ガスの第２の通路とを含む複数の反応ガス通路が形成されており、
前記第２の反応ガス分割装置は、前記第３の反応ガス分配プレートと一体に連接し、若干の反応ガスの第３の通路と、前記第３の反応ガス分配プレートに設けられて均一に当該第２の反応ガス分割装置の周囲に分布している１セットの反応ガスの第４の通路とを含む複数の反応ガス通路が形成されており、
また、前記反応ガスの第１、第２、第３、第４の通路は、少なくとも一部が、前記第１種と第２種のガスに係る流通経路を含むことを特徴とする請求項１９に記載の半導体ワーク処理反応器。