JP2012529564A - 蒸着反応器及び薄膜形成方法 - Google Patents

Abstract

蒸着反応器と薄膜形成方法とである。蒸着反応器は、反応物質を蒸着反応器の第１の部分の凹部に注入する少なくとも１つの第１の注入部分を含む。第２の部分は、第１の空間部に接続され、第１の部分の凹部に接続された凹部を有している。第２の部分の凹部は、第１の空間部の中の圧力より低い圧力の状態に維持される。第３の部分は、第２の空間部に接続され、排出部分は、第３の空間部に接続されている。

Description

関連出願の相互参照
本開示は、蒸着反応器及び蒸着反応器を使用する薄膜形成方法に関する。

一般に、シャワーヘッド型反応器が前駆体を注入するため化学蒸着法（ＣＶＤ）において使用される。シャワーヘッド型反応器では、蒸着は、シャワーヘッド部の内部で源前駆体と反応前駆体とを混合し、次に、混合前駆体を基材に噴射することにより行われる。これに反して、原子層堆積法（ＡＬＤ）の反応器では、源前駆体と反応前駆体とは、互いに混合しないように交互に噴射される。前駆体噴射の方向に基づいて、反応器は、（ｉ）直交流型又は進行波型反応器と、（ｉｉ）前駆体を基質の表面に垂直に注入する反応器の型とに分類される。直交流型又は進行波型反応器は、前駆体の堆積のため基材地の表面に平行である方向に前駆体を注入する。

ＡＬＤは、物理吸着層の結合力とは異なる化学吸着層の結合力を使用する。ＡＬＤでは、前駆体は、基材の表面に吸収され、次に、不活性ガスで浄化される。その結果、（ファン・デル・ワールス力によって結合された）前駆体の物理吸着分子は、基材から脱着される。しかし、前駆体の化学吸着分子は、共有結合するので、これらの分子は、基材の中に強く吸着される。したがって、化学吸着分子は、基材から脱着されない。ＡＬＤは、（基材に吸着された）前駆体の化学吸着分子が反応前駆体との反応及び／又は置換を行うという特性を使用して行われる。

より具体的には、源前駆体は、源前駆体が基材に過剰に吸着されるようにチャンバに注入される。次に、過剰な前駆体又は物理吸着分子は、浄化ガスを注入すること、及び／又は、チャンバをポンピングすることによって取り除かれ、化学吸着分子だけを基材に残す。化学吸着分子は、単分子層になる。続いて、反応前駆体（又は置換剤）がチャンバに注入される。次に、過剰な前駆体又は物理吸着分子が浄化ガスを注入すること、及び／又は、チャンバをポンピングすることによって取り除かれ、最終的な原子層を得る。

ＡＬＤでは、これらの４工程で構成される基本ユニットは、通常はサイクルと称される。飽和状態にある化学吸着層が得られる場合、１サイクル当たりの蒸着速度約１Åを得る。しかし、前駆体が飽和状態で基材に吸着されないとき、蒸着速度は、１サイクル当たり約１Åより低い。物理吸着分子層が完全には取り除かれないが、物理吸着分子層の一部分が基材に残存する場合、蒸着速度は増加する。

ＡＬＤでは、１つの原子単層が通常は１サイクル毎に形成される。ＡＬＤでは、源前駆体と、反応前駆体と、浄化ガスとがチャンバに繰り返し注入され、バルブ及びポンプが排出のため使用される。例えば、ＡＬＤ手法は、米国特許第７４２２６３６号、第７４０２２１０号、第６５１１５３９号、及び、第６８２０５７０号に開示され、これらの米国特許は、全体がそのまま参照によって本明細書中に組み込まれる。

各工程でチャンバに注入された前駆体がチャンバの中に残る場合、気相反応（ＣＶＤ反応と称される）が源前駆体と反応前駆体との反応を通じて起こる。したがって、高速で運転されるＡＬＤのバルブだけがＡＬＤを実行するため必要であり、浄化及び／又はポンピングは、前駆体がチャンバの中に残らないようにするため実行されなければならない。この時点で、ＡＬＤのために使用されるバルブは、作動時間の延長を必要とする。例えば、源前駆体の注入、浄化、反応前駆体の注入、浄化などの個々の工程のための運転回数が１０^３を上回ることが、通常は厚さ１００ｎｍで原子層を堆積するために必要である。その結果、バルブの寿命が短くなり、バルブの信頼性が低下する。高速で作動されるバルブの運転回数が増加するので、誤作動又はパーティクルのようなバルブの寿命に関する問題が生じる。

しかし、薄膜がＡＬＤを使用して形成されるとき、デバイスの要件を満たすために必要とされる均一な特性（例えば、物理特性、化学特性、及び、電気特性）を有する薄膜を形成することが重要である。このため、源前駆体及び反応前駆体のそれぞれが基材に達する回数は、源前駆体及び反応前駆体の注入中に同一であることが必要である。ＡＬＤのために使用される前駆体が基材に平行に注入される直交流型又は進行波型反応器では、基材が前駆体の注入部分に隣接する側面から排出部分の側面まで通過する間に、吸着現象が徐々に実行される。したがって、吸着現象は、時間の関数によって表現される。特に、大面積基材に対し、この現象は、より著しくなるので、薄膜の組成、厚さ、又は性質は、基材の各部分に応じて変化する。特に、注入部分及び排出部分にそれぞれに位置決めされた薄膜の組成、厚さ、又は性質は、互いに異なる。

前駆体を受容する反応器では、前駆体は、このような問題を回避するため基材に垂直な方向に注入される。しかし、前駆体の注入部分（典型的に、シャワーヘッド部）と基材との間の距離が短い場合、薄膜の厚さは、前駆体が注入されるシャワーヘッド部の穴の付近での近接現象によって増減し、その結果、シャワーヘッド部の穴パターンを有している不規則な薄膜を得る。したがって、注入部分と基材との間の距離は、十分に大きいことが必要である。その結果、チャンバの空間部分は増大する。同様に、基材の表面上の飽和吸着の目的のため十分な量の前駆体が必ずチャンバの内部に充填されるので、大量の前駆体が必要とされる。さらに、源前駆体と反応前駆体とは、ＣＶＤ反応を避けるため互いに接触しない。したがって、源前駆体又は反応前駆体がチャンバ内に残ることを妨げるため、十分な浄化及び／又はポンピングを実行するために大量の時間が必要とされる。その上、源前駆体及び反応前駆体は、同じ排出ラインを通して排出されるので、反応副生成物（例えば、粉末、粘性物質など）がこれらの前駆体の反応によって生成される。したがって、デバイスの信頼性、耐久性、及び経済性が低下すると共に、より薄い薄膜を生成する。

米国特許第６８２１５６３号には、例えば、複数のガスポートの中を流れたガス蒸気が基材に供給され、前駆体を連続的に注入している間に浄化及びポンピングによってＡＬＤが実行されるように、浄化ポート及びポンプポートが互いに隣接して取り付けられる。しかし、ポートを互いに隔離又は分離する部分が取り付けられ、そして、ポンピングポートが個々の部分の両側にそれぞれ位置決めされる。したがって、この構造体は複雑である。その上、これらの部分は、ポートを互いに隔離する物理的障壁としての役割だけを果たすので、ポンピングポートは、前駆体が注入又は浄化される個々のポートの両側（すなわち、左側及び右側）に必ず位置決めされる点で構造的限界が存在する。

米国特許第７４２２６３６号 米国特許第７４０２２１０号 米国特許第６５１１５３９号 米国特許第６８２０５７０号 米国特許第６８２１５６３号

実施形態は、基材上の源前駆体又は反応前駆体を吸着し、源前駆体又は反応前駆体の物理吸着分子層を脱着し、脱着された分子層を外部排出する一連の工程を内部で実行する閉鎖ループ型の蒸着反応器を提供する。

一実施形態では、蒸着反応器は、少なくとも１つの第１の注入部分を含む。少なくとも１つの第１の注入部分は、第１の物質を注入する。蒸着反応器の第１の部分は、第１の凹部が中に形成されている。第１の凹部は、第１の物質を受容するため少なくとも１つの第１の注入部分に接続されている。第２の部分は、第１の部分に隣接し、第２の凹部が中に形成されている。第２の凹部は、第１の凹部に、したがって、第１の凹部を介して第１の物質に接続されている。第３の部分は、第２の凹部に接続された第３の凹部が中に形成され、第２の凹部を介して第１の物質を受容する。第３の凹部の圧力は、排出部分によって第１の凹部より低く維持される。基材は、この基材の表面に第１の物質を吸収するため、第１の凹部、第２の凹部、及び第３の凹部の全域に亘って移動する。

一実施形態では、第１の部分は、複数の第１の凹部を含み、第２の部分は、複数の第２の凹部を含む。蒸着反応器は、第１の凹部のうちの１つの凹部と、第２の凹部のうちの１つの凹部と、第３の部分の第３の凹部と、第１の凹部のうちの別の凹部と、第２の凹部のうちの別の凹部との中の凹部を順次に接続することによって構成されていてもよい。

一実施形態では、蒸着反応器は、付加的な第１の部分及び付加的な第２の部分を備える。付加的な第１の部分及び付加的な第２の部分は、付加的な第１の凹部及び付加的な第２の凹部がそれぞれの中に形成されている。付加的な第２の凹部の中の圧力は、付加的な第１の凹部の中の圧力より低い。付加的な第１の凹部及び付加的な第２の凹部は、第２の物質で充填されている。基材は、基材に第２の物質を吸収するため第１の凹部と第２の凹部との全域に亘って移動する。

本発明の上記態様、特徴及び利点と、その他の態様、特徴及び利点とは、添付図面と併せて与えられた以下の好ましい実施形態の説明から明らかになる。

一実施形態による蒸着反応器の断面図である。 一実施形態による図１Ａの蒸着反応器の底面図である。 一実施形態による図１Ａの蒸着反応器における第１の部分の断面図である。 一実施形態による図１Ａの蒸着反応器における第２の部分の断面図である。 一実施形態による図１Ａの蒸着反応器における第３の部分の断面図である。 実施形態による蒸着反応器の部分断面図である。 実施形態による蒸着反応器の部分断面図である。 実施形態による蒸着反応器の部分断面図である。 実施形態による蒸着反応器の部分断面図である。 一実施形態による蒸着反応器の底面図である。 一実施形態による図３の蒸着反応器の部分断面図である。 一実施形態による図３の蒸着反応器の部分断面図である。 一実施形態による図３の蒸着反応器の部分断面図である。 さらに別の実施形態による蒸着反応器の底面図である。 一実施形態による図５の蒸着反応器の部分断面図である。 一実施形態による図５の蒸着反応器の部分断面図である。 一実施形態による図５の蒸着反応器の部分断面図である。 一実施形態による蒸着反応器の部分断面図である。 一実施形態による蒸着反応器の部分断面図である。 一実施形態による蒸着反応器の部分断面図である。 一実施形態による蒸着反応器の底面図である。 一実施形態による図８Ａの蒸着反応器の部分断面図である。 一実施形態による図８Ａの蒸着反応器の部分断面図である。 一実施形態による蒸着反応器の部分断面図である。 一実施形態による蒸着反応器の部分断面図である。 一実施形態による蒸着反応器の断面図である。 一実施形態による図１０Ａの蒸着反応器の底面図である。 一実施形態による蒸着反応器の断面図である。 一実施形態による蒸着反応器の断面図である。 一実施形態による蒸着反応器の断面図である。 一実施形態による図１３Ａの蒸着反応器の底面図である。 一実施形態による蒸着反応器の断面図である。 一実施形態による蒸着反応器の断面図である。 一実施形態による図１５Ａの蒸着反応器の底面図である。 実施形態による薄膜を形成する方法を示すフローチャートである。 実施形態による薄膜を形成する方法を示すフローチャートである。 実施形態による薄膜を形成する方法を示すフローチャートである。 実施形態による蒸着反応器を含む原子層堆積（ＡＬＤ）機器の例示的な断面図である。 実施形態による蒸着反応器を含む原子層堆積（ＡＬＤ）機器の例示的な断面図である。 実施形態による蒸着反応器を含む原子層堆積（ＡＬＤ）機器の例示的な断面図である。 実施形態による蒸着反応器を含む原子層堆積（ＡＬＤ）機器の例示的な断面図である。 実施形態による蒸着反応器を含む原子層堆積（ＡＬＤ）機器の例示的な断面図である。 実施形態による蒸着反応器を含むＡＬＤ機器の例示的な平面図である。 実施形態による蒸着反応器を含むＡＬＤ機器の例示的な平面図である。 実施形態による蒸着反応器を含むＡＬＤ機器の例示的な平面図である。 実施形態による蒸着反応器を含むＡＬＤ機器の例示的な平面図である。 一実施形態による蒸着反応器を使用する実験装置の概略図である。 一実施形態による図１９の実験装置における蒸着反応器の一部分の概略斜視図である。 一実施形態による図１９の実験装置の概略断面図である。 一実施形態による図１９の実験装置の同軸プラズマ発生器の概略断面図である。 一実施形態による蒸着反応器を使用して形成されたＴｉＮ薄膜の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。 一実施形態による蒸着反応器を使用して形成されたＴｉＮ薄膜の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。 一実施形態による蒸着反応器を使用して形成されたＴｉＮ薄膜の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。 一実施形態による蒸着反応器を使用して形成されたＴｉＮ薄膜の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。 一実施形態による蒸着反応器を使用して形成されたＴｉＮ薄膜の透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）写真である。 一実施形態による蒸着反応器を使用して形成されたＴｉＮ薄膜の透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）写真である。 一実施形態による蒸着反応器を使用して形成されたＴｉＮ薄膜の透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）写真である。 一実施形態による蒸着反応器を使用して形成されたＴｉＮ薄膜の透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）写真である。 一実施形態による蒸着反応器を使用して形成されたＴｉＮ薄膜のＴＥＭ写真である。 一実施形態による蒸着反応器を使用して形成されたＴｉＮ薄膜のＴＥＭ写真である。 一実施形態による蒸着反応器を使用して形成されたＴｉＮ薄膜のＴＥＭ写真である。 一実施形態による蒸着反応器を使用して形成されたＴｉＮ薄膜のＴＥＭ写真である。

次に、例示的な実施形態を示す添付図面を参照して例示的な実施形態を以下でより詳しく説明する。本開示は、しかし、多くの異なる形式で具現化されることがあり、本開示中に記載された例示的な実施形態に限定されるものとして解釈されるべきでない。それどころか、これらの例示的な実施形態は、本開示が網羅的かつ徹底的であり、本開示の範囲を当業者に完全に伝えることになるように記載される。記載中、周知の特徴及び手法の詳細は、提示された実施形態を不必要に分かり難くすることを避けるため省かれることがある。

本明細書中で用いられる用語は、特定の実施形態だけを説明するという目的のためであり、本開示を限定することを意図しない。本明細書中で使用されるように、単数形（“ａ”、“ａｎ”及び“ｔｈｅ”）は、特に断らない限り、複数形も含むことが意図されている。さらに、用語“ａ”、“ａｎ”などの使用は、量の限定を示すのではなく、むしろ、少なくとも１つの参照された項目の存在を示す。用語「第１」、「第２」などの使用は、特定の順序を示すのではなく、これらの用語は、個別の要素を特定することを含む。さらに、「第１」、「第２」などの用語の使用は、何らかの重要性の順序を示すのではなく、むしろ、「第１」、「第２」などの用語は、要素同士を区別するため使用される。本明細書中で使用されるとき、用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」及び／又は「備えている（ｃｏｍｒｉｓｉｎｇ）」、又は、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」及び／又は「含んでいる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」は、記載された特徴、領域、整数、ステップ、動作、要素、及び／又は部品の存在を明記するものであり、１つ以上の他の特徴、領域、整数、ステップ、動作、要素、部品、及び／又はこれらのグループの存在又は追加を排除するものではないことがさらに分かる。

特に断らない限り、本明細書中で使用された（技術用語及び科学用語を含んでいる）すべての用語は、当業者によって普通に理解される通りの意味を持つ。普通に使用される辞書に定義される用語のような用語は、関連技術及び本開示との関連においてこれらの用語の意味と整合性が取れた意味を持つものとして解釈されるべきであり、本明細書中で明示的に定義されない限り理想的な意味又は過度に形式的な意味で解釈されるものではないことがさらに分かる。

図面中、図面の類似した符号は、類似した要素を表す。図面の中の形状、サイズ、領域などは、明確にするため誇張されることがある。

図１Ａは、実施形態による蒸着反応器の断面図である。図１Ｂは、図１Ａの蒸着反応器の底面図である。蒸着反応器の本体９は、第１の部分１０と、第２の部分２０と、第３の部分３０とを含む。第１の部分１０と第２の部分２０と第３の部分３０とに形成された凹部又は空間部は、ガスが連通できるようにするため互いに接続されることがある。蒸着反応器は、反応物質を第１の部分１０に注入する１つ以上の注入部分１１を含むことがある。注入部分１１は、反応物質が運ばれる通路１２に接続されることがある。

例えば、蒸着反応器が原子層堆積法（ＡＬＤ）で使用されるとき、反応物質は、源前駆体又は反応前駆体でもよい。源前駆体は、蒸着反応器の中で最終的に形成されるべき薄膜の型に依存して決定されてもよい。例えば、源前駆体は、金属、絶縁体又は半導体薄膜を形成する原子を含有する化合物でもよく、有機又は無機化合物がすべて源前駆体としての使用でもよい。反応前駆体は、反応前駆体と源前駆体との反応及び／又は置換を通じて金属、酸化物、窒化物、炭化物、半導体物質などを形成する物質であり、それによって薄膜を得る。例えば、反応前駆体は、Ｈ_２Ｏ、Ｈ_２Ｏ_２、Ｏ_２、Ｎ_２Ｏ、ＮＯ、Ｏ_３、Ｏ^＊ラジカル、ＮＨ_３、ＮＨ_２−ＮＨ_２、Ｎ^＊ラジカル、ＣＯ、ＣＯ_２、ＣＨ_４、Ｃ_２Ｈ_６、Ｈ_２、及びＨ^＊ラジカルのうちの１つ以上を含むことがある。

一実施形態では、基材（図示せず）は、原子層又は分子層薄膜が基材上に形成されるように、蒸着反応器の全域に亘って移動することにより第１の部分１０から第３の部分３０の傍を通ることがある。例えば、基材は、薄膜が基材上に形成されるように、蒸着反応器の下側部分に隣接して直線式又は回転式に移動されることがある。別の実施形態では、蒸着反応器が基材を固定した状態で基材に対して移動されることがある。

第１の部分１０及び第２の部分２０は、蒸着反応器の本体９の底部分に形成された角柱形状凹部を含み、所定の幅Ｗ_Ｅ及びＷ_Ｃと、高さＨ及びｚと、長さＬとを有している。第３の部分３０は、所定の幅Ｗ_Ｘと長さＬとを有することがあり、第３の部分３０の上側部分は、排出部分３１が形成された排出部分３２に接続されることがある。この蒸着反応器の構造は、例示に過ぎない。すなわち、第１の部分１０から第３の部分３０までの形状は、蒸着反応器の目的に依存して、上記形状とは異なって構成されることがある。

第１の部分１０から第３の部分３０までの個々の部分の幅は、本明細書中では、基材の移動方向に平行である第１の部分１０から第３の部分３０までに形成された凹部の寸法を指す。同様に、第１の部分１０から第３の部分３０までの個々の部分の長さは、基材の移動方向に垂直な方向にある第１の部分１０から第３の部分３０までの個々の部分の寸法を指す。同様に、第１の部分１０及び第２の部分２０の個々の部分の高さは、本体９の下側面と第１の部分１０及び第２の部分２０の対応する凹部の内部上側面との間の距離を指す。

基材に形成された薄膜の性質は、少なくとも部分的に第１の部分１０の幅Ｗ_Ｅ及び高さＨと、第２の部分２０の幅Ｗ_Ｃ及び高さｚと、第３の部分の幅Ｗ_Ｘと、基材の移動速度ｖとに基づいて決定されることがある。例えば、基材の移動速度がｖであり、第１の部分１０から第３の部分３０までの間で基材が通過する対応する部分の幅がｘであると仮定すると、対応する部分に対する基材の露出時間は、以下の式：
ｔ＝ｘ／ｖ （１）
によって決定される。

第１の部分１０の凹部は、注入部分１１を介して注入された反応物質で充填されることがある。移動速度ｖで移動する基材が第１の部分１０の下側部分の傍を通過する場合、基材は、時間Ｗ_Ｅ／ｖの間に反応物質に晒される。その結果、反応物質の物理吸着層及び化学吸着層は、基材上に形成されることがある。第１の部分１０の幅Ｗ_Ｅが増加するとき、第１の部分１０に供給される反応物質の量が増加する。第１の部分１０の幅Ｗ_Ｅが減少するとき、反応物質が基材に吸着される確率が減少する。したがって、蒸着反応を設計する際、第１の部分１０の幅Ｗ_Ｅは、反応物質の性質に基づいて決定されることがある。反応物質の蒸気圧が増加するとき、第１の部分１０の幅Ｗ_Ｅが減少するか、及び／又は、基材の移動速度ｖが増加することがある。その結果、基材が第１の部分１０に存在している期間が減少するので、基材に吸着される反応物質の量を調整することができる。

第１の部分１０の下側部分の傍を通過する基材は、続いて、第２の部分２０の下側部分の傍を通る。第２の部分２０の凹部の中の圧力Ｐ_Ｃは、第１の部分１０の凹部の中の圧力Ｐ_Ｅよりかなり低い場合がある（Ｐ_Ｃ＜Ｐ_Ｅ）。その結果、基材に吸着された反応前駆体の一部分は、基材が第２の部分２０の下側部分の傍を通過する時間Ｗ_Ｃ／ｖに亘って脱着されることがある。例えば、反応物質の物理吸着層は、基材が第２の部分２０の下側部分の傍を通過する間に、基材の表面から脱着されることがある。

第２の部分２０の下側部分の傍を通過する基材は、続いて第３の部分３０の下側部分の傍を通過する。基材が第２の部分２０の傍を通過する間に基材から脱着する反応物質は、基材が第３の部分の下側部分の傍を通過する時間Ｗ_Ｘ／ｖに亘って排出部分３１を介して蒸着反応器の外部に放出されることがある。その結果、反応物質の物理吸着層は、基材から少なくとも部分的に取り除かれるが、反応物質の化学吸着層は、基材上に残存する。実施形態では、第３の部分３０の中の圧力Ｐ_Ｘは、第１の部分１０の中の圧力Ｐ_Ｅよりかなり低い場合がある（Ｐ_Ｘ＜Ｐ_Ｅ）。

上述のように、基材が蒸着反応器の第１の部分１０から第３の部分３０までの傍を通過する間に、一連の工程が実行される。この一連の工程の間に、基材は、源前駆体及び／又は反応前駆体のような反応物質に晒され、反応物質は、基材の表面に吸着される。次に、反応物質の物理吸着層は、基材からの少なくとも部分的な除去のため基材から脱着され、反応物質の化学吸着層は、基材上に形成される。

上記工程は、１つの蒸着反応器の中で反応物質として源前駆体を使用して実行されることがあり、上記工程は、後の蒸着反応器の中で反応物質として反応前駆体を使用して実行されることがある。その結果、基材は、基材上に薄膜を形成するため、源前駆体を吸着する工程と、物理吸着層を取り除く工程と、反応前駆体を吸着する工程と、物理吸着層を取り除く工程との４工程を通過する。生成された薄膜は、原子層又は単分子層でもよく、又は、複数の分子層を含んでもよい。源前駆体が充填された蒸着反応器の傍を通る基材の移動速度は、反応前駆体が充填された蒸着反応器の傍を通る基材の移動速度と一致するように、又は、異なるように制御されることがある。

上記工程は、源前駆体及び反応前駆体を交互に蒸着反応器の第１の部分１０の凹部に注入することにより単一の蒸着反応器を使用して実行されることもある。例えば、ＡＬＤのバルブ（図示せず）と、バルブの駆動ユニットとは、通路１２に接続されることがある。源前駆体及び反応前駆体は、バルブの開閉に応じて交番的に注入されることがある。さらに、不活性ガスは、源前駆体及び反応前駆体のそれぞれの注入後に浄化ガスとして注入されることがある。この場合、第１の部分１０の傍を通る基材は、以下の４ステップ、すなわち、源前駆体を吸着するステップと、不活性ガスを注入するステップと、反応前駆体を吸着するステップと、不活性ガスを注入するステップとを受ける。その結果、原子層薄膜が基材上に形成されることがある。基材に吸着された前駆体及び／又は不活性ガスの一部分は、基材が第２の部分２０及び第３の部分３０の傍を通過する間に、基材から脱着され、放出されることがある。

源前駆体と不活性ガスと反応前駆体とが交番的に単一の蒸着反応器に注入されるとき、単一の蒸着反応器の傍を通過する基材の移動速度は、源前駆体と反応前駆体とのうちの一方だけが注入される別の蒸着反応器の傍を通過する基材の移動速度よりかなり低い場合がある。例えば、基材の移動速度は、基材が１つの第１の部分１０の傍を通過する間に、基材が源前駆体と、不活性ガスと、反応前駆体と、不活性ガスとに続いて晒されるように制御されることがある。ＡＬＤが上記工程にしたがって実行されるとき、原子層薄膜が単一の蒸着反応器を使用して形成されることがある。よって、同数の蒸着反応器を使用して形成される原子層薄膜の数は、増加することがある。

逆に、蒸着反応器の下側部分は、基材から離間することがある。例えば、蒸着反応器の下側部分は、約０．５ｍｍから数ミリメートルまで基材から離間することがある。代替的に、蒸着反応器の下側部分と基材との間の間隔は、約１ｍｍでもよい。蒸着反応器の下側部分と基材との間の間隔が十分に狭いとき（例えば、蒸着反応器の下側部分と基材との間の間隔が約１ｍｍ以下であるとき）、蒸着反応器から外部へ漏れた反応物質の量は、無視できることがある。しかし、漏れ反応物質の量を最小限に抑えるため、不活性ガスが蒸着反応器の周りに注入されるか、又は、ポンピングが蒸着反応器の周りで行われることがある。この場合、不活性ガスは、Ｎ_２、Ａｒ、及びＨｅよりなる群から選択される１つ以上のガスでもよい。

第１の部分１０及び第２の部分２０の形状は、基材に吸着された反応物質の効果的な脱着に影響を与える。反応物質の脱着に関係したパラメータを導出するために様々な形状をもつ第１の物体１０及び第２の物体２０を使用して実験が実施された。例えば、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）は、１秒間に亘って約２５０℃で維持された基材上で十分に吸着され、この基材は、次に、蒸着反応器の下側部分の傍を通過させられる。この時点で、Ａｒのような不活性ガスが第１の部分１０に注入されることがある。Ａｒガスの圧力は、基材が第２の部分２０の傍を通過する間に低下されるので、基材に吸着されたＴＭＡの分子は脱着され、脱着されたＴＭＡの分子は、第３の部分３０を介して外部へＡｒガスと共に排出されることがある。この場合、第１の部分１０及び第２の部分２０の形状を変更する間に脱着が検査される。代替的に、脱着は、蒸着反応器によって形成された原子層薄膜の厚さを使用して検査されてもよい。

第１の部分１０の幅Ｗ_Ｅと、第２の部分２０の凹部の高さｚと、脱着との相関は、第１の部分１０の高さＨが第１の部分１０の幅Ｗ_Ｅより大きい蒸着反応器を使用して検査される。その結果、以下の表１の結果が得られた。この時点で、実験は、第１の部分１０の幅Ｗ_Ｅが第３の部分３０の幅Ｗ_Ｘと一致し、第２の部分２０の幅Ｗ_Ｃが第１の部分１０の幅Ｗ_Ｅのおよそ半分である状態で行われた。

同様に、第２の部分２０の幅Ｗ_Ｃと、第２の部分２０の高さｚと、脱着との相関は、第１の部分１０の高さＨが第１の部分の幅Ｗ_Ｅより大きい蒸着反応器を使用して検査される。その結果、以下の表２が得られた。実験は、第１の部分１０のＷ_Ｅが第３の部分の幅Ｗ_Ｘと一致し、第２の部分の高さｚが第１の部分１０の幅Ｗ_Ｅのおよそ半分である状態で行われた。

他方においては、第１の部分１０の高さＨと、第２の部分２０の高さｚと、脱着との相関は、第１の部分１０の高さＨが第１の部分１０の幅Ｗ_Ｅより小さい蒸着反応器を使用して検査される。その結果、以下の表３が得られた。実験は、第２の部分２０の幅Ｗ_Ｃが第３の部分の幅Ｗ_Ｘのおよそ半分である状態で行われた。

表１から３では、第２の部分２０の高さｚが零であるとき、反応物質が蒸着反応器の周りに漏れて拡散し、その結果、第２の部分２０によって引き起こされる脱着を評価できない。第２の部分２０の高さｚが零であるときに得られた結果は、表１から３に示されない。

表１から３までの結果から分かるように、脱着効果は、第２の部分２０の高さｚが減少すると共に増大する。同様に、脱着効果は、第２の部分２０の高さｚが一定であるとき、第２の部分２０の幅Ｗ_Ｃが増大すると共に増大することが分かる。実施形態では、第２の部分２０の高さＷ_Ｃは、第２の部分２０の高さｚのおよそ半分より大きい場合がある。別の実施形態では、第２の部分２０の高さｚは、零より大きく、かつ、第１の部分１０の幅Ｗ_Ｅの２／３以下でもよい。代替的に、第２の部分２０の高さｚは、零より大きく、かつ、第１の部分１０の高さＨの２／３以下でもよい。さらに別の実施形態では、第２の部分２０の高さｚは、第３の部分３０の幅Ｗ_Ｘ以下でもよい。

図１Ｃは、上記蒸着反応器における第１の部分１０の断面図である。図１Ｄは、蒸着反応器における第２の部分２０の断面図である。図１Ｅは、蒸着反応器における第３の部分３０の断面図である。

図１Ｅを参照すると、基材が第３の部分３０の傍を通過する間にコンダクタンスを最大にするため、第３の部分３０の中の排出部分３１に接続された湾曲部は、複数の部分３０１、３０２及び３０３で互いに異なる曲率を有するように構成されることがある。例えば、一つの部分３０１での曲率は、負（−）値を有しているので、部分３０１は、第３の部分３０から外向き凹状である形状を有している。その一方で、別の部分３０３での曲率は、正（＋）値を有しているので、部分３０３は、第３の部分３０へ内向き凸状である形状を有している。他の部分３０２は、２つの部分３０１と３０３との間の変曲点に対応する。

図２Ａは、実施形態による蒸着反応器における第２の部分２０の部分断面図である。第１の部分１０と、第２の部分２０と、第３の部分３０とは、蒸着反応器の本体２０９の下側部分に設けられている。第２の部分２０は、第１の部分１０と第３の部分３０との間に位置決めされている。第２の部分は、所定の幅Ｗ_Ｃを有する区画２００によって画定された凹部を有し、基材４０から所定の距離ｚに位置決めされている。第２の部分２０の圧力Ｐ_２は、第１の部分１０の圧力Ｐ_１より低い。その結果、基材が第２の部分２０の傍を通過する間に、基材４０に吸着された反応物質の物理吸着層は、より低い圧力に起因して基材４０から脱着されることがある。

図２Ａに示された第２の部分２０では、区画２００の表面は、基材４０の表面に平行に形成される。しかし、別の実施形態では、区画２００の表面は、基材４０の表面に対して高さが変化する湾曲面形状を有するように形成されることがある。例えば、図２Ｂは、基材４０に向かって凸状である表面を有する区画２００によって画定された第２の部分２０を示す。図２Ｂに示された区画２００は、中心の周りに対称的である下側面を有している。しかし、別の実施形態では、区画２００の下側面は、非対称的に形成されることがある。例えば、図２Ｃは、第１の部分１０に隣接する領域で比較的大きい高さ勾配を有する表面を有するように形成された区画２００によって画定された第２の部分２０を示す。これに反して、図２Ｄは、第３の部分３０に隣接する領域で比較的大きい高さ勾配を有する表面を有するように形成された区画２００によって画定された第２の部分２０を示す。

逆に、複数の基材が装填され、その後、回転中に堆積させられる回転型蒸着反応器の場合、角速度は、回転の半径に依存して変化する。例えば、基材が回転テーブルに装填され、テーブルが作動されるとき、回転テーブルの外側での角速度は、回転テーブルの内側での角速度より大きい。この場合、回転テーブルの外側での基材の一部分が蒸着反応器による処理を受ける時間は、回転テーブルの内側にある基材の別の部分が蒸着反応器に晒される時間とは異なり、したがって、両方の部分での反応物質の脱着速度は、互いに異なる。

図３は、基材が蒸着反応器の傍を通過する速度が領域毎に異なるときに使用される蒸着反応器の底面図である。図４Ａは、図３の線Ａ−Ａ’による第２の部分の断面図である。図４Ｂは、図３の線Ｂ−Ｂ’による第２の部分の断面図である。図４Ｃは、図３の線Ｃ−Ｃ’による第２の部分の断面図である。

図４Ａから４Ｃを参照すると、蒸着反応器の部分Ｃ−Ｃ’での第２の部分２０における凹部の高さＺ_３は、蒸着反応器の部分Ａ−Ａ’での第２の部分２０における凹部の高さＺ_１より小さい場合がある（Ｚ_１＞Ｚ_３）。蒸着反応器の部分Ｂ−Ｂ’での第２の部分２０の高さＺ_２は、蒸着反応器の両方の端部分での第２の部分の高さＺ_１とＺ_３との間の値を有することがある（Ｚ_１＞Ｚ_２＞Ｚ_３）。第２の部分２０の高さが増加すると共に、第２の部分２０の中の圧力が減少し、その結果、反応物質の脱着速度は、対応する部分の傍を通過する基材上で増加する。このように、より高い速度で移動する部分は、蒸着反応器の部分Ｃ−Ｃ’の傍を通過し、より低い速度で移動する部分は、蒸着反応器の部分Ａ−Ａ’の傍を通過し、それによって、基材の領域全体に亘る脱着速度を均一にする。

図５は、基材が蒸着反応器の傍を通過する速度が領域毎に異なるときに使用されることがある別の蒸着反応器の底面図である。図６Ａは、図５の線Ａ−Ａ’による第２の部分の断面図である。図６Ｂは、図５の線Ｂ−Ｂ’による第２の部分の断面図である。図６Ｃは、図５の線Ｃ−Ｃ’による第２の部分の断面図である。

図６Ａを参照すると、蒸着反応器の部分Ａ−Ａ’での区画２００の表面は、基材４０に平行でもよい。この場合、区画２００の全幅は、部分Ａ−Ａ’での第２の部分２０の有効幅Ｗ_ｅｆｆ１になる。図６Ｂを参照すると、蒸着反応器の部分Ｂ−Ｂ’での区画２００の表面は、基材４０に対して勾配を有することがある。この場合、部分Ｂ−Ｂ’での第２の部分２０の有効幅Ｗ_ｅｆｆ２は、区画２００の表面が基材４０に平行である領域に限定され、したがって、部分Ａ−Ａ’による第２の部分２０の有効幅Ｗ_ｅｆｆ１より小さい（Ｗ_ｅｆｆ１＞Ｗ_ｅｆｆ２）。図６Ｃを参照すると、蒸着反応器の部分Ｃ−Ｃ’での区画２００の勾配がより増大すると共に、部分Ｃ−Ｃ’での第２の部分２０の有効幅Ｗ_ｅｆｆ３は、部分Ｂ−Ｂ’での第２の部分２０の有効幅Ｗ_ｅｆｆ２より小さい（Ｗ_ｅｆｆ２＞Ｗ_ｅｆｆ３）。

図７Ａから７Ｃまでは、さらに別の実施形態による蒸着反応器の第２の部分の断面図である。図７Ａから７Ｃを参照すると、実施形態による蒸着反応器は、図４Ａから４Ｃに示された構造と図６Ａから６Ｃに示された構造とを組み合わせることにより得られた構造をもつことがある。すなわち、第２の部分２０の高さは、蒸着反応器の一方の端部分からもう一方の端部分まで徐々に減少することがある（Ｚ_１＞Ｚ_２＞Ｚ_３）。さらに、基材４０が蒸着反応器の一方の端部分からもう一方の端部分まで通過すると共に、区画２００の勾配が増加するので、第２の部分２０の有効幅は、徐々に減少することがある（Ｗ_ｅｆｆ１＞Ｗ_ｅｆｆ２＞Ｗ_ｅｆｆ３）。

その一方で、蒸着反応器の形状は、反応物質の型及び性質に基づいて修正されることがある。特に、吸着特性及び脱着特性は、第２の部分の形状に依存して異なるので、第２の部分の形状は、使用される反応物質に基づいて最適化されることがある。例えば、低蒸気圧及び／又は高粘性をもつ前駆体が反応物質として使用されるとき、比較的高い脱着速度をもつ構造が必要である。高蒸気圧及び／又は低粘性をもつ前駆体が反応物質として使用されるとき、比較的低い脱着速度をもつ構造が必要である。第２の部分の特性は、１台の蒸着反応器の中の異なる反応物質に対し変化する可能性がある。

図８Ａは、さらに別の実施形態による第２の部分の特性を変化させるため構成された蒸着反応器の底面図である。実施形態による蒸着反応器は、第２の部分を画定する区画２００と、区画２００の少なくとも部分的な領域を形成する調整可能ウィング部２１０とを含むことがある。

図８Ｂは、図８Ａの蒸着反応器における第２の部分の断面図である。図８Ｃは、調整可能ウィング部２１０が図８Ａの蒸着反応器の中の駆動位置へ移動されるときの第２の部分の断面図である。調整可能ウィング部２１０が図８Ｂに示された初期位置から図８Ｃに示された駆動位置へ移動される場合、有効高さＺ_ｅｆｆは、初期高さＺ_０と比較して減少する。第２の部分２０の傍を通過するガスの経路は、調整可能ウィング部２１０が原因となって延長されるので、調整可能ウィング部２１０に隣接する領域２５の中の圧力は、さらに減少する。このように、同じ排出能力を有している蒸着反応器が使用されるが、反応物質の脱着速度は、調整可能ウィング部２１０によって変更可能であり、したがって、薄膜の堆積特性を変更することが可能である。同様に、粘性又は蒸気圧のような異なる化学的性質をもつ反応物質は、同じ蒸着反応器の中で使用することができる。

その一方で、調整可能ウィング部２１０が図８Ｃに示されるように駆動位置に位置決めされているとき、基材４０から脱着された反応物質は、区画２００と調整可能ウィング部２１０との間の隙間に入ることがある。このような問題を取り扱うため、不活性ガスは、区画２００と調整可能ウィング２１０との間にカーテンガスとして注入されることがある。

図９Ａは、区画と調整可能ウィング部との間のカーテンガスの注入部分を含んでいる蒸着反応器の中の第２の部分２０の断面図である。図９Ｂは、調整可能ウィング部２１０が図９Ａの蒸着反応器における駆動位置へ移動されたときの第２の部分の断面図である。通路２２及び１つ以上の注入部分２１は、調整可能ウィング部の上方で区画２００の中の領域に形成されることがある。不活性ガスは、注入部分２１を介してカーテンガスとして注入されることがある。例えば、不活性ガスは、Ｎ_２、Ａｒ、及びＨｅよりなる群から選択される１つ以上を含むことがある。不活性ガスは、第２の部分２０の中の圧力より高い圧力で注入されるので、基材４０から脱着した反応物質が区画２００と調整可能ウィング部２１０との間の隙間に入ることを阻止することが可能である。

図８および９に関連して説明された実施形態では、調整可能ウィング部２１０が第２の部分２０の部分領域の形状を変更するため区画２００に挿入される。しかし、別の実施形態では、区画２００の位置は、基材４０が前進する方向に沿って移動されることがある。区画２００の位置が変更されるとき、第１の部分１０の幅Ｗ_Ｅと第２の部分２０の幅Ｗ_Ｃとの比Ｗ_Ｅ／Ｗ_Ｃが変更され、その結果、基材４０に吸着された反応物質の量が変更される。例えば、区画２００が初期位置から第１の部分１０に向かって移動するとき、反応物質の脱着量は、第１の部分１０において減少することがある。これに反して、区画２００が初期位置から第２の部分２０に向かって移動するとき、反応物質の吸着量が第１の部分１０において増加することがある。

さらに別の実施形態では、調整可能ウィング部２１０は、区画２００と基材４０との間の距離ｚ、すなわち、第２の部分２０の高さｚを変更することがある。区画２００と基材４０との間の距離が減少する場合、第２の部分２０の高さｚが減少し、第２の部分２０の中の圧力が減少する。したがって、基材４０からの反応物質の脱着速度は、増加することがある。逆に、区画２００と基材４０との間の距離が増加する場合、第２の部分２０の高さｚが増加し、第２の部分２０の中の圧力が増加する。したがって、基材４０からの反応物質の脱着速度は、減少することがある。

上記実施形態によれば、異なる粘性をもつ反応物質は、調整可能ウィング部を使用することにより同じサイズを有する蒸着反応器の中で使用することができる。同様に、原子層薄膜の脱着特性、及び／又は、吸着分子の脱着速度は、蒸着反応器を使用することにより変更することができる。

図１０Ａは、さらに別の実施形態による蒸着反応器の断面図である。図１０Ｂは、図１０Ａの蒸着反応器の底面図である。蒸着反応器は、本体３０９を含む。反応物質を注入する１つ以上の第１の注入部分１１と、不活性ガスを注入する１つ以上の第２の注入部分１３とが本体３０９の中に形成される。第１の注入部分１１は、反応物質が運ばれる第１の通路１２に接続されることがあり、第２の注入部分１３は、不活性ガスが運ばれる第２の通路１４に接続されることがある。第１の通路１２は、反応物質が蒸着反応器の外部から注入される輸送管１２０に接続されることがあり、第２の通路１４は、不活性ガスが蒸着反応器の外部から注入される輸送管１４０に接続されることがある。第１の注入部分１１及び第２の注入部分１３は、第１の部分１０の中の凹部に反応物質及び不活性ガスを充填するため第１の部分１０の中に設けられている。

図１０Ａに示されるように、第２の注入部分１３は、第１の注入部分１１と比べて基材からより遠くに設置されている（すなわち、第２の注入部分１３は、第１の注入部分より高い高さを有している）。しかし、この実施形態は、例示の目的のためだけに提供される。別の実施形態では、図１１に示されるように、蒸着反応器は、第１の注入部分１１及び第２の注入部分１３が中に形成された本体４０９を含み、第２の注入部分１３は、第１の注入部分１１と比べて基材により接近した位置に形成される。代替的に、図１２に示されるように、第１の注入部分１１及び第２の注入部分１３は、基材から実質的に同じ距離に形成されることがある。

上述されているように蒸着反応器を使用することにより、不活性ガスは、源前駆体又は反応前駆体と共に第１の部分１０の凹部へ注入することができる。不活性ガスは、基材が第２の部分２０の傍を通過する間に、基材に吸着された反応物質を浄化するため機能するので、基材に残る物理吸着層の量は、源前駆体又は反応前駆体のうちの１つだけが使用されたときに基材に残る物理吸着層の量より少ない。このように、蒸着反応器は、原子単層の形成に有利である。

図１３Ａは、さらに別の実施形態による不活性ガスを反応物質と共に注入する本体６０９を有している蒸着反応器の断面図である。図１３Ｂは、図１３Ａの蒸着反応器の底面図である。１つ以上の注入部分１１と１つ以上の第２の注入部分１３とが基材が移動される方向に垂直である１本のライン上に交互に配置されることがある。

図１４は、さらに別の実施形態による不活性ガスを反応物質と共に注入する蒸着反応器の断面図である。図１４を参照すると、蒸着反応器は、１つの注入部分１１と１つの通路１２とだけが形成されている本体７０９を含むことがある。しかし、注入される物質が中を通るようにするため通路１２に接続された輸送管１２０は、バルブＶ_３によって互いに異なった２本の輸送管１２１及び１２２に分割されることがある。個々の輸送管１２１及び１２２の中の物質の流れは、バルブＶ_１及びＶ_２によって制御されることがある。

蒸着反応器を使用することにより、バルブＶ_１からＶ_３までは、２種類の物質（例えば、反応物質と不活性ガス）を１つの注入部分１１及び１つの通路１２を介して第１の部分１０に注入することができるように開閉される。この場合、反応物質及び不活性ガスは、バルブＶ_１及びＶ_２を同時に開閉することにより第１の部分１０の凹部に同時に注入することができる。代替的に、反応物質及び不活性ガスは、バルブＶ_１及びＶ_２を交互に開閉することにより第１の部分１０に別々に注入されることがある。その一方で、源前駆体及び反応前駆体がすべて１台の蒸着反応器の中で基材に注入されるように、複数の第１の部分が１台の蒸着反応器に配置されることがある。図１５Ａは、さらに別の実施形態による複数の第１の部分をもつ本体８０９を含む蒸着反応器の断面図である。図１５Ｂは、図１５Ａの蒸着反応器の底面図である。

図１５Ａ及び１５Ｂを参照すると、蒸着反応器の本体８０９は、２つの第１の部分１０及び１０’と、２つの第２の部分２０及び２０’と、第３の部分３０とを含むことがある。第２の部分２０及び２０’は、第３の部分３０の両方にそれぞれ配置されている。２つの第１の部分１０及び１０’は第２の部分２０および２０’の両方の外側にそれぞれ配置されている。すなわち、第１の部分１０と、第２の部分２０と、第３の部分３０と、第２の部分２０’と、第１の部分１０’とが蒸着反応器の中に順番に配置されている。同様に、第３の部分３０は、第３の部分３０の異なった側に設置された第２の部分２０及び２０’と第１の部分１０及び１０’と共有されている。

第１の注入部分１１及び１１’はそれぞれ第１の部分１０及び１０’に形成されることがある。第１の注入部分１１及び１１’はそれぞれ通路１２及び１２’に接続されることがある。反応物質は、第１の注入部分１１又は１１’を通って第１の部分１０又は１０’に注入されることがある。蒸着反応器の中に位置決めされた２つの第１の部分１０及び１０’を有する蒸着反応器を使用することにより、基材が１台の蒸着反応器の傍を通過する間に反応物質を基材に２回吸着させることができる。

一実施例として、源前駆体は、第１の部分１０に注入されることがあり、反応前駆体は、第１の部分１０’に注入されることがある。蒸着反応器の傍を通過する基材が第１の部分１０の傍を通過する間に、源前駆体は、基材に吸着される。基材が第２の部分２０、第３の部分３０及び第２の部分２０’の傍を通過する間に、源前駆体の物理吸着層は、脱着され、そして、排出される。基材が第１の部分１０’の傍を通過する間に、反応前駆体は、基材上の源前駆体との反応及び／又は置換を行い、それによって、原子層薄膜を形成する。上述のように、原子層薄膜の形成は、一実施例として説明される。しかし、化学蒸着法（ＣＶＤ）が蒸着反応器を使用して実行されることもあることは明白であろう。

第２の注入部分１３及び１３’は、それぞれの第１の部分１０及び１０’にさらに形成されることがある。第２の注入部分１３及び１３’はそれぞれ通路１４及び１４’に接続されることがある。不活性ガスは、第２の注入部分１３又は１３’を通って第１の部分１０又は１０’に注入されることがある。不活性ガスが源前駆体又は反応前駆体と共に注入されるとき、脱着がより効果的に行われるように、基材が第２の部分２０及び２０’と第３の部分３０との傍を通過する間に、不活性ガスは、基材に吸着された物理吸着層を浄化するため機能する。このように、基材上の物理吸着層の量は、源前駆体又は反応前駆体の一方だけが注入されるときの基材上の物理吸着層の量より少ない。したがって、原子単層の形成において、有利である。

その一方で、原子層薄膜を形成した後に物理吸着された反応前駆体は、蒸着反応器の傍を通過する基材に残存する。続いて、基材が別の蒸着反応器の中を通される場合、基材に物理吸着された反応前駆体は、新しい蒸着反応器から注入された源前駆体との反応及び／又は置換が行われ、それによって、薄膜を形成する。このように、薄膜の堆積速度を増加させることができる。これは、疑似ＡＬＤモードと呼ばれる。

その一方で、別の実施例として、源前駆体（又は反応前駆体）は、反応物質として第１の部分１０の凹部に注入されることがあり、そして、不活性ガスだけが反応物質無しで第１の部分１０’の凹部に注入されることがある。この場合、基材が第１の部分の傍を通過する間に、反応物質が基材に吸着される。基材が第２の部分２０と、第３の部分３０と、第２の部分２０’との傍を通過する間に、反応物質が脱着され、排出される。反応物質の脱着は、第１の部分１０’に注入された不活性ガスによって加速されるので、優れた品質をもつ吸着層が得られる。原子層薄膜を形成すべきとき、付加的な蒸着反応器が反応前駆体（又は源前駆体）を吸着する目的のため必要である。しかし、優れた特性をもつ原子層薄膜を形成することができる。

図１５Ａ及び１５Ｂに示された蒸着反応器は、図１０Ａ及び１０Ｂに示された蒸着反応器の形状に基づいて、２台の反応器がこれらの間に挟まれた第３の部分と共に互いに反対向きに対称的に配置されるように構成される。しかし、蒸着は、この例示の目的のためだけに提供される。すなわち、蒸着反応器は、２台の反応器が図１から１４を参照して説明された上記実施形態の形状に基づいて配置されるように構成されることがある。

図１６Ａは、実施形態による薄膜を形成する方法を示すフローチャートである。反応物質は、蒸着反応器の第１の部分に注入される（Ｓ１１）。例えば、反応物質は、源前駆体でもよく、及び／又は、反応前駆体でもよい。実施形態では、不活性ガスは、反応物質と共にこの工程の中で第１の部分に注入される（Ｓ１１）。

続いて、基材は、反応物質が基材の表面に吸着されるように、第１の部分に対して移動される（Ｓ１２）。この時点で、反応物質の化学吸着層及び物理吸着層が基材に形成される。第１の部分に対する基材の相対移動は、蒸着反応器が固定されている状態で蒸着反応器に隣接するように基材を移動させることよって行われることがある。代替的に、蒸着反応器は、基材が固定されている状態で移動されることがある。

続いて、基材は、反応物質の物理吸着層が基材から脱着されるように第２の部分に対して移動される（Ｓ１３）。このため、第２の部分の中の圧力は、第１の部分の中の圧力より低い場合がある。さらに、物理吸着層の脱着量は、第２の部分の位置、幅、及び、高さ、及び／又は、第２の部分の中の調整可能ウィング部の位置を制御することにより調整されることがある。物理吸着層全体は、基材から取り除かれることがある。代替的に、堆積速度は、物理吸着層の一部が基材上に残ることを可能にすることにより増加することがある。

続いて、基材は、脱着反応物質が排出部分を介して蒸着反応器の外部へ排出されるように（Ｓ１４）、第３の部分に対して移動される。その結果、基材に物理吸着した反応物質は、少なくとも部分的に取り除かれることが可能である。上記工程を通じて、反応物質の化学吸着層を含む薄膜は、基材に形成することができる。

反応物質を交換する間に上記工程Ｓ１１からＳ１４が繰り返し実行されるとき、例えば、上記工程Ｓ１１からＳ１４が工程Ｓ１１において反応物質として源前駆体と反応前駆体とを交互に使用することによって実行されるとき、原子層薄膜を基材に形成することができる。代替的に、源前駆体及び反応前駆体が単一工程Ｓ１１における反応物質として第１の部分に交互に注入されることがある。その結果、上記工程Ｓ１１からＳ１４が１回実行されるとき、原子層薄膜が基材に形成されることある。この場合、不活性ガスは、個々の源前駆体及び反応前駆体の注入後に浄化ガスとして注入されることがある。

図１６Ｂは、別の実施形態による薄膜を形成する方法を示すフローチャートである。図１６Ｂの方法は、２台の蒸着反応器を使用して実行されることがある。例えば、この方法は、図１から１４に関連して説明された実施形態による２台の蒸着反応器を使用して実行されることがある。

図１６Ｂを参照すると、源前駆体及び不活性ガスが第１の反応器の第１の部分に注入され、基材が第１の反応器の第１の部分に対して移動される（Ｓ１２）。その結果、源前駆体は、基材の表面に吸着することができる。その一方で、別の実施形態では、この工程中で不活性ガス無しに源前駆体だけが注入される（Ｓ２１）。

基材は、第１の反応器の第２の部分に対して移動される（Ｓ２２）。この時点で、第２の部分の中の圧力は、第１の部分の中の圧力より低い場合がある。次に、基材は、第１の反応器の第３の部分に対して移動される（Ｓ２３）。基材が第２の部分及び第３の部分の傍を通過する間に、基材に吸着された源前駆体の物理吸着層は、基材から少なくとも部分的に脱着され、第１の反応器の外部に排出される。

反応前駆体及び不活性ガスは、第２の反応器の第１の部分に注入され、基材は、第２の反応器の第１の部分に対し移動される（Ｓ２４）。その結果、反応前駆体は、基材の表面に吸着され、基材に吸着された源前駆体は、基材に吸着された反応前駆体と反応し、それによって、原子層薄膜を形成する。その一方で、別の実施形態では、反応前駆体だけがこの仮定中に不活性ガス無しで注入される（Ｓ２４）。

基材は、第２の反応器の第２の部分Ｓ２５に対して移動される（Ｓ２５）。この時点で、第２の部分の中の圧力は、第１の部分の中の圧力より低い場合がある。次に、基材は、第２の反応器の第３の部分に対して移動される（Ｓ２６）。基材が第２の部分及び第３の部分の傍を通過する間、反応前駆体の一部分は、基材から脱着され、その後、第２の反応器の外部に排出される。

上記工程（Ｓ２１からＳ２６）は、最終的な厚さをもつ原子層薄膜が形成されるまで（Ｓ２７）実行され、それによって、望ましい厚さをもつ原子層薄膜を形成する。

図１６Ｃは、さらに別の実施形態による薄膜を形成する方法を示すフローチャートである。図１６の方法は、２つの第１の部分を含む蒸着反応器を使用して実行されることがある。例えば、この方法は、図１５Ａ及び１５Ｂに関連して説明された実施形態による蒸着反応器を使用して実行されることがある。

図１６Ｃを参照すると、源前駆体及び不活性ガスは、蒸着反応器の主要な第１の部分に注入され（Ｓ３１）、基材は、主要な第１の部分に対して移動される（Ｓ３１）。その結果、源前駆体は、基材の表面に吸着することができる。その一方で、別の実施形態では、源前駆体だけがこの工程中に不活性ガス無しで注入されることがある（Ｓ３１）。

基材は、主要な第２の部分に対して移動される（Ｓ３２）。この時点で、第２の部分の中の圧力は、第１の部分の中の圧力より低い場合がある。その後、基材は、第３の部分に対して移動される（Ｓ３３）。その後、基材は、補助的な第２の部分に対して移動される（Ｓ３４）。基材が２つの第２の部分及び第３の部分の傍を通過する間に、基材に吸着された源前駆体の物理吸着層は、少なくとも部分的に脱着され、蒸着反応器の外部へ排出される。

反応前駆体及び不活性ガスは、蒸着反応器の補助的な第１の部分に注入され（Ｓ３５）、基材は、補助的な第１の部分に対して移動される（Ｓ３５）。その結果、反応前駆体は、基材の表面に吸着され、基材が主要な第１の部分の傍を通過する間に吸着された源前駆体は、反応前駆体と反応し、それによって、基材に原子層薄膜を形成する。別の実施形態では、反応前駆体だけがこの工程中に不活性ガス無しで注入されることがある（Ｓ３５）。

上記工程（Ｓ３１からＳ３５）は、最終的な厚さをもつ原子層薄膜が形成されるまで実行され（Ｓ３６）、それによって、望ましい厚さをもつ原子層薄膜を得る。

図１７Ａは、実施形態による蒸着反応器が原子層堆積（ＡＬＤ）機器に適用される実施例を示す断面図である。ＡＬＤ機器は、第１の部分１０と第２の部分２０と第３の部分３０とを個々に有している１台以上の蒸着反応器１及び２がチャンバ５に配置されるように構成されることがある。基材４０は、サセプタ４００によって支持され、個々の蒸着反応器の下側部分の傍を通過するように移動される。チャンバ５の内部は、ポンプなどを使用して、真空状態になるように制御されることがある。チャンバ５０の内部は、基材４０に隣接する領域を除いて充填材５０で充填されることがある。充填材５０は、チャンバ５の外壁と同じ物質で作られることがある。

ＡＬＤ機器では、源前駆体及び不活性ガスが第１の蒸着反応器１の第１の部分に充填されることがある。同様に、反応前駆体及び不活性ガスが第２の蒸着反応器２の第１の部分１０に充填されることがある。基材４０が第１の蒸着反応器１の第１の部分１０の傍を通過するとき、源前駆体は、基材４０に吸着されることがある。続いて、基材４０が第１の蒸着反応器１の第２の部分２０及び第３の部分３０の傍を通過するとき、圧力が低下する。このようにして、基材４０に吸着された源前駆体の物理吸着層が基材４０から脱着され、第１の蒸着反応器１の外部へ排出される。

続いて、基材が第２の蒸着反応器２の第１の部分１０の傍を通過するとき、反応前駆体は、基材４０に吸着されることがある。反応前駆体は、基材に吸着された源前駆体と反応し、それによって、原子層薄膜を形成する。続いて、基材４０が第２の蒸着反応器２の第２の部分２０及び第３の部分３０の傍を通過するとき、反応前駆体は、基材４０から少なくとも部分的に脱着され、第２の蒸着反応器２の外部へ排出される。この時点で、源前駆体は、第１の蒸着反応器１に注入され、反応前駆体は、第２の蒸着反応器２から排出される。したがって、源前駆体と反応前駆体とは互いに接触しない。よって、排出管の中に生成される粉末又は粘性物質又は反応生成物のような反応副生成物を最小限に抑えることが可能である。

図１７Ｂは、別の実施形態による蒸着反応器がＡＬＤ機器に適用された実施例を示す断面図である。蒸着反応器は、図１７Ａに示された蒸着反応器に類似しているが、第１の蒸着反応器１及び第２の蒸着反応器２は、充填材５０によって所定の間隔で互いに離間している。このように、第１の蒸着反応器１に注入された源前駆体と、第２の蒸着反応器２に注入された反応前駆体との混合を最小限に抑えることが可能である。この時点で、第１の蒸着反応器１と第２の蒸着反応器２との間の間隔は、基材４０と第１の蒸着反応器１及び第２の蒸着反応器２との間の間隔と、チャンバ５にポンピングするポンプ（図示せず）の性能と、源前駆体及び反応前駆体の特性などに基づいて適切に決定されることがある。

図１７Ｃは、さらに別の実施形態による蒸着反応器がＡＬＤ機器に適用された実施例を示す断面図である。図１７Ｃを参照すると、蒸着反応器は、図１７Ｂに示された蒸着反応器に類似しているが、注入部分５１に接続された１つ以上の注入部分５１及び５２が第１の蒸着反応器１と第２の蒸着反応器２との間で充填材５０の中に形成される。不活性ガスは、通路５２及び注入部分５１を介して注入されることがある。ガスが第１の蒸着反応器１と第２の蒸着反応器２との間で混合される可能性は、不活性ガスによってより多く低減される可能性がある。

図１７Ｄは、さらに別の実施形態による蒸着反応器がＡＬＤ機器に適用された実施例を示す断面図である。図１７Ｄを参照すると、蒸着反応器は、図１７Ｃに示された蒸着反応器と類似しているが、不活性ガスを注入する注入部分５１及び通路５２は、第１の蒸着反応器１と第２の蒸着反応器２との間だけでなく、第１の蒸着反応器１及び第２の蒸着反応器２の外側にも形成される。

図１７Ｃ及び１７Ｄに示されたＡＬＤ機器では、チャンバ５の内部は、別個のポンプ（図示せず）によってポンピングされる。したがって、注入部分５１を介して注入された不活性ガスは、第１の蒸着反応器１及び第２の蒸着反応器２のそれぞれの第１の部分１０の中の圧力より高い圧力をもつように制御されることがある。その結果、第１の蒸着反応器１及び第２の蒸着反応器２の周りの圧力は、第１の蒸着反応器１及び第２の蒸着反応器２の第１の部分１０の中の圧力より高い場合がある。したがって、第１の蒸着反応器１及び第２の蒸着反応器２の外部への源前駆体及び反応前駆体の漏れは、最小限に抑えることができる。

個々の第１の蒸着反応器１及び第２の蒸着反応器２として図１０Ａ及び１０Ｂに示された蒸着反応器を使用するＡＬＤ機器では、図１７Ａから１７Ｄに示されている。しかし、ＡＬＤ機器は、例示的な目的のためだけに提供される。すなわち、ＡＬＤ機器は、他の実施形態による蒸着反応器を使用して構成されることがある。一実施例として、ＡＬＤ機器は、２つの第１の部分を含む蒸着反応器を使用して構成されることがある。

図１７Ｅは、２つの第１の部分を含む蒸着反応器を使用して構成されたＡＬＤ機器の断面図である。ＡＬＤ機器では、個々の第１の蒸着反応器１及び第２の蒸着反応器２は、２つの第１の部分１０及び１０’と、２つの第２の部分２０及び２０’と、第３の部分３０とを含むことがある。上述のように構成されたＡＬＤ機器では、源前駆体は、第１の蒸着反応器１の主要な第１の部分１０に注入されることがあり、不活性ガスは、第１の蒸着反応器１の補助的な第１の部分１０’に注入されることがある。反応前駆体は、第２の蒸着反応器２の主要な第１の部分１０に注入されることがあり、不活性ガスは、第２の蒸着反応器２の補助的な第１の部分１０’に注入されることがある。

基材４０が第１の蒸着反応器１の傍を通過する間に、以下の工程が行われる。最初に、基材４０が主要な第１の部分１０の傍を通過する間に、源前駆体は、基材に吸着されることがある。基材４０が主要な第２の部分２０と第３の部分３０との傍を通過する間に、源前駆体の物理吸着層が脱着され、排出されることがある。続いて、基材４０が補助的な第２の部分２０’の傍を通過する間に、補助的な第１の部分１０’に注入された不活性ガスは、補助的な第２の部分２０’の傍を通過する。したがって、圧力は低下し、それに応じて、付加的な脱着が起こる。上記工程を通じて、純粋な化学吸着層だけが第１の蒸着反応器１の傍を通過する基材４０に残ることができる。

基材４０が第２の蒸着反応器２の傍を通過する間に実行される工程は、基材が第１の蒸発反応器１の傍を通過する間に実行される工程と同様に実行される。しかし、第２の蒸着反応器２は、反応前駆体が第２の蒸着反応器２の主要な第１の部分１０に注入される点で第１の蒸着反応器１とは異なる。反応前駆体は、基材４０に吸着された源前駆体の化学吸着層と反応するので、単分子層の原子層薄膜は、第１の蒸着反応器１及び第２の蒸着反応器２のすべての傍を通過する基材に形成することができる。

上述されるように、図１７Ａから１７Ｅに関連して説明されたＡＬＤ機器に含まれている蒸着反応器の形状は、例示の目的のためだけに提供される。すなわち、ＡＬＤ機器が本開示中で説明された他の実施形態による蒸着反応器、又は、本明細書中で説明されていない様々な変更を使用して構成されてもよいことが当業者によって容易に分かることになる。

図１８Ａは、実施形態による蒸着反応器を含むＡＬＤ機器の平面図である。図１８Ａを参照すると、ＡＬＤ機器では、基材４０は、サセプタ４００によって保持され、回転移動するように回転テーブル４１０に配置されることがある。第１の蒸着反応器１及び第２の蒸着反応器２は、回転テーブル４１０に配置される。第１の蒸着反応器１及び第２の蒸着反応器２は、回転テーブル４１０が回転中に、基材４０が第１の蒸着反応器１及び第２の蒸着反応器２の下側部分の傍を順次に通過するように、配置されることがある。第１の蒸着反応器１及び第２の蒸着反応器２の台数及び形状は、例示の目的のためだけに提供される。蒸着反応器１及び２の形状及び／又は台数は、形成される薄膜の特性に基づいて適切に制御されることがある。

図１８Ｂは、別の実施形態による蒸着反応器を含むＡＬＤ機器の平面図である。図１８Ｂを参照すると、第１の蒸着反応器１及び第２の蒸着反応器２のペアが構成され、第１の蒸着反応器１及び第２の蒸着反応器２の１対以上のペアが配置されることがある。基材４０が第１の蒸着反応器１及び第２の蒸着反応器２の個々のペアの下側部分の傍を通過するときはいつでも、１層の薄膜を形成することができる。

図１８Ｃは、さらに別の実施形態による蒸着反応器を含むＡＬＤ機器の平面図である。図１８Ｃを参照すると、ＡＬＤ機器は、第１の部分１０及び１０’と第２の部分２０及び２０’と第３の部分３０とを個々に含んでいる蒸着反応器を使用して構成されることがある。源前駆体及び反応前駆体は、それぞれ２つの第１の部分１０及び１０’に注入されるので、基材４０が個々の蒸着反応器１の傍を通過するときにはいつでも１層の原子薄膜層を基材４０に形成することができる。代替的に、源前駆体及び不活性ガスは、それぞれ１台の蒸着反応器１の２つの第１の部分１０及び１０’に注入されることがあり、反応前駆体及び不活性ガスは、その後の蒸着反応器１の２つの第１の部分１０及び１０’に注入されることがある。

図１８Ａから１８Ｃに関連して説明された実施形態では、回転テーブル４１０が回転されるので、回転テーブル４１０の内側で移動される基材４０の角速度は、回転テーブル４１０の外側で移動される基材４０の角速度とは異なる。その結果、蒸着反応器１及び２の傍を通過する基材４０に形成された薄膜の厚さ及び／又は特性は、均一ではないことがある。この問題を解決するため、サセプタ４００は、回転テーブル４１０の回転とは独立に回転されるので、基材４０は、回転されている間に蒸着反応器１及び２の下側部分を通過することができる。例えば、基材４０は、蒸着反応器１及び２のうちの一方を通過する間に１回転されることがある。しかし、基材の回転速度は、これに限定されることはなく、薄膜の特性などに基づいて適切に制御されることがある。

その一方で、回転テーブル４１０の内側及び外側でそれぞれに回転された基材４０の移動速度が互いに異なるという問題は、蒸着反応器の形状を修正することにより解決されることがある。図１８Ｄは、さらに別の実施形態による蒸着反応器を含むＡＬＤ機器の平面図である。図１８Ｄを参照すると、回転テーブル４１０の内側及び外側でそれぞれに回転された基材４０の移動速度は、互いに異なるので、蒸着反応器１は、回転テーブル４１０の内側で比較的狭く、かつ、回転テーブル４１０の外側で比較的広い幅をもつ扇形を有するように構成される。上述された構成によって、サセプタ４００を回転させる必要がない。
蒸着反応器を使用してＴｉＮ薄膜を形成する実施例

図１９は、実施形態による蒸着反応器を使用してＴｉＮ原子層薄膜を形成する実験装置の概略図である。図２０は、一実施形態による図１９の実験装置における蒸着反応器の一部分の概略斜視図である。図２１Ａは、図１９の実験装置の概略断面図である。図２１Ｂは、一実施形態による同軸容量プラズマ発生器の概略断面図である。

図１９から２１Ｂを参照すると、実験装置は、２つの２インチ基材及び２つの３インチ基材がそれぞれ凹部に位置決めできるように、深さ０．５ｍｍに凹部が形成された回転サセプタ４１０を含むことがある。回転サセプタ４１０によって支持された基材は、回転サセプタ４１０の下側部分に取り付けられた金属ヒーター６６によって間接的に加熱されることがある。チャンバ５は、直径４０ｍｍをもつ排出管に接続されることがある真空ポンピングのための穴６５を含むことがある。蒸着反応器１の排出部分３１は、ポンピングの目的のための直径２０ｍｍをもつ排出管に接続されることがある。この時点で、スロットルバルブ（図示せず）は、排出速度を制御するため、チャンバ５又は蒸着反応器１の排出管の中に取り付けられることがある。チャンバ５の真空度は、真空ゲージ６２によって測定されることがあり、回転サセプタ４１０の回転速度は、モータ６１の回転速度と比較して１０：１の割合で約１８ｒｍｐまで減速されることがある。

実験装置は、ＩＣＰ（誘導結合プラズマ）型リモートプラズマを適用するため石英管６３とコイル６４とをさらに含むことがある。約５ワットから１００ワットの無線周波数（ＲＦ）電圧がＮＨ_３プラズマを発生させるためコイル６４に印加されることがある。しかし、別の実施形態では、ＴｉＮ原子層薄膜は、プラズマ発生を伴わない簡単な熱反応によって形成されることがある。この時点で、実験装置では、付加的な蒸着反応器は、石英管６３及びコイル６４が取り付けられるべき部分に取り付けられることがあり、ＮＨ_３は、反応前駆体として付加的な蒸着反応器に注入されることがある。ＴｉＣｌ４は、Ａｒバブリング法を使用して源前駆体として蒸着反応器１に供給されることがある。蒸着反応器では、堆積効率、すなわち、供給された源前駆体に対して薄膜の形成に使用された源前駆体の比率が高いので、ＴｉＣｌ_４は、約−４℃まで冷却される密閉容器から供給される。

蒸着反応器１の第１の部分の高さは、約２０ｍｍであり、第１の部分の幅は、約１０ｍｍであり、第１の部分の長さは、約１００ｍｍである。蒸着反応器１の第３の部分の幅は、約１６ｍｍである。表１、２及び３において得られた結果から、蒸着反応器１は、第２の部分の高さが約２ｍｍであり、第２の部分の幅が約４ｍｍであるように構成されることがある。基材４０が蒸着反応器１の下側部分の傍を通過するとき、基材４０が第１の部分に晒される時間は、回転テーブル４１０の回転速度が約１０ｒｐｍであるときに回転テーブル４１０の中心に近接した基材４０の内側で約１０５ミリ秒であり、回転テーブル４１０の回転速度が約１８ｒｐｍであるときに時間は約６０ミリ秒である。その一方で、回転テーブル４１０の中心から離れた基材４０の外側の角速度は、基材４０の内側の角速度より大きい。その結果、回転テーブル４１０の回転速度が約１０ｒｐｍ及び約１８ｒｐｍであるとき、基材４０の外側が第１の部分に晒される時間は、それぞれ、８０ミリ秒及び４４ミリ秒である。

基材４０の内側が第２の部分及び第３の部分の傍を通過する時間は、回転テーブル４１０の回転速度が約１０ｒｍｐであるときに約２１０ミリ秒であり、この時間は、回転テーブルの４１０の回転速度が約１８ｒｍｐであるときに約１２０ミリ秒である。さらに、基材４０の内側が蒸着反応器１の傍を完全に通過する時間は、回転テーブル４１０の回転速度が約１０ｒｍｐであるときに約３１５ミリ秒であり、この時間は、回転テーブル４１０の回転速度が約１８ｒｐｍであるときに約１８０ミリ秒である。

実験装置は、図２１Ｂに示されるように同軸リモートプラズマ発生器２をさらに含む。プラズマ発生器２は、本体２１００と、プラズマ１２００を発生させる物質を輸送し比率を制御するバルブＶａ、Ｖｂ及びＶｃとを含む。５００Ｖから１５００Ｖの電圧がプラズマ１２００を発生させるため第１の部分１０において電極１２Ａ及び１２Ｂの間に印加される。発生されたプラズマ２１００は、スリットの形をしたインジェクタ１１００を通して供給される。一実施形態では、スリットは、２ｍｍ以上の幅をもつ。一実施形態では、基材とインジェクタ１１００の上側端との間の距離は、好ましくは、１５から２０ｍｍである。プラズマ１２００を保持する円筒状空間部の直径は、１０ｍｍから２０ｍｍである。一実施形態では、基材とインジェクタとの間の距離は、１２ｍｍである。

一実施形態では、Ｏ_２、Ｈ_２又はＮＨ_３のような反応ガスは、管２２０２、２２０４、２２０６とバルブＶａ、Ｖｂ及びＶｃとを介して、円筒状空間部に供給される。反応ガスの存在下で電極１２Ａと１２Ｂとの間に電圧を印加することにより、同軸容量プラズマが発生される。基材の上面は、ＡＬＤ層を形成するため、同軸容量プラズマから得られたＯ^＊ラジカル、Ｎ^＊ラジカル、又は、Ｈ^＊ラジカルに晒される。残留するＯ^＊ラジカル、Ｎ^＊ラジカル、又は、Ｈ^＊ラジカルは、第２の部分２０、第３の部分３０、及び、排出部分３１０を介して放出される。

その一方で、実験装置は、付加的な熱処理が薄膜の堆積中又は堆積後に行えるように、蒸着反応器１の間、又は、基材４０の直前の位置に取り付けられたハロゲンランプ（図示せず）を含むことがある。その上、原子層薄膜が堆積される前に、自然酸化膜の清浄又は除去が基材４０に対して行われることがある。この場合、酸化膜を除去するためのガス、例えば、ＣｌＦ_３又はＮＦ_３は、蒸着反応器１に注入されることがあり、又は、水素リモートプラズマが蒸着反応器１の中で発生されることがある。このように、原子層薄膜は、原子層薄膜が堆積される前に表面処理又は前処理工程を行うことによってその場堆積されることがある。代替的に、自然酸化薄膜が除去された後、窒素リモートプラズマによる窒素ラジカルを使用して基材に対して窒化が行われることがある。その後、高−ｋ薄膜がその場堆積されることがある。

図２２Ａは、実施形態による蒸着反応器を使用して形成されたＴｉＮ薄膜の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。図２２Ｂから２２Ｄは、それぞれ図２２Ａの上側部分２２００、中間部分２２１０、及び、下側部分２２２０を拡大することにより得られたＳＥＭ写真である。

図２３Ａは、実施形態による蒸着反応器を使用して形成されたＴｉＮ薄膜の透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）写真である。図２３Ｂから２３Ｄは、それぞれ図２３Ａの上側部分２３００、中間部分２３１０、及び、下側部分２３２０を拡大することにより得られたＴＥＭ写真である。

図２２及び２３に示されたＴｉＮ薄膜は、原子層薄膜の特性であるコンフォーマリティをチェックするため約１３５ｎｍの直径をもつトレンチパターンに堆積された。この時点で、トレンチの深さは、約８μｍであり、パターン密度は、１：２である。約３ｓｃｃｍのＡｒガスが源前駆体としてＴｉＣｌ_４をバブリングするため使用され、約２０ｓｃｃｍのＮＨ_３ガスが反応前駆体として使用される。薄膜の堆積温度は、約３８０℃であり、回転テーブルは、約１０ｒｐｍの回転速度で２００回転され、それによって、約１３．５ｎｍの厚さでＴｉＮ原子層薄膜を堆積する。基材が蒸着反応器の傍を通過するときはいつでも、約０．６７Åの厚さをもつＴｉＮ薄膜が形成される。ＴｉＮ薄膜は、円柱形状をもつ（１１１）結晶方位を有し、そして、ボトムカバレッジが９５％である優れたコンフォーマリティを有している。

図２４Ａは、別の実施形態による蒸着反応器を使用して形成されたＴｉＮ薄膜のＳＥＭ写真である。図２４Ｂから２４Ｄは、それぞれ図２４Ａの上側部分２４００、中間部分２４１０、及び、下側部分２４２０を拡大することにより得られたＳＥＭ写真である。図２４は、リモートプラズマを使用して形成されたＴｉＮ原子層薄膜を示す。

図２４に示されたＴｉＮ薄膜では、約３ｓｃｃｍのＡｒガスが源前駆体としてＴｉＣｌ_４をバブリングするため使用され、約１５ｓｃｃｍのＮＨ_３ガスが反応前駆体として使用される。電力１０Ｗがプラズマを発生するため印加された。薄膜の堆積温度は、約３８０℃であり、回転テーブルは、約１０ｒｐｍの回転速度で２００回転され、それによって、約１５．５ｎｍの厚さでＴｉＮ原子層薄膜を堆積する。基材が蒸着反応器の傍を通過するときはいつでも、約０．７７Åの厚さをもつＴｉＮ薄膜が形成される。ＴｉＮ薄膜は、ステップカバレッジ８０％を有している。

図２２及び２３に示されたＴｉＮ薄膜を図２４に示されたＴｉＮ薄膜と比較した。プラズマによって発生されたラジカルが使用されるとき、堆積速度が増加するが、コンフォーマリティは減少する。

従来の原子層堆積方法では、前駆体がチャンバに注入され、薄膜は、基材の表面に吸着した分子層だけを使用して得られる。したがって、原子層の形成では、堆積効率、すなわち、注入された全ソースに対する堆積中に使用されたソースの比率は、チャンバのサイズと密接な関係がある。

しかし、上記実施形態による蒸着反応器のうちの１台が使用される場合、反応物質は、蒸着反応器の第１の部分だけに充填されるので、堆積効率は、従来の蒸着反応器における堆積効率よりかなり高い。さらに、基材が蒸着反応器の下側を通過する間に、分子層の吸着及び脱着が行われるので、前駆体がＡＬＤ又は駆動ユニットのためのバルブ無しで継続的に供給され、よって、蒸着反応器の構成を簡単化することができる。

さらに、反応物質の注入、脱着、及び、排出は、蒸着反応器の内部で行われるので、堆積は、チャンバの内部の雰囲気とは無関係に行うことができる。さらに、源前駆体及び反応前駆体がそれぞれ別個の蒸着反応器に注入され、別個の蒸着反応器から排出されるので、粉末又は粘性物質のような反応副生成物は、排出ラインの中に生成されない。したがって、薄膜に加えて、装置の信頼性、耐久性、及び、経済性を改善することができる。

本発明は、ある特定の例示的な実施形態に関連して説明されているが、本発明は、開示された実施形態に限定されることがなく、そうではなく、請求項及び請求項の均等物の趣旨と範囲とに含まれる種々の変更と等価的な構成とを網羅することが意図されていることを理解すべきである。

Claims (29)

1. 第１の圧力を受ける第１の凹部に反応物質を注入する少なくとも１つの第１の注入部分に連通接続された第１の凹部と一体に形成されている第１の部分と、
   前記第１の部分に隣接し、前記第１の凹部に連通接続された前記第１の圧力より低い第２の圧力を受ける第２の凹部と一体に形成されている第２の部分と、
   前記第２の部分に隣接し、前記第２の凹部に連通接続された第３の凹部と一体に形成されている第３の部分と、
   前記第３の凹部に接続され、蒸着反応器から前記反応物質を放出する排出部分と、
   を備える蒸着反応器。
2. 前記第２の部分の幅は、前記第２の部分の高さの半分より大きい、請求項１に記載の蒸着反応器。
3. 前記第２の部分の高さは、前記第１の部分の幅の２／３以下である、請求項１に記載の蒸着反応器。
4. 前記第２の部分の高さは、前記第１の部分の高さの２／３以下である、請求項１に記載の蒸着反応器。
5. 前記第３の部分の幅は、前記第２の部分の高さより大きい、請求項１に記載の蒸着反応器。
6. 前記第３の部分は、前記第１の圧力より低い第３の圧力を受ける、請求項１に記載の蒸着反応器。
7. 前記第２の部分の高さを少なくとも部分的に変更するため構成された第１の調整可能ウィング部をさらに備える、請求項１に記載の蒸着反応器。
8. 前記第１の部分の幅に対する前記第２の部分の幅の比率を変更するため構成された第２の調整可能ウィング部をさらに備える、請求項１に記載の蒸着反応器。
9. 前記反応物質は、源前駆体と反応前駆体とを含む、請求項１に記載の蒸着反応器。
10. 前記源前駆体は、無機化合物と有機化合物とを含む、請求項９に記載の蒸着反応器。
11. 前記反応前駆体は、Ｈ_２Ｏ、Ｈ_２Ｏ_２、Ｏ_２、Ｎ_２Ｏ、ＮＯ、Ｏ_３、Ｏ^＊ラジカル、ＮＨ_３、ＮＨ_２−ＮＨ_２、Ｎ^＊ラジカル、ＣＯ、ＣＯ_２、ＣＨ_４、Ｃ_２Ｈ_６、Ｈ_２、及びＨ^＊ラジカルよりなる群から選択される１つ以上を含む、請求項９に記載の蒸着反応器。
12. 前記第１の注入部分は、不活性ガスを前記第１の凹部にさらに注入する、請求項１に記載の蒸着反応器。
13. 前記不活性ガスは、Ｎ_２、Ａｒ、及びＨｅよりなる群から選択される１つ以上を含む、請求項１２に記載の蒸着反応器。
14. 前記第１の凹部に接続され、不活性ガスを前記第１の凹部に注入するため構成されている少なくとも１つの第２の注入部分をさらに備える、請求項１に記載の蒸着反応器。
15. 前記不活性ガスは、Ｎ_２、Ａｒ、及びＨｅよりなる群から選択される１つ以上を含む、請求項１４に記載の蒸着反応器。
16. 前記第１の部分は、複数の第１の凹部を含み、前記第２の部分は、複数の第２の部分を含む、請求項１に記載の蒸着反応器。
17. 前記第１の凹部と、前記第２の凹部と、前記第３の凹部とは、順次に接続されている、請求項１に記載の蒸着反応器。
18. 前記反応物質は、前駆体、不活性ガス、ラジカル、又はこれらの混合物である、請求項１に記載の蒸着反応器。
19. 第１の物質を少なくとも１つの注入部分を介して供給することにより、蒸着反応器の第１の部分に形成された第１の凹部に前記第１の物質を第１の圧力まで充填するステップと、
    前記第１の凹部を介して、前記第１の部分に隣接して位置する前記蒸着反応器の第２の部分に形成された第２の凹部に前記第１の物質を受容するステップと、
    前記第２の凹部を介して、前記第２の部分に隣接して位置する前記蒸着反応器の第３の部分に形成された第３の凹部に前記第１の物質を受容するステップと、
    前記蒸着反応器の排出部分を介して、前記第３の凹部の中の前記第１の物質を放出するステップと、
    前記第１の凹部と前記第２の凹部と前記第３の凹部とに亘って基材を移動するステップと、
    を含む、薄膜を形成する方法。
20. 前記第１の物質は、源前駆体、反応前駆体、及び不活性ガスよりなる群から選択される１つ以上を含む、請求項１９に記載の方法。
21. 前記源前駆体は、無機化合物、及び／又は、有機化合物を含む、請求項２０に記載の方法。
22. 前記反応前駆体は、Ｈ_２Ｏ、Ｈ_２Ｏ_２、Ｏ_２、Ｎ_２Ｏ、ＮＯ、Ｏ_３、Ｏ^＊ラジカル、ＮＨ_３、ＮＨ_２−ＮＨ_２、Ｎ^＊ラジカル、ＣＯ、ＣＯ_２、ＣＨ_４、Ｃ_２Ｈ_６、Ｈ_２、及びＨ^＊ラジカルよりなる群から選択される１つ以上を含む、請求項２０に記載の方法。
23. 前記不活性ガスは、Ｎ_２、Ａｒ、及びＨｅよりなる群から選択さるた１つ以上を含む、請求項２０に記載の方法。
24. 前記蒸着反応器の付加的な第１の部分に第２の物質を充填するステップと、
    前記第１の部分を介して、前記蒸着反応器の付加的な第２の部分に前記第２の物質を受容するステップと、
    前記第２の部分を介して、前記蒸着反応器の付加的な第３の部分に前記第２の物質を受容するステップと、
    前記付加的な第１の部分と前記付加的な第２の部分と前記付加的な第３の部分とに亘って前記基材を移動するステップと、
    をさらに含む、請求項１９に記載の方法。
25. 前記第２の物質は、源前駆体、反応前駆体、及び不活性ガスよりなる群から選択される１つ以上を含む、請求項２４に記載の方法。
26. 前記源前駆体は、無機化合物、及び／又は、有機化合物を含む、請求項２５に記載の方法。
27. 前記反応前駆体は、Ｈ_２Ｏ、Ｈ_２Ｏ_２、Ｏ_２、Ｎ_２Ｏ、ＮＯ、Ｏ_３、Ｏ^＊ラジカル、ＮＨ_３、ＮＨ_２−ＮＨ_２、Ｎ^＊ラジカル、ＣＯ、ＣＯ_２、ＣＨ_４、Ｃ_２Ｈ_６、Ｈ_２、及びＨ^＊ラジカルよりなる群から選択される１つ以上を含む、請求項２５に記載の方法。
28. 前記不活性ガスは、Ｎ_２、Ａｒ、及びＨｅよりなる群から選択される１つ以上を含む、請求項２５に記載の方法。
29. 前記反応物質は、前駆体、不活性ガス、ラジカル、又はこれらの混合物である、請求項１９に記載の方法。
    

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