JP2021110041A - シャワーヘッドアセンブリおよび構成要素 - Google Patents

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Abstract

【課題】原子層堆積（ＡＬＤ）プロセスに使用するシャワーヘッドアセンブリの実施形態に関し、サイクル時間を低減することで、スループットを改善し、かつコストを低減する、シャワーヘッドプレートを提供する。【解決手段】反応チャンバーに蒸気を分配するためのシャワーヘッドプレート２０２であって、第一の表面と、前記第一の表面の反対側の第二の表面と、前記第一の表面から前記第二の表面に延在する複数の開口２０４と、を備え、前記第一の表面と前記第二の表面の間の前記シャワーヘッドプレートの厚さが約２５ｍｍ〜約３５ｍｍの範囲内である。【選択図】図２

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０２０年１月１５日に出願された米国仮特許出願第６２／９６１，５８８号の優先権を主張するものであり、その全内容は参照により、その全体が、かつすべての目的のために本明細書に組み込まれる。
本開示は概して、気相反応器のためのシャワーヘッドアセンブリに関する。より具体的に本開示は、気相反応器のための蒸気分配システムと、蒸気分配システムの構成要素とに関する。
化学蒸着（ＣＶＤ）、プラズマ強化化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）およびこれに類するものなどの気相反応器を、基板表面上の材料の堆積およびエッチングを含む様々な用途のために使用することができる。例えば、基板上に層を堆積および／またはエッチングして、半導体デバイス、フラットパネルディスプレイデバイス、光起電力デバイス、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）およびこれに類するものを形成するために、気相反応器を使用することができる。
典型的な気相反応器システムは、反応チャンバーを含む反応器と、反応チャンバーに流体連結された１つ以上の前駆体蒸気源と、反応チャンバーに流体連結された１つ以上のキャリアガス源および／もしくはパージガス源と、ガス（例えば、前駆体ガスおよび／またはキャリアガスもしくはパージガス）を基板の表面に送達するための蒸気分配システムと、反応チャンバーに流体連結された排気源とを備える反応器を含む。またシステムは典型的に、処理中に基板を定位置に保持するためのサセプタも含む。サセプタは、基板を受容するために上下に移動するように構成することができ、かつ／または基板の処理中に回転することができる。
蒸気分配システムは、蒸気（複数可）を基板の表面に分配するためのシャワーヘッドアセンブリを含んでもよい。シャワーヘッドアセンブリは典型的に、基板の上方に位置する。基板の処理中に、蒸気（複数可）は、シャワーヘッドアセンブリから基板に向かって下向きの方向に流れ、その後基板にわたって半径方向外向きに流れる。典型的なシャワーヘッドアセンブリは、シャワーヘッドの１つの表面に隣接したチャンバー、およびチャンバーとシャワーヘッドの分配表面（基板側）との間に及ぶ複数の開口を有するシャワーヘッドを含む。開口は、概して円筒状の形状であるが、他の形状が可能であり、また互いに離隔していて、チャンバー側表面とシャワーヘッドの分配表面の両方に有意な水平部分を残している。
一態様において、反応チャンバーに蒸気を分配するためのシャワーヘッドプレートが提供されていて、シャワーヘッドプレートは、第一の表面と、第一の表面と反対側の第二の表面と、第一の表面から第二の表面に延在する複数の開口とを含み、第一の表面と第二の表面の間のシャワーヘッドプレートの厚さは約２７ｍｍ〜約３３ｍｍの範囲内である。
一部の実施形態において、第一の表面と第二の表面の間のシャワーヘッドプレートの厚さは、約２９ｍｍ〜約３１ｍｍの範囲内である。一部の実施形態において、シャワーヘッドプレートの幅は約２１０ｍｍ〜約２６０ｍｍの範囲内である。一部の実施形態において、シャワーヘッドプレートの幅は約３１０ｍｍ〜約３６０ｍｍの範囲内である。一部の実施形態において、シャワーヘッドプレートの幅は約４６０ｍｍ〜約５００ｍｍの範囲内である。一部の実施形態において、複数の開口における開口の数は開口約１，５００〜４，５００個の範囲内である。一部の実施形態において、開口の数は開口約１，５００〜２，５００個の範囲内である。
一部の実施形態において、複数の開口のうちの少なくとも１つの開口は、シャワーヘッドプレートの垂直軸に沿って第一の表面から延在する第一の軸方向入口セクションと、第一の軸方向入口セクションから延在する第一のテーパー状セクションであって、第一の軸方向入口セクションから内向きに角度を有する、内向きの角度付きの側壁を含む第一のテーパー状セクションと、第一のテーパー状セクションから延在し、かつシャワーヘッドプレートの垂直軸に沿って方向付けられた導管セクションであって、第一の軸方向入口セクションよりも小さい主横方向寸法を有する導管セクションと、導管セクションから第二の表面に延在する第二のテーパー状セクションであって、蒸気を反応チャンバーに送達するように構成された出口を含む第二のテーパー状セクションとを含む。
別の態様において、反応器アセンブリが提供されていて、この反応器アセンブリは、シャワーヘッドプレナムおよび前述の通りのシャワーヘッドプレートを含むシャワーヘッドアセンブリであって、シャワーヘッドプレナムがシャワーヘッドプレートの上方に配置されている、シャワーヘッドアセンブリと、基板を支持するように適合された基板支持体と、基板支持体およびシャワーヘッドプレートによって少なくとも部分的に画定された反応チャンバーとを含み、基板支持体の上面とシャワーヘッドプレートの底面との間の反応チャンバーの高さが、３ｍｍ〜７ｍｍの範囲内である。
一部の実施形態において、反応器アセンブリは、固体源前駆体を気化させるように構成された気化器をさらに含む。
別の態様において、反応チャンバーに蒸気を分配するためのシャワーヘッドプレートが提供されていて、シャワーヘッドプレートは、第一の表面と、第一の表面と反対側の第二の表面と、第一の表面から第二の表面に延在する複数の開口とを含み、複数の開口のうちの複数の開口は、シャワーヘッドプレートの垂直軸に沿って第一の表面から延在する第一の軸方向入口セクションと、第一の軸方向入口セクションから延在する第一のテーパー状セクションであって、第一の軸方向入口セクションから内向きに角度を有する内向きの角度付きの側壁を含む第一のテーパー状セクションと、第一のテーパー状セクションから延在し、かつシャワーヘッドプレートの垂直軸に沿って方向付けられた導管セクションであって、第一の軸方向入口セクションよりも小さい主横方向寸法を有する導管セクションと、導管セクションから第二の表面に延在する第二のテーパー状セクションであって、蒸気を反応チャンバーに送達するように構成された出口を備える第二のテーパー状セクションとを含む。
一部の実施形態において、第一の表面と第二の表面の間のシャワーヘッドプレートの厚さは、約２７ｍｍ〜約３３ｍｍの範囲内である。一部の実施形態において、第一の表面と第二の表面の間のシャワーヘッドプレートの厚さは、約２９ｍｍ〜約３１ｍｍの範囲内である。一部の実施形態において、導管セクションは約１５ｍｍ〜約２０ｍｍの範囲内の長さを有する。一部の実施形態において、第一の軸方向入口セクションは約３．５ｍｍ〜約４．５ｍｍの範囲内の垂直高さを有する。一部の実施形態において、第一のテーパー状セクションは約３．５ｍｍ〜約４．５ｍｍの範囲内の垂直高さを有する。一部の実施形態において、第二のテーパー状セクションは約２．５ｍｍ〜約３．５ｍｍの範囲内の垂直高さを有する。
一部の実施形態において、第一のテーパー状セクションの対向する側壁の角度は、約６０度〜約９０度の範囲内である。一部の実施形態において、第二のテーパー状セクションの対向する側壁の角度は、約６０度〜約９０度の範囲内である。
別の態様において、反応器アセンブリが提供されていて、この反応器アセンブリは、シャワーヘッドプレナムと、それを通る複数の開口を含むシャワーヘッドプレートとを含むシャワーヘッドアセンブリであって、シャワーヘッドプレナムがシャワーヘッドプレートの上方に配置されている、シャワーヘッドアセンブリと、基板を支持するように適合された基板支持体と、基板支持体およびシャワーヘッドプレートによって少なくとも部分的に画定された反応チャンバーとを含み、基板支持体の上面とシャワーヘッドプレートの底面との間の反応チャンバーの高さが、３ｍｍ〜７ｍｍの範囲内である。
一部の実施形態において、反応器アセンブリは、シャワーヘッドプレートを機械的に支持するスペーサーをさらに含む。一部の実施形態において、反応チャンバー容積は約１２８０〜１９２０ｍｍ２の範囲内である。一部の実施形態において、反応チャンバーの幅は約２００ｍｍ〜約４４０ｍｍの範囲内である。一部の実施形態において、反応チャンバーの高さと反応チャンバーの幅との比は、約１：８０〜１：２９の範囲内である。一部の実施形態において、スペーサーは約２０ｍｍ〜３０ｍｍの範囲内の厚さを有する。一部の実施形態において、反応器アセンブリは、固体源前駆体を気化させるように構成された気化器をさらに含む。
別の態様において、反応チャンバーに蒸気を分配するためのシャワーヘッドプレートが提供されていて、シャワーヘッドプレートは、第一の表面と、第一の表面の反対側の第二の表面と、第一の表面から第二の表面に延在する複数の開口とを含み、複数の開口は、シャワーヘッドプレートの垂直軸に沿って延在する開口部分を有する複数の外部開口と、シャワーヘッドプレートの中央領域に向かって内向きの角度付きの１つ以上の内部開口とを含む。
一部の実施形態において、外部開口は半径方向外側に配置されていて、かつ内部開口（複数可）を少なくとも部分的に囲む。一部の実施形態において、内部開口（複数可）は、シャワーヘッドプレートの垂直軸に対して５度〜５５度の範囲内の角度で内向きの角度を有する。一部の実施形態において、内部開口（複数可）は、シャワーヘッドプレートの中心位置の最も近くに位置する第一の角度付きの開口を含む。一部の実施形態において、内部開口（複数可）は、第一の角度付きの開口からシャワーヘッドプレートの中心位置の反対側に位置する第二の角度付きの開口をさらに含む。一部の実施形態において、シャワーヘッドプレートは、シャワーヘッドプレートの中心位置にて開口を有しない。一部の実施形態において、シャワーヘッドプレートのプレート本体部分は、シャワーヘッドプレートの中心位置に配置されている。
一部の実施形態において、外部開口の少なくとも１つの開口は、第一の表面からシャワーヘッドプレートの垂直軸に沿って延在する第一の軸方向入口セクションと、第一の軸方向入口セクションから延在する第一のテーパー状セクションであって、第一の軸方向入口セクションから内向きの角度を有する内向きの角度付きの側壁を備える第一のテーパー状セクションと、第一のテーパー状セクションから延在し、かつシャワーヘッドプレートの垂直軸に沿って方向付けられた導管セクションであって、第一の軸方向入口セクションよりも小さい主横方向寸法を有する導管セクションと、導管セクションから第二の表面に延在する第二のテーパー状セクションであって、蒸気を反応チャンバーに送達するように構成された出口を備える第二のテーパー状セクションとを含む。
別の態様において、反応器アセンブリが提供されていて、反応器アセンブリは、穴を有する反応器マニホールドと、上記に開示されたシャワーヘッドプレナムとシャワーヘッドプレートとを備えるシャワーヘッドアセンブリであって、穴がシャワーヘッドプレートの中心位置にて横方向に位置付けられている、シャワーヘッドアセンブリと、基板を支持するように適合された基板支持体とを含む。
一部の実施形態において、基板支持体は、シャワーヘッドプレートの中心位置が基板の中心位置と整列する場所にて基板を支持するように適合されている。
別の態様において、反応器アセンブリを構成する方法が提供されていて、方法は、基板支持体を含む反応チャンバーを有する反応器アセンブリを提供することと、所定の反応チャンバーの高さを提供する厚さを有するシャワーヘッドプレートを選択することであって、反応チャンバーが少なくとも部分的にシャワーヘッドプレートの底面と基板支持体の上面との間に画定されている、選択することと、所定の反応チャンバーの高さを提供するためにシャワーヘッドプレートを反応チャンバーの中で基板支持体の上方に取り付けることとを含む。
一部の実施形態において、方法は、第二のシャワーヘッドプレートを反応器アセンブリから取り外すことと、反応器アセンブリをシャワーヘッドプレートにレトロフィットすることとをさらに含む。一部の実施形態において、シャワーヘッドプレートは第二のシャワーヘッドプレートよりも厚い。一部の実施形態において、シャワーヘッドプレートを選択することは、所定の反応チャンバーの高さを提供するために複数のシャワーヘッドプレートからシャワーヘッドプレートを選択することを含む。
ここで、本発明のこれらおよびその他の特徴、態様、および利点を幾つかの実施形態の図面を参照しながら説明し、これらの実施形態は本発明を例示するが限定しないことが意図されている。
図１は、様々な実施形態による半導体処理装置の側面断面図である。 図２は、シャワーヘッドアセンブリの一部分の側面断面図である。 図３Ａは、様々な実施形態による、シャワーヘッドアセンブリの一部分の側面断面図である。 図３Ｂは、図３Ａに示す断面の拡大図である。 図４は、別の実施形態による、シャワーヘッドアセンブリの側面断面図である。 図５Ａは、図２のシャワーヘッドアセンブリのシャワーヘッドプレートの底面図である。図５Ｂは、図３Ａおよび図３Ｂのシャワーヘッドアセンブリのシャワーヘッドプレートの底面図である。 図６Ａは、第一の反応物質蒸気の注入中の気化した反応物質の注入中のシャワーヘッドアセンブリの断面図である。図６Ｂは、前のパージ工程後の第一の反応物質蒸気の短い注入中のシャワーヘッドアセンブリの断面図である。 図７Ａは、様々な実施形態による、シャワーヘッドプレートの底面図である。図７Ｂは、様々な実施形態による、シャワーヘッドプレートの底面図である。 図８Ａは、様々な実施形態による、中央開口を有するシャワーヘッドアセンブリの断面図である。 図８Ｂは、様々な実施形態による、中央開口を有しないシャワーヘッドアセンブリの断面図である。
以下に提供される例示的な実施形態の説明は、単に例示的なものであり、また例示の目的のみで提供することを意図していて、下記の説明は本開示の範囲または特許請求の範囲を限定することを意図していない。さらに、述べられた特徴を有する複数の実施形態の列挙は、追加的な特徴を有する他の実施形態、または述べられた特徴の異なる組み合わせを組み込む他の実施形態を除外することを意図していない。
一部の半導体処理装置において、反応物質蒸気は、分散装置（シャワーヘッドアセンブリなど）のプレナムから、分散アセンブリの開口（例えば、シャワーヘッドアセンブリ内の開口）を通って、かつ基板（例えば、半導体ウエハ）に向かって流れる。不活性ガスを用いて半導体処理装置をパージするのにかかる時間は、少なくとも部分的に、分散装置のプレナムの容積に依存する場合がある。例えば、大きいプレナムを有する分散装置は、パージ時間が増加する可能性があり、例えば分散装置および反応チャンバーの表面から反応物質（複数可）をパージするために追加的な時間および／または減少した真空圧を使用してもよい。典型的なＡＬＤプロセス中に、蒸気形態の反応物質パルスを反応物質パルス間のパージ工程で反応チャンバーの中に逐次的にパルスして、気相にある反応物質間の直接的な相互作用を回避することができる。例えば、イナートガスもしくは不活性ガスのパルス、または「パージ」パルスを、反応物質のパルスとパルスの間に提供することができる。不活性ガスは、次の反応物質パルスが送達される前に１つの反応物質パルスのチャンバーをパージして、ガス相混合を回避する。パージ時間の増加および／または真空圧の減少は、ＡＬＤ処理中のスループットを減少し、かつコストを増大させる場合がある。従って、パージ時間を低減し、かつスループットを改善するために、分散装置のプレナムのサイズを減少することは有利である可能性がある。
本開示は概して、蒸気分配システムと、蒸気分配システムのシャワーヘッドアセンブリと、蒸気分配システムのシャワーヘッドと、蒸気分配システムを含む反応器システムとに関し、また蒸気分配システム、シャワーヘッドアセンブリ、シャワーヘッド、反応器システムを使用する方法に関する。本明細書に記載の通りの蒸気分配システム、シャワーヘッドアセンブリ、シャワーヘッド、反応器システムは、ガス相反応器（プラズマ強化ＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）反応器、低圧ＣＶＤ（ＬＰＣＶＤ）反応器、原子層堆積（ＡＬＤ）反応器などを含む化学蒸着（ＣＶＤ）反応器など）において基板（半導体ウエハなど）を処理するために使用することができる。例として、本明細書に記載のアセンブリおよび構成要素は、シャワーヘッドタイプのガス相反応器システムで使用することができ、このシステムにおいてガスは概してシャワーヘッドから下向き方向に、かつ基板に向かって流れる。
蒸気分配システムは、図１に示す構成要素（しかし、これに限定される）を含むことができる。図１は、米国特許公開第２０１７−０３５００１１号の図８Ｂにも示され、かつこれに関連して説明される半導体処理装置１０を図示していて、その全体が参照によりすべての目的のために本明細書に組み込まれる。図１は、全体的な半導体処理装置１０の一部であるマニホールド１００を図示する。マニホールド１００は、シャワーヘッドアセンブリ８２０を含む分散装置に向かって下向きに蒸気を注入する穴１３０を含むことができる。マニホールド１００は、図示の通り、一緒に接続される複数のブロックを含むことができ、または１つの単一の本体を含むことができることが理解される。マニホールド１００は、反応チャンバー８１０の上流に接続することができる。特に、穴１３０の出口は、反応物質注入器、特にシャワーヘッドアセンブリ８２０の形態の分散機構と連通することができる。シャワーヘッドアセンブリ８２０は、プレート８２２の上方にシャワーヘッドプレナム８２４またはチャンバーを画定するシャワーヘッドプレート８２２を含む。シャワーヘッドアセンブリ８２０は、マニホールド１００からの蒸気を、シャワーヘッド８２０の下方の反応空間８２６に伝える。反応チャンバー８１０は、反応空間８２６中に基板８２９（例えば、半導体ウエハ）を支持するように構成された基板支持体８２８を含む。反応チャンバーはまた、真空源に接続された排気開口部８３０も含む。単一ウエハのシャワーヘッドタイプの反応チャンバーで示されているが、他のタイプの注入器を有する他のタイプの反応チャンバー（例えば、バッチもしくは炉タイプの水平またはクロスフロー反応器など）にマニホールドを接続することもできることを当業者は理解するであろう。
任意の適切な数またはタイプの反応物質を、反応チャンバー８１０に供給することができる。本明細書に開示された様々な実施形態は、金属酸化物層（複数可）を基板上に堆積させるように構成されることができる。一部の実施形態において、反応物質供給源のうちの１つ以上は、窒素および酸素前駆体など（Ｈ２、ＮＨ３、Ｎ２、Ｏ２、またはＯ３など）の天然でガス状のＡＬＤ反応物質を含有することができる。追加的に、または代替的に、反応物質源のうちの１つ以上は、室温および大気圧にて固体または液体である反応物質を気化させるための気化器を含むことができる。気化器（複数可）は、例えば液体バブラーまたは固体昇華容器とすることができる。保持することができ、かつ気化器内で気化することができる固体または液体の反応物質の例としては、様々なＨｆＯおよびＴｉＮ反応物質が挙げられる。保持および気化することができる固体または液体反応物質には例えば、液体有機金属前駆体（トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、ＴＥＭＡＨｆ、またはＴＥＭＡＺｒなど）、液体半導体前駆体（ジクロロシラン（ＤＣＳ）、トリクロロシラン（ＴＣＳ）、トリシラン、有機シラン、またはＴｉＣｌ４など）、および粉末化前駆体（ＺｒＣｌ４またはＨｆＣｌ４など）などの気化した金属または半導体前駆体を挙げることができるが、これらに限定されない。当業者であれば、天然でガス状、固体、または液体の反応源の任意の所望の組み合わせおよび配設を実施形態が含むことができることを理解するであろう。
半導体処理装置１０はまた、装置１０の様々な構成要素を制御するためのプログラミングを有するプロセッサ（複数可）およびメモリーを含む、少なくとも１つのコントローラ８６０も含むことができる。反応チャンバー８１０に接続されて概略的に示されているが、コントローラ８６０は反応器の様々な構成要素（蒸気制御弁、加熱システム、ゲート弁、ロボットウエハキャリアなど）と通信して蒸着プロセスを実行することを当業者は理解するであろう。動作時に、コントローラ８６０は、基板８２９（半導体ウエハなど）が基板支持体８２８上に装填されるために、かつ特に原子層堆積（ＡＬＤ）の堆積プロセスの準備を整えるように、反応チャンバー８１０が閉じられ、パージされ、かつ典型的にポンプダウンされるために配設することができる。コントローラ８２９は、堆積のシーケンスを制御するようにさらに構成されることができる。例えば、コントローラ８２９は、反応物質弁（複数可）に制御命令を送信して反応物質弁（複数可）を開かせ、反応物質蒸気をマニホールド１００に供給させることができる。コントローラ８２９はまた、不活性ガスの弁（複数可）に制御命令を送信して、不活性ガスの弁（複数可）を開かせ、不活性なパージガスをマニホールド１００に供給させることもできる。コントローラ８２９は、プロセスの他の態様も同様に制御するように構成されることができる。
マニホールド１００は、混合を誘導するように同時に、または反応物質間でサイクルするように逐次的に、第一の反応物質蒸気および第二の反応物質蒸気などの複数の反応物質を注入することができる。一部のプロセス中に、第一の反応物質がその後注入された第二の反応物質蒸気で汚染またはそれと混合しないように、第一の反応物質蒸気をパージするために、パージガスを穴１３０からシャワーヘッドアセンブリ８２０に注入することができる。同様に、第二の反応物質蒸気の堆積後に、かつ別の反応物質（例えば、第一の反応物質蒸気または異なる反応物質蒸気）の堆積前に、追加的なパージ工程が行われ、ここで不活性ガスは、入口１２０を通してシャワーヘッドアセンブリ８２０と反応チャンバー８２６に下向きに送達される。
パージ時間（例えば、不活性ガスがデバイス１０から反応物質（複数可）をパージするのにかかる時間の長さ）を可能な限り短くすることは、スループットを増加させ、コストを低減するために有利である。パージ時間は、反応器チャンバー８２６のサイズおよび／またはシャワーヘッドアセンブリ８２０のサイズに関連する可能性がある。シャワーヘッドアセンブリ８２０と反応チャンバー８２６のうちの一方または両方のサイズを減少することは、スループットを有益に改善することができる。シャワーヘッドアセンブリ８２０および反応器チャンバー８２６は、以下の図２〜図４の記述において説明される。
図２は、シャワーヘッドアセンブリ２００を含む反応器アセンブリ２０の一部分の断面図を図示する。シャワーヘッドアセンブリ２００は、その中に形成された複数の円筒状の開口２０４を含むシャワーヘッドプレート２０２を含む。上部プレート２１２は、穴１３からシャワーヘッドアセンブリ２００に送達されたガスを収集し、かつ横方向に分散させるチャンバーを備えることができるシャワーヘッドプレナム２０１を、少なくとも部分的に画定することができる。上部プレート２１２は、真空源に接続することができる排気開口部２１６を含むことができる。反応器アセンブリ２０は、基板２１４（半導体ウエハなど）を支持するように適合されたスペーサー２０８および基板支持体２１０をさらに含む。反応チャンバー２０６は、シャワーヘッド２０２、スペーサー２０８、および基板支持体２１０によって形成することができる。代替的に、反応チャンバー２０６を画定するために基板２１４を囲む他の構成要素がありうる。シャワーヘッドプレートの厚さＡは、チャンバーの高さＢに反比例する可能性があり、シャワーヘッドの厚さＡが大きいほど、チャンバーの高さＢが小さくなりうる。図示した配設において、シャワーヘッドプレート２０２内に形成された開口２０４の数は約１０００個である。反応器アセンブリ２０のチャンバーの高さＢは約８ｍｍである。
図３Ａは、様々な実施形態によるシャワーヘッドアセンブリ３００を含む反応器チャンバーアセンブリ３０の一部分の断面図を図示する。図２のシャワーヘッドアセンブリ２００と同様に、シャワーヘッドアセンブリ３００は、その中に形成された複数の開口３０４を含むシャワーヘッドプレート３０２と、シャワーヘッドプレナム３０１を少なくとも部分的に画定して、穴１３０からのガスをシャワーヘッドプレート３０２の中に収集し、かつ分散させる上部プレート３１２とを含む。図３Ａおよび図３Ｂに示す通り、開口３０４の形状は、図２に示す開口２０４とは著しく異なることができる。開口の形状は図３Ｂにおいて、さらに示され、説明される。反応器チャンバーアセンブリ３０は、基板３１４を支持するように構成されている基板支持体３１０をさらに含む。反応チャンバー３０６は、シャワーヘッドプレート３０２、スペーサー３０８、および基板支持体３１０によって形成されることができる。図３Ａに示す通り、スペーサー３０８は、シャワーヘッドプレート３０２を機械的に支持するように機能することができ、また基板支持体３１０の端部分と機械的に連結されることができる。シャワーヘッドプレート３０２の底面３０３から基板支持体３１０の上部支持表面３０５までの距離は、チャンバーの高さＢを決定することができ、また従って反応チャンバー３０６の容積を決定することができる。反応チャンバー３０６を下側装填チャンバー（図示せず）から分離するために、流れ制御リング３１６および下側チャンバー分離構成要素３１８を含むことができる。装填チャンバーは、基板支持体３１０またはサセプタへのアクセスを提供することができる。例えば、基板支持体３１０を下側装填チャンバーの中に下げることができ、またウエハなどの基板は基板支持体３１０上に装填することができる。基板を反応チャンバー３０６に曝露させるために、基板支持体３１０を上げることができる。制御リング３１６および分離構成要素３１８は従って、プロセスガスが下側装填チャンバーに漏れ出ることを防止するように機能することができる。図示した実施形態において、分離構成要素３１８は基板支持体３１０と接触してもよい。流れ制御リング３１６は、スペーサー３０８によって支持されることができ、また分離構成要素３１８に接続されることができ、または分離構成要素３１８に接触させることができる。
図２のシャワーヘッドプレート２０２と比較して、チャンバーの高さＢを低減するように、従って反応チャンバー３０６の全体的な容積を低減するように、図３Ａのシャワーヘッドプレート３０２の厚さＡを、図２のシャワーヘッドプレート２０２と比較して、より厚くすることができる。チャンバーサイズが減少すると、結果としてパージ時間が減少し、これは上述の通り、スループットを改善し、コストを低減することができる。チャンバーサイズを減少する他のやり方がある一方で、厚さを増大させたシャワーヘッドプレート３０２を実装することは、チャンバーの構築における費用を著しく増加させることなくチャンバーサイズのカスタマイゼーションの増大をもたらし、シャワーヘッドプレート３０２を交換することによって、効果的なチャンバー寸法の安価で迅速なカスタマイゼーションを可能にする。一部の実施形態において、チャンバーの高さＢは、図２の配設における約８ｍｍから、約２ｍｍ〜７ｍｍの範囲内、または２．５ｍｍ〜７ｍｍの範囲内、または２．５ｍｍ〜６．５ｍｍの範囲内、または３ｍｍ〜７ｍｍの範囲内、または３ｍｍ〜６．５ｍｍの範囲内、または３ｍｍ〜６ｍｍの範囲内、または３ｍｍ〜５ｍｍの範囲内、または約３．５ｍｍ〜４．５ｍｍの範囲内のチャンバーの高さＢに低減することができ、例えば一部の実施形態において、約４ｍｍのチャンバーの高さＢに低減することができる。様々な実施形態において、例えばシャワーヘッドプレート３０２の厚さＡは、約２５ｍｍ〜約３５ｍｍの範囲内、または約２６ｍｍ〜約３４ｍｍの範囲内、または約２７ｍｍ〜約３３ｍｍの範囲内、または約２９ｍｍ〜約３１ｍｍの範囲内とすることができる。一部の実施形態において、シャワーヘッドプレート３０２の厚さＡは、約２７ｍｍ、または約３１ｍｍ、または３３ｍｍとすることができる。シャワーヘッドプレート３０２の厚さＡは、プレート３０２の最小厚さを含むことができる。例えば、シャワーヘッドプレート３０２の厚さがその幅にわたって変化する場合、上述の厚さＡは、開口３０４を含むプレートの部分におけるプレート３０２の最小厚さを含むことができる。
シャワーヘッドプレートの幅は、適合された反応器チャンバーが処理する基板のサイズに依存することができる。一部の実施形態において、反応器チャンバーは、２００ｍｍの基板を処理するように適合されることができ、またこれらの実施形態において、シャワーヘッドプレートの幅は約２１０ｍｍ〜約２６０ｍｍまたは約２１０ｍｍ〜約２３０ｍｍとすることができる。一部の実施形態において、反応器チャンバーは、３００ｍｍの基板を処理するように適合されることができ、またこれらの実施形態において、シャワーヘッドプレートの幅は約３１０ｍｍ〜約３６０ｍｍまたは約３１０ｍｍ〜約３３０ｍｍとすることができる。一部の実施形態において、反応器チャンバーは、４５０ｍｍの基板を処理するように適合されることができ、またこれらの実施形態において、シャワーヘッドプレートの幅は約４６０ｍｍ〜約５００ｍｍまたは約４６０ｍｍ〜約４７５ｍｍとすることができる。
本明細書に開示された実施形態は、反応チャンバーが所望のまたは所定の反応チャンバーの高さＢを有するようにユーザーが反応チャンバーをカスタマイズすることを可能にすることができる。様々な実施形態において、シャワーヘッドプレート３０２は、既存のシャワーヘッドプレートを有する既存の反応器アセンブリにレトロフィットすることができる。こうした実施形態において、既存のシャワーヘッドプレートを取り外すことができ、またシャワーヘッドプレート３０２を取り付けることができる。一部の実施形態において、ユーザーは、例えば異なる厚さを有する複数のシャワーヘッドプレートから選択することができる。ユーザーは、選択されたシャワーヘッドプレートを既存の反応器に取り付けることができ、または複数のサイズのシャワーヘッドプレートを収容するように新しい反応器を設計することができる。
しかしながら、図３Ｂに示す通りの減少したチャンバーの高さＢを使用することは、基板３１４上で入射ガス流の衝突力の増加をもたらす場合があり、これは堆積に不均一性を作り出す可能性がある。衝突力を分散させ、衝突力を低減させるために、図３Ａ〜図３Ｂのシャワーヘッドプレート３０２は、図２のシャワーヘッドプレート２０２と比較して増加した数の開口３０４を有することができる。例えば、図２のシャワーヘッドプレート２０２は、１０００個の開口２０４を含む。図３Ａの図示した実施形態において、シャワーヘッドプレート３０２は、約１，５００個〜４，５００個の範囲内、または１，５００個〜４，０００個の範囲内、または２，０００個〜４，５００個の範囲内、または２，０００個〜４，０００個の範囲内、または２，５００個〜３，５００個の範囲内の数の開口３０４を含むことができ、例えば一部の実施形態において、約３，０００個の開口３０４を含むことができる。シャワーヘッドプレート３０２は、少なくとも１，２００個、または少なくとも１，５００個、または少なくとも２，０００個の開口３０４を含むことができる。開口の数が、ある特定の基板サイズに適合されたシャワーヘッドアセンブリの単なる例示であること、および代替的な基板サイズでは増加または低減された数の開口３０４を有することになることを当業者は理解するであろう。
図３Ｂは、図３Ａに示すシャワーヘッドアセンブリ３００の一部分の拡大断面図を図示する。開口３０４は、追加的な構造の詳細を示すように拡大されている。図３Ｂにおいて、複数の開口部３０４の各々は、入口部分３０４ａを有する。入口部分３０４ａは、図３Ａ〜図３Ｂに示す通り、シャワーヘッドプレナム３０１に曝露されているシャワーヘッドプレート３０２の上部部分にて第一の軸方向セクション３０７を有することができる。示される通り、第一の軸セクション３０７は、シャワーヘッドプレート３０２の垂直軸ｙに沿って延在する垂直方向に真っ直ぐな側壁を備えることができる。垂直軸ｙは、シャワーヘッドプレナム３０１から、シャワーヘッドプレート３０２を通って、反応チャンバー３０６の中に入るガス流の方向に対応することができる。第一の軸方向セクション３０７の側壁は、シャワーヘッドプレナム３０１に曝露されているシャワーヘッドプレート３０２の上面３１１に対して概して垂直とすることができる。第一の軸方向セクション３０７は、より厚いシャワーヘッドプレート３０２の開口３０４の製造を支援する座ぐりとして有益に機能することができる。以下で説明する通り、上面図または底面図で見た第一の軸方向セクション３０７の形状は、多角形（例えば、六角形）とすることができるものの、他の形状（例えば、他の多角形形状、または丸みのある形状）が適切である場合がある。
さらに、入口部分３０４ａは、第一の軸方向セクション３０７から、垂直軸ｙに沿って延在する細長い導管部分３０４ｂに遷移する第二のテーパー状セクション３０９を有することができる。第二のテーパー状セクション３０９は、垂直軸ｙに対して第一の軸方向セクション３０７から内向きの角度を有する角度付きの側壁を有することができる。例えば、図３Ｂに示す通り、開口３０４の主横方向寸法は、第一の軸方向部分３０４ａから導管部分３０４ｂに減少することができる。
第一の軸方向部分３０７と同様に、導管部分３０４ｂは、シャワーヘッドプレート３０２の垂直軸ｙに沿って延在する垂直方向に真っ直ぐな側壁を有することができる。導管部分３０４ｂの側壁は、シャワーヘッドプレート３０２の上面３１１に概して垂直とすることができる。導管３０４ｂは、反応器チャンバー３０６に曝露されているテーパー状セクションを含むことができる出口部分３０４ｃにつながる。図３Ｂに示される通り、出口部分３０４ｃの側壁は、開口部３０４の主横方向寸法が導管部分３０４ｂからシャワーヘッドプレート３０２の底面３０３に増大するように、垂直軸ｙに対して外向きに角度を有することができる。出口部分３０４ｃに対してテーパー状セクションを含むことは、ガスのよどみ点を減少することができ、かつ所望の方向のガス流を促進することができる。例えば、入口部分３０４ａおよび出口部分３０４ｃにおけるテーパー状セクションは、基板３１４の表面に対して実質的に垂直な方向でのガス流を促進する場合がある。入口部分３０４ａおよび出口部分３０４ｃにおけるテーパー状セクションは、連続的なテーパー状（直線的なテーパー状など）とすることができ、または別の輪郭のテーパー状（例えば、角錐台もしくは円錐台状の形状）とすることができ、または湾曲（部分的に球状もしくは部分的に楕円など）を含むことができる。垂直軸ｙとテーパー状セクション３０９、３０４ｃの側壁との間の角度は、約３０度〜約９０度の範囲内、または約６０度〜約９０度の範囲内、または約７５度〜９０度の範囲内、または約７７度〜約８５度の範囲内とすることができ、例えば一実施形態において、約８２度とすることができる。
増加した数の開口３０４を図３Ａ〜図３Ｂのシャワーヘッドプレート３０２の中に収容するために、開口３０４の最大横方向寸法を減少することができる。様々な実施形態において、例えば入口部分３０４ａの第一の軸方向セクション３０７の第一の幅ｗ１は一実施形態において、約５ｍｍ〜約６ｍｍの範囲内、または約５．６６ｍｍとすることができる。導管部分３０４ｂの第二の幅ｗ２は一実施形態において、約０．５ｍｍ〜約１ｍｍの範囲内、または約０．７９ｍｍとすることができる。導管部分３０４ｂの第三の幅ｗ３は一実施形態において、約５ｍｍ〜約６ｍｍの範囲内、または約５．４８ｍｍとすることができる。上記で説明した通り、さらに、シャワーヘッドプレート３０２の厚さＡを増大することができる。様々な実施形態において、第一の軸方向セクション３０７の第一の長さｌ１は一実施形態において、約３．５ｍｍ〜約４．５ｍｍの範囲内、または約４ｍｍとすることができる。第二のテーパー状セクション３０９の第二の長さｌ２は一実施形態において、約３．５ｍｍ〜約４．５ｍｍの範囲内、または約４ｍｍとすることができる。導管部分３０４ｂの第三の長さｌ３は一実施形態において、約１５ｍｍ〜約２０ｍｍの範囲内、または約１７．９７ｍｍとすることができる。出口部分３０４ｃの第四の長さｌ４は一実施形態において、約２．５ｍｍ〜約３．５ｍｍの範囲内、または約３ｍｍとすることができる。
図３Ａ〜図３Ｂの厚いシャワーヘッドプレート３０２において、高いアスペクト比の開口３０４を製造することは困難である可能性がある。真っ直ぐな第一の軸方向セクション３０７の使用は、細長い導管部分３０４ｂの製造可能性を改善するために、座ぐりとして有益に機能することができる。さらに、一部のデバイスにおいて、高いアスペクト比の開口は望ましくない場合があり、例えば反応物質蒸気は分解し、かつ／または開口上に堆積する、もしくは開口を詰まらせる場合がある。開口３０４の形状は、これらの問題の軽減を支援することができる軸方向部分およびテーパー状部分を含むことができる。
図４は、シャワーヘッドアセンブリ４００を含む反応器チャンバーアセンブリ４０の断面図を図示する。シャワーヘッドアセンブリ４００は、図３Ａおよび図３Ｂのシャワーヘッドプレート３０２と同一であってもよく、または概して同様であってもよいシャワーヘッドプレート３０２を含む。シャワーヘッドプレート３０２は、上記の図３Ｂで説明した形状およびサイズを有する複数の開口３０４を含むことができる。図４はまた、基板３１４を支持するように構成されている基板支持体３１０を示す。しかしながら、図４の反応器アセンブリ４０のスペーサー４０２は、図３Ａのスペーサー３０８と異なる。図４において、スペーサー４０２は、シャワーヘッドプレート３０２を基板支持体３１０から離隔することによって、シャワーヘッドプレート３０２と基板支持体３１０の間の高さを設定するように機能することができ、これはチャンバーの高さＢを変更する。シャワーヘッドプレート３０２は厚さＡを有する。図４において、スペーサー４０２のサイズは、基板支持体３１０をシャワーヘッドプレート３０２のより近くに位置付けるように修正することができ、これによって、チャンバーの高さＢを減少し、かつチャンバーの容積を減少する。スペーサー３０８のサイズを変更することによって、チャンバーサイズを、異なるプロセスレシピに対する異なるパラメータに基づいてカスタマイズすることができる。例えば、図示した実施形態において、反応器の容積を減少させることができ、これはスループットを有益に増加させることができる。
一部の実施形態において、チャンバーの高さは、２．５ｍｍ〜１５ｍｍの範囲内、または２．５ｍｍ〜１４ｍｍの範囲内、または３ｍｍ〜１３ｍｍの範囲内、または４ｍｍ〜１２ｍｍの範囲内、または５ｍｍ〜１０ｍｍの範囲内とすることができ、例えば一部の実施形態において、約８ｍｍにすることができ、または一部の実施形態において、約６ｍｍとすることができる。一部の実施形態において、反応チャンバーの容積は、約１２８０ｍｍ２〜約１９２０ｍｍ２の範囲内とすることができる。さらに、一部の実施形態において、反応チャンバーの幅は約２００ｍｍ〜約４４０ｍｍの範囲内とすることができる。反応チャンバーの高さと反応チャンバーの幅との比は、約１：８０〜約１：２９の範囲内とすることができる。さらに、スペーサーの厚さは、約２０ｍｍ〜約３０ｍｍの範囲内とすることができる。
図５Ａおよび図５Ｂは、それぞれ図２のシャワーヘッドプレート２０２を図３Ａのシャワーヘッドプレート３０２と比較する底面図を図示する。図３Ａにおいて上述の通り、図３Ａのシャワーヘッドプレート３０２は、図２のシャワーヘッドプレート２０２よりも多い数の開口３０４を含む。図５Ａおよび図５Ｂに示される通り、図３Ａのシャワーヘッドプレート３０２において開口３０４の数がより多いだけでなく、図３Ａの開口密度は図２の開口密度よりも高い。
例えば、上記で説明した通り、シャワーヘッドプレート３０２の開口３０４の数は、１，５００個以上、または２，０００個以上とすることができ、例えば１，５００個〜５，０００個の範囲内、または１，５００個〜４，０００個の範囲内、または２，０００個〜５，０００個の範囲内、または２，０００個〜４，０００個の範囲内、または２，５００個〜３，５００個の範囲内とすることができ、例えば一部の実施形態において、約３，０００個の開口３０４とすることができる。図５Ｂのシャワーヘッドプレート３０２は従って、増加した開口密度を有することができ、これは開口間の空間だけでなく、基板上に衝突するガス流の衝突力を減少させる。開口３０４間の減少した空間は、基板に接触するガスの衝突力を低減することができる。図５Ｂに示される通り、底面図（または上面図）で見た開口３０４の形状は、多角形、例えば六角形とすることができる。しかしながら、他の実施形態において、開口３０４の形状は異なることができる（例えば円形、楕円、三角形、長方形、正方形、五角形、七角形、八角形など）。
図６Ａは、第一の反応物質蒸気の注入中のシャワーヘッドプレート４０２の断面図を図示する。図６Ａは、金属ハロゲン化物材料、固体前駆体からの金属（より低い蒸気圧にて）、金属塩化物前駆体、酸化剤、水、金属酸化物、ＨｆＯ２などの堆積など、任意の適切なプロセスレシピとともに利用することができる。図示した実施形態において、反応物質蒸気は四塩化ハフニウム（ＨｆＣｌ４）を含む。図６Ａの実施形態は、周期的堆積プロセスにおいて使用することができる。様々な実施形態において、プレート４０２は、ＡＬＤプロセスにおいて使用することができる。シャワーヘッドプレート４０２は複数の開口４０４を含んでもよく、各開口４０４は入口テーパー状部分４０４ａ、細長い導管部分４０４ｂ、および出口テーパー状部分４０４ｃを有する。図６Ａの開口４０４は、入口にて軸方向部分（図３Ｂに関連して説明した第一の軸方向セグメント３０７など）を含まなくてもよい。第一の反応物質蒸気（例えば、ＨｆＣｌ４）は、開口４０４の出口部分４０４ｃを出る、図６Ａ中に注記された部分によって図示されている。しかしながら、図６Ａが示す通り、シャワーヘッドプレート４０２上の隣接する開口４０４の間の表面および／または容積は、以前のパージサイクルからの不活性なパージガス（Ｎ２など）、または他のプロセス工程からの他の蒸気（Ｈ２Ｏなど）を捕捉する場合がある。図６Ａの矢印は、捕捉された蒸気（Ｈ２Ｏなど）が、反応チャンバーの中にパルスされた第一の反応物質（例えば、ＨｆＣｌ４）の中に拡散する可能性があることを図示する。この拡散は、拡散が行われている間に、第一の反応物質蒸気（例えば、ＨｆＣｌ４）の不均一な濃度を引き起こす可能性がある。
図６Ｂは、前のパージ工程後のＨｆＣｌ４などの第一の反応物質蒸気の短い注入中の図６Ａのシャワーヘッド４０２の断面図を図示する。第一の反応物質蒸気（ＨｆＣｌ４など）は、開口４０４の出口部分４０４ｃを出る注記された部分によって図示されている。不活性なパージガス（例えば、Ｎ２）は、注記された点および部分によって表されている。図６Ａで説明される通り、ＨｆＣｌ４の注入中に、パージガスは注入開口４０４間に捕捉される場合があり、それによって第一の反応物質蒸気（例えば、ＨｆＣｌ４）の表面濃度を希釈する場合がある。この問題は、反応物質が注入開口４０４間の区域の中に拡散しなければならない時間が制限されていることに起因する反応物質の短い注入で特によく生じる場合がある。サイクル時間を制限することによって、短い注入時間が生じ、かつ注入開口４０４間に捕捉されたガスは問題となる場合がある。
図７Ａおよび図７Ｂは、様々な実施形態による、シャワーヘッドプレートの概略底面図を図示する。図７Ａにおいて、シャワーヘッドプレート７０２は、それらを通して形成された複数の開口７０４を含む。シャワーヘッドプレート７０２は、約１０００個の開口７０４を含んでもよい。対照的に、図７Ｂは、プレート７０２よりも多い数の開口７０８を含んでもよいシャワーヘッドプレート７０６を図示する。例えば、上記で説明した通り、シャワーヘッドプレート７０６の開口７０８の数は、１，５００個以上、または２，０００個以上とすることができ、例えば１，５００個〜５，０００個の範囲内、または１，５００個〜４，０００個の範囲内、または１，５００個〜２，５００個の範囲内、または２，０００個〜５，０００個の範囲内、または２，０００個〜４，０００個の範囲内、または２，５００個〜３，５００個の範囲内とすることができ、例えば一部の実施形態において、約３，０００個の開口３０４とすることができる。図７Ｂのシャワーヘッドプレート７０６は従って、開口間の空間を減少させる、増加した開口密度を有することができる。開口間の空間を減少させることによって、シャワーヘッド７０６では、図６Ａおよび図６Ｂにおいて説明された通り、開口７０８間に捕捉されたガスの量がより少ない場合があり、これによって、特に短い注入時間中に、注入をより均一にする。図７Ｂに示される通り、底面図（または上面図）で見た開口７０８の形状は、多角形、例えば六角形とすることができる。しかしながら、他の実施形態において、開口７０８の形状は異なることができる（例えば円形、楕円、三角形、長方形、正方形、五角形、七角形、八角形など）。
図８Ａは、シャワーヘッドアセンブリ８００の断面図を図示する。シャワーヘッドアセンブリ８００は上部プレート８０２を含み、これは複数の開口８０６を有するシャワーヘッドプレート８０４の上方にシャワーヘッドプレナム８０１を画定する。開口８０６は、図２に示す通り垂直方向に真っ直ぐであってもよく、または図３Ａおよび図３Ｂに示す通りテーパー状セクションを有することができる。さらに、シャワーヘッドアセンブリ８００は、図２または図３Ａに示す他の構成要素を含むことができる。図１に示す通り、蒸気は穴１３０を通してシャワーヘッドアセンブリ８２０に入る。穴１３０はシャワーヘッドアセンブリ８００のシャワーヘッドプレナム８０１の中に蒸気を注入し、これはシャワーヘッドプレート８０４上に蒸気を分散させる。蒸気は、開口８０６を通って反応器チャンバーの中に入ることができる。シャワーヘッド８０２の中心にて、蒸気の高速の流れゾーンは、基板８１８の真ん中に蒸着の増加をもたらす場合があり、これは基板８１８の真ん中に不均一な堆積を作り出す可能性がある。例えば、シャワーヘッド８０４のちょうど真ん中にある、複数の開口８０６のうちの開口８０６ａは、例えば開口８０６ａが穴１３０の中心と整列している場合があるため、それを通過する蒸気の最も高い速度を有する場合がある。真ん中の開口８０６ａの隣またはそうでなければ近傍の、複数の開口８０６のうちの開口８０６ｂも、高速で蒸気を伝達する場合がある。それ故に、穴１３０から送達された蒸気の経路の中に直接置かれたシャワーヘッドプレート８０４の中央領域に垂直開口８０６ａ、８０６ｂを有するシャワーヘッドプレート８０４は、基板８１８の中央領域に過剰な堆積を生じさせる場合がある。
図８Ｂは、様々な実施形態によるシャワーヘッドアセンブリ８０８の断面図を図示する。シャワーヘッドアセンブリ８０８は上部プレート８１０を含み、これは複数の開口８１４を有するシャワーヘッドプレート８１２の上方にシャワーヘッドプレナム８１０を画定する。図８Ａと同様に、開口８１４は、図２に示す通り垂直方向に真っ直ぐとすることができ、または図３Ａおよび図３Ｂに示す通りテーパー状セクションを有することができる。さらに、シャワーヘッドアセンブリ８０８は、図２または図３Ａに示す他の構成要素を含むことができる。図１に示す通り、蒸気は穴１３０を通してシャワーヘッドアセンブリ８２０に入る。シャワーヘッド８１２の中心にて、蒸気の高速流れゾーンは、シャワーヘッドプレート８１２の中央領域８１６に衝突する場合がある。高速流れゾーンを補償するために、複数の開口８１４は、蒸気流れの最大速度成分がシャワーヘッドプレート８１２を通過しないように、シャワーヘッドプレート８１２の中心位置にて開口を含まなくてもよい。むしろ、シャワーヘッドプレート８１２のプレート本体８１７は、シャワーヘッドプレート８１２の中心位置に沿って延在することができる。さらに、図８Ｂに示す通り、複数の開口８１４は、第一の外部開口８１４ａと、シャワーヘッドプレート８１２の中央領域８１６の中のシャワーヘッドプレート８１２の中心の近くに配置された第二の内部開口８１４ｂとを含むことができる。第一の開口８１４ａは、第二の内部開口８１４ｂの外側に半径方向または横方向に配置することができ、かつ一部の実施形態において、内部開口８１４ｂを囲むことができる。第一の開口８１４ａは、シャワーヘッドプレート８１２の垂直軸ｙに沿って延在する垂直方向に真っ直ぐな、または軸方向の開口８１４ａを備えてもよい。第一の開口８１４ａはまた、上記で図３Ａ〜図３Ｂに示す通りのテーパー状部分も含んでもよい。
さらに、図８Ｂに示す通り、内部開口８１４ｂは、少なくとも一部の蒸気流れを基板８１８の中央領域に方向付けるように、内向きの角度を有することができる。図８Ｂの実施形態は、シャワーヘッドプレート８１２の中心にて開口を含まないので、基板８１８の中央領域は十分な量の反応物質で堆積されない場合がある。従って、基板８１８の中央領域に反応物質が適切に投与されることを確実にするために、角度付きの内部開口８１４ｂは、比較的により遅い速度で基板８１８の中央領域への蒸気の流れを提供することができる。中央領域８１６に隣接する、または中央領域８１６の近くの内部開口部８１４ｂのみが角度付きであるように図示されている一方で、真ん中８１６からより遠く離れて、より多くの開口部を角度付きとすることができる。内部開口８１４ｂの角度は、垂直軸ｙに対して５度〜５５度の範囲内、または５度〜２５度の範囲内とすることができる。
上記は明瞭化および理解の目的のために図示および実施例によって詳細に記載されているが、ある特定の変更および修正が実施されてもよいことは当業者に明らかである。従って、記載および実施例は、本発明の範囲を本明細書に記載の特定の実施形態および実施例に限定するものとして解釈されるべきではなく、むしろ本発明の真の範囲および趣旨を備えたすべての修正および代替物も包含するものである。さらに、本明細書の上記の特徴、態様、および利点は、それらすべてが本発明を実施するために必ずしも必要とされるわけではない。

Claims (41)

  1. 反応チャンバーに蒸気を分配するためのシャワーヘッドプレートであって、
    第一の表面と、
    前記第一の表面の反対側の第二の表面と、
    前記第一の表面から前記第二の表面に延在する複数の開口と、を備え、
    前記第一の表面と前記第二の表面の間の前記シャワーヘッドプレートの厚さが約２５ｍｍ〜約３５ｍｍの範囲内である、シャワーヘッドプレート。
  2. 前記第一の表面と前記第二の表面の間の前記シャワーヘッドプレートの前記厚さが約２７ｍｍ〜約３３ｍｍの範囲内である、請求項１に記載のシャワーヘッドプレート。
  3. 前記第一の表面と前記第二の表面の間の前記シャワーヘッドプレートの前記厚さが約２９ｍｍ〜約３１ｍｍの範囲内である、請求項１に記載のシャワーヘッドプレート。
  4. 前記シャワーヘッドプレートの幅が約２１０ｍｍ〜約２６０ｍｍの範囲内である、請求項１に記載のシャワーヘッドプレート。
  5. 前記シャワーヘッドプレートの幅が約３１０ｍｍ〜約３６０ｍｍの範囲内である、請求項１に記載のシャワーヘッドプレート。
  6. 前記シャワーヘッドプレートの幅が約４６０ｍｍ〜約５００ｍｍの範囲内である、請求項１に記載のシャワーヘッドプレート。
  7. 前記複数の開口が開口約１，５００個〜４，５００個の範囲内の開口の数を含む、請求項１に記載のシャワーヘッドプレート。
  8. 前記開口の数が開口約１，５００〜２，５００個の範囲内である、請求項１に記載のシャワーヘッドプレート。
  9. 前記複数の開口のうちの少なくとも１つの開口が、
    前記シャワーヘッドプレートの垂直軸に沿って前記第一の表面から延在する第一の軸方向入口セクションと、
    前記第一の軸方向入口セクションから延在する第一のテーパー状セクションであって、前記第一の軸方向入口セクションから内向きの角度を有する内向きの角度付きの側壁を備える、第一のテーパー状セクションと、
    前記第一のテーパー状セクションから延在し、かつ前記シャワーヘッドプレートの前記垂直軸に沿って方向付けられた導管セクションであって、前記第一の軸方向入口セクションよりも小さい主横方向寸法を有する、導管セクションと、
    前記導管セクションから前記第二の表面に延在する第二のテーパー状セクションであって、前記反応チャンバーに前記蒸気を送達するように構成された出口を備える、第二のテーパー状セクションと、を備える、請求項１に記載のシャワーヘッドプレート。
  10. 反応器アセンブリであって、
    シャワーヘッドプレナムと、請求項１に記載のシャワーヘッドプレートとを備えるシャワーヘッドアセンブリであって、前記シャワーヘッドプレナムが前記シャワーヘッドプレートの上方に配置されている、シャワーヘッドアセンブリと、
    基板を支持するように適合された基板支持体と、
    前記基板支持体および前記シャワーヘッドプレートによって少なくとも部分的に画定された反応チャンバーであって、前記基板支持体の上面と前記シャワーヘッドプレートの底面との間の前記反応チャンバーの高さが、３ｍｍ〜７ｍｍの範囲内である、反応チャンバーと、を備える、反応器アセンブリ。
  11. 固体源前駆体を気化させるように構成された気化器をさらに備える、請求項１０に記載の反応器アセンブリ。
  12. 反応チャンバーに蒸気を分配するためのシャワーヘッドプレートであって、
    第一の表面と、
    前記第一の表面の反対側の第二の表面と、
    前記第一の表面から前記第二の表面に延在する複数の開口であって、前記複数の開口のうちの複数の開口が、
    前記シャワーヘッドプレートの垂直軸に沿って前記第一の表面から延在する第一の軸方向入口セクションと、
    前記第一の軸方向入口セクションから延在する第一のテーパー状セクションであって、前記第一の軸方向入口セクションから内向きの角度を有する内向きの角度付きの側壁を備える、第一のテーパー状セクションと、
    前記第一のテーパー状セクションから延在し、かつ前記シャワーヘッドプレートの前記垂直軸に沿って方向付けられた導管セクションであって、前記第一の軸方向入口セクションよりも小さい主横方向寸法を有する、導管セクションと、
    前記導管セクションから前記第二の表面に延在する第二のテーパー状セクションであって、前記反応チャンバーに前記蒸気を送達するように構成された出口を備える、第二のテーパー状セクションと、を備える、シャワーヘッドプレート。
  13. 前記第一の表面と前記第二の表面の間の前記シャワーヘッドプレートの厚さが約２７ｍｍ〜約３３ｍｍの範囲内である、請求項１２に記載のシャワーヘッドプレート。
  14. 前記第一の表面と第二の表面の間の前記シャワーヘッドプレートの前記厚さが約２９ｍｍ〜約３１ｍｍの範囲内である、請求項１３に記載のシャワーヘッドプレート。
  15. 前記導管セクションが約１５ｍｍ〜約２０ｍｍの範囲内の長さを有する、請求項１２に記載のシャワーヘッドプレート。
  16. 前記第一の軸方向入口セクションが約３．５ｍｍ〜約４．５ｍｍの範囲内の垂直高さを有する、請求項１２に記載のシャワーヘッドプレート。
  17. 前記第一のテーパー状セクションが約３．５ｍｍ〜約４．５ｍｍの範囲内の垂直高さを有する、請求項１２に記載のシャワーヘッドプレート。
  18. 前記第二のテーパー状セクションが約２．５ｍｍ〜約３．５ｍｍの範囲内の垂直高さを有する、請求項１２に記載のシャワーヘッドプレート。
  19. 前記第一のテーパー状セクションの対向する側壁の角度が約６０度〜約９０度の範囲内である、請求項１２に記載のシャワーヘッドプレート。
  20. 前記第二のテーパー状セクションの対向する側壁の角度が約６０度〜約９０度の範囲内である、請求項１２に記載のシャワーヘッドプレート。
  21. 反応器アセンブリであって、
    シャワーヘッドプレナムと、それを通る複数の開口を備えるシャワーヘッドプレートとを備えるシャワーヘッドアセンブリであって、前記シャワーヘッドプレナムが前記シャワーヘッドプレートの上方に配置されている、シャワーヘッドアセンブリと、
    基板を支持するように適合された基板支持体と、
    前記基板支持体および前記シャワーヘッドプレートによって少なくとも部分的に画定された反応チャンバーであって、前記基板支持体の上面と前記シャワーヘッドプレートの底面との間の前記反応チャンバーの高さが、３ｍｍ〜７ｍｍの範囲内である、反応チャンバーと、を備える、反応器アセンブリ。
  22. 前記シャワーヘッドプレートを機械的に支持するスペーサーをさらに備える、請求項２１に記載の反応器チャンバーアセンブリ。
  23. 前記反応チャンバーの容積が約１２８０〜１９２０ｍｍ２の範囲内である、請求項２１に記載の反応器チャンバーアセンブリ。
  24. 前記反応チャンバーの幅が約２００ｍｍ〜約４４０ｍｍの範囲内である、請求項２１に記載の反応器チャンバーアセンブリ。
  25. 前記反応チャンバーの前記高さと前記反応チャンバーの幅との比が約１：８０〜１：２９の範囲内である、請求項２１に記載の反応器チャンバーアセンブリ。
  26. スペーサーが約２０ｍｍ〜３０ｍｍの範囲内の厚さを有する、請求項２１に記載の反応チャンバーアセンブリ。
  27. 固体源前駆体を気化させるように構成された気化器をさらに備える、請求項２１に記載の反応チャンバーアセンブリ。
  28. 反応チャンバーに蒸気を分配するためのシャワーヘッドプレートであって、
    第一の表面と、
    前記第一の表面の反対側の第二の表面と、
    前記第一の表面から前記第二の表面に延在する複数の開口であって、前記複数の開口が、
    前記シャワーヘッドプレートの垂直軸に沿って延在する開口部分を有する複数の外部開口と、
    前記シャワーヘッドプレートの中央領域に向かって内向きの角度付きの１つ以上の内部開口と、を備える、シャワーヘッドプレート。
  29. 前記外部開口が半径方向外側に配置されていて、かつ前記内部開口（複数可）を少なくとも部分的に囲む、請求項２８に記載のシャワーヘッドプレート。
  30. 前記内部開口（複数可）が、前記シャワーヘッドプレートの前記垂直軸に対して５度〜５５度の範囲内の角度で内向きの角度を有する、請求項２８に記載のシャワーヘッドプレート。
  31. 前記内部開口（複数可）が、前記シャワーヘッドプレートの中心位置に最も近い位置に位置する第一の角度付きの開口を備える、請求項２８に記載のシャワーヘッドプレート。
  32. 前記内部開口（複数可）が、前記第一の角度付きの開口から前記シャワーヘッドプレートの前記中心位置の反対側に位置する第二の角度付きの開口をさらに含む、請求項３１に記載のシャワーヘッドプレート。
  33. 前記シャワーヘッドプレートが、前記シャワーヘッドプレートの中心位置にて開口を有しない、請求項２８に記載のシャワーヘッドプレート。
  34. 前記シャワーヘッドプレートのプレート本体部分が、前記シャワーヘッドプレートの中心位置に配置されている、請求項２８に記載のシャワーヘッドプレート。
  35. 前記外部開口の少なくとも１つの開口が、
    前記シャワーヘッドプレートの前記垂直軸に沿って前記第一の表面から延在する第一の軸方向入口セクションと、
    前記第一の軸方向入口セクションから延在する第一のテーパー状セクションであって、前記第一の軸方向入口セクションから内向きの角度を有する内向きの角度付きの側壁を備える、第一のテーパー状セクションと、
    前記第一のテーパー状セクションから延在し、かつ前記シャワーヘッドプレートの前記垂直軸に沿って方向付けられた導管セクションであって、前記第一の軸方向入口セクションよりも小さい主横方向寸法を有する、導管セクションと、
    前記導管セクションから前記第二の表面に延在する第二のテーパー状セクションであって、前記反応チャンバーに前記蒸気を送達するように構成された出口を備える、第二のテーパー状セクションと、を備える、請求項２８に記載のシャワーヘッドプレート。
  36. 反応器アセンブリであって、
    穴を有する反応器マニホールドと、
    シャワーヘッドプレナムと、請求項２８に記載のシャワーヘッドプレートとを備えるシャワーヘッドアセンブリであって、前記穴が前記シャワーヘッドプレートの中心位置にて横方向に位置付けられている、シャワーヘッドアセンブリと、
    基板を支持するように適合された基板支持体と、を含む、反応器アセンブリ。
  37. 前記シャワーヘッドプレートの前記中心位置が前記基板の中心位置と整列する位置にて前記基板支持体が前記基板を支持するように適合されている、請求項３６に記載の反応器チャンバーアセンブリ。
  38. 反応器アセンブリを構成する方法であって、
    基板支持体を含む反応チャンバーを有する反応器アセンブリを提供することと、
    所定の反応チャンバーの高さを提供する厚さを有するシャワーヘッドプレートを選択することであって、前記反応チャンバーの高さが、前記シャワーヘッドプレートの底面と前記基板支持体の上面との間に少なくとも部分的に画定されている、選択することと、
    前記所定の反応チャンバーの高さを提供するために、前記シャワーヘッドプレートを前記反応チャンバーの中で前記基板支持体の上に取り付けることと、を含む、方法。
  39. 第二のシャワーヘッドプレートを前記反応器アセンブリから取り外すことと、前記シャワーヘッドプレートを用いて前記反応器アセンブリをレトロフィットすることとをさらに含む、請求項３８に記載の方法。
  40. 前記シャワーヘッドプレートが前記第二のシャワーヘッドプレートよりも厚い、請求項３９に記載の方法。
  41. 前記シャワーヘッドプレートを選択することが、前記所定の反応チャンバーの高さを提供するために、複数のシャワーヘッドプレートから前記シャワーヘッドプレートを選択することを含む、請求項３８に記載の方法。
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