JP2022546404A - 金属の堆積 - Google Patents

Abstract

【課題】【解決手段】様々なシャワーヘッドおよび方法が提供される。シャワーヘッドは、前面および背面によって部分的に画定されたフェースプレートと、ガス入口、第１の円錐台面、および第２の円錐台面を有するバックプレートと、ガス入口に流体接続され、ガス入口、フェースプレートの背面、第１の円錐台面、および第２の円錐台面によって少なくとも部分的に画定されたプレナム容積と、バッフルプレートであって、プレナム容積内に位置決めされ、バッフルプレートを通って延びる複数のバッフルプレート貫通穴を有するバッフルプレートとを含むことができる。第２の円錐台面は、シャワーヘッドの中心軸に対して第１の円錐台面から半径方向外側に位置決めすることができ、第２の円錐台面は、第１の円錐台面よりもガス入口から離れて中心軸に沿って位置決めすることができる。【選択図】 図１０

Description

＜参照による援用＞
本出願の一部として、本明細書と同時にＰＣＴ出願願書が提出される。この同時出願されたＰＣＴ出願願書に明記され、本出願が利益または優先権を主張する各出願は、参照によりその全体があらゆる目的で本明細書に組み込まれる。

化学気相堆積（ＣＶＤ）技法を使用するタングステン（Ｗ）膜堆積は、半導体製作プロセスの不可欠な部分である。例えば、タングステン膜は、水平相互接続、隣接する金属層間のビア、および第１の金属層とケイ素基板上のデバイスとの間の接触の形で低抵抗率の電気接続として使用され得る。タングステン膜は、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）用の埋め込みワードライン（ｂＷＬ）アーキテクチャ、３Ｄ ＮＡＤＮ用のワードライン、および論理用途の形成を含む、様々なメモリ用途でも使用することができる。しかし、フィーチャサイズおよび膜厚の継続的な減少は、より薄い膜の高い抵抗率を含む様々な課題をもたらす。モリブデン（Ｍｏ）などの他の金属は、Ｗの低抵抗率の代替物として評価されている。

ここで提供される背景の説明は、本開示の内容を概ね提示することを目的とする。この背景技術のセクションで説明される範囲内における、現時点で名前を挙げられている発明者らによる研究、ならびに出願の時点で先行技術として別途みなされ得ない説明の態様は、明示または暗示を問わず、本開示に対抗する先行技術として認められない。

本明細書に記載の主題の１つまたは複数の実施態様の詳細は、添付の図面および以下の説明に記載されている。他の特徴、態様、および利点は、説明、図面、および特許請求の範囲から明らかになるであろう。以下の非限定的な実施態様は、本開示の一部と見なされ、他の実施態様は、本開示の全体および添付の図面からも明らかになるであろう。

いくつかの実施形態では、シャワーヘッドが提供され得る。シャワーヘッドは、フェースプレートであって、前面および背面によって部分的に画定され、前面から背面にフェースプレートを通って延びる複数のフェースプレート貫通穴を有するフェースプレートと、ガス入口、第１の円錐台面、および第２の円錐台面を有するバックプレートと、ガス入口に流体接続され、ガス入口、フェースプレートの背面、第１の円錐台面、および第２の円錐台面によって少なくとも部分的に画定されたプレナム容積と、バッフルプレートであって、プレナム容積内に位置決めされ、上面および底面によって部分的に画定され、上面から底面にバッフルプレートを通って延びる複数のバッフルプレート貫通穴を有するバッフルプレートとを含むことができる。第２の円錐台面は、シャワーヘッドの中心軸に対して第１の円錐台面から半径方向外側に位置決めすることができ、第２の円錐台面は、第１の円錐台面よりもガス入口から離れて中心軸に沿って位置決めすることができ、第１の円錐台面は、中心軸に対して第１の角度であり得、第２の円錐台面は、中心軸に対して第２の角度であり得る。

いくつかの実施形態では、第２の円錐台面の内周は、中心軸に対して第１の円錐台面の外周から半径方向外側に位置決めされてもよい。

いくつかの実施形態では、第１の角度は、第２の角度よりも大きくてもよい。

いくつかのそのような実施形態では、第１の角度は、約５０°～約９０°であり、第２の角度は、約４５°～約８５°である。

いくつかの実施形態では、バックプレートは、第１の円錐台面と第２の円錐台面との間にまたがる第３の表面をさらに含んでもよい。

いくつかのそのような実施形態では、第３の表面は、中心軸に垂直である平面部分を含んでもよい。

いくつかの実施形態では、バックプレートは、第３の円錐台面であって、中心軸に対して第２の円錐台面から半径方向外側に位置決めされ、それにより第２の円錐台面が第１の円錐台面と第３の円錐台面との間に半径方向に挿入される第３の円錐台面をさらに含んでもよく、第３の円錐台面は、中心軸に対して第３の角度で位置決めされてもよい。

いくつかのそのような実施形態では、第３の角度は、第１の角度および第２の角度よりも大きくてもよい。

いくつかの実施形態では、バッフルプレートの外縁は、中心軸に対して第１の円錐台面から半径方向外側に位置決めされてもよい。

いくつかのそのような実施形態では、バッフルプレートの外縁は、中心軸に対して、第２の円錐台面の内周と第２の円錐台面の外周との間に半径方向に挿入されて位置決めされてもよい。

いくつかの実施形態では、バッフルプレートは、第１の円錐台面がバッフルプレートよりもガス入口に近くなるように、中心軸に沿って位置決めされてもよい。

いくつかのそのような実施形態では、バッフルプレートの上面は、ガス入口に面してもよく、バッフルプレートの底面は、フェースプレートに面してもよく、バッフルプレートは、バッフルプレートの上面が第２の円錐台面の内周と第２の円錐台面の外周との間の中心軸に沿って挿入されるように、中心軸に沿ってさらに位置決めされてもよい。

いくつかのさらなるそのような実施形態では、バッフルプレートは、バッフルプレートの底面が第２の円錐台面の外周よりもガス入口から離れるように、中心軸に沿ってさらに位置決めされてもよい。

いくつかの実施形態では、バッフルプレートは、バックプレートに面するバッフルプレート円錐台面をさらに含んでもよい。

いくつかのそのような実施形態では、バッフルプレート円錐台面は、第２の角度と相補的である第４の角度だけ中心軸からオフセットされてもよい。

いくつかの実施形態では、複数のバッフルプレート貫通穴は、中心軸に対して半径方向の位置決めが増加するにつれて増加する外径を有してもよい。

いくつかのそのような実施形態では、第１の数のバッフルプレート貫通穴は、バッフルプレートの第１のセクションに位置決めされ、第１の外径を有してもよく、第２の数のバッフルプレート貫通穴は、バッフルプレートの第２のセクションに位置決めされ、第１の外径よりも大きい第２の外径を有してもよく、第２のセクションは、中心軸に対して第１のセクションから半径方向外側にオフセットされてもよい。

いくつかのさらなるそのような実施形態では、第１の外径は、約０．３ｍｍ～約０．６５ｍｍであってもよく、第２の外径は、約０．５ｍｍ～０．７５ｍｍであってもよい。

いくつかのさらなるそのような実施形態では、第３の数のバッフルプレート貫通穴は、バッフルプレートの第３のセクションに位置決めされ、第２の外径よりも大きい第３の外径を有してもよく、第３のセクションは、中心軸に対して第２のセクションから半径方向外側にオフセットされてもよい。

いくつかの実施形態では、第３の外径は、約０．７ｍｍ～約１．１ｍｍである。

いくつかの実施形態では、第１の円錐台面の内周は、ガス入口を部分的に画定してもよい。

いくつかの実施形態では、フェースプレートは、フェースプレートの前面から中心軸に対して半径方向外側に位置決めされ、９０°を超える第５の角度だけ中心軸からオフセットされるフェースプレート円錐台面をさらに含んでもよい。

いくつかの実施形態では、シャワーヘッドは、第１の端部、および第２の端部における開口部を含み、フェースプレートを通って延びるポートであって、開口部は、フェースプレート内にあり、前面から半径方向外側にあってもよいポートと、ポートの第１の端部に隣接して位置決めされた窓とをさらに含んでもよい。

いくつかのそのような実施形態では、シャワーヘッドは、センサであって、窓が第１の端部とセンサとの間に挿入されるように窓に隣接して位置決めされたセンサをさらに含んでもよい。

いくつかのさらなるそのような実施形態では、センサは、開口部の外側の物体の距離、開口部の外側の温度、および開口部の外側のガス種の１つまたは複数を決定するように構成されてもよい。

いくつかのそのような実施形態では、窓は、サファイアを含む材料で作製されてもよい。

いくつかのそのような実施形態では、シャワーヘッドは、３つのポートと、３つの窓とをさらに含んでもよい。各窓は、１つの対応するポートの第１の端部に隣接して位置決めされてもよく、３つのポートは、中心軸の周りに実質的に等間隔に配置されてもよい。

いくつかの実施形態では、フェースプレート貫通穴は、すべて同じ外径であってもよい。

いくつかのそのような実施形態では、フェースプレート貫通穴の各々の外径は、約０．０３インチ～０．０５インチ（約０．０７６２ｃｍ～０．１２７ｃｍ）であってもよい。

いくつかの実施形態では、方法が提供され得る。方法は、シャワーヘッドを通して反応物ガスの連続投与をプロセスチャンバに導入し、基板上に原子層堆積プロセスによって膜を堆積することを含むことができる。シャワーヘッドは、フェースプレートであって、前面および背面によって部分的に画定され、前面から背面にフェースプレートを通って延びる複数のフェースプレート貫通穴を有するフェースプレートと、ガス入口、第１の円錐台面、および第２の円錐台面を有するバックプレートと、ガス入口に流体接続され、ガス入口、フェースプレートの背面、第１の円錐台面、および第２の円錐台面によって少なくとも部分的に画定されたプレナム容積と、バッフルプレートであって、プレナム容積内に位置決めされ、上面および底面によって部分的に画定され、上面から底面にバッフルプレートを通って延びる複数のバッフルプレート貫通穴を有するバッフルプレートとを含むことができる。第２の円錐台面は、シャワーヘッドの中心軸に対して第１の円錐台面から半径方向外側に位置決めすることができ、第２の円錐台面は、第１の円錐台面よりもガス入口から離れて中心軸に沿って位置決めすることができ、第１の円錐台面は、中心軸に対して第１の角度であり得、第２の円錐台面は、中心軸に対して第２の角度であり得る。

いくつかの実施形態では、方法が提供され得る。方法は、構造を複数の堆積サイクルに曝露し、構造のフィーチャにおいてバルク導電層で構造のフィーチャを充填することを含むことができ、各堆積サイクルは、投与量の水素（Ｈ₂）および窒素（Ｎ₂）と並流される投与量の金属含有前駆体を連続的に送給することを含み得る。

いくつかの実施形態では、構造は、側壁、および側壁内の複数の開口部を備え、開口部を通して流体的にアクセス可能な複数の内部領域を有する複数のフィーチャをもたらす、部分的に製作された３次元（３Ｄ）ＮＡＮＤ構造であってもよい。

いくつかの実施形態では、金属含有前駆体は、金属ハロゲン化物であってもよい。

いくつかの実施形態では、金属含有前駆体は、金属オキシハロゲン化物であってもよい。

いくつかの実施形態では、金属含有前駆体は、タングステン含有前駆体であってもよい。

いくつかのそのような実施形態では、タングステン含有前駆体は、六フッ化タングステン（ＷＦ₆）、六塩化タングステン（ＷＣｌ₆）、五塩化タングステン（ＷＣｌ₅）、四塩化タングステン（ＷＣｌ₄）、二塩化タングステン（ＷＣｌ₂）、オキシ四塩化タングステン（ＷＯＣｌ₄）、または二塩化タングステン二酸化物（ＷＯ₂Ｃｌ₂）であってもよい。

いくつかの実施形態では、金属含有前駆体は、モリブデン含有前駆体であってもよい。

いくつかのそのような実施形態では、モリブデン含有前駆体は、五塩化モリブデン（ＭｏＣｌ₅）、六フッ化モリブデン（ＭｏＦ₆）、二塩化モリブデン二酸化物（ＭｏＯ₂Ｃｌ₂）、オキシ四塩化モリブデン（ＭｏＯＣｌ₄）、およびオキシ四塩化モリブデン（ＭｏＯＦ₄）であってもよい。

いくつかの実施形態では、方法は、複数の堆積サイクルの前にＮＨ₃浸漬をさらに含んでもよい。

いくつかの実施形態では、複数の堆積サイクルは、上記の実施形態のいずれかで提供されるシャワーヘッドを介して、投与量の水素（Ｈ₂）および窒素（Ｎ₂）と並流される投与量の金属含有前駆体の少なくとも１つを導入することを含んでもよい。

いくつかの実施形態では、方法が提供され得る。方法は、金属で充填される構造を提供することと、構造を複数の堆積サイクルに曝露することとを含むことができる。各堆積サイクルは、投与量の水素（Ｈ₂）および窒素（Ｎ₂）と並流される投与量の金属含有前駆体を連続的に送給することを含み得る。

本明細書に開示される様々な実施態様は、限定ではなく例として示されており、添付の図面の図において、同様の参照番号は同様の要素を指す。

図１Ａは、本明細書に記載の方法および装置を使用して形成することができる材料スタックの概略例である。 図１Ｂは、本明細書に記載の方法および装置を使用して形成することができる材料スタックの概略例である。

図２は、ケイ素基板内に埋め込みワードライン（ｂＷＬ）を含むダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）アーキテクチャの概略例である。

図３Ａは、基板上に形成された３Ｄ ＮＡＮＤ構造におけるワードライン３１０の概略例である。

図３Ｂは、ワードラインと酸化物層との間の界面の詳細を示す図である。

図３Ｃは、部分的に製作された３Ｄ ＮＡＮＤ構造の断面側面図である。

図３Ｄは、図３Ｃに示すのと同じ３Ｄ ＮＡＮＤ構造の断面上面図である。

図４Ａは、金属で３Ｄ ＮＡＮＤ構造を充填するために実施され得る技法を図示する図である。 図４Ｂは、金属で３Ｄ ＮＡＮＤ構造を充填するために実施され得る技法を図示する図である。 図４Ｃは、金属で３Ｄ ＮＡＮＤ構造を充填するために実施され得る技法を図示する図である。

図５は、堆積されたタングステン膜についての原子／ｃｃでのフッ素濃度の比較を図示する図である。

図６は、実施形態による堆積プロセスを実施するのに適したプロセスシステムの概略図である。

図７は、例示的な堆積ステーションを図示する図である。

図８は、例示的なガスマニホールドシステムの概略図である。

図９は、開示された実施形態による例示的なシャワーヘッドの等角図である。

図１０は、図９のシャワーヘッドの断面側面図である。

図１１Ａは、図１０の断面図である。

図１１Ｂは、プレナム容積のみのシャワーヘッドの中心軸を通る断面スライスを図示する図である。

図１１Ｃは、バックプレートの部分プロファイルの断面側面図である。

図１１Ｄは、バックプレートの下側の平面図である。

図１１Ｅは、図１１Ｃの右側の表面を図示する図である。

図１２は、例示的な円錐台面を図示する図である。

図１３Ａは、バッフルプレートの側面図である。

図１３Ｂは、バッフルプレートの上面図である。

図１３Ｃは、図１３Ｂの拡大図である。

図１４は、図１０のシャワーヘッドの断面図の右半分の拡大部分を図示する図である。

図１５Ａは、フェースプレートの平面図である。

図１５Ｂは、図１５Ａのフェースプレートの中央の部分拡大セクションを図示する図である。

図１５Ｃは、いくつかのフェースプレート貫通穴についての仕様を図示する図である。

図１６Ａは、シャワーヘッドおよび例示的な台座の断面側面図である。

図１６Ｂは、図１６Ａの拡大部分を図示する図である。

図１７Ａは、２つの堆積された膜の抵抗不均一性の測定値を図示する図である。 図１７Ｂは、２つの堆積された膜の抵抗不均一性の測定値を図示する図である。

図１７Ｃは、２つの他の堆積された膜の抵抗不均一性の測定値を図示する図である。 図１７Ｄは、２つの他の堆積された膜の抵抗不均一性の測定値を図示する図である。

以下の説明では、提示された実施形態の完全な理解を提供するために、多くの特定の詳細が記載されている。開示された実施形態は、これらの特定の詳細の一部またはすべてがなくても実施され得る。他の例では、開示された実施形態を不必要に不明瞭にしないために、周知のプロセス動作は詳細には説明されていない。開示された実施形態は特定の実施形態と併せて説明されるが、開示された実施形態を限定することを意図するものではないことが理解される。

フィーチャのタングステン（Ｗ）充填は、電気接点を形成するために半導体デバイス製造において使用される場合がある。タングステン膜を堆積する従来の方法では、核形成タングステン層が最初にビアまたは接点に堆積される。一般に、核形成層は、その上にバルク材料のその後の形成を容易にするのに役立つ薄い共形層である。タングステン核形成層は、フィーチャの側壁および底部を共形的にコーティングするために堆積させることができる。基礎となるフィーチャの底部および側壁への適合は、高品質の堆積をサポートするために重要であり得る。核形成層は、原子層堆積（ＡＬＤ）またはパルス核形成層（ＰＮＬ）法を使用して堆積されることが多い。

ＡＬＤまたはＰＮＬ技法において、反応物のパルスは、典型的には反応物間のパージガスのパルスによって、反応チャンバから連続的に注入されてパージされる。第１の反応物が基板上に吸着され得、これは次の反応物と反応するために利用可能である。プロセスは、所望の厚さが達成されるまで周期的に繰り返される。開示された実施形態の文脈において、化学気相堆積（ＣＶＤ）は、反応物が気相または表面反応のために共にリアクタに導入されるプロセスを具体化する。ＰＮＬおよびＡＬＤプロセスはＣＶＤプロセスとは異なり、逆もまた同様である。

タングステン核形成層が堆積された後、バルクタングステンは、水素（Ｈ₂）などの還元剤を使用して六フッ化タングステン（ＷＦ₆）を還元することによって、ＣＶＤプロセスによって堆積させることができる。バルクタングステンは、タングステン核形成層とは異なる。本明細書で使用されるバルクタングステンは、フィーチャの少なくとも約５０％など、フィーチャのほとんどまたはすべてを満たすために使用されるタングステンを指す。その上にバルク材料のその後の形成を容易にするのに役立つ薄い共形膜である核形成層とは異なり、バルクタングステンは、電流を運ぶために使用される。バルクタングステンは、核形成膜と比較して、より大きな粒子サイズおよびより低い抵抗率によって特徴付けられ得る。様々な実施形態において、バルクタングステンは、少なくとも５０Åの厚さまで堆積されたタングステンである。同様に、モリブデンの堆積は、最初に核形成層を堆積させ、続いてより低い抵抗率のバルク層を堆積させることを伴い得る。

デバイスがより小さなテクノロジーノードに拡張され、より複雑なパターニング構造が使用されるため、導電性充填には様々な課題が存在する。１つの課題は、構造全体に材料が均一に分布するように、これらの構造に共形堆積を行うことである。フィーチャまたは構造内の材料の分布は、そのステップカバレッジによって特徴付けられ得る。この説明の目的のために、「ステップカバレッジ」は、２つの厚さの比率として定義される。例えば、ステップカバレッジは、フィーチャの内側の材料の厚さを開口部の近くの材料の厚さで割ったものにすることができる。本明細書の目的のために、「フィーチャの内側」という用語は、フィーチャの軸に沿ったフィーチャの中間点の周りに位置するフィーチャの中央部分、例えば、距離の約２５％から７５％の間の領域、または特定の実施形態では、フィーチャの開口部から測定してフィーチャの深さに沿った距離の約４０％から６０％の間の領域、または開口部から測定してフィーチャの軸に沿った距離の約７５％から９５％の間に位置するフィーチャの端部を表す。「フィーチャの開口部の近く（ｎｅａｒ ｔｈｅ ｏｐｅｎｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｆｅａｔｕｒｅ）」または「フィーチャの開口部の近く（ｎｅａｒ ｔｈｅ ｆｅａｔｕｒｅ’ｓ ｏｐｅｎｉｎｇ）」という用語は、開口部の縁部または開口部の縁部を表す他の要素の２５％以内、より具体的には１０％以内に位置するフィーチャの上部を表す。例えば、フィーチャ開口部よりもフィーチャの中央または底部近くでより広いフィーチャを充填することによって、１００％を超えるステップカバレッジを達成することができる。

別の課題は、堆積された膜中のフッ素濃度または含有量を低減することであり、これは、フッ素含有金属前駆体を使用するときに問題となる可能性がある。より大きなフィーチャと比較して、より大きなフィーチャと同じ膜中のフッ素濃度を有するより小さなフィーチャは、より実質的にデバイスの性能に影響を及ぼす。例えば、フィーチャが小さいほど、膜はより薄く堆積される。結果として、堆積された膜中のフッ素は、より薄い膜を通って拡散する可能性が高く、それによって潜在的にデバイスの故障を引き起こす。３Ｄ ＮＡＮＤ構造などの構造の場合、側壁の粗さを含む粗さもまた課題となる。

フィーチャの充填ならびに他の堆積および非堆積プロセスに関する別の課題は、均一性である。ウエハまたは他の基板全体にわたる不均一な処理は、統合の課題およびデバイスの故障につながる可能性がある。

本明細書では、導電性膜で構造を充填する方法および装置が提供される。方法は、原子層堆積（ＡＬＤ）プロセスを使用して、還元剤として水素（Ｈ₂）を使用してバルク層を堆積することを伴う。ＡＬＤプロセスは、金属含有前駆体および金属含有前駆体と共に流される窒素（Ｎ₂）を伴うＨ₂の連続投与を伴う。方法を実施するように構成された装置もまた、提供される。

様々な実施形態によれば、１つまたは複数の利点を実現することができる。いくつかの実施形態では、金属含有前駆体と共にＮ₂を流すことにより、より高い堆積温度で良好な充填を得ることができ、より低い応力の膜を堆積させることが可能になる。窒素の使用はまた、堆積された膜の滑らかな形態を提供し得る。いくつかの実施形態では、これにより、核形成層を介在させることなく、バルク金属膜を酸化物表面上に直接堆積させることが可能になる。

堆積および他の基板処理のための装置で使用され得る低容積のシャワーヘッドもまた、提供される。いくつかの実施形態では、シャワーヘッドは、バックプレートの複数の円錐台面によって部分的に画定されたプレナム容積と、プレナム容積の内側に位置決めされた貫通穴を有するバッフルプレートとを含む。これらの特徴は、シャワーヘッドの内部容積の減少、シャワーヘッド内のより均一な流れ、およびシャワーヘッド内の粒子生成の減少の１つまたは複数をもたらし得る。様々な実施形態によれば、１つまたは複数の利点を実現することができる。いくつかの実施形態では、反応物の消費およびパージ時間が短縮される。いくつかの実施形態では、シャワーヘッド内の均一な流れは、堆積された膜の均一性を改善する。

図１Ａ～図８は、導電性膜で構造を充填するための方法および装置を説明している。図９～図１７Ｄは、基板処理用の低容積のシャワーヘッドを説明している。いくつかの実施形態では、方法は、低容積のシャワーヘッドを使用して実施される。

最初に、導電性膜の堆積に目を向けると、図１Ａおよび図１Ｂは、本明細書に記載の方法および装置を使用して形成され得る材料スタックの概略例である。図１Ａおよび図１Ｂは、特定のスタック内の材料の順序を示し、図２、図３Ａ、および図３Ｂに関して以下でさらに説明するように、任意の適切なアーキテクチャおよび用途で使用することができる。図１Ａの例では、基板１０２は、その上に堆積された核形成層１０８を有する。基板１０２は、ケイ素または他の半導体ウエハ、例えば、２００ｍｍウエハ、３００ｍｍウエハ、または４５０ｍｍウエハであり得、誘電性材料、導電性材料、または半導電性材料などの材料の１つまたは複数の層がその上に堆積されたウエハを含む。方法はまた、ガラス、プラスチックなどの他の基板上にメタライゼーションスタック構造を形成するために適用され得る。

図１Ａでは、誘電体層１０４が基板１０２上にある。誘電体層１０４は、基板１０２の半導体（例えば、Ｓｉ）表面上に直接堆積され得るか、または任意の数の介在層が存在し得る。誘電体層の例には、ドープおよび非ドープの酸化ケイ素、窒化ケイ素、および酸化アルミニウムの層が挙げられ、特定の例には、ドープまたは非ドープの層ＳｉＯ₂およびＡｌ₂Ｏ₃が挙げられる。また、図１Ａでは、拡散バリア層１０６が、核形成層１０８と誘電体層１０４との間に配置される。拡散バリア層の例には、窒化チタン（ＴｉＮ）、チタン／窒化チタン（Ｔｉ／ＴｉＮ）、窒化タングステン（ＷＮ）、および窒化タングステン炭素（ＷＣＮ）が挙げられる。金属層１１０は、核形成層１０８上に堆積され、核形成層１０８が金属成長のためのテンプレートを提供する構造の主導体（バルク導体またはバルク層とも呼ばれる）である。金属層の例には、タングステン（Ｗ）層およびモリブデン（Ｍｏ）層が挙げられる。核形成層１０８は、金属層１１０と同じまたは異なる金属を含み得る。

図１Ｂは、材料スタックの別の例を示す。この例では、スタックは、基板１０２と、誘電体層１０４とを含み、核形成層１０８は、介在する拡散バリア層なしに誘電体層１０４上に直接堆積される。図１Ａの例のように、金属層１１０が核形成層１０８上に堆積され、構造の主導体である。

図１Ａおよび図１Ｂはメタライゼーションスタックの例を示すが、方法および結果として得られるスタックはそのように限定されない。例えば、いくつかの実施形態では、核形成層１０８は省略されてもよく、主導体は下層上に直接堆積される。いくつかの実施形態では、核形成層は、金属成長のためのテンプレートとして、Ｓｉまたは他の半導体基板上に直接堆積され得る。本明細書に記載の方法は、チャンバ内に収容され得る基板上で実施される。

上記および以下でさらに説明される材料スタックは、様々な構造で実装され得る。図２、図３Ａ、および３図Ｂは、スタックが使用され得る構造の例を提供する。図２は、ケイ素基板２０２内に埋め込みワードライン（ｂＷＬ）２１０を含むＤＲＡＭアーキテクチャの概略例を図示する。ｂＷＬ２１０は、ケイ素基板２０２にエッチングされたトレンチ内に形成される。共形核形成層２０８、および共形核形成層２０８とケイ素基板２０２との間に配置された絶縁層２０４がトレンチを裏打ちする。図２の例では、絶縁層２０４は、酸化ケイ素または窒化ケイ素材料などのｈｉｇｈ－ｋ誘電性材料から形成されたゲート酸化物層であり得る。いくつかの実施形態では、ＴｉＮまたはタングステン含有層などの共形バリア層を、核形成層２０８と絶縁層２０４との間に挿入することができる。

図３Ａは、基板３００上に形成された３Ｄ ＮＡＮＤ構造３２３におけるワードライン３１０の概略例を図示する。ワードライン３１０は、酸化物層３１１によって分離されている。図３Ｂでは、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）の層３０４および核形成層３０８を含む、ワードライン３１０と酸化物層３１１との間の界面の詳細が示されている。いくつかの実施形態では、核形成層３０８は、本明細書に記載のように、酸化物層３１１上に直接、またはＴｉＮもしくは他のバリア層上に堆積され得る。核形成層は、例えば、約１０ｎｍ～１００ｎｍの厚さのワードライン３１０の堆積のために、約１０Å～１００Å、または１０Å～５０Åであり得る。

図３Ｃは、部分的に製作された３Ｄ ＮＡＮＤ構造３３３の断面側面図を提示し、金属充填の課題を示している。構造３３０は、半導体基板３００上に形成され、３Ｄ ＮＡＮＤスタック（左３２５および右３２６）と、中央垂直構造３３０と、中央垂直構造３３０の反対側の側壁３４０上に開口部３２２を有する複数の積み重ねられたワードラインフィーチャ３２０とを含む。図３Ｃは、示された部分的に製作された３Ｄ ＮＡＮＤ構造３３３の２つのスタック３２５および３２６を示し、これら共にトレンチ状の中央垂直構造３３０を形成するが、特定の実施形態では、順番に配置され、互いに空間的に平行に延びる３つ以上のスタックがあり得、図３Ｃに明示的に示されるように、各隣接する対のスタック間のギャップが中央垂直構造３３０を形成することに留意されたい。図３Ｃの例では、ワードラインフィーチャ３２０は、開口部３２２を通って中央垂直構造３３０から流体的にアクセス可能である。図には明示的に示されていないが、図３Ｃに示す３Ｄ ＮＡＮＤスタック３２５および３２６（すなわち、左側の３Ｄ ＮＡＮＤスタック３２５および右側の３Ｄ ＮＡＮＤスタック３２６）の両方に存在する水平フィーチャ３２０はまた、追加の３Ｄ ＮＡＮＤスタック（左端および右端にあるが、示されていない）によって形成された同様の垂直構造を通して、スタックの反対側（それぞれ、左端および右端）からもアクセス可能である。言い換えれば、各３Ｄ ＮＡＮＤスタック３２５、３２６は、中央垂直構造３３０を通して３Ｄ ＮＡＮＤスタックの両側から流体的にアクセス可能なワードラインフィーチャのスタックを含む。

３Ｄ ＮＡＮＤスタックにおけるワードラインフィーチャは、酸化ケイ素層と窒化ケイ素層の交互のスタックを堆積し、次に窒化物層を選択的に除去してそれらの間にギャップを有する酸化物層３１１のスタックを残すことによって形成され得る。これらのギャップは、ワードラインフィーチャ３２０である。利用可能な構造を形成するための技法、ならびに垂直フィーチャの実質的にボイドフリーの充填を首尾よく達成するために利用可能な技法がある限り、任意の数のワードラインをそのような３Ｄ ＮＡＮＤ構造に垂直に積み重ねることができる。したがって、例えば、３Ｄ－ＮＡＮＤスタックは、２～２５６個の水平ワードラインフィーチャ、または８～１２８個の水平ワードラインフィーチャ、または１６～６４個の水平ワードラインフィーチャなどを含み得る（列挙された範囲は、記載のエンドポイントを含むと理解される）。

図３Ｄは、図３Ｃに示すのと同じ３Ｄ ＮＡＮＤ構造の断面上面図を提示し、図３Ｃの水平の破線によって示されるように、水平断面３６０を通る断面を示す。図３Ｃの断面は、半導体基板３００の基部から３Ｄ ＮＡＮＤスタックの上部に垂直に延びるピラー３５５のいくつかの列を示している。いくつかの実施形態では、これらのピラー３５５は、ポリシリコン材料から形成され、３Ｄ ＮＡＮＤ構造３３３にとって構造的および機能的に重要である。いくつかの実施形態では、そのようなポリシリコンピラーは、ピラー内に形成された積み重ねられたメモリセルのためのゲート電極として機能し得る。図３Ｄの上面図は、ピラー３５５が開口部３２２にワードラインフィーチャ３２０への狭窄部を形成すること、すなわち、開口部３２２（図３Ｄの矢印によって示される）を介した中央垂直構造３３０からのワードラインフィーチャ３２０の流体アクセス可能性がピラー３５５によって阻害されることを示している。いくつかの実施形態では、隣接するポリシリコンピラー間の水平ギャップのサイズは、約１～２０ｎｍである。流体アクセス可能性のこの減少は、導電性材料でワードラインフィーチャ３２０を均一に充填することの困難さを増大させる。

図４Ａ～図４Ｃは、金属で３Ｄ ＮＡＮＤ構造を充填するために実施され得る方法を説明している。最初に図４Ａを参照すると、図４Ａの動作４０２～４１０が、ＡＬＤによって核形成層を堆積するために実施される。本明細書に記載のいくつかの実施形態では、動作４０２～４１０は、動作４８０における後続のバルク堆積よりも低い圧力で実施される。例えば、動作４０２～４１０は、タングステン堆積のために約１０Ｔｏｒｒ（約１３３３．２２Ｐａ）未満の低圧で実施され得る。いくつかの例では、動作４０２～４１０は、タングステン堆積のために約１０Ｔｏｒｒ（約１３３３．２２Ｐａ）の圧力、または約３Ｔｏｒｒ（約３９９．９６７Ｐａ）の圧力で実施される。モリブデン核形成層の堆積は、より高い圧力、例えば、１０～６０Ｔｏｒｒ（１３３３．２２Ｐａ～７９９９．３４Ｐａ）を使用することができる。この範囲の下端の圧力を使用して、フッ素の取り込みを軽減することができる。

いくつかの実施態様では、低圧で動作４０２～４１０を実施すると、膜が堆積されるときのチャンバ内のフッ素含有前駆体（使用される場合）の分圧が低くなり、膜に組み込まれるフッ素が少なくなるため、堆積された膜中のフッ素濃度を低減する。

動作４０２において、基板は、金属含有前駆体に曝露される。この動作は、「パルス」または「投与」と呼ばれることがあり、本明細書では互換的に使用されてもよい。金属含有前駆体は、核形成層の主成分となる金属を含み、多くの実施形態では（必ずしもではないが）、その後に堆積されるバルク層を含む。

核形成層の例には、タングステン含有核形成層およびモリブデン含有核形成層が挙げられ、これらは、それぞれタングステン含有前駆体およびモリブデン含有前駆体を使用する。タングステン含有前駆体の例には、ハロゲン化タングステンおよびオキシハロゲン化タングステンが挙げられる。ハロゲン化タングステンの例には、六フッ化タングステン（ＷＦ₆）、六塩化タングステン（ＷＣｌ₆）、五塩化タングステン（ＷＣｌ₅）、四塩化タングステン（ＷＣｌ₄）、二塩化タングステン（ＷＣｌ₂）を含む塩化タングステン（ＷＣｌ_x）、ならびにオキシ四塩化タングステン（ＷＯＣｌ₄）および二塩化タングステン二酸化物（ＷＯ₂Ｃｌ₂）などのオキシ塩化タングステン（ＷＯ_xＣｌ_y）が挙げられる。さらなる例には、タングステンヘキサカルボニルＷ（ＣＯ）₆、ならびにＭＤＮＯＷ（メチルシクロペンタジエニル－ジカルボニルニトロシル－タングステン）およびＥＤＮＯＷ（エチルシクロペンタジエニル－ジカルボニルニトロシル－タングステン）などの有機タングステン前駆体が挙げられる。

モリブデン含有前駆体の例には、ハロゲン化モリブデンおよびオキシハロゲン化モリブデンが挙げられる。ハロゲン化モリブデンの例には、五塩化モリブデン（ＭｏＣｌ₅）および六フッ化モリブデン（ＭｏＦ₆）が挙げられる。オキシハロゲン化モリブデンの例には、二塩化モリブデン二酸化物（ＭｏＯ₂Ｃｌ₂）、オキシ四塩化モリブデン（ＭｏＯＣｌ₄）、およびオキシ四塩化モリブデン（ＭｏＯＦ₄）が挙げられる。

金属含有前駆体は、これらの化合物の組み合わせを含み得る。いくつかの実施形態では、窒素（Ｎ₂）、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）、または他の不活性ガスなどのキャリアガスが、動作４０２の間に流れることができる。

動作４０２は、任意の適切な期間および任意の適切な温度で実施することができる。いくつかの例では、動作４０２は、約０．２５秒～約３０秒、約０．２５秒～約５秒、または約０．５秒～約３秒の期間実施され得る。この動作は、いくつかの実施形態では、基板の表面上の活性部位を飽和させるのに十分な期間実施されてもよい。

動作４０４において、チャンバは、基板の表面に吸着しなかった過剰の前駆体を除去するために、任意選択でパージされる。パージは、一定の圧力で不活性ガスを流し、それによってチャンバの圧力を低減し、別のガス曝露を開始する前にチャンバを再加圧することによって実施することができる。

動作４０６において、基板は、核形成層を堆積させるために共反応物に曝露される。いくつかの実施形態では、共反応物は、水素（Ｈ₂）、ボラン、シラン、またはゲルマンなどの還元剤である。例示的なボランには、ボラン（ＢＨ₃）、ジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）、トリボラン、アルキルボラン、アミノボラン、カルボボラン、およびハロボランが挙げられる。例示的なシランには、シラン（ＳｉＨ₄）、ジシラン（Ｓｉ₂Ｈ₆）、トリシラン（Ｓｉ₃Ｈ₈）、アルキルシラン、アミノシラン、カルボシラン、およびハロシランが挙げられる。ゲルマンは、Ｇｅ_nＨ_n+4、Ｇｅ_nＨ_n+6、Ｇｅ_nＨ_n+8、およびＧｅ_nＨ_mを含み、ｎは、１～１０の整数であり、ｎは、ｍとは異なる整数である。他のゲルマン、例えば、アルキルゲルマン、アミノゲルマン、カルボゲルマン、およびハロゲルマンも使用することができる。一般に、ハロゲルマンは有意な還元の可能性を有さない可能性があるが、ハロゲルマンを使用する膜形成に適したプロセス条件および前駆体が存在する場合がある。

いくつかの実施形態では、アモルファス核形成層は、金属ハロゲン化物または金属オキシハロゲン化物前駆体およびアンモニア（ＮＨ₃）などの窒素含有還元剤を使用して堆積され得る。そのような核形成層は、２０１９年１月２８日に出願の米国仮特許出願第６２／７９７，８６０号に記載されており、金属酸窒化物または金属窒化物の核形成層として特徴付けられ得る。金属酸窒化物または金属窒化物の核形成層は、バルク層の堆積中を含む後続の処理において金属層に変換され得る。

動作４０６は、任意の適切な期間実施され得る。例示的な期間には、約０．２５秒～約３０秒、約０．２５秒～約５秒、または約０．５秒～約３秒が挙げられる。いくつかの実施形態では、この動作は、基板の表面上の金属含有前駆体の吸着層と反応するのに十分であり得る。動作４０６は、これらの例示的な範囲外の期間実施され得る。いくつかの実施形態では、例えば、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）、または窒素（Ｎ₂）などのキャリアガスが使用されてもよい。

動作４０８の後、フィーチャの表面上の金属含有前駆体と反応しなかった、まだ気相にある過剰の共反応物をパージするための任意選択のパージステップがあり得る。パージは、一定の圧力で不活性ガスを流し、それによってチャンバの圧力を低減し、別のガス曝露を開始する前にチャンバを再加圧することによって実施することができる。

動作４０２～４０８の各繰り返しは、ＡＬＤ「サイクル」と呼ばれることがある。動作４０２および４０６の順序が逆になり得、それにより共反応物が特定のサイクルで最初に導入され、パージにより金属含有前駆体および共反応物の投与が任意選択に分離されることが理解されよう。動作４１０において、核形成層が適切な厚さまで堆積されたか、または事前設定されたサイクル数まで堆積されたかどうかが決定される。そうでない場合、動作４０２～４０８が繰り返される。

核形成層が適切な厚さに堆積された後、動作４８０において、バルク金属が以下に説明されるように堆積される。様々な実施形態において、動作２８０は、動作２０２～２１０の間の圧力よりも高い圧力で実施され得る。例えば、動作２８０は、タングステンバルク層の場合、約１０Ｔｏｒｒ（約１３３３．２２Ｐａ）以上、例えば約１０Ｔｏｒｒ（約１３３３．２２Ｐａ）、または約４０Ｔｏｒｒ（約５３３２．８９Ｐａ）の圧力で実施されてもよい。いくつかの実施形態では、核形成層堆積とバルク層堆積の両方の間の圧力は、約５～２０Ｔｏｒｒ（約６６６．６１２Ｐａ～約２６６６．４５Ｐａ）、または１０Ｔｏｒｒ（２６６６．４５Ｐａ）であり得る。他の実施形態では、同じ圧力を使用することができ、および／またはより低い圧力を動作２８０で使用することができる。モリブデン堆積の場合、圧力は、いくつかの実施形態では約１０～６０Ｔｏｒｒ（約１３３３．２２Ｐａ～７９９９．３４Ｐａ）、または３０～６０Ｔｏｒｒ（３９９９．６７Ｐａ～７９９９．３４Ｐａ）であり得る。

図４Ｂは、動作４８０の間に実施され得る動作についてのプロセスフロー図を提供する。図４Ｂの動作は、図４Ａの動作を実施せずに実施することができることに留意されたい。すなわち、いくつかの実施形態では、図４Ｂの方法は、最初に核形成層を堆積することなく実施され得る。図４Ｃは、プロセス４００におけるＡＬＤの例示的なサイクルを図示するタイミングシーケンス図を提供する。

図４Ｂでは、動作４８２において、基板が共反応物に曝露される。いくつかの実施形態では、これは、別の反応物を流すことなくパルス化することができるＨ₂などの還元剤である。共反応物パルスは動作４８２～４８８によって定義されるサイクルにおける最初のパルスであると説明されているが、いくつかの実施形態では、動作４８２および４８６の順序を逆にして金属含有前駆体を最初にすることができる。動作４８２は、表面上へのＨ₂分子の吸着および／または金属含有前駆体分子との反応を伴い、膜のサブ単層の単層を形成することができる。

いくつかの実施形態では、キャリアガスを流すことができる。キャリアガスは、図４Ａの動作４０４に関して上述されたもののいずれかであり得る。動作４８２は、任意の適切な期間にわたって実施することができる。いくつかの例では、例示的な期間には、約０．２５秒～約３０秒、約０．２５秒～約５秒、または約０．５秒～約３秒が挙げられる。

図４Ｂに戻ると、動作４８４において、チャンバはパージされる。このパージ動作は、気相に残った過剰の共反応物を除去し得る。上述のように、パージは、一定の圧力で不活性ガスを流し、それによってチャンバの圧力を低減し、別のガス曝露を開始する前にチャンバを再加圧することによって実施することができる。チャンバは、任意の適切な期間、例えば、約０．１秒～約３秒の期間パージされ得る。動作４８６において、基板は、金属含有前駆体に曝露される。これは、基板上に膜のサブ単層または単層を形成し得る。様々な実施形態において、金属含有前駆体は、この動作中、約０．１秒～約３秒、または約０．５秒の期間チャンバに流される。いくつかの実施形態では、金属含有前駆体は、投与前にガスラインおよびライン交換を充填するように迂回させることができる。

金属前駆体の例には、六フッ化タングステン（ＷＦ₆）、六塩化タングステン（ＷＣｌ₆）、五塩化タングステン（ＷＣｌ₅）、四塩化タングステン（ＷＣｌ₄）、二塩化タングステン（ＷＣｌ₂）を含む塩化タングステン（ＷＣｌ_x）、ならびにオキシ四塩化タングステン（ＷＯＣｌ₄）および二塩化タングステン二酸化物（ＷＯ₂Ｃｌ₂）などのオキシ塩化タングステン（ＷＯ_xＣｌ_y）が挙げられる。さらなる例には、タングステンヘキサカルボニルＷ（ＣＯ）₆、ならびにＭＤＮＯＷ（メチルシクロペンタジエニル－ジカルボニルニトロシル－タングステン）およびＥＤＮＯＷ（エチルシクロペンタジエニル－ジカルボニルニトロシル－タングステン）などの有機タングステン前駆体が挙げられる。さらなる例には、ハロゲン化モリブデンおよびオキシハロゲン化モリブデンなどのモリブデン含有前駆体が挙げられる。ハロゲン化モリブデンの例には、五塩化モリブデン（ＭｏＣｌ₅）および六塩化モリブデン（ＭｏＣｌ₆）が挙げられる。オキシハロゲン化モリブデンの例には、二塩化モリブデン二酸化物（ＭｏＯ₂Ｃｌ₂）およびオキシ四塩化モリブデン（ＭｏＯＣｌ₄）が挙げられる。

図４Ｂの動作４８８において、チャンバは、チャンバから反応した副生成物および気相金属含有前駆体を除去するためにパージされる。いくつかの実施形態では、パージ期間は、約０．１秒～約２秒である。

図４Ｂの動作４９０において、バルク金属が適切な厚さまで堆積されたか、または事前設定されたサイクル数が完了したかどうかが決定される。そうでない場合、動作４８２～４８８は、所望の厚さが堆積されるまで繰り返される。いくつかの実施形態では、動作４８２～４８８は、フィーチャが充填されるまで繰り返される。

動作４８０で使用される金属含有前駆体は、核形成層の堆積に使用されるものと同じであっても異なっていてもよい。異なる場合、同じまたは異なる金属を含んでもよく、例えば、タングステンバルク層は、いくつかの実施形態ではタングステン核形成層上に、またはいくつかの実施形態ではモリブデン核形成層上に堆積され得る。

方法は、ＡＬＤサイクル、例えば、図４Ａの動作４０２および／または図４Ｂの動作４８６において、金属含有前駆体と窒素（Ｎ₂）を並流させることを含む。図４Ｃは、プロセス４００においてＨ₂還元剤および金属含有前駆体を使用するＡＬＤの例示的なサイクルを図示するタイミングシーケンス図を提供する。タイミングシーケンス図は、図４Ｂのものと同様であり、金属前駆体投与中にＮ₂を並流させることを含む。特に、図４Ｃは、図４Ｂの動作４８２に対応し得る堆積サイクル４１１ＡにおけるＨ₂投与４２０Ａを示す。Ｈ_２投与４２０Ａの間、キャリアガスが流され得、Ｈ₂還元剤がパルス化され、金属含有前駆体およびＮ₂の流れがオフにされる。これに続いて、パージ段階４４０Ａを行うことができる。堆積サイクル４１１Ａは、金属含有前駆体＋Ｎ₂投与４６０Ａおよびパージ段階４７０Ａをさらに含む。図４Ｃに示すように、パージ段階４４０Ａおよび４７０Ａの間、キャリアガスは、他の流れがオフにされた状態で流れる。これらの動作は、後続の堆積サイクルにおいて、４２０Ｂ、４４０Ｂ、４６０Ｂ、および４７０Ｂに示すように繰り返される。

図４Ｃの各投与の大きさは、例示の目的でほぼ同じである。Ａｒまたは他のキャリアガスは、最高の流量を有することができる。

キャリアガスはプロセス全体を通して一定であると示されているが、Ｈ₂流および／または金属含有前駆体－Ｎ₂並流を独立して提供することができる。例えば、Ｈ₂（または他の共反応物）は、キャリアガスの流れなしで投与４２０Ａおよび４２０Ｂで提供され得る。

いくつかの実施形態では、Ｎ₂は、金属含有前駆体投与中に加えて、Ｈ₂投与段階４２０Ａおよび４２０Ｂ中、および／またはパージ段階４４０Ａおよび４４０Ｂ中に流れることができる。

いくつかの実施形態では、金属含有前駆体は、ＷＦ₆などのフッ素含有前駆体である。フッ素含有前駆体とＮ₂を並流させることによって、金属層中のフッ素濃度が低減される。図５は、以下のプロセスによって堆積されたタングステン膜についての原子／ｃｃでのＦ濃度の比較を示す：
Ｎ２ Ｈ２並流：Ｎ₂＋Ｈ₂／パージ／ＷＦ₆／パージ
Ｎ２ ＷＦ６並流：Ｈ₂／パージ／Ｎ₂＋ＷＦ₆／パージ

特に、１～１０ｎｍでの濃度は、堆積された膜中のＦ含有量を示し、Ｎ２ Ｈ２並流プロセスの場合と同様に、Ｎ２ ＷＦ₆並流プロセスの場合に桁違いに低い（１×１０１７対６×１０１８）。

加えて、より低い抵抗率が達成され、抵抗率は、２００Åの膜に対するＮ２ Ｈ２並流よりも約１０％改善される。

いくつかの実施形態では、金属含有前駆体の消費が低減される。上述のＮ２ ＷＦ₆並流プロセスにおける金属含有前駆体の消費は、Ｎ２ Ｈ２並流よりも１７％少なかった。

いくつかの実施形態では、堆積速度およびスループットが改善される。ＷＦ₆の量が両方のプロセスで一定である（３００ｓｃｃｍ）にもかかわらず、Ｎ２ ＷＦ₆並流についての堆積速度は、Ｎ２ Ｈ２並流の場合よりも３０％高かった。いくつかの実施形態では、粗さは、金属含有前駆体とＮ₂を並流させることによって大幅に低減される。

バルク層のＡＬＤ堆積は、高応力膜をもたらす場合がある。これは高温を使用することによって軽減することができるが、高温は不十分な充填につながる可能性がある。いくつかの実施形態では、低応力膜は、金属含有前駆体とＮ₂を並流させることによって、本明細書に記載の方法によって堆積させることができる。タングステンのＡＬＤ中の温度は、２００℃～５５０℃、例えば、３００℃～４５０℃であり得る。モリブデンのＡＬＤ中の温度は、４５０℃～８００℃、例えば、６００℃～７５０℃であり得る。

いくつかの実施形態では、堆積の前に窒素含有浸漬、特に、ＮＨ３浸漬を行ってもよい。

実験
高温ＡＬＤプロセスを使用して、ライナのない３Ｄ ＮＡＮＤ構造にＭｏを堆積させた。Ｍｏは、Ａｌ₂Ｏ₃上に堆積された。

最も低い粗さは、ＮＨ３／Ｎ２並流プロセスで観察され、最も高い粗さは、浸漬なし／並流なしプロセスで観察された。

装置
任意の適切なチャンバを使用して、開示された実施形態を実施することができる。例示的な堆積装置は、様々なシステム、例えば、カリフォルニア州フリーモントのＬａｍ Ｒｅｓｅａｒｃｈ社から入手可能なＡＬＴＵＳ（登録商標）およびＡＬＴＵＳ（登録商標）Ｍａｘ、または様々な他の市販の処理システムのいずれかを含む。いくつかの実施形態では、原子層堆積（ＡＬＤ）が、単一の堆積チャンバ内に位置決めされた２つ、５つ、またはさらに多くの堆積ステーションの１つである第１のステーションで実施され得る。したがって、例えば、水素（Ｈ₂）および六フッ化タングステン（ＷＦ₆）または他の金属含有前駆体は、基板表面に局所的な雰囲気を作り出す個々のガス供給システムを使用して、第１のステーションにおいて半導体基板の表面に交互のパルスで導入することができる。タングステンバルク層の堆積のために、別のステーションが使用されてもよい。２つ以上のステーションを使用して、並列処理でタングステンを堆積することができる。あるいは、ウエハにインデックス付けし、連続して２つ以上のステーションで動作を実施することも可能である。

図６は、実施形態による堆積プロセスを実施するのに適したプロセスシステムの概略図である。システム６００は、移送モジュール６０３を含む。移送モジュール６０３は、処理中の基板が様々なリアクタモジュール間を移動するときの基板の汚染リスクを最小化するために、清潔な加圧環境を提供する。移送モジュール６０３には、様々な実施形態に従ってＡＬＤおよびＣＶＤを実施することが可能なマルチステーションリアクタ６０９が取り付けられている。マルチステーションリアクタ６０９は、開示された実施形態による動作を連続して実施することができる複数のステーション６１１、６１３、６１５、および６１７を含むことができる。例えば、マルチステーションリアクタ６０９は、ステーション６１１が金属ハロゲン化物または金属オキシハロゲン化物を使用して核形成層堆積を実施し、ステーション６１３が様々な実施形態によるＡＬＤバルク堆積動作を実施するように構成することができる。

ステーションは、加熱された台座または基板支持体、１つまたは複数のガス入口またはシャワーヘッドまたは分散プレートを含むことができる。基板支持体７０２およびシャワーヘッド７０３を含む、堆積ステーション７００の一例が図７に図示されている。台座部分７０１には、ヒータを設けることができる。

図６に戻ると、また、移送モジュール５０３には、プラズマによる前洗浄または化学的（非プラズマ）前洗浄、他の堆積動作、またはエッチング動作を実施することが可能な、１つまたは複数のシングルまたはマルチステーションモジュール６０７が取り付けられてもよい。モジュールはまた、例えば、堆積プロセスのための基板を準備する様々な処理に使用されてもよい。システム６００はまた、処理前および処理後のウエハを格納する１つまたは複数のウエハソースモジュール６０１を含んでいる。大気移送チャンバ６１９内の大気ロボット（図示せず）は、最初にウエハをソースモジュール６０１から取り出してロードロック６２１へ移送することができる。移送モジュール６０３内のウエハ移送デバイス（一般的には、ロボットアームユニット）は、ウエハをロードロック６２１から移送モジュール６０３に取り付けられたモジュールに移動させたり、モジュール間で移動させたりする。

様々な実施形態において、システムコントローラ６２９を用いて、堆積中のプロセス条件を制御する。コントローラ６２９は、典型的には、１つまたは複数のメモリデバイスと、１つまたは複数のプロセッサとを含む。プロセッサは、ＣＰＵまたはコンピュータ、アナログおよび／またはデジタル入出力接続、ステッピングモータコントローラボードなどを含むことができる。

コントローラ６２９は、堆積装置の活動のすべてを制御することができる。システムコントローラ６２９は、タイミング、ガスの混合、チャンバ圧力、チャンバ温度、ウエハ温度、無線周波数（ＲＦ）電力レベル、ウエハチャック位置または台座位置、および特定のプロセスの他のパラメータを制御するための一連の命令を含むシステム制御ソフトウェアを実行する。いくつかの実施形態では、コントローラ６２９に関連するメモリデバイスに格納された他のコンピュータプログラムを用いることができる。

典型的には、コントローラ６２９に関連するユーザインターフェースが存在する。ユーザインターフェースは、ディスプレイ画面、装置および／またはプロセス条件のグラフィカルソフトウェアディスプレイ、ならびにポインティングデバイス、キーボード、タッチスクリーン、マイクロフォンなどのユーザ入力デバイスを含むことができる。

システム制御論理は、任意の適切な方法で構成することができる。一般に、論理はハードウェアおよび／またはソフトウェアで設計または構成することができる。駆動回路を制御するための命令は、ハードコードされるか、またはソフトウェアとして提供され得る。命令は、「プログラミング」によって提供されてもよい。そのようなプログラミングは、デジタル信号プロセッサのハードコードされた論理、特定用途向け集積回路、およびハードウェアとして実装された特定のアルゴリズムを有する他のデバイスを含む、あらゆる形式の論理を含むと理解される。プログラミングはまた、汎用プロセッサで実行され得るソフトウェアまたはファームウェア命令も含むと理解される。システム制御ソフトウェアは、任意の適切なコンピュータ可読プログラミング言語でコード化され得る。

プロセスシーケンスにおけるゲルマニウム含有還元剤パルス、水素フロー、およびタングステン含有前駆体パルス、ならびに他のプロセスを制御するためのコンピュータプログラムコードは、任意の従来のコンピュータ可読プログラミング言語（例えば、アセンブリ言語、Ｃ、Ｃ＋＋、パスカル、フォートランなど）で書かれ得る。コンパイルされたオブジェクトコードまたはスクリプトは、プログラムに識別されたタスクを実施するためにプロセッサによって実行される。また、示されているように、プログラムコードはハードコードされてもよい。

コントローラパラメータは、例えば、プロセスガス組成および流量、温度、圧力、冷却ガス圧力、基板温度、ならびにチャンバ壁温度などのプロセス条件に関連している。これらのパラメータは、レシピの形態でユーザに提供され、ユーザインターフェースを利用して入力することができる。

プロセスを監視するための信号は、システムコントローラ６２９のアナログおよび／またはデジタル入力接続によって提供されてもよい。プロセスを制御するための信号は、堆積装置６００のアナログおよびデジタル出力接続で出力される。

システムソフトウェアは、多くの異なる方法で設計または構成することができる。例えば、様々なチャンバ構成要素サブルーチンまたは制御オブジェクトは、開示された実施形態による堆積プロセスを実行するために必要なチャンバ構成要素の動作を制御するために書かれてもよい。この目的のためのプログラムまたはプログラムのセクションの例には、基板位置決めコード、プロセスガス制御コード、圧力制御コード、およびヒータ制御コードが挙げられる。

いくつかの実施態様では、コントローラ６２９はシステムの一部であり、そのようなシステムは上述した例の一部であってもよい。そのようなシステムは、１つまたは複数の処理ツール、１つまたは複数のチャンバ、１つまたは複数の処理用プラットフォーム、および／または特定の処理構成要素（ウエハ台座、ガス流システムなど）を含む半導体処理装置を含むことができる。これらのシステムは、半導体ウエハまたは基板の処理前、処理中、および処理後のシステム動作を制御するための電子機器と一体化されてもよい。そのような電子機器は「コントローラ」と呼ばれることがあり、１つまたは複数のシステムの様々な構成要素または副部品を制御してもよい。コントローラ６２９は、処理要件および／またはシステムのタイプに応じて、本明細書に開示されるプロセスのいずれかを制御するようにプログラムされてもよい。そのようなプロセスとしては、処理ガスの送給、温度設定（例えば、加熱および／または冷却）、圧力設定、真空設定、電力設定、一部のシステムにおける無線周波数（ＲＦ）発生器設定、ＲＦ整合回路設定、周波数設定、流量設定、流体送給設定、位置および動作設定、ツールに対するウエハの搬入と搬出、ならびに、特定のシステムに接続または連動する他の搬送ツールおよび／またはロードロックに対するウエハの搬入と搬出が含まれる。

広義には、コントローラは、命令を受信し、命令を発行し、動作を制御し、洗浄動作を可能にし、エンドポイント測定を可能にするなどの様々な集積回路、ロジック、メモリ、および／またはソフトウェアを有する電子機器として定義されてもよい。集積回路は、プログラム命令を記憶するファームウェアの形式のチップ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）として定義されたチップ、および／または１つまたは複数のマイクロプロセッサ、すなわちプログラム命令（例えば、ソフトウェア）を実行するマイクロコントローラを含んでもよい。プログラム命令は、様々な個々の設定（またはプログラムファイル）の形式でコントローラに通信される命令であって、特定のプロセスを半導体ウエハ上で、または半導体ウエハ用に、またはシステムに対して実行するための動作パラメータを定義してもよい。動作パラメータは、いくつかの実施形態では、１つまたは複数の層、材料、金属、酸化物、ケイ素、二酸化ケイ素、表面、回路、および／またはウエハダイの製作における１つまたは複数の処理ステップを実現するためプロセスエンジニアによって定義されるレシピの一部であってもよい。

コントローラ６２９は、いくつかの実施態様では、システムと統合または結合されるか、他の方法でシステムにネットワーク接続されるコンピュータの一部であってもよく、またはそのようなコンピュータに結合されてもよく、またはそれらの組み合わせであってもよい。例えば、コントローラ６２９は、「クラウド」内にあってもよいし、ファブホストコンピュータシステムのすべてもしくは一部であってもよい。これにより、ウエハ処理のリモートアクセスが可能となる。コンピュータは、システムへのリモートアクセスを可能にして、製作動作の現在の進捗状況を監視し、過去の製作動作の履歴を検討し、複数の製作動作から傾向または性能基準を検討し、現在の処理のパラメータを変更し、現在の処理に続く処理ステップを設定するか、または新しいプロセスを開始してもよい。いくつかの例では、リモートコンピュータ（例えば、サーバ）は、ネットワークを通じてプロセスレシピをシステムに提供することができる。そのようなネットワークは、ローカルネットワークまたはインターネットを含んでいてもよい。リモートコンピュータは、パラメータおよび／または設定のエントリまたはプログラミングを可能にするユーザインターフェースを含んでもよく、そのようなパラメータおよび／または設定は、その後リモートコンピュータからシステムに通信される。いくつかの例では、コントローラは命令をデータの形式で受信する。そのようなデータは、１つまたは複数の動作中に実施される各処理ステップのためのパラメータを特定するものである。パラメータは、実施されるプロセスのタイプ、およびコントローラが連動または制御するように構成されるツールのタイプに特有のものであってもよいことを理解されたい。したがって、上述したように、コントローラは、例えば、互いにネットワーク接続され共通の目的（本明細書で説明されるプロセスおよび制御など）に向けて協働する１つまたは複数の個別のコントローラを含むことによって分散されてもよい。このような目的のための分散型コントローラの例として、チャンバ上の１つまたは複数の集積回路であって、（例えば、プラットフォームレベルで、またはリモートコンピュータの一部として）遠隔配置されておりチャンバにおけるプロセスを制御するよう組み合わせられる１つまたは複数の集積回路と通信するものが挙げられるであろう。

例示的なシステムは、プラズマエッチングチャンバまたはモジュール、堆積チャンバまたはモジュール、スピンリンスチャンバまたはモジュール、金属めっきチャンバまたはモジュール、洗浄チャンバまたはモジュール、ベベルエッジエッチングチャンバまたはモジュール、物理気相堆積（ＰＶＤ）チャンバまたはモジュール、ＣＶＤチャンバまたはモジュール、ＡＬＤチャンバまたはモジュール、原子層エッチング（ＡＬＥ）チャンバまたはモジュール、イオン注入チャンバまたはモジュール、追跡チャンバまたはモジュール、ならびに半導体ウエハの製作および／または製造に関連するか使用されてもよい任意の他の半導体処理システムを含むことができるが、これらに限定されない。

上述のように、ツールによって実施される１つまたは複数のプロセスステップに応じて、コントローラは、１つまたは複数の他のツール回路もしくはモジュール、他のツール構成要素、クラスタツール、他のツールインターフェース、隣接するツール、近接するツール、工場全体に位置するツール、メインコンピュータ、別のコントローラ、または半導体製造工場内のツール場所および／もしくはロードポートに対してウエハの容器を搬入および搬出する材料搬送に使用されるツールと通信してもよい。

コントローラ６２９は、様々なプログラムを含んでもよい。基板位置決めプログラムは、基板を台座またはチャック上にロードし、基板とガス入口および／またはターゲットなどのチャンバの他の部分との間隔を制御するために使用されるチャンバ構成要素を制御するためのプログラムコードを含むことができる。プロセスガス制御プログラムは、チャンバの圧力を安定化するために、ガス組成、流量、パルス時間を制御するためのコード、および任意で堆積前にガスをチャンバに流すためのコードを含むことができる。圧力制御プログラムは、例えば、チャンバの排気システムのスロットル弁を調節することによってチャンバの圧力を制御するためのコードを含み得る。ヒータ制御プログラムは、基板を加熱するために使用される加熱ユニットへの電流を制御するためのコードを含むことができる。あるいは、ヒータ制御プログラムは、ウエハチャックへの熱伝達ガス（ヘリウムなど）の送給を制御することができる。

堆積中に監視することができるチャンバセンサの例は、マスフローコントローラ、圧力センサ（圧力計など）、および台座またはチャック内に位置する熱電対を含む。適切にプログラムされたフィードバックおよび制御アルゴリズムをこれらのセンサからのデータと共に使用して、所望のプロセス条件を維持することができる。

装置は、図８に概略的に示すように、ラインチャージを様々なガス分配ラインに提供するガスマニホールドシステムを含み得る。マニホールド８０４は、金属含有前駆体ガスの供給源８０１、窒素（Ｎ₂）の供給源８０２、およびアルゴン（Ａｒ）または他のキャリアガスの供給源８０３からの入力を有する。マニホールド８１１は、水素（Ｈ₂）または他の還元ガス（図示せず）の供給源からの入力８０９を有する。上述のように、キャリアガスからマニホールド８１１への入力がある場合とない場合がある。マニホールド８２１は、不活性パージガス８１９の供給源からの入力を有する。マニホールド８０４、８１１、および８２１は、金属含有前駆体ガスおよびＮ₂並流ガス、共反応物ガス、ならびにパージガスを、それぞれ弁付き分配ライン８０５、８１３、および８２５を通して堆積チャンバに提供する。様々な弁を開閉してラインチャージを提供する、すなわち、分配ラインを加圧することができる。例えば、分配ライン８０５を加圧するために、弁８０６は閉じて真空にされ、弁８０８も閉じられる。適切な時間増分の後、弁８０８が開かれ、並流ガスがチャンバに送給される。ガスの送給に対する適切な時間の後、弁８０８が閉じられる。次に、弁８０６を真空に対して開くことによって、チャンバを真空にパージすることができる。

同様のプロセスを使用して、還元ガスおよびパージガスを送給することができる。例えば、還元ガスを導入するために、分配ライン８１３は、弁８１５を閉じ、弁８１７を閉じて真空にすることによってチャージされる。弁８１５の開放により、チャンバへの還元ガスの送給が可能になる。同様に、パージガスを導入するために、分配ライン８２５は、弁８２７を閉じ、弁８２３を閉じて真空にすることによってチャージされる。弁８２７の開放により、チャンバへのアルゴンまたは他の不活性パージガスの送給が可能になる。ラインチャージに許容される時間量により、ガスの最初の送給の量およびタイミングが変更される。

図８はまた、システムをパージするためにそれぞれ弁８０６、８１７、および８２３を開くことができる真空ポンプを示す。様々な分配ラインを通したガスの供給は、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサなどによって制御されるマスフローコントローラなどのコントローラによって制御され、コントローラは、流量、流れの期間、およびプロセスの順序でプログラムされる。

上述のプロセスは、堆積中に試薬のパルスを半導体基板に供給する弁およびマスフローコントローラ（ＭＦＣ）の正確なタイミングを必要とし得ることに留意されたい。これを可能にする１つの方法として、弁およびＭＦＣコマンドは、堆積シーケンスのすべてまたは一部に対するすべての時間クリティカルなコマンドについての命令を含む情報の個別のパケットで、組み込みデジタル入出力コントローラ（ＩＯＣ）に送給される。Ｌａｍ ＲｅｓｅａｒｃｈのＡＬＴＵＳシステムは、少なくとも１つのＩＯＣシーケンスを提供する。ＩＯＣは、装置内の様々なポイント、例えば、プロセスモジュール内、またはプロセスモジュールからある程度離れて存在するスタンドアロン型の電力ラック上に物理的に位置することができる。各モジュールには、複数のＩＯＣが存在し得る（例えば、モジュールごとに３つ）。シーケンスに含まれる実際の命令に関して、弁を制御し、ＭＦＣについての（すべてのキャリアおよび反応物ガスについての）流量を設定するためのすべてのコマンドを単一のＩＯＣシーケンスに含めることができる。これは、すべてのデバイスのタイミングが絶対的な観点から、また互いに対して厳密に制御されることを確実にする。典型的には、任意の所与の時間に実行されている複数のＩＯＣシーケンスが存在する。これにより、例えば、ＡＬＤをステーション１～２で実行し、それらのステーションにＡＬＤ核形成層を堆積するために必要なすべてのハードウェア構成要素に対してすべてのタイミングを制御することが可能になる。同じモジュール内の他の堆積ステーションで上述のタイミングシーケンスを使用してバルク金属を堆積するために、第２のシーケンスが同時に実行されている場合もある。ステーション３～４への試薬の送給を制御するデバイスの相対タイミングはそのデバイスのグループ内で重要であるが、ステーション１～２でのＡＬＤプロセスの相対タイミングは、ステーション３～４の相対タイミングからオフセットされ得る。ＩＯＣは、パケット化されたシーケンスで情報を変換し、デジタルまたはアナログのコマンド信号を、弁を制御するＭＦＣまたは空気圧ソレノイドバンクに直接送給する。

金属含有前駆体ガスのパルスは、以下のように生成され得る。最初に、システムは、ＭＦＣまたは他の流量制御デバイスが安定化する間、一定期間にわたってＷＦ₆を真空ポンプに迂回させる。これは、一例では約０．５～５秒の期間にわたって行うことができる。次に、システムは、迂回出口６０６と出口６０８の両方を堆積チャンバに閉じることによって、タングステンガス送給マニホールドを加圧する。これは、例えば、堆積チャンバへの出口が開かれたときに試薬の最初のバーストを作り出すために、約０．１～５秒の期間にわたって行われ得る。これは、一例では約０．１～１０秒間にわたって出口弁８０８を開くことによって達成される。その後、タングステン含有ガスが、適切なパージガスを使用して堆積チャンバからパージされる。他の試薬のパルスフローもまた、同様の方式で行うことができる。

上に示したように、いくつかの実施形態では、本明細書に記載の装置は、低容積のシャワーヘッドを含み得る。半導体処理装置において、シャワーヘッドは、半導体基板全体にプロセスガスを分配するために使用される場合がある。シャワーヘッドは、バックプレート、およびシャワーヘッドの外側につながる複数のガス分配穴を備えたフェースプレートによって境界が定められたプレナム容積を含むことができる。フェースプレートは、半導体処理チャンバまたは他の反応チャンバ内の基板反応領域に面し、基板は、ウエハを支持する台座上など、半導体処理チャンバ内のフェースプレートの下に載置される。

堆積プロセスで使用される反応物は高価である場合があり、それらの消費を低減することにより、各ウエハの処理に関連するコストが削減される。様々な処理ステップも最小の完了時間を有する可能性があり、上述のようなＡＬＤ堆積サイクルにおけるプロセスステップ間のシャワーヘッドをパージするための時間など、これらの時間のいくつかを短縮することにより、スループットが向上する可能性がある。気相での反応物の送給における流れの均一性を高めることは、堆積された膜の均一性を改善し得る。これは、特に投与中、および実施される場合にはプラズマ動作中である。しかし、シャワーヘッド内のパージ流の均一性を高めることは、シャワーヘッドをより効果的にパージし、シャワーヘッド内の不要なガス（反応する可能性のあるガスを含む）を除去することによって、膜の均一性も改善し得る。

低容積のシャワーヘッドは、シャワーヘッドと台座との間のギャップ（以下、「ギャップ」または「シャワーヘッド－台座ギャップ」と呼ぶ）を低減するように構成された外部形状を含み得る。このギャップを低減することは、ガス消費を低減し、堆積された膜の均一性を改善する。いくつかの台座は、基板が位置決めされる基板支持面、および基板支持面の周りおよび上に延びる外壁によって部分的に画定される空洞内に基板を位置決めすることができる。シャワーヘッドのこの外部形状は、シャワーヘッドの一部をこの台座空洞内に位置決めすることを可能にし得る。いくつかの実施形態では、外部形状は、ウエハに面するシャワーヘッドの前面の外径のサイジングを含み得、台座外壁の内径よりも小さい、ガスをウエハ上に分配するための貫通穴を含む。外部形状はまた、シャワーヘッド前面の周りに延び、シャワーヘッドと外壁との間にクリアランスを提供して前面を台座空洞内に位置決めすることを可能にする、外側円錐台面、例えば、チャンファを含み得る。

いくつかの実施形態では、シャワーヘッドは、チャンバの態様を測定する１つまたは複数のセンサを有するように構成され得る。シャワーヘッドは、フェースプレートに開口部を備えたポートと、ポートに隣接して、またはポートの一端に位置決めされた窓と、窓、ポート、および開口部を通してシャワーヘッドの外側の態様を検出することができる、窓に隣接して位置決めされたセンサとを有することができる。例えば、ポートは台座の上に位置決めされ得、レーザを有するセンサはシャワーヘッド内に位置決めされ得、それによりレーザは、シャワーヘッドと台座との間の距離を測定するために、窓、ポート、および開口部を通して台座上にビームを放出することができる。場合によっては、台座は、垂直、水平（例えば、ｘとｙ方向の両方）、ならびに１つまたは複数の軸の周りの角回転、およびある点の周りの傾斜運動を含む、多数の方向に移動するように構成されてもよい。台座は、台座支持面をシャワーヘッドの前面と平行にするまたは平行に近づけることを含めて、台座およびシャワーヘッドを位置合わせするために、シャワーヘッドのセンサによって提供される測定値に基づいて調整することができる。

本明細書に記載のシャワーヘッドは、約２１４ミリリットルを含む、２５０ミリリットル以下の内部プレナム容積を有するような低容積のシャワーヘッドと見なすことができる。比較すると、ほとんどの従来のシャワーヘッドは、５００ミリリットルを超える総内部容積を有する。

一般に、シャワーヘッドには、シャンデリアタイプとフラッシュマウントタイプの２つの主なタイプがある。シャンデリアタイプのシャワーヘッドは、一端がチャンバの上部に取り付けられ、他端がフェースプレートまたはバックプレートに取り付けられたステムを有する。ステムの一部は、ガスラインおよびＲＦ電力を接続するためにチャンバ上部から突出し得る。フラッシュマウントシャワーヘッドタイプは、チャンバの上部に統合され、典型的にはステムを有さない。図示の図面は一般にフラッシュマウントタイプのシャワーヘッドを参照しているが、本開示は、シャンデリアタイプのシャワーヘッドにも適用することができることを理解されたい。さらに、本明細書に記載のシャワーヘッドは熱またはプラズマ強化ＡＬＤプロセスを実施するために実装され得るが、反応物の消費および処理の均一性が懸念される他の処理技法においても実装されてもよい。処理技法には、化学気相堆積（ＣＶＤ）、プラズマ強化ＣＶＤ、および原子層エッチング（ＡＬＥ）プロセスを含むエッチングが挙げられる。

図９は、開示された実施形態による例示的なシャワーヘッドの等角図を図示する。この図では、シャワーヘッド９００は、ガス入口９０４を備えたバックプレート９０２と、バックプレート９０２に接続されたフェースプレート９０６とを含む。

図１０は、図９のシャワーヘッドの断面側面図を図示する。この断面図は、図９の断面線Ａ－Ａに沿って取られている。バックプレート９０２およびフェースプレート９０６は共に、シャワーヘッド９００内にプレナム容積９０８を部分的に画定し、バッフルプレート９１０は、プレナム内に位置決めされる。バックプレート１０２およびフェースプレート１０４は、それらが互いに面する表面を有するように、シャワーヘッド内で互いに対向して位置決めされ得る。一般に、プレナム容積１３０の第１の表面は、シャワーヘッドが使用するように構成される基板の直径と同様または実質的に同様の直径を有することができる。フェースプレート９０６は、プレナム容積９０８を部分的に画定し、バックプレート９０２に面する背面９１２と、処理チャンバ内に位置決めされた基板に面するように構成された前面９１４とを含む。フェースプレート９０６はまた、背面９１２から前面９１４にフェースプレート９０６を通って延び、流体がプレナム容積９０８からシャワーヘッド９０２の外側に、そして基板上に進行することを可能にする複数の貫通穴９１６（１つが図１０で識別される）を含む。

図１０にさらに見られるように、フェースプレート９０６は、バックプレート９０２の下でバックプレート９０２に接続され、１つの貫通穴９１６が、背面９１２から前面９１４にフェースプレート９０６を通って延びる。これらの貫通穴９１６の配置および構成は、以下でより詳細に説明される。プレナム容積９０８は、流体がガス入口９０４を通ってプレナム容積９０８に流れ、貫通穴９１６を介してフェースプレート９０６を通って流れることができるように、ガス入口９０４および貫通穴９１６に流体接続される。プレナム容積には、ガス入口を介して、反応物ガスまたはパージガスなどのガスを供給することができる。ガス入口は、ガスの送給のための１つまたは複数のガス供給部に接続することができる。 ガス入口は、ステム（図示せず）を含むことができる。

プレナム容積は、図１１Ａ～図１１Ｅを使用してさらに説明される。図１１Ａでは、図１０の断面図は暗い陰影で描かれたプレナム容積９０８で図示されているが、説明および明確化の目的で、バッフルプレート９０６は、フェースプレート９０６およびバックプレート９０２のクロスハッチングと共に除去されている。図１１Ｂでは、プレナム容積のみのシャワーヘッドの中心軸を通る断面スライスが図示されている。フェースプレート９０６の背面９１４は、図１１Ａおよび図１１Ｂに見られるように、プレナム容積９０８を部分的に画定する。いくつかの実施形態では、図１０～図１１Ｅに示されるように、バックプレート９０２は、プレナム容積９０８を部分的にも画定する複数の表面を含む。
この複数の表面は、１つまたは複数の円錐台面を含み得る。

円錐台面は、尖った端のない円錐面であり、円錐台の基部に垂直な平面は、点をスライスまたは切断する。図１２は、例示的な円錐台面を図示する。見てわかるように、円錐台面Ｓは、第１の半径Ｒ₁を有する第１の円周Ｃ₁、および第１の半径Ｒ₁よりも大きい第２の半径Ｒ₂を有する第２の円周Ｃ₂によって画定される。２つの円周は、高さＨだけ互いにオフセットされる。円錐台面の長さＬは、第１および第２の円周Ｃ₁およびＣ₂の間にまたがっている。円錐台面はまた、中心軸を有し、第１の角度θ₁だけ中心軸からオフセットされる。

いくつかの実施形態では、図９～図１１Ｅに示すように、バックプレートは、３つの円錐台面を含み得る。本明細書の説明は３つの円錐台面のみに限定されず、いくつかの実施形態では、バックプレートは２つの円錐台面を有し得、他の実施形態では、４つ以上の円錐台面を有し得る。図１１Ｂは、第１の円錐台面９１８の２つのスライス、第２の円錐台面９２０の２つのスライス、および第３の円錐台面９２２の２つのスライスを識別する。図１１Ｃは、バックプレートの部分プロファイルの断面側面図を図示する。ここでは、プロファイルは、太い太線で図１１Ｂにおいてそれぞれ識別される３つの円錐台面９１８、９２０、および９２２の各々の２つのスライスを示し、バックプレートの他の表面は、点線で図示されている。３つの円錐台面９１８、９２０、および９２２の各々は、それぞれ長さＬ₁、Ｌ₂、およびＬ₃を有し、また、図１１Ｃに示すように、シャワーヘッドの中心軸９２４からそれぞれ第１の角度θ₁、第２の角度θ₂、および第３の角度θ₃によってオフセットされる。各円錐台面の内側および外側半径も図１１Ｃに図示されており、第１の円錐台面９１８は、内側半径Ｒ_1Aおよび外側半径Ｒ_2Aを有し、第２の円錐台面９２０は、内側半径Ｒ_1Bおよび外側半径Ｒ_2Bを有し、第３の円錐台面９２２は、内側半径Ｒ_1Cおよび外側半径Ｒ_2Cを有する。

図１１Ｄは、バックプレート９０２の下側の平面図を図示する。３つの円錐台面９１８、９２０、および９２２は、陰影で識別される。これらの３つの円錐台面は、バックプレート９０２の中心軸９２４（「Ｘ」でマークされている）の周りに完全に延び、これらの円錐台面の各々の中心軸は、互いに同一直線上にあり、バックプレート９０２の中心軸９２４と同一直線上にある。これらの３つの円錐台面の各々は、その表面の内側半径によって画定された第１の円周、およびその表面のより大きな外側半径によって画定された第２の円周を有し、それによって第２の円周は第１の円周よりも大きくなる。図１１Ｄは、第１の円錐台面９１８の第１の円周Ｃ_1Aおよび第２の円周Ｃ_2A、第２の円錐台面９２０の第１の円周Ｃ_1Bおよび第２の円周Ｃ_2B、ならびに第３の円錐台面９２２の第１の円周Ｃ_1Cおよび第２の円周Ｃ_2Cの識別を含む。

いくつかの実施形態では、図１１Ｂ～図１１Ｅに示されるように、バックプレートの円錐台面は、ガス入口９０４から半径方向外側に、およびガス入口９０４の周りに位置決めされ得る。これらの表面はまた、様々な半径方向位置およびバックプレートの中心軸からの間隔において間隔を空けることができる。図１１Ｂ～図１１Ｅでは、第１の円錐台面９１８がガス入口９０４に隣接して見られ、場合によっては、第１の円錐台面の内側半径がガス入口９０４の境界を形成し得る。第２の円錐台面９２０は、バックプレート９０２の中心軸９２４に対して、第１の円錐台面９１８から半径方向外側にオフセットされ、それにより第１の円錐台面９１８は、図１１Ｂ～図１１Ｅに図示されるように、中心軸に沿って見たとき、断面として見たとき、および中心軸に垂直に見たときなど、ガス入口９０４と第２の円錐台面９２０との間に挿入される。いくつかのそのような実施形態では、第１の円錐台面９１８の外側半径Ｒ_1Bは、第２の円錐台面９２０の内側半径Ｒ_2Aよりも小さい。

いくつかの実施形態では、１つまたは複数の別の表面が、第１および第２の円錐台面９１８および９２０の間にまたがることができる。例えば、図１１Ｂに見られるように、表面９２６（陰影なし）が、第１の円錐台面９１８の外側半径Ｒ_2Aと第２の円錐台面９２０の内側半径Ｒ_1Bとの間にまたがる。場合によっては、この表面は、平面であり、バックプレート９０２の中心軸９２４に垂直である１つまたは複数の部分を含み得る。この垂直性は正確ではない場合があり、例えば、製造公差および不完全性のために実質的に垂直であると見なされ得る。この表面９２６はまた、平面表面と円錐台面との間に滑らかな遷移を形成してこれらの表面に沿った滑らかな流体の流れを可能にするために、１つまたは複数の湾曲部分を含み得る。この表面はまた、図１１Ｃにも見られる。

いくつかの他の実施形態では、図９～図１１Ｅには図示されていないが、第１および第２の円錐台面９１８および９２０は、第１の円錐台面９１８の外側半径Ｒ_2Bが第２の円錐台面９２０の内側半径Ｒ_1Bと同じになるように、互いに直接隣接してもよい。いくつかのそのような例では、第１の円錐台面９１８の第２の円周Ｃ_2Aは、第２の円錐台面９２０の第１の円周Ｃ_1Bと同じであり得る。

図１１Ｂ～１１Ｅに戻ると、第３の円錐台面９２２は、バックプレート９０２の中心軸９２４に対して、第２の円錐台面９２０から半径方向外側に位置決めされ得、それにより第２の円錐台面９２０は、図１１Ｃおよび図１１Ｅに図示されるように、中心軸９２４に沿って見たとき、または断面として見たとき、および中心軸に垂直に見たとき、第１の円錐台面９１８と第３の円錐台面９２２との間に挿入される。いくつかのそのような実施形態では、図１１Ｄに見られるように、第２の円錐台面９２０の外側半径Ｒ_2Bは、第３の円錐台面９２２の内側半径Ｒ_1Cよりも小さい。上記と同様に、いくつかの実施形態では、別の表面９２８は、第２および第３の円錐台面９２０、９２２の間にまたがることができる。この他の表面は、表面９２６と同様に、中心軸９２４に垂直な１つまたは複数の平面部分を有し得、また、これらの表面に沿った滑らかな流れを可能にするために、円錐台面と接続する１つまたは複数の湾曲面を含み得る。例示的な湾曲面９３０Ａ、９３０Ｂ、および９３０Ｃが、図１１Ｃおよび図１１Ｄに示されている。

いくつかの実施形態では、バックプレートの円錐台面は、バックプレートの中心軸に沿って互いに垂直にオフセットされ得る。場合によっては、第１の円錐台面は、ガス入口に最も近い、または隣接する中心軸に沿って位置決めされ、ならびにガス入口と同じ位置で中心軸に沿って位置決めされ得る。図１１Ｃの右側の表面を図示する図１１Ｅでは、表面の垂直オフセットが示されている。ここでは、第１の円錐台面９１８の第１の円周Ｃ_1Aは、中心軸９２４に沿って、ガス入口９０４と同じ位置に位置決めされる。第１の円錐台面９１８の第２の円周Ｃ_2Aは、第１の高さＨ１だけ中心軸９２４に沿ってオフセットされる。第２の円錐台面は、第１の円錐台面よりもガス入口から離れて中心軸に沿って垂直にオフセットされ得る。いくつかのそのような例では、第１の円錐台面の第２の円周は、中心軸に沿って、第２の円錐台面の第１の円周と同じ位置にあってもよく、他の実施形態では、第２の円錐台面の第１の円周は、第１の円錐台面の第２の円周よりも中心軸に沿ってガス入口から離れてオフセットされてもよい。図１１Ｅでは、第２の円錐台面９２０の第１の円周Ｃ_1Bは、中心軸９２４に沿って、第１の円錐台面９１８の第２の円周Ｃ_2Aと同じ位置に位置決めされる。第２の円錐台面９２０の第２の円周Ｃ_2Bは、第２の高さＨ₂だけ中心軸９２４に沿ってオフセットされる。いくつかのそのような実施形態では、第１の円錐台面は、ガス入口と第２の円錐台面との間の中心軸に沿って挿入されていると見なすことができる。

同様に、第３の円錐台面は、第１および第２の円錐台面よりもガス入口から離れて中心軸に沿って垂直にオフセットされ得る。いくつかのそのような例では、第２の円錐台面の第２の円周は、中心軸に沿って、第３の円錐台面の第１の円周と同じ位置にあってもよく、他の実施形態では、第３の円錐台面の第１の円周は、第２の円錐台面の第２の円周よりも中心軸に沿ってガス入口から離れてオフセットされてもよい。図１１Ｅでは、第３の円錐台面９２２の第１の円周Ｃ_1Cは、中心軸９２４に沿って、第２の円錐台面９２０の第２の円周Ｃ_2Bと同じ位置に位置決めされる。第３の円錐台面９２２の第２の円周Ｃ_2Cは、第３の高さＨ₃だけ中心軸９２４に沿ってオフセットされる。いくつかのそのような実施形態では、第２の円錐台面は、第１および第３の円錐台面の間の中心軸に沿って挿入されていると見なすことができる。

いくつかの実施形態では、第１の円錐台面９１８の内側半径Ｒ_1Aは、約０．２０インチ～０．０４５インチ（約０．５０８～０．１１４３ｃｍ）であり得、０．３インチ（０．７６２ｃｍ）を含み、第１の円錐台面９１８の外側半径Ｒ_2Aは、約１．２５インチ～３．０インチ（約３．１７５～７．６２ｃｍ）であり得、１．５インチ（３．８１ｃｍ）を含む。第２の円錐台面９２０の内側半径Ｒ_1Bは、約２．００インチ～３．７５インチ（約５．０８～９．５２５ｃｍ）であり得、３．０インチ（７．６２ｃｍ）を含み、第２の円錐台面９２０の外側半径Ｒ_2Bは、約２．５インチ～４．２５インチ（約６．３５～１０．７９５ｃｍ）であり得、３．５インチ（８．８９ｃｍ）を含む。第３の円錐台面９２２の内側半径Ｒ_1Cは、約４．２５インチ～５．７５インチ（約１０．７９５～１４．６０５ｃｍ）であり得、約５．００インチ（約１２．７ｃｍ）を含み、第３の円錐台面９２２の外側半径Ｒ_2Cは、約４．７５インチ～６．２５インチ（約１２．０６５ｃｍ～１５．８７５ｃｍ）であり得、５．７５インチ（１４．６０５ｃｍ）を含む。いくつかの実施形態では、第１の円錐台面９１８の長さＬ₁は、約１．１５インチ～２．５インチ（約２．９２１～６．３５ｃｍ）であり得、約１．５インチ（約３．８１ｃｍ）を含み、第２の円錐台面９２０の長さＬ₂は、０．２５インチ～１．５インチ（０．６３５ｃｍ～３．８１ｃｍ）であり得、０．５インチ（１．２７ｃｍ）を含み、第３の円錐台面９２２の長さＬ₃は、約０．２５インチ～１．７５インチ（約０．６３５ｃｍ～４．４４５ｃｍ）であり得、０．７５インチ（１．９０５ｃｍ）を含む。いくつかの実施形態では、第１の円錐台面９１８の第１の角度θ₁は、約５０°～９５°であり得、第２の円錐台面９２０の第２の角度θ₂は、約４５°～８５°であり得、第３の円錐台面９２２の第３の角度θ₃は、６５°～８９°であり得る。いくつかの実施形態では、第１の円錐台面９１８の第１の高さＨ１は、約０．１インチ～０．５インチ（約０．２５４ｃｍ～１．２７ｃｍ）であり得、０．１７インチ（０．４３１８ｃｍ）を含み、第２の円錐台面９２０の第２の高さＨ₂は、約０．１インチ～０．３インチ（約０．２５４ｃｍ～０．７６２ｃｍ）であり得、第３の円錐台面９２２の第３の高さＨ₃は、約０．００５インチ～０．２５インチ（約０．０１２７ｃｍ～０．６３５ｃｍ）であり得、０．０４インチ（０．１０１６ｃｍ）を含む。本発明者らは、これらの寸法が、いくつかの実施形態では、シャワーヘッドのプレナム容積を有利に低減しながら、シャワーヘッド内およびフェースプレートからの流れの均一性を改善し得ることを決定した。

次に、バッフルプレートの態様について説明する。図１０に戻ると、バッフルプレート９１０は、シャワーヘッド９００のプレナム容積９０８内に位置決めされる。バッフルプレートは、バックプレート９０２のガス入口９０４に面する上面と、フェースプレート９０６に面する底面と、上面から底面にバッフルプレート９１０を通って延びるバッフルプレート貫通穴とを含む。バッフルプレート９１０は、プレナム容積９０８内に位置決めされ、プレナム容積９０８全体にわたって外側に、かつバッフルプレート９１０を通してフェースプレート９０６に向かって下側にガスを誘導する。図１３Ａは、バッフルプレートの側面図を図示し、図１３Ｂは、バッフルプレートの上面図を図示する。図１３Ａでは、バッフルプレート９１０の上面９３２および底面９３４が識別される。いくつかの実施形態では、バッフルプレートの上面および底面は、平面であり、互いに平行であり得、製造公差および他の公差を考慮して互いに実質的に平行である。バッフルプレート９１０はまた、シャワーヘッド内の均一なガス流を提供するために、ガス入口９０４の中心にあってもよい。

図１３Ａに示すようないくつかの実施形態では、バッフルプレート９１０は、バッフルプレートの外側領域の周りに円錐台面９３６を有し得る。円錐台面９３６は、バックプレート９０６に面し得、中心軸に平行な角度成分を有し得、場合によっては、バックプレート９０８の第２の円錐台面９２０に面し得る。この円錐台面９３６の第１の円周は、上面９３２の外径９３８によって画定することができる場合によっては、円錐台面９３６の第２の円周は、バッフルプレート９１０の外径９４２を形成し得る湾曲面９４０などの別の表面と交差し得る。同様に、上面９３２と円錐台面９３６との間に湾曲面があり得、図１３Ａおよび図１３Ｂにおいて９３７として識別される。いくつかの実施形態では、外径９４２は、約１４０ｍｍ～２００ｍｍであってもよい。これらの表面および構成は、バッフルプレートの周囲の均一な流体の流れを可能にし、バッフルプレートにかかる剪断力を低減し、したがって粒子の生成を低減することが可能である。

いくつかの実施形態では、バッフルプレート９１０の中心軸に平行な軸から測定される、バッフルプレートの円錐台面９３６の角度θ４は、バックプレート９０２の第２の円錐台面９２０の角度と相補的であり得る。これにより、バックプレート９０２の第２の円錐台面９２０およびバッフルプレートの円錐台面は互いに平行になることができる。図１４は、図１０のシャワーヘッドの断面図の右半分の拡大部分を図示する。バッフルプレート９１０は、プレナム容積９０８の内側に位置決めされ、バッフルプレートの円錐台面９３６、軸中心軸９２４からのその角度θ４、バックプレート９０２の第２の円錐台面９２０、および第２の角度θ₂が識別される。これらの表面および角度は、角度θ４および第２の角度θ₂が互いに相補的であり、合計で１８０°になるように構成される。いくつかの実施形態では、製造の不正確さおよび公差を考慮すると、これらの角度は正確に相補的ではない可能性があるが、代わりに、１８０°の＋／－５°以内など、非常に近く実質的に相補的であり得る。いくつかの実施形態では、角度θ４は約１１０°であってもよく、第２の角度θ₂は約７０°であってもよい。図１３Ｂのバッフルプレートの上面図に戻ると、陰影で強調された円錐台面９３６は、バッフルプレート９１０のすべての周りに延びているのが見られる。

バッフルプレートの貫通穴は、バッフルプレートを横切ってバッフルプレートを通過することを含めて、プレナム容積全体に均一な流れを少なくとも部分的に可能にするように構成することができる。いくつかの実施態様では、バッフルプレート９１０における貫通穴の数は、バッフルプレート９１０を横切って通過する流れの均一性に影響を及ぼし得る。一般に、ガスは最も抵抗の少ない経路に沿って流れるので、例えば、バッフルプレート９１０の貫通穴が低い圧力降下を引き起こす場合、ガスの流れは、バッフルプレート９１０の中央領域における貫通穴およびフェースプレートの中央領域における貫通穴を通って噴出し得る。しかし、圧力降下が高いと、ガスの流れをバッフルプレート９１０の縁部およびフェースプレートの縁部に向かってより外側に押し出すことになる。これらの潜在的な結果は、フェースプレートからの不均一な流れをもたらす可能性があり、基板上の不均一性の増加につながり得る。より高い圧力降下を容易にするために、バッフルプレート９１０における貫通穴の数、貫通穴の直径、またはその両方を減少させ、従来のシャワーヘッドからの内部容積の減少を伴うことができる。そうでなければ、バッフルプレート９１０に過剰な数の貫通穴がある場合、貫通穴の直径が大きすぎる場合、またはその両方である場合、圧力降下が低すぎる可能性があり、流束は中心から縁部までバッフルプレート９１０全体において均一ではない。したがって、バッフルプレートにおける貫通穴の数およびそれらの直径は、バッフルプレートを通過して横切る均一な流れを提供するように構成される。図１４では、例示的な流れベクトルが黒い矢印として示されており、ガス入口９０４から、バッフルプレート９１０の一部を横切って、フェースプレート９０６の縁部に向かって、ならびにバッフルプレート貫通穴９４６を通ってガスが流れることを示している。

図１３Ｂに戻ると、上面から底面にバッフルプレート９１０を通って延びる複数のバッフルプレート貫通穴が見られる。図１３Ｂに図示されるようないくつかの実施形態では、いくつかの貫通穴は、他の貫通穴の外径とは異なる外径を有し得る。いくつかのそのような例では、貫通穴の外径は、バッフルプレートの中心からの半径方向の距離が増加するにつれてサイズが大きくなる場合がある。例えば、バッフルプレートの第１のセクションは、各々が第１の外径を有する第１の数の貫通穴を有してもよく、バッフルプレート中心軸に対して第１のセクションから半径方向外側にオフセットされた第２のセクションは、各々が第１の外径よりも大きい第２の外径を有する第２の数の貫通穴を有してもよい。

図１３Ｃは、図１３Ｂの拡大図を図示する。ここでは、バッフルプレート９１０の様々なセクションは陰影を付けられ、バッフルプレートの中心軸９５１は「Ｘ」として図示され、上記のように、バッフルプレートの中心軸９５１は、シャワーヘッドの中心軸９２４と同一直線上にあり得る。暗い陰影で示されるバッフルプレートの第１のセクション９４４は、バッフルの中心軸９５１に最も近く位置決めされ、それを取り囲み、第１の数の貫通穴９４６Ａがこのセクション内にあり、それらはすべて第１の外径を有する。これらの貫通穴９４６Ａはまた、バッフルプレートの中心軸９５１の周りに延びるリングに配置される。光の陰影で示される第２のセクション９４８は、中心軸９５１に対して第１のセクション９４４から半径方向外側にオフセットされ、第１のセクションに隣接しており、この第２のセクション９４８は、第１のセクション９４４よりも中心軸９５１から離れている。第２のセクション９４８は、第２の数の貫通穴９４６Ｂを含み、それらは第１のセクション９４４における第１の数の貫通穴９４６Ａの第１の直径よりも大きい第２の外径を有する。暗い陰影で示される第３のセクション９５０は、第１のセクション９４４と第２のセクション９４８の両方から半径方向外側にオフセットされ、第２のセクション９４８に隣接しており、この第３のセクション９５０は、第１および第２のセクションよりも中心軸９５１から離れている。第３のセクション９５０は、第３の数の貫通穴９４６Ｃを含み、それらは第１のセクション９４４における第１の数の貫通穴９４６Ａの第１の直径と、第２のセクション９４６における第２の数の貫通穴９４６Ｂの第２の直径の両方よりも大きい第３の外径を有する。第３の数の貫通穴９４６Ｃもまた、中心軸９５１の周りの３つのリングに沿って配置され、第１および第２のセクションは、穴の２つのリングを有する。

バッフルプレートの３つの追加のセクションもまた、陰影で強調される。第４のセクション９５２は、第３のセクション９５０から半径方向外側に位置決めされ、第３の外径よりも大きい第４の外径を有する第４の数の貫通穴（符号なし）を含み、このセクションはまた、貫通穴の３つのリングを含む。同様に、第５のセクション９５４は、第４のセクション９５２から半径方向外側に位置決めされ、第４の外径よりも大きい第５の外径を有する第５の数の貫通穴（符号なし）を含み、このセクションはまた、貫通穴の３つのリングを含む。第６のセクション９５６は、第５の外径よりも大きい第６の外径を有する第６の数の貫通穴（符号なし）を含み、このセクションは、貫通穴の２つのリングを含む。いくつかの実施形態では、第１の直径は、約０．３０ｍｍ～０．６５ｍｍであり得、第２の直径は、約０．５０ｍｍ～０．７５ｍｍであり得、第３の直径は、約０．６０ｍｍ～０．９ｍｍであり得、第４の直径は、約０．７ｍｍ～１．１ｍｍであり得、第５の直径は、０．８ｍｍ～１．２５ｍｍであり得、第６の直径は、約０．９ｍｍ～１．４ｍｍであり得る。バッフルプレートの構成は、バッフルプレートを通過する、全体にわたる、およびその周囲を含む、プレナム容積を通る均一な流れを提供する。

バッフルプレートはまた、シャワーヘッドを通るより速くより均一な流体の流れを提供するために、プレナム容積内に位置決めされる。いくつかの実施形態では、これは、バックプレートのガス入口の中心軸と同一直線上にあるようにバッフルプレートの中心軸を位置決めすることを含む。これはまた、バッフルプレートが第１の円錐台面よりも中心軸に沿ってガス入口からより離れるように、中心軸に沿ってバッフルプレートを位置決めすることを含み得る。これはまた、バッフルプレートの上面が第２の円錐台面の第１の円周よりもガス入口から中心軸に沿って離れるようにバッフルプレートを位置決めすることを含み得、これは、第２の円錐台面の第１および第２の円周の間の中心軸に沿ってバッフルプレート上面を位置決めすることをさらに含み得る。場合によっては、バッフルプレートの底面は、第３の円錐台面の第１の円周よりもガス入口から離れて中心軸に沿って位置決めされてもよい。バッフルプレートの底面はまた、フェースプレートから中心軸に沿ってオフセットされ得る。

図１４に戻ると、バッフルプレートは、バッフルプレート９１０が第１の円錐台面９１８よりも中心軸９２４に沿ってガス入口９０４からより離れるように、バッフルプレート９１０の上面９３２が第２の円錐台面９２０の第１の円周Ｃ_1Bよりもガス入口９０４から中心軸９２４に沿って離れるように、上面９３２もまた第２の円錐台面９２０の第１および第２の円周Ｃ_1BおよびＣ_2Bの間の中心軸９２４に沿って位置決めされるように、そしてバッフルプレート９１０の底面９３４が第３の円錐台面９２２の第１の円周Ｃ_1Cよりもガス入口９０４から離れて中心軸９２４に沿って位置決めされるように、プレナム容積内に位置決めされる。図１４にも見られるように、第３の円錐台面９２２の第２の円周Ｃ_2Cは、フェースプレート９０６の背面９１２から中心軸に沿ってオフセットされる。プレナム容積内のバッフルプレートのこの位置決めは、シャワーヘッドを通る均一で迅速かつ効率的な流体の流れを可能にする一方、シャワーヘッドの容積を低減し、これにより流体消費を低減し、粒子汚染を低減する。本明細書で説明されるように、バッフルプレートの位置決めおよび構成により、ガス流は、バッフルプレート貫通穴を通ってだけでなく、プレナム容積全体にわたってフェースプレートの縁部に向かって外側に誘導される。貫通穴を通してプレナム容積全体にわたって外側にガスの流れを誘導することによって、従来のシャワーヘッドと比較してシャワーヘッドの全体的な内部容積を低下させても、より空間的に均一なガスの流れを得ることができる。

上記のように、フェースプレートはまた、フェースプレートを通って延び、ガスがプレナム容積からシャワーヘッドの外側および基板上に流れることを可能にする複数の貫通穴を含む。バッフルプレート貫通穴について上述したのと同様に、フェースプレート９０６における貫通穴の数もまた、フェースプレート９０６を横切る流れの均一性に影響を及ぼし得る。ここでは、より高い圧力降下を容易にするために、フェースプレート９０６における貫通穴の数を減少させ、従来のシャワーヘッドからの内部容積の減少を伴うことができる。フェースプレート９０６に過剰な数の貫通穴がある場合、圧力降下が低すぎる可能性があり、流束は中心から縁部までフェースプレート９０６全体において均一ではない場合がある。いくつかの実施態様では、フェースプレート９０６における貫通穴の数は、約１０００～約３，０００個の貫通穴、または約２５００～約２，７５０個の貫通穴であってもよい。

いくつかの実施形態では、これらの貫通穴はすべて、同じ外径、例えば約０．０１５インチ～０．１インチ（約０．０１５ｃｍ～０．２５４ｃｍ）であり得る。これらのフェースプレート貫通穴はまた、フェースプレートから均一な流れを作り出すために、フェースプレート全体に配置することもできる。図１５Ａは、前面（基板に面するように構成された表面）および可視の貫通穴を備えたフェースプレートの平面図を図示する。見てわかるように、フェースプレート９０６の貫通穴９１６は、フェースプレートおよび前面９１４を通って延びる。これらの貫通穴はまた、フェースプレートの中心軸の周りに中心があり、穴を互いにオフセットする複数の円に沿って配置される。例えば、フェースプレートは、フェースプレートの中心軸の中心にある貫通穴を有することができ、これは、図１１Ａで識別される貫通穴９１６である。この中心貫通穴のすぐ隣には、第１の直径を有する第１の円に沿って等間隔に配置された複数の穴があり得、この円からすぐ半径方向外側には、該複数の穴よりも多くの穴を有する第２の複数の穴を有する別の円があり得、この第２の複数の穴は、この第２の円に沿って等間隔に配置され得る。この等間隔は常に正確であるとは限らず、実質的に等間隔であると見なされる場合があり、これは製造または他の不整合に起因するものであり得、それにより間隔が等間隔の約＋／－５％以内となり得る。

図１５Ｂは、図１５Ａのフェースプレートの中央の部分拡大セクションを図示する。中心貫通穴９１６が識別され、複数の他の貫通穴が見られる。中心貫通穴は、フェースプレートの中心軸の中心にあり得る。第１の参照円９５８が中心貫通穴９１６の周りに延びているのが見られ、６つの穴がこの第１の参照円に沿って等間隔に配置されている。２つの貫通穴は、データム９６１の中心にある。第２の参照円９６０は、第１の参照円９５８から半径方向にオフセットされ、その周りに延びる。１２個の貫通穴がこの第２の参照円９６０の周りに等間隔に配置されるが、これらの貫通穴は、第１の角度（例えば１５°）だけデータム９６１からオフセットされる。第３の参照円９６２は、第２の参照円９６０から半径方向にオフセットされ、その周りに延びる。１８個の貫通穴がこの第３の参照円９６２の周りに等間隔に配置され、これらの貫通穴は、データム９６１からオフセットされない。第４の参照円９６４は、第３の参照円９６２から半径方向にオフセットされ、その周りに延びる。２４個の貫通穴がこの第４の参照円９６４の周りに等間隔で配置されるが、これらの貫通穴は、第２の角度（例えば７．５°）だけデータム９６１からオフセットされる。この間隔は、図１５Ｃに示す表に記載されるように続くことができ、これは、フェースプレート９０６が各々直径約０．０４インチ＋／－０．００１インチ（約０．１０１６ｃｍ＋／－０．００２５４ｃｍ）である合計２，６１０個の貫通穴を含むように、フェースプレート貫通穴の仕様を図示している。いくつかの実施形態では、貫通穴は、直径約０．０３～０．０５インチであり得、０．０４インチを含む。提供される角度も正確ではない場合があり、変動性および製造の不正確さのために、例えば、＋／－１°または０．５°以内である可能性がある。

フェースプレートの外部はまた、従来のシャワーヘッドよりも台座上に位置決めされた基板の近くに位置決めされるように構成され得、これは流体消費を低減し、均一性を改善するのに役立ち得る。上記のように、台座および静電チャック（ＥＳＣ）などのいくつかの基板支持体は、基板支持面（その上に基板が位置決めされる）および基板支持面の上にある外壁によって部分的に画定される空洞内に基板を位置決めすることができる。多くのシャワーヘッドは、基板支持体の空洞の上および外に留まるように設計されている。本明細書に開示されるフェースプレートの外部形状は、この台座空洞内にその一部を位置決めすることを可能にし、したがって台座シャワーヘッドギャップを低減することができる。

図１６Ａは、シャワーヘッドおよび例示的な台座の断面側面図を図示する。例示的な台座１６８０は、基板を保持および支持するように構成された基板支持面１６８２と、壁上面１６８６を有する外壁１６８４（点線形状によって包含される）と、基板支持面１６８２および外壁１６８４によって少なくとも部分的に画定された空洞１６８８（陰影および破線で示される）とを含む。フェースプレート９０６の前面９１４は、台座１６８０に面しており、フェースプレート９０６の前面９１４と基板支持面１６８２との間で測定された台座シャワーヘッドギャップ１６９０が示されている。フェースプレート９０６の前面９１４、およびフェースプレート９０６の一部もまた、台座の空洞１６８８内に位置決めされているのが見られ、したがって前面９１４が基板支持面１６８２に近くなり、すなわち、台座シャワーヘッドギャップ１６９０は、壁上面１６８６と基板支持面１６８２との間の距離よりも小さい。

図１６Ｂは、図１６Ｂが台座１６８０の一部を含むことを除いて、図１４と同様の図１６Ａの拡大部分を図示する。ここでは、シャワーヘッド９００と台座１６８０との間の間隔が示されている。この場合も、フェースプレート９０６の前面９１４は、台座１６８０および台座シャワーヘッドギャップ１６９０に面し、フェースプレート９０６の前面９１４は、壁上面１６８６と基板支持面１６８２との間の距離よりも基板支持面１６８２の近くに位置決めすることができる。フェースプレート９０６はさらに、台座１６８０の空洞１６８８内に位置決めすることができる。

いくつかの実施形態では、フェースプレート９０６の前面９１４の外径は、フェースプレートが基板支持キャビティ内に適合することができるように、台座壁の内径よりも小さいサイズにすることができる。加えて、フェースプレートは、シャワーヘッドの中心軸の周りに延びる円錐台面を有し得、これにより、フェースプレートの前面を台座のより近くに位置決めすることがさらに可能になる。図１１Ａ、図１４、および図１６では、フェースプレート円錐台面９６６が識別される。図１５では、フェースプレート円錐台面９６６も陰影で示されており、この表面９６６は、フェースプレート９０６全体の周りに延び、中心軸９２４に対して前面９１４から半径方向外側にオフセットされる。いくつかの実施形態では、この円錐台面は、約０．０５インチ～０．４インチ（約０．１２７ｃｍ～１．０１６ｃｍ）の長さと、約０．０２インチ～１．０インチ（約０．０５０８ｃｍ～２．５４ｃｍ）の高さと、中心軸９２４から約９０°よりも大きい角度（約９５°～１５０°）とを有し得る。

シャワーヘッドのいくつかの要素は、金属または金属合金で作製されてもよい。例えば、バックプレート、バッフルプレート、およびフェースプレートはすべて、アルミニウム、アルミニウム６０６１、石英、およびステンレス鋼などの金属または金属合金で構成され得る。材料は、遠隔洗浄と互換性があり得、そして不動態化するか、またはアンモニア／フッ素ラジカルと容易に反応しない材料であり得る。

シャワーヘッドはまた、センサがシャワーヘッドの外側からデータを得ることができるようにするために、シャワーヘッドの一部を通って延びる１つまたは複数のポートを有し得る。各ポートは、基板支持体に面するように構成されたシャワーヘッドのフェースプレートに開口部を有する場合がある。いくつかの実施形態では、窓を端部にまたはポートに沿って位置決めし、シャワーヘッドの外側の環境からセンサを保護しながら、センサがポートを通してデータを収集することを可能にすることができる。図１０および図１１Ａを参照すると、シャワーヘッドは、フェースプレート９０６およびバックプレート９０２を通って延びるポート９６８（破線形状によって囲まれる）を含み、フェースプレート９０２に開口部９７０を有し、窓９７２もまた、ポート９６８の後端９７４に位置決めされ、これらの特徴は、図１４の拡大部分でも識別される。シャワーヘッドはまた、フェースプレート９０６における各ポート９６８の開口部９７０を識別する、図１５Ａに見られるような２つ以上（例えば３つ）のポートを含み得る。ポートは、図１０、図１１Ａ、図１４、および図１５に見られるように、フェースプレート前面９１４から半径方向外側に位置決めすることができる。ポートは、フェースプレートの円周に沿って等間隔に配置され得る。場合によっては、この等間隔は常に正確であるとは限らず、実質的に等間隔であると見なされる場合があり、これは製造または他の不整合に起因するものであり得、それにより間隔が等間隔の約＋／－５％以内となり得る。窓はこれらの図にも見られ、サファイアおよび石英など、様々な処理ガスへの曝露に耐えることができる材料で作製されてもよい。

シャワーヘッドは、窓に隣接して位置決めされ、シャワーヘッドにおけるポートの開口部の外側からデータを得るように構成された様々なセンサを含み得る。いくつかの実施形態では、シャワーヘッドは３つのレーザを含み得、各レーザはポートに隣接して位置決めされ、それによりレーザは、窓、ポート、および開口部を通してレーザ光を放出することができる。これらのレーザは、シャワーヘッドから離れた基板支持体の距離を検出するように構成することができ、これらの距離測定値は、様々な有利な調整に使用することができる。例えば、レーザからの距離測定値は、台座シャワーヘッドギャップをより的確かつ正確に検出することができるものであり得、その結果このギャップを低減することができ、これにより均一性を改善し、ガス消費を低減することができる。従来の台座およびシャワーヘッド構成は、レーザ測定値を使用して得ることができる程度まで台座シャワーヘッドギャップを的確に測定することができない。加えて、これらのレーザは、台座およびシャワーヘッドが真空中で高熱（例えば、４５０℃）にあり、これらの要素を反らせる可能性がある場合の処理中の測定を可能にする。台座シャワーヘッドギャップを的確かつ正確に測定してその場の距離および条件を得ることにより、シャワーヘッドおよび台座を正しい所望の距離および位置に位置決めおよび調整することができる。

場合によっては、これらの測定値は、シャワーヘッドが台座と平行であるかどうかの決定にも役立つ。これは、シャワーヘッドと台座との間の平行度と見なすことができる。平行度は、台座外壁または台座基板支持面とシャワーヘッドの前面との間で測定することができる。台座とシャワーヘッドとの間の平行度の偏差は、ガス消費およびウエハの均一性を含む、ウエハ上へのガス流に対する大きな割合の影響を及ぼし得る。このシャワーヘッドによって台座シャワーヘッドギャップが小さくなるほど、ウエハ上へのガス流に及ぼされる平行度の割合の影響がより大きくなり得る。

いくつかの実施形態では、台座またはＥＳＣは、シャワーヘッドの中心軸に平行である垂直ｚ方向、ならびにｚ方向に垂直なｘ－ｙ平面内、および１つまたは複数の軸または点の周りの１つまたは複数の傾斜方向を含む、様々な方向に調整可能であり得る。基板支持体が４５０℃などの高い動作温度にあるとき、基板支持体は反り、中心軸が非平行になる、オフセットされる、および非同一直線上になることを含めて、シャワーヘッドからずれてしまう可能性がある。シャワーヘッド上のセンサによる測定値を使用して、シャワーヘッドに対する基板支持体の位置を決定し、シャワーヘッドと台座をより位置合わせすることができるように基板支持体に対する調整を決定することができる。これは、例えば、基板支持体を測定すること、基板支持体の平面を決定すること、および基板の平面がシャワーヘッドとの位置合わせの特定の閾値内にあるかどうかを決定すること、ならびにシャワーヘッドを１つまたは複数の方向に移動、回転、またはその両方をさせることを含み得る。例えば、基板支持体とシャワーヘッドとの間の距離の３つの測定値が等しくないか、または互いに特定の閾値内にない場合、基板支持体はシャワーヘッドと平行ではないと決定され得る。これらの測定値を使用して、基板支持体をシャワーヘッドとより平行にすることができる軸の周りで基板支持体を回転させる、例えば、３点での距離が互いにより等しくなるようにするなど、基板支持体がより位置合わせされるように移動する方法を決定することができる。

本明細書に記載のコントローラは、基板支持体を制御してそのような移動を実施するための、センサを制御するための、および本明細書に記載の上記の決定を行うための命令を含むことができる。

本明細書に記載のシャワーヘッドは、１つまたは複数の利点を提供し得る。プレナム容積の表面（例えば、円錐台面）、バッフルプレート、およびプレナム容積内のバッフルプレートの位置決めの構成は、シャワーヘッドのプレナム容積を低減し、これにより前駆体投与中ならびにパージ中にシャワーヘッドを通って基板上に流れる流体消費量が減少する。この容積の低減によりシャワーヘッドを通って流れる時間を短縮し、これはパージ時間を短縮し、また投与（および実施される場合、プラズマ活性化時間）を短縮することができる。これらの時間の短縮により、スループットが向上する。本発明者らは、同じプロセスレシピ（ガス、流量、時間など）を使用するいくつかの実験において、従来のシャワーヘッドを使用すると、基板あたり１０Ｌの前駆体を使用してある厚さを有する膜が製造され、本明細書に記載のシャワーヘッドを使用すると、基板あたり６．５Ｌの前駆体を使用して同じ厚さの膜が製造されることを発見した。

本明細書に記載のシャワーヘッドの構成はまた、流れの均一性を改善し、次いで充填性能および膜の均一性を改善する。堆積性能の１つの尺度は、堆積された膜の充填ボイドであり、充填ボイドが低いほど、より良好な充填および堆積を示す。本明細書に記載のシャワーヘッドを使用すると、従来のシャワーヘッドと比較して、堆積された膜の充填ボイドが改善される。以下の表１に見られるように、本発明者らは、同じガスレシピが本明細書に開示されるシャワーヘッドおよび従来のシャワーヘッドを通って特定の時間にわたって流れるという４つの実験を実施した。見てわかるように、開示されたシャワーヘッドを使用すると、同じプロセスレシピに対する従来のシャワーヘッドよりも、充填ボイドが低くなり、したがって堆積性能が向上した。

本明細書に記載のシャワーヘッドを使用すると、堆積された膜の均一性も改善される。均一性の１つの測定指標は、堆積された膜の抵抗、Ｒｓ ＮＵであり、これは、膜の均一性の逆数である。図１７Ａおよび図１７Ｂは、２つの堆積された膜の抵抗不均一性の測定値を図示する。これらの膜は、図１７Ａに示す測定値が従来のシャワーヘッドに対するものであり、図１７Ｂに示す測定値が本明細書に開示されるシャワーヘッドに対するものであることを除いて、同じプロセスレシピを使用して堆積された。これらの２つの図からわかるように、図１７Ｂは、開示されたシャワーヘッドが膜全体でより均一な抵抗をもたらしたことを示し、これはより均一な膜を有することを示す。同様に、図１７Ｃおよび図１７Ｄは、図１７Ｃに示す測定値が従来のシャワーヘッドに対するものであり、図１７Ｄに示す測定値が本明細書に開示されるシャワーヘッドに対するものであることを除いて、同じプロセスレシピを使用して堆積されたが図１７Ａおよび図１７Ｂとは異なる２つの他の堆積された膜の抵抗不均一性の測定値を図示する。この場合も、図１７Ｄは、開示されたシャワーヘッドが膜全体にわたってより均一な抵抗、したがってより均一な膜をもたらしたことを示す。

本開示の低容積のシャワーヘッドは、半導体プロセスチャンバに設置することができる。プロセスチャンバは、チャンバハウジングの上部に取り付けられた低容積のシャワーヘッドを含むことができる。基板支持体は、プロセスチャンバ内および低容積のシャワーヘッドの下で半導体基板を支持し得る。マイクロ容積は、基板支持体と低容積のシャワーヘッドとの間に形成され得る。マイクロ容積は、基板反応領域として機能し、処理中に半導体基板の近くにプロセスガスを集中および保持するのを助けることができる。基板支持体は、ロードおよびアンロード動作を容易にするために上下に移動するように構成することができる。いくつかの実施態様では、低容積のシャワーヘッドは、ステムによってプロセスチャンバの蓋から吊り下げられ、それ自体がプロセスチャンバの「蓋」の一部を形成しない場合がある。そのような実施態様では、低容積のシャワーヘッドは、基板のロードおよびアンロード動作を容易にするために上下に移動するように構成され得る。

いくつかの実施態様では、１つまたは複数のプロセスチャンバが、マルチステーション半導体処理ツールにおけるプロセスステーションとして提供され得る。マルチステーションチャンバの一例は、図６に関して上に与えられている。いくつかの実施態様では、単一のプロセスチャンバは、複数の処理ステーションを含み得、それらの一部またはすべては、本明細書で説明されるように、それら自体のシャワーヘッドアセンブリを有し得る。

以上、シングルまたはマルチチャンバの半導体処理ツールにおける開示された実施形態の実施について説明した。本明細書で説明される装置およびプロセスは、例えば、半導体デバイス、ディスプレイ、ＬＥＤ、太陽光パネルなどの製作または製造のために、リソグラフィパターニングツールまたはプロセスと併せて使用されてもよい。典型的には、必須ではないが、そのようなツール／プロセスは、共通の製作施設で共に使用または実施される。膜のリソグラフィパターニングは、典型的には、以下のステップのいくつかまたはすべてを含み、各ステップが使用可能な多くのツールを用いて可能にされる：（１）スピンオンツールまたはスプレーオンツールを使用して、ワークピース（すなわち、基板）にフォトレジストを塗布するステップ、（２）ホットプレートまたは炉またはＵＶ硬化ツールを使用してフォトレジストを硬化するステップ、（３）ウエハステッパなどのツールを用いて可視光またはＵＶ光またはＸ線光でフォトレジストを露光するステップ、（４）ウェットベンチなどのツールを使用して、レジストを現像してレジストを選択的に除去し、それによってレジストをパターニングするステップ、（５）ドライエッチングツールまたはプラズマ支援エッチングツールを使用することによって、下層の膜またはワークピースにレジストパターンを転写するステップ、および（６）ＲＦまたはマイクロ波プラズマレジストストリッパなどのツールを使用してレジストを除去するステップ。

結論
前述の実施形態は、明確な理解のために多少詳しく説明されてきたが、一定の変更および修正が添付の特許請求の範囲の範囲内で実施されてもよいことは明らかであろう。本実施形態のプロセス、システム、および装置の実施には多くの別の方法があることに留意されたい。したがって、本実施形態は、限定ではなく例示と見なされるべきであり、それらの実施形態は本明細書に述べられる詳細に限定されるべきではない。

Claims (29)

1. シャワーヘッドであって、
   フェースプレートであって、前面および背面によって部分的に画定され、前記前面から前記背面に前記フェースプレートを通って延びる複数のフェースプレート貫通穴を有するフェースプレートと、
   ガス入口、第１の円錐台面、および第２の円錐台面を有するバックプレートと、
   前記ガス入口に流体接続され、前記ガス入口、前記フェースプレートの前記背面、前記第１の円錐台面、および前記第２の円錐台面によって少なくとも部分的に画定されたプレナム容積と、
   バッフルプレートであって、前記プレナム容積内に位置決めされ、上面および底面によって部分的に画定され、前記上面から前記底面に前記バッフルプレートを通って延びる複数のバッフルプレート貫通穴を有するバッフルプレートと
   を備え、
   前記第２の円錐台面は、前記シャワーヘッドの中心軸に対して前記第１の円錐台面から半径方向外側に位置決めされ、
   前記第２の円錐台面は、前記第１の円錐台面よりも前記ガス入口から離れて前記中心軸に沿って位置決めされ、
   前記第１の円錐台面は、前記中心軸に対して第１の角度であり、
   前記第２の円錐台面は、前記中心軸に対して第２の角度である、
   シャワーヘッド。
2. 請求項１に記載のシャワーヘッドであって、
   前記第２の円錐台面の内周は、前記中心軸に対して前記第１の円錐台面の外周から半径方向外側に位置決めされる、シャワーヘッド。
3. 請求項１に記載のシャワーヘッドであって、
   前記第１の角度は、前記第２の角度よりも大きい、シャワーヘッド。
4. 請求項３に記載のシャワーヘッドであって、
   前記第１の角度は、約５０°～約９０°であり、前記第２の角度は、約４５°～約８５°である、シャワーヘッド。
5. 請求項１に記載のシャワーヘッドであって、
   前記バックプレートは、前記第１の円錐台面と前記第２の円錐台面との間にまたがる第３の表面をさらに含む、シャワーヘッド。
6. 請求項５に記載のシャワーヘッドであって、
   前記第３の表面は、前記中心軸に垂直である平面部分を含む、シャワーヘッド。
7. 請求項１に記載のシャワーヘッドであって、
   前記バックプレートは、第３の円錐台面であって、前記中心軸に対して前記第２の円錐台面から半径方向外側に位置決めされ、それにより前記第２の円錐台面が前記第１の円錐台面と前記第３の円錐台面との間に半径方向に挿入される第３の円錐台面をさらに含み、
   前記第３の円錐台面は、前記中心軸に対して第３の角度で位置決めされる、
   シャワーヘッド。
8. 請求項７に記載のシャワーヘッドであって、
   前記第３の角度は、前記第１の角度および前記第２の角度よりも大きい、シャワーヘッド。
9. 請求項１に記載のシャワーヘッドであって、
   前記バッフルプレートの外縁は、前記中心軸に対して前記第１の円錐台面から半径方向外側に位置決めされる、シャワーヘッド。
10. 請求項９に記載のシャワーヘッドであって、
    前記バッフルプレートの前記外縁は、前記中心軸に対して、前記第２の円錐台面の内周と前記第２の円錐台面の外周との間に半径方向に挿入されて位置決めされる、シャワーヘッド。
11. 請求項１に記載のシャワーヘッドであって、
    前記バッフルプレートは、前記第１の円錐台面が前記バッフルプレートよりも前記ガス入口に近くなるように、前記中心軸に沿って位置決めされる、シャワーヘッド。
12. 請求項１１に記載のシャワーヘッドであって、
    前記バッフルプレートの前記上面は、前記ガス入口に面し、前記バッフルプレートの前記底面は、前記フェースプレートに面し、
    前記バッフルプレートは、前記バッフルプレートの前記上面が前記第２の円錐台面の内周と前記第２の円錐台面の外周との間の前記中心軸に沿って挿入されるように、前記中心軸に沿ってさらに位置決めされる、
    シャワーヘッド。
13. 請求項１２に記載のシャワーヘッドであって、
    前記バッフルプレートは、前記バッフルプレートの前記底面が前記第２の円錐台面の前記外周よりも前記ガス入口から離れるように、前記中心軸に沿ってさらに位置決めされる、シャワーヘッド。
14. 請求項１に記載のシャワーヘッドであって、
    前記バッフルプレートは、前記バックプレートに面するバッフルプレート円錐台面をさらに含む、シャワーヘッド。
15. 請求項１４に記載のシャワーヘッドであって、
    前記バッフルプレート円錐台面は、前記第２の角度と相補的である第４の角度だけ前記中心軸からオフセットされる、シャワーヘッド。
16. 請求項１に記載のシャワーヘッドであって、
    前記複数のバッフルプレート貫通穴は、前記中心軸に対して前記半径方向の位置決めが増加するにつれて増加する外径を有る、シャワーヘッド。
17. 請求項１６に記載のシャワーヘッドであって、
    第１の数のバッフルプレート貫通穴は、前記バッフルプレートの第１のセクションに位置決めされ、第１の外径を有し、
    第２の数のバッフルプレート貫通穴は、前記バッフルプレートの第２のセクションに位置決めされ、前記第１の外径よりも大きい第２の外径を有し、
    前記第２のセクションは、前記中心軸に対して前記第１のセクションから半径方向外側にオフセットされる、
    シャワーヘッド。
18. 請求項１７に記載のシャワーヘッドであって、
    前記第１の外径は、約０．３ｍｍ～約０．６５ｍｍであり、前記第２の外径は、約０．５ｍｍ～０．７５ｍｍである、シャワーヘッド。
19. 請求項１７に記載のシャワーヘッドであって、
    第３の数のバッフルプレート貫通穴は、前記バッフルプレートの第３のセクションに位置決めされ、前記第２の外径よりも大きい第３の外径を有し、
    前記第３のセクションは、前記中心軸に対して前記第２のセクションから半径方向外側にオフセットされる、
    シャワーヘッド。
20. 請求項１９に記載のシャワーヘッドであって、
    前記第３の外径は、約０．７ｍｍ～約１．１ｍｍである、シャワーヘッド。
21. 請求項１に記載のシャワーヘッドであって、
    前記第１の円錐台面の内周は、前記ガス入口を部分的に画定する、シャワーヘッド。
22. 請求項１に記載のシャワーヘッドであって、
    前記フェースプレートは、前記フェースプレートの前記前面から前記中心軸に対して半径方向外側に位置決めされ、９０°を超える第５の角度だけ前記中心軸からオフセットされるフェースプレート円錐台面をさらに含む、シャワーヘッド。
23. 請求項１に記載のシャワーヘッドであって、
    第１の端部、および第２の端部における開口部を含み、前記フェースプレートを通って延びるポートであって、前記開口部は、前記フェースプレート内にあり、前面から半径方向外側にあるポートと、
    前記ポートの前記第１の端部に隣接して位置決めされた窓と
    をさらに備える、シャワーヘッド。
24. 請求項２３に記載のシャワーヘッドであって、
    センサであって、前記窓が前記第１の端部と前記センサとの間に挿入されるように前記窓に隣接して位置決めされたセンサをさらに備える、シャワーヘッド。
25. 請求項２４に記載のシャワーヘッドであって、
    前記センサは、前記開口部の外側の物体の距離、前記開口部の外側の温度、および前記開口部の外側のガス種の１つまたは複数を決定するように構成される、シャワーヘッド。
26. 請求項２３に記載のシャワーヘッドであって、
    前記窓は、サファイアを含む材料で作製される、シャワーヘッド。
27. 請求項２３に記載のシャワーヘッドであって、
    ３つのポートと、３つの窓とをさらに備え、
    各窓は、１つの対応するポートの前記第１の端部に隣接して位置決めされ、
    前記３つのポートは、前記中心軸の周りに実質的に等間隔に配置される、
    シャワーヘッド。
28. 請求項１に記載のシャワーヘッドであって、
    前記フェースプレート貫通穴は、すべて同じ外径である、シャワーヘッド。
29. 請求項２８に記載のシャワーヘッドであって、
    前記フェースプレート貫通穴の各々の前記外径は、約０．０３インチ～０．０５インチ（約０．０７６２ｃｍ～０．１２７ｃｍ）である、シャワーヘッド。

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