JP2023050151A - 垂直炉用ガスインジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】プロセスチャンバ内にプロセスガスを注入するためのガスインジェクタを提供する。
【解決手段】本開示は、プロセスチャンバ内にプロセスガスを注入するためのガスインジェクタに関する。ガスインジェクタは、プロセスチャンバ内にプロセスガスを送達するために、互いに離隔された複数のプロセスガス注入穴を備えるインジェクタチューブを備える。ガスインジェクタはまた、プロセスガスをインジェクタチューブの中へと注入するためのインジェクタチューブの供給口も備え、また混合チャンバが提供され、かつ第１の反応物質ガスおよび第２の反応物質ガスを混合し、それによってプロセスガスを形成するように構成される。混合チャンバは、供給口に直接的に接続され、かつ混合チャンバ内に第１の反応物質ガスおよび第２の反応物質ガスを入れるための第１の入口および第２の入口を有する。第１の入口および第２の入口は、第１の反応物質ガスおよび第２の反応物質ガスの混合チャンバ内での混合を改善するために向かい合っている。
【選択図】図１ａ

Description

本発明は、半導体デバイス製作の分野に関する。より具体的には、垂直炉用のガスインジェクタ、およびこうしたガスインジェクタを含む垂直炉に関する。

デバイスのスケーリングにおける課題および経済的考慮事項における課題に起因して、集積回路製作の要件がますます厳しくなるにつれ、バッチ処理の重要性はますます高まり続けている。

バッチ処理を伴う半導体製造で使用される多数のプロセスについては、反応物質ガスの混合が極めて重要である場合がある。これは様々な理由に起因し、そのうちの１つは、基材上に膜を均一に堆積させるために、混合が特定の温度範囲において生じる必要があるという事実に関連する場合がある。ガスの混合は、低すぎる温度で行われた時は凝縮を誘発する場合がある一方で、高すぎる温度で行われた時は望ましくない堆積につながる場合がある。

それ故に、バッチ処理の重要性が高まっていることを考慮して、ガスの混合は、次世代デバイスの作製における半導体製造においてより重要になる場合がある。

したがって、こうしたガスインジェクタを含む改善されたガスインジェクタおよび垂直炉を提供することに対する、当技術分野における必要性がある。

改善されたガスインジェクタを提供することが、本発明の目的である。より具体的には、より低い温度におけるより素早い混合を可能にするガスインジェクタを提供することが目的であってもよい。この目標を少なくとも部分的に達成するために、本開示は、独立請求項に定義されるような、ガスインジェクタおよびこうしたガスインジェクタを含む垂直炉を提供してもよい。ガスインジェクタおよび垂直炉のさらなる実施形態は、従属請求項で提供される。さらなる目的および代替的な目的は、以下から理解される場合がある。

第１の態様によれば、本発明は、プロセスチャンバ内にプロセスガスを注入するためのガスインジェクタに関する。ガスインジェクタは、第１の端部から第２の端部へと第１の軸に沿って細長くてもよく、また第１の端部へと延在してもよく、かつ当該第１の軸に沿って互いに離隔してプロセスガスをプロセスチャンバ内に送達する複数のプロセスガス注入穴を備えてもよいインジェクタチューブを備えてもよい。ガスインジェクタはまた、プロセスガスをインジェクタチューブの中へと注入するためのインジェクタチューブの供給口も備えてもよく、また混合チャンバが第２の端部の近くに提供されてもよく、かつ第１の反応物質ガスおよび第２の反応物質ガスを混合し、それによってプロセスガスを形成するように構成される。混合チャンバは、供給口に直接的に接続されてもよく、また第１の反応物質ガスおよび第２の反応物質ガスを混合チャンバ内に入れるための第１の入口および第２の入口を有してもよく、第１の入口および第２の入口は、第１の反応物質ガスおよび第２の反応物質ガスの混合チャンバ内での混合を改善するために向かい合っていてもよい。

第１の態様による本発明のガスインジェクタは、混合チャンバのおかげで、ガスインジェクタの本体の中へと入る前に、反応物質ガスの混合を可能にする場合がある。

混合チャンバ内で反応物質ガスの正面的な混合を可能にし、したがってガスインジェクタの本体の中へと入る前に混合を改善する場合があることは、第１の態様の実施形態の利点である場合がある。

ガスインジェクタが、混合チャンバの存在のおかげで、反応物質ガスのより速く、かつより完全な混合を可能にする場合があることは、第１の態様の実施形態の利点である場合がある。

ガスインジェクタの本体の中へと入る前に反応物質ガスの改善された混合を可能にする混合チャンバの存在のおかげで、ガスインジェクタの本体の内側の粒子堆積を低減することを可能にする場合があることは、第１の態様の実施形態の利点である場合がある。

第２の態様では、本発明は、複数のウエハを処理するための垂直炉に関連する場合がある。垂直炉は、プロセスチャンバを備えてもよい。プロセスチャンバは、垂直方向に位置付けられてもよい。複数のウエハを保持するために、プロセスチャンバの内側にウエハボートをさらに備えてもよい。また、プロセスガスをプロセスチャンバの中へと送達するために、プロセスチャンバの内側にガスインジェクタも備えてもよい。ガスインジェクタは、プロセスチャンバの内側で垂直方向に延在してもよく、また第１の端部から第２の端部へと第１の軸に沿って細長くてもよい。ガスインジェクタは、本体を備えてもよく、また第２の端部の近くに混合チャンバをさらに備えてもよい。混合チャンバは、第１の反応物質ガスおよび第２の反応物質ガスを提供するための第１の入口および第２の入口を有してもよく、それによって、本体内の温度より低い温度にて混合チャンバ内で混合を提供する。

垂直炉のスループットを低減することなく、複数のウエハの処理を可能にする場合があることは、第２の態様の実施形態の利点である場合がある。ガスインジェクタの本体の中へと入る直前に混合チャンバ内で実行される反応物質ガスの混合は、ガスインジェクタの本体内より低い温度にて混合チャンバ内で混合することを可能にする場合がある。これは、凝縮の可能性を低減する場合がある。それ故にこれは、ガスインジェクタの本体の内側の粒子堆積のリスクを低減する場合がある。ガスインジェクタの本体の内側の粒子堆積は、垂直炉のダウンタイムの増加につながり、それによってスループットを低減する可能性がある。

混合チャンバ内の改善された混合によって提供される均一なガス濃度および均一なガス組成のおかげで、複数の基材上に、より高い品質およびより良好な均一性の膜を堆積させることを可能にする場合があることは、第２の態様の実施形態の利点である場合がある。

混合チャンバがガスインジェクタの本体の直下にあってもよく、それによってガスインジェクタの本体における圧力低下の低減を可能にすることは、さらに第２の態様の実施形態の利点であってもよい。

混合チャンバがガスインジェクタの本体の直下にあってもよく、それによってガスインジェクタの本体の温度を下げることを可能にすることは、なおさらに第２の態様の実施形態の利点であってもよい。

本発明の特定のおよび好ましい態様は、添付の独立請求項および従属請求項に記載されている。従属請求項の特徴は、独立請求項の特徴および必要に応じて他の請求項の特徴と組み合わされてもよく、また単に請求項に記載されているものでなくてもよい。

この分野では、ガスインジェクタの継続的な改善、変化、および進化があったが、本概念は、先行技術の慣行からの逸脱を含む、実質的に新しくかつ新規の改善を表し、この性質のより効率的で、安定的で、かつ信頼性の高いガスインジェクタの提供をもたらすと考えられる。

本発明の上記および他の特性、特徴、ならびに利点は、本発明の原理を例として図示する添付の図面と併せて、以下の発明を実施するための形態から明らかになるであろう。この記述は、本発明の範囲を限定することなく、例示のためにのみ与えられる。下記に引用した参照図は、添付図面を指す。

本発明の概念の、上記の目的、特徴、および利点だけでなく、追加的な目的、特徴、および利点は、添付の図面を参照しながら、以下の図示的かつ非限定的な発明を実施するための形態を通してより良好に理解されるであろう。図面では、別段の記載のない限り、同様の要素に対して同様の参照番号が使用されることになる。

図１ａは、本発明の第１の態様の実施形態によるガスインジェクタの概略正面図である。 図１ｂは、本発明の第１の態様の実施形態による、ガスインジェクタと接続している混合チャンバの概略正面図である。 図２ａ～図２ｄは、本発明の第１の態様の実施形態による入口チューブの実質的に曲がった部分の概略図である。 図３は、本発明の第１の態様の実施形態に従って構築されたガスインジェクタを有する、本発明の第２の態様の実施形態による垂直炉の概略断面図である。

本発明は、特定の実施形態に関して、かつある特定の図面を参照して記述されるが、本発明は、それらには限定されず、特許請求の範囲によってのみ限定される。記述される図面は、概略的なものであり、かつ非限定的である。図面では、一部の要素のサイズは誇張されている場合があり、また例示の目的で実寸に比例して描かれてはいない。寸法および相対寸法は、本発明を実施するための実際の縮尺に対応しない。

特許請求の範囲で使用される「含む」という用語は、その後に列挙される手段に制限されるものとして解釈されるべきではなく、他の要素または工程を除外するものではないことに留意されたい。それ故に、これは、言及されるように、述べられた特徴、整数、工程、もしくは構成要素の存在を特定するものとして解釈されるが、１つ以上の他の特徴、整数、工程、もしくは構成要素、またはそれらの群の存在または追加を除外しない。

本明細書全体を通して、「１つの実施形態（ｏｎｅ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」または「一実施形態（ａｎ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」への言及は、実施形態に関連して記述される特定の特徴、構造、または特性が、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。それ故に、本明細書全体を通して様々な箇所での句「１つの実施形態では」または「一実施形態では」の出現は、必ずしもすべてが同じ実施形態を指すとは限らないが、同じ実施形態を指す場合もある。さらに、特定の特徴、構造、または特性は、本開示から当業者には明らかであることになるように、１つ以上の実施形態では、任意の好適な様態で組み合わされてもよい。

同様に、本発明の例示的な実施形態の記述では、本発明の様々な特徴は、本開示の合理化を目的として、かつ本発明の態様のうちの１つ以上の理解を助けるために、時として、単一の実施形態、図、またはその記述において、ともに群にされることが理解されるべきである。しかしながら、開示の方法は、各請求項に明示的に列挙されるよりも多くの特徴を、特許請求される発明が要求する意図を反映すると解釈されるべきではない。むしろ、以下の特許請求の範囲が反映するように、発明の態様は、単一の前述の開示実施形態のすべての特徴よりも少ない。それ故に、発明を実施するための形態に続く特許請求の範囲は、発明の別個の実施形態として各請求項が独自で存在して、本明細書で発明を実施するための形態の中へと明示的に組み込まれる。

さらに、当技術分野の当業者によって理解されるように、本明細書に記述される一部の実施形態は、一部の特徴を含むが、他の実施形態には他の特徴は含まず、異なる実施形態の特徴の組み合わせは、本発明の範囲内であることを意味し、また異なる実施形態を形成する。例えば、以下の特許請求の範囲において、特許請求される実施形態のいずれも、任意の組み合わせで使用することができる。

本明細書に提供される記述では、数多くの具体的な詳細が記載される。しかしながら、本発明の実施形態は、これらの具体的な詳細を有しないで実施されてもよいことが理解される。他の事例では、周知の方法、構造、および技法は、記述の理解を不明瞭にしないように詳細には示されていない。

以下の用語は、本発明の理解を補助するためにのみ提供される。

本明細書で使用される場合、かつ別段の定めがない限り、「実質的に曲がった」という用語は、第１の軸の左へまたは右への曲がりを有する入口チューブの一部分を指し、これにより入口チューブは、曲がり部分において、もはや第１の軸に沿って伸長したものではなくなる。言い換えれば、これは、第１の軸に沿ったそれらの伸長における入口チューブの方向の変化を推論する。

本明細書で使用される場合、かつ別段の定めがない限り、「プロセスガス注入穴のピッチ値」という用語は、プロセスガス注入穴のうちの１つの直径とそのプロセスガス注入穴と隣接するプロセスガス注入穴との間の間隔との和を指す。

本明細書で使用される場合、かつ別段の定めがない限り、「プロセスガス注入穴の直径が実質的に同じ」という用語は、プロセスガス注入穴の直径の１０％未満の差を指す。

本明細書で使用される場合、かつ別段の定めがない限り、「滞留時間」という用語は、プロセスガスが排出される前にプロセスチャンバの内側に留まっている時間の量を指す。

本明細書で使用される場合、かつ別段の定めがない限り、「短半径エルボ」という用語は、その曲率半径が入口チューブの外径に等しいことを指す。

本明細書で使用される場合、かつ別段の定めがない限り、「長半径エルボ」という用語は、その曲率半径が入口チューブの外径の１．５倍に等しいことを指す。

本明細書で使用される場合、および別段の定めがない限り、「間隔勾配」という用語は、ガス注入穴間の距離における勾配を指す。

ここで、本発明のいくつかの実施形態の詳細な記述によって本発明を記述する。本発明の他の実施形態を、本発明の技術的教示から逸脱することなく、当業者の知識に従って構成することができ、本発明は添付の特許請求の範囲の条件によってのみ限定されることは明らかである。

本発明の第１の態様の実施形態によるガスインジェクタの概略正面図が図１ａに示される。

図１ｂは、本発明の第１の態様の実施形態による、ガスインジェクタと接続している混合チャンバの概略正面図を示す。

このガスインジェクタ（１００）は、プロセスチャンバ内にプロセスガスを注入するために好適である場合がある。プロセスガスは、プロセスチャンバ内で実行されるプロセスのタイプに依存して選ぶことができる。このプロセスチャンバは、任意のタイプのプロセスチャンバであってもよい。プロセスチャンバは、例えば、基材上に膜を堆積させるためなどの、または例えば、化学生産を行うためなどのプロセスチャンバであってもよい。それ故に、プロセスガスは、例えば、基材上に膜を堆積させるためなどのガス、または例えば、化学生産につながる化学反応を実行するためなどのガスであってもよい。実施形態では、プロセスガスは、ガス混合物であってもよい。ガスインジェクタ（１００）は、第１の端部から第２の端部へと、第１の軸に沿って細長くてもよい。それ故に、ガスインジェクタ（１００）は、実施形態では、垂直炉または水平炉とともに採用されてもよい。好ましい実施形態では、ガスインジェクタは、垂直炉とともに採用されてもよい。

ガスインジェクタ（１００）は、第１の端部へと延在してもよいインジェクタチューブ（１２５）を備えてもよい。インジェクタチューブ（１２５）は、複数のプロセスガス注入穴（１２０）を備えてもよい。これらの注入穴は、プロセスチャンバ内にプロセスガスを送達するために、第１の軸に沿って互いに離隔されてもよい。これらの注入穴は、プロセスチャンバ内のエリアにプロセスガスを分配する上で有利である場合がある。それ故に、複数のこれらのプロセスガス注入穴（１２０）は、プロセス変動を克服することを可能にする場合がある。これらのプロセス変動は、例えば、プロセスチャンバ内の基材上に堆積される膜の均一性における、厚さにおける、および組成におけるプロセス変動などである場合がある。これらの変動はまた、例えば、気体反応のプロセスガス濃度などであってもよく、これはその後、プロセスチャンバの内側の反応速度の変動につながる可能性がある。

実施形態では、プロセスガス注入穴（１２０）の直径は、実質的に同じであってもよい。これは、プロセスチャンバ内のエリアで、プロセスガスの均一な提供を提供する場合がある。均一な提供によって、プロセスガス注入穴（１２０）の各々を通るプロセスガスの流量は、同じであってもよいことが理解されるべきである。これは、プロセスチャンバ内でプロセスされる基材上の均一な膜堆積につながる。

実施形態では、これらの注入穴（１２０）は、互いに等しく離隔されてもよい。プロセスガス注入穴（１２０）の直径は実質的に同じであってもよいという事実を考慮すると、これは、言い換えれば、これらの注入穴（１２０）のピッチ値は一定であってもよく、または実質的に同じであってもよいことを意味する。困難なプロセス制御要件を有するプロセスについては、プロセスガス注入穴の直径は、必要に応じて、当該第１の軸に沿って異なるように構成されてもよいことが理解されるべきである。これは、プロセス制御の最適化を可能にする。

代替的な実施形態では、プロセスガス注入穴（１２５）は、ガスインジェクタの第２の端部の近くで、第１の端部の近くでよりも大きいピッチ値を有してもよい。これはまた、プロセスガス注入穴（１２０）の直径は実質的に同じであってもよいという事実を考慮して、注入穴（１２０）間の間隔を第１の軸に沿って第１の端部から第２の端部へと増加させてもよいことも示す場合がある。ガスインジェクタ（１００）の本体（１０１）の内側の圧力は、第１の端部と比較して第２の端部の近くではより高くてもよい。それ故に、プロセスガス注入穴（１２５）のピッチ、または言い換えれば、それらの間隔は、この部分ではより大きくてもよい。第１の端部の近くのより低い圧力は、この部分においてより多くの注入穴を必要とする場合がある。これは、プロセスチャンバの内側でガスを得るために、より小さいピッチ値を有する注入穴が必要となる場合があることを意味する。したがって、第１の軸に沿った第１の端部から第２の端部へのピッチ値の差は、ガスインジェクタ（１００）の本体（１０１）の内側のプロセスガスの圧力の差異に適合するために役立つ場合があり、それによって、等しい量のガスがプロセスチャンバの内側に送達されることを可能にする。これは、プロセスチャンバの内側にプロセスガスの均等な分布を提供する場合がある。堆積がプロセスチャンバ内の基材で継続される実施形態では、それによって、均一な膜堆積を可能にする場合がある。

プロセスガス注入穴（１２５）のピッチ値は、通常、ガスインジェクタ自体（１００）のサイズに依存する。それ故に、実施形態では、ガスインジェクタ（１００）がより狭くてもよい場合には、間隔勾配が急勾配である必要がある場合がある。これは、ガスインジェクタがより狭い時、ガスインジェクタの内側の圧力降下がより大きくなるためである。この結果として、高い圧力を有するガスインジェクタの下部部分に位置するガス注入穴は、ガスインジェクタの上部部分に位置するガス注入穴よりもプロセスチャンバへより多くの供給を提供する場合がある。したがって、ガス注入穴の間隔勾配は、ガスインジェクタの内側の圧力勾配とほぼ同じだけ急勾配である必要がある場合がある。

実施形態では、１ｍｍ～１．５ｍｍの範囲内の直径を有するプロセスガス注入穴（１２５）が提供されてもよい場合、ピッチ値も、例えば、２０ｍｍ～３５ｍｍの範囲内など、より小さくてもよい。

実施形態では、４ｍｍ～６ｍｍの範囲内の直径を有するプロセスガス注入穴（１２５）が提供されてもよい場合、ピッチ値は、例えば、１５ｍｍ～２００ｍｍの範囲内などであってもよい。

実施形態では、注入孔を有しないインジェクタチューブ（１２５）の一部分があってもよい。これは、ガスインジェクタ（１００）の本体（１０１）内側のプロセスガスの圧力差をさらに適合させるために有利である場合がある。ガスインジェクタの下部部分にはガス注入穴がなくてもよいことが理解されるべきである。これは、その部分ではプロセスガスを消費する負荷が局所的にないためである。したがって、最も低い位置に位置付けられたガスインジェクタ穴は、ウエハボート内の最も低いウエハスロットから開始するウエハに供給する場合がある。したがって、これは、混合チャンバよりも少し高くてもよい。

代替的な実施形態では、ガスインジェクタは、２本のインジェクタチューブを有してもよい。それらのうちの第１のものは、第１の端部の近くにプロセスガス注入穴を有してもよく、一方でそれらのうちの第２のものは、第２の端部の近くにプロセスガス注入穴を有してもよい。このようにして、プロセスガスを、依然としてプロセスチャンバ内に均等に提供することができる。これは、例えば、堆積がプロセスチャンバ内の基材で継続される場合に、均一な膜堆積を可能にする。これらの代替的な実施形態では、注入管の各々におけるプロセスガス注入穴（１２５）のそれぞれの配置およびピッチ値は、互いに対して調整されてもよいことが理解されるべきである。

ガスインジェクタ（１００）は、プロセスガスをインジェクタチューブ（１２５）の中へと注入するためのインジェクタチューブ（１２５）の供給口（１３５）（図１ｂ）をさらに備えてもよい。

実施形態では、供給口（１３５）の断面は、第１の入口（１３１）または第２の入口（１３２）の断面より大きくてもよい。これは、より良好な混合を提供することを可能にする場合がある。

ガスインジェクタ（１００）が２本のインジェクタチューブを有してもよい、代替的な実施形態では、供給口（１３５）は、プロセスガスをインジェクタチューブの両方に提供するように構成されてもよい。

ガスインジェクタ（１００）は、混合チャンバ（１０２）をさらに備えてもよい。この混合チャンバは、第２の端部の近くに提供されてもよい。混合チャンバは、第１の反応物質ガスと第２の反応物質ガスとを混合し、それによってプロセスガスを形成するように構成されてもよい。混合チャンバ（１０２）は、供給口（１３５）へと直接的に接続されてもよい。これは、混合チャンバ（１０２）内で混合が実施されると、ガス混合物をインジェクタチューブ（１２５）の中へと直ちに提供することができ、それによって、基材を反応物質ガスに個別にまたは完全に混合することなく曝露するリスクを減少させるという利点を有する場合がある。

実施形態では、混合チャンバ（１０２）は、ｘ、ｙ、およびｚ方向で、最大２０ｍｍ～２５ｍｍの寸法を有してもよい。代替的な実施形態では、寸法はこれより大きくてもよい。混合チャンバ（１０２）の寸法は、ガスインジェクタ（１００）の本体（１０１）の具体的な寸法に従って、プロセスチャンバの具体的な寸法に従って、そして最後になるが重要なことに、混合される反応物質ガスに従って、構成されてもよいことが理解されるべきである。

実施形態では、混合チャンバは、プロセスチャンバ内でガスインジェクタ（１００）を支持するために第２の軸に沿って平面状に構築される、第２の端部の近くの底部床（１３３）を有してもよい。これは、より大きい混合体積を可能にする場合がある。より大きい混合体積は、混合チャンバ内に改善された混合を提供する利点を有する場合がある。

混合チャンバ（１０２）は、混合チャンバ（１０２）内にそれぞれ第１の反応物質ガスおよび第２の反応物質ガスを入れるための第１の入口（１３１）および第２の入口（１３２）を有してもよい。第１の入口（１３１）および第２の入口（１３２）は、第１の反応物質ガスおよび第２の反応物質ガスの混合チャンバ（１０２）における混合を改善するために、互いに向かい合っていてもよい。混合チャンバ内での改善された混合は、混合チャンバ内での均質なガス組成をもたらす場合がある。

実施形態では、第１の入口（１３１）および第２の入口（１３２）は、各々独自の直径を有してもよい。第１の入口（１３１）および第２の入口（１３２）の直径は、第１の反応物質ガスおよび第２の反応物質ガスを必要とされる圧力値で提供するように構成されてもよい。したがって、実施形態では、第１の反応物質ガスおよび第２の反応物質ガスを注入するための第１の入口（１３１）および第２の入口（１３２）の直径はそれぞれ、互いに異なっていてもよい。

代替的な実施形態では、第１の反応物質ガスおよび第２の反応物質ガスを注入するための第１の入口（１３１）および第２の入口（１３２）の直径はそれぞれ、互いに同一であってもよい。第１の反応物質ガスまたは第２の反応物質ガスの圧力はそれぞれ、これらの反応物質ガスの選択の関数であってもよいことが理解されるべきである。一部の実施形態では、第１（または第２）の反応物質ガスの圧力は、第２（または第１）の反応物質ガスの圧力と比較して低い値に保持される必要がある場合がある。これらの実施形態では、より低い圧力に保持される必要のある反応物質ガスを注入するための入口の直径は、もう一方の入口の直径より大きくてもよい。これは、粒子汚染を克服するために有利である場合がある。粒子汚染は、入口チューブの内側への堆積の結果として生じる場合がある。堆積は、断面積の低減につながる場合があり、それ故に圧力の増加をもたらす場合がある。これは、粒子形成をもたらす気相反応につながる場合がある。

実施形態では、第１の入口（１３１）および第２の入口（１３２）は、第１の軸に垂直な第２の軸に沿って向かい合っていてもよい。これは、正面的な混合が可能になっているおかげで、より素早い混合を可能にする場合があるので、有利である場合がある。さらに、混合は、第１の軸に対して垂直であるが、互いに異なる第２の軸値に位置することになる事例で必要とされる温度より低い温度で可能になる場合がある。

実施形態では、第１の入口（１３１）および第２の入口（１３２）は、第１の反応物質および第２の反応物質を混合チャンバ（１０２）内にそれぞれ提供するために、第１の入口チューブおよび第２の入口チューブ（１３５、１３６）に接続されてもよい（図１ｂ）。それ故に、これらの入口チューブは、混合チャンバの中への第１の反応物質ガスおよび第２の反応物質ガスの別個の提供を可能にする場合がある。実施形態では、混合チャンバ内に第１の反応物質および第２の反応物質を提供するための第１の入口チューブおよび第２の入口チューブは、ガスインジェクタの第２の端部の近くに提供されてもよい。

実施形態では、第１の入口チューブ（１３５）および第２の入口チューブ（１３６）は、第１の軸が垂直方向に延在するプロセスチャンバ内にガスインジェクタを位置付けるために、第１の軸に沿って伸長された細長い部分（１３４ａ）で構築される。これらの実施形態では、第１の入口チューブ（１３５）および第２の入口チューブ（１３６）は、細長い部分（１３４ａ）を混合チャンバへと接続する実質的に曲がった部分（１３４）で構築されてもよい（図１ｂ）。

実施形態では、実質的に曲がった部分（１３４）は、９０度ベンドであってもよい。実施形態では、９０度ベンドという用語は、９０度エルボという用語と交換可能に使用されてもよい。９０度ベンドは、実施形態では、短半径エルボを有する９０度エルボ、または長半径エルボを有する９０度エルボであってもよい。

図２ａ～図２ｄは、本発明の第１の態様の実施形態による、９０度ベンドである入口チューブの実質的に曲がった部分の概略図を図示する。図２ａおよび図２ｂは、丸い断面を有する９０度ベンドを図示するが、図２ｃおよび図２ｄは、正方形の断面を有する９０度ベンドを図示する。図２ａでは、丸い断面を有する９０度ベンドが、鋭い内縁および鋭い外部角を有して図示される。図２ｂでは、丸い断面を有する９０度ベンドが、鋭い内縁および丸みを付けた外部角を有して図示される。図２ｃでは、正方形の断面を有する９０度ベンドが、鋭い内縁および鋭い外部角を有して図示される。図２ｄでは、正方形の断面を有する９０度ベンドが、鋭い内縁および丸みを付けた外部角を有して図示される。混合チャンバ（１０２）内でプロセスガスを形成するために混合される第１の反応物質ガスおよび第２の反応物質ガスの選択に依存して、入口チューブ（１３５、１３６）に関するこれらの９０度ベンドの選択肢のうちの１つが選ばれてもよい。鋭い内縁および鋭い外部角を有する、丸い断面を有する９０度ベンドが、図１ｂにおける実施例として図示される。長い半径または短い半径を有する９０度ベンドの選択は、例えば、空間的考慮、またはより低いもしくはより高い圧力降下を生成する必要性がある時の、本体（１０１）のガスインジェクタの寸法、混合チャンバ（１０２）の寸法、入口の直径、入口チューブの直径などのいくつかの要因に依存する場合がある。

実施形態では、混合チャンバ（１０２）は、その第２の端部に底部床（１３３）を有してもよく、これは第２の軸に沿って平面状に構築されてもよく、また曲がった部分（１３４）は、底部床（１３３）から離れて混合チャンバ（１０２）に接続されてもよい。これは、第１の反応物質ガスと第２の反応物質ガスとが混合チャンバ（１０２）の内側で混合されることを可能にする場合があるので、有利である場合がある。

実施形態では、実質的に曲がった部分（１３４）は、底部床（１３３）と供給口（１３５）との間の混合チャンバ（１０２）の真ん中で混合チャンバ（１０２）へと接続してもよい。これは、混合された反応物質ガスが供給口（１３５）を通してガスインジェクタ（１００）の本体（１０１）の中へと提供される前に、混合チャンバ（１０２）内の改善された混合を可能にする場合がある。実施形態では、混合チャンバ（１０２）が、他の２つの方向（図には示されていない）と比較して垂直方向に長く作製されてもよい場合、依然として混合チャンバの真ん中に、実質的に曲がった部分を接続することが有利である場合がある。しかしながら、実施形態では、反応物質ガスが、混合のためにより多くの時間を必要とすることになり得る場合、実質的に曲がった部分を、混合チャンバ（１０２）の底部床（１３３）と供給口との間の、真ん中（図には示されていない）より低い点において接続することが有利である場合がある。次いで、これは、供給口（１３５）を通してガスインジェクタ（１００）の本体（１０１）の中へと提供される前に、改善された混合のためにより多くの時間を必要とする、こうした反応物質ガスの改善された混合を可能にする場合がある。

実施形態では、ガスインジェクタ（１００）は、その第１の軸が垂直方向に延在するプロセスチャンバ内に位置付けられるように構築されてもよい。これは、垂直炉内にガスインジェクタを提供することを可能にする場合があるので、有利である場合がある。この垂直炉は、ウエハボート内に提供される複数のウエハを受け入れてもよく、そしてそれ故に、これは、複数のウエハの同時処理につながり、それによってスループットを増加させる場合がある。さらに、混合チャンバ（１０２）で得られた第１の反応物質ガスおよび第２の反応物質ガスの混合物は、垂直方向に均等に分布されてもよく、それによって、複数のウエハが第１の反応物質ガスおよび第２の反応物質ガスの混合物に均等に曝露されることが可能になる。

実施形態では、ガスインジェクタを、その第１の軸が垂直方向に延在した状態で、プロセスチャンバ内に位置付けるために、ガスインジェクタは、ガスインジェクタの第１の端部の近くにフック（１１０）を有して構築される。こうしたフック（１１０）の存在は、ガスインジェクタをその第１の端部の近くで、プロセスチャンバの内側に固定する場合がある。

実施形態では、フック（１１０）は、第１の軸に沿って整列された細長い端部部分で構築されて、その第１の軸が垂直方向に沿って延在する状態で、ガスインジェクタをプロセスチャンバ内に位置付けてもよい。この構造構成を用いて、フックはガスインジェクタをプロセスチャンバの内側に固定してもよい。さらに、フック（１１０）は、プロセスチャンバ内の第１の軸に沿って任意の点にガスインジェクタ（１００）を位置付けるための自由を提供してもよい。

実施形態では、図１ａに図示するように、その第１の端部の近くのガスインジェクタの断面（Ａ）は、その第２の端部の近くの断面（Ｂ）より小さくてもよく、またフックの細長い端部部分は、その第１の端部の近くのガスインジェクタ（１００）のより小さい断面の隣に提供される空間内に位置付けられてもよい。これは、入口に歪を有しないで、ガスインジェクタのより良好な支持を提供することを可能にする場合があり、より良好な支持は、転倒に対して安定であることを示す場合がある。さらに、これは、ライナーのより複雑な形状を有しないで達成される場合がある。

図３は、本発明の第１の態様の実施形態に従って構築されたガスインジェクタを有する、本発明の第２の態様の実施形態による垂直炉（２００）の概略断面図を図示する。

複数のウエハを処理するためのこの垂直炉（２００）は、垂直方向に位置付けられてもよいプロセスチャンバ（２１０）を備えてもよい。複数のウエハ（２５０）を保持するために、プロセスチャンバ（２１０）の内側にウエハボート（２４０）をさらに備えてもよい。さらに、プロセスガスをプロセスチャンバ（２１０）の中へと送達するために、ガスインジェクタ（１００）がプロセスチャンバの内側に備えられてもよい。ガスインジェクタは、プロセスチャンバ（２１０）の内側で垂直方向に延在してもよく、また第１の端部から第２の端部へと第１の軸に沿って細長くてもよい。

実施形態では、ガスインジェクタは、ウエハボートの高さに沿って垂直方向に延在してもよい。これは、ウエハボート内の複数のウエハの各々に対するプロセスガスの均等な提供を可能にする場合があるので、有利である場合がある。これは、例えば、ウエハボート（２４０）内の異なるウエハ間の堆積の不均一性に関するものなどの問題を回避する場合がある。ウエハボート内の異なるウエハ間の堆積の不均一性は、この垂直炉（２００）で実行されるプロセスの収率を危うくする場合がある。

ガスインジェクタ（１００）は、本体（１０１）を備えてもよく、また第２の端部の近くに混合チャンバ（１０２）をさらに備えてもよい。混合チャンバ（１０２）は、第１の反応物質ガスおよび第２の反応物質ガスを提供するための第１の入口（１３１）および第２の入口（１３２）を有してもよく、それによって、本体（１０１）内の温度より低い温度にて混合チャンバ（１０２）内で混合を提供する。

ガスインジェクタの本体（１０１）内の温度より低くてもよい温度で混合することを可能にする場合があることが、ガスインジェクタ（１００）内に備えられるこの混合チャンバ（１０２）の利点であってもよい。混合チャンバ（１０２）のおかげで、より低い温度における混合は、特にガスインジェクタ（１００）の本体（１０１）において、望ましくない堆積が生じるリスクを低減する場合がある。

したがって、特にガスインジェクタ（１００）の本体（１０１）内での望ましくない堆積が、この炉（２００）のダウンタイムの増加につながる可能性があるため、スループットを低減することなく、複数のウエハを処理することを可能にする場合があることが、この垂直炉（２００）の利点である場合がある。

混合チャンバ（１０２）内の改善された混合のおかげで、プロセスチャンバ内に提供されるプロセスガスの均一なガス濃度および均一なガス組成物を得ることを可能にする場合があることが、この垂直炉（２００）のさらなる利点である場合がある。均一なガス濃度および均一なガス組成物は、複数の基材上の、より高い品質およびより良好な均一性の膜の堆積につながる場合がある。これは、改善された混合が、ガス濃度の不均等な分布を解消する場合があるという事実に起因してもよい。不均等なガス濃度は、異なる反応速度につながる場合があり、これはその後、複数の基材の各々の上の堆積された膜の品質および均一性に悪影響を与える場合がある。

実施形態では、第１の反応物質ガスおよび第２の反応物質ガスは、１４０℃～４５０℃の範囲内の温度で混合チャンバ（１０１）内で混合されてもよい。これは、ガスインジェクタ内での凝縮の不在を提供する場合がある。この垂直炉（２００）内に備えられてもよいガスインジェクタ（１００）に備えられる混合チャンバのおかげで、混合は、この比較的低い温度範囲内の温度において容易にされる場合がある。第１の反応物質ガスおよび第２の反応物質ガスは、混合チャンバ（１０２）の中へと入る前に、フランジにおいて最高で約１４０℃まで加熱されてもよい。

実施形態では、ガスインジェクタ（１００）は、プロセスガスをプロセスチャンバ（２１０）の中へと、ウエハボート（２４０）と管状ライナー（２２０）との間の空間の中へと送達してもよい。このようにして、プロセスガスの複数のウエハの各々との即時の接触が提供されてもよい。これは、プロセスチャンバの内側のプロセスガスの滞留時間が低減される場合があるという利点を有する場合がある。滞留時間の低減は、垂直炉で実行されるプロセスのスループットの改善に直接的な影響を有する場合がある。

実施形態では、垂直炉は、複数のウエハ上に窒化ケイ素を堆積するための化学蒸着（ＣＶＤ）炉であってもよい。したがって、実施形態では、第１の反応物質ガスは窒素含有ガスであってもよく、また第２の反応物質ガスはシリコン含有ガスであってもよい。窒素含有ガスおよびシリコン含有ガスを反応物質ガスとして使用して、窒化ケイ素の堆積を複数のウエハ上に達成してもよい。実施形態では、窒素含有ガスが実質的にＮＨ_３を含んでもよく、またシリコン含有ガスが実質的にジクロロシラン（ＤＣＳ）を含んでもよい場合に、窒化ケイ素堆積が達成される場合がある。

実質的にＮＨ_３を含む場合がある窒素含有ガスと、実質的にＤＣＳを含む場合があるシリコン含有ガスとを混合するための混合チャンバを有することが有利である場合がある。これは、ＤＣＳがＤＣＳ入口チューブの内側に堆積する場合があるためである。ＤＣＳが堆積すると、入口チューブ（１３５）の断面積が減少する場合がある。断面積の低減は、ＤＣＳ入口チューブの内側の圧力の増加につながる場合がある。ＤＣＳ入口チューブ（１３５）の内側の圧力の増加は、粒子の形成を引き起こす気相反応をもたらす可能性がある。ＤＣＳ入口チューブの内側の粒子の存在は、次いで垂直炉の内側のプロセスのスループットの減少および垂直炉自体のダウンタイムの増加をもたらす場合がある。したがって、混合チャンバの存在のおかげで、こうした問題は軽減される場合がある。

これらの実施形態では、窒素含有ガスが実質的にＮＨ_３を含んでもよく、シリコン含有ガスが実質的にジクロロシラン（ＤＣＳ）を含んでもよい場合、ＤＣＳ入口（１３１）の直径は数十ミリメートル程度であってもよく、一方でＮＨ_３の入口の直径（１３２）は１０分の数ミリメートル程度であってもよい。第１の反応物質ガスおよび第２の反応物質ガスを混合チャンバの中へと提供するための第１の入口（１３１）および第２の入口（１３２）の直径に関する要件は、異なる窒素含有ガスおよび異なるシリコン含有ガスが窒化ケイ素の堆積に使用される時、さらに構成されることを必要とする場合があることが理解されるべきである。

代替的な実施形態では、窒素含有ガスが実質的にＮ_２を含んでもよく、またシリコン含有ガスが実質的にジクロロシラン（ＤＣＳ）またはシランを含んでもよい場合、窒化ケイ素堆積が達成される場合がある。これらの実施形態では、ＤＣＳ入口またはシラン入口（１３１）の直径は、数十ミリメートル程度であってもよく、一方で、Ｎ_２用の入口（１３２）の直径は、１０分の数ミリメートル程度であってもよい。

Claims (16)

1. プロセスチャンバ内にプロセスガスを注入するためのガスインジェクタであって、第１の端部から第２の端部へと第１の軸に沿って細長い、ガスインジェクタであって、
   前記第１の端部へと延在し、かつ前記第１の軸に沿って互いに離隔して前記プロセスガスを前記プロセスチャンバ内に送達する複数のプロセスガス注入穴を備える、インジェクタチューブと、
   前記プロセスガスを前記インジェクタチューブの中へと注入するための前記インジェクタチューブの供給口と、
   前記第２の端部の近くに提供され、かつ第１の反応物質ガスと第２の反応物質ガスとを混合するように構成され、それによって前記プロセスガスを形成する混合チャンバであって、前記供給口に直接的に接続され、かつ前記混合チャンバ内に前記第１の反応物質ガスおよび第２の反応物質ガスを入れるための第１の入口および第２の入口を有する、混合チャンバと、を備え、
   前記混合チャンバ内の前記第１の反応物質ガスと前記第２の反応物質ガスとの混合を改善するために、前記第１の入口および第２の入口が向かい合う、ガスインジェクタ。
2. 前記第１の入口および第２の入口が、前記第１の軸に対して垂直な第２の軸に沿って向かい合う、請求項１に記載のガスインジェクタ。
3. 前記ガスインジェクタが、その第１の軸が垂直方向に延在する前記プロセスチャンバ内に位置付けられるように構築される、請求項１または２に記載のガスインジェクタ。
4. 前記ガスインジェクタが、その第１の軸が前記垂直方向に延在する前記ガスインジェクタを前記プロセスチャンバ内に位置付けるように構築された前記ガスインジェクタの前記第１の端部の近くにフックを用いて構築される、請求項３に記載のガスインジェクタ。
5. 前記フックが、細長い端部部分が前記第１の軸に沿って整列された状態で構築されて、前記ガスインジェクタを前記プロセスチャンバ内にその第１の軸が前記垂直方向に沿って延在する状態で位置付ける、請求項４に記載のガスインジェクタ。
6. 前記混合チャンバが、前記プロセスチャンバ内で前記ガスインジェクタを支持するように前記第２の軸に沿って平面状に構築された前記第２の端部の近くに底部床を有する、請求項２に記載のガスインジェクタ。
7. 前記第１の入口および第２の入口が、前記混合チャンバに前記第１の反応物質および第２の反応物質を提供するために、第１の入口チューブおよび第２の入口チューブに接続される、請求項１に記載のガスインジェクタ。
8. 前記混合チャンバ内に前記第１の反応物質および第２の反応物質を提供するための前記第１の入口チューブおよび第２の入口チューブが、前記ガスインジェクタの第２の端部の近くに提供される、請求項７に記載のガスインジェクタ。
9. 前記第１の入口チューブおよび第２の入口チューブが、その第１の軸を前記垂直方向に延在する状態で前記プロセスチャンバ内に前記ガスインジェクタを位置付けるように、前記第１の軸に沿って伸長する細長い部分を有して構築される、請求項８に記載のガスインジェクタ。
10. 前記第１の入口チューブおよび第２の入口チューブが、前記細長い部分を前記混合チャンバへと接続する実質的に曲がった部分を有して構築される、請求項９に記載のガスインジェクタ。
11. 前記混合チャンバが、前記第２の軸に沿って平面状に構築された底部床を前記第２の端部において有し、かつ前記曲がった部分が前記底部床から離れて前記混合チャンバに接続される、請求項１０に記載のガスインジェクタ。
12. 前記実質的に曲がった部分が、前記底部床と前記供給口との間で前記混合チャンバの真ん中で前記混合チャンバに接続される、請求項１０に記載のガスインジェクタ。
13. その第１の端部の近くの前記ガスインジェクタの断面が、その第２の端部の近くの断面より小さく、かつ前記フックの前記細長い端部部分が、その第１の端部の近くの前記ガスインジェクタの前記より小さい断面の隣に提供される空間内に位置付けられる、請求項４に記載のガスインジェクタ。
14. 前記プロセスガス注入穴が、前記第１の端部の近くより大きい、前記ガスインジェクタの前記第２の端部の近くのピッチ値を有する、請求項１に記載のガスインジェクタ。
15. 複数のウエハを処理するための垂直炉であって、
    垂直方向に位置付けられたプロセスチャンバと、
    前記プロセスチャンバの内側の、複数のウエハを保持するための、ウエハボートと、
    プロセスガスを前記プロセスチャンバの中へと送達するための、前記プロセスチャンバの内側のガスインジェクタであって、前記プロセスチャンバの内側で垂直方向に延在し、かつ第１の端部から第２の端部へと第１の軸に沿って細長いガスインジェクタであって、前記ガスインジェクタが本体を備え、また前記第２の端部の近くの混合チャンバをさらに備えるガスインジェクタと、を備え、前記混合チャンバが、第１の反応物質ガスおよび第２の反応物質ガスを提供するための第１の入口および第２の入口を有し、それによって、前記本体内の温度より低い温度にて前記混合チャンバ内に混合を提供する、垂直炉。
16. 前記ガスインジェクタが、前記ウエハボートの前記高さに沿って垂直方向に延在する、請求項１５に記載の垂直炉。

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