JP2790437B2 - ガスを面に吐出するための単体インジェクタ - Google Patents
ガスを面に吐出するための単体インジェクタInfo
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Description
を面に吐出するためのインジェクタに関する。より詳し
くは、本発明は、化学蒸着(CVD)によって面に均一
な膜又は層をデポジットするためにガス状の化学物質を
面に吐出するための改良されたインジェクタに関する。
において重要な構成要素である。ガス状化学物質の熱反
応又は分解によって安定した化合物が形成されるときに
CVDが起こり、このような化合物が面の上にデポジッ
トされる。CVD装置は数多く形態で作られている。こ
のようなプロセス用の装置に、米国特許第 4,834,020号
で述べられ且つ譲受人によって所有されているコンベア
化された大気圧CVD(APCVD)装置がある。この
特許をここに援用する。
ス状化学物質を面に吐出するために用いられるインジェ
クタがある。基板の面でガスが反応して好ましい膜をデ
ポジットするように、ガスを基板の上に散布しなければ
ならない。インジェクタの機能は、ガスを所望の位置に
制御された態様で散布することである。制御されたガス
の散布は、幾分、ガスの予備混合および前反応を最小に
することによって、ガスの完全、効果的且つ均質な反応
の機会を最大にする。完全な反応は、優れた品質の膜を
得る機会を大きくする。ガスの流れが制御されていない
と、化学反応が最適でなくなり、その結果、不均一な化
合物からなる膜になり易い。膜が均一な化合物でない
と、半導体の適当な機能が害される。かくして、インジ
ェクタの設計によって、制御された態様の所望のガス流
れを容易にすることは重要である。
号で述られた従来のインジェクタにあっては、各々が数
多くの直線状の孔列を有する数多くの積み重ねられたプ
レートが用いられる。プレートは数多くのカスケード孔
列を作り、最後の孔列の下に、冷却プレートによって囲
まれたシュートが配置される。シュートは中央通路を有
し、シュートと冷却プレートとの間にダクトが形成され
る。化学物質管路は、個々のカスケード孔列(cascaded
hole array) の頂にガスを別々に運ぶ頂のプレートにガ
スを送り込む。ガスはカスケード孔列を通って供給さ
れ、これにより、益々均一な態様でガスを流すことがで
きる。シュートの通路はガスを個々に受入れ、次いで、
ガスをウエハの上の領域に運ぶ。この領域において、ガ
スは混合し、反応して、ウエハに膜又は層を作る。
に分布したガス流を形成する。しかしながら、流れの制
御及びインジェクタ設計の容易性を改善することができ
る。
面に吐出するための改良された装置を提供することにあ
る。より詳しくは、本発明の目的は、化学蒸着(CV
D)により面に膜又は層をデポジットするために、制御
された方法でガス状化学物質を面に吐出するための改良
されたインジェクタを提供することにある。本発明の他
の目的は、単一のブロック材料で作られた簡単なインジ
ェクタを提供し、これにより正確な整列および位置決め
を必要とする複雑な機械加工部品を削減することにあ
る。
ンジェクタを提供し、これにより保守及びこれに関連す
るコストを最小にすることにある。本発明の目的は、こ
の発明のインジェクタを製造する方法を提供することに
ある。本発明の目的は、ウエハにデポジットされた膜の
均一性を改善するインジェクタを提供することにある。
長さ方向に沿って延びる少なくとも1つのガス吐出面と
を備え、また、その中に形成された複数の細長い通路を
有する細長い部材を有する、ここに開示したインジェク
タによって達成される。また、この部材の中には、細長
い通路とガス吐出面との間に延びる複数の細い配送路が
形成される。本発明の他の実施例では、複数の計量チュ
ーブが、各細長い通路の中に挿入され、この通路の壁か
ら間隔が隔てられて、端面の間に延びていてもよい。計
量チューブは、配送路から離れる方向に向けられた様々
な形態および寸法の開口を有していてもよい。計量チュ
ーブは、この計量チューブに沿って運ばれたガス状化学
物質を受入れ、これにより、ガスは、開口から流出し、
また、対応する配送路を通じて運ばれ、実質的に制御さ
れた態様でガス吐出面の長さ方向に沿って差し向けられ
る。数多くのガスを用いる場合、配送路は、ガスの分布
を、ガスの混合が望まれる領域に差し向ける。加えて、
配送路は、ガスの時期早尚の化学反応を防止することに
よって、インジェクタが化学物質で汚れるのを防止す
る。ガスが混合し、反応する所望の領域にガスが差し向
けられ、インジェクタの下に位置決めされた基板の上に
均一な薄膜を形成する。
面では、同じ要素は同じ参照符号で示されている。図
1、図2は、本発明のインジェクタの一実施例を示す。
このインジェクタ10は、前面11、背面12、上面
9、下面14および端面15を有する部材つまりブロッ
クからなる。この実施例では、下面14がガス吐出面で
ある。インジェクタ10の下に基板16が位置決めされ
る。
中に形成された第1の細長い通路17を有し、この通路
17は両端面15の間に延びている。一方の端面15は
密閉されている。化学物質供給管路13は細長い通路1
7の端に通じている。また、インジェクタ10の中に
は、細長い通路17とガス吐出面14との間に延びる配
送路18が形成されている。インジェクタ10の長さ方
向に沿って見ると、配送路18が基板16の端から端ま
で延びていることが分かる。この実施例では、インジェ
クタ10の温度を制御する液体またはガスの循環のため
に、インジェクタ10の中に第2の細長い通路19が形
成されている。
素を含むガスは、化学物質管路13を経由して導入さ
れ、通路17に沿って流れ、この通路17からガス吐出
面14まで細い配送路18に沿って流れる。ガスは、配
送路18から流出してガス吐出面14に沿ってインジェ
クタ10から出る。これにより、ガスは、図2に矢印で
概略的に示すように、基板に吐出される。ガスは、実質
的に制御された直線の態様でインジェクタ10によって
散布される。インジェクタ10は、矩形のブロックとし
て示されているが、任意の形状を採用することができ
る。ガス吐出面14は、ガスの分布を高めるように形作
ることができる。
なる適当な組成物をデポジットさせるために数多くのガ
スを反応させなければならない。このような場合、図3
の第2実施例に示すように、複数の通路が設けられる。
複数の第1の細長い通路17を有し、その各々が両端面
15の間に延びている。化学物質供給管路13が各々の
通路17に接続される。インジェクタ10には、互いに
間隔を隔てた複数の配送路18が形成されている。各配
送路18は、個々の第1の細長い通路17とガス吐出面
14との間に延びている。ガスは、通路17の中に入
り、配送路18を通ってガス吐出面14まで運ばれ、こ
のガスは、ガス吐出面14でその長さ方向に沿って均一
に混合し、基板16の上に膜又は層を形成する。ガスの
分布を高めるために、ガスがガス吐出面14に沿って出
ると、配送路18はガス流れを基板16に隣接した領域
に差し向ける。加えて、配送路18は、ガスをガス吐出
面14から離れるように差し向けることによって、イン
ジェクタ10の化学汚染を防止し、これにより、このよ
うな面での化学物質の時期早尚の反応を防止する。かく
して、ガスは、実質的に直線流の態様で所望の領域へ別
々に散布され、この領域でガスは混合して反応する機会
を得て、基板16の上に膜又は層をデポジットする。イ
ンジェクタ10の温度制御は、細長い通路19によって
行われる。
るためにロケータ縁(locator ridge) 21が設けられて
おり、ロケータ縁21は、配送路18の外側に位置し
て、ガス吐出面14から直角に且つガス吐出面14の長
さ方向に沿って延びている。ロケータ縁21は、ガス吐
出面14から延びているとして説明したが、インジェク
タ10の他の面に設けてもよい。
るガスの制御された流れ及び濃度を維持することが望ま
しい。制御された流れ及び濃度を維持するために計量チ
ューブ22を設けてもよい。計量チューブ22は、ま
た、ガス流の輪郭を作ることができる。幾つかの例で
は、組成が均一でないガス及び膜の不完全な反応を引き
起こすCVD反応領域での変化を補償するために、特定
のガス流れの輪郭を与えるのが望ましい。例えば、より
多くのガス量を基板16の特定の領域に差し向けるのが
望ましいかもしれない。図4に示す本発明の第3の実施
例では、開口23を有し、第1の細長い通路17の中に
挿入された計量チューブ22(metering tube) が設けら
れている。計量チューブ22は、通路17の壁から間隔
が隔てられ且つ両端面15の間に延びている。インジェ
クタ10の中には配送路18が形成され、配送路18は
細長い通路17とガス吐出面14との間に延びている。
この実施例の1つの態様では、計量チューブ22は図4
に示すような開口23を有している。この実施例の他の
態様では、計量チューブ22は多孔性材料で作られ、こ
の計量チューブ22では開口を有しない。
らのガスを受け入れ、このガスを細長い通路17に沿っ
て分配し、次いで、ガスは配送路18を通ってガス吐出
面14まで流れて基板16に向けて流出する。図5は、
本発明の第4実施例を示す。インジェクタ10の中に複
数の第1の細長い通路17が形成され、各通路17は両
端面15の間に延びている。複数の配送路18がインジ
ェクタ10の中に形成され、この配送路18は互いに間
隔が隔てられている。各分配路18は別々の第1の細長
い通路17とガス吐出面14との間に延びている。開口
23を有する少なくとも1つの計量チューブ22が、少
なくとも1つの第1の細長い通路17の中に挿入されて
いる。計量チューブ22は、通路17の壁から間隔が隔
てられ、両端面15の間に延びている。この実施例の1
つの態様では、別々の計量チューブ22を、複数の細長
い通路17の各々の中に挿入してもよい。化学物質供給
管路13が各計量チューブ22に接続される。
ンジェクタ10を位置決めするためにロケータ縁21が
設けられており、ロケータ縁21は、分配路18の外側
に位置し、ガス吐出面14から直角に延び且つガス吐出
面14の長さ方向に沿って延びている。第2の細長い通
路19によって温度制御を行うことができる。ロケータ
縁21は、CVD室の中にインジェクタ10を位置決め
するための機構を構成する。
供給管路13は、対応する計量チューブ21、或いは、
計量チューブ21と第1の細長い通路17との組合せに
接続されて、その中にガス状化学物質を送り込む。ガス
は、計量チューブ22を経由してこれを取り囲む第1の
細長い通路17の中に入り、対応する配送路17を通っ
てガス吐出面14までこの面の長さ方向に沿って運ばれ
る。配送路18は、基板16に隣接する所望の領域に個
々にガス流を差し向けることによって、ガス分布を高め
る。計量チューブ21は、特定ガスの流れの輪郭或いは
基板16に隣接する所望の領域に様々な濃度のガスを吐
出するガスの数を調整するのに用いてもよく、これによ
りCVD室で生じる化学反応の速度を制御することがで
きる。化学反応速度を制御することによって、基板16
に一層均一な膜をデポジットさせることができる。
量チューブ22において数多くの変形例を作ることがで
きる。計量チューブが開口23を有する場合、その開口
の向きを、配送路18から離れるように指向させてもよ
い。その代わりに、開口23を配送路18に向けてもよ
い。好ましい実施例では、開口23は配送路18と反対
側にある。計量チューブ22の様々な形態が図6ないし
図10を参照して詳しく理解される。
2の断面図である。ガスは、計量チューブ22を通って
運ばれて開口23を通じて出る。開口23の形状は、ガ
ス流出の輪郭を制御する。図7ないし図10は、所望の
ガス流れパターンに調整するために、本発明により考え
られた様々な開口形状を示す。図7を参照すると、開口
23は、計量チューブ22の長さ方向に沿って延びる直
列の複数の孔24からなる。この実施例では、孔24
は、等しい直径であり且つチューブ22に沿って等間隔
に隔てられている。
に、開口23は、計量チューブ22の長さ方向に沿って
延びる複数の直列のスロット25からなる。これらスロ
ット25は、等しい寸法を有し且つチューブ22に沿っ
て等間隔に隔てられている。図9は、開口パターンの他
の変形例を示し、ここに、連続するスロット26が計量
チューブ22の長さ方向に沿って延びている。
この開口27は、計量チューブ22の長さ方向に沿っ
て、寸法、間隔、又はそれらの組合せが異なる複数の開
口からなる。これら開口は孔又はスロットであってもよ
い。これにあっては、開口は、計量チューブ22の各端
で小さな寸法で始まり、計量チューブ22の中央に向か
って徐々に寸法が大きくなる。ガスの容積流量が、拡大
した開口によって増大し、かくしてガス流出パターンを
制御することができる。
開口28は、同一の寸法であり且つ計量チューブ22の
長さ方向に沿って同一のピッチである複数の開口からな
る。計量チューブ22の中央近くに、更なる開口29が
設けられており、これにより、計量チューブ22の中央
の容積流量が増大する。最後に、計量チューブ22と化
学物質供給管路13との接続機構を図12に参照して詳
しく説明すると、図12は、接続機構およびインジェク
タの計量チューブの拡大部分側面図である。計量チュー
ブ22は、第1の細長い通路17の中に挿入され、ま
た、両端面15の間に延びている。化学物質供給管路1
3にはフランジ30が設けられ、フランジ30はインジ
ェクタ10の端15に接続される。それらの間にシール
31が設けられる。計量チューブ22はフランジ30に
接続されて気密シールを形成する。
られる。本発明は、様々な化学物質供給管路を提供す
る。1つの実施例では、化学物質供給管路13は、ある
管路でテトラエトキシシラン(TEOS)及び窒素の組
合せを運び、第2の管路で窒素を運び、第3の管路で酸
素混合オゾンを運んで、二酸化珪素の層を作る。先に説
明したように、種々様々な態様で本発明を実施すること
が可能である。好ましい実施例は、5つの細長い通路
と、その中に挿入された5つの計量チューブとをを有す
る。その寸法は様々であってもよいが、この好ましい実
施例では、各通路の直径は約3/8 インチ(0.953 cm) で
あり、各計量チューブの外径は約1/4 インチ(0.635cm)
である。この計量チューブは、計量チューブの長さ方向
に沿って、等間隔の等しい寸法の15個の孔を有してい
る。
られている種々の製造技術を用いることができる。好ま
しい実施例では、ワイヤ電極放電装置(EDM)によっ
て配送路が作られるている。上述の説明によって明らか
になった特定の利点は、インジェクタの設計の簡素化で
ある。この発明は、インジェクタ本体の中でシールの必
要性がなくなる。本発明は、様々な本体内部構成部品の
溶接および接合の必要性がなくなる。本発明は、数多く
のインジェクタでの適当なガス流れのために必要な本体
内部構成部品の正確な整列及び位置決めの要求を取り除
くことができる。このような構成部品の削除によって保
守の要求を最小にし、これにより、高くつく停止時間を
減少することができる。特に、本発明のインジェクタ
は、破損した内部シールの交換のために分解し、再組立
する必要がなくなる。
照することによって明らかである。この計量チューブは
交換可能であり、かくして、計量チューブを簡単に取り
外して、孔の位置又は径の異なる他の計量チューブを挿
入することによって、所望のガス流れの形を変えること
ができる。インジェクタ本体の分解は必要とされない。
更に、モデリング又は実験によって、特定の機器のため
に特注の計量チューブを製造することができる。設計の
簡単さは、正確な構成部品の形成を容易にし、かくし
て、ガス分布を一層うまく制御することができる。
化学物質を送り込むための、前述した意図、利点、目的
を完全に満足する改良したインジェクタを実証した。特
定の実施例に関連して本発明を説明したが、当業者にと
って、上述した説明に照らして数多くの変形、置換、変
更等をなしえることは明らかである。したがって、この
詳細な説明は、特許請求の範囲に含まれるこのような変
形、置換、変更等の全てを包含するものである。
実施例の断面図。
ブの断面図。
ューブにおける開口パターンの1つの具体例の平面図。
ューブにおける開口パターンの変形例の平面図。
ューブにおけるスロット化された開口の平面図。
チューブにおける他の変形例の開口パターンの平面図。
チューブにおける他の変形例の開口パターンの平面図。
チューブの拡大部分側面図。
Claims (4)
- 【請求項1】 端面と、長さ方向に沿って延びる少なく
とも1つの外側ガス吐出面とを有する細長い単一の部材
と、 前記細長い部材の中に形成され、前記端面間に延びてガ
スを受け入れる少なくとも1つの第1の細長い円筒状通
路と、 前記細長い部材の中に形成され且つ前記第1の細長い円
筒状通路と前記ガス吐出面との間に延びる、基板に沿っ
た分布のためにガスを運ぶための細い配送路とを有す
る、基板にガス分布を作るためのインジェクタ。 - 【請求項2】 端面と、長さ方向に沿って延びる少なく
とも1つの外側ガス吐出面とを有する細長い単一の部材
と、 前記細長い部材の中に形成され、前記端面の間に延び
て、各々がガスを受け入れる複数の第1の細長い円筒状
通路と、 前記細長い部材の中に形成され、その各々が前記第1の
細長い円筒状通路の各々と前記ガス吐出面との間で真っ
直ぐに延び且つ互いに間隔が隔てられて、前記吐出面に
隣接して配置された基板に沿った分布のためにガスを運
ぶための複数の細い配送路とを有する、基板にガス分布
を作るためのインジェクタ。 - 【請求項3】 前記第1の細長い通路の中に挿入され、
且つ、該第1の細長い通路の壁から間隔が隔てられて前
記端面の間に延び、ガスを受入れて、ガスが前記配送路
を通じて前記基板まで流れる前記細長い通路に沿ってガ
スを送り込む計量チューブを有する、請求項1に記載の
インジェクタ。 - 【請求項4】 複数の計量チューブを有し、その各々が
前記各細長い通路用であり、前記細長い通路の各々の中
に挿入され且つ前記第1の細長い通路の壁から間隔が隔
てられて前記端面の間に延び、ガスを受入れて、ガスが
前記配送路を通って前記基板まで流れる前記細長い通路
に沿ってガスを送り込む、請求項2に記載のインジェク
タ。
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