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

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、ガス状化学物質
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。
【０００２】
【発明の背景】化学気相成長（ＣＶＤ）は、半導体製造
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。
【０００３】ＣＶＤ装置の重要な構成要素の一つに、ガ
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。
【０００４】譲受人が所有し且つ米国特許第 5,136,975
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。
【０００５】上述したカスケードの作用によって、均一
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。
【０００６】
【発明の概要】この発明の目的は、ガス状の化学物質を
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。
【０００７】本発明の他の目的は、内部シールのないイ
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。
【０００８】これらの目的および他の目的は、端面と、
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。
【０００９】
【発明の実施の態様】添付の図面を参照して、これら図
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。
【００１０】インジェクタ１０は、インジェクタ１０の
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。
【００１１】ＣＶＤプロセスでは、デポジットすべき元
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。
【００１２】数多くの適用例では、基板に膜又は層から
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。
【００１３】ＣＶＤ室の中にインジェクタを位置決めす
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。
【００１４】ＣＶＤ装置では、このプロセスに導入され
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。
【００１５】計量チューブ２２は、化学物質管路１８か
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。
【００１６】再び図５を参照すると、ＣＶＤ室の中にイ
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。
【００１７】かくして、この第４実施例では、化学物質
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。
【００１８】ガス流れのパターンを調整するために、計
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。
【００１９】図６は、開口２３を有する計量チューブ２
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。
【００２０】変形例の開口パターンを図８に示す。ここ
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。
【００２１】開口の他の変形例の形状を図１０に示す。
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。
【００２２】図１１は、他の変形例の開口形状を示す。
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。
【００２３】ＣＶＤプロセスでは様々な化学物質が用い
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。
【００２４】配送路１８を作るのに、この技術分野で知
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。
【００２５】本発明の他の改良点は、計量チューブを参
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。
【００２６】かくして、以上の説明から、面にガス状の
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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例のインジェクタの側面図。
【図２】図１の２−２線に沿って切断した本発明の第１
実施例の断面図。
【図３】本発明の第２実施例のインジェクタの断面図。
【図４】本発明の第３実施例のインジェクタの断面図。
【図５】本発明の第４実施例のインジェクタの断面図。
【図６】図４及び図５に示すインジェクタの計量チュー
ブの断面図。
【図７】図４、図５、図６に示すインジェクタの計量チ
ューブにおける開口パターンの１つの具体例の平面図。
【図８】図４、図５、図６に示すインジェクタの計量チ
ューブにおける開口パターンの変形例の平面図。
【図９】図４、図５、図６に示すインジェクタの計量チ
ューブにおけるスロット化された開口の平面図。
【図１０】図４、図５、図６に示すインジェクタの計量
チューブにおける他の変形例の開口パターンの平面図。
【図１１】図４、図５、図６に示すインジェクタの計量
チューブにおける他の変形例の開口パターンの平面図。
【図１２】インジェクタに接続されるフランジ及び計量
チューブの拡大部分側面図。
【符号の説明】
１０ インジェクタ １４ 下面（ガス吐出面） １５ 端面 １６ 基板 １７ 細長い通路 １８ 配送路 ２２ 計量チューブ ２３ 計量チューブの開口
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アダム キュー ミラー アメリカ合衆国 カリフォルニア州 95018 フェルトン グーシー ストリ ート 6026 (56)参考文献 特開 平１−257322（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−230226（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−101048（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−111876（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 21/31 C23C 16/44 H01L 21/205

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【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。
  2. 【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。
  3. 【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。
  4. 【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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