JP4480274B2

JP4480274B2 - 化学気相堆積気化装置

Info

Publication number: JP4480274B2
Application number: JP2000561376A
Authority: JP
Inventors: ジュンツァオ，; リーリュオ，; キャオリャンジン，; フランクチャン，; チャールズドーンフェスト，; ポータン，
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 1998-07-21
Filing date: 1999-07-20
Publication date: 2010-06-16
Anticipated expiration: 2019-07-20
Also published as: US6210485B1; WO2000005430A1; JP2003527739A; KR20010053597A; EP1102871A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液状前駆体の蒸気化用、及び適切な基板上への膜の蒸着用の装置とプロセスに関する。特に、高容量ダイナミックメモリモジュールに有用な集積回路コンデンサを作るシリコンウエハ上へのチタン酸バリウムストロンチウム（ＢＳＴ）膜等の金属酸化物膜の蒸着用装置とプロセスを意図するものである。
【０００２】
【従来の技術】
集積回路（ＩＣｓ）の集積密度が増加し、２５６Ｍｂｉｔや１ＧｂｉｔのＤＲＡＭｓを構成するコンデンサ等の電気素子に使用される高誘電率を有する材料の必要性が高まってきている。有機金属化合物等の高誘電率材料を含むコンデンサは、通常、標準のＳｉＯ２-Ｓｉ３Ｎ４-ＳｉＯ２スタックコンデンサよりも非常に大きな静電容量密度を持ち、こ等の材料をＩＣ製造時の材料として選択する。
【０００３】
超大規模集積化（ＵＬＳＩ）ＤＲＡＭｓ用の材料として関心が高まっている有機金属化合物の一つが静電容量が高いＢＳＴである。ＢＳＴを蒸着するために過去に使用された蒸着技術には、ＲＦマグネトロンスパッタリング、レーザーアブレーション、ゾルゲル処理法、及び有機金属材料の化学蒸着法（ＣＶＤ）がある。
【０００４】
液状源ＢＳＴのＣＶＤプロセスは、化合物を噴霧化し、噴霧化化合物を蒸気化し、蒸気化化合物を加熱基板上に堆積し、堆積膜をアニーリング（焼き鈍し）する。このプロセスは、アンプルからの導入から蒸気化により液状体送出装置への、最終的には堆積される基板面に達する液状前駆体とガスの制御を必要とする。目標は、温度と圧力が制御された環境で均一厚みの膜を再現性良く蒸着するプロセスを得ることである。液状先駆体が繊細で、蒸着装置の設計が複雑になるので、この目標はこれまでに満足には達成されていなかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
例えば、一連の問題を解決するのに蒸発器を使うことである。液状前駆体を蒸気化する際の一つの難しさは効率が不足することである。液状前駆体の一部分のみを蒸発器内の低コンダクタンスにより蒸気化し、それによって、蒸着速度が抑制され、一貫して再現性のないプロセスが生じる。さらに、ＣＶＤプロセスに使用された周知の蒸発器は使用中に結果的に閉塞を生じ、安定化される連続フロープロセス用に改造されていない狭い通路を持つ。例えば、米国特許番号５，２０４，３１４の発明の名称“ＣＶＤ反応装置から蒸気状の不揮発性試薬の供給方法”はマトリックス構造によるフラッシュ蒸発器を開示する。このマトリックス構造は一般的に限定開口孔を有する加熱スクリーンメッシュを備える。用途を広げると、マトリックス構造は液状前駆体の蒸気化効率を低下させ、プロセスの再現性と蒸着速度にとって負の影響をもたらす堆積物を蓄積する。
【０００６】
別の難しさは、ＢＳＴ液状前駆体は高温で分解し、低温で凝縮するので、蒸気化の範囲が狭いことである。周知の蒸発器は表面を温度制御し、蒸発器に注入する前に低温に液状前駆体を維持する機能に欠けている。この結果、注入ラインと蒸発器内に材料を堆積させ、前駆体を早過ぎて凝縮したり、不要な分解を引起す。こ等の堆積物は蒸発器のみでなく、正排気ポンプ等の上流側の構成部分にも悪影響を及ぼす。何故ならば、このポンプはその圧力シールを破壊するか、ポンプの圧力安全弁が作動するまで運転を続けるからである。勿論、装置の構成部分の損傷は保守や修理を必要とし、時間外勤務は非常に費用がかかり、装置の所有者のコストを増やすことになる。さらに、蒸発器内で形成された堆積物は下流側に運ばれて他の構成部分を腐敗させ、最終的に基板面に送付され、それによってその特性を弱める。それゆえ、蒸発器を通る温度制御された流路が必要になる。
【０００７】
さらに、ＢＳＴの蒸着時に遭遇する難しさは、約４００〜７５０℃の範囲にある高い基板温度で蒸着プロセスを行い、約５５０〜８５０℃の範囲の基板温度でアニーリングプロセスを行うことである。これらの高温度条件は蒸着プロセスで使用するチャンバ（チャンバ）やその他の構成部分に要求の負担がかかる。例えば、弾性Ｏリングが蒸着チャンバをシールするのに用いられ、これは一般的に、多くの製造サイクル中に約１００℃を超える温度に耐える材料で作られていない。シール不良はプロセス化学と装置構成部分の汚染にみでなく圧力損失をもたらすことになり、それによって、ウエハ上に欠陥膜の形成される。さらに、熱伝導から生じる蒸発器表面の温度変動を防ぐ必要がある。熱伝導による熱損失は基板表面上に温度勾配を引起し、膜厚の均一性を減少させ、さらに蒸着チャンバ内の高温環境を維持するために装置に必要な電力需要を増やすことになる。
【０００８】
それゆえ、高い温度を維持し、前駆体の不要な凝縮や分解を通路に沿って阻止し、且つ、温度勾配を避けながら、前駆体を効率的に蒸気化し、蒸気化前駆体を下流側装置構成部分に送出する高コンダクタンス蒸気化装置が必要になる。高速クリーニングと連続流れ動作用に装置を改造できることが望ましい。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の一つの観点によれば、蒸発器は、蒸気化を必要とし、且つ、ガス流路面の不要な凝縮を阻止するために高い温度で輸送される必要のあるＢＳＴや他の材料、特に蒸発器に流動体として輸送され、蒸気相に変換される低揮発性前駆体を蒸気化する。この蒸発器は、高速除去、クリーニング及び／または交換ができる構造の一連の加熱温度制御構成部分を備える。この蒸発器はさらに、ＵＬＳＩのＤＲＡＭｓ用に有用なコンデンサ等の電気素子の製造中に発生する高温度の有害作用からシール（例えば、弾性Ｏリング）を保護する機能を持つことが望ましい。
【００１０】
本発明はさらに、液状前駆体構成部分を一貫して混合し、効率的に蒸気化し、蒸発器とガス送出ライン内でガスの分解と凝縮を無視できる蒸着チャンバに蒸気化材料を送出するために閉塞を阻止できる高コンダクタンスの大きな平滑蒸着通路を有する蒸発装置を提供する。好ましくは、既存蒸発器に関係する汚損や閉塞の可能性を減らすように温度制御表面領域を増やすことによって、この装置は蒸気化効率を増やす。
【００１１】
本発明の特徴は、メインテナンスが著しく減少・簡略化され、微粒子発生が少なく高速でＣＶＤ膜を蒸着する機能を有する一貫して高性能のコンデンサ膜の製造にある。基本的な結果は効率性と経済性を強化した製造プロセスである。
【００１２】
本発明の別の観点では、主要蒸発部を有する主要本体は着脱自在の加熱素子を具備する。主要蒸発部の下にブロッカを配設する。このブロッカ内に形成した高コンダクタンスチャネルは拡張蒸発面として機能する。第一実施例では、これらのチャネルは並列関係にあり、下流側ガスラインに結合された出口に至る。第二実施例では、ブロッカは主要蒸発部内に少なくとも部分的に配設されたガスコンパクタを備える。このガスコンパクタは入口と出口にそれぞれつながる上部ポートと下部ポートを持つ。ガスチャネルはガスコンパクタと主要蒸発部との間に形成され、上下部ポート経由で入口と出口の間に流体を伝達する。随意に、蒸発器の下側端にフィルタを配設する。
【００１３】
本発明の別の実施例では、蒸発器は選択的に結合された分離可能な構成部分を備える。第一実施例では、蒸発器構成部分はクランプにより結合され、また別の実施例では、構成部分はＶＣＲ（商標）取付け具により結合される。各実施例では、構成部分は検査やクリーニングのために分解容易である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の上述の特徴、長所と目的は達成され、詳細に理解されるように、本発明のより特定の説明は上記に簡単に要約したように、その実施例を参照にされ、添付図面に図示される。
【００１５】
しかし、注目すべきは、添付図面は本発明の代表的実施例のみを図示するもので、したがって、その範囲の限界を考慮したものではない。本発明は他の等しく有効な実施例をも認めるものである。
【００１６】
本発明は化学気相堆積（ＣＶＤ）システムに用いられる気化器に関する。次の記載はBSTを参照しているが、本発明が、優れた実用性、均一な膜堆積、及び温度が制御されている表面によって生じる強化された効率という利点を要求する全てのプロセスシステムに用いられ得ることが理解されている。気化器は、ULSI DRAMsに用いられるコンデンサ及びその他多数の電気デバイスの製造に有用な酸化金属誘電体の製造のために、特別な応用を有する。一般に、本システムによって製造できるデバイスが、基板上に堆積された絶縁、誘電性或いは導電性材料の１つ以上の層を有することを特徴とするものである。
【００１７】
図１及び２は、本発明を取り入れたＣＶＤシステム１０の斜視図である。システム１０は、一般に、チャンバ本体１２、加熱されたリッドアセンブリ１４、一体化された気化器モデュール１６、ゲートバルブ２０とターボポンプ２２と第１のコールドトラップとを含む排気／ポンピングシステム１８を備える。図示のように、気化器モデュール１６は、気化器キャビネット２６において、チャンバ本体１２の近くに取付けられ、気化器キャビネット２６は、一端がチャンバ本体１２内への入口に、他端が気化器１００に接続している出口ライン２８を含む。出口ライン２８に沿って配置されているのが第１のバルブ３０であり、該第１のバルブ３０は、順番に、キャビネット２６の背部を通して外へ延長するバイパスライン３２に接続し、さらに、導管によって排気／ポンピングシステム１８に接続している。上記の導管には、バルブ３０の下流に位置する第２のコールドトラップが配置されている。プロセス中或いはシステム１０の清浄中に、気化されたガスを供給する準備において、バイパスライン３２が、気化されたガスと液体溶剤との両方をコールドトラップ３４内に供給する。第１のバルブ３０は、コールドトラップ３４を通してチャンバ１２への気化された材料の供給を制御する。アイソバルブ(isovalve)等の第２のバルブ３６は、第１のバルブ３０の下流に配置されて、気化されたガスを選択的にチャンバ本体１２内に供給する。第２のバルブ３６が、ロッド及びワッシャアセンブリ３８を介して、チャンバ１２の下側部分に取り付けられる。このアセンブリ３８が、チャンバ１２に関連するデリバリライン及びバルブ３６の調整を可能にする。マウントが、一般に、イソバルブ３６及び出口ライン２８の回転可能調整を可能にする、それぞれ１つがもう１つの中に設置されている第１及び第２のリング４０、４２を含む。第２のバルブ３６は、複数のロッド４４（図示せず）を介して、第２のリング４２に取り付けられていって、上記のロッド４４は、リング４２から取り付けられて、ロッド及びリングの上側部分上に配置されているスプリング４６を含む。２つのリング４０，４２がアセンブリ３８の回転を可能とし、スプリング及びロッド配置がアセンブリ３８の縦調整を可能として、チャンバ１２内へのガス供給ライン３０の正しいアライメントを確実にする。一般に、サスペンションアセンブリ３８は、熱膨張／収縮のための補償を提供して、機械的及び熱応力を有しない真空シールを維持する。システム１０のサイズおよび寸法は、本発明のプロセスが行われるワークピースのサイズ及び形状によって決定される。
【００１８】
図３は、液体前駆物質及びキャリアガスを気化器１００に供給するための液体及びガスデリバリシステム５０の簡略図を示す。第１のガス容器５２及び第２のガス容器５４が気化器１００に接続してキャリアガスを提供する。これらのガスのファンクションが後に詳細に記載される。図示のように、液体アンプル５６が気化器１００に接続されて液体前駆物質を提供する。流速を監視し制御することができるように、流量計５８が液体及びガスデリバリラインに配置される。高い流速を実現するために、ガスデリバリラインが、好ましく、ＰＴＦＥ等の低い摩擦係数を有する材料から作られる。図３に示されていないが、この業界に一般に知られ用いられる他のデバイスはバブラー、デガッサー、シャットオフバルブなどを含む。
【００１９】
気化器が、理想の等温システム温度（例えば、ＢＳＴの場合、２５０℃±５℃）に実質的に維持される場合、堆積層の均一性が強化され且つ維持されうるは、本発明者が認識した。気化器１００は、メインシールを理想の等温システム温度以下に冷却することによって、メインシールを保護するための熱制御フィーチャを含む幾つかのアクティブ(active)及びパッシブ(passive)熱制御システムを取り入れる。システム化学物質にさらされている気化器のコンポーネントにおける重大な温度変動及び勾配を含まずに、且つ余分な冷却及び加熱パワー損失を有せずに、冷却が実現される。
【００２０】
図４は、本発明の気化器１００の１つの実施例を示す断面図である。気化器１００が、一般に、インプットマニホルド１０２、冷却ヘッド１０４、及びトップブロック１０８とボトムブロック１１０とを含む本体１０６を備える。インプットマニホルド１０２が、気化器１００の上端に連結されて、入口１１２を提供し、入口１１２には、キャピラリーチューブ等の噴射部材１１４が配置されている。噴射部材１１４が、（図３に示されている）液体前駆物質アンプル５６及び（図３に示されている）第１のガス容器５２に接続されている。
【００２１】
冷却ヘッド１０４とトップブロック１０８とは、それぞれヘッド１０４及びトップブロック１０８上に形成された当接フランジ１２０および１２２で、結合される。同様に、トップブロック１０８とボトムブロック１１０とは、それぞれ、トップブロック１０８及びボトムブロック１１０上に画成されたフランジ１２４及び１２６で、結合される。フランジ１２０、１２２、１２４及び１２６は、ＫＦクランプ等のクランプ１２８を受容して、操作中に種々の気化器コンポーネントを一緒に保持するようになっている。フランジ１２０及び１２４にそれぞれ配置されているＯリングシール１３０及び１３２は、ブロック１０８、１１０及び冷却ヘッド１０４のインターフェイスで気密シールを提供する。Ｏリング１３０，１３２は、例えば、ヘリコフレックス(Helicoflex)からのアルミニウムデルタシール等の多数の高温金属／金属シールのいずれかであってもよい。
【００２２】
Ｏリング１３０及び流入液体前駆物質を積極的に冷却するために、１つ以上の冷却チャンネル１３４が、好ましく、ヘッド１０４内に配置される。熱交換流体（例えば、水、エチレングリコール、シリコンオイルなど）がチャンネル１３４を通して循環して、Ｏリングシール１３０での熱を除去する。選択的に、もう１つの冷却チャンネル（図示せず）を、Ｏリング１３２の近くに、本体１０６内に配置してもよい。熱伝導率を最大化にするために、冷却ヘッドが、好ましく、アルミニウムあるいは幾つかの他の熱導体から製造される。図４に示されていないが、操作温度を監視するために、気化器１００の上端で、熱電対を設置してもよい。分散／キャリアガス導管１３５が、冷却ヘッド１０４内に形成されて、トップブロック１０８の上側部分に形成された凹部１３７に至る。インジェクションライン（図示せず）は、（図３に示されている）第２のガス容器５４を分散／キャリアガス導管１３５に接続して、そこに分散／キャリアガスを提供する。冷却ヘッド１０４が、中央に形成された入口ボア１３６を提供し、ボア１３６の中には、噴射部材１１４が配置されて、ねじ付スリーブによって固定される。噴射部材１１４は、トップブロック１０８のネック１４２を通して縦方向に延長しネック１４２の下端の近くに終るガス通路１４０によって、同心に受容される。噴射部材１１４の外周のまわりに配置される同心ガス通路１４０は、任意な形状であってもよく、１つ以上の分散ガスを噴射部材の先端或いはノズル１４４に供給するようになっている。低い摩擦係数および詰まり防止のため、同心ガス通路１４０及び噴射部材１１４は、好ましく、PTFEから製造される。
【００２３】
同心ガス通路１４０は、直径方向に比較的狭い上端部及び直径方向に拡大した下端部を有する円錐台表面として示されている気化セクション１４６に至る。メイン気化セクション１４６は、大きな、好ましくは滑らかな、加熱される表面領域を提供して、この表面領域の上に、流体が堆積されてもよい。メイン気化セクション１４６と並列されているブロッカ１４８は、延長した気化表面を提供する。ブロッカ１４８は、好ましく、アルミニウム或いは幾つかの他の熱導体から製造されて、複数の高伝導力チャンネル１５０を備える。PALLから提供されるような市販のフィルタ１５２は、ブロッカ１４８の下且つ高伝導力出口１５３の上に配置される。フィルタ１５２が、ボトムブロック１１０の環状ショルダ１５４の上に位置し、トップブロック１０８によって上から固定されて、２つのブロック１０８，１１０をクランプ外すことにより定期的な交換を容易にする。フィルタ１５２は、PALLから提供される１つのフィルタ等の任意の数の市販フィルタであることできる。この配置は、気化器１００におけるより短い共鳴時間のための大きい伝導力を提供し、且つ気相流経路の点検及び清浄を容易にする。
【００２４】
ブロック１０８，１１０は、好ましく、ステンレススチールから製造され、クロック１０８，１１０を囲む（カートリッジとして示されている）１つ以上の加熱素子１５６により生成される熱エネルギーの保持及び伝送のために、比較的大きい熱質量を提供し、それによって、気化表面上及び下流の最適等温温度を確保する。ヒータ１５６は、レセプタクル１５８内に摺動可能に収容されて、メンテナンス及びサービングのために選択的に取り外されることができる。加熱素子１５６は、好ましく、約１０００Wと約３０００Wとの間にある全加熱パワーをブロック１０８，１１０に供給し、従来のPID制御器（図示せず）によって制御されて、本体１０６を最適等温温度に維持する。制御器は、気化表面の近くにあるブロック１０８，１１０の少なくとも１つ、好ましくは、両方の中に置かれる熱電対（図示せず）に接続される。
【００２５】
全ての気化器コンポーネントは、独特に設計されており、分解、保持、交換が容易になっている。各コンポーネントは、独立のユニットを備え、それは、別個に供給もしくは交換されてもよい。図４に示されるように、第一実施形態の気化器１００は、６個の主要コンポーネント、すなわち、入力マニフォールド１０２、冷却ヘッド１０４、トップブロック１０８、ボトムブロック１１０、加熱素子１５６、フィルタ１５２、ブロッカ１４８から成る。上述したように、トップブロック１０８および冷却ヘッド１０４は、選択的にＫＦクランプに結合されている。トップブロック１０８は、同様に、ボトムブロック１１０に結合されている。そのため、定期的に交換されなければならないフィルタ１５２と、定期的な洗浄が必要になるかもしれないブロッカ１４８は、ボトムブロック１１０からトップブロック１０８を外すことにより取り外される。ブロック１０８，１１０は、ＫＦクランプやＶＣＲ（登録商標）取付具等の他の結合アセンブリにより結合されて示されている。
【００２６】
操作中、液体先駆物質は、気化器から上流で、最初にアルゴン等のキャリアガスと結合される。液体先駆物質コンポーネントと、キャリアガスとの混合物は、その後、噴射部材１１４（好ましくは２−２０ミル内径）を介して、メイン気化セクションのちょうど上方個所へ分配される。液体とガスは、比較的に高い流速、例えば、毎分１０ミリリットルの液体と１００−２０００sccmのガスで供給され、液体をノズル１４４から排出させ、メイン気化セクション１４６に高いノズル速度を有するガスと液体の液体噴流として入る。
【００２７】
（図３に示された）流量計５８は、液体先駆物質コンポーネント混合の流速と直接関係して流れるガス量を制御する為に使用できる。液体の流速は、通常、図３に示される流量計等の流体コントローラにより、制御される。当業者に分かるように、液体先駆物質の流体速度は、気化器１００に入力されるキャリアガスの流れにより独立して制御してもよい。
【００２８】
アルゴン等の一以上の分散／キャリアガスは、分散／キャリアガス導管１３５を通じて分配され、噴射部材１１４の周りを同心状に流れ、液滴がノズル１４４上に形成すること、更に、噴射部材１１４の外側シリンダに移動することを防止する。ノズル１４４のレベルで、分散／キャリアガスは、噴射部材１１４から外に噴射する液体先駆物質混合物をピックアップし、液体先駆物質が気化されるメイン気化セクション１４６に混合物を運び落とす。この初期的な「瞬間的な」気化を最適化するため、噴射部材のノズル１４４とメイン気化セクション１４６との隙間は、調節可能であることが好ましい。液滴が「フライパン上で跳ね上がる」効果を避ける為の瞬間的な気化の調整は、ガスと液体先駆物質の混合物の流速を調整することにより得られる。気化された先駆物質は、その後、ブロッカ１４８内に形成された、複数の高伝導力チャネル１５０を通じて導かれる。ブロッカ１４８は、第二段階気化器として作動するが、同時に、気化されなかった液体を集め、それらをフィルタ１５２に向ける。フィルタ１５２は、気化されなかった、いかなる液体をも捕捉できる。これにより、液体が気化器１００を通過してチャンバ１２（図１，図２，図３に示す）の中に入ることを防止する。結果として残る堆積ガスは、その後、気化器の、堆積チャンバへの分配用出口１５３を通過する。広口出口１５３は、大きい伝導力の為に設計されているので、先駆物質気化器は、容易に気化器１００からチャンバ１２へと運ばれる。
【００２９】
液体混合物の通路の短い最終セグメント以外の全ては、冷却チャネル１３４、ネックにより他の上流気化器コンポーネントからの本体１０６の物理的分離部を備える熱絞り構造により、比較的に低い温度（ＢＳＴに対し０−８０℃）に保たれている。熱絞りは、気化器１００の上部を加熱素子１５６により発生された熱から分離し、他のシステムコンポーネントにおける著しく有害な冷却効果を誘発することなく、熱損失と冷却スポットの発生を防止する。特に、本設計は、本体１０６が適切な等温（例えば、ＢＳＴに対し２５０℃し±５℃）で維持されることを許容するものである。
【００３０】
図５は、本発明の第二実施形態に係る気化器１００の断面図である。気化器１００は、一般的に、第一実施形態のコンポーネント、すなわち、入力用マニフォールド１０２、冷却用ヘッド１０４、本体１０６を含む。しかし、第二実施形態は、以下に説明する幾つかの設計上の変形例を含む。
【００３１】
図５は、本体１０６内に形成された分散／キャリアガス導管２０２を示す。導管２０２は、本体１０６下方から、その周辺部に沿って伸び、その後、噴射用ノズル１４４後部の通路内で終結する。急速分離取付け具２０６により導管２０２に連結された噴射用ライン２０４は、分散／キャリアガスを、第二ガス容器５４（図３に示す）から導管２０２に分配する。噴射用部材１１４は、ブローカー、又はガスコンパクタを囲むメイン気化セクション１４６に対する入口で終わる。ガスコンパクタ２０８は、上端部で入口２１０、下端部で出口を有する実質的に細長いシリンダである。出口２１０は、ノズル１４４を受容し、入口の壁に形成された複数の排気用ポート２１４を備える。同様に、出口２１２は、複数の取り入れ用ポート２１６を有する。ガスコンパクタ２０８の出口径は、メイン気化セクション１４６の径より僅かに（数ミリメートル）小さく、流体チャネル２１８は、排気用ポート２１４から取り入れ用ポートに導き、それらの間を連通させるように形成されている。
【００３２】
ステンレス鋼の一体物で形成されているのが好ましい本体１０６は、加熱ジャケット２２０により発生される熱エネルギの保持および伝達の為の比較的大きな熱量を提供し、高い比熱容量を有し、もって、下流と同様、気化表面上の最適等温を保証する。加熱ジャケット２２０は、端部でスクリュー（図３に示す）で固定されたＣ−クランプ形式になっており、本体１０６の外部で支持され、加熱ジャケット２２０の簡単な取り外しを許容する。加熱ジャケット２２０は、電気的に加熱（抵抗加熱）または流体的に加熱されてもよく、これらの適用例の通常の大きさ、流速に対し、約１０００Ｗから３０００Ｗの全加熱パワーを本体１０６に分配するのが好ましい。図４に使用されたようなカートリッジも使用できる。加熱ジャケット２２０は、メイン気化セクション１４６を最適等温で従来のＰＩＤコントローラ（図示せず）により維持する為に制御される。図５には示されていないが、第二実施形態の気化器１００も、噴射用部材１１４のすぐ近くの本体１０６内に配置されるのが好ましい熱電対を備え、操作中、温度をモニタする。追加の熱電対（図示せず）は、一部が入力、一部が冷却用ヘッド１０４内に配置されたスロット２２２により受容されてもよい。
【００３３】
熱放射用シールド２２４は、気化器１００の中間部付近に円周に配置されて示されている。少なくとも本体１０６は、シールド２２４内に包囲されているのが好ましい。冷却用ヘッド１０４も包囲されているのが、最も好ましい。シールド２２４は、本体と直接、接触せず、エアポケットが本体１０６の周りに形成されているのが好ましい。シールド２２４は、ステンレス鋼のように高い断熱性を有する金属であるのが好ましい。ステンレス鋼等の断熱材で構成されているのが好ましい金属部材２２６は、ヘッド１０４と本体１０６との間に水平に介在され、熱絞りとして機能する。
【００３４】
図５で示されるように、第二実施形態の気化器１００は、６個の主要コンポーネント、すなわち、入力用マニフォールド１０２、冷却用ヘッド１０４、本体１０６、加熱ジャケット２２０、ガスコンパクタ２０８、シールド２２４から成る。互いに連結、取外しの容易化を許容するために、コンポーネントは、ＶＣＲ（登録商標）取付け具で装備されている。しかし、例えば第一実施形態で使用されたＫＦクランプ等の、他の結合装置を使用してもよい。
【００３５】
第二実施形態の気化器１００の操作は、幾つかの例外を除き、上述した第一実施形態と実質的に同一である。第二実施例形態において、分散／キャリアガス導管２０２は、本体１０６内に、少なくとも部分的に加熱ジャケット２２０付近に配置されて示されている。これにより、分散／キャリアガスは、通路への噴射前に加熱される。さらに、噴射部材１１４は、ネック１４２の下方に伸び、ガスコンパクタの入口２１０の上方で通路１４０の端部で終了し、これが図５に示されている。これにより、液体先駆物質は、加熱ジャケット２２０により発生され本体１０６により伝達された熱の為に高温に達する。先駆物質は、その後、矢印で表示されたようにガスコンパクタ２０８を通じて、その周囲にそれらが導かれる入口２１０内に分配される。気化ガスは、その後、出口２１２を通って気化器１００を出て、下流の堆積チャンバ１２に分配される。
【００３６】
取入れ用ポート２１６（３個が図示）は、排気用ポート２１４（５個が図示）より小さいことが好ましく、ポート２１４の全有効断面積は、その流量速度が実質的に等しくなるように実質的に等しくなっている。そのため、連続の式により、Ａ₁Ｖ₁=Ａ₂Ｖ₂ になる（ここでＡ₁は排気用ポート２１４の全断面積、Ｖ₁は排気用ポートを通る流体の速度、Ａ₂は、取入れ口用ポート２１６の全断面積、Ｖ₂は取入れ口用ポート２１６を通る流体の速度である。）。ベルヌイの式は、それから、ガスコンパクタ２０８の各端部圧力に対し解ける。所望の圧力は、（重力の影響を補償するために）気化器１００の向きを操作し、ガスコンパクタ２０８の長さを変更し、更に、ポート２１４とポート２１６の断面積間の相対的な大きさの違いを変えることにより、達成することができる。高精度の寸法も、使用される流体の種類、メイン気化セクション１４６、ガスコンパクタ２０８により与えられた表面摩擦に依存するであろう。流体を下流にバイアスをかける僅かな圧力差が、最も好ましい。
【００３７】
第一の実施例では、本体１０６の他の上流気化器部品からの物理的な分離及び冷却チャネル１３４、を含む熱的チョーク構造物によって、液体混合物経路の最後の短いセグメントを除く全部が比較的低温（例えば、ＢＳＴに対しては０℃〜８０℃）に維持される。第二の実施例においてもまた、熱伝導を更に防ぐことによって、気化の前に液体前駆物質成分の熱分解を減少させるよう、金属膜２２６が利用される。噴射部材１１４を追加的に熱絶縁することは、ネック１４２の比較的薄い（例えば、数ミリ）壁及び材料の熱的絶縁値によって供給される。本体１０６の肝要部分を形成するネック１４２は、ステンレス鋼、ＰＴＦＥ、又は比較的低い熱伝導度を有するその他の材料で作られていることが好ましい。
【００３８】
特定考案の特徴部については、第二の実施形態に関してのみ示されている。例えば、シールド２２４、熱せられた分散／キャリアガス導管２０２、及び加熱ジャケット２２０であり、これらの特徴部は、第一の実施形態の気化器１００によって利用されてもよい。同様に、加熱カートリッジ等の第一の実施形態の特徴部を、第二の実施形態の利益となるように使ってもよい。さらに、どちらの実施形態においても、本発明の範囲を離れることなく、噴射部材１１４等の部品に対して調節を施すことができる。
【００３９】
気化器１００は、均一に熱せられた表面の大きな領域に混合物を晒すように増大した表面領域を持つ気化器の主なセクション１４６を供給することによって、ＢＳＴ等と前駆体成分キャリアガスとの混合物を気化するために機能する。主な気化セクション１４６、第一の実施の形態のブロッカ１４８、第二の実施形態のガスコンパクタ２０８等の気化器１００の種々の部品の各々は、前駆体成分、キャリアガス、及び分散ガスを勢いよく混合し且つ気化するために働く。この構成は、気化器１００において短い共鳴時間の間、大きな伝導度を供給する。最大化された表面領域は、詰まりを防ぐと同様により効率よく気化させるために役立つ。
【００４０】
気化を完了させるために必要とされる電力量は、前駆体成分とキャリアガス、及び混合物のフローレートの化学的性質の関数である。一例として、０．１０ｍｌ／ｍｉｎのＢＳＴフローレートと２００−３００ｓｃｃｍのキャリアガス（例えばＡｒ）フローレートを使うと、フローを加熱し完全に気化させるのに必要な電力量は約１０Ｗである。従来の構成と比較すると、混合物に供給される加熱（例えば気化）力の量は、完全な気化を達成させるために実際に必要とされる加熱力のレベルよりも実質的に大きく設定されている。本発明に従えば、気化器１００に伝達された熱的電力は、混合物の完全な気化に必要とされる１０Ｗよりも１０倍又は１００倍大きく約１００Ｗと１０００Ｗとの間に設定されており、２０〜３０倍大きい２００−３００Ｗと２０００−３０００Ｗとの間であることが好ましい。こ等の場合、流動している混合物によって吸収される加熱力は、利用可能な加熱力のわずかな部分である。従って、気化ガスによって吸収される加熱力は、利用可能な加熱力との関係では重要でないゆらぎを表し、加熱する表面を理想的等温温度（例えば、ＢＳＴについては２５０℃±５℃）に実質的に維持させることができる。一般に、等温システムの理想的温度は、使われる前駆体成分の混合物に依存し約２００−３００℃の範囲である。
【００４１】
システムの応用
例１
本発明のシステムを使って堆積することができる例示的な金属−酸化層には、タンタル五酸化物（Ｔａ₂Ｏ₅）、ジルコン酸塩チタン酸塩（ＺｒｘＹｉｙＯｚ）、ストロンチウムチタン酸塩（ＳｒＴｉＯ₃）、バリウムストロンチウムチタン酸塩（ＢＳＴ）、鉛ジルコン酸塩チタン酸塩（ＰＺＴ）、ランタンがドープされたＰＺＴ、ビスマスチタン酸塩（Ｂｉ₄Ｔｉ₃Ｏ₁₂）、バリウムチタン酸塩（ＢａＴｉＯ₃）、又は同等のものが含まれる。堆積することができる他の材料には、凝縮と分解の間で狭い気化範囲を有する材料がある。
【００４２】
例２
本発明は、主にＢＳＴ等の金属酸化物層を参考にして記載されているが、広い伝導経路にわたっての等温気化の利益を必要とする他の処理のために実行されてもよい。例えば、銅の堆積は、半導体産業における特定の関心の一分野である。
【００４３】
Ｃｕ層を堆積は、いかなる既知のＣＶＤＣｕ処理、又はcopper⁺²(hfac)₂及びＣｕ⁺²(fod)₂（fodはheptafluoro diethyl octanedieneの略である）を含む前駆体ガスを使ってもすることはできるが、好ましい処理においては、アルゴンをキャリアガスとし、揮発性液体混合物であるcopper⁺¹hfac、ＴＭＶＳ（hfacは、hexafluoro acetylacetonate anionの略であり、ＴＭＶＳは、trimethylvinylsilaneの略である）が使われる。こ等の混合物（copper⁺²(hfac)₂）の一つは、ＣｕｐｒａＳｅｌｅｃｔ^TMであり、シューマッカー社の登録商標である。この複合体は、大気下（例えば、６０℃以上）では液体であるので、半導体製造において現在使われている標準的なＣＶＳ前駆体デリバリーシステムにおいて利用することができる。ＴＭＶＳ及びｆｈａｃは、接着、核形成、及び安定化を増強するために使われる添加剤である。特に、ＴＭＶＳは、熱的安定化剤であり、望ましい温度に到達するまで反応を防止させものである一方、ｆｈａｃは、分解を制御する化合物である。ＴＭＶＳ及びcopper⁺²(hfac)₂の両方が、分解反応の揮発性副産物でありチャンバから排気される。堆積反応は、次のメカニズムにしたがって起こると考えられている。このメカニズムにおいて、（ｓ）は、表面との相互作用を示し、（ｇ）は、ガス相を示す。
2Cu⁺¹hfac,TMVS(g) ‐‐→ 2Cu⁺¹hfac,TMVS(s) ステップ（１）
2Cu⁺¹hfac,TMVS(s) ‐‐→ 2Cu⁺¹hfac(s) ＋ 2TMVS(g) ステップ（２）
2Cu⁺¹hfac(s) ‐‐→ Cu(s) ＋ Cu⁺²(hfac)₂(g) ステップ（３）
【００４４】
ステップ１においては、ガス相から金属表面上に複合体が吸着する。ステップ２においては、配位したオレフィン（この特定の場合はＴＭＶＳ）が、複合体からフリーガスとして分解し、Cu⁺¹hfacを不安定な化合物として残す。ステップ３においては、Cu⁺¹hfacが不均化し銅金属と揮発性のCu⁺²(hfac)₂を産生する。ＣＶＤ温度における不均化は、金属表面又は電気的に導伝性の表面によって一番強力に促進されると思われる。代替反応においては、酸化金属銅複合体を水素によって還元し、金属銅を産生することができる。
【００４５】
揮発性の液体複合体（Cu⁺¹hfac、ＴＭＶＳ）を使い熱的又はプラズマ処理を通してＣｕを堆積することができ、とりわけ、熱による処理が好ましい。プラズマ増強処理のための基板の温度は、約１００℃と約４００℃との間であることが好ましく、熱的処理のための温度は、約５０℃と約３００℃との間であることが好ましく、約１７０℃であることが特に好ましい。銅堆積のための気化器温度は、５０℃と８５℃の間であることが好ましく、６５℃であることが特に好ましい。
【００４６】
前記の記載は、本発明の好ましい実施の形態に対してされているが、本発明の基礎的範囲を離れることなく本発明の他の更なる実施の形態を考案することができる。本発明の範囲は請求項によって決定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明のチャンバ装置の透視図である。
【図２】図２は、チャンバと蒸発器モジュールの透視図である。
【図３】図３は、液状体とガス送出装置の簡略概要図である。
【図４】図４は、本発明の蒸発器の部分概略断面図である。
【図５】図５は、蒸発器の別の実施例の部分概略断面図である。
【符号の説明】
１００…気化器、１０２…流入マニホルド、１０４…冷却ヘッド、１０６…本体、１０８…トップブロック、１１０…ボトムブロック。

Claims

１つ以上の液体を気化する装置であって、
ａ）主気化部を形成し、注入チャンネルおよび排出チャンネルを備えた本体と、
ｂ）前記１つ以上の液体を前記主気化部に供給する液体注入部材と、
ｃ）前記主気化部と前記排出チャンネルとの間に配置されたブロッカであって、該ブロッカを通して形成された複数の高コンダクタンスチャンネルを備える該ブロッカと、
ｄ）前記主気化部と熱的に連通している１つ以上の加熱部材と、
を備える装置。
前記液体注入部材が、液体および気体供給装置に取り付けられる請求項１に記載の装置。
前記液体注入部材の高さが、調節可能である請求項１に記載の装置。
前記本体が、ステンレスチールを備える請求項１に記載の装置。
前記主気化部が、円錐台面である請求項１に記載の装置。
更に、前記主気化部と前記排出チャンネルとの間に配置された取り外し可能なフィルタを設けた請求項１に記載の装置。
更に、前記本体の回りに配置された取り外し可能なシールドを設けた請求項１に記載の装置。
更に、ａ）前記本体に配置された気体通路であって、その中に前記液体注入部材の少なくとも一部分が配置され、前記主気化部に流体的に連通している該気体通路と、
ｂ）気体を前記液体注入部材に供給するために前記液体注入部材の下端上の位置であって前記気体通路に接続して終わっている気体導管と
を備える請求項１に記載の装置。
１つ以上の液体を気化する装置であって、
ａ）主気化部を形成し、注入チャンネルおよび排出チャンネルを備えた本体と、
ｂ）前記１つ以上の液体を前記主気化部に供給する液体注入部材と、
ｃ）前記主気化部内に少なくとも一部分を配置されている気体コンパクタであって、ａ）第1の複数のポートを形成された注入口と、ｂ）第２の複数のポートを形成された排出口と、を有する該気体コンパクタと、
ｄ）前記主気化部と熱的に連通している１つ以上の加熱部材と、
を備える装置。
更に、前記主気化部および前記気体コンパクタにより形成されて前記第1の複数のポートおよび前記第２の複数のポート間に流体的に連通している気体チャンネルを具備する請求項９に記載の装置。
更に、前記本体の上端に選択的に取り付けられる冷却ヘッドを設け、前記冷却ヘッドが、環状の冷却チャンネルを備える請求項１に記載の装置。
更に、
ａ）前記本体に配置された気体通路であって、その中に前記液体注入部材の少なくとも一部分が配置され、前記主気化部に流体的に連通している該気体通路と、
ｂ）前記冷却ヘッドに配置された気体導管であって、気体を前記液体注入部材に供給するために前記液体注入部材の下端上の位置であって前記気体通路に接続して終わっている該気体導管と、
を備える請求項１１に記載の装置。
前記本体が更に、
ａ）前記主気化部を形成された上方ブロックと、
ｂ）前記排出チャンネルを形成されるとともに前記上方ブロックの下側に選択的に取り付けられる底部ブロックと
を備える請求項１に記載の装置。
更に、前記上部ブロックと前記底部ブロックとの間に配置されたシールを具備する請求項１３に記載の装置。
前記上部ブロックと前記底部ブロックが、熱的な絶縁体を備える請求項１３に記載の装置。
前記熱的な絶縁体が、ステンレススチールである請求項１３に記載の装置。
前記上部ブロックと前記底部ブロックが、選択的に一体的に接続される請求項１３に記載の装置。
前記上部ブロックと前記底部ブロックが、クランプにより選択的に一体的に取り付けられる請求項１７に記載の装置。
前記上部ブロックと前記底部ブロックが、ＶＣＲ嵌合によって選択的に一体的に取り付けられる請求項１７に記載の装置。
更に、前記上部ブロックの上端に選択的に取り付けられる冷却ヘッドを設け、前記冷却ヘッドが、環状の冷却チャンネルを備える請求項１３に記載の装置。
前記上部ブロックと前記底部ブロックが、ステンレススチールにより構成されるとともに前記冷却ヘッドが、アルミニウムにより構成される請求項２０に記載の装置。
更に、前記冷却ヘッドと前記上部ブロックとの間に配置されるシールを具備する請求項２０に記載の装置。
更に、
ａ）前記上部ブロックに配置された気体通路であって、その中に前記液体注入部材の少なくとも一部分が配置され、前記主気化部に流体的に連通している該気体通路と、
ｂ）前記冷却ヘッドに形成された気体導管であって、気体を前記液体注入部材に供給するために前記液体注入部材の下端上の位置であって前記気体通路に接続して終わっている該気体導管と、
を備える請求項２０に記載の装置。
１つ以上の液体を気化する装置であって、
ａ）注入チャンネルを備えた入力マニフォールドと、
ｂ）前記入力マニフォールドの下端に着脱自在に取り付けられ前記注入チャンネルに整合する注入孔を備えた冷却ヘッドと、
ｃ）前記冷却ヘッドの下端に接続された本体であって、
i)該本体に形成された気体通路および主気化部であって、前記気体通路、前記主気化部、および、前記注入チャンネルが、流体的に連通している、該気体通路及び該主気化部と、
ii)前記主気化部付近に配置されたブロッカであって、該ブロッカを通して形成された複数の高コンダクタンスチャンネルを備える該ブロッカと、
iii)排出口と、
を備える該本体と、
ｄ）前記主気化部に熱的に連通する１つ以上の加熱部材と、
を備える装置。
１つ以上の液体を気化する装置であって、
ａ）注入チャンネルを備えた入力マニフォールドと、
ｂ）前記入力マニフォールドの下端に着脱自在に取り付けられ前記注入チャンネルに整合する注入孔を備えた冷却ヘッドと、
ｃ）前記冷却ヘッドの下端に接続された本体であって、該本体に形成された気体通路、主気化部、及び出口を有し、前記気体通路、前記主気化部、及び前記注入チャンネルが、流体的に連通しており、前記主気化部内に少なくとも一部分を配置された気体コンパクタを有しており、該気体コンパクタが、ａ）第1の複数のポートを形成された注入口と、ｂ）第２の複数のポートを形成された排出口とを備える、該本体と、
ｄ）前記主気化部に熱的に連通する１つ以上の加熱部材と、
を備える装置。
更に、前記主気化部と前記気体コンパクタとの間に形成され、前記第１の複数のポートと前記第２の複数のポートとの間を液体的な流通状態にする気体チャンネルを具備する請求項２５に記載の装置。
更に、前記主気化部と前記排出口との間に配置された着脱自在のフィルタを具備する請求項２４に記載の装置。
前記１つ以上の加熱部材が、前記本体の回りに着脱自在に配置されている請求項２４に記載の装置。
更に、前記注入チャンネルに配置されるとともに前記気体通路内に少なくとも一部分を配置した注入部材を具備する請求項２４に記載の装置。
更に、前記注入部材に接続された液体および気体供給装置を具備する請求項２９に記載の装置。
前記注入部材の高さが調節可能である請求項２９に記載の装置。
更に、前記冷却ヘッド内に少なくとも一部分を配置するとともに前記注入部材の下端上の位置であって前記気体通路に接続して終わっている気体導管を具備する請求項２９に記載の装置。
前記気体導管が、前記本体内に配置されている請求項３２に記載の装置。
半導体処理装置であって、
ａ）処理チャンバと、
ｂ）前記処理チャンバの上流に配置され、上側において入力マニフォールドに着脱自在に取り付けられ下側において本体に着脱自在に取り付けられた冷却ヘッドを有する気化装置であって、前記本体が、
i)主気化部と、
ii)前記主気化部に流体的に連通された気体通路と、
iii)前記気体通路内に少なくとも一部分を配置された注入部材と、
iv)前記主気化部と前記処理チャンバに流体的に連通された排出チャンネルとの間に配置されたブロッカであって、該ブロッカを通して形成された複数の高コンダクタンスチャンネルを備える、該ブロッカと、
を備える、該気化装置と、
ｃ）前記気体通路に接続された液体供給装置と、
を備える半導体処理装置。
更に、前記主気化部と前記排出チャンネルとの間に配置された取り外し可能なフィルタを具備する請求項３４に記載の装置。
前記注入部材の一部分が、前記入力マニフォールドおよび前記冷却ヘッドを貫通している請求項３４に記載の装置。
前記注入部材の高さが調節可能である請求項３４に記載の装置。
更に、前記冷却ヘッドに形成されるとともに前記注入部材の下端上における点であって前記気体通路に接続して終わっている気体導管を具備する請求項３４に記載の装置。
前記気体導管が、前記本体内に形成されている請求項３８に記載の装置。
更に、前記本体の回りに配置された熱線シ−ルドを具備する請求項３４に記載の装置。
半導体処理装置であって、
ａ）処理チャンバと、
ｂ）前記処理チャンバの上流に配置され、上側において入力マニフォールドに着脱自在に取り付けられ下側において本体に着脱自在に取り付けられた冷却ヘッドを有する気化装置であって、前記本体が、
i)主気化部と、
ii)前記主気化部に流体的に連通された気体通路と、
iii)前記気体通路内に少なくとも一部分を配置された注入部材と、
iv)前記主気化部内に少なくとも一部分を配置された気体コンパクタであって、ａ）第1の複数のポートを形成された注入口と、ｂ）第２の複数のポートを形成された排出口と、を有する該気体コンパクタと、
v)前記処理チャンバに流体的に連通された排出チャンネルと、
を有する該気化装置と、
ｃ）前記気体通路に接続された液体供給装置と、
を備える半導体処理装置。
前記第１の複数のポートおよび前記第２の複数のポートの間を流体的に接続するように前記主気化部と前記気体コンパクタとの間に形成された気体チャンネルを更に備える請求項４１に記載の装置。