JP5722753B2 - 薄膜成長用反応装置 - Google Patents
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関連出願
本願は、２００５年１月１８日出願の仮出願第６０／６４５，５８１号、および２００５年２月２４日出願の仮出願第６０／６５６，８３２号に対し、３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９（ｅ）に基づき優先権の利益を主張し、これらの出願の全ての内容は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
本願は、２００５年１月１８日出願の仮出願第６０／６４５，５８１号、および２００５年２月２４日出願の仮出願第６０／６５６，８３２号に対し、３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９（ｅ）に基づき優先権の利益を主張し、これらの出願の全ての内容は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
本発明は、化学処理装置に関する。特に、本発明は、反応チャンバ内において薄膜を成長させる装置に関する。
基板面に薄膜を堆積させる気相成長法がいくつかある。これらの方法には、真空蒸着堆積、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）、化学気相成長法（ＣＶＤ）（低圧の有機金属ＣＶＤ、およびプラズマＣＶＤを含む）、および原子層エピタキシー（ＡＬＥ）（最近では原子層堆積（ＡＬＤ）と呼ばれることが多い）の異なる変形が含まれる。
素材からシリコンウエハなどの基板に薄膜を形成するＡＬＤは、半導体産業において知られるプロセスである。ＡＬＤは、自己飽和反応（self-saturating reaction）がサイクルにおいて起こることにより薄膜が積み重ねられる一種の気相成長である。膜厚は、行われたサイクルの回数により決まる。ＡＬＤプロセスでは、気体の前駆物質が、交互に繰り返し基板またはウエハに供給されて、ウエハ上に素材からなる薄膜が形成される。１つの反応物質が、自己制限式のプロセスにおいてウエハ上に吸着する。次の反応物質のパルスが、吸着した素材と反応して、所望の素材から単一の分子層を形成する。配位子交換またはゲッタリング反応における場合などの、適切に選択された試薬との反応によって、分解が生じ得る。一般的なＡＬＤ反応では、分子からなる単分子層のみが、サイクルごとに形成される。ターゲットの厚さに達するまで成長サイクルを繰り返すことにより、膜が厚くなる。
ＡＬＤプロセスでは、被膜される少なくとも１つの面を有する１枚またはそれ以上の基板と、所望の生成物を形成する反応物質とを、リアクタまたは堆積チャンバ内に導入する。一般に、１枚またはそれ以上の基板を、ウエハ支持部またはサセプタ上に配置する。ウエハ支持部を、リアクタ内に画定されるチャンバ内に配置する。ウエハを、反応ガスの凝縮温度より上でかつ反応ガスの熱分解温度より下の所望の温度まで加熱する。
ＡＬＤに特有の特徴は、面が飽和状態に達するまで、各反応物質が基板にパルス式に送出されることである。上述のように、１つの反応物質が、一般的に、基板面に吸着し、その後、第２の反応物質が、被吸着種と反応する。成長速度は、自己制限されるので、ＣＶＤにおける場合のように反応物質の温度または流束ではなく、反応シーケンスの繰り返し速度に比例する。
自己制限式の成長を行うために、連続した反応物質パルス同士の間のパージまたは他の除去ステップにより、気相の反応物質同士を混合させないようにしておく。パージステップ中に所望の素材からの成長は起こらないので、パージステップの期間を制限し得ることが好ましい。パージステップの期間が短縮される程、リアクタ内における反応物質の吸着および反応に利用できる時間が長くなり得るが、反応物質は相互に反応することが多いので、堆積が自己制限式であるという性質を損なうＣＶＤ反応の危険を低減させるために、気相の反応物質が混合されることは避けるべきである。反応チャンバのすぐ上流または下流の共有の管における混合があっても、付随的に生じるＣＶＤとそれに続く粒子の生成とにより、プロセスに汚染が生じる恐れがある。
気相反応物質が混じり合うことを妨げるために、ＡＬＤリアクタは、パージステップ中に反応物質が反応物質源から反応チャンバに流れないように、供給導管の一部分に、「不活性ガス弁調節」または「拡散障壁」機構を含み得る。不活性ガス弁調節には、供給導管内を流れる通常の反応物質の流れに対向する方向に流れるガスの、ガス相の、対流障壁を形成することを伴う。T．Suntola著、「Atomic
Layer Epitaxy」、Handbook of Crystal Growth III、Thin Films and Epitaxy、Part Ｂ： Growth Mechanisms and Dynamics、第１４章、D.T.J.
Hurle編集、Elsevier Science V．B．、１９９４年、６０１〜６６３ページを参照。その開示は、参照によりここに組み込まれる。特に、６２４〜６２６ページを参照。このような先行技術の構成によって、気相の反応物質の混合は起こらなかったが、なお改良の余地はある。特に、実験による研究から、反応チャンバ内に、パージが困難なデッドポケットおよび／または再循環セルがあることが分かった。したがって、前の反応物質パルスの一部分が、次の反応物質パルス中に反応チャンバ内に残ったままになっている場合がある。これは、ＣＶＤ成長が反応チャンバ内と基板自体の上とにおいて生じかねず、不都合である。反応チャンバ内においてＣＶＤ成長が起こることによって、粒子の流出が増加することになる場合があり、不都合である。
Layer Epitaxy」、Handbook of Crystal Growth III、Thin Films and Epitaxy、Part Ｂ： Growth Mechanisms and Dynamics、第１４章、D.T.J.
Hurle編集、Elsevier Science V．B．、１９９４年、６０１〜６６３ページを参照。その開示は、参照によりここに組み込まれる。特に、６２４〜６２６ページを参照。このような先行技術の構成によって、気相の反応物質の混合は起こらなかったが、なお改良の余地はある。特に、実験による研究から、反応チャンバ内に、パージが困難なデッドポケットおよび／または再循環セルがあることが分かった。したがって、前の反応物質パルスの一部分が、次の反応物質パルス中に反応チャンバ内に残ったままになっている場合がある。これは、ＣＶＤ成長が反応チャンバ内と基板自体の上とにおいて生じかねず、不都合である。反応チャンバ内においてＣＶＤ成長が起こることによって、粒子の流出が増加することになる場合があり、不都合である。
よって、パージしやすく、また、パージステップ後に反応物質が残存する場合があるデッドポケットがないかまたはかなり減少した、改良型リアクタ設計が必要である。
したがって、本発明の一実施形態は、原子層堆積（ＡＬＤ）薄膜式の堆積装置を含み、当該装置は、堆積チャンバを含み、当該堆積チャンバは、堆積チャンバ内に画定された空間内において載置されたウエハ上に薄膜を堆積させるように構成されている。堆積チャンバは、ガス流入口を含み、当該ガス流入口は、その空間と連通する。ガスシステムは、ガスを堆積チャンバのガス流入口に送出するように構成される。ガスシステムの少なくとも一部分は、堆積チャンバ上方に配置される。ガスシステムは、複数のガスの流れを混合させるように構成された混合器を含む。移送部材は、混合器およびガス流入口と連通する。移送部材は、ガスを、ガス流入口に入る前に水平方向に拡散させるように形成された水平方向に末広形の一対の壁を含む。
本発明の別の実施形態は、原子層堆積（ＡＬＤ）薄膜式の堆積装置を含み、当該装置は、堆積チャンバ内に画定された空間内において載置されたウエハ上に薄膜を堆積させるように構成されている。堆積チャンバは、ガス流入口を含み、当該ガス流入口は、その空間と連通する。堆積チャンバは、密閉部をさらに備え、当該密閉部は、密閉面を含む。サセプタは、空間内においてウエハを支持するように形成される。サセプタは、サセプタが密閉面に対して密閉を行う第１の位置と、サセプタが密閉面に対して密閉を行わなくなる下方の第２の位置との間を、堆積チャンバに鉛直方向に移動するように構成される。第１の位置において、密閉面とサセプタとの間の界面と、サセプタに配置されたウエハとの間の垂直方向の距離が、約２ミリメートル未満である。
本発明の別の実施形態は、半導体基板を処理するための基板支持部を備える。基板支持部は、凹所を有する上面を含む。凹所は、基板支持部の上面が、基板の縁部分に沿ってのみ基板と接触するように形成される。
本発明の別の実施形態は、堆積（ＡＬＤ）式の薄膜堆積装置を含み、当該装置は、堆積チャンバを含み、当該堆積チャンバの空間内において載置されたウエハ上に薄膜を堆積するように構成される。堆積チャンバは、その空間と連通するガス流入口を含む。堆積チャンバは、さらに、密閉部を備え、当該密閉部は、密閉面を含む。サセプタは、空間内においてウエハを支持するように形成される。サセプタは、サセプタが密閉面に対して密閉を行う第１の位置と、サセプタが密閉面に対して密閉を行わなくなる下方の第２の位置との間を、堆積チャンバに鉛直方向に移動するように構成される。サセプタは、第１の位置において、ウエハがサセプタに配置されたとき、ウエハの、ガスの流れに対して前の縁が、ウエハの後縁と比較して、密閉面からさらに遠く配置されるように、形成される。
これらおよび他の目的は、以下の詳細から明らかになる既知のプロセスおよび装置を超える利点とともに以下に説明し、特許請求の範囲に記載する本発明により達成される。
図１Ａは、ＡＬＤ装置１００の実施形態の斜視図である。ＡＬＤ装置１００は、上部材１１０と、底部材１１２と、前部材１１８とを含み、これらの部材が、ともに、ＡＬＤ装置１００のハウジングの一部分を形成する。図１Ａに示す実施形態では、上部ヒーター１１４が、上部材１１０を貫通する。上部ヒーター１１４は、ＡＬＤ装置１００の上部内の温度を維持するように構成される。同様に、下部ヒーター１１６が、底部材１１２を貫通する。下部ヒーターは、ＡＬＤ装置１００の下部内の温度を維持するように構成される。
ＡＬＤ装置１００の前部材１１８は、ゲートバルブとして機能し、開口部１２０を覆う。図１Ａの開口部１２０を点線で描いている。一旦、前部材１１８を取り外すと、開口部１２０は、ＡＬＤ装置１００により処理されるウエハを受け入れ得る。このように、受け入れられたウエハは、ＡＬＤ装置１００内の堆積チャンバ内に配置される。一旦、処理が完了すると、ウエハを、堆積チャンバから同じ開口部１２０を通って取り出し得る。
ＡＬＤ制御システム（図示せず）は、ウエハ処理中にＡＬＤ装置１００を制御するように構成される。例えば、ＡＬＤ制御システムは、ＡＬＤ装置１００内外への反応物質およびバッファガスの流れを制御するために、コンピュータ制御システムと、電気的に制御される弁とを含み得る。ＡＬＤ制御システムは、あるタスクを実行する、ＦＰＧＡまたはＡＳＩＣなどの、ソフトウェアまたはハードウェアコンポーネントなどのモジュールを含む場合がある。モジュールは、コンピュータ制御システムのアドレス指定可能な記憶媒体に常駐するように構成し、また、１つまたはそれ以上の処理装置において実行される構成にすることが好ましい場合がある。
図１Ｂは、底部材１１２を示すＡＬＤ装置１００の斜視図である。ＡＬＤ装置１００は、一組の継手１０２（ａ）、１０２（ｂ）、１０４（ａ）〜（ｄ）をさらに含む。この例示的な構成では、ＡＬＤ装置１００は、４つの別個の反応気体源を含む。これらの反応気体源の２つが、継手１０２（ａ）、１０２（ｂ）によりＡＬＤ装置１００に連結されている。これらのガス源は、圧縮してもしなくてもよい。これらの気体源は、例えば、固体昇華器（solid sublimation vessels）、液体バブラーまたはガスボンベであり得る。第３および第４の反応気体源が、継手１０４（ｂ）、１０４（ｃ）によりＡＬＤ装置１００に連結される。
一実施形態では、各反応気体源は、関連づけられる不活性ガス源を有し、当該不活性ガス源は、反応物質をパルス式に送った後、反応気体管をパージするために使用し得る。例えば、継手１０２（ａ）および１０２（ｂ）に連結された反応気体源と関連付けられる不活性ガス源は、継手１０４（ａ）および１０４（ｄ）にそれぞれ連結され得る。継手１０４（ｂ）および１０４（ｃ）に連結された反応気体源と関連付けられる不活性ガス源はまた、継手１０４（ｂ）および１０４（ｃ）にもそれぞれ連結され得る。これらの不活性ガス源は、加圧してもしなくてもよい。これらの不活性ガス源は、例えば、希ガスまたは窒素ガス源の場合がある。ＡＬＤ制御システム（図示せず）は、種々のガスの、ＡＬＤ装置１００への到達可否が選択的に行われ得るように、１つまたはそれ以上の弁を制御する。
ＡＬＤ装置１００は、ウエハを堆積チャンバ内に挿入して、ウエハに薄膜を堆積させるように構成され得る。一般に、ＡＬＤ装置１００は、継手１０２（ａ）、１０２（ｂ）の一方、または継手１０４（ｂ）、１０４（ｃ）の一方を経て、第１の反応ガスを受け入れ得る。ＡＬＤ装置１００はまた、継手１０４（ａ）〜１０４（ｄ）を経て不活性ガスを受け入れ得る。一実施形態では、不活性ガスは、第１の反応ガスとともに堆積チャンバに入って、ウエハ上に第１の反応物質からなる単分子層だけを吸着させる。適切な弁（図示せず）を切り換えることによって、第１の反応ガスの流れが、好ましくは不活性ガス弁調節（ＩＧＶ）機構（inert gas valving（IGV）arrangement）により停止され、次に、堆積チャンバおよびガス管が、継手１０４（ａ）、１０４（ｂ）、１０４（ｃ）、および１０４（ｄ）からの不活性ガスでパージされる。堆積チャンバおよびガス管が、パージされた後、堆積サイクルが、他の反応ガスの１つまたはそれ以上の反応ガスにより続行される。一実施形態では、交互にパルス式に送出される反応物質が、基板またはウエハ面上において相互に反応して、各サイクルにおいて所望の生成物からなる単分子層のみを形成する。本来のＡＬＤを変形することによって、均一性がいくらか犠牲になっても、サイクルごとの、１つの単分子層上における堆積速度が増し得ることに留意すべきである。
ＡＬＤ装置１００の実施形態では、２つを超える反応ガスを、各サイクルにおいてＡＬＤ装置１００の中に（パージ期間を間にはさんで）連続して流して、ウエハ上に化合物を形成し得る。堆積チャンバ内において吸着または反応が起こった後、各反応ガスの過剰量は、続いて、ガス出口１０６（図１Ｂ）から排出され得る。堆積チャンバからのガスの除去の助けとなるように、また堆積チャンバ内を低圧状態にするように、ガス出口１０６を真空ポンプに連結し得る。さらに、底部材１１２の他方の継手のどれかを真空ポンプに連結することにより、ＡＬＤ装置１００全体を排気して低圧にし得る。
図２は、図１Ａの２−２線に沿って切除したＡＬＤ装置１００の断面図である。ＡＬＤ装置１００内には、ガス分配装置２０２（図４にさらに詳細を示す）と、堆積チャンバ２００とがあり、当該堆積チャンバ２００は、トッププレートまたはカバープレート３１４、ボトムプレートまたはベースプレート２０６、サセプタまたはウエハ支持部２０４および排気除去器３１６により形成される。ガス分配装置２０２の上側に配置されているのは、１枚またはそれ以上の反射板２０８であり、また、堆積チャンバ２００の下側に配置されているのは、１枚またはそれ以上の反射板２１０である。ＡＬＤ装置１００は、ウエハ支持部２０４、ウエハ支持部のヒーター２１６、およびサーマルスイッチ２１８をさらに含む。
ウエハ支持部２０４は、ＡＬＤ装置内に配置され、堆積プロセス中に基板またはウエハを支持するように構成される。ウエハ支持部２０４は、堆積チャンバ２００内において回転するように適合され得る。ウエハ支持部のヒーター２１６は、ウエハ支持部２０４を加熱するように構成され得る。サーマルスイッチ２１８は、上部材１１０に設け得る。サーマルスイッチ２１８は、上部材１１０の温度をモニターするように構成され得る。本装置１００は、本装置の種々の面を所望の温度に維持するために他の温度センサおよび制御機構を含むことが、理解されるだろう。
ここに示す実施形態は、ガス分配装置２０２の上部と上部材１１０との間に熱障壁を提供する上反射板２０８を含む。同様に、下反射板２１０は、堆積チャンバ２００の下部と底部材１１２との間に熱障壁を提供する。反射板２０８および２１０は、低圧環境において堆積チャンバを放射加熱することを助けるためにも使用される。図２に示すように、上部ヒーター１１４は、コイル２１２に結合され、当該コイル２１２は、上反射板２０８を貫通する。コイル２１２は、ガス分配装置２０２の上部を放射により加熱し得るように構成される。同様に、下部ヒーター１１６は、コイル２１４に結合され、当該コイル２１４は、下反射板２１０を貫通し、堆積チャンバ２００の下部を加熱する。あるいは、他の加熱装置を使用してよい。
ガス分配装置２０２は、継手１０２（ａ）、１０２（ｂ）、１０４（ｂ）、１０４（ｃ）から入る反応ガスと、継手１０４（ａ）〜（ｄ）から入る不活性ガスとを、ＡＬＤ装置１００に送るように構成される（図１Ｂを参照）。ガス分配装置２０２は、継手１０４（ａ）〜（ｄ）から入る不活性ガスの１つまたはそれ以上を、所定のパルスの間に継手１０２（ａ）、１０２（ｂ）、１０４（ｂ）、１０４（ｃ）から入る複数の反応ガスの１つの反応ガスと選択的に混合させるように、さらに構成される。結果として生じる混合物が、堆積チャンバ２００に入る。各パルスの後に、ガス分配装置２０２は、パージなどによって、ガス出口１０６を経て堆積チャンバから、反応しなかった反応物質および不活性ガスを排出する。継手という用語は、１つまたはそれ以上のガス管同士の間においてガスの流れをつなぐことを示すために使用している。ここに示す継手の位置は、例示目的で示したに過ぎず、ガス管に沿った別の位置に配置してよい。さらに、所与の継手と関連づけられるガス管は、ガスをガス分配装置２０２の内外に流すように構成され得る。後述するように、ここに説明する例示的な実施形態における種々の継手は、ガス分配装置２０２内外へのガスの流れを表す。しかしながら、本発明は、ここに開示した例示的な実施形態に限定されない。
反応ガスがＡＬＤ装置１００の中を循環する順番は、所望の製品により異なる。各ガスが堆積チャンバ２００に入る前の、１つまたはそれ以上の反応ガス同士の相互作用を最小限にするために、反応ガスのパルス同士の間に、継手１０４（ａ）〜（ｄ）から入る不活性ガスを、ＡＬＤ装置１００の中を周期的に循環させるか、または連続して流す。このようにして、不活性ガスが、堆積チャンバ２００をパージする。以下に説明するように、種々の反応ガスと不活性ガスとは、開口部１２０から装入されるウエハに堆積が行われるように、ＡＬＤ装置１００の中を規則正しく循環する。
図３は、図１ＡのＡＬＤ装置１００の堆積チャンバ２００およびガス分配装置２０２の斜視図である。ガス分配装置２０２は、複数のガス管、混合器組立体３０４、移送管３１０、および吸気プレナムまたはマニホールド３１２を備える。堆積チャンバ２００は、カバープレート３１４、ベースプレート２０６、および排気除去器３１６を含む。ガス分配装置２０２は、吸気プレナム３１２において堆積チャンバ２００に連結される。
図４において最もよく分かるように、この例では、複数のガス管が、４つの反応ガス管３００、３０３、３０９、３１５と、８つの緩衝管３０１、３０２、３０５、３０７、３１１、３１３、３１７、および３１９とを含む。各反応ガス管は、緩衝管の２つと結合される。反応ガス管３００は、緩衝管３０１、３０２と結合される。反応ガス管３０３は、緩衝管３０５、３０７と結合される。反応ガス管３０７は、緩衝管３１１、３１３と結合される。反応ガス管３１５は、緩衝管３１７、３１９と結合される。ガス分配装置２０２は、ＡＬＤ装置１００の構成により異なるもっと多くのまたは少ない反応ガス管と緩衝管とを含み得る。さらに、各反応ガス管は、２つの緩衝管に結合してもよいし、またはしなくてもよい。例えば、複数の反応ガス管の１つまたはそれ以上の管を、別の反応ガス管を結合せずに緩衝管に結合し得る。緩衝管に結合されていない反応ガス管は、他の手段により遮断し得る。
各反応ガス管は、ガス分配装置２０２内に４つの継手を含む。反応ガス管３００は、継手３００（ａ）、３００（ｂ）、３００（ｃ）、および３００（ｄ）を備える。反応ガス管３０３は、継手３０３（ａ）、３０３（ｂ）、３０３（ｃ）、および３０３（ｄ）を備える。反応ガス管３０９は、継手３０９（ａ）、３０９（ｂ）、３０９（ｃ）、および３０９（ｄ）を備える。反応ガス管３１５は、継手３１５（ａ）、３１５（ｂ）、３１５（ｃ）、および３１５（ｄ）を備える。各反応ガス管用の継手を後述する。
継手３００（ａ）は、反応ガス管３００を継手１０２（ｂ）と結合し、当該継手１０２（ｂ）は、反応物質源（図１Ｂを参照）に通じる。継手３００（ｂ）は、反応ガス管３００を緩衝管３０２と結合する。継手３００（ｃ）は、反応ガス管３００を緩衝管３０１と結合する。継手３００（ｄ）は、反応ガス管３００を混合器組立体３０４と結合する。
継手３０３（ａ）は、反応ガス管３０３を継手１０４（ｂ）と結合し、当該継手１０４（ｂ）は、別の反応物質源と通じる（図１Ｂ）。継手３０３（ｂ）は、反応ガス管３０３を緩衝管３０７と結合する。継手３０３（ｃ）は、反応ガス管３０３を緩衝管３０５と結合する。継手３０３（ｄ）は、反応ガス管３０３を混合器組立体３０４と結合する。
継手３０９（ａ）は、反応ガス管３０９を継手１０４（ｃ）と結合し、当該継手１０４（ｃ）は、別の反応物質源と通じる（図１Ｂを参照）。継手３０９（ｂ）は、反応ガス管３０９を緩衝管３１３と結合する。継手３０９（ｃ）は、反応ガス管３０９を緩衝管３１１と結合する。継手３０９（ｄ）は、反応ガス管３０９を混合器組立体３０４と結合する。
継手３１５（ａ）は、反応ガス管３１５を継手源１０２（ａ）と結合し、当該継手源１０２（ａ）は、さらに別の反応物質源と通じる（図１Ｂを参照）。継手３１５（ｂ）は、反応ガス管３１５を緩衝管３１９と結合する。継手３１５（ｃ）は、反応ガス管３１５を緩衝管３１７と結合する。継手３１５（ｄ）は、反応ガス管３１５を混合器組立体３０４と結合する。
緩衝管３０１、３０２、３０５、３０７、３１１、３１３、３１７、および３１９は、継手３０１（ａ）、３０２（ａ）、３０５（ａ）、３０７（ａ）、３１１（ａ）、３１３（ａ）、３１７（ａ）、および３１９（ａ）をそれぞれ含む。
図３および図４に示す実施形態では、各継手３０１（ａ）、３０５（ａ）、３１１（ａ）、および３１７（ａ）は、ガス分配装置２０２内への流路を提供する。継手３０１（ａ）は、緩衝管３０１を継手１０４（ａ）と結合する（図１Ｂを参照）。継手３０５（ａ）は、緩衝管３０５を継手１０４（ｂ）と結合する（図１Ｂを参照）。継手３１１（ａ）は、緩衝管３１１を継手１０４（ｃ）と結合する（図１Ｂを参照）。継手３１７（ａ）は、緩衝管３１７を継手１０４（ｄ）と結合する（図１Ｂを参照）。
各継手３０２（ａ）、３０７（ａ）、３１３（ａ）、および３１９（ａ）は、ガス分配装置２０２と排気除去器３１６との間の、連結部３２０（ａ）〜（ｄ）を介した流路を提供する。連結部３２０（ａ）は、継手３０２（ａ）を排気除去器３１６と連結する。連結部３２０（ｂ）は、継手３０７（ａ）を排気除去器３１６と連結する。連結部３２０（ｃ）は、継手３１３（ａ）を排気除去器３１６と連結する。連結部３２０（ｄ）は、継手３１９（ａ）を排気除去器３１６と連結する。これらの連結は、不活性ガス弁調節（ＩＧＶ）の操作に役立つ。
図３に示す実施形態では、反応ガス管３００、３０３、３０９、および３１５は、反応ガスを混合器組立体３０４に送る。緩衝管３０１、３０５、３１１、および３１７は、不活性ガスを混合器組立体３０４に送る。その結果生じる混合物（一度に１つの反応物質が不活性ガスと反応する）が、移送管３１０を通って、吸気プレナム３１２に流れる。吸気プレナム３１２は、移送管３１０の中の流路に対して横断方向に混合物を分配する。混合物は、吸気プレナム３１２を出てカバープレート３１４を通って堆積チャンバ２００内に入る。図２および図３に示すように、カバープレート３１４は、ベースプレート２０６に隣接しており、２枚のプレートが、それらの間に、ウエハ支持部２０４に配置された基板またはウエハ上方に混合物を流す流路を形成する。ベースプレート２０６およびカバープレート３１４の外周は、実質的に長方形である。
混合物パルスが、堆積チャンバ２００を横切っている間に、基板の面を飽和させる。流れる混合物と、その前のパルスにより引き起こされて残った基板の面との間に吸着または反応が、起こる。混合物は、堆積チャンバ２００を通過した後、排気除去器３１６に向かって流れる。排気除去器３１６は、混合物がウエハを飽和させた後、過剰の混合物およびどんな副生成物も集めるように構成される。一実施形態では、排気除去器３１６内の領域の圧力は、堆積チャンバ２００内の圧力よりも低い。負の圧力源または真空部は、排気除去器３１６および／またはガス出口１０６と流体連通して、堆積チャンバ２００から混合物を引き出し得る。排気除去器３１６は、ガス出口１０６と流体連通している。集められた混合物は、ガス出口１０６から堆積チャンバ２００を出る。
なお図３を参照すると、混合器組立体３０４は、上流部材３０６および下流部材３０８を含む。上流部材３０６は、反応ガス管および緩衝管と流体連通している。上流部材３０６は、混合物が下流部材３０８に入るよりも前に、反応ガスを不活性ガスと混合するように構成される。下流部材３０８は、上流部材３０６と移送管３１０との間において混合物をじょうご状に通す。下流部材３０８は、一般に、混合物の流路の断面積を連続して狭くすることにより、混合物が下流部材３０８内を再循環する傾向を最小限にするように、構成される。
図４は、緩衝管に結合された反応ガス管と、混合器組立体の上流部材３０６との上平面図である。継手３００（ｃ）と継手３００（ｂ）との間の反応ガス管３００内に、緩衝領域４００（ａ）が形成される。継手３０３（ｃ）と継手３０３（ｂ）との間の反応ガス管３０３内に、緩衝領域４００（ｂ）が形成される。継手３０９（ｃ）と継手３０９（ｂ）との間の反応ガス管３０９内に、緩衝領域４００（ｃ）が形成される。継手３１５（ｃ）と継手３１５（ｂ）との間の反応ガス管３１５内に、緩衝領域４００（ｄ）が形成される。緩衝管３０１、３０５、３１１、および３１７は、ガス分配装置２０２内への流路を形成しており、継手３００（ｂ）、３０３（ｂ）、３０９（ｂ）、および３１５（ｂ）の下流の、関連づけられるガス管に結合している。このように、継手３０１（ａ）、３０５（ａ）、３１１（ａ）、および３１７（ａ）から入ってくるガスは、反応ガス管と、緩衝管３０２、３０７、３１１、および３１９との継手の下流の、反応ガス管３００、３０３、３０９、３１５に入る。固定されたオリフィスを、継手３０２（ａ）、３０７（ａ）、３１３（ａ）および３１９（ａ）に配置してもよい。
図３において分かるように、継手３０２（ａ）、３０７（ａ）、３１３（ａ）および３１９（ａ）は、排気除去器３１６と連通している。オリフィスは、ガスが排気除去器３１６に流れにくくなり堆積チャンバ２００を迂回しにくくなる通路を作り出す。このように、反応ガスのパルス中に、継手３００（ａ）、３０３（ａ）、３０９（ａ）または３１５（ａ）から入る反応ガスの少量が、堆積チャンバを迂回して、排気除去器３１６に直接流れる。オリフィスにより生じる制限によって、反応物質の分流量が制限される。パージステップ中、継手３０１（ａ）、３０５（ａ）、３１１（ａ）、および３１７（ａ）から入る少なくとも不活性ガスの一部分が、継手３００（ｂ）、３０３（ｂ）、３０９（ｂ）、および３１５（ｂ）に向かう逆向きの流れを生じて、緩衝領域４００（ａ）〜（ｄ）が、反応ガス管内に形成される。緩衝領域は、パージステップ中に、または他の反応ガス管の１つから混合器組立体３０４内へ反応物質からなる反応物質が流れている間に、反応ガスがリアクタ内に拡散することを妨げる。
例えば、ＡＬＤ処理ステップ中、反応ガスは、反応ガス管３００を通って混合器組立体の上流部材３０６に流れる。この反応ガスの少量は、緩衝管３０２から継手３０２（ａ）を通って排気除去器３１６内に分流される。緩衝管に分流されるガスの量は、継手３０２（ａ）に固定されたオリフィスの大きさにより異なる。固定されたオリフィスの大きさは、ガスをある程度排気除去器３１６に分流するように変更し得る。残りの反応ガスは、緩衝領域４００（ａ）を通って継手３００（ｃ）に流れる。
反応ガスを上流部材３０６内に押し込むために、不活性ガスを、継手３０１（ａ）から導入してもよいし導入しなくてもよい。不活性ガスを継手３０１（ａ）から導入した場合、不活性ガスは、継手３００（ｃ）において反応ガスと合流し、上流部材３０６に流れる。パルスステップの後、反応ガスが、ガス管からパージされる。ガス管のパージは、例えば、残りのどんな反応ガスも上流部材３０６内に拡散させないように、継手３００（ａ）からの反応ガスの流れを遮断することによりかつ／または不活性ガスを使用することにより、行い得る。遮断弁を、被加熱領域外に配置し、反応ガスの流れを遮断するために使用し得る。不活性ガス弁調節（ＩＧＶ）プロセスにおいて継手３０１（ａ）から不活性ガスを導入し得る。２００１年１２月２７日公開の米国特許出願公開第２００１／００５４３７７号明細書にその全体が説明されており、その開示は、参照により本明細書に組み込まれる。
不活性ガスの流れの第１の部分は、緩衝領域４００（ａ）に入り、継手３００（ｂ）の上流をまたは継手３００（ｂ）に向かって逆向きに流れる。ガスの流れの第２の部分は、上流部材３０６の下流を上流部材３０６に向かって流れる。第１の部分は、緩衝領域４００（ａ）の端部において反応ガス管３００を出て、緩衝管３０２に入る。第１の部分が緩衝領域４００（ａ）を流れている間に、継手３００（ａ）の上流の遮断弁と継手３００（ｂ）との間の残りの反応ガスが、上流部材３０６に流れるまたは拡散することが、妨げられ、（離れた）物理的な弁は、高温により摩耗しない。第１の部分は、緩衝部または拡散障壁（または不活性ガス弁）を形成し、当該緩衝部または拡散障壁によって、反応ガスが、反応ガス管３００を通って混合器組立体３０４に流れることが妨げられる。ＡＬＤ制御システムは、継手３００（ａ）の上流の遮断弁を周期作動させることによって、不活性ガスを緩衝管３０１内に流すか流さないかを制御し得る。このように、ＡＬＤ制御システムは、継手３００（ａ）から反応ガス管３００に入る反応ガスの、上流部材３０６への到達是非を迅速に制御し得る。さらに、パージステップ、および他の反応ガスの次のパルスの間に、継手３００（ａ）の上流の遮断弁と、継手３００（ｂ）との間に位置する「デッドスペース」内の反応ガスが、上流部材３０６内に拡散することが妨げられ得る。これは、異なる反応ガスが、隔離されたままであり、気相においては反応せず、基板の面においてしか反応しないことから、ＡＬＤに好ましい場合がある。
継手３０３（ａ）からガス分配装置２０２に入る反応ガスの、上流部材３０６への到達は、ガスを、緩衝管３０５から反応ガス管３０３内に継手３０３（ｃ）から流し、かつ継手３０３（ａ）の上流の遮断弁を使用することにより、同様に制御される。継手３０３（ｃ）から反応ガス管に入るガスの第１の部分は、緩衝部４００（ｂ）を形成する。このように、ガスの第１の部分は、反応ガス管３０３から入る反応ガスが、上流部材３０６に入ることを妨げる。継手３０３（ｃ）において反応ガス管に入るガスの第２の部分は、緩衝領域４００（ｂ）から流出し、上流部材３０６に向かって流れる。
継手３０９（ａ）からガス分配装置２０２に入る反応ガスの、上流部材３０６への到達は、ガスを、緩衝管３１１から反応ガス管３０９内に継手３０９（ｃ）から流し、かつ継手３０９（ａ）の上流の遮断弁を使用することにより、同様に制御される。継手３０９（ｃ）から反応ガス管に入るガスの第１の部分は、緩衝部４００（ｃ）を形成する。このように、ガスの第１の部分は、反応ガス管３０９から入る反応ガスが、上流部材３０６に入ることを妨げる。継手３０９（ｃ）から反応ガス管に入るガスの第２の部分は、緩衝領域４００（ｃ）から流出し、上流部材３０６に向かって流れる。
継手３１５（ａ）からガス分配装置２０２に入る反応ガスの、上流部材３０６への到達は、ガスを、緩衝管３１７から反応ガス管３１５内に継手３１５（ｃ）から流し、かつ継手３１５（ａ）の上流の遮断弁を使用することにより、同様に制御される。継手３１５（ｃ）から反応ガス管に入るガスの第１の部分は、緩衝部４００（ｄ）を形成する。このように、ガスの第１の部分は、反応ガス管３１５から入る反応ガスが、上流部材３０６に入ることを妨げる。継手３１５（ｃ）から反応ガス管に入るガスの第２の部分は、緩衝領域４００（ｄ）から流出し、上流部材３０６に向かって流れる。
上述のように、緩衝管３０１、３０５、３１１、および３１７からガス分配装置２０２に入り、緩衝領域４００（ａ）〜（ｄ）を形成するガスの第１の部分は、緩衝管３０２、３０７、３１３、および３１９から出て行く。緩衝管３０２、３０７、３１３、および３１９から出て行くガスは、堆積チャンバ２００を通過せずに排気除去器３１６に入る。このように、不活性ガスの第１の部分は、堆積チャンバ２００を迂回し、堆積チャンバ２００の下流の排気除去器３１６により集められる。
上述のように、緩衝管３０１、３０５、３１１、および３１７からガス分配装置２０２に入るガス、および緩衝領域４００（ａ）〜（ｄ）から流出するガスからなる第２の部分は、混合器組立体３０４に入る。反応物質パルス中に、第２の部分は、他の反応ガス管からの１つまたはそれ以上の反応ガスと混合され、混合器組立体３０４に到達する。このように、第２の部分は、堆積チャンバ２００の中を流れる。現在のＡＬＤ処理ステップにより異なるが、ガスは、各緩衝管３０１、３０５、３１１、および３１７の中を周期的に流れ得る。
ＡＬＤ制御システムにより堆積チャンバ２００への到達を要求された反応ガスは、各反応ガス管を通って混合器組立体３０４内に流れる。ＡＬＤ制御システムは、ＡＬＤ制御システムにより堆積チャンバ２００への到達を要求されなかった反応ガスと関連づけられる反応ガス管内に、緩衝領域４００を形成する。緩衝領域４００のない反応ガス管の中を流れる反応ガスは、その他の反応ガス管を通って混合器組立体３０４内に同時に流れる１つまたはそれ以上の不活性ガスの第２の部分と、混合される。上に説明したように、これらのガスの第１の部分は、その他の反応ガス管内に緩衝領域を形成し、堆積チャンバ２００を迂回する。
４つの反応ガス管を含むＡＬＤ装置１００の一実施形態では、各反応ガスは、交互に混合器組立体３０４に到達する。本実施形態では、ＡＬＤ制御システムにより選択された反応ガスは、不活性または「バッファ」ガス流が残りの３つの反応ガス管内を流れている間に、混合器組立体３０４内に流れる。本実施形態を続けると、緩衝領域から流出するガスの第２の部分が、混合器組立体３０４に入る。次に、当該パルスの反応ガスは、混合器組立体３０４内において第２の部分の不活性ガスと混合される。
ＡＬＤ装置１００のここに示す実施形態の別の態様および特徴は、２００４年５月７日付出願の米国特許出願第１０／８４１５８５号明細書に見出され、その全体が、参照によりここに組み込まれる。
図５は、上述の移送管３１０、プレナム３１２、トッププレート３１４およびボトムプレート２０６の実施形態の断面図である。特に、この図は、混合器組立体３０４から堆積チャンバ２００までのガス通路を示す。図５に示すように、シム５００が、プレナム３１２とトッププレート３１４との間に配置され得る。シム５００には、一連の小さい注入孔５０１を設けることができ、当該注入孔５０１は、堆積チャンバ２００に均一な流れを供給するのに十分な背圧をプレナム３１２内に生成するように設けられる。しかしながら、図５に示すように、この設計によって、堆積チャンバ２００と移送管３１０との間に多数の再循環セル５０２が作り出されることになる。これらの再循環セル５０２内に、続いて起こるパルスによる反応物質が集まる。この結果、堆積チャンバ２００内においてＣＶＤ堆積が起こり得る。このようなＣＶＤ堆積は、一般に望ましくなく、堆積チャンバ２００内に粒子が付着することになる場合がある。さらに、シム５００によって、ガス流が急に圧縮され次に膨張し得る。これによって、ガスの温度が急に下がる結果、ガス流中の前駆物質の凝縮が起こり得る。
図６〜図９Ａは、移送部材５１０およびトップ（カバー）プレート５１４の実施形態を示す。本実施形態では、ガス流の圧縮および膨張を円滑に行うことにより、ガス通路内の再循環セルを減らすかまたは除去する必要がある。図６および図７は、それぞれ、移送部材５１０およびトッププレート５１４の、上斜視図および平面図である。図８は、移送部材５１０を取り外したトッププレート５１４の上平面図である。図９は、図７の９−９線に沿った断面図であり、図９Ａは、図９の一部分の拡大図である。
ここに示すように、移送部材５１０は、概ね三角形の流路を形成し、当該流路は、混合器３０４からガスを徐々に膨張させ得る。図８〜図９において最もよく分かるように、ここに示した実施形態における移送部材５１０は、混合器３０４に概ね隣接する第１の部分５１８と、トッププレート５１４の開口部５２２に概ね隣接する第２の部分５２０と、を含む。図７および図８に示すように、第１の部分５１８は、水平方向に末広形の一対の壁５１９を含み、当該壁５１９は、角度Ａで水平方向に拡大し、また、第２の部分５２０は、水平方向に末広形の一対の壁５２１を含み、当該壁５２１は、角度Ｂで水平方向に拡大する。一実施形態では、角度Ｂは、角度Ａより大きい。一実施形態では、Ａは、約５度から４５度までであり、Ｂは、約３０度から７５度である。ここに示す実施形態では、水平方向に末広形の壁は、実質的にまっすぐである。しかしながら、変更された実施形態では、水平方向に末広形の壁は、湾曲させ、円弧状にし、また連続して変化させかつ／または弓形（ｓｅｇｍｅｎｔｅｄ）にしてよい。このような実施形態では、末広形の壁の末広の角度は、上述の範囲内の平均または中間であり得る。
図９に示すように、移送部材５１０は、上壁５２３を含み、当該上壁５２３は、部分的に、ガス流路５１１の高さを定め、ガス流路５１１の高さは、壁５１９と、壁５２１と、上壁５２３と、トッププレート５１４の上面５２５とにより、定められる。一実施形態では、第１の部分５１８では、ガス流路５１１の高さｈ１は、実質的に一定であることが好ましい。第２の部分５２０では、ガス流路５１１の高さｈ２は、ガス流の方向に徐々に低くなっていく。こうして、開口部５２２に隣接した第２の部分５２０の容積は、図５のプレナム３１２と比較して、減少し得る。さらに、ガス流の膨張が円滑に行われ、チャンバの幅にわたってガス流が広がる助けとなる背圧が増すように、ガス通路の高さは、移送部材５１０が水平方向に拡大するにつれて低くなる。ここに示す実施形態では、流路２１１により画定されるガス通路は、堆積チャンバ２００内のガス通路と概ね平行でありその反対側にある（例えば、図１１を参照）。
ここに示す実施形態の別の利点は、ガス流路５１１が、移送部材５１０と、トッププレート５１４の上面５２５との間に形成されることである。この「クラムシェル」形の構成によって、例えば、管に比べて、移送部材５１１の洗浄・修理がしやすくなる。特に、トッププレート５１４からの取り外しを行うと、大きな開口が生じ、当該開口が、移送部材５１１の内側の面に露出して、洗浄・修理が容易になる。
ここで図８、図９および図９Ａを参照すると、移送部材５１０からガスを受け入れる開口部５２２が、トッププレート５１４に設けられる。一実施形態では、開口部５２２の断面積は、第２の部分５２０の端の（ガス流に対する）断面積と実質的に等しい。こうして、移送部材５１０からトッププレート５１４内へのガスの円滑な流れが、促進される。開口部５２２の形状は、概ね長い長方形であり得る。図８を参照。
図９Ａに示すように、トッププレート５１４は、開口部５２２から、徐々に縮小する部分５２４を含み、当該部分５２４は、幅が狭くなった領域５２６に連結されている。縮小部分５２４は、テーパーまたは傾斜のついた壁５２５を含み、当該壁５２５は、徐々にガス流の断面積を狭める。ここに示す実施形態では、幅が狭くなった領域５２６は、実質的に一定の断面積の概ね長方形のスリットを含み、当該スリットは、トッププレート５１４を下へ概ね垂直方向に延びる。狭くなった領域５２６は、混合器３０４と堆積チャンバ２００との間の（ガス流に関して）断面積が最も狭い、ガス流の部分である。狭くなった領域５２６は、特に堆積チャンバ２００の幅ｗ（図８を参照）に沿って均一な流れを供給するのに十分な背圧を生成するように構成される。狭くなった領域５２６の端は、拡大部分５２８と連通している。拡大部分５２８は、緩やかなまたはテーパーのついた壁５２９を含み、当該壁は、ガスが堆積チャンバ２００に入るにつれて徐々に膨張するように、ガス流の断面積を大きくするように形成される。拡大部分５２８の流出口５３０は、堆積チャンバ２００と連通している。
狭くなった領域５２６は、図５に関して記載したシム５００の個々の孔（実質的に二次元の通路）と比較して、堆積チャンバ２００を垂直および水平方向に長く延びる（三次元の通路である）（図８を参照）ことが好ましい。例えば、個々の孔と比較すると、ｘ平面（すなわち孔同士の間）、ｚ方向（すなわち孔の下）における再循環セルおよびデッドスペースは、排除されるかまたは減少する。移送部材５１０、プレナム５１２およびトッププレート５１４をこの構成にすることによって、混合器３０４からガスが取り出され、堆積チャンバ２００の一部分に広がることが好ましい。次に、ガス流は、堆積チャンバ２００内に流入するにつれて、１８０度回転させられる。
堆積チャンバ２００内に、利用されない容積および／または再循環セルも形成される場合がある。例えば、図１０は、図１〜図４の堆積チャンバ２００の基板Ｓおよびサセプタプレート２０４の概略図である。ここに示すように、基板Ｓとサセプタプレート２０４との間に間隙ｇ２が存在し、またサセプタプレート２０４とベースプレート２０６との間に間隙ｇ１が存在する。ある場合には、これらの間隙ｇ１、ｇ２は、パージすることが困難であり、再循環セルを含み、かつ／または利用されない容積である場合がある。
図１１は、図７の９−９線と同様の線に沿った、ボトムプレート６００およびサセプタ６０２の変形実施形態の部分断面図である。図１２は、ボトムプレート６００およびサセプタ６０２の部分斜視図である。ここに図示したように、本実施形態では、ベースプレート６００は、厚さｔの密閉部６０４を有する。密閉部６０４の下面６０５は、サセプタ６０２を密閉して、反応チャンバが密閉される。一実施形態では、密閉部６０４の端部６０６は、サセプタ６０２に配置される基板の厚さと概ね等しい厚さｔである。基板の厚さにより異なるが、密閉部６０４の厚さは、約０．５から約３ミリメートルの範囲であり得る。このように、ガスがボトムプレート６００上方を基板に向かって流れるにつれて、基板の厚さと概ね等しい深さの浅い段状部のみがガスにさらされる。これによって、再循環ゾーンの大きさが小さくなるか、または再循環ゾーンが取り除かれ、堆積チャンバ２００のパージが促進される。
ボトムプレート６００およびサセプタ６０２を図１１および図１２に示す構成にすることの別の利点は、ボトムプレート６００とサセプタ６０２との間の密閉または接触面が、図１０の構成と比較して高くなることである。例えば、ここに示す実施形態では、密閉部６０４の下面６０５と基板とは、実質的に同じ垂直方向の高さに配置される。一実施形態では、下面６０５と基板との間の高さの相違は、約０から約２ミリメートルである。この構成にすることによって、基板とボトムプレート６０４との間の利用されない空間の容積が減少し、堆積チャンバ２００内の再循環セルの形成が妨げられるかまたは制限されることが好ましい。
図１３および図１４に、サセプタ６０２をさらに詳細に示す。図１３は、サセプタ６０２の上斜視図であり、当該サセプタ６０２は、図１１および図１２に示した向きに対して１８０度回転している。図１４は、基板を配置したサセプタ６０２の断面図である。
本実施形態では、サセプタ６０２は、基板Ｓが堆積チャンバ２００に対して中心をずらして配置され得るように構成されている。このように、基板と、サセプタ６０２とボトムプレート６００との間の界面との間の間隙ｇ３は、基板Ｓの（ガスの流れに対して）前の縁からさらに遠くにずらし得る。一般に、基板の前縁は、基板の後縁に対して、堆積チャンバ２００内への流入口の近傍に配置され、当該後縁は、堆積チャンバ２００の流出（排気）口の近傍に配置される。
別の実施形態では、基板を、サセプタの中心に配置（実質的に中心に配置）し得る。このような実施形態では、サセプタ６０２とボトムプレート６００との間の界面と、基板の縁との間の距離を長くするように、サセプタを大きくし得る。一実施形態では、サセプタ６０２の直径は、基板の直径よりも少なくとも約１０％大きい。別の実施形態では、サセプタのこの直径は、基板の直径よりも少なくとも約２５％大きい。別の実施形態では、サセプタの直径は、基板の直径より約１０％〜約２５％大きい。このような実施形態ではまた、基板の前縁と、サセプタと密閉面との間の界面との間の空間を広げ得る。上述の大きいサセプタはまた、単独で使用することもできるし、または基板の前縁と、サセプタと密閉面との間の界面との間の空間がさらに大きくなるように、この段落において説明した中心をずらす特徴と組み合わせて用いることもできる。
幅および／またはサイズが同じサセプタの、基板の前縁と、サセプタ６０２とボトムプレート６００との間の界面との間の間隙ｇ３を広げ得ることが好ましい。このように、サセプタ６０２とボトムプレート６００との間の切れ目により作り出されるどんな再循環セルも、基板Ｓの前縁からさらに遠くにずれる。よって、一実施形態では、サセプタ６０２に配置される基板の中心は、サセプタ６０２とボトムプレート６００との間の界面または密閉部に対して非対称的にかつ／または中心をずらして配置される。変形実施形態では、サセプタは、サセプタ６０２とボトムプレート６００との間の切れ目から基板の前縁をさらに遠ざけるように、非円形または非対称的な形状にし得る。
図１１に示すように、サセプタ６０２は、複数のピン６０９を含むことができ、当該ピン６０９は、サセプタ上の基板の動きを抑制または制限するようにサセプタ６０２の上面から延びる。ピン６０９は、基板の動きを抑制または制限するために使用する場合がある肩部または畝状部（例えば、図１０において間隙ｇ２を作り出す肩部を参照）と置き換え得る。このような肩部または畝状部は、再循環および／または利用されないゾーンを作り出す場合があるので、好ましくない。よって、一実施形態では、密閉面とサセプタとの間の界面との間のサセプタ上面領域は、実質的に平坦で、このような肩部または畝状部を含まない。このような構成にすることによって、再循環および／または利用されないゾーンが取り除かれ得る。
図１３を引き続き参照し、図１４を参照すると、サセプタは、凹所領域６１０を含むことができ、当該凹所領域６１０は、基板がその縁にのみ接触する（または実質的に接触する）ように、形成される（図１４を参照）。この実施形態は、ウエハが湾曲しかつ／またはサセプタが半球状になることが問題化しにくくするのに役立つ。特に、ウエハが湾曲しかつ／または半球状になることによって、基板の縁とサセプタとの間に隙間が生じる場合がある。ガスは、この隙間に閉じ込められて、パージが不十分になり、裏面堆積が起こる恐れがある。図１４に示すようにその縁に沿って基板を接触させることによって、ウエハが湾曲しかつ／または半球状になることにより基板Ｓの縁とサセプタ６０２との間に隙間が生じなくなる。これによって、基板とサセプタとの間にガスが閉じ込められなくなるか、または閉じ込められにくくなる。一実施形態では、凹所領域６１０の深さは、約０．２から０．５ミリメートルである。別の実施形態では、基板Ｓとサセプタ６０２とは、連続したまたは実質的に連続した密閉部が基板Ｓの縁に沿って形成されるように形成される。
引き続き図１３を参照すると、凹所６１０を、サセプタ６０２と基板との間の密閉部も概ね円形になるように概ね円形にし得る。さらに、ここに示すように、凹所６１０の中心ｃを、概ね円形のサセプタ６０２の外側の縁に対して「中心をずらして」配置し得る。このように、基板の（ガスの流れに対して）前の縁を、上述のように後縁と比較して、ボトムプレート６００の密閉部６０４から間隔を置いて配置し得る。これによって、ウエハが、ウエハの前の再循環セルからさらに間隔を置いて配置され得る。クロスフローリアクタ内においてウエハ全体の上方にガスが流されるので、サセプタとベースプレートとの間の後方密閉部の再循環セルは、堆積の均一性にそれ程影響を与えない。
図１５は、縁と接触するリフトピン６２０の実施形態の部分断面図を示し、当該リフトピン６２０は、上述のサセプタ６０２と組み合わせて使用し得る。ここに示すように、ピン６２０は、ピンヘッド６２２を含むことができ、当該ピンヘッド６２２は、基板Ｓを固定するためのノッチ６２４または面取りされた縁を含む。ピンヘッド６２２は、基板の縁と接触するように形成され、概ねサセプタ６０２と凹所領域６１０との間の界面にある。ピンヘッド６２２は、ピンシャフト６２６に結合可能であり、当該ピンシャフト６２６は、サセプタの開口部６２８を貫通する。
ピン６２０は、サセプタ６０２が堆積チャンバ２００内に持ち上げられるとき、ピンヘッド６２２がサセプタ６０２に形成された凹所領域６３０内に配置されるように、形成され得る。サセプタが下降させられると、ピンヘッド６２２は、サセプタ６０２に相対的に持ち上がり得る。例えば、代理人整理番号ＡＳＭＥＸ．５３２Ａであり、２００６年１月
日付出願で同時係属中の米国特許出願第 ／ 号明細書（その全体が参照により本明細書に組み込まれる）に記載のように、一実施形態では、ピン６２０が凹所６３０内に着座する「下降」位置から持ち上がるように、基板は、リフト機構により下向きに移動させられる。このように下向きに移動させることによって、支持ピン６２０の底面が、サセプタ６０２の下に位置するコネクタ（図示せず）と接触する。ピン６２０がコネクタと接触することによって、シャフト６２６の下部を囲むばね（図示せず）が圧縮される。サセプタ６０２が下向きに移動させられている間ばねが圧縮されるにつれて、ばねは、サセプタ６２０が次に持ち上げられたときにピン６２０を相対的に「下降」させやすくなる復元力を得る。したがって、コネクタによりピンを下向きに移動させるために、ばねとプラットフォームまたは「フロア」とを組み合わせることによって、堆積チャンバ２００に対してピンを固定する必要なしに、サセプタ６０２が上下動している間に、ピンを相対的に固定したままにし得る。
日付出願で同時係属中の米国特許出願第 ／ 号明細書（その全体が参照により本明細書に組み込まれる）に記載のように、一実施形態では、ピン６２０が凹所６３０内に着座する「下降」位置から持ち上がるように、基板は、リフト機構により下向きに移動させられる。このように下向きに移動させることによって、支持ピン６２０の底面が、サセプタ６０２の下に位置するコネクタ（図示せず）と接触する。ピン６２０がコネクタと接触することによって、シャフト６２６の下部を囲むばね（図示せず）が圧縮される。サセプタ６０２が下向きに移動させられている間ばねが圧縮されるにつれて、ばねは、サセプタ６２０が次に持ち上げられたときにピン６２０を相対的に「下降」させやすくなる復元力を得る。したがって、コネクタによりピンを下向きに移動させるために、ばねとプラットフォームまたは「フロア」とを組み合わせることによって、堆積チャンバ２００に対してピンを固定する必要なしに、サセプタ６０２が上下動している間に、ピンを相対的に固定したままにし得る。
本発明をある好ましい実施形態および例に関して開示してきたが、本発明が、特に開示した実施形態を超えて、他の代替実施形態、および／または本発明、明確な変更およびその均等物の利用にまで及ぶことが、当業者には理解されるだろう。さらに、本発明のいくつかの変形を示し詳細に説明してきたが、それらは、本発明の範囲内であって、この開示に基づいて当業者に容易に理解されるだろう。実施形態の特定の特徴および態様を、本発明の範囲内において、種々の組み合わせまたは組み合わせの構成要素にすることができることも、理解される。したがって、ここに開示した発明のモードを変更するために、ここに開示した実施形態の種々の特徴および態様を、相互に組み合わせ得るかまたは置き換え得ることを理解すべきである。よって、ここに開示した本発明の範囲は、ここに開示した上述の特定の実施形態により限定されないが、以下の特許請求の範囲を公平に読むことによってのみ定められるものと解釈される。
（１）堆積チャンバ内に画定された空間内において載置されたウエハに薄膜を堆積させるように構成され、前記空間内と連通するガス流入口を含む、前記堆積チャンバと、
前記堆積チャンバのガス流入口にガスを送出するように構成され、前記堆積チャンバの上方に少なくともその一部分が配置されるガスシステムと、
を備え、当該ガスシステムは、
複数のガスの流れを混合するように構成された混合器と、
前記混合器と前記ガス流入口とに流体連通し、前記ガス流入口に入る前にガスを水平方向に拡散させるように形成された水平方向に末広形の一対の壁を含む移送部材と、
を備える原子層堆積（ＡＬＤ）式薄膜堆積装置。
（２）前記移送部材は、第１の部分と、下流の第２の部分と、を含み、前記第１の部分は、第１の角度で末広形になった水平方向に末広形の一対の壁を含み、前記第２の部分は、前記第１の角度よりも大きい第２の角度で末広形になった、水平方向に末広形の一対の壁を含む。
（３）前記水平方向に末広形の壁は、実質的にまっすぐである。
（４）前記水平方向に末広形の壁は、湾曲している。
（５）前記移送部材により画定される前記ガス通路の第１の部分の高さは、実質的に一定である。
（６）前記移送部材により画定される前記ガス通路の第２の部分の高さは、ガスの流れる方向に低くなる。
（７）前記移送部材により画定される前記ガス通路の第１の部分の高さは、実質的に一定である。
（８）前記移送部材を通る流路は、ウエハに実質的に平行である。
（９）移送部材および前記混合器は、前記堆積チャンバの上方に配置される。
（１０）前記移送部材を通る流路は、ウエハに実質的に平行である。
（１１）前記堆積チャンバ内の空間を通る流路は、前記移送部材を通る流路に実質的に平行でありかつそれと反対側にある。
（１２）前記堆積チャンバの前記ガス流入口は、前記移送部材と連通する縮小部分と、前記堆積チャンバ内の空間と連通する拡大部分と、前記縮小部分と拡大部分との間に位置する幅が狭くなった部分と、を含み、前記縮小部分は、前記プレナムから前記幅が狭くなった部分の方へ前記ガス通路の断面積が狭くなるように形成され、前記拡大部分は、前記幅が狭くなった部分から前記堆積チャンバ内の空間の方へ前記ガス通路の断面積が広くなるように形成される。
（１３）前記混合器と前記堆積部との間の前記ガス通路の断面積は、前記幅が狭くなった部分において最も狭くなる。
（１４）前記堆積チャンバのガス流入口は、前記堆積チャンバ内の空間を通る流路が前記移送部材を通る流路に実質的に平行でありかつその反対側に存在するように、形成される。
（１５）前記堆積チャンバは、トッププレートと、ボトムプレートと、鉛直方向に移動して前記ボトムプレートに対して密閉を行うサセプタとを含み、また、前記ガス流入口は、前記トッププレートに形成される。
（１６）前記堆積チャンバは、トッププレートと、ボトムプレートと、サセプタとを含み、当該サセプタは、第１の部分において前記ボトムプレートの下面に対して密閉を行うように前記ボトムプレートに対して鉛直方向に移動する構成となっている。
（１７）堆積チャンバ内に画定された空間内に載置されたウエハ上に薄膜を堆積させるように構成され、前記空間と連通するガス流入口と、さらに、密閉面を含む密閉部とを備える、前記堆積チャンバと、
前記ウエハを前記空間内において支持するように形成されたサセプタであって、前記サセプタが前記密閉面に対して密閉を行う第１の位置と、前記サセプタが前記密閉面に対して密閉を行わなくなる下方の第２の位置との間を、前記堆積チャンバに対して鉛直方向に移動するように形成された前記サセプタと、
を備え、
前記第１の位置において、前記密閉面と前記サセプタとの間の界面と、前記サセプタ上に配置された前記ウエハとの間の垂直方向の距離が、約２ミリメートル未満である原子層堆積（ＡＬＤ）式薄膜堆積装置。
（１８）前記密閉面とサセプタとの間の界面と、前記サセプタ上に配置された前記ウエハとは、垂直方向において実質的に同じ高さに配置される。
（１９）前記密閉面と前記サセプタとの間の界面との間の前記サセプタの上面領域は、実質的に平坦である。
（２０）前記密閉部の端の厚さは、約０．５から約３ミリメートルである。
（２１）前記堆積チャンバは、トッププレートと、ボトムプレートとを備え、前記ボトムプレートは、少なくとも部分的に、前記密閉部を形成し、また、前記トッププレートは、少なくとも部分的に、前記ガス流入口を形成する。
（２２）前記サセプタは、前記ウエハが前記サセプタ上に配置されたとき、前記ウエハの、ガスの流れに対して前の縁が、前記ウエハの後縁と比較して、前記密閉面から、より遠くに配置されるように、形成される。
（２３）前記サセプタの直径は、前記ウエハの直径より約１０％〜約２５％大きい。
（２４）半導体基板を処理するための基板支持部であって、当該基板支持部は、凹所を有する上面を含み、前記凹所は、前記基板支持部の上面が、前記基板の縁部分に沿ってのみ前記基板に接触するように形成される基板支持部。
（２５）前記凹所の深さは、約０．２から約０．５ミリメートルである。
（２６）前記凹所は、概ね円形である。
（２７）前記概ね円形の凹所の中心は、前記支持部の外側の縁に対してずらして配置される。
（２８）前記支持部の上面と、前記基板とは、概ね円形の密閉部を形成する。
（２９）前記概ね円形の密閉部の中心は、前記支持部の外側の縁に対してずらして配置される請求項２８に記載の基板支持部。
（３０）前記サセプタの縁と前記凹所との間の前記サセプタの上面の領域は、実質的に平坦である。
（３１）前記上面の領域は、少なくとも１つのピンを含む。
（３２）堆積チャンバ内に画定された空間内に載置されたウエハに薄膜を堆積させるように形成され、前記空間と連通するガス流入口と、さらに、密閉面を含む密閉部とを備える、前記堆積チャンバと、
前記ウエハを前記空間内において支持するように形成されたサセプタであって、前記サセプタが前記密閉面に対して密閉を行う第１の位置と、前記サセプタが前記密閉面に対して密閉を行わなくなる下方の第２の位置との間を、前記堆積チャンバに対して鉛直方向に移動するように形成された前記サセプタと、
を備え、
前記サセプタは、前記第１の位置において、前記ウエハが前記サセプタに配置されるとき、前記ウエハの、ガスの流れに対して前の縁が、前記ウエハの後の縁と比較して、前記密閉面から、より遠くに配置されるように、形成される原子層堆積（ＡＬＤ）式薄膜堆積装置。
前記堆積チャンバのガス流入口にガスを送出するように構成され、前記堆積チャンバの上方に少なくともその一部分が配置されるガスシステムと、
を備え、当該ガスシステムは、
複数のガスの流れを混合するように構成された混合器と、
前記混合器と前記ガス流入口とに流体連通し、前記ガス流入口に入る前にガスを水平方向に拡散させるように形成された水平方向に末広形の一対の壁を含む移送部材と、
を備える原子層堆積（ＡＬＤ）式薄膜堆積装置。
（２）前記移送部材は、第１の部分と、下流の第２の部分と、を含み、前記第１の部分は、第１の角度で末広形になった水平方向に末広形の一対の壁を含み、前記第２の部分は、前記第１の角度よりも大きい第２の角度で末広形になった、水平方向に末広形の一対の壁を含む。
（３）前記水平方向に末広形の壁は、実質的にまっすぐである。
（４）前記水平方向に末広形の壁は、湾曲している。
（５）前記移送部材により画定される前記ガス通路の第１の部分の高さは、実質的に一定である。
（６）前記移送部材により画定される前記ガス通路の第２の部分の高さは、ガスの流れる方向に低くなる。
（７）前記移送部材により画定される前記ガス通路の第１の部分の高さは、実質的に一定である。
（８）前記移送部材を通る流路は、ウエハに実質的に平行である。
（９）移送部材および前記混合器は、前記堆積チャンバの上方に配置される。
（１０）前記移送部材を通る流路は、ウエハに実質的に平行である。
（１１）前記堆積チャンバ内の空間を通る流路は、前記移送部材を通る流路に実質的に平行でありかつそれと反対側にある。
（１２）前記堆積チャンバの前記ガス流入口は、前記移送部材と連通する縮小部分と、前記堆積チャンバ内の空間と連通する拡大部分と、前記縮小部分と拡大部分との間に位置する幅が狭くなった部分と、を含み、前記縮小部分は、前記プレナムから前記幅が狭くなった部分の方へ前記ガス通路の断面積が狭くなるように形成され、前記拡大部分は、前記幅が狭くなった部分から前記堆積チャンバ内の空間の方へ前記ガス通路の断面積が広くなるように形成される。
（１３）前記混合器と前記堆積部との間の前記ガス通路の断面積は、前記幅が狭くなった部分において最も狭くなる。
（１４）前記堆積チャンバのガス流入口は、前記堆積チャンバ内の空間を通る流路が前記移送部材を通る流路に実質的に平行でありかつその反対側に存在するように、形成される。
（１５）前記堆積チャンバは、トッププレートと、ボトムプレートと、鉛直方向に移動して前記ボトムプレートに対して密閉を行うサセプタとを含み、また、前記ガス流入口は、前記トッププレートに形成される。
（１６）前記堆積チャンバは、トッププレートと、ボトムプレートと、サセプタとを含み、当該サセプタは、第１の部分において前記ボトムプレートの下面に対して密閉を行うように前記ボトムプレートに対して鉛直方向に移動する構成となっている。
（１７）堆積チャンバ内に画定された空間内に載置されたウエハ上に薄膜を堆積させるように構成され、前記空間と連通するガス流入口と、さらに、密閉面を含む密閉部とを備える、前記堆積チャンバと、
前記ウエハを前記空間内において支持するように形成されたサセプタであって、前記サセプタが前記密閉面に対して密閉を行う第１の位置と、前記サセプタが前記密閉面に対して密閉を行わなくなる下方の第２の位置との間を、前記堆積チャンバに対して鉛直方向に移動するように形成された前記サセプタと、
を備え、
前記第１の位置において、前記密閉面と前記サセプタとの間の界面と、前記サセプタ上に配置された前記ウエハとの間の垂直方向の距離が、約２ミリメートル未満である原子層堆積（ＡＬＤ）式薄膜堆積装置。
（１８）前記密閉面とサセプタとの間の界面と、前記サセプタ上に配置された前記ウエハとは、垂直方向において実質的に同じ高さに配置される。
（１９）前記密閉面と前記サセプタとの間の界面との間の前記サセプタの上面領域は、実質的に平坦である。
（２０）前記密閉部の端の厚さは、約０．５から約３ミリメートルである。
（２１）前記堆積チャンバは、トッププレートと、ボトムプレートとを備え、前記ボトムプレートは、少なくとも部分的に、前記密閉部を形成し、また、前記トッププレートは、少なくとも部分的に、前記ガス流入口を形成する。
（２２）前記サセプタは、前記ウエハが前記サセプタ上に配置されたとき、前記ウエハの、ガスの流れに対して前の縁が、前記ウエハの後縁と比較して、前記密閉面から、より遠くに配置されるように、形成される。
（２３）前記サセプタの直径は、前記ウエハの直径より約１０％〜約２５％大きい。
（２４）半導体基板を処理するための基板支持部であって、当該基板支持部は、凹所を有する上面を含み、前記凹所は、前記基板支持部の上面が、前記基板の縁部分に沿ってのみ前記基板に接触するように形成される基板支持部。
（２５）前記凹所の深さは、約０．２から約０．５ミリメートルである。
（２６）前記凹所は、概ね円形である。
（２７）前記概ね円形の凹所の中心は、前記支持部の外側の縁に対してずらして配置される。
（２８）前記支持部の上面と、前記基板とは、概ね円形の密閉部を形成する。
（２９）前記概ね円形の密閉部の中心は、前記支持部の外側の縁に対してずらして配置される請求項２８に記載の基板支持部。
（３０）前記サセプタの縁と前記凹所との間の前記サセプタの上面の領域は、実質的に平坦である。
（３１）前記上面の領域は、少なくとも１つのピンを含む。
（３２）堆積チャンバ内に画定された空間内に載置されたウエハに薄膜を堆積させるように形成され、前記空間と連通するガス流入口と、さらに、密閉面を含む密閉部とを備える、前記堆積チャンバと、
前記ウエハを前記空間内において支持するように形成されたサセプタであって、前記サセプタが前記密閉面に対して密閉を行う第１の位置と、前記サセプタが前記密閉面に対して密閉を行わなくなる下方の第２の位置との間を、前記堆積チャンバに対して鉛直方向に移動するように形成された前記サセプタと、
を備え、
前記サセプタは、前記第１の位置において、前記ウエハが前記サセプタに配置されるとき、前記ウエハの、ガスの流れに対して前の縁が、前記ウエハの後の縁と比較して、前記密閉面から、より遠くに配置されるように、形成される原子層堆積（ＡＬＤ）式薄膜堆積装置。
Claims (9)
- 堆積チャンバ内に画定された空間内に載置されたウエハ上に薄膜を堆積させるように構成され、前記空間と連通するガス流入口と、さらに、密閉面を含む密閉部とを備える、前記堆積チャンバと、
前記ウエハを前記空間内において支持するように形成されたサセプタであって、前記サセプタが前記密閉面に対して密閉を行う第１の位置と、前記サセプタが前記密閉面に対して密閉を行わなくなる下方の第２の位置との間を、前記堆積チャンバに対して鉛直方向に移動するように形成された前記サセプタと、
を備え、
前記第１の位置において、前記密閉面と前記サセプタとの間の界面と、前記サセプタ上に配置された前記ウエハの上面との間の垂直方向の距離が、２ミリメートル未満であり、
前記密閉部の端部の厚さであって前記密閉面と前記密閉部の上面との間の厚さは、０．５から３ミリメートルであり、
前記堆積チャンバは、トッププレートと、ボトムプレートとを備え、前記ボトムプレートは、少なくとも部分的に、前記密閉部を形成し、また、前記トッププレートは、少なくとも部分的に、前記ガス流入口を形成する原子層堆積（ＡＬＤ）式薄膜堆積装置。 - 前記密閉面と前記サセプタとの間の界面と、前記サセプタ上に配置された前記ウエハの上面とは、垂直方向において実質的に同じ高さに配置される請求項１に記載のＡＬＤ式薄膜堆積装置。
- 前記ウエハと、前記密閉面と前記サセプタとの間の界面との間の前記サセプタの上面領域は、実質的に平坦である請求項１に記載のＡＬＤ式薄膜堆積装置。
- 前記ウエハは前記サセプタ上に配置され、前記ウエハの、ガスの流れに対して前の縁が、前記ウエハの後縁と比較して、前記密閉面から、より遠くに配置されるように、形成される請求項１に記載のＡＬＤ式薄膜堆積装置。
- 前記サセプタの直径は、前記ウエハの直径より１０％〜２５％大きい請求項１に記載のＡＬＤ式薄膜堆積装置。
- 堆積チャンバ内に画定された空間内に載置されたウエハ上に薄膜を堆積させるように構成され、前記空間と連通するガス流入口と、さらに、密閉面を含む密閉部とを備える、前記堆積チャンバと、
前記ウエハを前記空間内において支持するように形成されたサセプタであって、前記サセプタが前記密閉面に対して密閉を行う第１の位置と、前記サセプタが前記密閉面に対して密閉を行わなくなる下方の第２の位置との間を、前記堆積チャンバに対して鉛直方向に移動するように形成された前記サセプタと、
を備え、
前記第１の位置において、前記密閉面と前記サセプタとの間の界面と、前記サセプタ上に配置された前記ウエハの上面との間の垂直方向の距離が、２ミリメートル未満であり、
前記密閉部の端部の厚さであって前記密閉面と前記密閉部の上面との間の厚さは、０．５から３ミリメートルであり、
前記ウエハは前記サセプタ上に配置され、前記ウエハの、ガスの流れに対して前の縁が、前記ウエハの後縁と比較して、前記密閉面から、より遠くに配置されるように、形成される原子層堆積（ＡＬＤ）式薄膜堆積装置。 - 前記密閉面と前記サセプタとの間の界面と、前記サセプタ上に配置された前記ウエハの上面とは、垂直方向において実質的に同じ高さに配置される請求項６に記載のＡＬＤ式薄膜堆積装置。
- 前記ウエハと、前記密閉面と前記サセプタとの間の界面との間の前記サセプタの上面領域は、実質的に平坦である請求項６に記載のＡＬＤ式薄膜堆積装置。
- 前記サセプタの直径は、前記ウエハの直径より１０％〜２５％大きい請求項６に記載のＡＬＤ式薄膜堆積装置。
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