(57)【要約】【課題】  複数のリアクタの並列シフト動作方法を提供する。【解決手段】複数のリアクタの並列シフト動作方法は、（ｉ）１ないしｎの番号を付されたｎ個のガスを、各々、ｎ個のガスポートへｎ本のメインガスラインを介して同時に、所定の流量で連続的に供給する工程であって、各メインガスラインの分岐ガスラインのうちの一本が、各リアクタの流入量が等しく、各リアクタの流出量が等しいように開いた状態にある、工程と、（ｉｉ）各リアクタの流入量と流出量とを維持しながら、同時に、開いた状態にある各メインガスラインの分岐ガスラインのうちの一本を閉じ、且つ各メインガスラインの分岐ガスラインのうちの別の一本を開く工程であって、それによって異なる番号のガスが各リアクタに並列に、リアクタの流入量及び流出量を変化させることなく連続的に供給される、工程と、を含む。【選択図】図２２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板が配置される複数のリアクタの並列シフト動作方法であって、１ないしｎの番号を付されたｎ本のメインガスラインと、１ないしｎの番号を付されたｎ個のガスポートとが設けられ、ｎは１より大きい整数であり、各メインガスラインが、前記ｎ個のガスポートに各々接続される１ないしｎの番号が付されたｎ本の分岐ガスラインに枝分かれし、各分岐ガスラインが該分岐ガスラインを開閉するためのバルブを備え、各リアクタが異なるガスポートに接続され、各メインガスラインの分岐ガスライン１ないしｎのうちの一本が、そのメインガスラインの他の全ての分岐ガスラインが閉じた状態にあるとき開いた状態にある、並列シフト動作方法であって、
（ｉ）１ないしｎの番号を付されたｎ個のガスを、前記ｎ個のガスポートに各々前記ｎ本のメインガスラインを介して同時に、一定の流量で連続的に供給する工程であって、各メインガスラインの分岐ガスラインのうちの一本が開いた状態にあり、前記分岐ガスラインのうちの一本は、各リアクタの流入量を等しく、且つ各リアクタの流出量を等しくする、工程と、
（ｉｉ）各リアクタの流入量及び流出量を維持しながら、同時に、前記開いた状態にある各メインガスラインの前記分岐ガスラインのうちの一本を閉じ、且つ各メインガスラインの分岐ガスラインのうちの別の一本を開く工程であって、それによって異なる番号のガスが各リアクタへ並列にリアクタの流入量及び流出量を変化させることなく連続的に供給される、工程と、を含む方法。
【請求項２】
さらに、工程（ｉｉ）を順に繰り返す工程を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載された方法。
【請求項３】
工程（ｉ）において、前記開いた状態にある分岐ガスラインが、メインガスライン１ないしｎに各々対応する分岐ガスライン１ないしｎであり、工程（ｉｉ）において、開かれる分岐ガスラインは、メインガスライン１ないしｎに各々対応する次の番号の分岐ガスラインであり、番号ｎの後の次の番号が番号１に戻る、
ことを特徴とする請求項１に記載された方法。
【請求項４】
前記ｎ個のガスのうちの少なくとも一つが、不活性ガス、反応ガス又はそれらの混合ガスであり、前記ｎ個のガスのうちの少なくとも一つについてのメインガスラインは、中断することなく等しい総流量で、前記不活性ガスのフローと前記反応ガスのフローとを切り替え、または前記不活性ガスのフローと前記混合ガスのフローとを切り替えることができる、
請求項１に記載された方法。
【請求項５】
ｎが２であり、メインガスライン１及びメインガスライン２が各々不活性ガス、反応ガス、またはそれらの混合ガスを等しい流量で供給し、ガスポート１及びガスポート２が、前記複数のリアクタとしての二つのリアクタに各々接続される、
ことを特徴とする請求項４に記載された方法。
【請求項６】
ｎが３であり、メインガスライン１、メインガスライン２及びメインガスライン３が各々不活性ガス、反応ガス、またはそれらの混合ガスを等しい流量で供給し、ガスポート１、ガスポート２及びガスポート３が、前記複数のリアクタとしての三つのリアクタに各々接続される、
ことを特徴とする請求項４に記載された方法。
【請求項７】
ｎが３であり、メインガスライン１、メインガスライン２及びメインガスライン３が各々不活性ガス、反応ガス、またはそれらの混合ガスを等しい流量で供給し、ガスポート１、ガスポート２及びガスポート３が、前記複数のリアクタとしての二つのリアクタ及び一つのベントに各々接続される、
ことを特徴とする請求項４に記載された方法。
【請求項８】
ｎが３であり、メインガスライン１が不活性ガス、反応ガス、またはそれらの混合ガスを等しい流量で供給し、メインガスライン２及びメインガスライン３が各々不活性ガスを供給し、ガスポート１、ガスポート２及びガスポート３が、前記複数のリアクタとしての三つのリアクタに各々接続される、
ことを特徴とする請求項４に記載された方法。
【請求項９】
少なくとも一本のメインガスラインが、不活性ガス又は不活性ガスと共に反応ガスを供給し、前記反応ガスが、液体材料が気化したガスである、
ことを特徴とする請求項４に記載された方法。
【請求項１０】
少なくとも一本のメインガスラインが、不活性ガス又は反応ガスを供給する、
ことを特徴とする請求項４に記載された方法。
【請求項１１】
共通ガスラインが設けられ、該共通ガスラインが、前記複数のリアクタに各々接続されるガスラインに枝分かれし、共通ガスが前記共通ガスラインを通じて同時に前記複数のリアクタに連続的に供給される、
ことを特徴とする請求項１に記載された方法。
【請求項１２】
前記共通ガスが、ガス１ないしｎが励起状態にないときそれらと反応しない、
ことを特徴とする請求項１１に記載された方法。
【請求項１３】
ガス１ないしｎが、それらが励起状態にないとき、互いに反応しない、
ことを特徴とする請求項１に記載された方法。
【請求項１４】
共通の排出系が設けられ、そこで前記複数のリアクタからの排気が合流する、
ことを特徴とする請求項１に記載された方法。
【請求項１５】
前記複数のリアクタの動作が周期的ＣＶＤ又はＡＬＤである、
ことを特徴とする請求項１に記載された方法。
【請求項１６】
前記ｎ個のガスがいずれも反応ガスである、
ことを特徴とする請求項１に記載された方法。
【請求項１７】
別のメインガスラインが設けられ、該別のメインガスラインが、前記複数のリアクタに各々接続される複数の分岐ガスラインに枝分かれし、各分岐ガスラインが該分岐ガスラインを開閉するためのバルブを備え、別の反応ガスが前記複数のリアクタに順に、（ａ）前記別の反応ガスを前記別のメインガスラインに連続的に供給することにより、（ｂ）工程（ａ）の間に、前記別の反応ガスを前記複数のリアクタのうちの一つにそこへ接続する分岐ガスラインを介して供給することであって、該分岐ガスラインのバルブが開いた状態にあり、他の分岐ガスラインのバルブが閉じた状態にあることにより、（ｃ）工程（ａ）の間で工程（ｂ）の後、同時に、前記開いた状態にある分岐ガスラインのバルブを閉じ、且つ前記閉じた状態にある分岐ガスラインのうちの別の分岐ガスラインのバルブを開き、それによって前記別の反応ガスを前記別の分岐ガスラインに接続される前記複数のリアクタのうちの別のリアクタに供給することにより、さらに、（ｄ）工程（ｃ）を順に繰り返すことにより供給される、
ことを特徴とする請求項１６に記載された方法。
【請求項１８】
前記別のメインガスラインが、不活性ガス、前記別の反応ガス、またはそれらの混合ガスを供給し、前記別のメインガスラインが、中断することなく同じ総流量で、前記不活性ガスと前記反応ガスとを切り替える、または、前記不活性ガスと前記混合ガスとを切り替えることができる、
ことを特徴とする請求項１７に記載された方法。
【請求項１９】
少なくとも二つのリアクタの並列シフト動作方法であって、１ないしｎの番号を付されたｎ本のメインガスラインと、１ないしｎの番号を付されたｎ個のガスポートとが設けられ、ｎは１より大きい整数であり、各メインガスラインが、前記ｎ個のガスポートに各々接続される１ないしｎの番号を付されたｎ本の分岐ガスラインに枝分かれし、各分岐ガスラインが該分岐ガスラインを開閉するためのバルブを備え、各リアクタが異なるガスポートに接続される、方法であって、
（ｉ）１ないしｎの番号を付されたｎ個のガスを、前記ｎ本のメインガスラインに同時に連続的に各々供給する工程と、
（ｉｉ）工程（ｉ）の間に、ガス１ないしｎをガスポート１ないしｎに各々、メインガスライン１ないしｎに各々対応する分岐ガスライン１ないしｎを介して供給する工程であって、前記メインガスライン１ないしｎに各々対応する分岐ガスライン１ないしｎのバルブが開いた状態にあり、他の分岐ガスラインのバルブが閉じた状態にある、工程と、
（ｉｉｉ）工程（ｉ）の間であって工程（ｉｉ）の後、同時に、前記開いた状態にある分岐ガスライン１ないしｎのバルブを閉じ、且つ前記閉じた状態にあり、次の番号のメインガスラインに各々対応する分岐ガスライン１ないしｎのバルブを開き、それによって次の番号のガスをガスポート１ないしｎに各々供給する工程であって、番号ｎの後の次の番号が番号１に戻る、工程と、
（ｉｖ）工程（ｉｉｉ）を繰り返す工程であって、ガスをシフトされたシーケンスで各リアクタに供給することによりリアクタが並列に動作する、工程と、を含む方法。
【請求項２０】
半導体処理装置であって、
複数のリアクタと、
１ないしｎの番号を付されたｎ本のメインガスラインと、１ないしｎの番号を付されたｎ個のガスポートと、
リアクタにより共用される共通の排出系と、を含み、
ｎが１より大きい整数であり、各メインガスラインが、前記ｎ個のガスポートに各々接続される１ないしｎの番号を付されたｎ本の分岐ガスラインに枝分かれし、各分岐ガスラインが該分岐ガスラインを開閉するためのバルブを備え、各リアクタが異なるガスポートに接続され、各メインガスラインの分岐ガスライン１ないしｎのうちの一本が、該メインガスラインの他の全ての分岐ガスラインが閉じた状態にあるとき開いた状態にあり、
分岐ガスラインのバルブが、（ｉ）１ないしｎの番号を付されたｎ個のガスを、前記ｎ個のガスポートへ各々前記ｎ本のメインガスラインを介して、同時に、一定の流量で連続的に供給し、各メインガスラインの分岐ラインのうちの一本が開いた状態にあり、前記分岐ガスラインのうちの一本は、各リアクタの流入量を等しく、各リアクタの流出量を等しくし、（ｉｉ）各リアクタの流入量及び流出量を維持しながら、同時に、前記開いた状態にある各メインガスラインの前記分岐ガスラインのうちの一本を閉じ、且つ各メインガスラインの分岐ガスラインのうちの別の一本を開き、それによって異なる番号のガスが各リアクタに並列に、リアクタの流入量及び流出量を変化させることなく、連続的に供給されるようにプログラムされる、
ことを特徴とする半導体処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して、半導体製造方法に関し、具体的に、ガスがリアクタに連続的に供給される複数のリアクタの並列シフト動作方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ励起原子層堆積（ＰＥＡＬＤ）プロセスは、典型的に、図１に図示されているような以下の四つの工程を繰り返す。
【０００３】
工程１（前駆体供給）で、前駆体ガスがリアクタチャンバ（ＲＣ）内に供給され、前駆体がウエハ表面に吸着される。工程２（パージ）で、吸着されない前駆体がリアクタチャンバから取り除かれる。工程３（プラズマ処理）で、前駆体が反応ガスと反応するよう吸着表面がＲＦプラズマによって活性化される。工程４（パージ）で、非反応の前駆体と副生成物とが表面から取り除かれる。上記において、各工程の間、反応ガスは連続的に流れる。ＰＥＡＬＤプロセスのための装置は、図３に図示されているような以下の構成要素を必要とする。
【０００４】
ＲＦ電源（単一周波又は二周波）：１デバイス（４）／１ＲＣ
前駆体ガスライン：１ライン（１）／１ＲＣ（プロセスが、異なる前駆体の切り替えとフローとを必要とする場合、各々の前駆体について異なるライン（２）を要する）
反応ガスライン：１ライン（３）／１ＲＣ
ＲＣ圧力制御バルブ及び排出ライン：１セット（６、７）／１ＲＣ
【０００５】
システムを一つのＲＣから複数のＲＣに拡張する場合、必要な構成要素を変更する必要がある。単純に拡張して、二つのＲＣシステムは、図４に示されているような以下の構成要素を必要とする。
【０００６】
ＲＦ電源（単一周波又は二周波）：２デバイス（４、４’）／２ＲＣ
前駆体ガスライン：２ライン（１、１’）／２ＲＣ（プロセスが、異なる前駆体の切り替え及びフローを必要とする場合、ＲＣ毎に各々の前駆体について異なるラインが必要になる）
反応ガスライン：２ライン（３、３’）／２ＲＣ
ＲＣ圧力制御バルブ及び排出ライン：２セット（６、７、６’、７’）／２ＲＣ
【０００７】
上記構成要素の冗長性に鑑みて、システム要件は、前駆体供給システムと、プロセスシーケンスのアーキテクチャと、二つのＲＣ間のプロセスの制御性によって修正され得る。
【０００８】
前駆体供給システムは、以下の二つのタイプに分類される。
（Ｉ）図５（Ｉ）に示されているように、前駆体フローのオン／オフの制御によって、前駆体の供給が制御される。
（ＩＩ）図５（ＩＩ）に図示されているように、同じ流量を維持しながら前駆体フローと不活性ガスフローを切り替えることにより、前駆体の供給が制御される。
【０００９】
オン・オフフロー制御システムでは、液体前駆体がタンク４１内で気化し、キャリアガスがライン４３を通じてタンク４１に導入され、バルブ４２が閉じているとき、図５（ａ）に図示されているように、ライン４４を通じてタンク４１からフローが流出することはない。図５（ｂ）に示されているように、バルブ４２が開いているとき、キャリアガスが気化した前駆体を搬送し、ライン４４を通じて、タンク４１から一緒に流出する。前駆体フローのオン／オフ制御によって、全体のガス流量及びＲＣの圧力が変化することになる。従って、このフロー制御システムは、複数ＲＣ間のＲＣ圧力の差異が問題を引き起こす場合（例えば、適切でない前駆体ガスの流入が、ＲＣ間の圧力の差異のために、共用の排出ラインを経由して誤ったＲＣに行く）、採用されない。切り替えフロー制御システムでは、液体前駆体はタンク５１内で気化し、キャリアガスは、バルブ５５が閉じているときバルブ５６を経由し、ライン５３を通じてタンク５１に導入される。図５（ｄ）に図示されているように、キャリアガスは気化した前駆体を搬送し、バルブ５７を経由しライン５４を通ってタンク５１から一緒に流出する。しかしながら、図５（ｃ）に示されているように、バルブ５５が開いており、バルブ５６、５７が閉じているとき、キャリアガスのみが、ライン５３、５４を通じて流れる。前駆体ガスフロー及び不活性ガスフローを切り替えることにより、総流量及びＲＣ圧力を実質的に一定にすることができ、ＲＣ圧力は自動圧力制御器（図示せず）により容易に制御される。このフロー制御システムでは、複数ＲＣが排出ラインを共用している場合においても、ＲＣ間に実質的な圧力差が生じないので、ＲＣ間の相互作用が実質的にない。切り替えフロー制御システムを使用する典型的なプロセスシーケンスが図２に図示されている。図１に図示されたプロセスシーケンスとの違いは、前駆体ガスから不活性ガスへ切り替えるとすぐに、工程２、３及び４において、不活性ガスが工程１における前駆体の流量と同じ流量で、工程１から途切れることなく流れることである。
【００１０】
プロセスシーケンスのアーキテクチャは、以下の二つのタイプに分類される。
（１）図６（１）に図示されるようにＲＣ１とＲＣ２との間で並行処理(Concurrent processing)を行う。
（２）図６（２）に図示されるようにＲＣ１とＲＣ２との間で交互処理(Alternate processing)を行う。
【００１１】
並行処理は単純であり、複数ＲＣで、同一のプロセス動作が同時タイミングで実施される。一方、ＰＥＡＬＤプロセスにおいて、交互処理は、特定の工程でのみ使用される単一のリソースの二重の（同時タイミングの）動作を排除することでシステムの構成要素を低減するよう選択され得る。例えば、二つのＲＣ間のプラズマ処理が重複することを取り除くことにより、単一のＲＦ電源を二つのＲＣ間で共用することができる。交互処理において、同じ動作は二つのＲＣにおいて交互に実施され、各々のＲＣについて独立したプロセス工程制御を必要とする。
【００１２】
二つのＲＣ間のプロセス制御性は、二つのＲＣ間で異なる処理サイクルを設定することができるかできないかによって、以下の二つのタイプに分類される。
（Ａ）二つのＲＣ間で異なる処理サイクルを設定することができる。
（Ｂ）二つのＲＣ間で異なる処理サイクルを設定することができない（同じ処理サイクルのみ設定できる）。
【００１３】
二つのＲＣ間で異なる処理サイクルを設定することにはいくつかの利点がある。第１に、各々のＲＣにおいて、異なる堆積条件（例えば、膜厚）でプロセスを同時に行うことができる。第２に、ＲＣ間で異なる処理サイクルを設定することにより、ＲＣ毎の不整合を調整することができる。交互処理を行うことができるシステムは、交互処理が可能なＲＣの各々について独立したプロセス工程制御を必要とするので、二つのＲＣ間で必然的に異なるサイクルで処理を行うことができる。
【００１４】
前駆体供給システム（（Ｉ）：オン・オフフロー制御システム、（ＩＩ）：切り替えフロー制御システム）、プロセスシーケンスのアーキテクチャ（（１）：並行処理、（２）：交互処理）及び二つのＲＣ間のプロセス制御性（（Ａ）：異なるサイクル、（Ｂ）：同一のサイクル）は、複数の方法で組み合わせることができる。
【００１５】
図７は、オン・オフフロー制御システム（Ｉ）、並行処理（１）及び異なるサイクル機能を有する（Ａ）二つのリアクタのシステムを図示し、前駆体ライン１、前駆体ライン２及び反応ガスライン３が、反応チャンバ４及び反応チャンバ４’により共用される。しかしながら、反応チャンバ４、４’間で異なるサイクルで処理できるようにするために、別々のＲＦ電源５、５’、別々の圧力制御バルブ６，６’、別々の排出ライン７、７’が反応チャンバ４、４’に各々提供される。
【００１６】
図８は、オン・オフフロー制御システム（Ｉ）及び並行処理（１）を有し、異なるサイクルで処理ができない（Ｂ）二つのリアクタ（２−ＲＣ）システムを図示し、前駆体ライン１、前駆体ライン２、反応ガスライン３、圧力制御バルブ６及び排出ライン７が、反応チャンバ４及び反応チャンバ４’により共用される。ＲＦ電源も反応チャンバ４、４’により共用し得るが、ＲＣ間の同じ実効パワーを保証するよう別々のＲＦ電源５、５’が使用される。異なるサイクル機能なしで処理が並行であるため、全ての構成要素（ＲＦ電源を除く）が、二つの反応チャンバにより共用され得る。
【００１７】
図９は、オン・オフフロー制御システム（Ｉ）及び交互処理（２）を有する二つのリアクタ（２−ＲＣ）システムを図示し、前駆体ライン１、前駆体ライン２及び反応ガスライン３が、反応チャンバ４及び反応チャンバ４’により共用される。交互処理を行うために、ガスのフローはオン・オフバルブ８によって制御され、別々の圧力制御バルブ６、６’及び別々の排出ライン７、７’が反応チャンバ４、４’に各々与えられる。別々のＲＦ電源を反応チャンバ４、４’で使用することもできるが、反応チャンバ４、４’を切り替えるためのスイッチを備えたＲＦ電源５が、反応チャンバ４、４’によって共用される。
【００１８】
図１０は、切り替えフロー制御システム（ＩＩ）、並行処理（１）及び異なるサイクル機能を有する（Ａ）二つのリアクタ（２−ＲＣ）システムを図示し、反応ガスライン３が反応チャンバ４及び反応チャンバ４’により共用される。反応チャンバ４、４’間で異なるサイクルを実行するために、別々の前駆体／不活性ガスライン１１、１１’（一定の流量を有する）、別々の前駆体／不活性ガスライン１２、１２’（一定の流量を有する）及び別々のＲＦ電源５、５’が、反応チャンバ４、４’に各々与えられる。反応チャンバ４、４’間でサイクルが異なるかどうかに関わらず、切り替えフロー制御システム（すなわち、流量が一定である）により、反応チャンバ４、４’のガスの総フローは等しく、従って、圧力制御バルブ６及び排出ライン７は、反応チャンバ４、４’により共用される。
【００１９】
図１１は、切り替えフロー制御システム（ＩＩ）、並行処理（１）を有し、異なるサイクル機能を有しない（Ｂ）二つのリアクタ（２−ＲＣ）システムを図示し、前駆体／不活性ガスライン１１（一定の流量を有する）、前駆体／不活性ガスライン１２（一定の流量を有する）、反応ガスライン３、圧力制御バルブ６及び排出ライン７が、反応チャンバ４及び反応チャンバ４’により共用される。ＲＦ電源は、反応チャンバ４、４’で共用することもできるが、別々のＲＦ電源５、５’が使用され、それによりＲＣ間の同じ実効パワーを保証する。異なるサイクル機能がなく処理が並行であるため、全ての構成要素（ＲＦ電源を除く）を二つの反応チャンバで共用し得る。
【００２０】
図１２は、切り替えフロー制御システム（ＩＩ）及び交互処理（２）を備えた二つのリアクタ（２−ＲＣ）システムを図示し、反応ガスライン３が反応チャンバ４及び反応チャンバ４’により共用される。反応チャンバ４、４’において交互処理を行うために、別々の前駆体／不活性ガスライン１１、１１’（一定の流量を有する）、別々の前駆体／不活性ガスライン１２、１２’（一定の流量を有する）が反応チャンバ４、４’に各々与えられる。処理が反応チャンバ４、４’において交互に行われるかどうかに関わらず、切り替えフロー制御システム（すなわち、流量は一定である）により、反応チャンバ４、４’のガスの総フローは同一であり、従って、圧力制御バルブ６及び排出ライン７は、反応チャンバ４、４’により共用される。別々のＲＦ電源を反応チャンバ４、４’に使用することもできるが、反応チャンバ４、４’を切り替えるスイッチを備えたＲＦ電源５が反応チャンバ４、４’により共用される。
【００２１】
以下の表１に、上記の組み合せ及び必要最小の構成要素が要約される。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
表１に示されるように、交互処理（２）又は異なるサイクル（Ａ）を可能にするために、システムは、前駆体ライン、またはＲＣ圧力制御バルブ及び排出ラインのうちの少なくとも一方を二セット必要とする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
上記実施例はＰＥＡＬＤに基づく。しかしながら、複数の反応チャンバを使用する周期的堆積（例えば、周期的ＣＶＤ、熱ＡＬＤ、ラジカル励起ＡＬＤ等）はいずれもシステム構成要素の数が増加するという同様の問題を有する。
【００２５】
さらに、いずれの周期的堆積においても、化学反応に基づく膜堆積プロセスは、膜堆積中に典型的に、反応ガスを分離して供給する。それは、前駆体ガス及び反応ガス間の望ましくない化学反応を回避するためであり、または、特定の化学反応に反応ガスを分離して供給することが必要だからである。反応ガスの供給を分離するために、反応チャンバ内に残る反応ガスを取り除いた後に、別の反応ガスを導入することが必要である。残った反応ガスを、反応チャンバをパージすることにより、または反応チャンバを排気することにより取り除くために、反応チャンバの一つ一つにおいて、追加の移行時間（例えば、１秒より長い）が必要である。移行時間は典型的に、反応ガスの供給を停止し、反応チャンバをパージ又は排気することにより残った反応ガスを取り除き、異なる反応ガスを供給し安定化させることを含む。従ってガスを変更することは、プロセスのサイクル時間を増加させ、生産性を低下させる。さらに、不活性ガスが反応ガスの変更とパージとに使用されるので、反応ガスが不活性ガスによって希薄化され、反応ガスの分圧が低下し、それによって化学反応速度が低下する。
【００２６】
図１７は、並行処理に基づく二つの反応チャンバを使用する周期的堆積のための従来のプロセスシーケンスを図示し、反応ガスＡを各々の反応チャンバ（リアクタ）１及び２に供給する工程と、反応チャンバ１及び２をパージする工程と、反応ガスＢを各々の反応チャンバ１及び２に供給する工程と、その後反応チャンバ１及び２をパージする工程とが繰り返される。図１７は非常に単純化されており、各反応ガスの供給パルスは、図１７に示されているほど急に開始も終了もしない。移行時間、反応ガスの希薄化は、従来の周期的堆積では避けることができない。本開示において、「反応ガス」は、膜堆積又は成膜の化学反応に関与する任意のガスを言い、広義には前駆体を含む。狭義には、「反応ガス」は、膜堆積又は成膜のために前駆体と反応する任意のガスを言う。
【００２７】
従来の技術に包含されるいずれの課題及び解決手段の論考も、もっぱら本発明に背景を与える目的のために本開示に含まれ、いずれかの論考又は全ての論考が、本発明が成されたときに周知であったことを是認するものと解釈されるべきではない。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
いくつかの実施形態は、基板が中に配置される複数のリアクタ（「反応チャンバ」ともいう）の並列シフト動作方法を提供し、該方法は、システムの構成要素の数を低減することができ、また、移行時間を大幅に減少させることができる。「並列シフト動作」は広義には非並行動作に言及するものであり、一つのリアクタから別のリアクタへ移る動作を含む。並列シフト動作は、二つのリアクタ間の異なるサイクル機能を有する交互処理を含む。いくつか実施形態では、方法は装置を使用して実施され、該装置において、１ないしｎ（ｎは１より大きい整数）の番号を付されたｎ本のメインガスラインと、１ないしｎの番号を付されたｎ個のガスポートとが設けられ、各メインガスラインが、ｎ個のガスポートに各々接続される１ないしｎの番号を付されたｎ本の分岐ガスラインに枝分かれし、各分岐ガスラインが、該分岐ガスラインを開閉するためのバルブを備え、各リアクタは異なるガスポートに接続され、各メインガスラインの分岐ガスライン１ないしｎのうちの少なくとも一本（しかし全てではない）、典型的に一本が、そのメインガスラインの他の全ての分岐ガスラインが閉じた状態にあるとき、開いた状態にある。数ｎは、当業者がルーティンワークに基づき、堆積のためにいくつの分離したガスを使用すべきかによって決定することができる。例えばｎは、２、３、４、５又は６のいずれかの整数である。リアクタの数もまた、当業者がルーティンワークに基づき、数ｎ（リアクタの数は数ｎ以下である）及び生産性によって決定することができる。いくつかの実施形態では、数ｎは、リアクタの個数とベント（リアクタを迂回し、排出系に接続される）の個数との合計に等しい。いくつかの実施形態において、方法は、
（ｉ）１ないしｎの番号を付されたｎ個のガスを各々、ｎ本のメインガスラインを介してｎ個のガスポートへ、一定の流量で、同時に連続して供給する工程であって、各メインガスラインの分岐ガスラインのうちの一本が開いた状態にあり、該分岐ガスラインのうちの一本は、各リアクタの流入量を等しく、各リアクタの流出量を等しくする、工程と、
（ｉｉ）各リアクタの流入量及び流出量を維持しながら、同時に、開いた状態にある各メインガスラインの分岐ガスラインのうちの一本を閉じ、且つ各メインガスラインの分岐ガスラインのうちの別の一本を開く工程であって、それによって異なる番号のガスが各リアクタに並列に、リアクタの流入量及び流出量を変化させることなく、連続して供給される、工程と、を含む。
【００２９】
いくつかの実施形態において、メインガスライン及び排出ラインをリアクタで共用する場合にも、並列シフト動作又は交互処理を、実質的に移行時間なしで実行することができる。いくつかの実施形態において、複数のリアクタの動作は、周期的ＣＶＤ又はＡＬＤ（例えば、パルスプラズマ励起ＣＶＤ、熱ＡＬＤ、プラズマ励起ＡＬＤ、または、ラジカル励起ＡＬＤ）である。
【００３０】
また、いくつかの実施形態は、開示された方法のいずれかを実行可能な半導体処理装置を提供する。該装置は、
複数のリアクタと、
１ないしｎの番号を付されたｎ本のメインガスライン及び１ないしｎの番号を付されたｎ個のガスポートと、
リアクタにより共用される共通の排出系と、を含み、
ｎが１より大きい整数であり、各メインガスラインが、ｎ個のガスポートに各々接続される１ないしｎの番号を付されたｎ本の分岐ガスラインに枝分かれし、各分岐ガスラインがその分岐ガスラインを開閉するためのバルブを備え、各リアクタが異なるガスポートに接続され、各メインガスラインの分岐ガスライン１ないしｎのうちの一本が、そのメインガスラインの他の全ての分岐ガスラインが閉じた状態にあるとき、開いた状態にある、ことを特徴とする。
【００３１】
本発明の態様および従来技術を超えて達成される利点を要約する目的のために、本発明のある目的および利点が本開示で説明される。もちろん、このような目的や利点のすべてが必ずしも本発明に係る任意の具体的な実施形態に従って達成されるわけではないことが理解されるであろう。従って、例えば、本明細書で教示し又は示唆する他の目的、利点を必ずしも達成することなく、本明細書で教示する一つの利点又は一群の利点を達成する又は最適にする方法で本発明を実施または実行することができることを、当業者は認めるであろう。
【００３２】
本発明のさらなる態様、特徴及び利点は、以下の詳細な説明により明らかになろう。
【００３３】
本発明のそれらの特徴または他の特徴は、本発明を限定することを意図するものではないが、好適実施形態を図示することを意図した図面を参照して説明される。図面は説明の目的で非常に単純化され、尺度も必ずしも一致しない。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】図１は、オン・オフフロー制御システムによる典型的なプラズマ励起原子層堆積（ＰＥＡＬＤ）に使用されるプロセスシーケンスを図示する。
【図２】図２は、切り替えフロー制御システムによる典型的なプラズマ励起原子層堆積（ＰＥＡＬＤ）に使用されるプロセスシーケンスを図示する。
【図３】図３は一つのリアクタチャンバを含む従来のＰＥＡＬＤ装置の概略図である。
【図４】図４は二つのリアクタチャンバを含む従来のＰＥＡＬＤ装置の概略図である。
【図５】図５は、オン・オフフロー制御システム（Ｉ）の概略図、切り替えフロー制御システム（ＩＩ）の概略図を図示する。
【図６】図６は、並行処理（１）による典型的なＰＥＡＬＤに使用されるプロセスシーケンス、交互処理（２）による典型的なＰＥＡＬＤに使用されるプロセスシーケンスを図示する。
【図７】図７は、オン・オフフロー制御システム（Ｉ）、並行処理（１）及び異なるサイクル機能を有する（Ａ）２―リアクタシステムを図示する。
【図８】図８は、オン・オフフロー制御システム（Ｉ）と並行処理（１）とを有し、異なるサイクル機能を有しない（Ｂ）２―リアクタシステムを図示する。
【図９】図９はオン・オフフロー制御システム（Ｉ）と交互処理（２）とを有する２―リアクタシステムを図示する。
【図１０】図１０は、切り替えフロー制御システム（ＩＩ）、並行処理（１）及び異なるサイクル機能を有する（Ａ）２―リアクタシステムを図示する。
【図１１】図１１は、切り替えフロー制御システム（ＩＩ）と並行処理（１）とを有し、異なるサイクル機能を有しない（Ｂ）２―リアクタシステムを図示する。
【図１２】図１２は、切り替えフロー制御システム（ＩＩ）及び交互処理（２）を有する２―リアクタシステムを図示する。
【図１３Ａ】図１３Ａは、本発明の実施形態による二つのリアクタを使用するＰＥＡＬＤの並列シフト動作を図示する概略図である。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、本発明の実施形態によるガスを変更した後のＰＥＡＬＤの並列シフト動作を図示する概略図である。
【図１４】図１４Ａないし図１４Ｄは、本発明の実施形態による並列シフト動作の変形例を図示する概略図である。
【図１５】図１５は、本発明の実施形態によるＲＦ印加を使用しないＡＬＤにおける二つの反応ガスのプロセスシーケンスを図示する。
【図１６】図１６は、本発明の実施形態による不活性ガスのフローと前駆体ガスのフローの切り替えの概略図を図示する。
【図１７】図１７は、並行処理に基づいた二つの反応チャンバを使用する周期的堆積に使用される従来のプロセスシーケンスを図示する。
【図１８】図１８は、本発明の実施形態による二つのリアクタでの並列シフト動作のプロセスシーケンスを図示する。
【図１９】図１９は、本発明の実施形態による切り替えフロー制御システムを使用する二つのリアクタでの並列シフト動作のプロセスシーケンスを図示する。
【図２０】図２０は、本発明の実施形態に従って、並列シフト動作による四つのリアクタのプロセスシーケンスを図示し、各リアクタにおいて、希ガスＸ、Ｙのフローが各リアクタで反応物質Ａと反応物質Ｂとを分離する。
【図２１】図２１は実施形態に従って、並列シフト動作によるリアクタのプロセスシーケンスを図示し、実施形態に従って、前駆体が供給されるとき反応ガスＢも供給され、前駆体が供給されないとき反応ガスＡが供給される。
【図２２】図２２は本発明の実施形態に従って、反応物質Ａ、Ｂが各々反応チャンバＲＣ１、ＲＣ２に供給される、並列シフト動作のシステムを図示する概略図である。
【図２３】図２３は本発明の実施形態に従って、反応物質Ａ、Ｂが各々反応チャンバＲＣ２、ＲＣ１に供給される、並列シフト動作のシステムを図示する概略図である。
【図２４】図２４は実施形態に従って、二つのリアクタによるＰＥＡＬＤの並列シフト動作のプロセスシーケンスを図示する。
【図２５】図２５は一つの実施形態に従って、液体前駆体を使用する二つのリアクタによるＰＥＡＬＤの並列シフト動作を図示する概略図であり、リアクタＲＣ１の供給に対応する工程を表す。
【図２６】図２６は一つの実施形態に従って、液体前駆体を使用する二つのリアクタによるＰＥＡＬＤの並列シフト動作を図示する概略図であり、パージに対応する工程を表す。
【図２７】図２７は一つの実施形態に従って、液体前駆体を使用する二つのリアクタによるＰＥＡＬＤの並列シフト動作を図示する概略図であり、リアクタＲＣ２の供給に対応する工程を表す。
【図２８】図２８は一つの実施形態に従って、液体前駆体を使用する二つのリアクタによるＰＥＡＬＤの並列シフト動作を図示する概略図であり、パージに対応する工程を表す。
【図２９】図２９は、本発明の実施形態に従って、異なるサイクルを有する二つのリアクタによる並列シフト動作のプロセスシーケンスを図示する。
【図３０】図３０は、本発明の実施形態に従って、反応チャンバＲＣ１及びＲＣ２に加えてベントが設けられた並列シフト動作のシステムを図示する概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
本開示において、「ガス」は気化した固体及び／又は液体を含んでよく、単一のガスで構成されてもよく、混合ガスで構成されてもよい。本開示において、「一つの」は、一つの種又は複数の種を含む一つの属に言及したものである。さらに、本開示において、変数のいずれの二つの数も、その変数の実行可能な範囲（該実行可能な範囲はルーティンワークに基づいて決定され得る）を構成する場合があり、示されるいずれの範囲も、端点を含む場合があり除く場合もある。さらに、示される変数のいずれの値も、いくつかの実施形態において、正確な値又は近似の値に言及するものであり、等価なものを含み、平均値、中央値、代表値、過半数等を参照する場合がある。
【００３６】
条件及び／又は構造が特定されない本開示では、当業者は本開示に鑑み、ルーティンの実験の問題として、そのような条件及び／又は構造を容易に規定することができる。
【００３７】
開示された実施形態の全てにおいて、実施形態に使用されるいずれの要素も、意図した目的のために、本明細書において明示的に、必然的に、または本質的に開示される均等ないずれかの要素に置き換えることができる。さらに本発明は、装置及び方法に等しく適用することができる。
【００３８】
本開示において、いくつかの実施形態では、定義されたいずれの意味も、必ずしも通常及び慣例の意味を排除しない。
【００３９】
上述のように、いくつかの実施形態は、中に基板が配置される複数のリアクタの並列動作方法であって、１ないしｎ（ｎは１より大きい整数）の番号を付されたｎ本のメインガスライン及び１ないしｎの番号を付されたｎ個のガスポートが設けられ、各メインガスラインが、ｎ個のガスポートに各々接続される１ないしｎの番号を付されたｎ本の分岐ガスラインに分岐し、各分岐ガスラインが、その分岐ガスラインを開閉するためのバルブを備え、各リアクタが異なるガスポートに接続され、各メインガスラインの分岐ガスライン１ないしｎのうちの一本が、そのメインガスラインの他の分岐ガスラインの全てが閉じた状態にあるとき、開いた状態にある、方法を提供し、該方法は、（ｉ）１ないしｎの番号を付されたｎ個のガスを各々、ｎ個のガスポートへｎ本のメインガスラインを介して同時に、一定の流量で連続的に供給する工程であって、各メインガスラインの分岐ガスラインのうちの一本が開いた状態にあり、該分岐ガスラインのうちの一本は、各リアクタの流入量を等しく、各リアクタの流出量を等しくする、工程と、（ｉｉ）各リアクタの流入量及び流出量を維持しながら、同時に、開いた状態にある各メインガスラインの分岐ガスラインのうちの一本を閉じ、且つ各メインガスラインの分岐ガスラインのうちの別の一本を開く工程であって、それによって異なる番号を付されたガスが、リアクタの流入量及び流出量を変化させることなく、並列に各リアクタに連続的に供給される、工程と、を含む。
【００４０】
上記において、「連続的に」は、時系列に沿って中断がなく、物理的条件を変化させることなく、その後直ちに、ということであり、または、介在する工程がないことを言うものである。本開示において、「一定」、「等しい」、「同じ」等は、実質的に一定、等しい、同じ等と、それらに均等なもの（例えば当業者が、機能上重要でない、取るに足らない又は検知できないと理解する程度の差異がある）とを含む。さらに、「リアクタ」又は「反応チャンバ」は、反応のためのチャンバに言及するものであり、チャンバを構成する区分又は分室の数に関わらず、分離又は独立して制御することができないデュアルチャンバも含む。
【００４１】
いくつかの実施形態では、方法はさらに、基板上に膜が形成されるまで、工程（ｉｉ）を順々に繰り返す工程を含む。
【００４２】
いくつかの実施形態では、工程（ｉ）において、開いた状態にある分岐ガスラインが、メインガスライン１ないしｎに各々対応する分岐ガスライン１ないしｎであり、工程（ｉｉ）において、開かれる分岐ガスラインが、メインガスライン１ないしｎに各々対応する次の番号の分岐ガスラインであり、番号ｎの後の次の番号は番号１に戻る。
【００４３】
図２２は、いくつかの実施形態に従って、反応物質Ａ及びＢが各々反応チャンバＲＣ１及びＲＣ２に供給される並列シフト動作システムを図示する概略図である。この図では、二本のメインガスラインＭ１、Ｍ２及び二つのガスポートＰ１、Ｐ２が設けられ、各メインガスラインが、ガスポートＰ１、Ｐ２に各々接続される二本の分岐ガスラインＢ１、Ｂ２に分岐し、分岐ガスラインＢ１（Ｍ１）（すなわち、メインガスラインＭ１に接続する分岐ガスラインＢ１）、Ｂ１（Ｍ２）、Ｂ２（Ｍ１）及びＢ２（Ｍ２）が各々、対応する分岐ガスラインを開閉するためのバルブＶ１（Ｍ１）、Ｖ１（Ｍ２）、Ｖ２（Ｍ１）及びＶ２（Ｍ２）を備え、反応チャンバＲＣ１、ＲＣ２がガスポートＰ１、Ｐ２に各々接続され、バルブＶ１（Ｍ１）及びＶ２（Ｍ２）が開いた状態にあり、その間バルブＶ１（Ｍ２）及びＶ２（Ｍ１）は閉じた状態にある。反応物質Ａ、Ｂが各々、メインガスラインＭ１、Ｍ２を介して、ガスポートＰ１、Ｐ２へ同時に、一定の流量で連続的に供給され、開いた状態にあるバルブＶ１（Ｍ１）、Ｖ２（Ｍ２）は、リアクタＲＣ１、ＲＣ２の流入量を等しく、且つ各リアクタの流出量を等しくする。ガスは、単一の圧力制御バルブ６を通じて単一の排出系７へ排出される。
【００４４】
図２３は、いくつかの実施形態に従って、反応物質Ａ及びＢが各々、反応チャンバＲＣ２及びＲＣ１に供給される、並列シフト動作システムを図示する概略図である。この図では、各リアクタの流入量及び流出量を維持しながら、同時に、開いていた状態のバルブＶ１（Ｍ１）、Ｖ２（Ｍ２）が閉じられ、バルブＶ１（Ｍ２）、Ｖ２（Ｍ２）が開かれ、それによって反応物質Ａ、Ｂが切り替えられ、各々、リアクタの流入量及び流出量を変化させることなく、並列に、反応チャンバＲＣ２、ＲＣ１に連続的に供給される。図１８は、上記の並列シフト動作のプロセスシーケンスを図示する。反応物質Ａが初めにリアクタ１（ＲＣ１）に供給され、次に直ちにリアクタ２（ＲＣ２）に切り替えられ、次に再び直ちにリアクタ１（ＲＣ１）に切り替えられ、この切り替えを繰り返す。切り替えは、バルブＶ１（Ｍ１）、Ｖ２（Ｍ１）の同時の動作によって達成される。反応物質Ｂは反応物質Ａが供給されないリアクタに供給され、そのことによって各リアクタへの流入を常に一定にすることができる。反応物質Ｂが供給されるリアクタの切り替えは、バルブＶ１（Ｍ２）、Ｖ２（Ｍ２）の同時の動作によって達成される。バルブＶ１（Ｍ１）、Ｖ１（Ｍ２）、Ｖ２（Ｍ１）、Ｖ２（Ｍ２）は同期され、同時に動作する。上記の方法を使用することによって、移行時間は大幅に減少し、またはなくなる。当業者は、装置が、本明細書の他に記載の堆積プロセスを行うようプログラム又は他の方法で構成された一つ以上の制御器（図示せず）を含むことを理解するであろう。当業者は、制御器が、リアクタのバルブ、パワー源、ポンプ、ロボティクス及びガスフロー制御器又は加熱システムと通信することもまた理解するであろう。
【００４５】
図１８に図示された並列シフト動作のシーケンスは、移行時間が堆積サイクル毎に実質的になくなるので、全体のガスフローを低減し得る。全体のガスフローが低減される結果、図１７に図示されるような従来のプロセスシーケンスと比較して、反応ガス又は前駆体ガスの分圧が高くなり、それによって、周期的堆積におけるより高い表面の吸着速度と高い反応速度を得ることができる。例えば、化学反応速度論から、反応速度は以下のように決定される。
【００４６】
反応速度＝ｋ ｘ [反応物質Ａ濃度]ａ ｘ [反応物質Ｂ濃度]ｂ
ｋ, ａ, ｂ＝定数
【００４７】
反応定数ａ、ｂは各反応によって決定され、ｋはプロセス温度の関数である。例えば、Ｎ２（ｇ）＋３Ｈ２（ｇ）→２ＮＨ３（ｇ）の場合、反応速度ｋは、
［Ｎ２］ａｘ ［Ｈ２］ｂ（ａ＝１、ｂ＝３、ｋはアレニウスの式により決定される温度依存定数）である。反応物質の濃度が増加するとき、反応速度は著しく増加し得る。さらに、ラングミュアの式により、吸着速度は以下のように決定され得る。
【００４８】
吸着速度（θ）=（αＰ）/（１＋αＰ）
α:定数, Ｐ: 吸着物質の分圧
【００４９】
反応ガス又は前駆体ガスの分圧を増加させることにより、吸着速度もまた増加し得る。従って、いくつかの実施形態では、並列シフト動作は、二つ以上の反応ガスを使用して、種々の反応ガス供給間の移行時間を減少させ又はなくし、サイクル毎のリアクタ内の全体のガスフローを最小化し前駆体ガス又は反応ガスの分圧を増加させて前駆体の表面吸着及び反応速度を増加させ、及び／又は移行の間の圧力の変化を低減又はなくしてプロセスの制御性とプロセスの安定性を改良する等、従来の動作を超える利点をもたらす。
【００５０】
反応ガスが、それらの化学反応性のために、リアクタ内で混合されるべきでない場合、図２０に図示されているように、不活性ガスが反応ガスを分離するよう供給される場合がある。図２０は、一つの実施形態に従って、並列シフト動作による四つのリアクタのプロセスシーケンスを図示し、各リアクタにおいて希ガス（パージガス）Ｘ、Ｙのフローが反応物質Ａと反応物質Ｂとを分離する。中断することなく同時に、反応物質Ａがリアクタ１→４→３→２に順に供給され、反応物質Ｂがリアクタ３→２→１→４に順に供給され、希ガスＸがリアクタ２→１→４→３に順に供給され、希ガスＹがリアクタ４→３→２→１に順に供給される。
【００５１】
また、図２１に図示されているように、雰囲気ガスが前駆体の供給と組み合わせて独立に制御される場合がある。図２１は、一つの実施形態に従って、並列シフト動作を使用する二つのリアクタのうちの一つのプロセスシーケンスを示し、一つの実施形態に従って、チタンテトライソプロポキシド（ＴＴＩＰ）等の前駆体が供給されるとき、ＴＴＩＰの吸着を向上させるために、ＮＨ３等の反応ガスＢも供給され、前駆体が供給されないとき、Ｏ２等の反応ガスＡが、ＡＬＤでのＴＴＩＰとの反応のために供給される。第２のリアクタのプロセスシーケンスは一つの供給単位だけシフトしており、第１のリアクタに前駆体が供給されるとき、第２のリアクタには前駆体が供給されないが、第１のリアクタに前駆体が供給されないとき、第２のリアクタに前駆体が供給される。上記において、前駆体を供給するメインラインは、中断することなく同じ総流量で、不活性ガスのフローと前駆体のフローとを切り替えることができ、または不活性ガスのフローと前駆体ガス及び不活性ガスの混合物のフローとを切り替えることができ、それによってリアクタの流出量が実質的に一定であり得る。
【００５２】
従って、いくつかの実施形態において、ｎ個のガスのうち少なくとも一つは不活性ガス、反応ガス、またはそれらの混合物であり、ｎ個のガスのうちの少なくとも一つについてのメインガスラインは、途切れなく同じ総流量で、不活性ガスのフローと反応ガスのフローとを切り替えることができ、または不活性ガスのフローと混合ガスのフローとを切り替えることができる。例えば、不活性ガスのフローと、前駆体ガス及び不活性ガスの混合物のフローとの切り替えは、切り替えフロー制御システムを示す図５（ＩＩ）（前駆体が液体であり、タンク５１内で気化する）に図示されているように達成され得る。不活性ガスのフローと前駆体ガスのフローとの切り替えは、図１６に図示されているように達成され得る。図１６は、一つの実施形態に従って、不活性ガスのフローと前駆体ガスのフローとの切り替えの概略図を図示する。図１６（ａ）において、バルブＶ１（Ｘ）及びＶ２（Ｒ）は閉じており、バルブＶ１（Ｒ）及びＶ２（Ｘ）は開いており、それによって前駆体ガスはバルブＶ１（Ｒ）を介してベントへ流れ、不活性ガスはバルブＶ２（Ｘ）を介してリアクタへ流れる。図１６（ｂ）において、同時に、バルブＶ１（Ｒ）及びＶ２（Ｘ）を閉じ、バルブＶ１（Ｘ）及びＶ２（Ｒ）を開くことにより、流量が実質的に変化することなく、前駆体ガスはリアクタへ流れるよう直ちに導かれ、不活性ガスはベントへ流れるよう直ちに導かれる。例えば、ベントは、排出系の下流に設置され得る。
【００５３】
図５及び図１６に図示されるような切り替えフロー制御システムを使用する場合、図１８に示すプロセスシーケンスは、図１９に図示されるように、各反応ガスＡパルスと各反応ガスＢパルスとの間にパージを含むよう修正され得る。
【００５４】
いくつかの実施形態では、ｎは２であり、メインガスライン１及びメインガスライン２は各々同じ流量で不活性ガス、反応ガス又はそれらの混合物を供給し、ガスポート１及びガスポート２は、複数のリアクタとしての二つのリアクタに各々接続される。図１３Ａは、一つの実施形態に従って、二つのリアクタを使用するＰＥＡＬＤの並列シフト動作を図示する概略図であり、メインガスラインＭ１（前駆体／不活性ガス切り替えライン）からのガスは反応チャンバＲＣ１へ、分岐ガスラインＢ１―１を介しバルブＶ１―１を通じて流れ（分岐ガスラインＢ１―２に設けられたバルブＶ１―２が閉じているとき）、また、メインガスラインＭ２（前駆体／不活性ガス切り替えライン）からのガスは反応チャンバＲＣ２へ、分岐ガスラインＢ２―２を介しバルブＶ２―２を通じて流れる（分岐ガスラインＢ２―１に設けられたバルブＶ２―１が閉じているとき）。図１３Ｂは、一つの実施形態に従って、ガスを変更した後のＰＥＡＬＤの並列シフト動作を図示する概略図であり、メインガスラインＭ１（前駆体／不活性ガス切り替えライン）からのガスは反応チャンバＲＣ２へ、バルブＶ１―２を通じ分岐ガスラインＢ１―２を介して流れ（分岐ガスラインＢ１―１に設けられたバルブＶ１―１が閉じているとき）、またメインガスラインＭ２（前駆体／不活性ガス切り替えライン）からのガスは反応チャンバＲＣ１へ、バルブＶ２―１を通じ分岐ガスラインＢ２―１を介して流れる（分岐ガスラインＢ２―２に設けられたバルブＶ２―２が閉じているとき）。上記の各バルブの開いた状態と閉じた状態との切り替えは、同時に動作し同期され、それによって移行時間を減少させる又はなくすことができる。この切り替えは、反応チャンバＲＣ１及びＲＣ２との間の交互処理を構成する。交互処理が用いられるので、ＲＦ電源はリアクタＲＣ１及びＲＣ２によって共用され得る。さらに、各リアクタの流出量が実質的に同じであるため、圧力制御バルブ６及び排出系７は反応チャンバＲＣ１及びＲＣ２によって共用され得る。さらに、メインガスラインＭ１とＭ２とが、前駆体／不活性ガス切り替えタイプのため、流量を変化させることなく、二つの前駆体ガスのフローの間にパージを行うことができる。
【００５５】
いくつかの実施形態では、共通ガスライン（複数のリアクタに各々接続されるガスラインに分岐する）が設けられ、共通ガスが、共通のガスラインを通じて同時に複数のリアクタへ連続的に供給される。図１３Ａ及び図１３Ｂにおいて、共通ガスラインＣ１が、例えば反応ガスを、両方の反応チャンバＲＣ１及びＲＣ２に連続的に供給するよう設置される。いくつかの実施形態では、共通ガスは、励起状態にないガス１ないしｎと反応しない。
【００５６】
いくつかの実施形態では、各バルブの開いた状態及び閉じた状態は、液体前駆体を使用して並列シフト動作を実現するために、図２５ないし図２８に図示されるように制御される。図２５ないし図２８は、一つの実施形態に従って、液体前駆体を使用する二つのリアクタによるＰＥＡＬＤの並列シフト動作を図示する概略図である。図２５ないし図２８は各々、リアクタＲＣ１の供給、パージ、リアクタＲＣ２の供給及びパージに対応する工程を表す。図では、バルブ１０２は液体前駆体を貯蔵するタンクＴ１の導入口に接続するラインに設けられ、バルブ１０３はタンクＴ１の排出口に接続するラインに設けられ、バルブ１０１はタンクＴ１を迂回するラインに設けられ、バルブ１１０は、別の液体前駆体を貯蔵するタンクＴ２の導入口に接続するラインに設けられ、バルブ１０９はタンクＴ２の排出口に接続するラインに設けられ、バルブ１０８はタンクＴ２を迂回するラインに設けられ、バルブ１０４はタンクＴ１の排出口とリアクタＲＣ１の導入口との間に設けられ、バルブ１０５はタンクＴ１の排出口とリアクタＲＣ２の導入口との間に設けられ、バルブ１０７はタンクＴ２の排出口とリアクタＲＣ２の導入口との間に設けられ、バルブ１０６はタンクＴ２の排出口とリアクタＲＣ１の導入口との間に設けられる。不活性ガスがリアクタＲＣ１及びＲＣ２へ、共用ラインＣ１を介して一定の流量で連続的に供給される。メインガスラインＭ１及びＭ２において、ガスは一定の流量で連続的に供給される（マスフロー制御（図示せず）もまた、フローを所定の一定値に設定する）。従って、対応する分岐ガスラインを切り替えるようにパルス動作が行われるときでも、リアクタＲＣ１及びＲＣ２の流入量及びリアクタＲＣ１及びＲＣ２の流出量は常に一定である。一つの実施形態において、バルブの開いた状態及び閉じた状態が以下の表２に示される。
【００５７】
【表２】
2014033203.tif 000004
【００５８】
上記の実施形態及び他の開示された実施形態に従って、各リアクタの圧力は、前駆体がそこへ供給されるか供給されないかに関わらず、実質的に変化しない。さらに、各リアクタの圧力は、特定の前駆体に関してリアクタを切り替えるときも実質的に変化しない。従って排出系は、リアクタによって共用され得る。しかしながら、並列シフト動作を使用する三つ又はそれより多いリアクタがある場合、いくつかの実施形態では排出系は、リアクタのうちのいくつかにより共用されてよいが、排出能力に鑑みて全ての三つ又はそれより多いリアクタによって共用されない場合もある。さらに、リアクタ間の圧力の差は常に実質的にゼロであり、従って、排出ラインを通じた材料ガスのリアクタへの不要且つ意図されないフローが効果的に抑制され、それによって材料ガスを目標のリアクタへ正確に供給することができる。
【００５９】
さらに、上記実施例において、前駆体は液体であり、ガスポートへ供給される前に気化させられるが、前駆体は気化することなくガス状である場合があり、図１６に図示されているように、反応物質と前駆体との切り替えが達成され得る。
【００６０】
いくつかの実施形態では、ｎは３であり、メインガスライン１、２及び３は各々、同じ流量で、不活性ガス、反応ガス又はそれらの混合物を供給し、ガスポート１、２及び３は、複数のリアクタとしての三つのリアクタに各々接続される。いくつかの実施形態では、ｎは３であり、メインガスライン１、２及び３は各々、同じ流量で、不活性ガス、反応ガス又はそれらの混合物を供給し、ガスポート１、２及び３は、複数のリアクタとしての二つのリアクタと、一つのベントとに各々接続される。いくつかの実施形態では、ｎは３であり、メインガスライン１は同じ流量で、不活性ガス、反応ガス又はそれらの混合物を供給し、メインガスライン２及び３は各々不活性ガスを供給し、ガスポート１、２及び３は、複数のリアクタとしての三つのリアクタに各々接続される。いくつかの実施形態では、ｎ個のガスは連続的に反応ガスである。図１４Ａないし図１４Ｄは、いくつかの実施形態による並列シフト動作の変形例を図示する概略図である。
【００６１】
図１４Ａにおいて、二つの反応チャンバＲＣ１、ＲＣ２と、二つの前駆体／不活性ガスラインＲ１、Ｒ２がある。表３に示す反応チャンバＲＣ１及びＲＣ２の以下のプロセスシーケンスが一つの実施例として用いられる（Ｐ１：前駆体１；Ｐ２：前駆体２；ＲＦ印加：ＲＦパワーの印加；ＩＡ：不活性ガス；ラインＲ１：前駆体／不活性ガス切り替えタイプのメインガスラインＲ１；ラインＲ２：前駆体／不活性ガス切り替えタイプのメインガスラインＲ２）。
【００６２】
【表３】
2014033203.tif 000005
【００６３】
プロセスによって、Ｐ１供給、Ｐ２供給及びＲＦ印加の順序は、Ｐ１供給、ＲＦ印加、Ｐ２供給及びＲＦ印加に変更される場合がある。さらに、Ｐ１サイクルのＰ２サイクルに対する比率は１：１である必要はない。
【００６４】
上記の二つの前駆体に代えて一つの前駆体のみが使用される場合、表４及び表５に示される反応チャンバＲＣ１及びＲＣ２の以下のプロセスシーケンスが実施例として用いられ得る。
【００６５】
【表４】
2014033203.tif 000006
【００６６】
【表５】
2014033203.tif 000007
【００６７】
上記において、Ｐ１供給が反応チャンバＲＣ１及びＲＣ２間で重複しない、または、Ｐ２供給が反応チャンバＲＣ１及びＲＣ２間で重複しない、または、ＲＦ印加が反応チャンバＲＣ１及びＲＣ２間で重複しない限り、工程の持続時間、ライムラグ、サイクルの数等は修正され得る。
【００６８】
図１４Ｂにおいて、三つの反応チャンバＲＣ１、ＲＣ２、ＲＣ３及び三本の前駆体／不活性ガスラインＲ１、Ｒ２、Ｒ３がある。表６に示される反応チャンバＲＣ１、ＲＣ２及びＲＣ３の以下のプロセスシーケンスが実施例として用いられ得る。
【００６９】
【表６】
2014033203.tif 000008
【００７０】
プロセスによって、各前駆体の供給後、ＲＦ印加のタイミングは変更される場合があり、また、Ｐ１供給が反応チャンバＲＣ１、ＲＣ２及びＲＣ３間で重複しない、または、Ｐ２供給が反応チャンバＲＣ１、ＲＣ２及びＲＣ３間で重複しない、または、Ｐ３供給が反応チャンバＲＣ１、ＲＣ２及びＲＣ３間で重複しない、または、ＲＦ印加が反応チャンバＲＣ１、ＲＣ２及びＲＣ３間で重複しない限り、工程の持続時間、ライムラグ、サイクルの数等は修正され得る。
【００７１】
図１４Ｃにおいて、図１４Ｂと同様に、二つの反応チャンバＲＣ１、ＲＣ２と、三本の前駆体／不活性ガスラインＲ１、Ｒ２、Ｒ３がある。しかしながら、反応チャンバＲＣ３の代わりにベントが使用される。例えば、ベントはリアクタに接続されず、排出系の下流に設置され、それによってベントへのフローがリアクタの圧力に影響を及ぼすことなく排出され得る。反応チャンバＲＣ１及びＲＣ２のプロセスシーケンスは、図１４Ｂにおけるものと同様である。
【００７２】
図３０は、一つの実施形態に従って、反応チャンバＲＣ１、ＲＣ２に加えてベントが設けられた並列シフト動作のシステムを図示する概略図である。ベントは排出系７の下流に設置され、リアクタに接続されない。切り替えフロー制御タイプの三本のメインガスラインＭ１、Ｍ２及びＭ３と一本の共通ラインＣ１とがある。メインガスラインＭ１からのガスは、各々、バルブＶ１−１、Ｖ１―２及びＶ１―Ｖを制御することにより、反応チャンバＲＣ１、ＲＣ２及びベントのうちの一つへと流れる。メインガスラインＭ２からのガスは、各々、バルブＶ２−１、Ｖ２―２及びＶ２―Ｖを制御することにより、リアクタＲＣ１、ＲＣ２及びベントのうちの一つへと流れる。メインガスラインＭ３からのガスは、各々、バルブＶ３−１、Ｖ３―２及びＶ３―Ｖを制御することにより、反応チャンバＲＣ１、ＲＣ２及びベントのうちの一つへと流れる。バルブは同時に制御され同期され、それによって反応チャンバＲＣ１、ＲＣ２及びベントは、順々に変わる異なるガスを中断なく常に受け取ることができる。ベントが設けられるため、サイクルの数は各リアクタに別に設定され得る。反応チャンバＲＣ１及びＲＣを通るガスフローのコンダクタンスと、ベントを通るガスのコンダクタンスとの間に差異がある場合、マスフロー制御（ＭＦＣ）が差異を補正することができなければ、流量は変動し得る。いくつかの実施形態では、変動を抑制するためにニードルバルブ等を使用して、ベントを通るガスのコンダクタンスが反応チャンバＲＣ１及びＲＣ２を通るガスのコンダクタンスに対応するよう調整することができる。
【００７３】
図１４Ｄにおいて、三つの反応チャンバＲＣ１、ＲＣ２、ＲＣ３、一本の前駆体／不活性ガスラインＲ１及び二本の不活性ガスラインＸ１（不活性ガスＩＡ１）、Ｘ２（不活性ガスＩＡ２）がある。表７に示される反応チャンバＲＣ１、ＲＣ２及びＲＣ３の以下のプロセスシーケンスが一つの実施例として用いられ得る。
【００７４】
【表７】
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【００７５】
プロセスによって、Ｐ１供給が反応チャンバＲＣ１、ＲＣ２及びＲＣ３間で重複しない、または、ＲＦ印加が反応チャンバＲＣ１、ＲＣ２、ＲＣ３間で重複しない限り、工程の持続時間、タイムラグ、サイクルの数等は修正され得る。
【００７６】
上記において、ＰＥＡＬＤプロセスが実施例として使用されている。しかしながら、熱ＡＬＤ又はラジカル励起ＡＬＤ等の他の周期的堆積が、図１５に図示されているように、ＰＥＡＬＤと同様の方法で行われる場合があり、図１５は一つの実施形態に従って、反応ガス１（反応物質１）及び反応ガス２（反応物質２）のプロセスシーケンスを示す。前駆体のプロセスシーケンスが除かれているが、図２１に示されたものと同様である。いくつかの実施形態は、少なくとも二つの特徴によって特徴付けられる。それらは、ガス供給ライン及び排出ラインが共用され、堆積サイクルが各リアクタで互いに独立に設定され得るということである。例えば、図２９は、一つの実施形態に従って、異なるサイクルを有する二つのリアクタを使用する並列シフト動作のプロセスシーケンスを図示する。図２９（ａ）においては、反応チャンバＲＣ１及びＲＣ２はいずれも四つのサイクルを実行し、図２９（ｂ）においては、リアクタＲＣ１が四つのサイクルを実行するのに対し、反応チャンバＲＣ２は二つのサイクルを実行する。図において、一つの単位は０．１秒を表す。反応チャンバＲＣ１、ＲＣ２で何らのサイクルも行われない間、不活性ガスのみがパージ工程と同じように流れる。ＰＥＡＬＤプロセスにおいて、上記のように、ＲＦ電源はいくつかの実施形態において共用され得る。しかしながら、ＲＦ印加の持続時間が長いとき及び／又はガスラインの数とリアクタの数が多いとき、プロセスのスループットが低下しないように、各リアクタにＲＦ電源を設置する方がよい場合がある。
【００７７】
いくつかの実施形態では、ガス１ないしｎは、それらが励起状態にないとき、互いに反応しない。いくつかの実施形態において、図１３Ａに示されたメインガスラインＭ１、メインガスラインＭ２及びメインガスラインＣ１に供給されるガスのタイプが、切り替えフロー制御システムが使用される場合、例示的に、以下の表８に示される。
【００７８】
【表８】
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【００７９】
上記のように、いくつかの実施形態において、別のメインガスラインが設けられ、それは複数のリアクタに各々接続される分岐ガスラインに枝分かれし、各分岐ガスラインがその分岐ガスラインを開閉するためのバルブを備え、別の反応ガスが複数のリアクタに順々に、（ａ）他の反応ガスを他のメインガスラインに連続的に供給し、（ｂ）工程（ａ）の間に、他の反応ガスを複数のリアクタのうちの一つに、そこに接続する分岐ガスラインを介して供給し（分岐ガスラインのバルブは開いた状態にあり、他の分岐ガスラインのバルブは閉じた状態にある）、（ｃ）工程（ａ）の間であって工程（ｂ）の後、同時に、開いた状態にある分岐ガスラインのバルブを閉じ、閉じた状態にある別の分岐ガスラインのバルブを開き、それによって、他の反応ガスを、他の分岐ガスラインに接続された複数のリアクタのうちの別のリアクタに供給し、（ｄ）工程（ｃ）を順々に繰り返す、ことにより供給される。
【００８０】
いくつかの実施形態において、他のメインガスラインは、不活性ガス、他の反応ガス、またはそれらの混合物を供給し、他のメインガスラインは、中断することなく同じ総流量で、不活性ガスと他の反応ガスとを切り替えることができ、または不活性ガスと混合ガスとを切り替えることができる。
【００８１】
図２４は、一つの実施形態に従って、二つのリアクタを使用するＰＥＡＬＤの並列シフト動作のプロセスシーケンスを図示する。前駆体が、切り替えフロー制御タイプのメインガスラインを通じて供給される場合、各リアクタの流出量は実質的に一定且つ等しく、共通の圧力制御バルブ及び共通の排出系を使用することができる。前駆体が、オン・オフフロー制御タイプのメインガスラインを通じて供給される場合、各リアクタの流出量は変動し、変動のタイミングはリアクタ間で異なる。しかしながら、反応ガスの移行時間を大幅に減少させ又はなくすことができるという利点が効果的に得られる。この実施形態は、ＮＨ３を使用するＳｉＯ膜のためのＰＥＡＬＤに適用することができる。例示的に、ＮＨ３ガスは、ＳｉＯのＡＬＤ前駆体の吸着を促進するとともに、プラズマ点火の間に酸化を抑制するものとして周知である。成長速度の利得を最大化するために、前駆体の供給はＮＨ３雰囲気下で行われる必要があり、プラズマ点火はＮＨ３のない雰囲気で行われる必要がある。上記の実施形態では、プロセスの時間ロスが低減され、プロセス利得が増加する。
【００８２】
開示の実施形態は、少なくとも二つのリアクタの並列シフト動作方法であって、１からｎ（ｎは１より大きい整数）の番号を付されたｎ本のメインガスライン及び１からｎの番号を付されたｎ個のガスポートが設けられ、各メインガスラインが、各々ｎ個のガスポートに接続される１からｎの番号を付されたｎ本の分岐ガスラインに枝分かれし、各分岐ガスラインが、その分岐ガスラインを開閉するためのバルブを備え、各リアクタが異なるガスポートに接続される、方法を含み、しかしこれに限定されない。該方法は、
（ｉ）１ないしｎの番号を付されたｎ個のガスを各々、ｎ本のメインガスラインに同時に連続的に供給する工程と、
（ｉｉ）工程（ｉ）の間に、ガス１ないしｎを各々、ガスポート１ないしｎに、メインガスライン１ないしｎに各々対応する分岐ガスライン１ないしｎを介して供給する工程であって、メインガスライン１ないしｎに各々対応する分岐ガスライン１ないしｎのバルブが開いた状態にあり、他の分岐ガスラインのバルブが閉じた状態にある、工程と、
（ｉｉｉ）工程（ｉ）の間で工程（ｉｉ）の後、同時に、開いた状態にある分岐ガスライン１ないしｎのバルブを閉じ、且つ次の番号のメインガスラインに各々対応する、閉じた状態にある分岐ガスライン１ないしｎのバルブを開き、それによって次の番号のガスをガスポート１ないしｎに各々供給する工程であって、番号ｎの後の次の番号が番号１に戻る、工程と、
（ｉｖ）工程（ｉｉｉ）を繰り返す工程であって、リアクタが、ガスをシフトされたシーケンスで各リアクタに供給することにより並列に動作する、工程と、を含む。
【００８３】
上記の実施形態において、「シフトされたシーケンス」は、リアクタ間でサイクルが異なるシーケンスを含む。さらに、上記の実施形態において、本明細書において明示的に、暗に、必然的に又は本質的に開示された任意の変形が適用され得る。
【００８４】
他の態様において、いくつかの実施形態は半導体処理装置を提供し、該装置は、（ａ）複数のリアクタと、（ｂ）１ないしｎの番号を付されたｎ本のメインガスライン及び１ないしｎの番号を付されたｎ個のガスポート（ｎが１より大きい整数であり、各メインガスラインが、ｎのガスポートに各々接続される１ないしｎの番号を付されたｎ本の分岐ガスラインに枝分かれし、各分岐ガスラインが、その分岐ガスラインを開閉するためのバルブを備え、各リアクタが異なるガスポートに接続され、各メインガスラインの分岐ガスライン１ないしｎのうちの一本が、そのメインガスラインの他の全ての分岐ガスラインが閉じた状態にあるとき、開いた状態にある）と、（ｃ）リアクタによって共用される共通の排出系と、を含み、分岐ガスラインのバルブが、（ｉ）１ないしｎの番号を付されたｎ個のガスを、各々、ｎ個のガスポートに同時にｎ本のメインガスラインを介して、一定の流量で、連続的に供給し、各メインガスラインの分岐ガスラインのうちの一本は、各リアクタの流入量が等しく、且つ各リアクタの流出量が等しくなるように開いた状態にあり、（ｉｉ）各リアクタの流入量及び流出量を維持しながら、同時に、開いた状態にある各メインガスラインの分岐ガスラインのうちの一本を閉じ、且つ各メインガスラインの分岐ガスラインの別の一本を開き、それによって異なる番号のガスが各リアクタに並列に、リアクタの流入量及び流出量を変化させることなく連続的に供給されるようプログラムされている、ことを特徴とする。
【００８５】
当業者はルーティンワークに基づいて、上記の装置を、本開示において開示されたいずれかの方法を実施するために容易に修正することができる。
【００８６】
本発明の思想から逸脱することなく多くのさまざまな修正が可能であることは当業者の知るところである。従って、言うまでもなく、本発明の態様は例示に過ぎず、本発明の範囲を限定するものではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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