(57)【要約】  ウエハー基板のバッチにおいて、各ウエハー基板が表面を有して備えられている。各表面は、バッチをなすウエハー基板の各々の表面に同時に適用された材料の層で覆われている。該材料の層は、縁部境界を除く表面一帯にわたり厚さ比４％未満異なる厚さになるように且つ、ウエハー間厚み偏差が３％未満になるように適用される。このように適用された材料の層は酸化シリコン、窒化シリコンまたは酸窒化シリコンであり、また、該材料の層は炭素および塩素を含まない。酸化シリコンまたは酸窒化シリコンの形成には共反応化合物の介在が必要である。窒化シリコンは、硝化共反応化合物の介在によっても形成される。このようなウエハー基板のバッチを形成するプロセスには、ウエハー基板のバッチを収容しているリアクタに前駆体を給送することと、このような材料の層を作成するのに十分な前駆体流量、ウエハー基板温度および総圧にて前駆体を反応させることが伴う。 バッチに含まれる各々のウエハー基板の表面を横切って流動を生じさせるように（少なくとも一つが、リアクタ内のバッチをなすウエハー基板と出口スリットの各々に一致した状態で配列されている）複数のオリフィスとを有する垂直管インジェクタを通じ必要に応じて前駆体と共反応化合物を配送することにより、ウエハー内およびウエハー間の均一性が提供される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウエハー基板のバッチであって、ウエハー基板のバッチに含まれる各ウエハー基板は表面を有し、
該ウェーハ基板のバッチが、バッチをなすウエハー基板の各々の縁部境界を除いた表面に、各ウエハー基板内の厚さ比が４％未満（３シグマ）異なる厚さ且つウエハー間厚み偏差が３％未満で同時に適用された材料の層を備え、前記材料は、ｘが１．９と２．０の間にあるＳｉＯｘと、ｙが０．７５と１の間にあるＳｉｙＮと、ｎ／（ｎ＋ｍ）が０．２と０．４の間にあるＳｉＯｍＮｎとから成るグループから選択され；前記材料の層が実質的に炭素および塩素を含まない、ウエハー基板のバッチ。
【請求項２】
各ウエハー基板の径が３００ミリメートルであることを特徴とする請求項１のウエハー基板のバッチ。
【請求項３】
該材料がＳｉｙＮであり、ｙが１未満および０．７５を越えるものである場合に１−ｙに等しいまたはそれ未満の量の水素が存在する、ことを特徴とする請求項１のウエハー基板のバッチ。
【請求項４】
厚さが各ウエハー基板内で厚さ比３％未満異なることを特徴とする請求項３のウエハー基板のバッチ。
【請求項５】
該バッチには２〜２００個の基板が備えられることを特徴とする請求項１のウエハー基板のバッチ。
【請求項６】
該材料がＳｉＯｍＮｎであり、ｍが０．６と０．８の間にあり、ｎが０．２と０．４の間にあることを特徴とする請求項１のウエハー基板のバッチ。
【請求項７】
材料の層をウエハー基板のバッチ上に同時に被着するプロセスであって、
前駆体を含むＳｉ−Ｎ−Ｓｉ構造を該ウエハー基板のバッチを収容するリアクタに給送することと；
縁部境界を除く表面一帯にわたり各ウエハー内において厚さ比４％未満（３シグマ）異なる厚さになるように、且つウエハー間厚み偏差が３％未満になるように、そして該層には炭素および塩素が実質的に含まれない状態で、当該各々のウエハー基板のバッチの表面上に材料の層を形成するためのウエハー基板温度、総圧および前駆体流量で、前駆体を含む該Ｓｉ−Ｎ−Ｓｉ構造を反応させることと、を含むプロセス。
【請求項８】
前駆体を含む該Ｓｉ−Ｎ−Ｓｉ構造がトリシリルアミンであることを特徴とする請求項７のプロセス。
【請求項９】
被着機構および材料層の組成から成るグループから選択された材料層被着因子を修飾する共反応化合物を該リアクタに導入することを含む請求項７のプロセス。
【請求項１０】
該共反応化合物が硝化反応物であることを特徴とする請求項９のプロセス。
【請求項１１】
該硝化反応物が、ＮＨ3、ＨＮ3、Ｈ2Ｎ2、第二級アミン、第三級アミン、ＮＨ*およびＮＨ2*から成るグループから選択され、ｙが０．７５と１の間にある場合に該材料層が化学式ＳｉｙＮを有する、ことを特徴とする請求項１０のプロセス。
【請求項１２】
該共反応化合物が酸化反応物であることを特徴とする請求項９のプロセス。
【請求項１３】
Ｏ2、Ｏ3、Ｏ*、ＯＨ*、Ｈ2Ｏ、Ｈ2Ｏ2、ＮＯ、Ｎ2Ｏ（ＮＯ2）、およびそれの組合せから成るグループから該酸化反応物が選択されることを特徴とする請求項１２のプロセス。
【請求項１４】
ｘが１．９および２．０の間に含まれる場合、該材料層がＳｉＯｘことを特徴とする請求項１２のプロセス。
【請求項１５】
該ウエハー基板温度が６００℃未満であり、該総圧が３０トール未満であることを特徴とする請求項８のプロセス。
【請求項１６】
該ウエハー基板温度が５５０℃未満のあり、該圧力が１０トール未満であり、該前駆体と該共反応化合物が同時に該リアクタ内に定量される、ことを特徴とする請求項９のプロセス。
【請求項１７】
前駆体を含む該Ｓｉ−Ｎ−Ｓｉ構造が、複数のオリフィスを有する垂直管インジェクタにより該リアクタに給送され、該複数のオリフィスのうち少なくとも一つが、該バッチをなすウエハー基板の各々の表面を横切るように流動を生じさせるように、該バッチをなすウエハー基板と出口スリットの各々に一致した状態で配列されている、ことを特徴とする請求項７のプロセス。
【請求項１８】
第２の複数のオリフィスを有する第２の垂直管インジェクタによって該リアクタに共反応化合物を配送することをさらに含み、該第２の複数のオリフィスのうち少なくとも一つが該バッチをなすウエハー基板と該出口スリットのそれぞれに一致した状態で配列されていることを特徴とする、請求項１７のプロセス。
【請求項１９】
該前駆体および該共反応化合物が同時に該リアクタに給送されることを特徴とする請求項１８のプロセス。
【請求項２０】
ｍが０．６と０．８の間にあり且つｎが０．２と０．４の間にある場合にＳｉＯｍＮｎの組成を有する該材料層をもたらすべく、該共反応化合物が酸素原子および窒素原子を含むことを特徴とする請求項１８のプロセス。
【請求項２１】
該共反応化合物が酸化反応物であり、ｘが１．９と２．０の間にある場合には該材料層がＳｉＯｘの組成を有する、ことを特徴とする請求項１８のプロセス。
【請求項２２】
該共反応化合物が硝化反応物であり、ｙが０．７５と１の間にある場合には該材料層がＳｉｙＮの組成を有する、ことを特徴とする請求項１８のプロセス。
【請求項２３】
該共反応化合物が、該前駆体の３倍以上の流量で該リアクタに給送されることを特徴とする請求項１８のプロセス。
【請求項２４】
該前駆体が、次の化学式を有する、請求項７のプロセス。
【化１】
2009500864.tif 000009
又は
【化２】
2009500864.tif 000010
（式中、Ｒ1、Ｒ2およびＲ3は、各々個々独立した水素またはＣ1-8アルキルであり、Ｒ2とＲ3の両方が水素である場合にはＲ1はＳｉＨ3であり、Ｒ4は水素、Ｃ1-8アルキルまたはＲ1、Ｒ2およびＲ3に結合したＳｉである。）
【請求項２５】
該共反応化合物をプラズマ発生器の放電に曝すことをさらに含む請求項９のプロセス。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
関連出願
本出願は、２００５年７月９日に出願された米国仮特許出願第６０／６９７，７８４号の優先権を主張するものである。なお、該米国仮特許出願第６０／６９７，７８４号は参照することにより本稿に援用される。
【０００２】
発明の属する技術分野
本発明は、一般に、複数の基板上にシリコン−窒素材やシリコン−酸素材またはシリコン−窒素−酸素材の層を同時に被着することに関し、特に、シリコン−窒素材やシリコン−酸素材またはシリコン−窒素−酸素材を形成するために不純物プロファイルを改善しながらウエハー内およびウエハー間の均一度を達成すべく、横断流ライナと組み合わせてシリルアミン前駆体を使用することに関する。
【０００３】
発明の背景
半導体基板またはウエハーからの集積回路（ＩＣ）または半導体装置の製造においては、一般に、熱加工装置が用いられている。半導体ウエハーの熱加工には、例えば、熱処理、アニーリング、ドーパント材料の拡散または打ち込み、材料の層の被着または成長、および基板からの材料のエッチングまたは除去が含まれる。これらのプロセスでは、プロセスの実施前及び実施中、１３００℃という高い温度から３００℃という低温まで加熱し、又、１種類または２種類以上の流体（例えばプロセスガス又は反応体）をウエハーに送り出す必要がある。また、典型的にこれらのプロセスでは、プロセスガスの温度またはプロセスチャンバ内への導入速度のばらつきにかかわらず、プロセス全体を通じてウエハーを一定の温度に維持する必要がある。
窒化シリコン、二酸化シリコンおよび酸窒化シリコンは、半導体装置の製造において幅広く使用されている誘電体材料である。通常これらのフィルムは、所望の材料組成によりアンモニア（ＮＨ3）、酸素（Ｏ2）、オゾン（Ｏ3）、亜酸化窒素（Ｎ2Ｏ）、二酸化窒素（ＮＯ2）、一酸化窒素（ＮＯ）などの様々な反応物発生源を伴い、シラン（ＳｉＨ4）、ジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）、二塩化シラン（ＤＣＳ）（ＳｉＣｌ2Ｈ2）、オルガノシランなどのシリコン発生源から被着する。また、オゾン（Ｏ3）は、露出したＳｉ表面に反応時、ＳｉＯ2を直接形成する可能性のある一種として研究されてきた。これらプロセスの温度は通常６００℃を超える。高度半導体装置の高速化要求を満たすには、該装置の製造における全体的な熱量の削減が必須となる。このため、誘電体層の加工温度を５５０℃、好ましくは５００℃未満に低減する必要性が生じる。最も望ましい被着温度は４００℃以下といえる。低温誘電体被着の必要性への取り組みとして新しいシリコン前駆体がいくつか開発されている。
【０００４】
従来のバッチプロセス化学蒸着法に関連した高被着温度に加えて、これらプロセスに関連した汚染因子により、意図される障壁層または絶縁層としての機能を行う被着材料の効果が制限される。一例として、塩素化されたシラン前駆体または共反応化合物の使用により、被着した層内への塩素の取り込みに至り、材料の性能の損失へとつながる。窒化シリコン被着の場合には、塩素化されたシランのアンモニアとの反応により、リアクタ排気ポートの詰まりを生じ被着層上で凝縮することにより被着後にも引き続きウエハー基板に上昇温度を維持させる塩化アンモニウムが産出され、これにより熱量が増大し、スループットが低下し、拡散可能な塩素汚染因子が取り込まれる。
塩素化された被着前駆体に関連したプロセスおよび性能の制限に取り組む努力の結果、様々なオルガノシランを使用するに至った。あいにく、これらの前駆体は、材料被着中のコーキングのせいで、限定された範囲でのみ受け入れられた。熱分解が不完全であると被着材料内に炭素が介在し、この介在物によって、結果的に得られる材料の電気的絶縁性が低下するだけでなく、装置半導体素子を汚染する炭素の拡散に対する懸念も生じる。
塩素および炭素介在物に関連した問題を解決すべく、様々なシリルアミンの探索を実施することになった。シリルアミンがシリコンと窒素の結合を含んでいるので、これらの前駆体は一般に被着温度が低温であることから注目を集めたものであり、また、類似したクロロシランとオルガノシランよりも優れた汚染因子介在プロファイルを有する。非置換シリルアミンの場合には、炭素も塩素も存在しない。また、結果的に得られる材料の被着層は炭素および塩素の汚染因子を含んでいない。シリルアミンは、容易に移動し材料の性能を低下させる不純物として水素を組み込む傾向がある。トリシリルアミンをはじめとするシリルアミンからの窒化シリコンおよび酸窒化シリコンの被着について報告されているが、このような材料から得られるフィルムまたはバッチ被着の水素含有量はほとんど関心をもたれていない。ＵＳ ２００５／０１００６７０ Ａ１は、このような取り組みを代表するものである。
【０００５】
一般に従来のバッチ熱加工装置には、炉内に配置されているまたは周囲を炉に囲まれているプロセスチャンバが備えられている。熱処理される基板はプロセスチャンバの中で密閉され、被着反応がなされる所望の温度になるまで加熱される。化学蒸着法（ＣＶＤ）などをはじめとする多くのプロセスについては、最初に密閉型プロセスチャンバが所望のプロセス圧になるまで真空排気され、一旦プロセスチャンバが所望の温度に達すると、基板上に種々の反応物種を形成または被着するために反応ガスまたはプロセスガスが導入される。熱量、所望のフィルム均一性と空孔率、および汚染因子限界を含めた因子のバランスをとることを伴う技法細目の選択とともに、数例を挙げるだけでも低圧ＣＶＤ（ＬＰＣＶＤ）、プラズマ助長ＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）および熱ＣＶＤなど様々な形のＣＶＤを行うことができる。今までは、満足のいくウエハー内（ＷＩＷ）およいウエハー間（ＷＴＷ）の均一性を伴った状態で満足のいくバッチ材料層の被着を達成することへの取り組みは、限定された範囲のみでの成功に終わっていた。
電子装置の活性領域の電気的分離に重要な高品質の二酸化シリコンフィルムが熱酸化により生産される。一般に熱酸化は、大気圧下で、または大気圧よりわずかに下回る圧力下で、７５０℃〜１１５０℃の温度にて、Ｏ2（ドライ酸化）または蒸気（ウェット酸化）を利用して行われる。
但し、熱酸化にはいくつかの制限が伴う。熱酸化の割合は、シリコン表面の結晶方位に強く依存する。表面（１１１）の高充填密度により、表面（１１１）上の酸化は、表面（１００）上の酸化と比較して著しく高酸化である。論理アプリケーション用のシャロウトレンチ分離（ＳＴＩ）およびＤＲＡＭアプリケーション用のトレンチ分離はトレンチ内のシリコン表面（１００）、（１１０）および（１１１）を伴う。応力解放済の丸くなったトレンチ隅角部を持つトレンチ表面で均一の酸化ライナを生産するのは非常に困難であったため、それが原因で論理デバイス内の漏れおよびＤＲＡＭ装置内におけるデータ保持時間の短縮が生じた。また、熱酸化の割合は、注入されたドーパントの性質および量に敏感であり、そして単結晶表面と多結晶シリコン表面との間で異なるため、フラッシュメモリ素子のさらなるスケーリングを阻止する。熱酸化均一性を改善するために、約５トールの低圧で酸化を必要とし、その結果として、スループットを制限する。
よって、中程度の温度および耐容汚染因子プロファイルおよび、ウエハー内およびウエハー間の均一性を伴った状態で、窒化シリコン、酸化シリコンまたは酸窒化シリコンの層をその上に有するウエハー基板バッチを産出できるプロセスの必要性が存在する。
【０００６】
発明の概要
ウエハー基板のバッチには、各ウエハー基板が表面を有する状態で備えられている。各表面は、ウエハー基板の各バッチの表面に同時に適用された材料の層で覆われている。材料の層は、へりの境界線を除く表面を横切って、厚さ比４％未満異なる厚さで、３％未満のウエハー間厚み偏差を伴って適用される。このようにして適用された材料の層は酸化シリコン、窒化シリコンまたは酸窒化シリコンからなり、また、該材料の層は炭素および塩素が含まれないものである。物質の被着が６００℃より低い温度で生じるのが理想的である。材料のシリコン窒化物層は、化学式（Ｉ）または（ＩＩ）を単独でまたは共反応化合物と組み合わせて有する前駆体から形成される。
【化１】
2009500864.tif 000003
又は
【化２】
2009500864.tif 000004
この場合、Ｒ1、Ｒ2およびＲ3は、各々個々独立した水素またはＣ1-8アルキルであり、Ｒ2とＲ3の両方が水素である場合Ｒ1はＳｉＨ3であり、Ｒ4は水素、Ｃ1-8アルキルまたはＲ1、Ｒ2およびＲ3に結合したＳｉである。酸化シリコンまたは酸窒化シリコンの形成には共反応化合物の介在が必要とされる。窒化シリコンは硝化共反応化合物の介在によっても形成される。
【０００７】
このようなウエハー基板のバッチを形成するプロセスには、ウエハー基板のバッチを収容しているリアクタに前駆体を給送することと、このような材料の層を作成するのに十分な前駆体流量、ウエハー基板温度および総圧にて前駆体を反応させることが伴う。（リアクタ内のバッチをなすウエハー基板と出口スリットの各々に少なくとも一つが一致した状態で配列されている）複数のオリフィスとを有する垂直管インジェクタを通じ必要に応じて前駆体と共反応化合物を配送することにより、前記ウエハー内の均一性およびウエハー間の均一性をもたらすべく、該バッチに含まれる各々のウエハー基板の表面を横切って流動が生じる。
【０００８】
好ましい実施態様の詳細な説明
本発明は、窒化シリコン材、酸化シリコン材または酸窒化シリコン材の層がその上に被着されたバッチをなす半導体ウエハー基板としての有用性を有する。該材料層は、炭素および塩化物汚染が存在しない状態で同時に生産された場合に厚さ比４％（３シグマ）未満のウエハー内均一性および厚さ比３％未満のウエハー間均一性を発揮する。このようなウエハー基板のバッチを達成するためのプロセスは、ウエハー基板表面に対して反応物の横断流分散を利用することによりもたらさせる。
ここに用いられる「ウエハー内（ＷＩＷ）偏差」とは、３００ｍｍの平面ウエハー基板一帯における、縁部領域（縁部３ｍｍ）とウエハー搬送用ボートレールに関連する陰影領域を除いて被着された最も薄い材料層と最も厚い材料層との間での位相的厚み偏差として定義される。
ここに用いられる「ウエハー間（ＷＴＷ）偏差」とは、バッチをなす複数のウエハー間における材料層の平均厚さの最大差異として定義される。
前駆体を含有するシリコン−窒素−シリコン（Ｓｉ−Ｎ−Ｓｉ）構造は、バッチをなすウエハー基板に独創性を有する材料の層を同時に生産するために使用される。前駆体としては、２０℃の不活性雰囲気下で安定するものが好ましい。独創性を有する非環状の前駆体は、次の一般化学式で表される。
【化３】
2009500864.tif 000005
好ましくは、前駆体が化学式（Ｉ）の構造を有する場合、存在するすべてのＲ1、Ｒ2およびＲ3は同一であるのがよい。より好ましくは、Ｒ1、Ｒ2およびＲ3が全て水素であるのがよい。最も好ましくは、Ｒ1、Ｒ2およびＲ3がすべて水素であり且つ、化学式（Ｉ）がトリシリルアミン（ＴＳＡ）に対応する場合、Ｒ4がＲ1、Ｒ2およびＲ3に結合したシリコンであるのがよい。
【０００９】
シリコン−窒素−シリコン構造体を含む環状前駆体は次の構造を有する。
【化４】
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この場合、Ｒ1、Ｒ2およびＲ4は、化学式（Ｉ）の非環状前駆体に関して上記詳述されるものと同一である。好ましくは、存在するすべてのＲ1およびＲ2が同一であり、また、存在するすべてのＲ4が同一であるのがよい。より好ましくは、存在するすべてのＲ1が水素であり、存在するすべてのＲ2が水素であり、また、Ｒ4が水素またはＳｉＨ3であるのがよい。なお、化学式（Ｉ）および（ＩＩ）の独創性を有する前駆体は、特別に塩素を除くハロゲン部分を持っていないため、それにより得られる被着材料の層は、塩素汚染因子および塩素／塩化物含有揮発性副生物とは無関係のものとなる。材料の層は、たとえ化学式（Ｉ）または（ＩＩ）の前駆体がアルキル部分を含んでいる場合でも炭素介在物を実質的に含まない本発明に従って被着されている。但し、独創性を有する被着材料層に炭素が浸透することを防ぐためには、毎分１０オングストローム未満に被着速度を調節することが要求される。炭素を含まない独創性を有する材料層の被着は、シリコン、窒素および水素原子のみを含む前駆体を選択することにより容易に達成された。
【００１０】
ここにおいて、上記詳述されるような複数の前駆体の混合物は、当然のことながら、従来からのシリコン含有前駆体化合物とともに独創性を有する前駆体を使用した場合と同様に利用可能となっている。また、独創性を有する前駆体化合物には、独創性を有する材料層に組み込まれうる小量の不純物も含みうることが確認された。このような不純物取り込みは、非反応性条件の下に使用または保管する前に前駆体精製を付加的に行うと許容可能レベルに低下する。さらに当然のことながら、独創性を有する前駆体は、不活性希釈剤とともに保管されるか、質量流量コントローラ（ＭＦＣ）の採用など従来の技法を使って前記希釈剤により反応チャンバを通じて定量される。
通常ウエハー・バッチが４５０℃〜８００℃の温度範囲を保持した状態で、反応チャンバに前駆体が注入されると、ｙが０．７５〜１の層ＳｉｙＮの形成が即簡単に生じることが示されている。ｙが１未満であり化学式（Ｉ）または（ＩＩ）の前駆体がアルキル部分を含まないような場合には、ｙ−１が、結果として得られた窒化シリコン材料層中への水素層間挿入量に対応する。
当然のことながら、被着後に水素含有窒化シリコン材料層をアンモニアなどの窒素発生源の存在下にアニールすることにより、水素が該層から取り除かれ、その結果得られる層の窒素含有率が窒素に富んだ窒化シリコン（Ｓｉ3Ｎ4）を達成できるほど増加する。水素枯渇アニーリングは４００℃を上回る温度で生じえるが、このようなアニールの動特性（反応速度）は温度とともに上昇する。ウエハー基板の熱量が問題である場合は、急速熱加工およびその他の瞬間アニーリング技法が動作可能であることが好ましい。
【００１１】
被着機構且つ又は膜組成は、化学式（Ｉ）または（ＩＩ）の前駆体の熱分解に加えて、窒素処理または酸化共反応化合物に化学式（Ｉ）および（ＩＩ）の前駆体を反応させることにより変性する。このような共反応化合物の例を具体的に述べると、ＮＨ3、ＨＮ3、Ｈ2Ｎ2、第二級アミン、第三級アミン、ＮＨ*ラジカル、ＮＨ2*ラジカル、Ｏ2、Ｏ3、Ｏ*ラジカル、ＯＨ*ラジカル、Ｈ2Ｏ、Ｈ2Ｏ2、ＮＯ、Ｎ2ＯおよびＮＯ2が挙げられる。好ましくは、共反応化合物としては炭素原子および塩素原子を含まないものがよい。共反応化合物は、存在する場合、化学式（Ｉ）または（ＩＩ）の前駆体と協調して、前駆体に相対した交互拍動流において、または、前駆体からの材料層の被着が生じた後に、反応チャンバに注入される。共反応化合物の被着後導入は処理後の修飾（modification）につながる。二酸化シリコンの層を被着することが望まれる場合、好ましくは、酸素、オゾン、水分またはそれの組合せなど酸素含有の共反応化合物が、化学式（Ｉ）または（ＩＩ）の前駆体と協調してリアクタ容積に注入されるのがよい。同様に、層厚の偏差が少ない化学量論組成を有する材料の層は、窒素含有且つ酸素含有の共反応化合物を化学式（Ｉ）または（ＩＩ）の前駆体を有するリアクタに注入することにより生産される。酸窒化シリコン前駆体はノックス分子；アンモニアなど、酸化前駆体および窒素処理前駆体の組合せ；またはそれの組合せを含む。
本発明に従って同時に適用された材料の層を含むウエハー基板のバッチの生産は、通常、５０トール未満、好ましくは１０トール未満の圧力で生じる。より好ましくは、リアクタの圧力は、材料層を被着するために不活性希釈剤ガスを用いるに至り、総圧１００のミリトール〜７トールの間に維持されるのがよい。不活性希釈剤ガスの例を具体的に述べると、希ガス、二窒素またはそれの組合せが挙げられる。当然のことながら、材料の層の被着速度は、被着される材料だけでなく流量や反応総圧および温度によってもかなり異なる。
【００１２】
独創性を有する材料すべての被着に関する被着速度が温度や前駆体の流れおよび総圧の上昇につれて増加する傾向があることは当業者にとっては容易に理解できるはずである。以下、このようなパラメータの性質について、実施例を参照しさらに詳しく説明する。本発明による様々な材料層の被着および、化学式（Ｉ）または（ＩＩ）の前駆体が１〜５０ｓｃｃｍの流量で供給される場合においてこのような被着が生じる条件を、共反応化合物流量および不活性希釈剤流量の単位が前駆体流量の倍数として示される表１に詳述する。
【表１】
2009500864.tif 000007
【００１３】
当然のことながら、ここにいくつか詳述される共反応化合物は、ラジカル種と平衡状態にある。特定の機構論に束縛される意図はないが、このようなラジカル種は、先行技術と比べ本発明の場合は比較的低温にて材料層被着に関与していると考えられる。オゾンからの一重項酸素（Ｏ*）の組成およびＮ2ＯからのＮＯ*の組成は、表１に詳述される温度条件と圧力条件下に形成された概知のラジカル種の代表的なものである。状況に応じては、化学式（Ｉ）または（ＩＩ）の前駆体、共反応化合物、またはそれの組合せが材料層被着工程の間に露出されるラジカル生成元の介在を通じてラジカル種濃度生成が強化される。本発明にて使用可能な従来のラジカル生成源としては、プラズマ放電電極、光分解源、および高速熱in-situ水蒸気発生（ＩＳＳＧ）処理が挙げられる。遊離ラジカル生成機構の追加に関連したラジカル種の濃度増加により必要被着温度が低下する傾向がある間、ウエハー面一帯にわたって、およびウエハー・バッチ・リアクタ容積一帯にわたって反応条件の均一性を維持する注意が必要であることは、通常の技術を有する当業者にとっては容易に理解できるはずである。
各ウエハー面に適用された材料層のウエハー内厚さ偏差が４％（３シグマ）未満およびウエハー間層厚が３％未満となるように、ウエハー基板のバッチが各々被着表面上に材料の層を、１５オングストロームを超える厚さで同時に受けるように材料層被着をバッチプロセスにてもたらすために適したリアクタを使用する。このようなリアクタは、バッチ・チャンバ内の前駆体の均一な分配に関連した問題を克服し、管軸周囲を回転可能な細長いインジェクタ管を利用する。該インジェクタ管は、流動パターン全体を、層流をなして横切る流動をバッチに含まれる複数のウエハー面を横切って生じさせるために、ウェーハキャリアの位置と一連の出口スリットに一致した状態で配列されているオリフィスを備える。このようなリアクタは２００４年９月２２日に出願されたＷＯ／２００５／０３１２３３中に開示されている。このようなリアクタは、現在Aviza Technology社（カリフォルニア州スコッツヴァリー市）により販売されている。
【００１４】
図１に示される如く、インジェクタ１１６を向上させたものが熱加工装置１００において使用される。インジェクタ１１６は分配用インジェクタまたは横断流インジェクタ１１６−１であり、プロセスガスまたは蒸気が、ボート１０６に収容されるウエハー１０８の片側にあるインジェクタ開口部またはオリフィス１８０を通じて導入され、ウエハー１０８の表面を、層流をなして横切って排出ポートまたはスロット１８２まで流れるようになる。排出スロット１８２はインジェクタ・システム１１６から１８０度の位置に配列されている。あるいは、別のインジェクタ１１６からの角度の位置に排出スロット１８２を配列してもよい。横断流インジェクタ・システム１１６は、以前のガス流動構成のプロセスガスまたは蒸気分配を向上させることにより、バッチをなすウエハー１０８内におけるウエハー内均一性を向上させる。
それに加えて、横断流インジェクタ１１６は、ウエハー１０８間の希釈ガスの注入を含むその他の目的を達成することができる。横断流インジェクタ１１６の使用により、ウエハー基板が積み重ねられているウエハーの下側、上側または中間に配置されているのかどうかに関係なく、以前のガス流動構成と比べてさらに均一な冷却効果をウエハー１０８間にもたらすことができる。好ましくは、インジェクタ１１６のオリフィス１８０が、ウエハー一帯にわたって大きな温度勾配を生じない方法でウエハー１０８間における強制的な対流冷却を促進する噴霧パターンを提供できるような寸法、形状、位置を備えているのがよい。
【００１５】
図１は、バッチをなす半導体ウエハーを熱加工する熱加工装置の実施形態の断面図である。図示のように、熱加工装置１００は、主要部として、容器１０１及び熱源又は炉１１０を有し、容器１０１は、ウエハー１０８のバッチが収納保持されたキャリヤ又はボート１０６を受け入れるようになっている支持体１０４を備えたプロセスチャンバ１０２を形成する容積部を包囲し、熱源又は炉は、ウエハーの温度を熱加工のために所望の温度まで上昇させる多数の発熱体１１２−１，１１２−２，１１２−３（以下ひとまとめに、発熱体１１２と称する）を有している。熱加工装置１００は、プロセスチャンバ１０２内の温度をモニタし、発熱体１１２の動作を制御する１つ又は２つ以上の光学式又は電気式温度検出要素、例えば、抵抗温度検知器（ＲＴＤ）又は熱電対（Ｔ／Ｃ）を更に有している。図１に示す実施形態では、温度検出要素は、プロセスチャンバ１０２内での多数の場所における温度を検出するための多数の独立した温度検出ノード又はポイント（図示せず）を有するプロファイルＴ／Ｃ１１４である。熱加工装置１００は、１つ又は２つ以上のインジェクタ１１６（これらのうちの１つが、ウエハー１０８を処理又は冷却するためにプロセスチャンバ１０２内に、例えばガス又は蒸気などの流体を導入するものとして図示されている１１６−１である）及び、ガスを導入してプロセスチャンバをパージしてウエハーを冷却する１つ又は２つ以上のパージポート又はベント１１８（これらのうち１つだけが図示されている）を更に有している。ライナ１２０が、ウエハーを加工するプロセスゾーン１２８内におけるウエハー１０８の近くのプロセスガス又は蒸気の濃度を増大させ、プロセスチャンバ１０２の内面上に生じる場合のある付着物の剥落又は剥離によるウエハーの汚染を減少させる。プロセスガス又は蒸気は、チャンバライナ１２０に設けられた排気ポート又はスロット１２１を通ってプロセスゾーンから出る。
【００１６】
一般に、容器１０１は、プロセスチャンバ１０２を形成するようプラットフォーム又はベースプレート１２４にシール、例えばＯリング１２２により密着されており、このプロセスチャンバは、熱加工中、ウエハー１０８を完全に包囲する。プロセスチャンバ１０２及びベースプレート１２４の寸法形状は、プロセスチャンバの迅速な排気、迅速な加熱及び迅速な戻し充填を可能にするよう選択されている。有利には、容器１０１及びベースプレート１２４は、キャリヤ１０６及びウエハー１０８を収納保持したライナ１２０を収納するのに必要な容積よりもそれほど大きくない容積を包囲するよう選択された寸法形状を持つプロセスチャンバ１０２を構成するよう寸法決めされている。好ましくは、容器１０１及びベースプレート１２４は、キャリヤ１０６及びウエハー１０８を収納保持したライナ１２０を収納するのに必要な寸法形状の約１２５％〜約１５０％の寸法形状を持つプロセスチャンバ１０２を構成するよう寸法決めされ、より好ましくは、プロセスチャンバは、チャンバ容積を最小限に抑え、それによりポンプダウン時間及び戻し充填時間を減少させるために、キャリヤ１０６及びウエハー１０８を収納保持したライナ１２０を収納するのに必要な寸法形状の約１２５％以下の寸法形状を有する。
インジェクタ１１６、Ｔ／Ｃ１１４及びベント１１８のための開口部は、シール、例えばＯリング、ＶＣＲ（登録商標）又はＣＦ（登録商標）継手を用いて密封されている。加工中放出され又は導入されるガス又は蒸気は、図１に示すように、プロセスチャンバ１０２の壁（図示せず）又はベースプレート１２４のプレナム１２７に形成されたフォアライン又は排気ポート１２６を通って排気される。プロセスチャンバ１０２を熱加工中、大気圧状態に維持し又は吸込み吐出しシステム（図示せず）により５ミリトルという低い真空状態まで排気するのがよく、吸込み吐出しシステムとしては、１つ又は２つ以上の粗排気ポンプ、ブロワ、高真空ポンプ、粗排気弁、スロットル弁及びフォアライン弁が挙げられる。変形例では、プロセスチャンバを５ミリトルよりも低い真空状態に排気してもよい。
【００１７】
図２に示される別の実施形態では、ベースプレート１２４は、インジェクタ１１６を受け入れてこれを支持するようになった実質的に環状のフローチャネル１２９を更に有し、インジェクタ１１６は、リング１３１を有し、多数の垂直インジェクタ管又はインジェクタ１１６−１がこのリングから垂下している。インジェクタ１１６−１は、以下に説明するように、上向き流、下向き流又は横断流フローパターンを生じさせるような寸法形状のものであるのがよい。リング１３１及びインジェクタ１１６−１は、ガスをボート１０６と容器１０１との間でプロセスチャンバ１０２内に注入するよう配置されている。
容器層１０１及びライナ２５４は、高温高真空操作の熱的及び機械的応力に耐えることができ、加工中に用いられ又は放出されるガス及び蒸気に起因する腐食に耐性のある任意の金属、セラミック、結晶又はガラス材料で作られるのがよい。好ましくは、容器１０１及びライナ２５４は、熱加工操作の機械的応力に耐えると共にプロセス副生物の付着に抵抗するのに十分な厚さを備えた不透明、半透明又は透明な石英ガラスから作られる。プロセス副生物の付着に抵抗することにより、容器１０１及びライナ２５４は、加工環境の汚染の恐れを減少させる。より好ましくは、容器１０１及びライナ２５４は、ウエハー１０８が加工されるプロセスゾーンから奪われる熱の伝導を減少させ又は無くす石英で作られる。
熱加工装置１００は、磁気結合されたウエハー回転システム１６２を更に有し、この回転システムは、支持体１０４及びボート１０６を加工中これらによって支持されたウエハー１０８と一緒に回転させる。変形例では、熱加工装置１００は、支持体１０４及びボート１０６を加工中これらで支持されたウエハー１０８と一緒に回転させる回転強磁性流体シール（図示せず）を用いる。加工中ウエハー１０８を回転させると、温度及びプロセスガス流量の不均一性を平均して均一のウエハー温度及び化学種反応プロフィールを生じさせることにより、ウエハー面内（ＷＩＷ）均一性が向上する。一般に、ウエハー回転システム１６２は、ウエハー１０８を約０．１〜約１０ＲＰＭ（毎分の回転数）の速度で回転させることができる。
【００１８】
ウエハー回転システム１６２は、回転モータ１６６、例えば電気又は空気圧モータ及び耐化学性容器、例えばアニールしたポリテトラフルオロエチレン又はステンレス鋼内に封入されている磁石１６８を含む駆動組立体又は回転機構体１６４を有する。ペデスタル１３０の絶縁ブロック１４０の真下に設けられた鋼リング１７０及び絶縁ブロック内に設けられた駆動シャフト１７２が、回転エネルギーをペデスタルの頂部内で絶縁ブロックの上方に設けられた別の磁石１７４に伝達する。鋼リング１７０、駆動シャフト１７２及び第２の磁石１７４も又、耐化学性容器配合物内に封入されている。ペデスタル１３０の内部に設けられた磁石１７４は、るつぼ１４２を介して、プロセスチャンバ１０２内の支持体１０４内に埋め込まれ又はこれに取り付けられた鋼リング又は磁石１７６に磁気結合されている。
ペデスタル１３０を通じて回転機構１６４を磁気的に連結することにより、処理環境内に回転機構１６４を配置する必要性や、機械的な貫通接続を備える必要性が解消され、よって、漏れおよび異物混入の発生源になりうるものが排除される。更に、回転機構１６４をプロセスチャンバ１０２からある程度離れた外部に配置することにより、それが露出される最高温度が最小限に抑えられし、よって、ウエハー回転システム１６２の信頼性が増加するとともに稼動寿命が延長される。
上述したことに加えて、ウエハー回転システム１６２は、適正なボート１０６の位置及びプロセスチャンバ１０２内の鋼リング又は磁石１７６とペデスタル１３０内の磁石１７４との適正な磁気結合を保証するよう１つ又は２つ以上のセンサ（図示せず）を更に有するのがよい。ボート１０６の相対位置を突き止めるボート位置確認センサが、特に有用である。一実施形態では、ボート位置確認センサは、ボート１０６に設けられたセンサ突起（図示せず）及びベースプレート１２４の下に設けられた光学又はレーザセンサを有する。作動にあたり、ウエハー１０８を加工した後、ペデスタル１３０をベースプレート１２４よりも約３インチ（７．６２ｃｍ）下のところまで下降させる。次に、ウエハー回転システム１６２に指令を出してボート１０６を回転させ、ついには、ボートセンサ突起が見えるようにする。次に、ウエハー回転システム１６２を作動させてボートを位置合わせし、ウエハー１０８を取り出すことができるようにする。これを行った後、ボートを装入／取出し高さまで下降させる。
【００１９】
図２は、図１の熱加工装置１００の一部の断面側面図であり、図１に関して詳述されたものに対応するものは類似した数表示により示されており、ライナ１８１に対するインジェクタ・オリフィス１８０の部分及びウエハー１０８に対する排気ポート又はスロット１８２の部分を示している。
図３は、本発明により動作可能な横断流ライナ２３２を含む熱加工装置２３０を示す。本発明の説明を単純化するため、本発明に密接に関連していない要素は、図面には示されておらず、これらについては説明をしない。一般に、装置２３０は、プロセスチャンバ１０２を形成する容器１０１を有し、このプロセスチャンバは、ウエハー１０８のバッチが収納保持されたウェーハボート又はキャリヤ１０６を受け入れるようになった支持体１０４を有している。装置２３０は、ウエハー１０８を熱加工のために所望の温度まで加熱する熱源又は炉１１２−２を有している。横断流ライナ２３２は、ウエハー１０８の近くのプロセスガス又は蒸気の濃度を高め、容器１０１の内面上に生じる場合のある付着物の剥落又は剥離に起因するウエハー１０８の汚染を軽減するために設けられている。ライナ２３２は、ウエハーキャリヤ１０６の輪郭に一致するようパターン化されると共にウエハーキャリヤ１０６とライナ２３２との間の隙間を減少させるよう寸法決めされている。ライナ２３２はベースプレート１２４に取り付けられて密閉される。
典型的には、伝統的な上向き流竪形炉内に段付きライナを用いてプロセスガスの速度及び拡散に対する制御性を向上させる。これら段付きライナは、ウエハー面内均一性を向上させる助けとしても使用される。残念ながら、段付きライナは、ダウン・ザ・スタック・デプリーション（down-the-stack-depletion）問題を是正せず、このダウン・ザ・スタック・デプリーション問題は、反応ガスの１つの注入箇所が全表面を通過してスタックの下へ注入されたガスを流すことにより生じる。先行技術の垂直横断流炉では、ダウン・ザ・スタック・デプリーション問題は、解決される。しかしながら、抵抗が最小の流路がウエハー相互間ではなく、ウエハーキャリヤとライナ内壁との間の隙間領域に生じる場合がある。この最小抵抗流路は、製造プロセスに有害な渦又は淀みを生じさせる場合がある。炉内の渦及び淀みは、或るプロセスの化学的性質のためにウエハーの横断方向に非均一性の問題を生じさせる場合がある。
【００２０】
本発明は、一様なガス流をキャリヤ内に支持された各基板の表面を横切って提供することによりウエハー内均一性を著しく向上させる横断流ライナを提供する。一般に、本発明の横断流ライナは、長さ方向膨隆部を有し、この長さ方向膨隆部は、ライナがウエハーキャリヤと同形になるようパターン化されると共に寸法決めできるように横断流注入システムを収容する。ライナとウエハーキャリヤとの間の隙間が著しく減少し、その結果、先行技術の炉で生じていた渦及び淀みを減少させ又は回避することができる。
図４〜図８を参照するに、横断流注入システム２５０が、ライナ２３２の長さ方向膨隆部２６２内に設けられている。ガスがウエハー１０８及びキャリヤ１０２の一方の側から複数の注入オリフィス２５２を通って導入され、そして以下に説明するように層流をなしてウエハーの表面を横切って流れる。複数のスロット２５４の垂直コースが、長さ方向膨隆部２６２から約１８０°の場所でライナ２３２に形成されている。スロット２５４の寸法及びパターンは、あらかじめ決定されており、好ましくは、注入オリフィス１８０又は２５２相互間の間隔及びこれらの数と協働する。
横断流ライナは、高温高真空操作の熱応力及び機械的応力に耐えることができ、又、加工中に用いられ又は放出されるガス及び蒸気からの腐食に耐性のある任意の金属、セラミック、結晶又はガラス材料で作られるのがよい。好ましくは、横断流ライナ２３２は、不透明、半透明又は透明な石英ガラスで作られる。一実施形態では、ライナは、ウエハーが加工される領域又はプロセスゾーンから奪われる熱の伝導を減少させ又は無くす石英で作られている。
【００２１】
一般に、横断流ライナ２３２は、閉鎖端部２５８及び開口端部２６０を備えた筒体２５６を有している。筒体２５６は、横断流注入システム（図示せず）を収容する内壁２７０を有する長さ方向膨隆部２６２を備えている。好ましくは、長さ方向膨隆部２６２は、筒体２５６の長さの大部分にわたって延びる。複数の緯度方向スロット２５４は、長径がふく射状であり、筒体２５６に沿って長さ方向に配置されている。
横断流ライナ２３２は、ウエハーキャリヤ１０６及びキャリヤ支持体１０４の輪郭と同形であるよう寸法決めされると共にパターン化されている。一実施形態では、ライナ２３２は、ウエハーキャリヤ１００と同形であるように寸法決めされた第１の部分２６１及びキャリヤ支持体１０４と同形であるように寸法決めされた第２の部分２６３を有している。第１の部分２６１の直径は、第２の部分２６３の直径とは異なっているのがよく、即ち、ライナ２３２は、ウエハーキャリヤ１０６及びキャリヤ支持体１０４とそれぞれ同形であるよう「段付け」されているのがよい。一実施形態では、ライナ２３２の第１の部分２６１は、ウエハーキャリヤ１０６の外径の約１０４％〜１１０％を占める内径を有する。別の実施形態では、ライナ２３２の第２の部分２６３は、キャリヤ支持体１０４の外径の約１１５％〜１２０％を占める内径を有する。第２の部分２６３は、シール、例えばＯリングが発熱体によって過熱しないように保護する１つ又は２つ以上の熱遮蔽体２６４を備えるのがよい。
図６は、横断流ライナ２３２の側面図である。長さ方向膨隆部２６２は、第１の部分２６１の長さにわたって延びている。注入システム２５０（図示せず）は、膨隆部２６６内に収容され、この注入システムは、１又は２以上のガスをウエハー２４２相互間で横断流ライナ２３２内に導入する。１つ又は２つ以上の熱遮蔽体２６４を、第２の部分２６３内に設けることもできる。
図７は、横断流ライナ２３２の平面図であり、横断流注入システム２５０を受けるための開口部２６６を有する筒体２５６の閉鎖端２５８を示す図である。注入システム２５０は少なくとも一つの注入管２５１（以下詳述）を有し開口部２６６内に嵌まるようになっている。図８に詳細に示されているように、閉鎖端部２５８の開口部２６６は、横断流注入システムを差し向けると共にこれを安定化させる切欠き２６８を有している。３つの切欠き（２６８Ａ，２６８Ｂ，２６８Ｃ）が例示目的で開口部２６６内に設けられた状態で示されているが、注目されるべきこととして、任意の数の切欠きを形成して注入管が横断流ライナ２３２に相対した方向に差し向けることができるようにしてもよい。
【００２２】
図９を参照すると、横断流注入システム２５０は、ウエハーの所望の加工面に垂直な軸線回りに回転可能な１つ又は２つ以上の細長い管２５１を有している。好ましい実施形態における細長い管２５１には、管の長径に沿って長さ方向に分散する複数の注入ポートまたはオリフィス２５２が、各基板の表面一帯を横切って反応物およびその他のガスを差し向けるために備えられている。注入ポート・オリフィス１８０は同区域を有するか、あるいはその代わりに、図１０に描かれるように、注入ポート・オリフィス２５２は、インジェクタ管２５１の長径に沿った区域において異なるようにもできる。さらに、２つ以上の細長い管状インジェクタ１１６−１および１１６−２の内径は等しい（図９）か、あるいはその代わりに、２つ以上の管状インジェクタ２５１−１と２５１−２の内径が異なるようにもできる（図１０）。好ましくは、注入オリフィス１８０または２５２が、注入管１１６または２５１の長径に沿って均等な間隔で配置されており、ボート１０６中に収容されるウエハー基板表面１０８ならびにスロット１８２または２５４に一致した状態で位置決めされているのがよい。
一実施形態において、細長い管１１６または２５１は、細長い管を開口部２６６の切欠き２６８のうちの１つの中にロックする割り出しピン２５３を有し、注入オリフィス１８０または２５２が、割り出しピンと一線をなして形成されている。したがって、細長い管を取り付けると、割り出しピンを切欠き２６８のうちの１つの中にロックでき、注入ポート２５２は、適当な切欠き２６８により指示される方向に差し向けられる。さらに、管２５１の反対側の端部に設けられた表示器（図示せず）により、ユーザは、注入ポート２５２の場所を調節することができる。この調節は、横断流ライナ２３２を容器２３４から取り外すことなく、熱加工ランの前、その間及びその後に行われる。
【００２３】
有利な点として、横断流ライナ２３２の膨隆部２６２は、横断流注入システム２５０を収納し、ライナ２３２は、ウエハーキャリヤ１０６の輪郭と同形に作られる。このようにライナ２３２をウエハーキャリヤと同形にすることにより、ライナとウエハーキャリヤとの間の隙間が減少し、それにより、ライナ内壁とウエハーキャリヤ１０６との間の隙間領域に生じる渦及び淀みが減少し、ガスの流れの一様性並びに付着膜の品質、均一性及び再現性が向上する。
ベースプレート１２４は、管状インジェクタを受けるための開口部２６６を有する。特定の方向に注入ポート１１６−１、１１６−２、２５１−２または２５２−２を配向するために、ノッチ２６８がベースプレート１２４に形成される。任意数のノッチ２６８を形成でき、それによって、細長い注入管を定位置に対して３６０度調節し、且つ、注入ポート２５２を所望するいかなる方向に向けて配向できる。例えば、細長い管状インジェクタ２５１−２の割出しピン２５３をノッチ２６８Ａに受けることができ、それによって、注入ポート２５２′がウエハー基板と出口スロットに面するように配向される。図１１に示されるように、注入ポート１８０または２５２、２５２′を出たガスは、各基板１０８の表面を横切って出口スロット２４４まで流動する前に、膨隆部２６２のライナ壁２７０に当たる。あるいは、細長い管状インジェクタ１１６−１／１１６−２または２５２−１／２５２−２の割出しピン２５３をノッチに受けることによって、各管状インジェクタの注入オリフィス１８０または２５２が互いに面するように配向される。図１２〜図１３に示されるように、注入オリフィス１８０または２５２を出たガスは、ウエハー１０８に相対した回転度にて割出しピンがノッチに嵌まるように回転するようになっている。
図１４〜図１９は、図２０〜図２５のチャンバ内部の基板の表面を横切るガス流れ線を示す「粒子トレース」図である。これらの図は、様々な流動条件下のインジェクタ・オリフィスから排気スロットまでの粒子トレース２７２を示している。第１の（最も左側の）インジェクタ・オリフィスからの流れの運動量は、第２の（最も右側の）インジェクタポート１０倍以上である。図１４，図１６および図１８の横断流ライナとインジェクタの回転の両方により、基板の表面一帯を横切って均一なガスの流れを供給する際に既存のガス配送システムよりも有利な利点が提供される。横断流ライナ２３４の膨隆部２６２は、基板の表面を横切って流動する前に注入ポートを出たガスの混合チャンバとなり、かくして、ガスの「バリスティック（衝撃）混合」の運動量伝達を容易にする。これとは対照的に、所定のインジェクタ回転配向について図１５，図１７および図１９に示される如く、チャンバに膨隆部を備える・備えないに関わらず、チャンバ内において基板の表面を横切るガスの流動はそれほど規則的なものではない。
【００２４】
作動にあたり、真空システムが、真空圧状態を反応チャンバ１０２内に生じさせる。真空圧は、容器１０１の垂直方向に働く。横断流ライナ２３２は、真空圧に応答して動作して第２の真空を横断流ライナ２３２の内部に生じさせる。第２の真空圧は、水平方向に且つ各基板１０８の表面を横切って作用する。二種類のガス（例えば第１のガスと第２のガス）が、二つの異なるガス源から注入システム１１６または２５０の細長い管２５１二本に導入される。ガスは、ウエハー１０８の片側の注入ポート２５２を出て、層流をなしてウエハー２４２を横切りおよび隣接する二つのウエハー１０８の間をスロット２５４に向けて流れる。過剰なガスまたは反応副生物は、細長い管状インジェクタ内の注入オリフィス１８０または２５２と協働するライナ壁２３２の緯度方向スロット２５４介して排出される。
図２０〜図２２本発明の一実施形態に従って横断流ライナを含む熱加工装置のコンピュータ処理流体力学（ＣＦＤ）の説明図である。横断流ライナは、径が短くなっており、ウエハーキャリヤに等角となっている。横断流注入システムはライナの膨隆部に収容される。注入システムは、各基板の表面一帯に反応物またはその他のガスを導入するための複数の注入オリフィスを各々有する二本の細長い注入管を含んでいる。注入オリフィスについては、図２０では注入ポートを出たガスが各基板の表面を横切って流れる前にライナ壁に当たり膨隆部において混合するようにライナの内面に面するように配向されており；図２１ではウエハー中心に面するように配向されており；図２２では注入ポートを出たガスは各基板の表面を横切って流れる前に互いに当たり混合するようにお互いに面するように配向されている。二つの管状インジェクタに導入されたガスは、夫々トリシリルアミンおよびＮＨ3であり、７５ｓｃｃｍで流動するものである。
【００２５】
図２３は、図１に描かれるリアクタのインジェクタおよびライナを含まない従来の上向き流炉構成のインジェクタにオゾンを導入した結果得られる原子状酸素ラジカルの濃度のＣＦＤ説明図である。ウエハー第１番はスタック（積み重ね）の一番下にあり、酸素ラジカルは下から上に向かって流れる。説明図には、ウエハー一帯およびウエハーのスタック全体にわたって原子状酸素濃度の均一性が不十分であり、結果、所望のフィルム形成における均一性が不十分となることが示されている。
図２４は、図１の横断流炉構成のインジェクタにオゾンを導入した結果得られる原子状酸素ラジカルの濃度のＣＦＤ説明図である。ウエハー第１番はスタックの一番下にあり、酸素ラジカルの流れは横断流である。説明図には、ウエハー内およびウエハー間における非常に優れた原子状酸素濃度の均一性があり、結果、所望のフィルム形成がもたらされることが示されている。
二つのインジェクタ・リアクタの代表的なガス流回路図が図２５に描かれている。前駆体５０は、図１に関連して容器槽１０１内のインジェクタ１１６−１と流体連通して備えられる。状況に応じて、不活性ガス源５２はインジェクタ１１６−１に相互接続される。従来のバルブと質量流量コントローラ（ＭＦＣ）を使用して、両供給源５０と５２が、またはいずれか一方の供給源だけが、インジェクタ１１６−１により容器槽１０１に選択的に給送される。ウエハー面１０４と排出スロット２５４を一致させることにより、垂直方向に間隔を置いて設けられたウエハーと所定のウエハー面での均一度が高い反応物の横断流が達成される。同じような方法で、共反応化合物源５４のみ、不活性ガス源５２′、またはそれの組合せが、インジェクタ１１６−２に選択的に定量される。共反応化合物は状況に応じて、ウエハー基板と接触する前に、プラズマ発生器５５の排出物に露出される。当然のことながら、従来のガス接続方式では、不活性ガス源５２′が不活性ガス源５２により供給される。さらに当然のことながら、反応物がそのインジェクタを通じて供給されていない時に不活性ガスをインジェクタにより流すことにより、使用されていないインジェクタへの逆流を抑制する傾向がある。
【００２６】
実施例
バッチのウエハー内およびウエハー間均一性を伴いつつウエハー基板バッチ上に材料の層を被着する能力について、以下の実施形態においてさらに詳しく説明する。これらの実施例は代表的且つ非限定的なものであり、進歩性を有する被着が生じうる条件を説明する目的で提示されている。
【００２７】
実施例１
２０枚のウエハーからなるバッチは、使用されていない位置１００箇所を埋めて基板ブランクを有する１２０個のウエハーキャリヤに沿って分散された。ウエハー基板温度および不活性二窒素雰囲気を安定後、アルゴン・ガスの被制御流れでリアクタ総圧が３トールに維持しながらトリシリルアミンおよびアンモニア・ガスが１５および２２５ｓｃｃｍの流量でリアクタに導入される。５１５℃の反応温度で被着を３０分間進行させる。毎分１．８オングストロームの付着速度が認められる。結果として得られた窒化シリコン膜のウエハー内均一性は厚さ比２．３％（３シグマ）である一方、ウエハー間厚み偏差は２．６パーセントである。オージェ・スペクトロスコピー分析によると、結果として得られた被着済材料層は、炭素および塩素を含まず、シリコン対イオンに対して原子百分率８％未満の置換水素を有することが示された。
【００２８】
実施例  ２〜６
ウエハー基板温度を変更して実施例１のプロセスを繰り返す。先行技術による前駆体の比較温度と被着速度とともに温度の関数として付着速度の偏差が表２に提示されているが、実施例１のものと同等の均一性が認められる。オージェ・スペクトロスコピー分析によると、結果として得られた被着済材料層は、炭素および塩素を含まず、シリコン対イオンに対して原子百分率１０％未満の置換水素を有することが示された。
【表２】
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【００２９】
実施例７
低温酸化物材料層が図１のリアクタに被着される。この際、該リアクタは総圧７トールに維持され、二窒素を不活性ガスとし、トリシリルアミンおよび酸素が（ここに記載される順で）夫々１１ｓｃｃｍおよび２００ｓｃｃｍの流量でリアクタに定量される。窒素流量は約５００ｓｃｃｍである。被着温度２００°〜４５０°Ｃの関数としてウエハー内不均一性（１シグマ）および被着速度が図６に提示されている。ウエハー間偏差は３％未満である。オージェ・スペクトロスコピー分析によると、結果として得られた被着済材料層は、炭素および塩素を含まず、シリコン対イオンに対して原子百分率１０％未満の置換水素を有することが示された。
【００３０】
実施例８
二窒素を不活性ガスとして使用し、トリシリルアミンおよびＮ2Ｏが（記載される順で）夫々１５ｓｃｃｍおよび３００ｓｃｃｍの流量で流れる状態且つ、総圧２トールで、バッチをなすウエハー基板に酸窒化シリコン被着層が適用される。ウエハー基板温度５２５°Ｃで３０分間トリシリルアミンとＮ2Ｏを同時に流動させた場合に、ｍが（再生可能な方法で）０．７７であり、ｎが０．３３であるＳｉＯｍＮｎの組成において毎分１００オングストロームを超える被着速度で酸窒化シリコン被着の発生が認められる。ウエハー内偏差は３％未満、３シグマである。また、ウエハー間厚み偏差は２．８％未満である。オージェ・スペクトロスコピー分析によると、結果として得られた被着済材料層は、炭素および塩素を含まず、シリコン対イオンに対して原子百分率１０％未満の置換水素を有することが示された。結果として得られた被着済材料層は、様々なバッチに対して１．７〜１．９の屈折率を示すことが認められた。
【００３１】
本明細書に述べられる特許文献および公報は、本発明が属する技術を有する当事者の水準を示す。これらの特許文献および公報は参照により、個々の文献または公報が参照により本稿においてそれぞれ具体的に且つ単独に援用される場合と同程度に本稿に援用されるものとする。
前述の説明は本発明による特定の実施形態の例示であり、本発明を実施する上での制限を加えるものではない。以下の特許請求の範囲は、それに均等なものすべてを含み、本発明の範囲を定義するものである。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施例による横断流インジェクタ・システムを有する熱加工装置の横断面図である。
【図２】図１の熱加工装置の一部分の横断面の側面図であり、本発明の実施例によるライナに関連したインジェクタ・オリフィスの位置とウエハーに関連した排気スロットの位置とを示す図である。
【図３】図１の熱加工装置における図１のＡ−Ａ線に沿った部分の平面図であり、管状インジェクタを収納する段付きライナを含み、且つインジェクタ・オリフィスからウエハーを横切るガスの流動および排出ポートへのガスの流動を示す図である。
【図４】横断流段付きライナの俯瞰斜視図であり、本発明の一実施形態による長さ方向膨隆部を示す図である。
【図５】横断流段付きライナの俯瞰斜視図であり、本発明の一実施形態によるライナに設けられた複数の排気スロットを示す図である。
【図６】図４および図５の横断流ライナの側面図である。
【図７】図４〜図６に描写される横断流ライナの平面図である。
【図８】図７に描写される横断流ライナの膨隆部分の拡大平面図である。
【図９】横断流射出方式の斜視図である。
【図１０】横断流注入システムの別の実施形態の斜視図である。
【図１１】膨隆部を備えた横断流ライナの平面図であり、オリフィスからウエハー中心に向かって流れて排出スロットを出た本発明の一実施形態によるガスの流動を示す図である。
【図１２】膨隆部を備えた横断流ライナの平面図であり、本発明の一実施形態によるウエハーを横切って流れ排出スロットを出る前にライナ内壁に当たるオリフィスからのガスの流動を示す図である。
【図１３】膨隆部を備えた横断流ライナの平面図であり、本発明の一実施形態によるウエハーを横切って流れ排出スロットを出る前にお互いおよびライナ内壁に当たるオリフィスからのガスの流動を示す図である。
【図１４】本発明の一実施形態による横断流ライナと該ライナ内壁に面する注入オリフィスを有する二つの注入管とを含むチャンバ内部ウエハーの表面を横切るガスの流動経路を示す図形描写である。
【図１５】従来の技術によるライナと該ライナ内壁に面する注入オリフィスを有する二つの注入管とを含むチャンバ内部のウエハーの表面を横切るガスの流動経路を示す図形描写である。
【図１６】本発明の一実施形態による横断流ライナと相互に向かい合った注入オリフィスを有する二つの注入管とを含むチャンバ内部ウエハーの表面を横切るガスの流動経路を示す図形描写である。
【図１７】従来の技術によるライナと相互に向かい合った注入オリフィスを有する二つの注入管とを含むチャンバ内部のウエハーの表面を横切るガスの流動経路を示す図形描写である。
【図１８】本発明の一実施形態による横断流ライナとウエハー中心に面する注入オリフィスを有する二つの注入管とを含むチャンバ内部ウエハーの表面を横切るガスの流動経路を示す図形描写である。
【図１９】従来の技術によるライナとウエハー中心に面する注入オリフィスを有する二つの注入管とを含むチャンバ内部のウエハーの表面を横切るガスの流動経路を示す図形描写である。
【図２０】本発明の一実施形態に従って横断流ライナとライナ内壁に面する注入ポートを有する注入システムを含む熱加工装置のコンピュータ処理流体力学（ＣＦＤ）の説明図である。
【図２１】本発明の一実施形態に従って横断流ライナと相互に向かい合った注入ポートを有する注入システムを含む熱加工装置のＣＦＤ説明図である。
【図２２】本発明の一実施形態に従って横断流ライナと基板中心に面する注入ポートを有する注入システムを含む熱加工装置のＣＦＤ説明図である。
【図２３】図１１〜図１３のライナを備えていない従来型「上向流式」構造のリアクタに対する負荷全体にわたる原子状酸素濃度のＣＦＤ説明図である。
【図２４】「横断流式」構造に対する負荷全体にわたる原子状酸素濃度のＣＦＤ説明図である。
【図２５】図１に示される二つのインジェクタ・リアクタの代表的なガス流動回路図である。
【図２６】被着温度の関数として低Ｔの酸化物材料層被着と１シグマまでのウエハー内（ＷＩＷ）均一性を描写するグラフである。
【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１３】
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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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【国際調査報告】
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