(57)【要約】  有機アルミニウム前駆体を含むガス流を処理チャンバーからポンプする間における真空ポンプ内のアルミニウムの蒸着を抑制する方法において、塩素を真空ポンプの上流のガス流に供給して、前駆体と反応させて、その気相において無害でポンプを通過し得る塩化アルミニウムを形成する。
2009530490.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機金属前駆体を含むガス流を処理チャンバーからポンプする間における真空ポンプ内の金属の蒸着を抑制する方法であって、ハロゲンを真空ポンプの上流のガス流に供給して、前駆体と反応させて、ガス状金属ハロゲン化物を形成する工程を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
金属が、Al、Co、Cu、Fe、Hf、Ir、Ni、Mo、Nb、Ta、Ti、Va、Zn及びZrの１つを含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
有機アルミニウム前駆体を含むガス流を処理チャンバーからポンプする間における真空ポンプ内のアルミニウムの蒸着を抑制する方法であって、ハロゲンを真空ポンプの上流のガス流に供給して、前駆体と反応させて、ガス状ハロゲン化アルミニウムを形成する工程を含むことを特徴とする方法。
【請求項４】
ハロゲンが、塩素、臭素及びヨウ素の１つを含む請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
塩素を、塩素ラジカルの形態でガス流に添加する請求項４に記載の方法。
【請求項６】
塩素ラジカルが、塩素ラジカル源の熱分解により形成されたものである請求項５に記載の方法。
【請求項７】
塩素ラジカル源が、プラズマによって熱分解したものである請求項６に記載の方法。
【請求項８】
塩素ラジカル源が、CCl4を含む請求項６又は７に記載の方法。
【請求項９】
ハロゲンを、処理チャンバー及びポンプの間に位置する反応チャンバーに運搬する請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前駆体が、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、ジエチルアルミニウムエトキシド、ジメチルアルミニウム水素化物、トリイソブチルアルミニウム、ジメチルエチルアミンアラン、ジメチルアルミニウムイソプロポキシド、アルミニウムsec-ブトキシド、トリス（ジメチルアミド）アルミニウム、トリス（ジエチルアミド）アルミニウム、トリス（エチルメチルアミド）アルミニウム及びアルキルピロリジンアラン、例えば、メチルピロリジンアランの１つである請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
有機金属前駆体を含むガス流を真空ポンプに入れる前に処理するための装置であって、ハロゲンを真空ポンプの上流のガス流に供給して、前駆体と反応させて、ガス状金属ハロゲン化物を形成するための手段を含むことを特徴とする装置。
【請求項１２】
供給手段が、塩素、臭素及びヨウ素の１つがガス流に供給されるように配置されている請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
供給手段が、塩素ラジカルがガス流に供給されるように配置されており及び塩素ラジカルのそれらの源からの発生手段を含む請求項１１又は１２に記載の装置。
【請求項１４】
発生手段が、塩素ラジカル源が熱分解されるように構成されている請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
発生手段が、プラズマ発生器を含む請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
供給手段からガス流及びハロゲンを受け取るための反応チャンバーを含む請求項１１〜１５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１７】
前駆体が、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、ジエチルアルミニウムエトキシド、ジメチルアルミニウム水素化物、トリイソブチルアルミニウム、ジメチルエチルアミンアラン、ジメチルアルミニウムイソプロポキシド、アルミニウムsec-ブトキシド、トリス（ジメチルアミド）アルミニウム、トリス（ジエチルアミド）アルミニウム、トリス（エチルメチルアミド）アルミニウム及びアルキルピロリジンアラン、例えば、メチルピロリジンアランの１つを含む請求項１１〜１６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１８】
有機アルミニウム前駆体を含むガス流を真空ポンプに入れる前に処理するための装置であって、塩素を真空ポンプの上流のガス流に供給して、前駆体と反応させて、塩化アルミニウムを形成するための手段を含むことを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、ガス流を処理して、有機金属前駆体を含むガス流を処理チャンバー(process chamber)からポンプする間における真空ポンプ内のアルミニウム又は他の金属の蒸着を抑制するための装置及びその処理方法に関するものである。
半導体デバイスの製造における第一工程は、気相前駆体の化学反応による半導体基板上での薄膜の形成である。基板上に薄膜を蒸着させるための、１つの知られた技術は、化学蒸着（ＣＶＤ）である。この技術においては、処理ガス(process gas)が、基板をハウジングする処理チャンバーに供給され及び反応して、基板の表面にわたり薄膜を形成する。
基板上にアルミニウム層を蒸着させるために使用されるＣＶＤ法は、ＭＯＣＶＤ（金属有機化学蒸着）であり、その中においては、有機アルミニウム前駆体が、バブラー(bubbler)から処理チャンバーへ供給され、前駆体は、バブラーに運搬されるキャリヤーガス、例えば、窒素又はアルゴン内に同伴する。水素還元ガスが、また、前駆体を還元するために処理チャンバーに供給される。処理チャンバーは、排気(evacuate)され及び蒸着温度、一般には、５００℃未満に加熱され、その温度で、前駆体が分解し及びアルミニウムが基板上に蒸着される。
【０００２】
そのような蒸着処理においては、処理チャンバーにおける蒸着ガスの滞留時間が比較的短く及びチャンバーに供給されるガスのほんのごく一部が、蒸着処理の間に消費される。従って、処理チャンバーに供給される蒸着ガスの多くが、蒸着処理による副産物と一緒にチャンバーから排出され及びフォアライン(foreline)により、処理チャンバーを排気するために使用される真空ポンプに運搬される。
真空ポンプを使用している間、発熱が、真空ポンプのポンピング機構により、ガスの圧縮の結果として起こる。従って、ポンピング機構の温度が急速に上昇する。ポンピング機構の温度が、ガス流内に含まれる有機アルミニウム前駆体が分解して、アルミニウムを形成する温度より高い場合、ポンプ内においてアルミニウムの望ましくない蒸着が生じるかもしれず、それにより、ポンピング機構のダメージが生じ得る。有機アルミニウム前駆体、例えば、ジメチルエチルアミンアラン(alane)（ＤＭＥＡＡ）及びアルキルピロリジン(pyrroridine)アラン、例えば、メチルピロリジンアラン（ＭＰＡ）（蒸着温度が２５０℃未満である）をポンプすることは、特に、ポンプ内のアルミニウム蒸着の影響を受けやすい。
この点からみて、ポンプの上流の加熱されたトラップの１以上を使用して、ガス流からの前駆体の除去を、それがポンプに入る前に行うことは、一般的な方法である。これらのトラップでは、頻繁に、排出及び清浄目的で、典型的には、数日おきに、サービスが必要であり及びこれにより、処理手段の高価なダウンタイムを被るかもしれない。別の代替手段は、前駆体がポンプ内で分解する温度より高い温度まで、外部ヒーターを用いて、ポンプを加熱することである。しかしながら、そのようなヒーターは傾向的に高価である。
【０００３】
少なくとも本発明の好ましい実施態様の目的は、これらの及び他の問題を解決することを試みることである。
本発明は、有機アルミニウム前駆体を含むガス流を処理チャンバーからポンプする間における真空ポンプ内のアルミニウムの蒸着を抑制する方法であって、ハロゲンを真空ポンプの上流のガス流に供給して、前駆体と反応させて、ガス状ハロゲン化アルミニウムを形成する工程を含む方法を提供する。
ハロゲンは、好ましくは、塩素であるが、ハロゲンは、代替的に、臭素及びヨウ素の１つを含んでいてもよい。前駆体を、例えば、その気相において無害でポンプを通過し得る塩化アルミニウムに転換することにより、ポンプの寿命を、ポンプの上流に位置するトラップのサービスを行う必要なしに、有意に上昇させることが可能である。塩素は、好ましくは、塩素ラジカルの形態でガス流に添加する。塩素ラジカルは、好ましくは、例えば、プラズマ発生器により、塩素ラジカル源の熱分解により形成される。プラズマ発生器は、処理チャンバー及びポンプの間の都合のよいところに位置していてもよい。CCl4は、塩素ラジカル源を提供し得る。
塩素は、処理チャンバー及びポンプの間に広がるフォアラインに又は、より好ましくは、処理チャンバー及びポンプの間に位置する反応チャンバーに運搬され得る。
有機アルミニウム前駆体は、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、ジエチルアルミニウムエトキシド、ジメチルアルミニウム水素化物、トリイソブチルアルミニウム、ジメチルエチルアミンアラン、ジメチルアルミニウムイソプロポキシド、アルミニウムsec-ブトキシド、トリス（ジメチルアミド）アルミニウム、トリス（ジエチルアミド）アルミニウム、トリス（エチルメチルアミド）アルミニウム及びアルキルピロリジンアラン、例えば、メチルピロリジンアランの１つを含み得る。
【０００４】
本発明は、また、有機アルミニウム前駆体を含むガス流を真空ポンプに入れる前に処理するための装置であって、ハロゲンを真空ポンプの上流のガス流に供給して、前駆体と反応させて、ガス状ハロゲン化アルミニウムを形成するための手段を含む装置を提供する。
本発明により、ポンプ内における金属の蒸着を防止するための有機金属を含むガス流の処理における幅広い使用が見い出され、及び金属の例としては、Al、Co、Cu、Fe、Hf、Ir、Ni、Mo、Nb、Ta、Ti、Va、Zn及びZrを挙げることができるが、これらに制限される訳ではない。従って、本発明は、また、有機金属前駆体を含むガス流を処理チャンバーからポンプする間における真空ポンプ内の金属の蒸着を抑制する方法であって、ハロゲンを真空ポンプの上流のガス流に供給して、前駆体と反応させて、ガス状金属ハロゲン化物を形成する工程を含む方法を提供する。
ハロゲンと反応して、ガス状ハロゲン化物を生成することが可能な有機金属前駆体の例としては、上記有機アルミニウム前駆体に加えて、ビス(N,N'-ジイソプロピルアセトアミジナート)コバルト(II)、YBaCuOxCu(N,N'-ジ-sec-ブチルアセトアミジナート)銅(I)、(N,N'-ジイソプロピルアセトアミジナート)銅(I)、ビス(N,N'-ジ-tert-ブチルアセトアミジナート)鉄(II)、テトラキス(ジメチルアミド)ハフニウム、Ir(acac)3、ビス(N,N'-ジイソプロピルアセトアミジナート)ニッケル(II)、モリブデンヘキサカルボニル、ニオブ(V)エトキシド、トリス(ジエチルアミド)(tert-ブチルイミド)タンタル(V)、ビス(ジエチルアミノ)ビス(ジイソプロピルアミノ)チタン(IV)、バナジルトリイソプロポキシド[VO(OiPr)3]、ジエチル亜鉛及びテトラキス(ジエチルアミド)ジルコニウム(IV)が挙げられるが、これらに制限される訳ではない。
【０００５】
本発明は、更に、有機金属前駆体を含むガス流を真空ポンプに入れる前に処理するための装置であって、ハロゲンを真空ポンプの上流のガス流に供給して、前駆体と反応させて、ガス状金属ハロゲン化物を形成するための手段を含む装置を提供する。
本発明の方法の態様に関連して上で記載された特徴は、同様に、装置の態様に適用することができ及び逆もまた同様である。
真空ポンプ内における金属の蒸着を防止するようにガス流を処理するための装置を説明する添付図面を参照して、ほんの一例として、本発明を記載することにする。この例においては、装置を使用して、ポンプ内におけるアルミニウムの蒸着を抑制するが、上で記載したように、装置を使用して、ポンプ内における他の金属の蒸着を抑制することができる。
図を参照すると、例えば、半導体デバイス、フラットパネル表示デバイス又はソーラー・パネルデバイスを処理するための処理チャンバー１０は、チャンバー１０内において処理を行う際に使用するための種々の処理ガスを受け入れる。これらのガスは、多くの源が提供され得るが、図において、一般に、１２及び１４と示された各々の源からチャンバー１０へ運搬される。例えば、水素及び有機アルミニウム前駆体の源、例えば、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、ジエチルアルミニウムエトキシド、ジメチルアルミニウム水素化物、トリイソブチルアルミニウム、ジメチルエチルアミンアラン、ジメチルアルミニウムイソプロポキシド、アルミニウムsec-ブトキシド、トリス（ジメチルアミド）アルミニウム、トリス（ジエチルアミド）アルミニウム、トリス（エチルメチルアミド）アルミニウム及びアルキルピロリジンアラン、例えば、メチルピロリジンアランの１つが、処理チャンバー１０内に位置する基板上のアルミニウムの層の化学蒸着のために提供され得る。前駆体は、処理チャンバー１０に運搬され、キャリヤーガス、例えば、アルゴン及び窒素の１つに同伴する。
【０００６】
処理手段１６は、チャンバー１０への処理ガスの供給を制御するが、これは、チャンバー１０への処理ガスの供給速度を制御するために制御信号をバルブ１８及び他の流れ制御デバイス（示されていない）に供給することによる。
処理チャンバー１０内が真空となるが、これは、チャンバー１０の出口から排ガスをポンプするポンプシステムによるものである。チャンバー１０内における処理の間、ほんの一部の処理ガスが消費され及びその排ガスは、チャンバー１０内における処理による副産物及びチャンバー１０に供給された処理ガスの混合物を含むであろう。ポンプシステムは、典型的には、チャンバーから排ガスを引き出すため、ターボ分子ポンプ又はドライポンプ（交差反転式ローターを有する）の形態にある第二ポンプ２０を含んでいてもよい。ターボ分子ポンプにより、チャンバー１０における真空が少なくとも１０-3ｍｂａｒとなり得る。ガスは、典型的には、ターボ分子ポンプから、１ｍｂａｒ周辺の圧力で排気され、及びそのポンプシステムは、また、第二ポンプ２０からの排ガスを受け及びガスの圧力を大気圧周辺の圧力まで高めるための、第一、又はバッキング(backing)ポンプ２２を含む。
上で議論したように、第二ポンプ２０内の上昇作業温度との組み合わせでの、チャンバーからポンプされた排ガス内の有機アルミニウム前駆体の存在により、第二ポンプ２０内において望ましくないアルミニウム蒸着が生じ得る。この観点から、ハロゲン、例えば、塩素、臭素及びヨウ素の１つを、処理チャンバー１０及び第二ポンプ２０の間に広がるフォアライン２４に供給して、前駆体と反応させて、ガス状ハロゲン化アルミニウムを形成するための装置が提供される。この例においては、塩素がフォアライン２４に供給されて、塩化アルミニウムが形成される。
【０００７】
塩素は、処理チャンバー１０及び第二ポンプ２０の間のフォアライン２４内に位置する反応チャンバー２６に供給される。塩素は、好ましくは、塩素ラジカル（Cl*）又は塩素（Cl2及び／又はCl）の形態で供給される。これらの種は、例えば、プラズマ発生器２８、例えば、MKS Astron AX7680（MKS ASTex Products, Wilmington, MA）又は同様のデバイスに供給されたCCl4から生じ得る。プラズマ発生器２８内において、CCl4反応体は、不活性なイオン性(ionisable)ガス、例えば、窒素又はアルゴンから生じたプラズマを通して運搬され、それにより、反応体が熱的に分解するようになる。より反応性の塩素ラジカルは、非常に短距離で再結合して、Cl2を形成する傾向にあるので、プラズマ発生器２８は、好ましくは、反応チャンバー２６の隣接して位置して、塩素ラジカルが反応チャンバー２６に到達する可能性を最大限にする。
プラズマ発生器２８の作業を制御するためのコントローラー３０が提供される。前駆体を含む排ガスが処理チャンバー１０からポンプされる際に反応チャンバー２６内に塩素が存在するように、好ましくは、有機アルミニウム前駆体が処理チャンバー１０に供給される直前に、処理手段が活性的であるが、塩素が反応チャンバー２６に供給されるように、プラズマ発生器２８を制御するように、コントローラー３０は構成されるのが好ましい。コントローラー３０は、好ましくは、処理チャンバー１０に供給されている前駆体の量を示す処理手段１６から信号を受け、それに応じて、コントローラー３０は、例えば、プラズマ発生器２８及びCCl4源３４の間に位置するバルブ３２を制御することにより、プラズマ発生器２８へのCCl4の供給速度を制御し得る。
【０００８】
反応チャンバー内では、塩素が、有機アルミニウム前駆体と反応して、ガス形態で第二ポンプ２０を通してポンプされ得るAlCl3を形成する。第二ポンプ２０を通過する有機アルミニウム前駆体の量が低減するため、それらの中における前駆体の分解により、ポンプ内に蒸着されているアルミニウムの量が有意に低減され得、それにより、ポンプの寿命が長くなる。
上で記載したように、この例においては、装置を使用して、ポンプ内におけるアルミニウムの蒸着を抑制するが、装置を使用して、ポンプ内における他の金属の蒸着を抑制することもできる。多くの有機金属前駆体の１以上を、処理チャンバー中に位置する基板の表面上における金属又は化合物の蒸着のために処理チャンバーに供給することができ及びこれらの前駆体は、また、ハロゲンと反応して、ガス状ハロゲン化物を生成し得る。これらの前駆体の例としては、ビス(N,N'-ジイソプロピルアセトアミジナート)コバルト(II)、YBaCuOxCu(N,N'-ジ-sec-ブチルアセトアミジナート)銅(I)、(N,N'-ジイソプロピルアセトアミジナート)銅(I)、ビス(N,N'-ジ-tert-ブチルアセトアミジナート)鉄(II)、テトラキス(ジメチルアミド)ハフニウム、Ir(acac)3、ビス(N,N'-ジイソプロピルアセトアミジナート)ニッケル(II)、モリブデンヘキサカルボニル、ニオブ(V)エトキシド、トリス(ジエチルアミド)(tert-ブチルイミド)タンタル(V)、ビス(ジエチルアミノ)ビス(ジイソプロピルアミノ)チタン(IV)、バナジルトリイソプロポキシド[VO(OiPr)3]、ジエチル亜鉛及びテトラキス(ジエチルアミド)ジルコニウム(IV)を挙げることができるが、これらに制限される訳ではない。当業者は、疑いなしに、ハロゲンと反応して、ガス状ハロゲン化物を生成し得る他の有機金属前駆体に気づくであろうし及び本発明は、ぞれらの中に含まれる、前述した有機金属前駆体及び金属に制限されるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】真空ポンプ内における金属の蒸着を防止するようにガス流を処理するための装置を示す。
【図１】
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【国際調査報告】
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