(57)【要約】本発明は、原料ガスを処理チャンバに供給するための方法及びシステムを提供する。原料ガス供給方法は、プリカーサー蒸気を保持するべく構成されたプリカーサーチャンバを準備する過程と、前記プリカーサーチャンバ内に、選択された圧力で飽和プリカーサー蒸気を供給する過程と、前記プリカーサーチャンバから処理チャンバへ、前記処理チャンバ内に選択された圧力が供給されるまで、飽和プリカーサー蒸気を流す過程とを含む。原料ガス供給システムは、プリカーサー蒸気を保持するべく構成されたプリカーサーチャンバと、前記プリカーサーチャンバ内に選択された圧力で飽和プリカーサー蒸気を供給するべくプリカーサー液を加熱するための熱源と、飽和プリカーサー蒸気を処理チャンバへ、前記処理チャンバ内に選択された圧力が供給されるまで、送り込むことを可能にする蒸気経路とを含む。本発明の利点は、プリカーサー材料の浪費を低減しつつ、プリカーサー蒸気の供給を改良しかつ薄膜蒸着に対する制御を向上させることを可能にすることである。【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料ガス供給方法であって、
プリカーサー蒸気を保持するべく構成されたプリカーサーチャンバを準備する過程と、
前記プリカーサーチャンバ内に、選択された圧力で飽和プリカーサー蒸気を供給する過程と、
前記プリカーサーチャンバから処理チャンバへ、前記処理チャンバ内に選択された圧力が供給されるまで、飽和プリカーサー蒸気を流す過程とを含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記プリカーサーチャンバが、プリカーサー液を保持するべく構成されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記プリカーサーチャンバが、バッチプリカーサーチャンバであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記プリカーサーチャンバがプリカーサー液源に動作可能に結合されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
温度制御された熱浴を用いてプリカーサー液を加熱する過程を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記プリカーサー液が、加熱される間前記プリカーサーチャンバに保持されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項７】
前記プリカーサー液が、ペンタエトキシドタンタル（ＴＡＥＴＯ）、トリエチルアルミニウム（ＴＥＡ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、リン酸トリエチル（ＴＥＰ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧａ）、ＳｉＣｌ４、ＧｅＣｌ４、及びＨＣｌを含む群から選択されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項８】
前記プリカーサー液が、約５０℃から約２２０℃の範囲の選択された温度まで加熱されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項９】
前記飽和プリカーサー蒸気が、約０．００１トルから約１００トルの範囲の圧力を有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記飽和プリカーサー蒸気が、前記処理チャンバ内で約０．１％から約５０％の範囲のモル百分率を有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
飽和プリカーサー蒸気を含む前記プリカーサーチャンバ内の空間にフローガスを供給する過程を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
原料ガス供給方法であって、
プリカーサー蒸気を保持するべく構成されたプリカーサーチャンバを準備する過程と、
前記プリカーサーチャンバ内に、選択された圧力で飽和プリカーサー蒸気を供給する過程と、
前記プリカーサーチャンバから処理チャンバへ、前記処理チャンバ内に選択された圧力が供給されるまで、飽和プリカーサー蒸気を拡散する過程とを含むことを特徴とする方法。
【請求項１３】
前記プリカーサーチャンバが、プリカーサー液を保持するべく構成されることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１４】
選択された圧力で飽和プリカーサー蒸気を供給する前記過程が、温度制御された熱浴を用いてプリカーサー液を加熱する過程を更に含むことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１５】
前記プリカーサー液が、ペンタエトキシドタンタル（ＴＡＥＴＯ）、トリエチルアルミニウム（ＴＥＡ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、リン酸トリエチル（ＴＥＰ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧａ）、ＳｉＣｌ４、ＧｅＣｌ４、及びＨＣｌを含む群から選択されることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１６】
前記プリカーサー液が、約５０℃から約２２０℃の範囲の選択された温度まで加熱されることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記飽和プリカーサー蒸気が、約０．００１トルから約１００トルの範囲の圧力を有することを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記飽和プリカーサー蒸気が、前記処理チャンバ内で約０．１％から約５０％の範囲のモル百分率を有することを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
飽和プリカーサー蒸気が、前記プリカーサーチャンバと前記処理チャンバが平衡に近づくまで、前記処理チャンバへ拡散されることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
原料ガス供給システムであって、
プリカーサー蒸気を保持するべく構成されたプリカーサーチャンバと、
前記プリカーサーチャンバ内に選択された圧力で飽和プリカーサー蒸気を供給するべくプリカーサー液を加熱するための熱源と、
飽和プリカーサー蒸気を処理チャンバへ、前記処理チャンバ内に選択された圧力が供給されるまで、送り込むことを可能にする蒸気経路とを含むことを特徴とするシステム。
【請求項２１】
前記プリカーサーチャンバが、プリカーサー液を保持するべく構成されることを特徴とする請求項２０に記載のシステム。
【請求項２２】
前記プリカーサーチャンバが、バッチプリカーサーチャンバであることを特徴とする請求項２０に記載のシステム。
【請求項２３】
前記熱源が、温度制御された熱浴を含むことを特徴とする請求項２０に記載のシステム。
【請求項２４】
前記熱源が、前記プリカーサー液を約５０℃から約２２０℃の間の温度まで加熱することを特徴とする請求項２０に記載のシステム。
【請求項２５】
前記飽和プリカーサー蒸気が、約０．００１トルから約１００トルの範囲の選択された圧力を有することを特徴とする請求項２０に記載のシステム。
【請求項２６】
前記飽和プリカーサー蒸気が、前記処理チャンバ内で約０．１％から約５０％の範囲のモル百分率を有することを特徴とする請求項２０に記載のシステム。
【請求項２７】
前記プリカーサー液が、ペンタエトキシドタンタル（ＴＡＥＴＯ）、トリエチルアルミニウム（ＴＥＡ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、リン酸トリエチル（ＴＥＰ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧａ）、ＳｉＣｌ４、ＧｅＣｌ４、及びＨＣｌを含む群から選択されることを特徴とする請求項２１に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造装置に関し、特に、原料ガスの制御された供給に関する。
【背景技術】
【０００２】
高性能薄膜材料は、マイクロエレクトロニクスデバイスの製造においてその重要性を増している。伝統的な薄膜とは対照的に、次世代の薄膜は、低い蒸気圧を有し、かつ適切な蒸気圧を達成するべく加熱された時に多くの場合その分解温度付近にあるような新たな原材料を必要とする。いくつかのプリカーサーは、元来低い蒸気圧及び低い熱分解温度の両方を有するが、酸化タンタル、窒化タンタル、窒化チタン、銅、アルミニウムの膜の蒸着に対して最良の選択であると考えられる。そのような用途に対し、膜の形態及び組成が綿密に制御可能であることが不可欠である。これは、言い換えると、膜形成のエリアへ原料試薬を供給するための高度に信頼できかつ有効な手段及び方法を必要とする。
【０００３】
場合によっては、早過ぎる分解またはストイキオメトリ（化学量論的組成）制御の問題があるために気相による試薬のリアクタへの供給が困難であることが知られている。液体プリカーサーペンタエトキシドタンタル（ＴＡＥＴＯ）からの酸化タンタルの蒸着やビス（ジアルキルアミド）チタン試薬からの窒化チタンの蒸着などがその例である。
【０００４】
プリカーサーは、薄膜形成時に用いられる蒸気の源である。それに加えて、プリカーサーは多くの場合に不純物を含み、これらの不純物の存在は気化ゾーンでの望ましくない熱活性化学反応を生じさせて結果的に気化ゾーンで揮発性固体及び液体を形成することがある。例えば、種々のプリカーサー（ＴＡＥＴＯなど）は水に敏感であり、有害作用を伴って成長酸化タンタル膜に組み込まれ得るような酸化タンタル微粒子を形成するような加熱蒸発器ゾーンで加水分解が発生することがある。
【０００５】
化学蒸着（ＣＶＤ）リアクタに原料試薬の蒸気を導入するために一般に種々の原料試薬供給システムが用いられてきた。そのようなシステムの例として、バブラー（気泡発生装置）ベースのシステム、液体質量流量制御システム、ポンプシステムによる液体の計量された状態での供給などがある。集積回路の製造に必要な薄膜蒸着及び他の熱処理過程に対して、ＣＶＤリアクタを用いることは公知である。
【０００６】
図１−Ａは、典型的なバブラーベースの供給システムを示す。このシステムは、熱浴２０の液体に少なくとも部分的に浸される密閉プリカーサーチャンバ１０を含む。プリカーサーチャンバ１０を加熱または冷却するべく浴の温度を調整することが可能である。運転中、プリカーサーチャンバ１０内にはプリカーサー液が入っている。不活性キャリヤガスは、第１パイプ３０を通ってプリカーサーチャンバ１０へ移動する。第１パイプ３０の開口端は、プリカーサー液中に配置される。キャリヤガスは、パイプを出てからプリカーサー液面まで気泡の状態である。プリカーサーチャンバ１０内のプリカーサー液面の上方には空間４０がある。第２パイプ５０の入口端は、プリカーサー液面上方の空間４０に配置される。不活性ガスストリームは液体プリカーサーを通過して液面まで気泡の状態であるので、プリカーサー蒸気はその平衡蒸気圧により迅速に到達する。小さな気泡の形成及び迅速な平衡を保証するために、「スパージャー」（複数の小さな穿孔を有するキャップ）が第１パイプ３０の端部に付加されることもある。キャリヤガス及びプリカーサー蒸気は、第２パイプ５０に入り、そこから処理チャンバに流入する。処理チャンバでは、プリカーサー蒸気は、加熱された基板の表面上で反応する。パイプ５０の温度は、プリカーサー蒸気が処理チャンバへの輸送中に凝縮されるのを防止するために第２パイプ５０を囲繞する発熱体、例えば加熱コイル５５によって制御される。
【０００７】
バブラーベースの供給システムの性能は、液体蒸気圧の温度への指数関数的依存性によって複雑になっている。温度が少し変化するだけでも試薬供給速度が大きく変化する場合があり、これはひいてはプロセス制御不良につながる。気泡化したキャリヤガスの温度が低下しかつ／或いはその流速が速くなると、蒸気圧が低下する傾向がある。従って、キャリヤガス温度及び流速を変えれば、プリカーサー液の蒸気圧を変えることができる。従って、プリカーサー蒸気は必ずしも飽和するわけではなく、原料試薬の濃度が変わる。更に、バブラーベースのシステムにおける蒸気濃度は、キャリヤガスが気泡の状態で表面に向かって放出されるときに流体がキャリヤガスに接触する時間の関数である。このように、プリカーサーチャンバ内でのプリカーサー液のレベルが使用と共に変化するにつれて、蒸気濃度は経時的に変動する。
【０００８】
図１−Ｂは、別の一般的な供給システムを示すものであり、液体プリカーサーの蒸発器への流速を測定及び制御するために液体質量流量コントローラ（ＬＭＦＣ）を用いている。密閉プリカーサーチャンバ１０中には、プリカーサー液が含まれる。不活性ガスは、第１パイプ３０を通ってプリカーサーチャンバ１０へ移動する。パイプの開口端は、プリカーサー液面上方に配置される。不活性ガスは、第１パイプ３０から出てプリカーサーチャンバ１０内でプリカーサー液を加圧する。第２パイプ５０の入口端は、プリカーサー液中に配置される。不活性ガスがプリカーサーチャンバ１０に入るとき、プリカーサー液の上方の空間は加圧され、それによってプリカーサーチャンバ１０内のプリカーサー液のレベルが下がる。プリカーサー液は第２パイプ５０に入り、ＬＭＦＣ６０に運ばれる。プリカーサー液はＬＭＦＣ６０を出て、蒸発器７０に運ばれる。プリカーサー液は気化され、次に、通常は、プリカーサー液を加熱された基板へ供給するようなキャリヤガスに同伴される。ガスは、熱パイプ９０を通って蒸発器から出ていく。パイプの温度は、パイプを囲繞する発熱体、例えば加熱コイル９５によって制御される。
【０００９】
不都合なことに、液体質量流量コントローラはいくつもの欠点を呈する。ＬＭＦＣは、液体プリカーサー内の粒子及び溶解ガスに非常に敏感である。ＬＭＦＣはまた、液体プリカーサーの温度の変化に敏感である。更に、ほとんどのＬＭＦＣは４０℃以上の温度で運転できない。４０℃以下の温度で高い粘度を有するようなプリカーサー液があるが、例えばＴＡＥＴＯがそれである。ＬＭＦＣベースのシステムには他にも欠点があり、それはＬＭＦＣと蒸発器の間の「デッドボリューム」（例えば配管）に起因し得る。デッドボリュームに残留する液体はそれがどれだけの量であっても、原料試薬を蒸発器へ供給する際に不正確な供給の一因となることがある。これらの欠点は、液体プリカーサーの体積制御を非常に困難する可能性がある。
【００１０】
上述のように液体プリカーサーの体積制御の精度が悪いと、プリカーサー蒸気を処理チャンバへ最終的に供給する際に尚一層精度が悪くなる。というのも、液体容積（流速）の少しの変化が、ガス容積（流速）の大きな変化をもたらすからである。更に、ＬＭＦＣベースのシステムは通常、ガスを用いて液体プリカーサーの気化を助長するが、それによって固体粒子及びエーロゾルの生成の可能性が増す。更に、通常、気化ゾーンで空間的及び時間的温度変化が生じ、原料試薬の供給にばらつきを生じさせる。
【００１１】
最終的に、処理装置につながるパイプ（例えば本実施例ではパイプ９０）と蒸発器との間には温度差があるので、プリカーサー蒸気の輸送中に凝縮が生じることがあるが、これはまた、原料試薬の供給精度を悪くする。
【００１２】
図１−Ｃは、別の公知システムを示すものであり、プリカーサー液を計量された状態で蒸発器に供給するためにポンプを用いている。ポンプ８０は、プリカーサーチャンバ１０から蒸発器７０へプリカーサー液を吸引する。蒸気は、熱パイプ９０を通って蒸発器から出ていく。パイプの温度は、凝縮を防止するためにパイプを囲繞する発熱体、例えば加熱コイル９５によって制御される。
【００１３】
ポンプベースのシステムには、ＬＭＦＣベースのシステムと同様の不都合がある。通常、気化ゾーンで空間的及び時間的温度変化が生じ、原料試薬の供給精度を悪くする。ポンプベースのシステムはまた、液体に溶解したガス及び粒子に非常に敏感である。更に、蒸発器に供給されるプリカーサー液のデッドボリュームは、原料ガスの供給の不正確さを増長することになる。このように、液体容積測定または制御における小さな誤差は蒸気容積における大きな誤差につながるので、処理チャンバへのプリカーサー蒸気の供給は、このシステムにおいては、高い精度に欠ける。最終的に、ほとんどのポンプは、高い温度（約５０℃）に耐えられないが、その温度以下では、いくつかのプリカーサー液は高い粘度を有する。
【００１４】
従って、処理チャンバに供給される原料ガスの濃度の変動を制限することによるストイキオメトリを正確に制御するようなプリカーサー蒸気供給方法及びシステムが必要とされる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に基づき、原料ガスを処理チャンバへ制御しながら供給するための方法及びシステムが提供される。原料ガスを供給する方法は、プリカーサー蒸気を保持するべく構成されたプリカーサーチャンバを準備する過程と、前記プリカーサーチャンバ内に、選択された圧力で飽和プリカーサー蒸気を供給する過程と、前記プリカーサーチャンバから処理チャンバへ、前記処理チャンバ内に選択された圧力が供給されるまで、飽和プリカーサー蒸気を流す過程とを含む。都合のよいことに、本発明は、正確な量のプリカーサー蒸気を処理チャンバに供給することによって、プロセス反応に関与する正確なストイキオメトリを提供及び制御する。
【００１６】
本発明の別の側面においては、原料ガスを供給する方法は、プリカーサー蒸気を保持するべく構成されたプリカーサーチャンバを準備する過程と、前記プリカーサーチャンバ内に、選択された圧力で飽和プリカーサー蒸気を供給する過程と、前記プリカーサーチャンバから処理チャンバへ、前記処理チャンバ内に選択された圧力が供給されるまで、飽和プリカーサー蒸気を拡散する過程とを含む。
【００１７】
本発明の更に別の側面においては、原料ガスを供給するシステムは、プリカーサー蒸気を保持するべく構成されたプリカーサーチャンバと、前記プリカーサーチャンバ内に選択された圧力で飽和プリカーサー蒸気を供給するべくプリカーサー液を加熱するための熱源と、飽和プリカーサー蒸気を処理チャンバへ、前記処理チャンバ内に選択された圧力が供給されるまで、送り込むことを可能にする蒸気経路とを含む。
【００１８】
図４では、グラフ４００を用いて本発明の利点が説明されている。グラフ４００は、処理チャンバに供給される蒸気の濃度が経時的にどのように変化し得るかが示されている。典型的な蒸気供給システムでは、プリカーサー蒸気は、常に濃度が変わりながらもほとんど一定のレベル４０２で供給される。このプリカーサー蒸気供給方法は、処理操作中に十分な原料ガスが必ず利用可能であるようにする。残念ながら、原料ガスは、処理操作において非常に僅かな割合しか消費されないので、そのほとんどは無駄になる。無駄に消費されたガスはベントされなければならないが、そのために特別な手順及び追加処理が必要となることもある。
【００１９】
本発明においては、所定の濃度の蒸気４０４がプロセスチャンバに供給されたらすぐに供給は終了する。蒸気試薬が処理において消費されるにつれて濃度レベル４０４は下がるが、濃度レベル４０２と濃度レベル４０４の差は無くす必要がないので無駄に消費されるガスの量はかなり低減される。
【００２０】
上記及びその他の本発明の機能及び利点は、図面と共に以下に示される実施例の詳細な説明を参照することによって更に容易に理解されることになろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図２−Ａは、本発明の一実施例に基づく原料ガス供給システム３００を示す。プリカーサー液３０２は、プリカーサーチャンバ３０４に入れられている。プリカーサー液３０２は、室温で低い蒸気圧を有するような液体試薬、例えば、ペンタエトキシドタンタル（tantalum pentaethoxide）（ＴＡＥＴＯ）、トリエチルアルミニウム（ＴＥＡ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、リン酸トリエチル（ＴＥＰ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧａ）またはＳｉＣｌ４、ＧｅＣｌ４、ＨＣｌなどの他の液体源を含み得る。プリカーサー液３０２は高度に揮発性というわけではないが、加熱されると大量のプリカーサー蒸気を形成し得る。
【００２２】
プリカーサーチャンバ３０４は、プリカーサー液３０２を加熱するべく熱源３０６と熱的に接触している。熱源３０６は、プリカーサー液３０２の温度を均一に加熱及び制御するような任意の加熱装置、例えば、熱浴、加熱板、対流式オーブンなどであってよい。図２−Ａに示される実施例においては、プリカーサーチャンバ３０４を加熱するために温度制御された流体浴３０８が用いられる。プリカーサーチャンバ３０４は、プリカーサー液３０２が浴液に少なくとも完全に浸されるレベルまで、流体浴３０８に少なくとも部分的に浸される。別の実施例では、プリカーサーチャンバ３０４は完全に流体浴に浸され、それによってプリカーサー液のみならずプリカーサー蒸気の加熱も可能になる。図２−Ａに示される実施例では、流体浴は、約５０℃から約２２０℃の温度まで加熱される。
【００２３】
流体浴３０８で使用可能な低揮発性、高沸点及び／または高熱容量を有する浴液は、市販されている。本発明を限定する意図はないが、浴液の例を挙げると、米国イリノイ州ヴァーノンヒルズ（Vernon Hills）のコールパーマ・インスツルメント社（Cole-Parmer Instrument Co.）から入手可能なシリコーンシリーズ（Silicone series）の浴液がある。
【００２４】
プリカーサーチャンバ３０４は、制御径（control diameter）Ｄ１を有する。Ｄ１を大きくすれば、プリカーサー液３０２の露出面積は増加する。従って、飽和プリカーサー蒸気はより迅速に形成され、加熱されて処理チャンバへの供給のために利用可能になる。
【００２５】
制御径Ｄ１はまた、径Ｄ２を有する処理チャンバ３４０への蒸気供給中に、逆流または負の圧力降下を制御する。例えば、制御径Ｄ１を径Ｄ２と関連させて大きくすれば、プリカーサーチャンバ３０４と処理チャンバ３４０間の圧力降下は無視できるようになり、それによって蒸気供給中の逆流が制御される。一実施例においては、制御径Ｄ１は約２５ｍｍから約３００ｍｍの範囲にあり、径Ｄ２は約５０ｍｍから約１０００ｍｍの範囲にある。
【００２６】
状況に応じて、プリカーサーチャンバ３０４はプリカーサー源３０９に動作可能に接続される。プリカーサー源３０９は、プリカーサーチャンバ３０４に連続的にプリカーサー液を供給するか、或いは、必要に応じて不連続な量のプリカーサー液を供給することができる。別法では、プリカーサーチャンバ３０４は、プリカーサー液の補充が必要に応じて手動で行われるような独立型バッチチャンバである。
【００２７】
本発明の原料ガス供給システムは、飽和プリカーサー蒸気をプリカーサーチャンバから処理チャンバに送り込むことができるような蒸気経路を更に含む。一実施例において、蒸気経路は、プリカーサーチャンバ３０４内において液体プリカーサー３０２表面上方の空間３３０に配置される蒸気入口３２０を含む。パイプ３２２の第１端は、蒸気入口３２０に動作可能に接続される。パイプ３２２の第２端はオープン／クローズバルブ３２４に動作可能に接続される。パイプ３２６の第１端もオープン／クローズバルブ３２４に動作可能に接続され、パイプ３２６の第２端は処理チャンバ３４０に動作可能に接続される。このシステムに用いることができるようなバルブ及びシールは、米国マサチューセッツ州ノースアンドーバー（North Andover）のローム・アンド・ハース社（Rohm and Haas Company）から市販されている。
【００２８】
図２−Ａのシステム３００と図５のフローチャートに示されるように、本発明の原料ガス供給方法は、処理チャンバ３４０における処理に必要とされるプリカーサー蒸気の所望の圧力の選択を含む。処理チャンバに供給されるプリカーサー蒸気の濃度を正確に制御できれば、ストイキオメトリとそれゆえ膜組成とに対する制御の向上が達成される。処理チャンバ３４０における反応ガス及びプリカーサー蒸気に関連する反応に対するストイキオメトリは、処理チャンバ３４０の全圧を制御しかつプリカーサー液３０２の蒸気圧を決定するような熱源３０６の温度を制御することによって決定される。
【００２９】
ダルトンの分圧の法則によれば、容器内のガス混合体の全圧は、それぞれのガスがもし単独で存在し全体積を占めていると仮定したときの圧力の合計である。それぞれのガスがもし単独で容器の中に存在し全体積を占めていると仮定したときの圧力は、それぞれのガスの分圧として知られている。混合体（理想気体と仮定する）の特定の成分のモル分率ｘは、分圧Ｐnを全圧Ｐtotalで除したものとして定義される分圧に直接関連する。混合体における特定成分のモル百分率は、モル分率に１００を乗じたものであると定義される。従って、本発明においては、反応ストイキオメトリ及び膜組成は、処理チャンバ３４０に供給されるプリカーサー蒸気の正確なモル百分率または分圧に基づき正確に制御される。
【００３０】
本発明に基づき、選択された圧力は、処理チャンバ３４０における処理に必要な所望のプリカーサー蒸気分圧である。選択された圧力を生成するために、プリカーサー液３０２は、選択されたプリカーサー蒸気圧に相関するような温度に曝される。それ故に、本発明の原料ガス供給方法における別の過程は、選択されたプリカーサー蒸気圧に温度を相関させることである。純物質に対する温度と蒸気圧の相関関係は、当該分野では公知である。例えば、図３は、温度に対応するＴＡＥＴＯの蒸気圧を示すグラフである。類似のグラフは他の物質に対して存在する。
【００３１】
再び図５を参照すると、本発明の原料ガス供給方法における更なる過程は、プリカーサー液／蒸気混合体が平衡に達するまで所定の温度でプリカーサー液を連続して加熱することである。従って、プリカーサー蒸気は選択された圧力に等しい蒸気圧で飽和することになる。プリカーサーチャンバ３０４（図２−Ａ）におけるプリカーサー蒸気圧をモニタするべく、状況に応じて圧力センサ３１８が用いられる。
【００３２】
図２−Ａと共に図５に示されるような本発明の原料ガス供給方法において、飽和プリカーサー蒸気を形成するために相関された温度でプリカーサー液を加熱した後、異なる経路をたどることができる。処理チャンバ３４０は、プリカーサー蒸気を受容する前に、真空ポンプ３５０によって減圧されるか、それとも予め選択された圧力まで反応ガスで満たされることがある。一実施例では、経路５００によって示されるように、最初に処理チャンバ３４０は真空下にあり、原料ガス供給方法における一過程は、オープン／クローズバルブ３２４を開位置に配置し、飽和プリカーサー蒸気が拡散によってパイプ３２２に入り込むことができるようにすることである。プリカーサー蒸気は次に、パイプ３２６を通って処理チャンバ３４０へ拡散する。処理チャンバはプリカーサー材料で満たされ、時間が経つとプリカーサーチャンバ３０４と処理チャンバ３４０間で最終的に平衡に近づく。ひとたび処理チャンバ３４０内が選択された圧力に到達したら、オープン／クローズバルブ３２４は閉じられ、プリカーサー蒸気は処理チャンバ３４０に入り込まなくなる。処理チャンバでの全体的な圧力を決定するために、圧力センサ３６０が用いられる。反応ガスは次に目標となる全体的な圧力になるまで処理チャンバに供給され、その後、処理チャンバは膜形成を開始するべく作動させられる。
【００３３】
図２−Ａと共に図５の経路５１０に示されるような別の実施例では、反応ガスは先ず処理チャンバ３４０内に選択された圧力まで注入される。オープン／クローズバルブ３２４は開放され、プリカーサー蒸気は処理チャンバ３４０に目標全体圧力になるまで拡散される。その後、オープン／クローズバルブ３２４は閉じられ、処理チャンバは膜形成を開始するべく作動させられる。
【００３４】
一般に、ひとたび目標全体圧力が達成されたら、処理チャンバにおいて処理中にそれ以上のプリカーサー材料は必要とされない。都合のよいことに、この方法は、処理後にプリカーサー材料をベントすることを不要にし、従ってプリカーサー材料を節約する。本実施例ではキャリヤガスが用いられていないので、キャリヤガス使用に関連するプリカーサー蒸気濃度における変動は排除される。更に、気泡発生（バブリング）は生じないので、プリカーサー液のレベルが変化してもプリカーサー蒸気濃度は変動しない。本発明の別の利点は、プリカーサー蒸気のみが処理チャンバに供給されるので、プリカーサー液からの不純物または分解産物がプリカーサーチャンバに残らないことである。更に、プリカーサーチャンバから処理チャンバへの蒸気経路を加熱するための発熱体は必要ない。というのも、蒸発システムの場合とは異なり、プリカーサーチャンバと蒸気経路との温度差は最小だからである。更に、蒸気経路は、凝縮の可能性を最小にする一方で、プリカーサー蒸気の流量を増加させるように十分大きな直径を有するように製造され得る。
【００３５】
図２−Ｂと共に図５の経路５２０に示されるような別の実施例では、フローガスは、第１パイプ３１０を通ってオープン／クローズバルブ３１２へ移動することができる。パイプ３１４の開口端３１６は、プリカーサーチャンバ３０４内で液体プリカーサー３０２上方の空間３３０に配置される。オープン／クローズバルブ３１２が開位置にあれば、フローガスはパイプ３１４に入って開口端３１６で空間３３０へ出る。最初に空間３３０は真空下にあり、プリカーサー液が加熱されるにつれてプリカーサー蒸気のみが空間３３０を占めることになる。プリカーサー蒸気飽和にひとたび到達したら、オープン／クローズバルブ３１２及び３２４は開放され、かつ、フローガスを用いて目標全体圧力に到達するまでバブリングなしで飽和プリカーサー蒸気が処理チャンバへ直接押し進められる。不活性フローガス、例えば、Ａｒ、Ｈｅ、Ｏ２、Ｎ２は、飽和プリカーサー蒸気を押し進めるために約１００ｃｃ／分から約１０，０００ｃｃ／分の流速でプリカーサーチャンバ３０４に供給され得る。更に、本実施例においては、処理チャンバ内での全体的な圧力の増加を補償するためにフローガスの分圧寄与を決定するべく、フローガスを計量された状態で供給することができる。バブリングを生じず、かつフローガスは処理チャンバ３４０への供給のために飽和プリカーサー蒸気に運動エネルギーを加えるためだけに用いられるので、蒸気濃度へのフローガス効果は無視できる。目標全体圧力にひとたび到達したら、処理チャンバは膜形成を開始するべく作動させられる。
【００３６】
図２−Ｂと共に図５の経路５３０に示されるような別の実施例では、反応ガスは、最初に処理チャンバ３４０内に選択された圧力になるまで注入される。オープン／クローズバルブ３１２及び３２４は開放され、飽和プリカーサー蒸気を処理チャンバへ押し進めるために目標全体圧力に到達するまで不活性フローガスが用いられる。その後、処理チャンバは膜形成を開始するべく作動させられる。
【００３７】
本発明の一実施例に基づき、プリカーサー液ＴＡＥＴＯは約５０℃から約２２０℃に加熱され、それぞれ約０．００１トル（〜０．１３Ｐａ）から約１００トル（〜１３ｋＰａ）の飽和蒸気圧を達成する。処理チャンバは、約０．００１トル（〜０．１３Ｐａ）から約７６０トル（〜１ＭＰａ）の範囲の目標全体圧力を達成するようにする。飽和プリカーサー蒸気は、処理チャンバ内で約０．１％から約５０％の範囲のモル百分率を有する。酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）の層は、約５０Åから約５００Åの範囲の厚さまで成長させられる。
【００３８】
一例では、プリカーサー液ＴＡＥＴＯは１３０℃まで加熱され、０．２トル（〜２６Ｐａ）の飽和蒸気圧を達成する（図３）。プリカーサー蒸気は０．２トル（〜２６Ｐａ）の圧力まで処理チャンバへ供給され、続いて反応ガスが１トル（〜１３３Ｐａ）の全体目標圧力まで供給される。別の例では、反応ガスは０．８トル（〜１０６Ｐａ）の圧力まで処理チャンバへ供給され、続いてプリカーサー蒸気が１トル（〜１３３Ｐａ）の全体目標圧力まで供給される。プリカーサー蒸気のモル百分率が２０％であるような混合体は、約１００Åの酸化タンタルを成長させるために、４５０℃で１０分間、処理チャンバで反応させられる。
【００３９】
別の例では、プリカーサー液ＴＡＥＴＯは２００℃まで加熱され、２０トル（〜２．６ｋＰａ）の飽和蒸気圧を達成する。プリカーサー蒸気は２０トル（〜２．６ｋＰａ）の圧力まで処理チャンバへ供給され、続いて反応ガスが１００トル（〜１３ｋＰａ）の全体目標圧力まで供給される。或いは、反応ガスは８０トル（〜１０．６ｋＰａ）の圧力まで処理チャンバへ供給され、続いてプリカーサー蒸気が１００トル（〜１３ｋＰａ）の全体目標圧力まで供給される。プリカーサー蒸気のモル百分率が２０％であるようなこの混合体は、約１００Åの酸化タンタルを成長させるために、４５０℃で２分間、処理チャンバで反応させられる。
【００４０】
上記した実施例は、本発明について説明することしか意図しておらず、これを限定するものではない。ゆえに、幅広い側面において本発明から逸脱することなく種々の変更及び改変がなされ得ることは、当業者にとって明白であろう。従って、特許請求の範囲に記載された請求項は、本発明の真の精神及び範囲内にある全ての変更及び改変を包含するものである。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１−Ａ】バブラーベースの供給システムの簡略図である。
【図１−Ｂ】液体質量流量制御供給システムの簡略図である。
【図１−Ｃ】ポンプによって計量された状態で液体を供給するシステムの簡略図である。
【図２−Ａ】本発明の一実施例に基づく原料ガス供給システムの簡略概略図である。
【図２−Ｂ】本発明の一実施例に基づく原料ガス供給システムの別の簡略概略図である。
【図３】ＴＡＥＴＯに対する蒸気圧対温度のグラフである。
【図４】処理チャンバにおける原料ガス濃度対時間のグラフである。
【図５】本発明の実施例に基づく幾つかの原料ガス供給方法のフローチャートである。
【図１−Ａ】
2005522869.tif 000002
【図１−Ｂ】
2005522869.tif 000003
【図１−Ｃ】
2005522869.tif 000004
【図２−Ａ】
2005522869.tif 000005
【図２−Ｂ】
2005522869.tif 000006
【図３】
2005522869.tif 000007
【図４】
2005522869.tif 000008
【図５】
2005522869.tif 000009
【国際調査報告】
2005522869.tif 000010
2005522869.tif 000011
2005522869.tif 000012