(57)【要約】反応炉が基板処理用の反応チャンバを画定する。反応炉には第１反応物質を反応チャンバへ提供するための第１取込口および第２反応物質を反応チャンバへ提供するための第２取込口が含まれる。第１排気口はガスを反応チャンバから取り除く。第２排気口もガスを反応チャンバから取り除く。流れ制御装置が第１および第２排気口を通じて流れを交互に閉塞するように構成される。反応チャンバはこの反応チャンバ内の拡散障壁用に構成される。
2007511902.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理するための反応チャンバを画定する反応炉であって、該反応炉は、
第１反応物質を前記反応チャンバへ提供するための第１取込口と、
第２反応物質のための前記反応チャンバへの第２取込口と、
前記反応チャンバからガスを除去するための第１排気口と、
前記反応チャンバからガスを除去するための第２排気口と、
前記第１および第２排気口を通じて交互に流れを閉塞するように構成された流れ制御装置とを備え、
第１流れ制限部が、前記第１取込口および前記第１排気口を前記反応チャンバから隔離し、第２流れ制限部が、前記第２取込口および前記第２排気口を前記反応チャンバから隔離し、前記反応炉は、前記第１排気口が非制限状態にありかつ前記第２排気口が制限状態にある場合に、前記第２取込口からの流れが前記反応チャンバを通って基板を越えて前記第１排気口まで向けられるとともに、前記第１取込口と基板と間の前記第１流れ制限部内に少なくとも部分的に拡散障壁が形成される、反応炉。
【請求項２】
前記第１排気口が制限状態にあると共に前記第２排気口が非制限状態にある場合に、前記第１取込口からの流れが、前記反応チャンバを通り、基板を越え、前記第２排気口内に向けられると共に、前記第２取込口と基板との間に拡散障壁が形成されるように構成されている請求項１に記載の反応炉。
【請求項３】
前記反応炉がＡＬＤ反応炉である請求項１に記載の反応炉。
【請求項４】
前記第１取込口および前記第１排気口が反応炉の側に位置し、前記第２取込口および前記第２排気口が反応炉のもう一方の側に位置する請求項１に記載の反応炉。
【請求項５】
前記第１取込口および前記第１排気口が、前記第２取込口および前記第２排気口から、反応炉の対向する側にある請求項４に記載の反応炉。
【請求項６】
前記第１取込口が、前記第１排気口のほぼ上部に位置する請求項５に記載の反応炉。
【請求項７】
前記拡散障壁が、少なくとも部分的に前記第１流れ制限部内に位置する請求項６に記載の反応炉。
【請求項８】
前記第１および第２排気口が、共通排気ルートと通じている請求項１に記載の反応炉。
【請求項９】
第１および第２排気口から共通排気ルートまでの流れに選択してバイアスをかけるための弁が設けられる請求項８に記載の反応炉。
【請求項１０】
前記第１および前記第２排気口が、それぞれ、前記第１および前記第２排気口をそれぞれ通る流体の速度を上げるための流れ制限部を含む請求項９に記載の反応炉。
【請求項１１】
交互に繰り返される蒸気相反応物質の表面反応に基板を曝すことにより、基板面上に薄膜を成長させる方法であって、該方法は、
反応チャンバ、第１取込口、第２取込口、第１排気口および第２排気口を有する反応炉を提供する工程と、
第１反応物質が脈うつ間、(i)前記反応チャンバを通る前記第１反応物質の流れを前記第１取込口を経由して供給する一方、前記第１反応物質の流れの１部が、前記第１排気口を経由して排気されることによって前記反応チャンバ内の基板を迂回することが許され、(ii)不活性ガスを前記第２取込口を通して前記第２排気口に供給し、(iii)前記第１反応物質の流れを前記第２排気口を通して前記反応チャンバから引き上げる工程と、
除去工程中に、(i)不活性ガスを前記第２取込口を経由して前記反応チャンバに供給する一方、不活性ガスが前記第１取込口を通って前記第１排気口に供給され、(ii)不活性ガスを、前記第１取込口と前記反応チャンバ内に位置する基板との間の拡散障壁を形成するために、前記第１排気口を経由して前記反応チャンバから引き上げる工程を含む方法。
【請求項１２】
第２反応物質が脈うつ間、(i)前記反応チャンバを通る第２反応物質の流れを前記第２取込口を経由して供給する一方、前記第２反応物質の流れの一部が、前記第２排気口を経由して排出されることによって、前記反応チャンバ内の基板を迂回することが許され、(ii)不活性ガスを前記第１取込口を通して前記第１排気口に供給し、(iii)前記第２反応物質の流れを前記第１排気口を通して前記反応チャンバから引き上げる工程を含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
第２除去工程中に、(i)不活性ガスを前記第１取込口を経由して前記反応チャンバに供給する一方、不活性ガスが前記第２取込口を通して前記第２排気口に供給され、(ii)不活性ガスを、前記第２取込口と反応炉内に位置する基板との間に拡散障壁を形成するために、前記第２排気口を経由して前記反応チャンバから引き上げる請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記反応チャンバを通る第１反応物質の流れを前記第１取込口を経由して供給する一方、前記第１反応物質の流れの１部が、前記第１排気口を経由して排出されることによって、前記反応チャンバ内にある基板を迂回することが許される前記工程が、前記第１反応物質の流れの約１０％から約２５％までを迂回する工程を含む請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記除去工程が、(i)不活性ガスを前記第１取込口を経由して前記反応チャンバ内に供給する一方、不活性ガスが前記第２取込口を通って前記第２排気口に供給され、(ii)不活性ガスを前記第２排気口を経由して前記反応チャンバから引き上げる工程をさらに含む請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
(i) 不活性ガスが前記第２取込口を通って前記第２排気口に供給される間、不活性ガスを前記第１取込口を経由して前記反応チャンバに供給し、(ii)不活性ガスを前記第２排気口を経由して前記反応チャンバから引き上げる工程が、
(i) 不活性ガスが前記第１取込口を通して前記第１排気口に供給される間、不活性ガスを前記第２取込口を経由して前記反応チャンバへ供給し、(ii)前記第１取込口と前記反応チャンバ内に位置する基板との間に拡散障壁を形成するために、前記第１取込口を経由して前記反応チャンバから不活性ガスを引き上げる工程の前に生じる請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
交互に繰り返される蒸気相反応物質の表面反応に基板を曝すことにより、基板面上に薄膜を成長させる方法であって、該方法は、
反応チャンバ、第１取込口、第２取込口、第１排気口および第２排気口を有する反応炉を提供する工程と、
第１反応物質が脈うつ間、(i)前記反応チャンバを通る前記第１反応物質の流れを前記第１取込口を経由して供給する一方、前記第１反応物質の流れの１部が、前記第１排気口を経由して排気されることによって前記反応チャンバ内の基板を迂回することが許され、(ii)不活性ガスを前記第２取込口を通して前記第２排気口に供給し、(iii)前記第１反応物質の流れを前記第２排気口を通して前記反応チャンバから引き上げる工程と、
除去工程中に、(i)不活性ガスを前記第１取込口を経由して前記反応チャンバに供給する一方、不活性ガスが前記第２取込口を通って前記第２排気口に供給され、(ii)不活性ガスを、前記第２取込口と前記反応チャンバ内に位置する基板との間の拡散障壁を形成するために、前記第２排気口を経由して前記反応チャンバから引き上げる工程を含む方法。
【請求項１８】
原子層デポジションを用いる基板を処理する方法であって、該方法は、
第１反応物質入口ポート、第２反応物質入口ポート、第１排気口ポートおよび第２排気口ポートを含む反応チャンバを提供する工程と、
基板を前記反応チャンバに装填する工程と、
第１反応物質を、前記第１反応物質入口ポートを通すと共に第１方向における基板を越えて前記反応チャンバに吸入する工程と、
第１反応物質を前記第２排気ポートを通して前記反応チャンバから引き上げる工程と、
パージガスを、前記第２反応物質入口ポートを通すと共に第２方向における基板を越えて吸入する工程と、
パージガスを前記第１排気ポートを通して前記反応チャンバから引き出す工程と、
第２反応物質を、前記第２反応物質ポートを通すと共に第２方向における基板を越えて前記反応チャンバに吸入する工程と、
第２反応物質を前記第１排気ポートを通して前記反応チャンバから引き上げる工程とを含む方法。
【請求項１９】
第１反応物質を前記反応チャンバに吸入する工程が、第１反応物質の前記第１排気ポートへの流れの約１０％から約２５％までを迂回する工程を含む請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
基板処理システムであって、
反応チャンバ、第１入口ポート、第２入口ポート、第１排気ポート、第２排気ポート、前記第１入口ポートならびに前記第１排気ポートから前記反応チャンバを区分する第１流れ制限部、および、前記第２入口ポートならびに前記第２排気ポートから前記反応チャンバを区分する第２流れ制限部を含む反応炉を備え、
前記第１入口ポートおよび前記第２排気ポートが、前記反応チャンバ内において、前記第２入口ポートと前記反応チャンバとの間の前記第２流れ制限部に拡散障壁が形成される第１方向に、ガスの流れを提供するように協働し、
前記第２入口ポートおよび前記第１排気ポートが、前記第１入口ポートと前記反応チャンバとの間の前記第１流れ制限部に拡散障壁が形成される第２方向に、ガスの流れを提供するように協働するシステム。
【請求項２１】
第１および第２方向が、ほぼ向き合う、即ち互いに反対である請求項２０に記載の基板処理システム。
【請求項２２】
原子層蒸着法を利用して基板を処理する方法であって、前記方法は、
第１反応物質パルス中に、第１反応物質の流れを、第１方向において、反応チャンバ内の基板上に向けるステップ、
パージパルス中に、パージガスを、第２方向において、前記反応チャンバ内の基板上に向けるステップ、
第２反応物質パルス中に、第２反応物質を、前記第２方向において、前記反応チャンバ内の基板上に向けるステップ、および、
第２パージパルス中に、パージガスを、前記第１方向において、前記反応チャンバ内の基板上に向けるステップを含む方法。
【請求項２３】
基板を処理する方法であって、
反応チャンバと、第１入口ポートと、第２入口ポートと、第１排気ポートと、第２排気ポートと、前記第１入口ポートおよび第１排気ポートから前記反応チャンバを隔離する第１流れ制限部と、前記第２入口ポートおよび第２排気ポートから前記反応チャンバを隔離する第２流れ制限部とを提供するステップと、
前記第２入口ポートを介して前記反応チャンバに第２反応物質を導いて、前記第１流れ制限部において、前記第１入口ポートと反応チャンバとの間に拡散障壁を形成するステップと、
前記第１入口ポートを介して前記反応チャンバに第１反応物質を導いて、前記第２流れ制限部において、前記第２入口ポートと反応チャンバとの間に拡散障壁を形成するステップとを備える方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は化学処理用の設備に関する。特に、本発明は反応チャンバにおける薄膜成長用の設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板表面上の薄膜を残すための方法には数種類の蒸着法がある。これらの方法には真空蒸着法、「分子線エピタキシャル成長法」、「化学気相成長法（ＣＶＤ）」（低圧有機金属ＣＶＤおよびプラズマ増速ＣＶＤを含む）の様々な変種並びに最近になって「原子層蒸着法（ＡＬＤ）」としてより多く言及される「原子層エピタキシャル成長法（ＡＬＥ）」が含まれる。
【０００３】
ＡＬＤはシリコンウェーハのような基板上の材料の形成用に半導体産業では知られた方法である。ＡＬＤは膜がサイクル中に行われる自己飽和反応を通じて構築される蒸着タイプのものである。膜厚は行われるサイクルの数によって決定される。ＡＬＤ法では、ガス状の前駆体によりウェーハ上の材料の薄膜が繰り返し形成される基板あるいはウェーハに供給される。ある反応物質がウェーハ上の自己制限作用において吸収される。後続のある反応物質パルスが所望の材料の単一分子層を形成する被吸収材料と反応する。分解反応はリガンド交換あるいはゲッタリング反応のような適切に選択された試剤との反応を通して起こり得る。通常のＡＬＤ反応では、分子単一層だけがサイクル毎に形成される。より厚い膜は目標厚が達成されるまで繰り返えされる成長サイクルを通じて生み出される。
【０００４】
ＡＬＤ法では、コーティングされる少なくとも１つの面のある１枚以上の基板ならびに所望の製品の形成用反応物質が反応炉あるいは蒸着空間に導入される。１枚以上の基板が通常ウェーハ支持材あるいはサセプタ上に置かれる。ウェーハ支持材は反応炉内に定められる空間内に置かれる。ウェーハは反応物質ガスの凝縮温度を越えかつ分解温度未満の所望の温度まで加熱される。
【０００５】
ＡＬＤの際だった特色は、各反応物質が飽和面状態に達するまで基板にパルス状態で放出される点にある。上記のように、ある反応物質は通常、基板面上で吸収されるとともに次のある反応物質が引き続き被吸収種と反応する。成長速度が自己制限されるにつれて、成長速度はＣＶＤにおけるような反応物質の温度や流量よりも反応シーケンスの繰り返し速度に比例する。
【０００６】
自己制限的成長を得るには、蒸気相は反応物質の順次続くパルス間のパージあるいはその他の除去の段階によって分離されたままに維持される。所望の材料の成長はパージ段階中には起きないので、パージ段階の継続時間が制限されることは有利である可能性がある。パージ段階の継続期間がより短くなることにより、反応炉内の反応物質の吸収や反応のために利用可能な時間が増えることが可能であるが、反応物質はしばしば相互に反応するので、蒸気相反応物質の混合は蒸着の自己制限の性質を破壊するＣＶＤ反応の危険を減らすために避けられなくてはならない。反応チャンバのすぐ上流および下流の共有ルート上での混合によってでも寄生ＣＶＤならびに後続する微粒子発生を通じた工程の汚染があり得る。
【０００７】
蒸気相反応物質の混合を防止するには、ＡＬＤ反応炉には、パージ段階中の反応物質の反応物質供給源から反応チャンバまでの流れを防止するため、供給導管の一部に「不活性ガス弁調節」あるいは「拡散障壁」の配備が含まれると良い。不活性ガス弁調節はガス相、つまり、供給導管の正常な反応物質の流れに対し反対方向に流れるガスの輻射障壁の形成に係わる。ここに参照して組込まれている公開内容、Ｔ．サントーラ社、ハンドブック「結晶成長III」、「薄膜とエピタキシャル成長法」、Ｂ部、「成長機構とダイナミクス」第１４章、Ｄ．Ｔ．Ｊ．ハール編「原子層エピタキシャル成長法」、エルゼビア  サイエンス  Ｖ．Ｂ．（１９９４年）６０１頁〜６６３頁を参照のこと。特に６２４頁〜６２６頁を参照されたい。このような先行の技術解決策により蒸気相反応物質が混合するのが防止されるに成功したものの、これらにはいくつかの欠点がある。例えば、いくつかの先行の技術解決策では、不活性ガス弁調節により反応チャンバから上流まで相当な距離が形成される。このような解決策により反応物質の流れの反応チャンバまで必要とされる時間が長くなる可能性があり、ガスが抜かれる下流面によりパルス段階がより長くなることになる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
従って、本発明の実施例は基板が置かれる反応チャンバが含まれる反応炉にかかわるものである。該反応炉には第１副次空間、第１副次空間と反応チャンバとの間の基板の片側面に位置する第１流れ制限部、第２副次空間、全体的に第１側面と向かい合うとともに第２副次空間と反応チャンバ間にある基板の第２側面に位置する第２流れ制限部が含まれる。第１反応物質取込口ならびに第１排気口が第１副次空間と通じている。ある実施例では、第１排気口が第１排気導管に接続されるとともに、第２排気口は第２排気導管に接続される。流れ制御装置は反応チャンバから第１排気導管あるいは第２排気導管のいずれかまで交互に流れにバイアスをかけるために設けられる。
【０００９】
本発明のもうひとつの実施例には、基板が交互に繰り返される蒸気相反応物質の表面反応に曝される基板面上の薄膜成長用の方法が含まれる。該方法には反応チャンバ、第１取込口、第２取込口、第１排気口および第２排気口がある反応炉が提供される様々な段階が含まれる。第１取込口、第２取込口、第１排気口および第２排気口は、通常、第１取込口から第２排気口までの流れが基板上を流れる一方で、第２取込口から第１排気口までの流れもまた基板上を流れるように設けられる。これに伴って、第１取込口から第１排気口までの流れならびに第２取込口から第２排気口までの流れが基板を迂回する。第１反応工程中には、(i)第１反応物質の流れは第１取込口を経由して反応チャンバまで供給される。(ii)第１反応物質の流れの一部は絞り込み状態である第１排気口を経由して出て行くことによって反応チャンバを迂回可能である。(iii)不活性ガスが第２取込口を通して第２排気口に供給される。(iii))第１反応物質の流れは反応チャンバの基板表面と反応可能となる。そして(iv)第１反応物質の流れは非絞り込み状態である第１排気口を通って反応チャンバから引き上げられる。反応チャンバは、第１排気口が絞り込み状態に置かれる一方で、第２排気口が非絞り込み状態に置かれるとともに、不活性ガスが第１取込口を通って第１排気口に供給される一方で、第２取込口を経由して不活性ガスを反応チャンバに供給することによってパージされる。第２反応物質パルス中には、第２反応物質が第２取込口および開放された第１排気口を経由して反応チャンバまで供給されると同時に、第２反応物質は反応チャンバの基板面と反応可能となる。第２反応物質は、不活性ガスが第２取込口を通って第２排気口に供給される一方で、第１取込口を経由して不活性ガスが反応チャンバに供給されると同時に、第２排気口を通して不活性ガスが反応チャンバから引き上げられることによって、第２排気口を通って反応チャンバから引き上げられる。
【００１０】
ある実施例では、第１反応物質が反応チャンバへ供給される間には、第１反応物質の第１排気口への流量の約５０％未満の供給が含まれる。別の実施例では、第１反応物質の流量の約１％から約４０％までが第１排気口に供給される。他の実施例では、第１反応物質の約１０％から約２５％までが第１排気口に供給される。
【００１１】
別の実施例では、基板処理用の反応チャンバが定められる反応炉が含まれる。該反応炉には第１反応物質が反応チャンバに提供されるための第１取込口、第２反応物質が反応チャンバに供給されるための第２取込口、ガスが反応チャンバから除去されるための第１排気口が含まれる。流れ制御装置は第１および第２排気口を通じて流れが交互に絞り込まれるよう構成される。該反応炉は、第１排気口が非絞り込み状態にあるとともに第２排気口が絞り込み状態にある場合に、第２取込口からの流れが基板を越えて第１排気口まで反応チャンバを通じて向けられると同時に、第１取込口と基板との間に拡散障壁が形成されるように構成される。
【００１２】
本発明のもうひとつの実施例には、基板が蒸気相反応物質の交互繰り返しの表面反応に曝されることによる基板面上の薄膜成長用の方法が含まれる。該方法には、反応チャンバ、第１取込口、第２取込口、第１排気口ならびに第２排気口がある反応炉が提供されることが含まれる。第１反応物質パルス中には、第１反応物質の流れの一部が第１排気口を経由して出ることによって反応チャンバ中で基板の迂回が可能である一方で、第１反応物質の流れが第１取込口を経由して反応チャンバまで供給される。不活性ガスは第２排気口を通って第２排気口に供給される。第１反応物質の流れは第２排気口を通って反応チャンバから引き上げられる。除去工程中には、不活性ガスは第２取込口を経由して反応炉に供給される一方で、不活性ガスが第１取込口を通って第１排気口に供給される。不活性ガスは第１取込口と反応チャンバ内に位置する基板との間に拡散障壁を形成するよう第１排気口を経由して反応炉から引き上げられる。
【００１３】
これらとその他の目的は、既知の方法と装置に関する利点とともに以降に説明され請求される通り、本発明によって実施される以下の仕様から明らかになろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は蒸気供給装置４および蒸気相反応炉１２が含まれる処理装置６の実施例の概略図である。該蒸気供給装置４は１種以上の蒸気相反応物質およびパージガス（例えば、不活性あるいは不活性ガス）が選択されて反応炉１２に供給されるよう構成される。図示された実施例では、蒸気供給装置４に、第１および第２蒸気相反応物質が反応炉１２に選択されて供給されるための第１供給源装置８および第２供給源装置１０が含まれる。ある実施例では、反応物質（図示されず）は標準（すなわち、室温および気圧）条件下の液体あるいは固体であって良い。このような反応物質は反応物質供給源の真空容器内で蒸気となることが可能で、この容器は反応物質供給源の空間内で蒸発温度以上の維持が可能である。これらのような実施例においては、蒸気となる反応物質はキャリアガス（例えば、不活性あるいは不活性ガス）と一緒に搬送されるとともに、その後、第１および第２導管１４、１６を通って反応炉１２に供給可能である。別の実施例では、反応物質は標準条件下の蒸気であって良い。これらの具体例では反応物質は蒸気となる必要がないと同時に、キャリアガスも必要としなくて良い。例えば、ある実施例では、蒸気相反応物質はガスシリンダーに貯蔵可能である。
【００１５】
蒸気供給装置４には反応炉１２へのパージガス（例えば、不活性あるいは不活性ガス）用のパージガス供給源１１も含まれる。図示された実施例では、パージガス供給源１１はそれぞれ第１および第２導管１４、１６に接続される第１および第２パージ導管１５、１７を通って反応炉１２に接続される。
【００１６】
図示された蒸気供給装置４は蒸気相反応物質ならびにパージガスを反応炉１２に放出するために構成される蒸気供給装置の単なるひとつの実施例にしかすぎないことが認められなくてはならない。当業者により、パージガスならびに蒸気相反応物質が反応炉１２に選択されて供給される目的が達成されるために使用可能である数多くの様々な弁類、導管類、反応物質供給源類、パージガス供給源類、および／または、キャリアガス供給源類の構成があることが認識されるであろう。これらの構成は不活性ガス弁調節の位置あるいは、反応物質供給源装置８、１０内部の、および／または、導管１４、１６（例えば、反応炉内部あるいは近傍の下記で説明される真空空間１８）に沿った拡散障壁の配置に関連し得る。両方組合わせてあるいは交互に、反応物質供給源装置８、１０に、あるいは、パージガスおよび／または蒸気相反応物質が反応炉１２に選択されて差し向けられるための導管１４、１６に沿って隔離弁類が設けられて良い。
【００１７】
図示された図１の蒸気供給装置４は概略図であることもまた認められなくてはならない。従って、供給装置４の多くの構成部品類は単純化のため省略された。当業者により、該供給装置４には、様々な弁類、パージ装置類、加熱器類、容器類、および／または、図示されていない迂回路類が含まれると認識されよう。
【００１８】
典型的な処理装置６は特に蒸気相反応炉で使用される蒸気相反応物質の搬送用に適切である。好ましい実施例では、蒸気相反応物質は蒸着（例えば、ＣＶＤ）用に、さらに好ましくは原子層蒸着、ＡＬＤ（以前の原子層エピタキシャル成長法、省略してＡＬＥ）用に使用される。上述のように、ＡＬＤでは、蒸気相反応物質は除去手段（例えば、パージ、汲み出し、および／またはその組合せ）によって分離される交互蒸気相パルスの形で反応炉１２に供給されるのが好ましい。ＡＬＤは通常、自己飽和、つまり、蒸気相反応物質の凝縮温度を越えかつ反応物質の熱分解限界未満にある温度時間帯内に起こる吸着反応によって特徴づけられる。通常は、反応物質のほぼ１あるいは１未満の分子単一層がサイクルの度に蒸着される。ＡＬＤでは、一般的に反応物質類が反応炉の表面上で反応可能になるまでこれらの反応物質が相互に分離状態に保たれるのが有利である。反応面の上流の該処理装置における蒸気相反応物質の混合は蒸着および蒸気相の反応であって良い。
【００１９】
制御装置１９は処理装置６が制御されるために構成される。例えば、該制御装置には、制御プログラムおよび電気的あるいは空気圧式で制御された反応物質ならびにパージガスの反応炉１２への出入りの流れを制御する弁類が含まれることが可能である。特にＡＬＤ反応炉用に適切である実施例では、該制御装置１９により、反応チャンバのある面上に保護層が形成されることによるＡＬＤ反応に対抗して表面が不活性にされる反応炉１２への処理ガスの流れ制御も行われる。表面が不活性化された後、該制御装置により基板が空間１２に装填されるとともに、反応物質および／またはパージガスは、基板（例えば、シリコンウェーハ）上にひとつの蒸着層を形成する空間１２に流される。該制御装置には、ひとつのプログラムあるいはひとつのハード構成部品、例えばある一定の働きを行うＦＰＧＡあるいはＡＳＩＣのようなユニットが含まれて良い。ひとつのユニットは該制御装置のアドレス割当てが可能な記憶媒体上にあるよう構成されると同時に、ひとつ以上の処理が実行されるよう構成されるのが有利であり得る。
【００２０】
ある典型的実施例では、反応炉１２は反応炉真空空間１８内に配される。ある実施例では、反応炉真空空間１８は排気および／または同様な方法で熱的に個別に制御可能であり、該反応物質供給源容器（図示されず）は個別の排気および／または制御も可能である得る供給源真空空間と一緒に配置可能である。該技術から知られるように、様々な輻射加熱器類が反応炉および／または供給源容器が加熱される真空空間に配置されて良い。該真空により真空空間内の部品が断熱される点が有利である。
【００２１】
図２〜図４には反応炉１２の典型的実施例が図示されている。以下により詳しく説明される通り、拡散障壁は少なくとも部分的に反応物質ガスを分離する反応炉１２内部に形成される。上に言及したように、該反応炉１２により第１および第２導管１４、１６からあるパージガスならびに蒸気相反応物質類が選択して受入れられる。ある実施例では、パージガスならびに蒸気相反応物質類は、反応物質供給源装置８、１２内かつ導管１４、１６に沿って位置する不活性ガス弁装置を通って選択されて反応炉１２に搬送される。別の実施例では、パージガスおよび／または蒸気相反応物質は例えば反応炉１２のごく近傍に隔離弁類が提供されることによって選択されて反応炉１２に搬送される。
【００２２】
典型的な反応炉１２は反応炉空間１８内に（図１参照）位置する。第１導管１４により反応炉１２に第１反応物質が供給されるための第１取込ルート１０２が形成される。第２導管１６により第２反応物質が反応炉１２に供給されるための第２取込ルート１０４が形成される。修正実施例類では、反応炉１２には２種以上の反応物質が反応炉および／または追加の導管に供給されるため２つ以上の取込ルートが設けられても良く、および／または注入多岐管類が取込ルート１０２、１０４に１種以上の反応物質が供給されるため設けられて良い。このような実施例類では、処理装置６（図１参照）には追加の反応物質供給源装置が設けられる。
【００２３】
図４に見られるように、反応チャンバ１０６は上面プレート１０８とベースプレート１１０との間に形成され、これらは相互に適切に組合わされるかあるいは一体化されて形成される。勿論、修正実施例類では、反応チャンバ１０６は２枚以上のプレートから形成されて良い。基板１１２は反応チャンバ１０６内部に位置する。基板１１２はサセプタプレート１１４上に置かれ、これはアクチュエーター１１８に組合せられて良く、サセプタプレート１１４はベースプレート１１０に関して移動可能である。図示された実施例では、サセプタプレート１１４は基板１１２を反応チャンバ１０６への出入り移動を容易にするため鉛直方向に移動可能である。勿論、修正実施例では、サセプタプレート１１４は定置式であって良いと同時に、反応炉の他の部分は反応チャンバ１０６への接近がもたらされるために移動可能である。
【００２４】
上面、ベースおよびサセプタプレート１０８、１１０、１１４には、基板１１２および／または反応チャンバ１０６を加熱する一連の様々な加熱部品（図示されず）がそれぞれ設けられて良い。反応チャンバ１０６の基板１１２の加熱は、反応容器１８(図１参照)内の反応炉１２の関する反射防止材（図示されず）および／または追加の加熱部品（図示されず）が設けられることによって高められる。例えば、この出願の教示するところと組合わせて使用可能であると同時に、この出願によってここに参照して組込まれている、ある炉の修正設計を公開する２００３年６月１７日に出された米国特許６，５７９，３７４号を参照のこと。
【００２５】
図２ならびに図４を特に参照すると、反応炉１２には第１排気ダクト１２０および第２排気ダクト１２２が設けられる。各排気ダクト１２０、１２２は排気多岐管１２４、１２６を通じて反応チャンバ１０６と通じている。排気多岐管１２４、１２６は第１および第２排気口１２８、１３０で終わる。第１排気口１２８は基板１１２および／またはサセプタ１１４の第１側面に位置するとともに、第２排気口１３０は基板１１２および／またはサセプタ１１４の第２側面に位置する。ある実施例では、第１および第２側面は基板１１２および／またはサセプタ１１４の近い側および遠い側を示すとともに、もうひとつの実施例では、第１および第２側面は基板１１２および／またはサセプタ１１４に関してほぼ相互に向き合い、別の実施例では、第１および第２側面は相互に関して約４５度から１３５度の角度の間に位置できる。さらに、下記により詳しく説明されるように、ある実施例類では、２ヶ所以上の排気口１３０が基板１１２および／またはサセプタ１１４の２面以上に位置しても良い。
【００２６】
各排気口は反応チャンバ１０６をほぼ横断して延びるのが好ましい。すなわち、第１および第２排気口１２８、１３０は第１地点ならびに第２地点から延びるのが好ましく、これらの地点は少なくとも基板１１２の幅の５０％までの距離だけ、またしばしば基板１１２のおよそ幅と同じ距離まで離される。図示された構成では、第１および第２排気口１２８、１３０はそれぞれ単一の開口部から形成されるけれども、修正実施例ではこれらはそれぞれ複数の開口にさらに区分可能である。
【００２７】
図示された実施例では、排気ダクト１２０、１２２は反応炉１２の下流のある地点で共通排気ダクト１３２と一体となるのが好ましい。図３を参照のこと。流れの方向転換装置１３４が排気ダクト１２０、１２２を通って共通排気ダクト１３２に流れを交互に絞り込むために排気ダクト１２０、１２２間の交差部に設けられて良い。図示された実施例では、流れ方向転換装置１３４には、閉じた位置で比較的小さな貫通流量が可能となるよう弁１３５に埋め込まれた小孔１３７のついた高速差動のちょう形弁１３５が含まれる。もうひとつの実施例では、当業者により電気伝導性の大きな３方弁あるいは絞り込まれた迂回路付きの２方弁の設置が排気ダクト１２０、１２２を通る流れを交互に絞り込むために使用されて良いことが認識されよう。勿論、当業者により排気ダクト１２０、１２２を通る流れの絞り込み用のその他の設置もまた認識されよう。例えば、各排気ダクト１２０、１２２は離れた排気供給源に接続されるとともに、分離絞り込み装置（例えば、ピンチ弁）が設けられて良い。このような実施例では、該絞り込み装置はここに説明される流れ方向転換装置１３４として機能するよう制御されて良い。
【００２８】
図４を参照すると、排気ダクト１２０、１２２には絞り込み部１２１（破線参照）が含まれて良い。該絞り込み部１２１により排気ダクト１２０、１２２を通るガスの流量が加速される。排気ダクト１２０、１２２を通る速度を増加させることによって、排気ダクト１２０、１２１に形成される拡散障壁の効率性が高まる。絞り込み部１２１により、また、ある処理段階中に、ガスが少量だけ排気ダクト１２０、１２２を通って失われることが許されても良い。さらに、絞り込み部１２１によりまた絞り込み部１２１が無い小さな直径の排気ダクトと比べて電気伝導性の増した排気ダクトが提供可能である。これにより所望の反応炉圧を達成するために必要なポンプの大きさが小さくなる。
【００２９】
図２から図４を引き続き参照すると、第１取込口１０２は第１入口多岐管１４０に接続されるとともに、第２取込口１０４は第２入口多岐管１４２に接続される。入口多岐管１４０、１４２によりガスは放電開口部１４４、１４６に向けられており、これらの開口部には、図示された具体例では、それぞれ上面プレート１０８に、あるいは、１４２と上面プレート１０８間に挟まれる孔明きガスケットによって、形成可能である複数の分離した排出孔が含まれる。その他の実施例では、放電開口部は１以上のスリットタイプの孔によって形成可能である。放電開口部１４４、１４６はそれぞれ上面およびベースプレート１０８、１１０間の反応炉１２に定められる第１および第２副次空間１５０、１５２（図４）と通じる。排気多岐管１２４、１２６の第１および第２排気口１２８、１３０がまた第１および第２副次空間１５０、１５２と通じることも好ましい。
【００３０】
排気口１２８、１３０に関する如く、第１排出開口１４６は一般的に基板１１２のサセプタ１１４の第１側面に位置するとともに、第２放電開口部１４８は基板１１２および／またはサセプタ１１４の第２側面に位置する。ある実施例では、第１および第２側面は基板１１２および／またはサセプタ１１４の近い側面および遠い側面を示すとともに、別の実施例では第１および第２側面は基板１１２のサセプタ１１４に関して相互にほぼ向き合う。別の実施例では、相互に関して第１および第２側面が約４５度から１３５度の間の角度に位置可能である。さらに、ある実施例で下記に詳細に説明されるように、２ヶ所の放電開口部１４６、１４８は基板１１２のサセプタ１１４の２つ以上の側面に位置して良い。
【００３１】
各放電開口部１４４、１４６はガスの流れが取込口１０２、１０４から基板１１２の幅を横断して拡がるよう構成されるのが好ましい。図示された実施例におけるように、放電開口部１４４、１４６はおよそ基板１１２の幅の約５０％以上の、またしばしば基板の幅以上の幅を横断して配分される。すなわち、設定される外側の放電開口部１４４、１４６間の最大距離はおよそ基板１１２のほぼ幅以上に長いと同時に、しばしば基板のほぼ幅より長く、あるいは、単一放電開口部の場合には、開口部の長さは基板１１２の約５０％の幅より長く、またしばしば基板１１２の幅より長いのがそれぞれ好ましい。排気口１２８、１３０はまたほぼ基板の幅以上の幅であることも好ましい。下記に詳細に説明される通り、ある状況では、この構成により放電開口部を通って流れるガスの少なくとも１部が反応チャンバ１０６に入らずに対応する排気口に直接入ることが可能な状況が促進される。さらに、反応チャンバ１０６の中の流れはその幅にわたって全体的に均一な速度分布になりやすい。しかしながら、修正実施例では放電開口部１４４、１４６の形状や方向は反応工程に合わせるために利用可能な非均一速度分布をなすよう操作可能である点が認められなくてはならない。
【００３２】
図４を参照すると、典型的反応炉１２には第１副次空間１５０と反応チャンバ１０６間に第１絞り込み部１６０ならびに第２副次空間１５２と反応チャンバ１０６の間に第２絞り込み部１６２が含まれるのが好ましい。流れ制限部１６０、１６２の横断面積は与えられる長さＸに関する反応チャンバ１０６の対応する横断面積以下である。このように、反応物質はある放電開口部から向かい側の排気口まで流れる時に流れ制限部まで流れるのが好ましい。
【００３３】
典型的実施例では、流れ制限部１６０、１６２は反応チャンバ１０６の上面および下面から相互に向かって延びる一組の突出部１６４によって形成される。勿論、流れ制限部１６０、１６２は与えられた長さＸにわたり横断面積が減る一連の別の方法で形成されても良い（例えば、鉛直方向細管束類の設置）。
【００３４】
拡散障壁が流れ制限部１６０、１６２内に少なくとも部分的に形成されるのが好ましい。下記にさらに詳しく説明されるように、反応炉の運転中に、開口部１４４、１４６から反応チャンバ１０６までの流れの方向に関する対向方向のガス流の輻射障壁により反応チャンバ１０６への悪影響が防止され減少する。一般的に、拡散障壁の効果は長さ（Ｘ方向）、その横断面積（例えば、図示の実施例では高さＺｘ幅Ｗ）および拡散障壁を通る流速の関数である。拡散障壁の長さが長いほど、悪影響をもつ分子が保護された領域（例えば、反応チャンバ）に到達するためにますます遠くに移動しなくてはならない。しかしながら、一般に、拡散障壁の長さＸを増やすことにより化学パルスとパージ段階の時間が増えて不利であるとともに、下記に説明されるように流れが反転する場合のガス抜きのために利用可能な表面が増える。横断面積を減らすことによって、与えられた流速、流量に関して、絞り込み部１６０、１６２により、長さ（Ｘ方向）の最小化が可能となり拡散障壁のガス速度が増える。
【００３５】
さらに、特に、横断面積により、部分的に、拡散障壁におけるガスの面速度およびレイノルズ数が定まる。一般的に、面速度ならびにレイノルズ数を増やすことにより拡散障壁の効率性は増える。例えば、横断面積はその特徴的な寸法によって決定され、図示された実施例ではこの寸法は流れ制限部１６０、１６２の高さＺである。従って、図示された実施例では、流れ制限部１６０、１６２の高さを減らすことにより流れ制限部のガス速度が増えると同時に境界層が薄くなる。速度が高速になると不純物が薄まりこれによって拡散を進める成分濃度が下がると同時に反応チャンバ１０６から離れた不純分子の輻射搬送が改善される。境界層を薄くすることにより、分子が容易に逆拡散する可能性のある自由流量に比較して、減速した領域が示されるため拡散障壁の効率性が改善される。
【００３６】
流れ制限部のレイノルズ数は、また、絞り込み部１６０、１６２を形成する突出部１６４の表面および材料、圧力そして絞り込み部１６０、１６２を通って流れるガスの温度の関数でもある。突出部１６４の表面を粗くすることにより乱流が生じることによって境界層が薄くなるとともに、これによって分子が表面に沿って移動しなくてはならない距離が長くなり得る。流れ制限部１６０、１６２における速度ならびにレイノルズ数は、また、反応チャンバ１０６を通る流速を増加させて増やすこともできる。ある実施例では、流れ制限部１６０、１６２は高さが約２ミリメーターから約１５ミリメーターまで、幅が約１０ミリメーターから約１５０ミリメーターまで、そして長さが約６ミリメーターから１５０ミリメーターまでである。該絞り込み部は反応炉１２に位置する基板あるいはウェーハの直径より幅が広いのが好ましい。しかしながら、修正実施例では、該絞り込み部１６０、１６２は基板あるいはウェーハより幅を狭くできる。このような実施例では、拡張領域は基板あるいはウェーハを横断して反応物質あるいはパージガスが拡がるよう設けられるのが好ましい。これらの実施例では、絞り込み部１６０、１６２の幅を減少させることにより絞り込み部１６０、１６２内部でより速い速度が生じることが可能となる。上に説明されたように、これにより絞り込み部の長さあるいは高さが対応して増すことができる。
【００３７】
ある特定の実施例では、幅（あるいは流れ制限部１６０、１６２が下記に説明するように曲がっている場合には投影弧長）は、約３５０ミリメーター、突出部間の高さは約３ミリメーターそして突出部の長さは約１０ミリメーターである。基板１１２上部の反応チャンバ１０６の高さは約４ミリメーターから約５０ミリメーターで良いとともに、ある実施例では、約６ミリメーターである。ある実施例では流れ制限部は基板縁からおよそ１０から１５０ミリメーターに位置可能である。
【００３８】
上述の絞り込み部１６０、１６２の物理的特性はいくつかの最適な構成に過ぎないことを示すものであることが認められなくてはならない。流速の相互作用の理由で、排気口の相対的制限状態、ガス成分構成、絞り込み高さ、幅、長さおよび表面粗さ、および恐らくは反応炉のその他の物理的特性、絞り込み部１６０、１６２内の拡散障壁の特性は変数の個々の組合せについて記述不可能である。逆に、任意の１変数における様々な変動値は、効果的な拡散障壁がつくれるよう別の変数の相応の変化による埋め合せが可能である。このような最適化は、この公開の見地からすれば、そしてここに教示される通りの効果的な拡散障壁を提供する目的の見地からして、当業者によって日常的な実験により成就可能である。さらに、絞り込み部１６０、１６２の物理特性は反応炉の受入れ可能な汚染物質濃度に依存する。受入れ可能な汚染物質濃度は反応炉１２に関与した化学的性質を基本として変動しよう。
【００３９】
また当業者により、ここでの公開に照らして、一般的に、反応炉のガスの方向が排気弁１３４の開閉によって迅速に変更可能であるよう反応チャンバ１０６の容積が最小化されることは望ましいことが認識されよう。排気ルート１２０、１２２の容積が反応炉１２のガスの方向の切換え時間を短縮して最小化されることも好ましい。
【００４０】
副次空間１５０、１５２により取込口および排気口１４４、１４６、１２８、１３０の形成が容易となるのが有利である。副次空間１５０、１５２の望ましい容積は、通常、反応炉１２を通るガス流速、副次空間１５０、１５２間の差分圧、温度および許容されるガス切換え時間の関数である。一般的に、副次空間１５０、１５２の容積を減らすことによりガス切換え時間が減少する。ある典型的実施例では、反応炉では反応炉温度約３７５℃ならびに副次空間１５０、１５２間の圧力差約２トルの約５００std cc/minの流速の窒素が利用される。このような実施例では、副次空間１５０、１５２の容積は約７５０cc未満および時々は５００cc未満、そしてしばしば２５０cc未満であって良い。
【００４１】
図示された実施例では、反応チャンバ１０６には、また、流れ制限部１６０、１６２と基板１１２間の移行面１７０も含まれる。同様に、副次空間にもまた移行面１７２が含まれる。これらの移行面により、ガスの収縮と膨張時の円滑な移行のために、流れの再循環と停滞を避けることが可能となる。このように、表面１７０、１７２は、副次空間１５０、１５２から突出部１６４まで、ならびに、突出部１６４から反応炉１０６まで全般的に横断面積全般にわたる縮小ならびに拡張用に設けられるテーパーがついているかあるいは傾斜した面である。該典型的実施例によると、放電開口部１４４、１４６は排気口１２８、１３０と流れ制限部１６０、１６２間（横方向に）の副次空間１５０、１５２の移行面１７２に位置する。この構成はガスが大容量を越えて吸入される場合に直ちに生ずる恐れのある排気口１２８、１３０の乱流混合を減少させるのに有利である。この混合により排気口から微粒子がかき立てられるとともに反応チャンバ１０６にこれらが運ばれる恐れがある。さらに、放電開口部１４６を拡散障壁領域１６０、１６２に近づけて位置させることによって、さらに直接の経路が以下で説明するように反応チャンバ１０６に入るパージガス用にもたらされる。図の破線によって示されるように、副次空間１５０、１５２の表面は滑らかであるかあるいはパージガスが反応チャンバ１０６の中に促されるよう構成されるその他の形で良い。
【００４２】
修正実施例では、排気口１２８、１３０は放電開口部１４４、１４６と流れ制限部１６０間（横方向に）の移行領域１７２に位置可能であり、別の実施例では、放電開口部１４４、１４６と排気口１２８、１３０は全般に移行領域１７２の内部あるいは移行領域１７２の外部で相互に上部ならびに下部に位置可能である（すなわち、放電開口部１４４、１４６および排気口１２８、１３０は基板１１２から同一の横方向距離に配置可能である）。
【００４３】
図５Ａ〜図５Ｄには上述の反応炉１２について採用可能である運転の典型的実施例が図示されている。ここでの説明およびこれらの図５Ａ〜図５Ｄでは第１反応物質と第２反応物質が「酸化剤」と「金属」との間で相互交換可能に便利に利用される一方で、ここでの説明は多くの様々な反応物質の組合せにあてはまると同時に、酸化剤パルスおよび／または金属パルスが利用される工程類に限定される意図はないことが認められなくてはならない。
【００４４】
図５Ａでは第１反応物質（例えばＨ２Ｏのような酸化剤）のパルスが第１放電開口部１４４を通ってキャリアガスを伴うかあるいは伴わずに反応チャンバ１０６に吸入されるこの種のある実施例の第１段階が図示されている。流れ制御装置１３４は反応チャンバ１０６を通る排気の流れが第２排気ダクト１２２を通ってバイアスがかけられるように位置する。ある実施例では、これにより第１排気ダクト１２０のほぼ閉塞状態が伴い、小さなある開口部のみにより第１ダクト１２０が共通排気ダクト１３２に接続される。この段階の間に、パージガス（例えば、Ｎ２）が第２放電開口部１４６を通じて吸入される。図５Ａに示されるように、第１排気導管１２０はほぼ閉塞されるので、少量の第１反応物質が直接、第１排気ダクト１２０近くに流れる一方で、第１反応物質の大半は反応チャンバ１０６および基板１１２上へと向かう。逆に、多くのそして好ましくはほぼすべてのパージガスは、第２放電開口部１４６から直接、第２排気導管１２２に近いほうへと流れる。第２放電開口部１４６を通るパージガスの流れにより、真空ポンプに全体の流れがほぼ同じに有利に維持されて反応炉圧力がほぼ一定に維持される。さらに、第２放電開口部１４６を通るパージガスの流れにより、開口部１４６および副次空間１５２がパージされた状態でかつ拡散障壁がこれらの構成要素内部に保たれる。
【００４５】
ある典型的な実施例では、排気ダクト１２０、１２２および流れ制御弁１３４は、ほぼ８００sccmの反応物質ならびにパージガスが第１および第２放電開口部を通って吸入される場合に、それぞれ、(i)約５０％未満、より好ましくは約１％から４０％、最も好ましくは約１０％から約２０％までの第１反応物質が、第１排気導管１２０に入るように構成されて、(ii)第１反応物質の残留差額分が反応チャンバ１０６に入ると同時にさらに第２排気導管１２２を通って排出されるとともに、(iii) ８００sccmの第２放電開口部１４６からのパージガスは直接第２排気導管１２２に近い方に流れる。
【００４６】
図５Ｂにはパージガスが両方の放電開口部１４４、１４６を通る方向を向く第２段階が図示される。示される通り、流れ制御装置１３４は排気が第１排気ダクト１２０を通ってバイアスを受けるように、かつ第２排気ダクト１２２中に小さな開口部だけしかないように運転されるのが好ましい。上述のように、パージガスは両方の放電開口部１４４、１４６を通って吸入される。しかしながら、流れ制御装置１３４の位置が理由で、第２放電開口部１４６からのパージガスは基板１１２上に向けられるのが好ましい。この構成の利点は反応チャンバ１０６にかつ基板１１２上を流れるパージガスが第２放電開口部１４６の遠い側からである点である。このパージガスは第２放電開口部１４６が前段階中にパージされてしまっているので、第１放電開口部１４４からのパージガスに比べてより純度が高い（すなわち、反応物質の汚染度がより少ない）傾向にある。図に示されるように、拡散障壁は酸化剤の反応炉への戻り拡散ならびにＣＶＤ成長に関するウェーハの「左」縁の汚染を防止する絞り込み部１６０に形成される。関連するグラフに示されるように、この段階中には、反応炉１０６の酸化剤濃度は反応炉がパージされるにつれて減少する。
【００４７】
ある典型的実施例では、この段階中に、排気ダクト１２０、１２２および流れ制御弁１３４は、およそ８００sccmのパージガスが第１および第２放電開口部のそれぞれを通じて吸入される場合に、(i)第２放電開口部１４６からのパージガスの約５０％未満、より好ましくは約１％から約４０％まで、最も好ましくは約１０％から約２５％までが第２排気導管１２２に入り、(ii)第２放電開口部１４６からのパージガスの残留差額が反応チャンバ１０６に入り、かつ、さらに第１排気導管１２０を通って排出されるとともに、(iii) およそ８００sccmの第１放電開口部１４４からのパージガスが第１排気口１２０のより近くに直接、流れるように構成される。
【００４８】
図５Ｃには、第２反応物質(例えば、ＨｆＣｌ４のような金属前駆体)のパルスが、パージガスが第１放電開口部１４４を通って吸入される一方で、第２放電開口部１４６を通って反応炉１０６へ吸入される第３段階が図示される。この段階では、流れ制御装置１３４は前段階と同一位置あるいは類似の位置のままで良い。すなわち、反応チャンバ１０６を通る排気ガスには第１排気ダクト１２０を通じてバイアスがかけられる。図に示されるように、より少量の第２反応物質が第２排気導管１２２に直接、流れる一方で、第２反応物質の大部分は反応チャンバ１０６に向けられる。これに比べて、第１放電開口部１４４を通るパージガスの大部分、そして好ましくはほぼすべてが第１排気導管１２０に向けられる。この段階中の図に関連したグラフに示されるように、第１反応物質の濃度が減少したままである一方で、反応チャンバ１０６の第２反応物質濃度は上がる。第１放電開口部１４４を通るパージガスの流れにより真空ポンプへの全体流れがほぼ同じに維持されて、ほぼ一定の反応炉圧が保たれる。さらに、第１放電開口部１４４を通るパージガスの流れにより、また副次空間１５２および関連する導管がパージされた状態に維持されるとともに、放電開口部内には拡散障壁が形成される。
【００４９】
該典型的実施例では、この段階中に、およそ８００sccmのパージガスが第１放電開口部１４４を通じて吸入されるとともに、およそ８００sccmの反応物質が第２放電開口部１４６を通じて吸入される。このような実施例では、反応炉は、(i)第１放電開口部１４４からのおよそ８００sccmのパージガスが第１排気導管１２０のより近くに入るように、(ii)第２放電開口部１４６からの反応物質の約５０％未満、さらに好ましくは約１％から約４０％まで、最も好ましくは約１０％から２５％までが第２排気導管１２２に入るように、(iii)第２反応物質の残留差額は反応チャンバ１０６に入ると同時に横断するとともに、さらに第１排気導管１２０を通って放出されるよう構成可能である。
【００５０】
図５Ｄには反応チャンバ１０６が両放電開口部１４４、１４６を通って不活性ガスでパージされる第４段階が図示される。示されるように、流れ制御装置１３４は排気ガスが第２排気導管１２２を通じてバイアスがかけられるように配されるのが好ましい。さらに、第１放電開口部１４４からのパージガスは反応チャンバ１０６に向けられる。この構成の利点のひとつは反応チャンバ１０６中および基板上を流れるパージガスが前段階中にパージされてしまっている第１放電開口部１４４からである点である。従って、反応チャンバ１０６に入る第１反応物質の濃度は図５Ｄに関するグラフに示されるように極めて低い。さらに、図に示されるように、拡散障壁は第２反応物質の第２放電開口部１４６から反応炉への逆拡散を防ぐように絞り込み部１６２内に形成される。
【００５１】
該典型的実施例では、およそ８００sccmのパージガスが第１放電開口部１４４を通して吸入されるとともに、およそ８００sccmのパージガスが第２放電開口部１４６を通って吸入される。このような実施例では、反応炉は、(i)第１放電開口部１４４からの約５０％未満、さらに好ましくは約１％から約４０％まで、最も好ましくは１０％から２５％までのパージガスが第１排気導管１２０に入るよう、(ii)第１入口開口部１４４からのパージガスの残留差額が反応チャンバ１０６に入ると同時に横断するよう、(iii)そして第２放電開口部１４６からのおよそ８００sccmのパージガスがさらに第２排気導管１２２に入るように構成可能である。
【００５２】
上述の構成にはいくつか利点がある。例えば、反応物質パルス中に、拡散障壁は基板１１２と対向する反応物質用の放電開口部との間に位置する。つまり、対向する反応物資の放電開口部からの蒸気は反応チャンバに届くようガスの流れに対し上流に流れなくてはならない。このような蒸気は反応炉１２の上流ルートのガス抜きによるか、あるいは前駆体弁あるいは供給源による漏出か、あるいは反応炉の上流の不活性ガス供給、あるいは単純な流れあるいは上流弁の切換え後のルートに残される残留反応物質による拡散を通じた「漏出」によって生じ得る。反応炉１２内部の絞り込み部１６０、１６２に形成される拡散障壁により、迅速で、清浄な切換えのために流れあるいは反応炉が突然遮断される。さらに、隣接する絞り込み部により、これらの汚染する蒸気が中を移動しなければならないガス流速の上昇によって拡散障壁の効率性が上がるのが好ましい。この構成により、第１および第２放電開口部１４４、１４６からの反応物質が反応チャンバ１０６内部で混合される可能性が減るのが好ましい。さらに、どのような混合も一般的には内部空間１５０、１５２に起こり、これらの空間は排気口１２８、１３０と通ずる（図４参照）と同時に、流れ制限部１６０、１６２によって反応チャンバ１０６から分離される。このように、副次空間１５０、１５２（図４参照）の任意の反応剤は排気導管１２０、１２２まで向けられよう。
【００５３】
上述の実施例のもうひとつの利点は、第１および第２反応物質パルス中に、放電開口部１４４、１４６からの流れの十分な大きさの部分が、尚、排気ルート１２０、１２２まで向けられる点にある。これにより、排気面からガス抜きする前駆体および副成物が反応チャンバ１０６に拡散すると同時に「汲み込まれる」ことが有利に抑制される。対照的に、流れの一部が排気ルート１２０、１２２に向けられない場合には、反応炉に吸入されるガスは、排気ルート１２０、１２２上のコーティング類ならびに反応チャンバ１２０、１２２に向かう化学物質からの除去が可能であるベンチュリー微粒子類のように働き得る。この流れに乗った汚染物質により、都合の悪いことに反応チャンバ内にＣＶＤ成長が生ずることになろう。
【００５４】
上述のように、図類に関して説明された運転形態に関するもうひとつの利点は、対向する放電開口部１４４、１４６が反応チャンバ１０６がパージされるために利用される点である。対向する放電開口部１４４、１４６は対向する開口部の反応物質パルス中に清浄になってしまっているため、パージガスが清浄になってより長いので汚染が少ない。これにより都合良いことにガス搬送装置のＣＶＤの寄与は基板の隅々まで減る。
【００５５】
典型的実施例類が２種類の反応物質に関連して説明されているけれども、当業者により、ここに説明された技術および／または装置は、２種類以上の多くの反応物質に拡張可能であることが認識されよう。さらに、修正実施例類でここに説明された工程類は、例えば、汲み出しあるいはパージと汲み出しの組合せのような他のタイプの除去工程類と置き換えられる点が認められなくてはならない。
【００５６】
図６Ａから図６Ｄには上述の反応炉１２について使用される可能性のある運転の典型的実施例が図示される。下記に説明されるように、この実施例は上述の使用実施例に類似している。しかしながら、この実施例では、反応炉１０６は前の化学パルスと同一の側面からパージ可能である。
【００５７】
具体的には、図６Ａには第１反応物質（例えば、Ｈ２Ｏのような酸化剤）の１パルスが第１放電開口部１４４を通ってキャリアガスと一緒にあるいはキャリアガス無しで反応チャンバ１０６に吸入される第１段階が示される。流れ制御装置１３４は反応チャンバ１０６を通る排気の流れが第２排気ダクト１２２を通じてバイアスがかけられるように位置する。ある実施例では、これにより、小さな開口部だけにより第１ダクト１２０が共通排気ダクト１３２に接続するよう第１排気ダクト１２０がほぼ塞がれることとなる。この段階中には、パージガス（例えば、Ｎ２）は第２放電開口部１４６を通じて吸入される。図６Ａに示されるように、第１排気導管１２０はほぼ遮断されるので、第１反応物質の多くは、少量の第１反応物質が排気ダクト１２０のより近くに直接、流れる一方で、反応チャンバ１０６内にかつ横断する形で基板１１２上に向けられる。逆に、パージガスの多くそして好ましくはほぼすべては、第２放電開口部１４６から第２排気導管１２２のより近くに直接、流れる。
【００５８】
図６Ｂにはパージガスが両放電開口部１４４、１４６を通じて向けられる第２段階が図示される。示されるように、流れ制御装置１３４は、排気が第２排気ダクト１２２を通じてバイアスがかかったまま残るとともに、第１排気ダクト１２０の小さな開口部だけがあるように位置するのが好ましい。上述のように、パージガスは両方の放電開口部１４４、１４６を通じて吸入される。しかしながら、流れ制御装置１３４の位置が理由で、第１放電開口部１４４からのパージガスは基板１１２上に向けられるのが好ましい。この構成の利点は、第１放電開口部１４４からの前の反応物質パルスにより、飽和を確保する第１反応物質が最大限に利用されて流れが上述のように反転するまで基板１１２を横断し続けることが可能となる点である。オプションとして、パージ工程中には、流れ制御装置１３４は排気が第２排気ダクト１２０を通ってバイアスがかけられるようになるよう調整可能である。この方法では、反応チャンバ１０６を通るガス類の方向は、第２放電開口部１４６からのパージガスが基板１１２上に好ましく向けられる時に反転する可能性がある。このパージガスは第２放電開口部１４６が前段階中にパージされてしまっているので、第１放電開口部１４４からのパージガスに比べてより純度が高く（すなわち、反応物質により少なく汚染された）なる傾向がある。この構成によりほぼすべてでないにしても大半の第１放電開口部からの化学パルスが反応チャンバ１０６を通って流れることが可能となる。反応チャンバ１０６中の流れはその後、より少なく汚染されたガスで反転するとともにパージ可能であると同時に、拡散障壁は第１反応物質のいかなる流れをも遮断するよう絞り込み部１６０内に設定される。
【００５９】
図６Ｃには第２反応物質（例えば、ＨｆＣｌ４のようなある金属）のパルスが、パージガスが第１放電開口部１４４を通じて吸入される一方で、第２放電開口部１４６を通じて反応チャンバ１０６に吸入される第３段階が図示されている。この段階では、流れ制御装置１３４は前段階と同じかあるいは類似の位置のままであるかあるいは上述のように反転した反応炉を通る流れの方向に応じて移動可能である。この段階に関しては、反応チャンバ１０６を通る排気ガス類は第１排気ダクト１２０を通じてバイアスがかけられる。図６Ｃに示されるように、少量の第２流量が直接、第２排気導管１２２に流れる一方で、第２反応物質の多くは反応チャンバ１０６に向けられる。対照的に、第１放電開口部１４４を通る多くの、そして好ましくはほぼすべてのパージガスは第１排気導管１２０に向けられる。
【００６０】
図６Ｄには反応チャンバ１０６が両方の放電開口部１４４、１４６を通じた不活性ガスでパージされる第４段階が図示される。示されるように、流れ制御装置１３４は、排気が第１排気ダクト１２０を通じてバイアスがかけられたままであると同時に、第２排気ダクト１２２の小さな開口部だけがあるように位置するのが好ましい。上述のように、パージガスは両方の放電開口部１４４、１４６を通じて吸入される。しかしながら、流れ制御装置１３４の位置が理由で、第２放電開口部１４６からのパージガスは基板１１２上に向けられるのが好ましい。この構成の利点は、基板上の反応場所の飽和を確保するために第２反応物質パルスが最大限に利用されて、第２放電開口部１４６からの反応物質が、流れが上述のように反転するまで基板１１２を横断し続けることが許される点にある。オプションとして、パージ反応中に、流れ制御装置１３４は排気が第２排気ダクト１２２を通じてバイアスがかけられるようになるように調整可能である。このように、反応チャンバ１０６を通るガスの方向は、第１放電開口部１４４からのパージガスが次には好ましく基板上１１２上に向けられる時に反転可能である。このパージガスは、第１放電開口部１４４が前の段階中にパージされてしまっているので、第２放電開口部１４６からのパージガスに比べてさらに純度が高くなりやすい（すなわち、反応物質でより少なく汚染される）。この構成により、ほぼすべてではないにしても大半の第２放電開口１４６からの化学的パルスは反応チャンバ１０６を通って流れることが可能となる。反応チャンバ１０６の流れはその後、反転可能であると同時に、より汚染の少ないパージガスでパージされるとともに、拡散障壁は第２反応物質の反応チャンバ１０６へのいかなる流れも一切遮断するよう絞り込み部１６２内に設定される。
【００６１】
図７から図１０には反応炉２００のまた別の典型的実施例が示される。この実施例にはまた第１プレート２０４とベースプレート２０６間に定められる反応チャンバ２０２が含まれる。図１０を参照のこと。基板はサセプタ２１０上に位置していて、このサセプタはベースプレート２０６に関して鉛直方向に移動可能である。一組の入口多岐管２１２、２１４が第１および第２反応物質の反応チャンバ２０２への供給用に設けられる。入口多岐管２１２、２１４は反応物質が反応チャンバ２０２を横断して分散するように入口導管（図示されず）に接続されるとともに、複数の開口部２１３、２１５で終わる。この実施例では、入口多岐管２１２、２１４は、全体的に基板の前面形状あるいは後縁に合うようその外形を描くとともに開口部２１３、２１５が割当てられる。このように、図示された構成では、多岐管２１２、２１４と開口部２１３、２１５は開口部２１３、２１５が円形基板の縁からおよそ等しい距離に位置するように、つまりは反応炉に入ってくるガスが先端部をより封じやすくなるように曲げられる。
【００６２】
前述の実施例については、反応チャンバ２０２は共通排気導管２２４と一緒になる一組の排気導管２２０、２２２と通じている。特に、図９を参照のこと。流れ制御装置２２６（例えば、高速差動ちょう形弁）は、各導管を通る流れを好ましく向けるために第１および第２排気導管２２０、２２２間の交差部に位置する。各排気導管２２０、２２２は排気多岐管２４０、２４２と連結され、この多岐管はベースプレート２０６中に形成可能である排気口２４４、２４６で終わる。
【００６３】
図１０で分かるように、第１排気口２４４は第１放電開口部２１３と一組にされるとともに、第２排気口２４６は第２放電開口部２１５と一組にされる。各組の放電開口部と排気開口部は副次空間２５１、２５３で通じているが、これらの空間は流れ制限部２５０、２５２によって反応チャンバから分離される。図示された実施例では、これらの流れ制限部２５０、２５２は上面およびベースのプレート２０４、２０６中で突出部によって定められる。さらに、典型的反応炉２００では、排気口２４４、２４６は、一般的に、対応する放電開口部２１３、２１５の下部に、つまり、基板の縁からおよそ等距離に位置する。前の実施例に関して、反応炉２００には流れ制限部２５０、２５２の上流および下流に移行領域が設置可能である。この実施例における流れ制限部２５０、２５２は概して基板の縁からその幅方向に沿って等距離に位置する。このように、円形基板については、流れ制限部２５０、２５２は全体的に曲がった形状をしている。
【００６４】
上記の装置と方法にはエッチング法および化学気相成長法（ＣＶＤ）が含まれるが、これらに限定はされないどのようなガス相作用にも採用可能であることが認められなくてはならない。しかしながら、これは、上で説明したようにＡＬＤ反応炉での前駆体混合を防止することが特に重要であるので、特にＡＬＤ反応炉での利用に適切である。
【００６５】
上述の組立品類は、金属混合物類、金属ハロゲン化合物類、金属対炭素結合を含む有機金属混合物類、金属対炭素結合を含まないが炭素（例えばｔｈｄ混合物）を含む金属有機混合物類、ならびに要素金属類といった数多くの固定前駆体に関して利用可能である。また、例えば、オゾン、酸素、水、アンモニア、水素、ＴＥＢ、アルコール等といった酸化および還元作用も利用可能である。
【００６６】
この発明はある好ましい具体例および典型的実施例に関連して公開されたけれども、本発明は、具体的に公開された実施例を越えて、別の代替実施例および／または本発明の利用および明らかな修正例ならびに追加の等価な例なものにまで拡張されることが当業者によって理解されよう。また、本発明の多くの変型例が示されかつ詳細に説明される一方で、本発明の範囲内に入る別の修正例類が、この公開をベースとした当業者にとっては容易で明らかであろう。様々な組合せあるいは個々の特徴類や実施例類の様々な様相類の組合せが構成可能であると同時に尚かつさらに本発明の範囲内に入り得ることもまた熟慮される。従って、公開された実施例類の様々な特徴および様相は、公開された本発明の多様な形態を形成するために相互に組合せられたりあるいは置き換えられたりすることが可能であることが理解されなくてはならない。このように、ここに公開された本発明の範囲は上述の特定の公開実施例類によって限定されてはならないものと意図される。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】反応物質供給源の組立品と反応チャンバの組立品の実施例の概略図である。
【図２】反応炉の実施例の下部部分の概略上面図である。
【図３】図２の反応炉の側面透視図である。
【図４】図２の反応炉の横断面側面図である。
【図５Ａ】利用の一実施例の段階を示す図２の反応炉の横断面側面図である。
【図５Ｂ】利用の一実施例の段階を示す図２の反応炉の横断面側面図である。
【図５Ｃ】利用の一実施例の段階を示す図２の反応炉の横断面側面図である。
【図５Ｄ】利用の一実施例の段階を示す図２の反応炉の横断面側面図である。
【図６Ａ】利用のもうひとつの実施例の様々な段階を示す図２の反応炉の横断面側面図である。
【図６Ｂ】利用のもうひとつの実施例の様々な段階を示す図２の反応炉の横断面側面図である。
【図６Ｃ】利用のもうひとつの実施例の様々な段階を示す図２の反応炉の横断面側面図である。
【図６Ｄ】利用のもうひとつの実施例の様々な段階を示す図２の反応炉の横断面側面図である。
【図７】反応炉のもうひとつの実施例の上部透視図である。
【図８】図７の反応炉の下部透視図である。
【図９】図７の反応炉の側面図である。
【図１０】図７の反応炉の横断面側面図である。
【図１０Ａ】図７の反応炉を側面横断面図である。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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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１０Ａ】
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【国際調査報告】
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