(57)【要約】  処理システムは可変容積室を含む。液体又は固体の前駆体源を可変容積室内に含め得る。処理室への予測可能な前駆体流れをもたらすために、可変容積室の容量を制御し得る。一部の実施例では、複数の可変容量室を設け得る。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体処理用の原料を提供するために、固体源から前記原料を昇華するよう構成された可変容積昇華室（３１０；４１０）と、
該可変容積室の圧力を表示するパラメータを検出し、且つ、該パラメータを表示する出力を生成するための圧力検出器（４３０）と、
該圧力検出器（４３０）及び前記可変容積室（３１０；４１０）と連絡する圧力コントローラ（４１４）とを含み、
該圧力コントローラ（４１４）は、前記圧力検出器（４３０）の前記出力に基づいて、前記可変容積室（３１０；４１０）に力を加える、
半導体処理システム。
【請求項２】
前記圧力コントローラは、前記可変容積室の前記圧力を一定に維持するために力を加える、請求項１に記載の半導体処理システム。
【請求項３】
処理室（３６０；４６０）をさらに含み、前記原料は前駆体原料であり、前記可変容積室は前記前駆体原料を前記処理室に提供する、請求項１に記載の半導体処理システム。
【請求項４】
前記前駆体原料は、前記処理室中の他の原料と反応する、請求項３に記載の半導体処理システム。
【請求項５】
前記半導体処理は化学蒸着法である、請求項１に記載の半導体処理システム。
【請求項６】
前記半導体処理は原子層成長法である、請求項１に記載の半導体処理システム。
【請求項７】
前記可変容積室はベローズを含む、請求項１に記載の半導体処理システム。
【請求項８】
前記ベローズは加圧領域の内部に含まれる、請求項７に記載の半導体処理システム。
【請求項９】
前記圧力コントローラは、前記加圧領域と選択的に連絡するようガス源を含む、請求項８に記載の半導体処理システム。
【請求項１０】
前記ガス源は、前記加圧領域の圧力が所望圧力よりも下であるときに前記加圧領域と選択的に連絡する、請求項９に記載の半導体処理システム。
【請求項１１】
前記圧力コントローラは、前記加圧領域と選択的に連絡するよう真空源を含む、請求項８に記載の半導体処理システム。
【請求項１２】
前記真空源は、前記加圧領域の圧力が所望値よりも上であるときに前記加圧領域と選択的に連絡する、請求項１１に記載の半導体処理システム。
【請求項１３】
前記可変容積室はピストン（３１４）を含む、請求項１に記載の半導体処理システム。
【請求項１４】
前記圧力を表示する前記パラメータは、前記ピストンに対する力である、請求項１３に記載の半導体処理システム。
【請求項１５】
前記原料を含む第二固体源から前記原料を昇華するよう構成された他の可変容積昇華室をさらに含む、請求項１に記載の半導体処理システム。
【請求項１６】
固体源を含む可変容積室（３１０；４１０）から半導体処理室（３６０；４６０）に原料を搬送するステップと、
該搬送中に、前記可変容積室内の圧力を表示するパラメータを検出するステップと、
該検出に基づいて、前記可変容積室の容積を変更するステップとを含む、
方法。
【請求項１７】
前記検出に基づいて可変容積室の容積を変更するステップは、もし前記パラメータが所望圧力よりも大きな圧力を表示するならば、前記可変容積室の前記容積を増大するステップを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記検出に基づいて可変容積室の容積を変更するステップは、もし前記パラメータが所望圧力よりも小さな圧力を表示するならば、前記可変容積室の前記容積を減少するステップを含む、請求項１６に記載の方法
【請求項１９】
前記検出するステップは、前記可変容積室の外部の加圧領域の圧力を検出するステップを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記可変容積室の容積を変更するステップは、前記加圧領域の前記圧力を増大するステップを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記可変容積室の容積を変更するステップは、前記加圧領域の前記圧力を減少するステップを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記可変容積室の容積を変更するステップは、ピストンに力を加えるステップを含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２３】
固体源から原料を昇華するよう構成された、出口を有する可変容積昇華室（３１０；４１０）と、
該可変容積室内の圧力を表示するパラメータを検出し、該パラメータを表示する出力を生成する圧力検出器（４３０）と、
該圧力検出器（４３０）及び前記可変容積室（３１０；４１０）と連通する圧力コントローラ（４１４）とを含み、
前記出口は、前記可変容積室の内部領域から他の領域に前記原料を搬送し、
前記圧力コントローラ（４１４）は、前記圧力検出器の前記出力に基づいて、前記可変容積室に力を加える、
化学配給システム。
【請求項２４】
前記圧力コントローラは、前記可変容積室の前記圧力を実質的に一定に維持するよう力を加える、請求項２３に記載の化学配給システム。
【請求項２５】
前記可変容積室はベローズを含む、請求項２３に記載の化学配給システム。
【請求項２６】
前記ベローズは加圧領域の内部に含まれる、請求項２６に記載の化学配給システム。
【請求項２７】
前記圧力コントローラは、前記加圧領域と選択的に連絡するようガス源を含む、請求項２６に記載の化学配給システム。
【請求項２８】
前記圧力コントローラは、前記加圧領域と選択的に連絡するよう真空源を含む、請求項２６に記載の化学配給システム。
【請求項２９】
前記可変容積室はピストンを含む、請求項２３に記載の化学配給システム。
【請求項３０】
前記原料を含む他の固体源から前記原料を昇華するよう構成された他の可変容積昇華室をさらに含む、請求項２３に記載の化学配給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
シリコンウェーハのような基板上に連続的なデバイス層を形成するために、半導体デバイスは概ね一連のプロセスを用いて二次加工される。一部のプロセスでは、ウェーハの表面上の化学反応によって層を形成し得る。これらのプロセスは、化学蒸着（ＣＤＶ）法及び原子層成長（ＡＬＤ）法を含む。
【背景技術】
【０００２】
ＣＤＶ法及びＡＬＤ法を遂行するに際しては、第一反応原料（前駆体と呼ばれ得る）が処理室に提供される。図１は、前駆体配給システム１００の実施例を示している。所望の前駆体原料を含む固体源又は液体源１１０が、前駆体室１２０内に配置されている。典型的には窒素又はヘリウムのような非反応ガスである加圧搬送ガス１３０が、昇華又は蒸発された前駆体１４０を処理室１５０に搬送する。
【０００３】
ＣＤＶ法のためには、前駆体／搬送ガスの連続的な流れが、プロセスが完了するまで、処理室１５０に概ね提供される。ＡＬＤ法のためには、反応物質及び搬送ガスのパルスを提供するために、パルス弁１６０が短時間に亘って開放される。ＡＬＤを用いた蒸着速度はＣＤＶ法の蒸着速度よりも概ね低いが、ＡＬＤは改良された蒸着制御を提供可能であり、よって、一部の状況では好適であり得る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は従来技術の問題点を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の目的は、半導体処理用の原料を提供するための可変容積室と、可変容積室の圧力を表示するパラメータを検出し、且つ、パラメータを表示する出力を生成するための圧力検出器と、圧力検出器及び可変容積室と連絡する圧力コントローラとを含み、圧力コントローラは、圧力検出器の出力に基づいて、可変容積室に力を加える半導体処理システムによって達成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
多様な図面中の同等の参照記号は、同等の素子を指し示している。
【０００７】
図１のシステム１００のような前駆体配給システムは、一部の用途のために十分なプロセス制御を提供し得ない。具体的には、固体前駆体原料の昇華速度が、前駆体が処理室に提供される速度と異なるとき、前駆体の分圧は時間と共に変化する。ＡＬＤ法のために、分圧は複数パルスに亘って並びに単一パルス過程に亘って変化し得る。変化する前駆体の分圧は、異なる膜成長速度を招き、それは不均一な膜厚を引き起こし得る。界面及びバルク膜特性（例えば電気特性）も変化する前駆体分圧によって影響を受け得る。
【０００８】
例えば、図2は、固体前駆体源の３つの異なる構造のための第一パルスの開始に始まり第二パルスの終了で終わる時間に亘る前駆体濃度のプロットを示している。３つの異なる構造の各々は、上述の通り、異なる前駆体表面領域に対応する。３つの構造は、異なって構成された源を示し得るし、或いは、特定の源の時間経過に伴う進展を示し得る。そこでは、表面領域は、表面から不均一に昇華する原料として、及び／又は、共に融合する前駆体チップ若しくは粉末として変化する。
【０００９】
図２に示される実施例において、昇華速度は原料が前駆体室から除去される速度よりも低い。第一パルスの開始には、搬送ガス中の前駆体濃度は最大である。パルスが継続すると、前駆体濃度は減少する。その結果、反応に起因する層のための膜特性は、ウェーハに亘って異なる。例えば、結果として得られる層の厚さは、ウェーハの後縁（より低い前駆体濃度に晒される）よりも前縁（より高い前駆体濃度に晒される）で大きくなり得る。
【００１０】
第一パルスの終わりに、室からの前駆体原料の流れは停止され、前駆体濃度は回復し始める。図示されるように、前駆体濃度は、より大きな表面領域を有する前駆体源のためにより急速に回復する。
【００１１】
図2に示される例において、パルス間の時間は、前駆体室を初期濃度レベルに再充填するのに要する時間より少ない。第二パルスの開始時に、前駆体濃度は、３つの構造のそれぞれに関して異なり、それぞれ第一パルスの開始時に存在するよりも低い濃度に対応している。
【００１２】
ここに記載されるシステム及び技法は、前駆体濃度の予測可能性の向上をもたらし得る。例えば、実質的に一定の前駆体濃度をもたらすために現在のシステム及び技法を用い得る。図３は、一部の実施例に従った、改良された前駆体配給システム３００を示している。前駆体源３２０は、可変容積室３１０内にある。前駆体源３２０を前駆体ボート３２５内に保持可能であり、液体前駆体源、固定前駆体源、又は、それらの双方を保持するよう前駆体ボートを構成し得る。搬送ガスは要求されないが、システム３００は搬送ガス源３５０も含み得る。
【００１３】
可変容積室３１０は、本体部３１２と、Ａと等しい領域を備える円形として図３に示される可動ピストン３１４とを含む。可変容積室３１０内で特定圧力Ｐを維持するために、力Ｆ＝ＰＡがピストン３１４に加えられる（これは理想的な無摩擦ピストンのための概算であることに留意）。弁３１６，３１８が閉鎖され、原料が前駆体源３２０から昇華される間、可変容積室３１０内の前駆体原料の量は増大する。容積を一定に維持し、（図１のシステム１００のような不変容積システムで起こるように）圧力を増大させるよりもむしろ、力Ｆは一定に維持され、容積が変化する。力の所望レベルに維持するために、ドライバシステム３１５は、ピストン３１４に加えられる力を決定するために、圧力検出器を含み得る。もし加えられる力が所望の力と異なるならば、圧力コントローラが、圧力検出器の出力に基づいて、加えられる力を所望の力に変更し得る。
【００１４】
前駆体原料を処理室３６０に提供するために、弁３１８を開放し得る。もし昇華速度が、原料が処理室３６０に提供される速度よりも大きいならば、所望圧力を維持するために、可変容積室３１０の容積を増大し得る。もし昇華速度が、原料が処理室３６０に提供される速度よりも小さいならば、所望圧力を維持するために、可変容積室３１０の容積を減少し得る。
【００１５】
可変容積室３１０は、最大容積Ｖｍａｘと最小容積Ｖｍｉｎとを有し得る。もし可変容積室３１０内の前駆体原料の量が、所望圧力Ｐで可変容積室３１０の容積がＶｍａｘであるよう増大するならば、所望圧力を維持するために、如何なる追加的な昇華又は蒸発前駆体原料も他の貯蔵領域又は排気に放出し得る。代替的に、昇華速度を減少するために、前駆体源の温度を減少し得る。
【００１６】
より一般的には、昇華速度は、プロセス又はパルスの期間中に、可変容積室３１０内の前駆体原料の量が、可変容積室３１０内の容積がＶｍｉｎであるよう減少し得る程に十分に低くてもよい。その地点を超えると、可変容積室３１０内の圧力は所望値Ｐ未満に落ち、処理室３６０への前駆体配給速度は減少する。これが起こり得るプロセスのために、室３７０のような１つ又はそれ以上の追加的な可変容積前駆体室を設け得る。
【００１７】
多くの方法で複数の室を用い得る。昇華速度が、単一のプロセス又はパルスのために前駆体原料を提供するために複数の室が必要である程に十分に低い実施例では、弁３１８は開放され、前駆体原料は可変容積室３１０の容積がＶｍｉｎ（又は他の容積）に達するまで可変容積室３１０から処理室３６０に供給される。次に、弁３１８は閉鎖され、室３７０への弁３７２が開放される。追加的な室を用いて、或いは、室３１０と３７０との間で交代することによって、プロセスを継続し得る。
【００１８】
特定のプロセス又はパルスのための原料を提供するのに単一の室で十分であるが、パルス間の時間が後続パルスのための原料を提供するために十分に室を再充填するのに必要な時間よりも短いときにも、複数の室を用い得る。この状況において、処理室３６０への前駆体原料の第一パルスを室３１０によって提供し得るのに対し、処理室３６０への前駆体原料の第二パルスを室３７０によって提供し得る。よって、室３１０は第二パルスの期間中に「再充填」し、後続パルスのために処理室３６０に前駆体原料を提供するために用いられ得る。
【００１９】
図３は、可変容積前駆体室が可動ピストンを用いて実施される実施例を示している。他の実施例も可能である。例えば、図４は、１つ又はそれ以上の可変容積前駆体室のためにベローズ構造を内蔵するシステム４００を示している。
【００２０】
システム４００は、それぞれ外部空間４３５内に位置する３つのベローズ室４１０を含む。各ベローズ室は、液体及び／又は固体の前駆体原料を保持するよう構成されている。例えば、各ベローズ室４３５は、液体又は固体の前駆体原料を保持するよう構成し得る前駆体ボート４２５を含み得る。外部空間４３５内の圧力を監視するために、圧力センサ４３０を設け得る。
【００２１】
固体前駆体源を用いた例示的プロセスに関して、システム４００を用いたデバイス処理を次のように達成し得る。前駆体源を１つ又はそれ以上のベローズ室４１０内に充填し得る。次に、真空４０６（例えば、１つ又はそれ以上の真空ポンプを用いて排気される領域）にアクセスするために弁４０２，４０４を開放することによって、残留ガスをベローズ室４１０から排気し得る。
【００２２】
次に、前駆体源を目標温度まで加熱する。温度が上昇すると、前駆体原料は源から昇華し、ベローズ室内の圧力が増大する。これはベローズに対する外部圧力（例えば、外部空間４３５内の圧力）を増大する。外部空間４３５内の圧力が設定点圧力Ｐｓｅｔ（例えば、特定プロセスのための所望の前駆体圧力）を超えるや否や、制御弁４１２が開放し、圧力をＰｓｅｔに低減し得る。
【００２３】
パルス期間中、弁４０２は開放し、昇華された前駆体原料が処理室４６０に配給されるのを許容する。もしベローズ室４１０から外への前駆体原料の流速が、源の昇華速度よりも大きいならば、ベローズの圧力を減少し、ベローズを収縮する。その結果、外部空間４３５内の圧力は減少し始める。開部空間圧力をＰｓｅｔに維持するために、外部空間４３５をガス源に接続するよう制御弁４１４を開放する。
【００２４】
前駆体原料を純蒸気又は不活性搬送ガスとの混気のいずれかとして処理室３６０に供給し得る。前駆体原料を純蒸気として提供するために、弁４０２と処理室４６０との間の全ての介在弁を開放し得る。前駆体原料の流速がパルス期間中実質的に一定であるよう、ベローズ室４１０は実質的に一定の背圧を提供し得る。
【００２５】
代替的に、前駆体原料を弁４１８を介してベローズタンク４６５に先ず提供し得る。ベローズタンク４６５が所望圧力にされた後、弁４１８を閉じ得る。弁４２２を開放し、駆動ピストン４６７を用いてベローズタンク４６５を圧縮し得る。前駆体原料の出口圧力を監視し、駆動ピストン４６７がベローズタンク４６５を圧縮する速度を制御し得る。この実施例は、高濃度の短期間パルスのために特に利益をもたらし得る。
【００２６】
搬送ガスと混合された前駆体原料を処理室４６０に提供するために、搬送ガス源と連絡する質量流コントローラ４２６への弁４２４を開放し得る。コントローラ４２６は、搬送ガスの流速を必要に応じて制御し得る。パルス間にシステム４００の部分をパージするためにも搬送ガス源を用い得る。
【００２７】
一部の実施例では、前駆体温度が処理温度と異なり得るよう、ベローズ室４１０を処理室４６０から熱隔離し得る。しかしながら、システム４００内の前駆体蒸気の濃縮を防止するために、処理室４６０の温度はベローズ室４１０の温度よりも高く維持される必要があり得る。
【００２８】
熱隔離は、ベローズ室４１０の温度が第一所望温度に維持されるが、処理室の温度が温度差によって第一所望温度と異なる第二所望温度に維持されるよう、ベローズ室４１０と処理室４６０との間の十分な熱インピーダンス（熱流に対する抵抗）を提供することを含む。
【００２９】
ベローズ室４１０と処理室４６０との間に低い熱伝導率の原料を用いることによって熱インピーダンスを提供し得る。例えば、低い熱膨張率の原料から成る熱隔離領域４７５によってベローズ室４１０及び処理室４６０を分離し得る。加えて、ベローズ室４１０と処理室４６０との間の流体線の熱インピーダンスは、所望の温度差を得るのに十分であり得る。
【００３０】
一部の実施例では、前駆体原料は基板表面に吸収され、次に、前駆体原料と反応させるために、酸化剤が処理室４６０に提供される。酸化剤原料のための流体線は図４に示されていないが、提供し得る。可能な酸化体は、水蒸気、酸素、オゾン、過酸化水素、アルコキシド金属、又は、他の酸化剤を含む。同様に、一部の実施例では、窒化物金属を生成するために、前駆体原料は、アンモニアのような窒素含有分子と反応する。
【００３１】
多数の実施例を記載した。それにも拘わらず、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく多様な変更をなし得ることが理解されよう。例えば、異なる数の可変容量前駆体室を用い得る。ピストン及びベローズを内蔵する室を用いた実施例が示されたが、他の実施例も可能である。例えば、一部の実施例は、伝導性又は非伝導性の可撓膜を用いることが可能であり、そこでは、（例えば）外部圧力、電磁界、又は、他の制御機構を用いて室圧を制御可能である。従って、他の実施例は請求項の範囲内である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】従来技術に従った前駆体配給システムを示す概略図である。
【図２】図１に示されるシステムのようなシステムを用いた２つのＡＬＤパルスのための前駆体濃度を示すプロット図である。
【図３】前駆体配給システムの実施態様を示す概略図である。
【図４】前駆体配給システムの他の実施態様を示す概略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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2007506268.tif 000008
2007506268.tif 000009