(57)【要約】  薄膜の蒸着時間を短縮するための方法および装置が開示されている。装置は真空チャンバ（１４）内に配置される取り外し可能なシールド組立体（１２）を含む。シールド組立体（１２）は、ＡＬＤ工程中基板を収容する筐体を形成する。シールド組立体（１２）に結合されたガスラインが筐体内にガスを導入して、基板の表面上に薄膜を形成する。最終弁（１４）がガスラインに連結されシールド組立体（１２）に近接して配置され、シールド組立体（１２）に対して最終弁（１６）が配置されることによって、筐体内への迅速なガスの送達が可能になる。
2008542545.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバ内に配置され、ＡＬＤ工程中基板を収容する筐体を形成する取り外し可能なシールド組立体と、
前記シールド組立体に結合され、前記基板の表面上に薄膜を形成するために前記筐体内にガスを導入するように作動可能なガスラインと、
前記ガスラインに連結され、前記シールド組立体に近接して配置される最終弁と
を備え、
前記最終弁を前記シールド組立体に対して配置することによって、前記筐体内への前記ガスの迅速な送達が可能になる薄膜の蒸着時間を短縮する原子層蒸着（ＡＬＤ）装置。
【請求項２】
前記筐体が、前記基板の表面上にガス層流を形成するために、前記基板よりわずかに大きな容積を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記筐体の前記容積が前記基板よりおよそ３からおよそ５倍大きい、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記薄膜が酸化アルミニウムを有し、前記薄膜の蒸着のサイクル時間がおよそ０．３５秒からおよそ２．０秒の間である、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記薄膜が酸化アルミニウムを有し、前記薄膜の蒸着比がおよそ９０Å／分からおよそ１７０Å／分である、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記ガスを貯蔵するように作動可能であり、前記シールド組立体の反対側で前記ガスラインに結合するガスタンクと、
前記ガスタンクと前記最終弁の間に配置され、前記ガスラインと連結する予備弁と
をさらに備え、
前記最終弁が開放されるとき、前記ガスラインが十分に充たされて前記筐体内に十分な量の前記ガスが注入されるように、前記ＡＬＤ工程中前記予備弁が開放したままである、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
頂部面および底部面を含む頂部シールドと、
中に形成される開口および一定の厚みを含み、前記頂部シールドが前記開口を覆うように前記頂部シールドの前記底部面に結合される底部シールドと、
前記基板を保持するように作動可能であり、前記筐体が前記開口および前記底部シールドの前記厚みによって画定される容積を有して形成されるように、前記底部シールドと接触する基板保持器と
を備える請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記最終弁の開閉のタイミングを制御するために前記最終弁に連結するプログラム可能論理制御装置（ＰＬＣ）をさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
真空チャンバ内に配置され、基板の周囲に筐体を形成するシールド組立体内に基板を提供するステップと、
前記シールド組立体に近接して配置される最終弁を含み、前記シールド組立体に結合されるガスライン内にガスを導入するステップと、
前記筐体内に前記ガスを導入するために前記最終弁を開放し、前記シールド組立体に対して前記最終弁を配置することによって、前記筐体内への前記ガスの迅速な送達を可能にするステップと、
前記基板の表面に薄膜を形成するために、前記筐体内に前記ガスを注入するステップとを有する薄膜の蒸着時間を短縮する原子層蒸着（ＡＬＤ）方法。
【請求項１０】
前記筐体が前記基板の表面上にガス層流を形成するために、前記基板よりわずかに大きな容積を有する、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記薄膜が酸化アルミニウムを有し、前記薄膜の蒸着のサイクル時間がおよそ０．３５秒からおよそ２．０秒の間である、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記薄膜が酸化アルミニウムを有し、前記薄膜の蒸着比がおよそ９０Å／分からおよそ１７０Å／分である、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記ガスラインが、前記最終弁と前記ガスを収容するガスタンクの間に配置される予備弁をさらに備え、前記最終弁が開放されるとき、前記ガスラインが十分に充たされて前記筐体内に十分な量の前記ガスが注入されるように、前記ガスラインに前記ガスが導入される際前記予備弁が開放したままである、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
前記最終弁を開放するステップが、前記最終弁に連結されるプログラム可能論理制御装置（ＰＬＣ）によって前記開放するステップのタイミングを制御するステップを有する、請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
真空チャンバ内に配置され、ＡＬＤ工程中基板を収容する筐体を形成する取り外し可能なシールド組立体と、
前記シールド組立体に結合され、前記基板の表面上に薄膜を形成するためにガスタンクから前記筐体内にガスを導入するように作動可能なガスラインと、
前記ガスラインに連結され、前記シールド組立体に近接して配置され、最終弁を前記シールド組立体に対して配置することによって、前記筐体内への前記ガスの迅速な送達が可能になる最終弁と、
前記ガスタンクと前記最終弁の間に配置され、前記ガスラインに連結される予備弁と
を備える薄膜の蒸着時間を短縮する原子層蒸着（ＡＬＤ）装置。
【請求項１６】
前記筐体が前記基板の表面上にガス層流を形成するために、前記基板よりわずかに大きな容積を有する、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記薄膜が酸化アルミニウムを有し、前記薄膜の蒸着のサイクル時間がおよそ０．３５秒からおよそ２．０秒の間である、請求項１５に記載の装置。
【請求項１８】
前記薄膜が酸化アルミニウムを有し、前記薄膜の蒸着比がおよそ９０Å／分からおよそ１７０Å／分である、請求項１５に記載の装置。
【請求項１９】
前記最終弁が開放されるとき、前記ガスラインが十分に充たされて前記筐体内に十分な量の前記ガスが注入されるように、蒸着サイクル中前記予備弁が開放したままである、請求項１５に記載の装置。
【請求項２０】
前記シールド組立体が、
頂部面および底部面を含む頂部シールドと、
中に形成される開口および一定の厚みを含み、前記頂部シールドが前記開口を覆うように前記頂部シールドの前記底部面に結合される底部シールドと、
前記基板を保持するように作動可能であり、前記筐体が前記開口および前記底部シールドの前記厚みによって画定される容積を有して形成されるように、前記底部シールドと接触する基板保持器と
を備える、請求項１５に記載の装置。
【請求項２１】
前記最終弁の開閉のタイミングを制御するために前記最終弁に連結されるプログラム可能論理制御装置（ＰＬＣ）をさらに備える、請求項１５に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に膜蒸着に関し、より詳細には、薄膜の蒸着時間を短縮する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
連続的パルス化学蒸着（ＳＰ−ＣＶＤ）としても知られる原子層蒸着（ＡＬＤ）、原子層エピタキシ（ＡＬＥ）およびパルス核形成層（ＰＮＬ）蒸着は、高い等角性（ｃｏｎｆｏｒｍａｌｉｔｙ）を有する金属および誘電体の連続する薄い層を蒸着する技術として容認されてきた。ＡＬＤ工程において、基板は、２つ以上の反応物（ｒｅａｃｔａｎｔ）（例えば、前駆体および反応ガス）を交互に注入され（ｉｎｔｅｒｌｅａｖｅｄ）、これは不活性ガスパージングと交互に行われる。吸着および反応は本質的に制限があり、基板の表面のみで生じる。したがって、反応物がガス相の中に混ざらないため、ガス相反応が回避される。ＡＬＤ工程で反応物がウェハ面上に均一に吸着することにより、高濃度の核形成部位を実現し、微視的フィーチャ長さスケールおよび微視的的基板長さスケールの両方で高度に等角な層を生成する。これらの属性によって、数オングストロームから数ミクロメータの厚みを有し、空間的に一様で、等角で、高濃度の連続した薄膜が蒸着することになる。
【０００３】
ＡＬＤによって高品質の膜が実現可能であることから、等角の障壁、高ｋ誘電体、ゲート誘電体、トンネル誘電体および半導体デバイスのエッチング停止層の蒸着に対するＡＬＤへの関心が増大している。またＡＬＤ膜は熱安定性で非常に均一であるため、光学用途に対しても魅力的である。ＡＬＤの別の用途は、記録密度が５０Ｇｂ／ｉｎ２で上に非常に薄い等角のリードギャップ層が必要とされるヘッドなどの薄膜ヘッド用リードギャップ層としての酸化物（例えば、Ａ１２Ｏ３）蒸着である。
【０００４】
ＡＬＤ工程は物質の等角の薄膜の蒸着を担うが、過程は一般に、反応チャンバ内への反応物のパルスと各反応物パルス間でのチャンバのパージングのサイクルが反復されることにより、蒸着率の平均値は低い。サイクルが繰り返されることで多くの時間がかかり、従来の蒸着技術と比較してスループットが減少することになる。サイクル時間は主として、薄膜の蒸着に使用される反応チャンバの設計に左右される。例えば反応チャンバの設計は、表面飽和のために十分な量の反応物を送達するためのパルス時間、およびガス相反応を回避するために余剰の反応物および副産物を除去するためのパージ時間を決定することができる。
【発明の要約】
【０００５】
本開示によって、原子層蒸着（ＡＬＤ）［ａｔｏｍｉｃ  ｌａｙｅｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ］のサイクル時間の短縮に関する欠点および問題は、実質的に減少または排除されている。特定の実施形態において、最終弁を配置することによってシールド組立体によって形成される筐体（ｅｎｃｌｏｓｕｒｅ）中に迅速にガスを送達することが可能になるように、シールド組立体に近接して配置される最終弁を含む装置が開示されている。
【０００６】
本開示の一実施形態による薄膜の蒸着時間を短縮させるための原子層蒸着（ＡＬＤ）装置は、真空チャンバ内に配置される取り外し可能なシールド組立体を含む。シールド組立体は、ＡＬＤ工程において基板を収容する筐体を形成する。基板の表面上に薄膜を形成するために、シールド組立体に結合するガスラインによって筐体中にガスが導入される。最終弁はガスラインと連結されシールド組立体と近接して配置され、最終弁をシールド組立体に対して配置することによって、筐体中に迅速にガスを送達することが可能になる。
【０００７】
本開示の別の実施形態による薄膜の蒸着時間を短縮させるための原子層蒸着（ＡＬＤ）方法は、シールド組立体が基板の周囲に筐体を形成するように、真空チャンバ内に配置されるシールド組立体内に基板を提供することを含む。シールド組立体に結合されたガスラインにガスが導入される。ガスラインは、シールド組立体と近接して配置される最終弁を含み、最終弁をシールド組立体に対して配置することによって、筐体中に迅速にガスを送達することが可能になる。ガスを筐体中に導入するために最終弁が開放され、筐体中にガスが注入されて基板の表面上に薄膜が形成される。
【０００８】
本開示の別の実施形態による薄膜の蒸着時間を短縮させるための原子層蒸着（ＡＬＤ）装置は、真空チャンバ内に配置される取り外し可能なシールド組立体を含む。シールド組立体は、ＡＬＤ工程中基板を収容する筐体を形成する。シールド組立体に結合されたガスラインがガスタンクから筐体中へガスを導入し、基板の表面上に薄膜を形成する。ガスラインに連結された最終弁はシールド組立体に近接して配置され、ガスラインに連結する予備弁がガスタンクと最終弁の間に配置される。最終弁をシールド組立体に対して配置することによって、筐体中に迅速にガスを送達することが可能になる。
【０００９】
以下の記載を添付の同様の数字が同様の要素を示す図面と併せて参照することによって、本実施形態およびそれらの利点をより完全に十分理解することができる。
【００１０】
本開示の好ましい実施形態およびその利点は、図１から３を参照することによって最もよく理解され、図中で同様の対応する部品は同様の数字を使用して示されている。
【００１１】
本開示の概念の基本原理は、高度に等角の薄膜を形成するための原子層蒸着（ＡＬＤ）工程を包含する。ＡＬＤ工程において、筐体中に収容される基板の表面上で２つ以上の反応物（例えば前駆体または反応ガス）の連続的パルスが、ガス相内に反応物が混入することなく不活性ガスパージと交互に行われる。原子層成長により物質の薄膜が形成されるように、基板の表面上で前駆体または反応ガスが反応する。反応チャンバへの前駆体または反応物の導入は、ドーピングパルスと称される場合がある。各ドーピングパルスの間、反応チャンバは、基板上に不活性ガスを流すことによってパージされてよい（例えば、パージパルス）。ドーピングおよびパージパルスを完了するのに必要な時間は、筐体中に注入された前駆体または反応物の量に左右される。
【００１２】
本開示は、筐体中に導入される前駆体または反応物の量を増加させることにより、ＡＬＤ工程のサイクル時間（例えば、ドーピングパルスおよびパージパルスを完了する時間）を短縮するＡＬＤ装置を提供する。装置は、真空チャンバ内に配置されるシールド組立体を含んでよい。シールド組立体は、ＡＬＤ工程中基板を収容する筐体を形成する。ガスラインがシールド組立体に連結され、シールド組立体によって形成される筐体中に反応物およびパージガスが注入される。最終弁がガスラインに連結され、筐体中に反応物を迅速に供給するために、シールド組立体に近接して最終弁を配置してよい。筐体中への反応物の量を増加することによって、薄膜の蒸着のサイクル時間を短縮することができる。さらに、最終弁が開放される際確実にガスラインが完全に充たされるように、ＡＬＤ工程中ガスラインに連結する他の弁を開放したままにし、筐体中に十分な量の反応物を注入することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は、基板上への等角薄膜の蒸着時間を短縮させるための原子層蒸着（ＡＬＤ）システム１０を示す。ＡＬＤシステム１０は、真空チャンバ１４内に配置されるシールド組立体１２と、最終ガス弁１６ａおよび１６ｂ（全体として最終ガス弁１６と称する）と、隔離弁１８と、基板装填器２０と、高圧真空ポンプ入り口２２とを含む。シールド組立体２２は、ＡＬＤ工程を使用して薄膜を蒸着させるための基板を収容することができる筐体を真空チャンバ１４内に形成してよい。一実施形態において、シールド組立体１２の全体または一部を洗浄および／または交換することができるように、シールド組立体１２は真空チャンバ１４から取り外し可能であってよい。シールド組立体１２の全体または一部を取り外し交換することができることにより、予防メンテナンスを簡素化し改良することができ、ＡＬＤシステム１０のメンテナンス期間を延長することができる。
【００１４】
最終ガス弁１６がシールド組立体１２にごく近接して配置されるように、最終ガス弁１６はシールド組立体１２に接続されてよい。ＡＬＤ工程中、１つまたは両方の最終ガス弁１６を介して、１つまたは複数のガスタンク（特に示されていない）から筐体内にガス（例えば、反応物および／または筐体をパージするのに使用される不活性ガス）を導入することができる。一実施形態において、ガスタンクは、ドーピングパルス中に使用される前駆体または１つまたは複数の反応物を含んでよい。別の実施形態において、ガスタンクは、ドーピングパルス中キャリアガスとして使用されるおよび／またはパージパルス中筐体から残存する反応物を除去するための不活性ガスを含んでよい。
【００１５】
ＡＬＤ工程中、反応物および／または不活性ガスがシールド組立体１２によって形成される筐体中に流れるように、少なくとも１つの最終ガス弁１６が開放されてよい。より具体的にはドーピングパルス中、前駆体または反応物がシールド組立体１２内に流れ込むように、少なくとも１つの最終ガス弁１６が開放されてよい。薄膜を蒸着するために使用される前駆体および反応物の迅速な送達を可能にするために、最終ガス弁１６がシールド組立体１２にごく近接して配置されてよい。１つまたは両方の最終ガス弁１６が開放される際、ガスはより短い距離をシールド組立体１２内に進み、シールド組立体１２によって形成される筐体中に導入される際完全に充たされているため、ドーピングパルス時間を短縮することができ、これにより反応物の量を増加させるおよび／または部分的圧力を増加させることができる。
【００１６】
さらに、最終ガス弁１６をシールド組立体１２にごく近接して配置することにより、パージ時間を早めることができる。パージパルス中、少なくとも１つの最終ガス弁１６を開放しシールド組立体１２によって形成される筐体内に不活性ガスを導入して、未反応のいずれの前駆体または反応ガスも除去することができる。一実施形態において、ドーピングパルス中筐体内に反応物が導入される際、最終ガス弁１６ａを開放し、パージパルス中筐体内に不活性ガス導入される際、最終ガス弁１６ｂを開放するように、不活性ガスは、反応物には使用されないガスラインを介して導入されてよい。最終ガス弁１６とシールド組立体１２の距離が短いことによりパージガスの送達が迅速になり、先行するドーピングパルスからの最終ガス弁１６とシールド組立体の間のガスラインに残るいずれの前駆体または反応物も迅速にパージすることが可能になることから、パージ時間を短縮することができる。したがって２つの連続するドーピングパルス間の待ち時間も短縮することができる。
【００１７】
ＡＬＤ工程のサイクル時間を短縮する目的で、特に示されていないが、プログラム可能論理制御装置（ＰＬＣ）または任意の好適なリアルタイム制御装置がＡＬＤシステム１０に接続されるおよび／またはこのシステムと一体式であってよい。ＡＬＤ工程のタイミングが重要となる部分で切換制御を行う目的で、最終ガス弁１６の開閉を制御するのにＰＬＣを使用することができる。一実施形態において、より迅速なＡＬＤサイクル時間を可能にし、これにより基板の表面上に薄膜を形成する蒸着率をより高めるために、ＰＬＣはおよそ５０ミリセカンド（５０ｍｓ）未満の切換制御時間を実現することができる。
【００１８】
シールド組立体１２によって形成される筐体から未反応の前駆体および／または反応物、および不活性ガスを除去する目的で、最終ガス弁１６と反対側で隔離弁１８がシールド組立体１２に接続されてよい。隔離弁１８はさらに、ＡＬＤ工程中の自動工程圧力制御を促進するスロットル弁（特に示されていない）によって、機械ポンプ（特に示されていない）に結合されてよい。ドーピングパルス中、隔離弁１８が開放され、機械ポンプが筐体内の前駆体または反応物および任意のキャリアガスを汲み上げることができる。ドーピングパルスの完了後、ポンプ入り口２２に結合した高速ターボポンプ（特に示されていない）を使用することにより、真空チャンバ１４が急速に基本圧力に達することが可能になる。パージパルス中隔離弁１８が開放され、筐体内の不活性ガスを汲み上げることによって、機械ポンプが、残存するいかなる前駆体および／または反応物も筐体から除去することができる。ドーピングパルス中、機械ポンプのみを使用して前駆体または反応物およびキャリアガスを筐体から排出することにより、ターボポンプの作動期間および耐用年数を延長することができる。さらに、機械ポンプを使用することで直接排出システムが実現することによって、およそ５００ｍＴｏｒｒからおよそ１０Ｔｏｒｒの範囲の圧力でのＡＬＤ工程の効果的な制御が可能になる。
【００１９】
薄膜が蒸着され得る基板は、基板装填器２０によって中央ウェハ処理器（特に示されていない）から真空チャンバ１４（およびシールド組立体１２によって形成される筐体内）に装填することができる。一実施形態において、真空チャンバ１４内に配される基板は、Ｐ型またはｎ型シリコン基板であってよい。別の実施形態において、基板はガリウムヒ素、ＡｌＴｉＣセラミック材料、または１つまたは複数の物質層がその上に蒸着することができる基板として使用され得る他の任意の好適な材料から形成されてよい。ＡＬＤシステム１０によって蒸着する１つまたは複数の層は、等角障壁、高ｋ誘電体、ゲート誘電体、トンネル誘電体および半導体デバイスの障壁層を製造するのに使用される膜を形成することができる。ＡＬＤ膜はまた熱安定性でほぼ均一であるため、光学用途に関しても魅力的である。ＡＬＤに関する別の用途は、極めて薄い等角ギャップ層を要するおよそ５０Ｇｂ／ｉｎ２の記録密度のヘッドなどの薄膜ヘッドのギャップ層として、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）タイプリードヘッドの障壁層として、ハードバイアス層からＴＭＲまたは垂直通電（Ｃｕｒｒｅｎｔ−Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ−ｔｏ−Ｐｌａｎｅ）（ＣＰＰ）型リードヘッドに当接結合する隔離層として、または長手磁気記録（ＬＭＲ）および特に垂直磁気記録（ＰＭＲ）書込み磁極を腐食から保護するためのカプセル封入層としての酸化物の蒸着であってよい。さらにＡＬＤ薄膜は、微小電気機械（ＭＥＭ）構造体などの高いアスペクト比を有する構造体を形成するのに使用することができる。
【００２０】
図２は、頂部ハット４０と協働して、垂直チャンバ１４内に配置される筐体４４を形成するシールド組立体１２を示す。図示の実施形態において、シールド組立体１２は、頂部シールド３０と、底部シールド３２と、垂直シールド３４とフレーム上に一緒に結合され、この上に搭載され得る拡散プレート３６とを含む。シールド組立体１２の各部分（例えば、頂部シールド３０、底部シールと３２など）は、個々に取り外され、洗浄し交換することができるため、シールド組立体１２は、ＡＬＤシステム１０の予防メンテナンスを促進することができる。
【００２１】
頂部ハット４０は、上に薄膜が蒸着する基板を保持する基板シート４２を含んでよい。基板シート４２は、基板の厚みよりわずかに大きいまたはほぼこれと等しい深さを有してよい。一実施形態において、基板シート４２が頂部ハット４０と一体となるように、基板シート４２は頂部ハット４０内に形成される凹部であってよい。別の実施形態において、基板シート４２が頂部ハット４０から分離されるように、基板シート４２は頂部ハット４０に搭載されてよい。頂部ハット４０は、真空チャンバ１４内に配置されるチャック３８上に搭載されてよい。チャック３８は、真空チャンバ１４内の基板シート４２の位置、およびシールド組立体１２に対する頂部ハット４０の位置を制御するように機能することができる。一実施形態において、チャック３８は、温度を制御し、基板シート４２内に配置される基板に対して一定に背面にガスを流す加熱機構を含む。一定に背面にガスを流すことによる温度制御は、基板シート４２内に配置される基板じゅうを迅速に加熱し、温度の均一を確実にする。別の実施形態において、チャック３８はＲＦパワー応用機構を含み、これによりその場でのＲＦプラズマ処理が可能になる。
【００２２】
筐体４４は、頂部ハット４０に対するシールド組立体１２の位置によって画定することができる。一実施形態において、筐体４４は、頂部ハット４０が底部シールド３２と接触する際に形成されるため、筐体４４の容積は、基板シート４２および底部シールド３２の厚みによって画定することができる。頂部ハット４０がシールド組立体１２の底部シールド３２に接触する際、筐体４４の容積は、基板の容積よりおよそ３からおよそ５倍大きくてよい。基板上の薄膜の蒸着は、縁部も含め基板表面全体で生じ得るが、筐体４４のみに限定され得る。筐体４４の容積を最小限にすることによって、基板の全表面上に最小量の前駆体を最小限の回数で効果的に分布することができる。さらに、筐体４４から余剰の反応物およびいずれの反応副産物も迅速に除去し、筐体４４内で望ましくない反応が起こる可能性を減少させることができる。
【００２３】
別の実施形態において、チャンク３８が装填位置にある場合（例えば、チャンク３８が真空チャンバ１４内のその最下位置にある）、筐体４４は真空チャンバ１４の容積とほぼ等しい容積を有することができる。他の実施形態において、筐体４４の容積は、底部シールド３２と頂部ハット４０の間の距離に左右されてよく、容積は、頂部ハット４０がシールド組立体１２の底部シールド３２とごく近接するときのおよそ５０ミリリットル（５０ｍｌ）からチャック３８が基板装填位置にあるときのおよそ２０リットル（２０ｌ）まで変動する。
【００２４】
ガスライン３７ａおよび３７ｂ（全体としてガスライン３７と称する）は、図１に示すようにそれぞれ最終ガス弁１６ａおよび１６ｂに接続されてよい。ドーピングまたはパージパルスのいずれかの間、１つまたは複数の最終ガス弁１６が開放され、ガスがガスタンク（特に示されていない）から１つまたは両方のガスライン３７を通って流れることができる。次いでガスは、ガスライン３７に接続されたディフューザプレート３６を通って流れ、ガスは、ディフューザプレート３６と頂部シールド３０の間に配置されるガス導入器（特に示されていない）内へと流れ込む。一実施形態において、ガスライン３７はステンレス鋼で形成され、およそ１／４インチの直径を有してよい。図示の実施形態は特定の数のガスラインを示すが、ＡＬＤシステム１０は任意の数のガスラインおよび任意の数のガスタンクを含んでよい。例えば、単一のガスラインが複数のガスタンクに接続されてよく、ガスラインを流れるガスは１つまたは複数の弁によって制御される。別の実施形態において、各ガスタンクにつき別個のガスラインが形成されてよい。
【００２５】
ドーピングパルス中に不活性ガスと結合し、パージパルス中に不活性ガスと結合する２つ以上の前駆体または反応物をガスライン３７を通って筐体４４内に交互に流すことによって、基板シート４２上に配置される基板上に薄膜を形成することができる。例えば、前駆体または反応物はガスライン３７を介して筐体４４内に導入することができ、薄膜を形成するために、前駆体または反応物の単一層は基板の表面上に物理吸着または化学吸着されてよい。残存するいずれの前駆体も除去するために、ガスライン３７を介して筐体４４中に不活性ガスを流すことによって筐体４４をパージすることができる。パージ後、第２前駆体または反応物がガスライン３７を介して筐体４４内に導入され、第１前駆体または反応物の吸着した単一層と化合し、所望の薄膜の一部または原子層を形成することができる。さらに筐体４４をパージして残存するいずれの反応物も除去することができる。所望の厚さの薄膜が基板上に形成されるまで、ドーピングおよびパージパルスを繰り返してよい。
【００２６】
示されるように、反応物および／または不活性ガスは、頂部シールド３０の一端から筐体４４内に注入され、垂直シールド３４を介して他端から排出されてよい。垂直シールド３４は、（図１に示されるように）隔離弁１８、および筐体４４から反応物および／または不活性ガスを除去するのを助ける機械ポンプ（特に示されていない）に結合されてよい。
【００２７】
ＡＬＤシステム１０はまた、ガスライン３７に連結する１つまたは複数の予備弁（特に示されていない）を含んでよい。予備弁がガスライン３７に結合するガスタンクと、最終ガス弁１６の間に配置されるように、予備弁は、ガスライン３７に沿ったいずれかの位置で配置されてよい。一実施形態において、ガスライン３７の完全な充填を確実にするために、予備弁はＡＬＤ工程中開放したままでよく、これにより最終ガス弁１６が開放されると、十分な量の前駆体および／または反応物を筐体４４内に注入することができる。各ドーピングパルスの開始前にガスライン３７の完全な充填を確実にすることによって、十分に高い反応部分圧力を提供することによって、より迅速な反応ドーピングパルス時間を実現することができる。さらに各ドーピングパルスおよびパージパルス中に弁が開閉される場合、その都度予備弁を作動する必要はないため、作動コストが削減され、ＡＬＤシステム１０の予防メンテナンス期間が延長される。各ガスライン３７が、１つまたは複数の予備弁を含み、各予備弁がガスタンクと最終ガス弁１６の間に配置されるように、ガスライン３７に連結する予備弁の数を変えることができる。
【００２８】
一実施形態において、ＡＬＤサイクル時間がおよそ２秒を超えないＡＬＤシステム１０を使用して酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）の層を蒸着することができる。迅速なサイクルのＡＬＤ工程を使用して蒸着した薄膜は、優れた膜厚均一性を有し、直径がおよそ１００ｍｍから３００ｍｍの基板に関して、基板内均一値はおよそ１．２％３σより少なく、基板間反復値はおよそ０．２％３σより少ない。１から２秒のサイクル時間に関して、蒸着比はおよそ９０Å／分であってよい。特定の実施形態において、ＡＬＤサイクル時間がおよそ０．５秒で蒸着率がおよそ１２０Å／分のＡｌ２Ｏ３の層を蒸着することができる。サイクル時間がおよそ０．５秒のＡＬＤシステム１０で製造されたＡｌ２Ｏ３薄膜は、およそ１．０％３σを超えない基板均一値、およびおよそ１．０％３σを超えない基板間反復値を有してよい。別の特定の実施形態において、およそ０．３５秒のＡＬＤサイクル時間およびおよそ１７０Å／分の蒸着率を有するＡｌ２Ｏ３層を蒸着することができる。およそ０．３５秒のサイクル時間で製造されたＡｌ２Ｏ３薄膜は、およそ４．５％３σの基板内均一値、およびおよそ３．０％３σを超えない基板間反復値を有してよい。
【００２９】
図３は、ＡＬＤ工程中のＡＬＤシステム１０の筐体４４内に配置される基板上のフローパターンを示す。具体的には、筐体４４内に配置される基板５０の上を流れるガスのフローパターンは、市場で入手可能なコンピュータによるフローダイナミックソフトウェア（例えば、アラバマ州のＣＦＤＲＣ  ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｈｕｎｔｓｖｉｌｌｅによって開発され販売されるソフトウェア）によって計算されるように、およそ５００ｓｃｃｍを超えない流れ率で示されている。ガスは、ガスライン３７に接続するガス導入器（特に示されていない）内および筐体４４内に導入されてよい。この流れ率で、ガスは基板５０上にほぼ均一に流れ、垂直シールド３４を介して排出される。示されるように、ガス流は、基板５０の全表面上で乱流のない層流（ｌａｍｉｎａｒ）である。ガス層流は、筐体４４を形成するシールド組立体１２の形状によって形成することができる。シールド組立体１２の特性により、最小量の反応物が筐体４４内に流れ込むことが可能になり、この反応物が最小限の時間で基板表面上に効率的に分散し、いずれの余剰反応物および反応副産物も迅速に除去することができる。
【００３０】
上記の実施形態によって示される本開示を詳細に記載してきたが、当業者には多くの変形が明らかであろう。例えば、ガスラインを通って流れる流体を制御する任意のタイプおよび／または数の弁を使用することができる。筐体を形成するシールド組立体にごく近接して最終弁を配置することで、最終弁が開放されたときのガスの迅速な送達、および連続する反応物ドーピングパルス間の待ち時間の短縮が可能になるように、これらの弁をガスラインに沿った任意の位置に配置することができる。さらにシールド組立体は、基板を収容する筐体を形成する任意の形状を有してよい。例えば、基板を収容する筐体を形成するために種々の構成要素が協働する限り、頂部シールドは正方形または円形であってよく、底部シールドは矩形であってよく、頂部ハットは矩形であってよい。添付の特許請求の範囲によって示される開示の精神および範囲から逸脱することなく、本明細書に種々の変更、代用および代替を形成することができることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本開示の教示による基板上に薄膜を形成するための原子層蒸着（ＡＬＤ）システムの概略図である。
【図２】本開示の教示による図１のＡＬＤシステムの真空チャンバ内に配置されたシールド組立体の概略図である。
【図３】本開示の教示による図２のシールド組立体内に収容された基板上のフローパターンを示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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