(57)【要約】  固相先駆体（３５０）の曝露された表面領域を増大させることによって、成膜速度を増大させるための、高コンダクタンスの蒸気分配システム（４０，１４０）と結合する、高コンダクタンスの、マルチトレイの固相先駆体気化システム（５０，１５０，３００，３００’）について説明する。多重トレイの固相先駆体気化システム（５０，１５０，３００，３００’）は、１つ以上の上部トレイ（３４０）を有する底部トレイ（３３０）を有する。各トレイ（３３０，３４０）は、膜の先駆体（３５０）を、固体の粉末状又は固体の錠剤状に支持及び維持するように備えられている。それに加えて、各トレイ（３３０，３４０）は、膜の先駆体（３５０）にわたって高コンダクタンスのガス流を供する一方で、膜の先駆体（３５０）は加熱される。たとえばキャリアガスは、膜の先駆体（３５０）上の内側を流れ、積層可能なトレイ（３４０）内部のフローチャネル（３１８）を垂直上方に流れ、かつ固相先駆体気化システム（５０，１５０，３００，３００’）内の排気口（３２２）を流れる。
2008522033.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄膜成膜システムと結合するように備えられている膜用先駆体気化システムであって：
ヒーターと結合することで加熱されて温度上昇する、外壁及び底部を有する格納容器；
前記格納容器と密閉可能な状態で結合するように備えられ、前記薄膜成膜システムと密閉可能な状態で結合するように備えられた排気口を有する蓋；
前記の格納容器底部に存在するように備えられ、前記底部トレイ及び底部支持端部上に前記膜用先駆体を保持するように備えられた底部外壁を有する底部トレイ；及び
前記底部支持端部上で支持される第１上部トレイを有する１つ以上の上部トレイであって、当該１つ以上の上部トレイは１つ以上の任意で追加される上部トレイをさらに有し、前記１つ以上の任意で追加される上部トレイは当該１つ以上の上部トレイのうちの直前に追加されたトレイ上又は前記第１上部トレイ上に位置するように備えられる、１つ以上の上部トレイ；
を有するトレイ積層体であって、
前記１つ以上の上部トレイの各々は、前記任意で追加される上部層のうちの１つを支持する上部支持端部を有する上部外壁、及び、前記上部外壁よりも低い内壁を有し、
前記上部外壁及び前記上部内壁は、それらの間に存在する前記膜用先駆体を保持するように備えられ、
前記内壁は中心部に存在するフローチャネルを前記格納容器内に画定する、
トレイ積層体；
キャリアガスを供給するキャリアガス供給システムと結合するように備えられていて、前記トレイ積層体の前記底部外壁及び上部外壁と前記格納容器の前記外壁との間に存在する環状空間；及び
前記環状空間と結合し、前記トレイ積層体の前記底部外壁及び前記上部外壁中に設けられている１個以上の開口部であって、前記環状空間から前記膜用先駆体の上を通って、前記中心部に存在するフローチャネルへキャリアガスを流し、かつ前記蓋中に設けられている前記排気口を通って膜用先駆体蒸気と共に前記キャリアガスを排出するように備えられている、１個以上の開口部；
を有する膜用先駆体気化システム。
【請求項２】
前記膜用先駆体が金属先駆体である、請求項１に記載の膜用先駆体気化システム。
【請求項３】
前記膜用先駆体が固相先駆体である、請求項１に記載の膜用先駆体気化システム。
【請求項４】
前記固相先駆体が固体粉末の形態を有する、請求項３に記載の膜用先駆体気化システム。
【請求項５】
前記固相先駆体が固体錠剤の形態を有する、請求項３に記載の膜用先駆体気化システム。
【請求項６】
前記膜用先駆体が金属カルボニルを有する、請求項１に記載の膜用先駆体気化システム。
【請求項７】
前記金属カルボニルが、Ｗ（ＣＯ）６、Ｍｏ（ＣＯ）６、Ｃｏ２（ＣＯ）６、Ｒｈ４（ＣＯ）１２、Ｒｅ２（ＣＯ）１０、Ｃｒ（ＣＯ）６、Ｒｕ３（ＣＯ）１２、又はＯｓ３（ＣＯ）１２を有する、請求項６に記載の膜用先駆体気化システム。
【請求項８】
前記１つ以上の上部トレイが、多部品からなる多重トレイ積層体を形成するために前記底部トレイに積層するための分離可能で積層可能なトレイである、請求項１に記載の膜用先駆体気化システム。
【請求項９】
前記のトレイ積層体用に前記底部トレイに積層する工程は、前記底部トレイと前記１つ以上の上部トレイとが一体化する、単一かつ１つとなった多重トレイ構造である、請求項８に記載の膜用先駆体気化システム。
【請求項１０】
前記格納容器が、前記底部トレイの前記底部外壁及び前記１つ以上の上部トレイの前記上部外壁を、前記格納容器の前記外壁から離すように備えられている１つ以上のスペーサをさらに有する、請求項１に記載の膜用先駆体気化システム。
【請求項１１】
前記格納容器が円柱形状を有する、請求項１に記載の膜用先駆体気化システム。
【請求項１２】
前記格納容器の前記外壁の内径が約１０ｃｍから約１００ｃｍの範囲である、請求項１１に記載の膜用先駆体気化システム。
【請求項１３】
前記格納容器の前記外壁の内径が約２０ｃｍから約４０ｃｍの範囲である、請求項１１に記載の膜用先駆体気化システム。
【請求項１４】
前記底部トレイ及び前記上部トレイの各々が円筒形状である、請求項１１に記載の膜用先駆体気化システム。
【請求項１５】
前記底部外壁の直径及び前記上部外壁の各々の直径が、前記格納容器の前記外壁の前記内径の約７５％から約９９％の範囲である、請求項１４に記載の膜用先駆体気化システム。
【請求項１６】
前記底部外壁の直径及び前記上部外壁の各々の直径が、前記格納容器の前記外壁の前記内径の約８５％から約９９％の範囲である、請求項１４に記載の膜用先駆体気化システム。
【請求項１７】
前記１つ以上の上部トレイの前記内壁の内径が約１ｃｍから約３０ｃｍの範囲である、請求項１４に記載の膜用先駆体気化システム。
【請求項１８】
前記１つ以上の上部トレイの前記内壁の内径が約５ｃｍから約２０ｃｍの範囲である、請求項１４に記載の膜用先駆体気化システム。
【請求項１９】
前記１つ以上の上部トレイが１個から２０個の上部トレイを有する、請求項１に記載の膜用先駆体気化システム。
【請求項２０】
前記１つ以上の上部トレイが５個の上部トレイを有する、請求項１に記載の膜用先駆体気化システム。
【請求項２１】
前記１つ以上の開口部が１つ以上のスロットを有する、請求項１に記載の膜用先駆体気化システム。
【請求項２２】
前記１つ以上の開口部が１つ以上のオリフィスを有する、請求項１に記載の膜用先駆体気化システム。
【請求項２３】
前記１つ以上のオリフィスの各々の直径が約０．４ｍｍから約１ｍｍの範囲である、請求項２２に記載の膜用先駆体気化システム。
【請求項２４】
前記１つ以上のオリフィスの各々の直径が約１ｍｍである、請求項２２に記載の膜用先駆体気化システム。
【請求項２５】
前記１つ以上のオリフィスの数が２個から１０００個の範囲である、請求項２２に記載の膜用先駆体気化システム。
【請求項２６】
前記１つ以上のオリフィスの数が５０個から１００個の範囲である、請求項２２に記載の膜用先駆体気化システム。
【請求項２７】
前記上部トレイの各々が直径１ｍｍのオリフィスを７２個有する、請求項２２に記載の膜用先駆体気化システム。
【請求項２８】
前記底部外壁及び前記上部外壁の各々の高さが約５ｍｍから約５０ｍｍの範囲である、請求項１に記載の膜用先駆体気化システム。
【請求項２９】
前記底部外壁及び前記上部外壁の各々の高さが約３０ｍｍである、請求項１に記載の膜用先駆体気化システム。
【請求項３０】
前記１つ以上の上部トレイ及び前記底部トレイの各々での前記膜用先駆体の量を示す水平位置が前記開口部の位置よりも下にある、請求項１に記載の膜用先駆体気化システム。
【請求項３１】
前記１つ以上の上部トレイ及び前記底部トレイの各々での前記膜用先駆体の量を示す水平位置が前記内壁の高さよりも下にある、請求項１に記載の膜用先駆体気化システム。
【請求項３２】
前記蓋から前記格納容器の前記外壁を通って前記格納容器の前記底部まで延在し、かつ前記環状空間と結合するガスチャネルをさらに有する、請求項１に記載の膜用先駆体気化システム。
【請求項３３】
前記蓋を介して前記格納容器の前記外壁内の前記ガスチャネルと密閉可能な状態で結合するキャリアガス供給システムをさらに有する、請求項３２に記載の膜用先駆体気化システム。
【請求項３４】
少なくとも１つの抵抗加熱素子を有する前記格納容器と結合するヒーターをさらに有する、請求項１に記載の膜用先駆体気化システム。
【請求項３５】
前記格納容器が４０℃以上に温度に加熱されるように備えられている、請求項１に記載の膜用先駆体気化システム。
【請求項３６】
前記底部トレイ又は前記１つ以上の上部トレイが置換可能である、請求項１に記載の膜用先駆体気化システム。
【請求項３７】
基板上に薄膜を形成する薄膜成膜システムであって：
プロセスチャンバ；及び
前記排気口が前記蒸気分配システムと結合する、請求項１に記載の膜用先駆体気化システム；
を有する成膜システム。
【請求項３８】
基板上に薄膜を形成する薄膜成膜システムであって：
前記基板を支持し、かつ加熱するように備えられている基板ホルダ、前記基板上に膜用先駆体を導入するように備えられている蒸気分配システム、及び排気用に備えられている排気システムを有するプロセスチャンバ；
膜用先駆体を気化し、かつ前記膜用先駆体の蒸気をキャリアガス中へ移送するように備えられている膜用先駆体気化システムであって：
ヒーターと結合することで加熱されて温度上昇する、外壁及び底部を有する格納容器；
排気口を有する、前記格納容器と密閉可能な状態で結合するように備えられている蓋；
前記格納容器の前記底部上に設けられ、かつ膜用先駆体を支持するように備えられている底部トレイであって、前記膜用先駆体を上で保持するように備えられている底部外壁を有し、該底部外壁は、前記格納容器の中心へ向かってキャリアガスが前記膜用先駆体上を流れ、かつ前記キャリアガスは膜用先駆体蒸気と共に前記蓋中の前記排出口を介して排出されるように備えられている１つ以上の開口部を有する、底部トレイ；
前記膜用先駆体を支持するように備えられた１つ以上の積層可能な上部トレイであって、当該１つ以上の積層可能な上部トレイはその直前に積層された上部トレイの上又は前記底部トレイに積層されるように備えられ、当該１つ以上の積層可能な上部トレイのそれぞれは上部外壁及び内壁を有し、前記上部外壁と前記内壁はそれらの間に存在する前記膜用先駆体を保持するように備えられ、前記上部外壁は１つ以上の上部トレイ開口部を有し、該１つ以上の上部トレイ開口部は前記キャリアガスが前記膜用先駆体上を通って前記格納容器の中心へ向かって流れかつ前記蓋中に設けられている前記排気口を通って膜用先駆体蒸気と共に前記キャリアガスを排出するように備えられている、１つ以上の積層可能な上部トレイ；
を有し、
前記底部トレイと前記１つ以上の積層可能な上部トレイとが共同してトレイ積層体を画定し、環状空間は前記底部トレイの前記底部外壁及び前記１つ以上の積層可能な上部トレイの前記上部外壁と前記格納容器の前記外壁との間で画定される、
膜用先駆体気化システム；
前記トレイ積層体へ前記キャリアガスを供する前記環状空間と結合するキャリアガス供給システム；及び
前記膜用先駆体気化システムの前記排気口と密閉可能な状態で結合する第１端部、及び、前記プロセスチャンバの前記蒸気分配システムの吸気口と密閉可能な状態で結合する第２端部を有する蒸気供給システム；
を有する成膜システム。
【請求項３９】
前記膜用先駆体が金属先駆体である、請求項３８に記載の成膜システム。
【請求項４０】
前記膜用先駆体が固相先駆体である、請求項３８に記載の成膜システム。
【請求項４１】
前記膜用先駆体が金属カルボニルを有する、請求項３８に記載の成膜システム。
【請求項４２】
前記金属カルボニルが、Ｗ（ＣＯ）６、Ｍｏ（ＣＯ）６、Ｃｏ２（ＣＯ）６、Ｒｈ４（ＣＯ）１２、Ｒｅ２（ＣＯ）１０、Ｃｒ（ＣＯ）６、Ｒｕ３（ＣＯ）１２、又はＯｓ３（ＣＯ）１２を有する、請求項４１に記載の成膜システム。
【請求項４３】
前記キャリアガスが不活性ガスを有する、請求項３８に記載の成膜システム。
【請求項４４】
前記不活性ガスが希ガスを有する、請求項４３に記載の成膜システム。
【請求項４５】
前記キャリアガスが一酸化物ガスを有する、請求項３８に記載の成膜システム。
【請求項４６】
前記一酸化物ガスが一酸化炭素（ＣＯ）を有する、請求項４５に記載の成膜システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜成膜用システムに関し、特に、膜用先駆体を気化させ、かつその蒸気を成膜チャンバへ供給するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路を製造するための多層メタライゼーションに金属である銅（Ｃｕ）を導入するには、Ｃｕ層の接合及び成膜を促進するため、並びにＣｕが誘電材料に拡散するのを防止するために拡散バリヤ／下地層を使用することが必要となると考えられる。誘電材料上に成膜されるバリヤ／下地層は、たとえばタングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）及びタンタル（Ｔａ）のような反射材料を含んで良い。そのような材料は非反応的で、Ｃｕとは混和せず、低い電気抵抗を与えることができる。Ｃｕメタライゼーション及び誘電材料を集積する現在の集積方法は、約４００℃から約５００℃又はそれ以下の温度において、バリヤ／下地層の成膜プロセスを必要とすると考えられる。
【０００３】
たとえば、１３０ｎｍ以下のテクノロジーノードについてのＣｕ集積方法は、低誘電率（ｌｏｗ−ｋ）層間誘電体、それに続いて物理的気相成膜（ＰＶＤ）によるＴａ層又はＴａＮ／Ｔａ層、それに続いてＰＶＤによるＣｕシード層、及び電気化学堆積法（ＥＣＤ）によるＣｕ充填物を利用して良い。一般的にＴａ層は、その接合特性（つまりｌｏｗ−ｋ膜に接合する能力）で選択され、かつＴａ／ＴａＮ層は一般的に、そのバリヤ特性（つまりｌｏｗ−ｋ膜へのＣｕの拡散を防止する能力）で選択される。
【０００４】
上述のように、Ｃｕ拡散バリヤとしての薄い遷移金属層の研究及び実現に多大な努力がなされてきた。これらの研究には、クロム、タンタル、モリブデン及びタングステンに関する研究が含まれる。これらの材料の各々は、Ｃｕとの混和性が低いことを示す。最近になってたとえばルテニウム（Ｒｕ）及びロジウム（Ｒｈ）が、有力なバリヤ層と見なされるようになってきた。その理由は、他の材料が従来の反射材料と同様に反射性金属として振る舞うことが期待されているからである。しかし、Ｒｕ又はＲｈを用いる場合、Ｔａ／ＴａＮのように２層用いるのとは反対に、１層のみでバリヤ層として利用することが可能である。この知見は、これらの材料の接合特性及びバリヤ特性に起因する。たとえば１層のＲｕ層は、Ｔａ／ＴａＮバリヤ層に取って代わることができる。しかも、現時点での研究によると、１層のＲｕ層はさらに、Ｃｕシード層をも置き換えることが可能で、かつバルクのＣｕ充填物は、Ｒｕ成膜後に直接行うことが可能であることが分かっている。この観察結果は、Ｃｕ層とＲｕ層との間の良好な接合に起因する。
【特許文献１】米国特許第１０／９９８３９４号明細書
【特許文献２】米国特許第１０／９９８３９３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来Ｒｕ層は、熱化学気相成膜（ＴＣＶＤ）プロセス中において、たとえばルテニウムカルボニル先駆体のようなルテニウム含有先駆体を熱的に分解することにより形成可能であった。ルテニウムカルボニル先駆体（たとえばＲｕ３（ＣＯ）１２）の熱分解によって成膜されるＲｕ層の材料特性は、基板温度が約４００℃未満のときに劣化する恐れがある。その結果、反応副生成物が熱的に成膜されたＲｕ層に取り込まれる量が増大することに起因して、低成膜温度でのＲｕ層の（電気）抵抗が増大し、かつ表面モフォロジーが低下する。上記２つの効果は、約４００℃未満の基板温度では、ルテニウムカルボニル先駆体の熱分解からの一酸化炭素（ＣＯ）の脱離速度が減少することに起因すると説明できる。
【０００６】
それに加えて、たとえばルテニウムカルボニルのような金属カルボニルを用いることで、その低蒸気圧に起因した成膜レートの低下及びそれに関連するそれらの物質の輸送に係る問題が生じる恐れがある。総合的に、発明者らは、現時点での成膜システムがそのような低レートに悩まされている結果、そのような金属膜の成膜が実用的でなくなっていることに気づいた。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、多重トレイの膜用先駆体気化システム、及び該多重トレイの膜用先駆体気化システムから供給される膜用先駆体蒸気から薄膜を成膜するシステムを供する。膜用先駆体は固相膜用先駆体であって良い。本発明は、高いレートで、固相膜用先駆体から金属膜を成膜するシステムをさらに供する。この目的のため、薄膜成膜システムと結合するように備えられている膜用先駆体気化システムが供される。その膜用先駆体気化システムは、外壁及び底部を有する格納容器を有し、その格納容器はヒーターによって温度上昇するように加熱されるように備えられている。蓋は、格納容器と密閉可能な状態で結合するように備えられている。その蓋は、薄膜成膜システムと密閉可能な状態で結合するように備えられた排気口を有する。トレイの積層体は格納容器内に設けられ、底部トレイ及び１つ以上の上部トレイを有する。底部トレイは格納容器の底部に存在し、膜用先駆体をその底部トレイ上に保持するように備えられている底部外壁、及び底部支持体端部を有する。上部トレイは、底部支持体端部上で支持されている第１上部トレイ、及び、任意の追加された上部トレイを有する。その追加された上部トレイは、第１上部トレイ上又は前記追加された上部トレイの前に追加されたトレイ上に設けられる。各上部トレイは、外壁及びその外壁よりも低い内壁を有することで、その内壁と外壁との間に存在する膜用先駆体を保持する。環状空間が、底部トレイの底部外壁及び上部トレイの上部外壁と格納容器の外壁との間に形成される。底部外壁の開口部及び上部外壁の開口部が環状空間と結合している。そのように結合していることで、キャリアガスが、環状空間から膜用先駆体上を通り、中心部のフローチャネルへ向かって流れることが可能となり、かつ膜用先駆体蒸気と共に蓋中の排気口を通って排出されることが可能となる。一の実施例では、上部トレイは分離可能で、かつ底部トレイ上に積層して良い。別な実施例では、底部トレイ及び上部トレイは、一体化された単一部分として形成される。
【０００８】
本発明は、基板上に薄膜を形成する成膜システムをさらに供する。成膜システムは、基板を支持し、かつ加熱するように備えられている基板ホルダを有するプロセスチャンバ、基板上に膜用先駆体を導入するように備えられている蒸気分配システム、及びプロセスチャンバを排気するように備えられている排気システムを有する。膜用先駆体を気化させるように備えられている本発明の膜用先駆体気化システムは、蒸気供給システムによって蒸気分配システムと結合する。その蒸気供給システムは、膜用先駆体気化システムと結合する第１終端部、及び、プロセスチャンバの蒸気分配システム吸気口と結合する第２終端部を有する。一の実施例では、キャリアガス供給システムは格納容器内の環状空間と結合することでキャリアガスをトレイ積層体へ供する。続いてキャリアガスは膜用先駆体蒸気と共に排気口を通って排出され、蒸気供給システムを介してプロセスチャンバへ供給される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以降の説明では、本発明の完全な理解を助けるため、かつ限定ではなく例示目的で、たとえば成膜システムの特定の幾何学形状及び様々な部品の説明のような具体的な詳細について説明する。しかし本発明は、これらの具体的な詳細から逸脱した他の実施例でも実施可能であることに留意すべきである。
【００１０】
ここで図を参照する。すべての図を通して、同様の参照番号は、同一又は対応する部分を示している。図１は、基板上にルテニウム（Ｒｕ）又はレニウム（Ｒｅ）金属膜のような薄膜を成膜する、本発明に従った成膜システム１を図示している。成膜システム１は、基板２５を支持するために備えられた基板ホルダ２０を有するプロセスチャンバ１０を有する。金属層は基板２５上に成膜される。プロセスチャンバ１０は、膜用先駆体気化システム５０と、気相先駆体供給システム４０を介して結合する。
【００１１】
プロセスチャンバ１０はさらに、ダクト３６を介して真空排気システム３８と結合する。排気システム３８は、プロセスチャンバ１０、気相先駆体供給システム４０及び膜用先駆体気化システム５０を、基板２５上での薄膜の成膜、及び膜用先駆体気化システム５０中の膜用先駆体（図示されていない）の気化に適する圧力にまで排気するように備えられている。
【００１２】
さらに図１を参照すると、膜用先駆体気化システム５０は、膜用先駆体を貯蔵し、その膜用先駆体を、その先駆体が気化するのに十分な温度になるまで加熱し、かつ膜用先駆体蒸気を気相先駆体供給システム４０へ導入するように備えられている。以降で図３−図６を参照しながら、より詳細に論じるように、膜用先駆体はたとえば、固相の膜用先駆体を有して良い。それに加えてたとえば、膜用先駆体は固相膜用先駆体を有して良い。それに加えてたとえば、膜用先駆体は金属カルボニルを有して良い。たとえば、金属カルボニルは、ルテニウムカルボニルＲｕ３（ＣＯ）１２又はレニウムカルボニルＲｅ２（ＣＯ）１０を有して良い。それに加えてたとえば、金属カルボニルは、Ｗ（ＣＯ）６、Ｍｏ（ＣＯ）６、Ｃｏ２（ＣＯ）６、Ｒｈ４（ＣＯ）１２、Ｃｒ（ＣＯ）６、又はＯｓ３（ＣＯ）１２を有して良い。
【００１３】
膜用先駆体を気化させるのに望ましい温度を実現するため（又は固相膜用先駆体を昇華させるため）、膜用先駆体気化システム５０は、気化温度を制御するように備えられている気化温度制御システム５４と結合する。たとえば従来のシステムでは一般的に、たとえばルテニウムカルボニルを昇華させるため、膜用先駆体の温度を約４０℃から４５℃へ上昇させる。この温度では、Ｒｕ３（ＣＯ）１２の蒸気圧はたとえば、約１ｍＴｏｒｒから約３ｍＴｏｒｒの範囲である。膜用先駆体が加熱されることで蒸発（又は昇華）するので、キャリアガスは、膜用先駆体を通り抜けることができる。キャリアガスはたとえば、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ若しくはＸｅのような希ガス、若しくは金属カルボニルと共に用いられる、たとえば一酸化炭素のような一酸化物、又はそれら２種類以上の混合気体を有して良い。たとえば、ガス供給システム６０は膜用先駆体気化システム５０と結合し、供給ライン６１を介して膜用先駆体上にキャリアガスを供給するように備えられている。別な例では、ガス供給システム６０は気相先駆体供給システム４０と結合し、キャリアガスが気相先駆体供給システム４０に入り込むとき又はその後に、供給ライン６３を介して膜用先駆体上にそのキャリアガスを供給するように備えられている。たとえ図示されていなくても、ガス供給システム６０は、キャリアガス供給源であるＣＯガス源、１つ以上の制御バルブ、１つ以上のフィルタ、及びマスフローコントローラを有して良い。たとえば、不活性キャリアガスの流速は、約０．１ｓｃｃｍから約１０００ｓｃｃｍの間であって良い。あるいはその代わりに、不活性キャリアガスの流速は、約１０ｓｃｃｍから約５００ｓｃｃｍの間であって良い。さらにその代わりに、不活性キャリアガスの流速は、約５０ｓｃｃｍから約２００ｓｃｃｍの間であって良い。本発明の実施例に従うと、ＣＯガスの流速は、約０．１ｓｃｃｍから約１０００ｓｃｃｍの範囲であって良い。あるいはその代わりに、ＣＯガスの流速は、約１ｓｃｃｍから約１００ｓｃｃｍの範囲であって良い。
【００１４】
膜用先駆体気化システム５０から下流では、膜用先駆体蒸気は、プロセスチャンバ１０と結合した蒸気分配システム３０に入り込むまで、キャリアガスと共に蒸気供給システム４０を介して流れる。蒸気ライン温度を制御するため、並びに膜用先駆体蒸気の凝集及び膜用先駆体蒸気の分解を防ぐため、蒸気供給システム４０は、蒸気ライン温度制御システム４２と結合して良い。たとえば蒸気ライン温度は、大体気化温度以上の温度に設定されて良い。それに加えてたとえば、気相先駆体供給システム４０は、約５０リットル／秒を超える高いコンダクタンスを特徴として良い。
【００１５】
再度図１を参照すると、プロセスチャンバ１０と結合する蒸気分配システム３０は、プレナム３２を有する。プレナム３２内部では、蒸気分配板３４を通過し、基板２５上の領域３３に入り込む前に蒸気が拡がる。それに加えて、蒸気分配板３４は、その温度を制御するように備えられた分配板温度制御システム３５と結合して良い。たとえば、蒸気分配板の温度は、蒸気ライン温度とほぼ等しい温度に設定されて良い。しかし、それより低くても良いし、また高くても良い。
【００１６】
一旦膜の先駆体蒸気がプロセス領域３３に入り込むと、基板２５の温度上昇による基板表面での脱離中に膜の先駆体は熱的に分解し、基板２５上に薄膜が形成される。基板ホルダ２０は、基板温度制御システム２２と結合することによって、基板２５の温度を上昇させるように備えられている。たとえば、基板温度制御システム２２は、最大約５００℃まで基板２５の温度を上昇させるように備えられている。一の実施例では、基板温度は、約１００℃から約５００℃の範囲であって良い。別な実施例では、基板温度は、約３００℃から約４００℃の範囲であって良い。それに加えてプロセスチャンバは、チャンバ壁の温度を制御するように備えられているチャンバ温度制御システム１２と結合して良い。
【００１７】
上述のように、たとえば従来システムは、膜用先駆体の分解及び金属蒸気先駆体の凝集を制限するため、気相先駆体供給システム４０同様に、膜用先駆体を気化するシステム５０を、先駆体がルテニウムカルボニルの場合について、約４０−４５℃の温度範囲内での動作を可能性として検討してきた。たとえば、ルテニウムカルボニル先駆体は、高温で分解され、以下に示すような副生成物を生成することができる。
【００１８】
Ｒｕ３（ＣＯ）１２＊（ａｄ）⇔Ｒｕ３（ＣＯ）ｘ＊（ａｄ）＋（１２−ｘ）ＣＯ（ｇ）  （１）
又は、
Ｒｕ３（ＣＯ）ｘ＊（ａｄ）⇔３Ｒｕ（ｓ）＋ｘＣＯ（ｇ）  （２）
ここで、これらの副生成物は、成膜システム１の内側表面上に吸着、つまり凝集する恐れがある。これらの表面上に材料が蓄積することにより、プロセスの再現性のような、一の基板からその次の基板にかけて問題が生じる恐れがある。あるいはその代わりに、たとえばルテニウムカルボニル先駆体が、温度が上昇しない場所で凝集することで、再結晶化を起こす恐れがある。つまり、以下の式で表される事態である。
【００１９】
Ｒｕ３（ＣＯ）１２＊（ｇ）⇔Ｒｕ３（ＣＯ）１２＊（ａｄ）  （３）
しかしプロセスウインドウの小さいそのようなシステム内部では、ルテニウムカルボニルの蒸気圧が低くなることを１つの理由として、成膜レートは極端に低くなる。たとえば成膜レートは、約１Å／分程度の低さになるだろう。従って一の実施例に従うと、気化温度は、約４０℃以上に上昇する。あるいはその代わりに、気化温度は、約５０℃以上に上昇する。本発明の典型的実施例では、気化温度は、約６０℃以上に上昇する。別な典型的実施例では、気化温度は、約６０℃から１００℃の範囲、たとえば約６０℃から９０℃へ上昇する。温度上昇によって蒸気圧が高くなるため、蒸発レートは増大する（たとえばほぼ桁で大きくなる）。従って、発明者らは成膜レートが増大することを予想している。１つ以上の基板の処理に続いて、成膜システム１を周期的に洗浄することもまた望ましいと思われる。たとえば、洗浄方法及びシステムについてのさらなる詳細は、同時係属している特許文献１から得ることができる。
【００２０】
上述のように、成膜レートは、分解及び／又は凝集前に基板へ移送される気化された膜用先駆体の量に比例する。従って所望の成膜レートを実現し、一の基板から次の基板にかけて一貫したプロセス性能（たとえば成膜レート、膜厚、膜の均一性、膜のモフォロジーなど）を維持するためには、膜用先駆体蒸気の流速を監視、調節又は制御する能力を供することが重要である。従来のシステムでは、操縦者は、気化温度、及び、気化温度と流速との所定の関係を用いることによって、膜用先駆体蒸気の流速を間接的に決定することができる。しかし、プロセス及びその性能は時間変化するため、流速をより正確に測定することが必須となる。たとえばさらなる詳細は、同時係属している特許文献２から得ることができる。
【００２１】
さらに図１を参照すると、成膜システム１は、その動作を実行及び制御するように備えられている制御システム８０をさらに有して良い。制御システム８０は、プロセスチャンバ１０、基板ホルダ２０、基板温度制御システム２２、チャンバ温度制御システム１２、蒸気分配システム３０、気相先駆体供給システム４０、膜用先駆体気化システム５０、及びキャリアガス供給システム６０と結合する。
【実施例１】
【００２２】
さらに別な実施例では、図２は、基板上に、たとえばルテニウム（Ｒｕ）又はレニウム（Ｒｅ）金属膜のような薄膜を成膜する成膜システム１００を図示している。成膜システム１００は、基板１２５を支持するために備えられた基板ホルダ１２０を有するプロセスチャンバ１１０を有する。金属層は基板１２５上に成膜される。プロセスチャンバ１１０は、先駆体供給システム１０５、及び気相先駆体供給システム１４０と結合する。先駆体供給システム１０５は、膜用先駆体（図示されていない）を貯蔵及び気化させるように備えられている。蒸気先駆体供給システム１４０は、膜用先駆体を移送するように備えられている。
【００２３】
プロセスチャンバ１１０は、上側チャンバ部分１１１、下側チャンバ部分１１２、及び排気チャンバ１１３を有する。開口部１１４は下側チャンバ部分１１２内部に形成される。下側部分１１２は排気チャンバ１１３と結合する。
【００２４】
さらに図２を参照すると、基板ホルダ１２０が、被処理基板（つまりウエハ）１２５を支持する水平面を供する。基板ホルダ１２０は、排気チャンバ１１３の下側部分から上方へ延在する円柱状支持部分１２２によって支持されて良い。基板ホルダ１２０上で基板１２５の位置設定を行う、任意で設けられる案内リング１２４が基板ホルダ１２０の端部に供される。さらに基板ホルダ１２０は、基板ホルダ温度制御システム１２８と結合するヒーター１２６を有する。ヒーター１２６はたとえば、１つ以上の抵抗加熱素子を有して良い。あるいはその代わりに、ヒーター１２６はたとえば、タングステン−ハロゲンランプのような放熱システムを有する。基板ホルダ温度制御システム１２８は、１つ以上の加熱素子に電力を供する電源、基板温度及び／又は基板ホルダ温度を測定する１つ以上の温度センサ、並びに、基板又は基板ホルダの温度を監視、調節又は制御する制御装置を有して良い。
【００２５】
プロセス中、加熱された基板１２５は、たとえば金属カルボニル先駆体のような膜用先駆体を熱的に分解し、金属層のような薄膜を基板１２５上へ成膜することを可能にする。一の実施例に従うと、膜用先駆体は、たとえば固相先駆体を有して良い。別な実施例に従うと、膜用先駆体は、たとえば金属先駆体を有して良い。さらに別な実施例に従うと、膜用先駆体は、たとえば金属カルボニル先駆体を有して良い。さらに別な実施例に従うと、膜用先駆体は、たとえばルテニウムカルボニルＲｕ３（ＣＯ）１２先駆体であって良い。さらに別な実施例に従うと、膜用先駆体は、たとえばレニウムカルボニルＲｅ２（ＣＯ）１０先駆体であって良い。熱化学気相成膜の技術分野において通常の知識を有する者には明らかなように、本発明の技術的範囲から逸脱することなく、他に、ルテニウムカルボニル先駆体及びレニウムカルボニル先駆体が用いられても良い。さらに別な実施例では、膜用先駆体は、Ｗ（ＣＯ）６、Ｍｏ（ＣＯ）６、Ｃｏ２（ＣＯ）６、Ｒｈ４（ＣＯ）１２、Ｃｒ（ＣＯ）６、又はＯｓ３（ＣＯ）１２であって良い。基板ホルダ１２０は、所望であるＲｕ金属層、Ｒｅ金属層、又は他の金属層を基板１２５上に成膜するのに適した所定温度まで加熱される。それに加えて、チャンバ温度制御システム１２１に結合するヒーター（図示されていない）が、プロセスチャンバ１１０の壁中に埋め込まれることで、チャンバ壁を所定の温度に加熱する。ヒーターは、プロセスチャンバ１１０の壁の温度を、約４０℃から約１００℃、たとえば約４０℃から約８０℃に維持して良い。圧力計（図示されていない）が、プロセスチャンバの圧力の測定に用いられる。
【００２６】
また図２に図示されているように、蒸気分配システム１３０は、プロセスチャンバ１１０の上側部分１１１と結合する。蒸気分配システム１３０は蒸気分配板１３１を有する。蒸気分配板１３１は、蒸気分配プレナム１３２から、１本以上のオリフィス１３４を介して基板１２５上のプロセス領域１３３へ、先駆体蒸気を導入するように備えられている。
【００２７】
さらに、気相先駆体を、気相先駆体供給システム１４０から、蒸気分配プレナム１３２へ導入するため、開口部１３５が上側チャンバ部分１１１中に供される。しかも、冷却又は加熱流体を流すように備えられた同心円状の流体チャネルのような温度制御素子１３６が供されることで、蒸気分配システム１３０の温度を制御する。それにより、蒸気分配システム１３０内部での膜用先駆体の分解又は凝集が防止される。たとえば水のような流体は、蒸気分配温度制御システム１３８から流体チャネルへ供給されて良い。蒸気分配温度制御システム１３８は、流体源、熱交換機、流体温度及び／又は蒸気分配板温度を測定する１つ以上の温度センサ、並びに、蒸気分配板１３１の温度を約２０℃から約１００℃の範囲で制御するように備えられている制御装置を有して良い。
【００２８】
膜用先駆体気化システム１５０は、膜用先駆体を保持し、かつその膜用先駆体の温度を上昇させることによって、膜用先駆体を蒸発（又は昇華）させるように備えられている。膜用先駆体を加熱するための先駆体ヒーター１５４が供される。その膜用先駆体は加熱されることによって、その所望蒸気圧が実現される温度に維持される。先駆体ヒーター１５４は膜用先駆体の温度を制御するように備えられた気化温度制御システム１５６と結合する。たとえば先駆体ヒーター１５４は、膜用先駆体の温度（又は気化温度）を、約４０℃以上に調節するように備えられていて良い。あるいはその代わりに、気化温度は、約５０℃以上に上昇する。たとえば、気化温度は約６０℃以上に上昇する。一の実施例では、気化温度は、約６０℃から１００℃の範囲へ上昇され、別な実施例では、約６０℃から９０℃の範囲へ上昇される。
【００２９】
膜用先駆体が加熱されることで蒸発（又は昇華）するので、キャリアガスは、膜用先駆体の上又は付近を通り抜けることができる。キャリアガスはたとえば、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ若しくはＸｅのような希ガス、若しくは金属カルボニルと共に用いられる、たとえば一酸化炭素のような一酸化物、又はそれら２種類以上の混合気体を有して良い。たとえば、キャリアガス供給システム１６０は、膜用先駆体気化システム１５０と結合し、たとえばキャリアガスが膜用先駆体の上を流れるように備えられている。たとえ図２に図示されていなくても、キャリアガス供給システム１６０はまた、気相先駆体供給システム１４０と結合することで、キャリアガスが気相先駆体供給システム１４０に入り込む際又は入り込んだ後に、キャリアガスを蒸気へ供給して良い。ガス供給システム１６０は、ガス源１６１、１つ以上の制御バルブ１６２、１つ以上のフィルタ１６４、及び質量流量コントローラ１６５を有して良い。たとえば、キャリアガスの流速は、約５ｓｃｃｍ（標準状態での、ｃｍ３／ｍｉｎ）から約１０００ｓｃｃｍの間であって良い。一の実施例ではたとえば、キャリアガスの流速は、約１０ｓｃｃｍから約２００ｓｃｃｍの範囲であって良い。別な実施例ではたとえば、キャリアガスの流速は、約２０ｓｃｃｍから約１００ｓｃｃｍの範囲であって良い。
【００３０】
それに加えて、膜用先駆体気化システム１５０からの全ガス流を測定するセンサ１６６が供される。センサ１６６はたとえばマスフローコントローラを有して良く、プロセスチャンバ１１０へ供給される膜用先駆体の量は、センサ１６６及びマスフローコントローラ１６５を用いることによって決定されて良い。あるいはその代わりに、コントローラ１９６は、不活性キャリアガス、ＣＯガス及び金属カルボニル先駆体蒸気の供給、遮断、及び流れを制御する。センサ１６６はまた、コントローラ１９６と接続し、かつセンサ１６６に基づく。コントローラ１９６は、質量流量コントローラ１６５を介したキャリアガスの流れを制御することで、金属カルボニル先駆体を、プロセスチャンバ１１０へ所望の状態で流すことができる。
【００３１】
バイパスライン１６７が、センサ１６６の下流に設けられて良い。バイパスライン１６７は、蒸気供給システム１４０を排気ライン１１６と接続して良い。バイパスライン１６７が供されることで、気相先駆体供給システム１４０は排気され、プロセスチャンバ１１０への膜用先駆体の供給は安定化する。それに加えて、バイパスバルブ１６８がバイパスライン１６７上に供される。バイパスバルブ１６８は、気相先駆体供給システム１４０の分岐位置から下流に設けられている。
【００３２】
さらに図２を参照すると、気相先駆体供給システム１４０は、第１バルブ１４１及び第２バルブ１４２をそれぞれ有する高コンダクタンス蒸気ラインを有する。それに加えて、気相先駆体供給システム１４０は、ヒーター（図示されていない）を介して気相先駆体供給システム１４０を加熱するように備えられている蒸気ライン温度制御システム１４３をさらに有して良い。蒸気ラインの温度は、その蒸気ライン中で膜用先駆体が凝集しないように制御されて良い。蒸気ラインの温度は、約２０℃から約１００℃、又は約４０℃から約９０℃の範囲で制御されて良い。たとえば、蒸気ライン温度は、ほぼ気化温度以上の値に設定されて良い。
【００３３】
しかも希釈ガスは、希釈ガス供給システム１９０から供されて良い。希釈ガスはたとえば、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ若しくはＸｅのような希ガス、若しくは金属カルボニルと共に用いられる、たとえば一酸化炭素のような一酸化物、又はそれら２種類以上の混合気体を有して良い。たとえば、希釈ガス供給システム１９０は、気相先駆体供給システム１４０と結合し、かつたとえば希釈ガスを気相の膜用先駆体へ供給するように備えられている。希釈ガス供給システム１９０は、ガス源１９１、１つ以上の制御バルブ１９２、１つ以上のフィルタ１９４、及び質量流量コントローラ１９５を有して良い。たとえば、キャリアガスの流速は、約５ｓｃｃｍ（標準状態での、ｃｍ３／ｍｉｎ）から約１０００ｓｃｃｍの間であって良い。
【００３４】
質量流量コントローラ１６５、質量流量コントローラ１９５、バルブ１６２、バルブ１９２、バルブ１６８、バルブ１４１、及びバルブ１４２は、コントローラ１９６によって制御される。コントローラ１９６は、キャリアガス、膜用先駆体蒸気及び希釈ガスの供給、遮断、及び流れを制御する。センサ１６６はまたコントローラ１９６とも接続する。センサ１６６に基づいて、コントローラ１９６は、質量流量コントローラ１６５を介したキャリアガスの流れを制御することで、金属カルボニル先駆体を、プロセスチャンバ１１０へ所望の状態で流すことができる。
【００３５】
図２に図示されているように、排気ライン１１６は、排気チャンバ１１３を排気システム１１８と接続する。真空ポンプ１１９は、プロセスチャンバ１１０を所望の真空度まで排気し、かつプロセス中に、プロセスチャンバ１１０から気体物質を除去するのに用いられる。自動圧力コントローラ（ＡＰＣ）１１５及びトラップ１１７は、真空ポンプ１１９と繋いで用いられて良い。真空ポンプ１１９は、最大で毎秒５００リットル（以上）の排気速度を有するターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）を有して良い。あるいはその代わりに、真空ポンプ１１９は、乾燥型粗引きポンプを有しても良い。プロセス中、キャリアガス、希釈ガス若しくは膜用先駆体蒸気又はこれらの混合気体がプロセスチャンバ１１０内に導入され、チャンバ圧力はＡＰＣ１１５によって調節されて良い。たとえばチャンバ圧力は約１ｍＴｏｒｒから約５００ｍＴｏｒｒの範囲であって良く、別な例では、チャンバ圧力は約５ｍＴｏｒｒから約５０ｍＴｏｒｒの範囲であって良い。ＡＰＣ１１５は、蝶型バルブ又はゲートバルブを有して良い。トラップ１１７は、未反応の先駆体材料、及び副生成物を、プロセスチャンバ１１０から回収して良い。
【００３６】
図２に図示されているように、プロセスチャンバ１１０内の基板ホルダ１２０を再度参照すると、基板１２５を保持、上昇及び下降させる、３つの基板リフトピン１２７（図２では２本のみ図示されている）が供される。基板リフトピン１２７は、プレート１２３と結合し、基板ホルダ１２０の上側面より下に下降させて良い。たとえば空気シリンダを利用する駆動機構１２９は、プレート１２３を上昇及び下降させる手段を供する。基板１２５は、ロボット搬送システム（図示されていない）を介することで、ゲートバルブ２００及びチャンバ貫通接続経路２０２を通り抜けて、プロセスチャンバへ搬入及び搬出され、かつ基板リフトピン１２７によって受け取られる。一旦基板１２５が搬送システムから受け取られると、基板１２５は、基板リフトピン１２７を下降させることによって、基板ホルダ１２０の上側面にまで下降させて良い。
【００３７】
再度図２を参照すると、制御装置１８０は、マイクロプロセッサ、メモリ、及びデジタルＩ／Ｏポートを有する。デジタルＩ／Ｏポートは、プロセスシステム１００からの出力を監視するのみならず、プロセスシステム１００の入力をやり取りし、かつ活性化させるのに十分な制御電圧を発生させる能力を有する。しかも、プロセスシステム制御装置１８０は、プロセスチャンバ１１０、先駆体供給システム１０５、蒸気分配温度制御システム１３８、真空排気システム１１８、及び基板ホルダ温度制御システム１２８と結合し、かつこれらと情報の交換を行う。先駆体供給システム１０５は、制御装置１９６、蒸気ライン温度制御システム１４３、及び気化温度制御システム１５６を有する。真空排気システム１１８では、制御装置１８０は、プロセスチャンバ１１０内の圧力を制御する自動圧力コントローラ１１５と結合し、かつそれと情報の交換を行う。メモリ内に記憶されるプログラムは、記憶されたプロセスレシピに従う成膜システム１００の上述の部品を制御するのに利用される。プロセスシステムコントローラ１８０の一例は、デル株式会社（Ｄｅｌｌ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）から販売されている、デルプレシジョンワークステーション（ＤＥＬＬ  ＰＲＥＣＩＳＩＯＮ  ＷＯＲＫＳＴＡＴＩＯＮ）６１０（商標）である。制御装置１８０はまた、汎用コンピュータ、デジタル信号処理装置等で実装されても良い。
【００３８】
制御装置１８０は、成膜システム１００の近くに設けられて良いし、又はインターネット若しくはイントラネットを介することで、成膜システム１００から離れた場所に設けられても良い。よって、コントローラ１８０は、直接接続、イントラネット又はインターネットのうちの少なくとも１つを用いることで、成膜システム１００とのデータ交換が可能となる。コントローラ１８０は、カスタマーサイト（つまりデバイスメーカーなど）でイントラネットと接続し、ベンダーサイト（つまり装置メーカーなど）でイントラネットと接続して良い。さらに、別なコンピュータ（つまりコントローラ、サーバなど）が、コントローラ１８０とアクセスすることで、直接接続、イントラネット又はインターネットのうちの少なくとも１つを介したデータ交換を行って良い。
【実施例２】
【００３９】
ここで図３を参照すると、本発明の実施例に従った膜用先駆体気化システム３００の断面が図示されている。膜用先駆体気化システム３００は、外壁３１２及び底部３１４を有する格納容器３１０を有する。それに加えて、膜用先駆体気化システム３００は、格納容器３１０と密閉可能な状態で結合するように備えられている蓋３２０を有する。蓋３２０は、図１又は図２に図示されているような薄膜成膜システムと密閉可能な状態で結合するように備えられている排気口３２２を有する。格納容器３１０及び蓋３２０は、薄膜成膜システムと結合するときに密閉された環境を形成する。格納容器３１０及び蓋３２０はたとえば、Ａ６０６１アルミニウム合金から作製されて良い。格納容器３１０及び蓋３２０は、その上に成膜されるコーティングを有しても良いし、又は有していなくても良い。
【００４０】
さらに格納容器３１０は、膜用先駆体気化システム３００の気化温度を上昇させるためにヒーター（図示されていない）と結合し、気化温度の監視、調節又は制御のうちの少なくとも１つを実行するために温度制御システム（図示されていない）と結合するように備えられている。気化温度が先述したような適切な値にまで上昇するとき、膜用先駆体は気化（又は昇華）することによって、蒸気供給システムを介して薄膜成膜システムへ移送される膜用先駆体蒸気を生成する。格納容器３１０はまた、キャリアガス供給システム（図示されていない）とも密閉可能な状態で結合する。格納容器３１０は、膜用先駆体を移送するキャリアガスを受け取るように備えられている。
【００４１】
さらに図３及び図４を参照すると、膜用先駆体気化システム３００は底部トレイ３３０を有する。底部トレイ３３０は、格納容器３１０の底部３１４に存在し、かつ底部トレイ３３０上に膜用先駆体３５０を保持するように備えられている底部外壁３３２を有する。以降で論じるように、底部外壁３３２は、その上に存在する上部トレイを支持する底部支持端部３３３を有する。さらに底部外壁３３２は、１つ以上の底部トレイ開口部３３４を有する。開口部３３４は、キャリアガス供給システム（図示されていない）から膜用先駆体３５０上を通って格納容器３１０の中心部へキャリアガスを流し、かつそのキャリアガスが、中心部に存在するフローチャネル３１８に沿って、蓋３２０内の排気口３２２を通って膜用先駆体蒸気と共に排出されるように備えられている。従って、底部トレイ３３０内での膜用先駆体の高さは、底部トレイ開口部３３４の位置よりも下でなければならない。
【００４２】
さらに図３、図５Ａ及び図５Ｂを参照すると、膜用先駆体気化システム３００は、１つ以上の積層可能な上部トレイ３４０を有する。その積層可能な上部トレイ３４０は、膜用先駆体３５０を支持するように備えられる。その積層可能な上部トレイ３４０うちの少なくとも１つが底部トレイ３３０上に、又は別の積層可能な上部トレイ３４０上に設置、すなわち積層されるように備えられる。積層可能な上部層３４０の各々は上部外壁３４２及び内壁３４４を有する。その上部外壁３４２及び内壁３４４は、その間に膜用先駆体３５０を保持するように備えられる。内壁３４４は、中心部に存在するフローチャネル３１８を画定する。上部外壁３４２は、さらに積層された上部トレイ３４０を支持する上部支持端部３４３をさらに有する。よって第１上部トレイ３４０が底部トレイ３３０の底部支持端部３３３上で支持されるように設けられ、所望の場合には、１つ以上のさらに積層された上部トレイは、その前に積層された上部トレイ３４０の上部支持端部３４３上で支持されるように設けられて良い。各上部トレイ３４０の上部外壁３４２は１つ以上の上部トレイ開口部３４６を有する。開口部３４６は、キャリアガス供給システム（図示されていない）から膜用先駆体３５０上を通って格納容器３１０の中心部に存在するフローチャネル３１８へキャリアガスを流し、かつそのキャリアガスが、蓋３２０内の排気口３２２を通って膜用先駆体蒸気と共に排出されるように備えられている。従って、キャリアガスが中心部に存在するフローチャネル３１８へ向かって実質的に半径方向に流れることができるようにするため、内壁３４４は上部外壁３４２よりも短くなければならない。それに加えて、各上部トレイ３４０での膜用先駆体の高さは、上部トレイの開口部３４６の位置よりも低くなければならない。
【００４３】
底部トレイ３３０及び積層可能な上部トレイ３４０は円筒形状で図示されている。しかし形状は様々なものであって良い。たとえばトレイの形状は、長方形、正方形又は楕円であっても良い。同様に、内壁３４４そして中心部に存在するフローチャネルも様々な形状をとって良い。
【００４４】
１つ以上の積層可能な上部トレイ３４０が底部トレイ３３０上に積層されるとき、積層体３７０が形成される。その積層体３７０は、底部トレイ３３０の底部外壁３３２と格納容器外壁３１２との間であって、かつ１つ以上の積層可能な上部トレイ３４０の上部外壁３４２と格納容器の外壁３１２との間に環状空間３６０を供する。格納容器３１０は、底部トレイ３３０の底部外壁３３２及び１つ以上の積層可能な上部トレイ３４０の上部外壁３４２を格納容器の外壁３１２から離す、１つ以上のスペーサ（図示されていない）をさらに有する。それにより、環状空間３６０内では、均等な空間が保証される。換言すれば、一の実施例では、格納容器３１０は、底部外壁３３２及び上部外壁３４２とは垂直方向に整合するように備えられる。
【００４５】
底部トレイと積層可能な上部層を含むトレイの数は、２から２０までの範囲であって良く、たとえば一の実施例では図３に図示されているように、トレイの数は５であって良い。典型的実施例では、積層体３７０は、底部トレイ３３０及びその底部トレイ３３０によって支持される少なくとも１つの上部トレイ３４０を有する。底部トレイ３３０は、図３及び図４に図示されているようなものであって良く、又は図３−図５Ｂに図示されているような上部トレイ３４０と同一の構成であって良い。換言すれば、底部トレイ３３０は内壁を有して良い。たとえ図３−図５Ｂで、積層体３７０が、１つ以上の分離可能でかつ積層可能な上部トレイ３４０を有する底部トレイ３３０を有するように図示されていても、システム３００’は、積層体３７０’を有する格納容器３１０’を有して良い。その積層体３７０’は、図６に図示されているように、１つ以上の上部トレイ３４０と統合した底部トレイ３３０を有する単一の統一された部分を有する。それにより、底部外壁３３２及び上部外壁３４２が統合される。統合には、モノリシック構造を含むものと解される。モノリシック構造とはたとえば、恒久的に接合した若しくは機械的に結合した構造、及び、トレイ間に識別可能な境界を有していない、全体的にモールドされた構造のようなものである。ここでトレイ間は恒久的に結合している。
【００４６】
底部トレイ３３０及び上部トレイ３４０の各々は、積層された状態であっても、又は統合した状態であっても、膜用先駆体３５０を支持するように備えられている。一の実施例に従うと、膜用先駆体３５０は固相先駆体を有する。別な実施例に従うと、膜用先駆体３５０は液相先駆体を有する。別な実施例に従うと、膜用先駆体３５０は金属先駆体を有する。別な実施例に従うと、膜用先駆体３５０は固相金属先駆体を有する。さらに別な実施例に従うと、膜用先駆体３５０は金属カルボニル先駆体を有する。さらに別な実施例に従うと、膜用先駆体３５０はルテニウムカルボニルＲｕ３（ＣＯ）１２先駆体であって良い。さらに別な実施例に従うと、膜用先駆体３５０はレニウムカルボニルＲｅ２（ＣＯ）１０先駆体であって良い。さらに別な実施例に従うと、膜用先駆体３５０は、Ｗ（ＣＯ）６、Ｍｏ（ＣＯ）６、Ｃｏ２（ＣＯ）６、Ｒｈ４（ＣＯ）１２、Ｃｒ（ＣＯ）６、又はＯｓ３（ＣＯ）１２であって良い。
【００４７】
上述のように、膜用先駆体３５０は固相先駆体を有して良い。固相先駆体は、固体粉末の形態をとって良いし、又は１つ以上の固体の錠剤の形態をとっても良い。たとえば１つ以上の固体の錠剤は、多数のプロセスによって調製されて良い。そのようなプロセスには、焼成プロセス、スタンピングプロセス、侵浸プロセス若しくはスピンオンプロセス又はこれらを組み合わせたプロセスが含まれる。それに加えて、固体錠剤の形態である固相先駆体は、底部トレイ３３０又は上部トレイ３４０と接合しても良いし、又は接合しなくても良い。たとえば耐火性金属粉末が、真空及び不活性ガス圧用で、かつ最大温度２０００℃及び２５００℃用に備えられている焼成用加熱炉内で焼成されて良い。あるいはその代わりに、たとえば耐火性金属粉末は流体媒体中に分散され、トレイ上で分配され、かつスピンコーティングプロセスを用いることによって、トレイ表面にわたって均一に分布させて良い。続いて耐火性金属のスピンコート材料は熱的に硬化されて良い。
【００４８】
前述のように、キャリアガスは、キャリアガス供給システム（図示されていない）から格納容器３１０へ供給される。図３及び図６に図示されているように、キャリアガスは、蓋３２０及びそれと密閉可能な状態で結合するガス供給ライン（図示されていない）を介して格納容器３１０と結合して良い。ガス供給ラインは、格納容器３１０の外壁３１２を介して下方に延在するガスチャネル３８０を供し、格納容器３１０の底部３１４を貫通し、かつ環状空間３６０と接続する。
【００４９】
再度図３を参照すると、格納容器外壁３１２の内径は、たとえば約１０ｃｍから約１００ｃｍの範囲であって良く、たとえば約１５ｃｍから約４０ｃｍの範囲であって良い。たとえば格納容器外壁３１２の内径は２０ｃｍであって良い。排気口３２２の直径及び上部トレイ３４０の内壁３４４の内径は、たとえば約１ｃｍから３０ｃｍの範囲であって良く、それに加えて、たとえば排気口３２２の直径及び上部トレイ３４０の内壁３４４の内径は、約５ｃｍから２０ｃｍの範囲であって良い。たとえば排気口３２２の直径は１０ｃｍであって良い。それに加えて、底部トレイ３３０及び各上部トレイ３４０の外径は、格納容器３１０の外壁３１２の内径の約７５％から約９９％の範囲であって良い。たとえばトレイの直径は、格納容器３１０の外壁３１２の内径の約８５％から９９％の範囲であって良い。たとえばトレイの直径は１９．７５ｃｍであって良い。それに加えて、底部トレイ３３０の底部外壁３３２の高さ、及び各上部層３４０の上部外壁３４２の高さは、約５ｍｍから約５０ｍｍの範囲であって良い。たとえば各高さは約３０ｍｍである。それに加えて、各内壁３４４の高さは、上部外壁３４２の高さの約１０％から約９０％の範囲であって良い。たとえば各内壁の高さは、約２ｍｍから４５ｍｍの範囲であって良く、たとえば約２０ｍｍである。
【００５０】
さらに再度図３を参照すると、１つ以上の底部トレイ開口部３３４及び１つ以上の上部トレイ開口部３４６は、１つ以上のスロットを有して良い。あるいはその代わりに、１つ以上の底部トレイ開口部３３４及び１つ以上の上部トレイ開口部３４６は、１つ以上のオリフィスを有して良い。各オリフィスの直径は、たとえば約０．４ｍｍから約２ｍｍの範囲であって良い。たとえば各オリフィスの直径は約１ｍｍであって良い。一の実施例では、オリフィスの直径及び環状空間３６０の幅は、環状空間３６０のコンダクタンスが、オリフィスの正味のコンダクタンスよりも十分大きくなるように選択される。それにより、環状空間でのキャリアガスは実質的に均一な分布が維持される。オリフィスの個数は、たとえば約２個から約１０００個の範囲であって良く、別な例では約５０個から約１００個の範囲であって良い。たとえば、１つ以上の底部トレイ開口部３３４は直径１ｍｍのオリフィスを７２個有して良く、１つ以上の積層可能なトレイ開口部３４６は直径１ｍｍのオリフィスを７２個有して良い。環状空間３６０の幅は約２．６５ｍｍである。
【００５１】
膜用先駆体気化システム３００又は３００’は、図１に図示されている膜用先駆体気化システム５０又は図２に図示されている膜用先駆体気化システム１５０のいずれかとして用いられて良い。あるいはその代わりに、システム３００又は３００’は、先駆体蒸気から基板上に薄膜を成膜するのに適した如何なる膜成膜システムで用いることができる。
【００５２】
ここで図７を参照すると、基板上に薄膜を成膜する方法が説明されている。フローチャート７００は、本発明の成膜システムで薄膜を成膜する工程を図示するのに用いられている。薄膜の成膜は、工程７１０において成膜システム内への基板の設置で開始される。その後に続いて基板上に薄膜が成膜される。たとえば成膜システムは先の図１及び図２中で述べた成膜システムのいずれか１つを有して良い。成膜システムは、成膜プロセスを容易にするプロセスチャンバ、及び、該プロセスチャンバと結合し、かつ基板を支持するように備えられている基板ホルダを有する。続いて工程７２０では、膜用先駆体が成膜システムに導入される。たとえば膜用先駆体は、先駆体蒸気供給システムを介してプロセスチャンバと結合する膜用先駆体気化システムへ導入される。それに加えてたとえば、先駆体蒸気供給システムは加熱されて良い。
【００５３】
工程７３０では、膜用先駆体は加熱されることで膜用先駆体蒸気となる。続いて膜用先駆体蒸気は、先駆体蒸気供給システムを介してプロセスチャンバへ移送されて良い。工程７４０では、基板は、膜用先駆体蒸気が分解するのに十分な基板温度にまで加熱される。工程７５０では、基板は膜用先駆体蒸気に曝露される。工程７１０から工程７５０は、必要数の基板上に金属膜を成膜するために必要回数だけ連続して繰り返されて良い。
【００５４】
１枚以上の基板上への薄膜の成膜に続いて、トレイの積層体３７０又は３７０’すなわち１つ以上の底部トレイ３３０又は上部トレイ３４０は、工程７６０において周期的に置換されて良い。それにより各トレイでの膜用先駆体３５０の量は補充される。
【００５５】
たとえ本発明に関するある特定の典型的実施例のみ詳細に説明されたとしても、本発明の新規事項及び効果から逸脱せずに、典型的実施例の中で多くの変化型が可能であることは当業者にとって明らかである。従って、そのような変化型は全て本発明の技術的範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の実施例に従った成膜システムの概略図を示す。
【図２】本発明の別な実施例に従った成膜システムの概略図を示す。
【図３】本発明の実施例に従った膜用先駆体気化システムの断面を図示している。
【図４】本発明の実施例に従った膜用先駆体気化システムで用いられる底部トレイの断面を図示している。
【図５Ａ】本発明の実施例に従った膜用先駆体気化システムで用いられる積層可能な上部トレイの断面を図示している。
【図５Ｂ】図５Ａのトレイの斜視図を示している。
【図６】本発明の別な実施例に従った膜用先駆体気化システムの斜視図を示している。
【図７】本発明の膜用先駆体気化システムの動作方法を図示している。
【図１】
2008522033.tif 000003
【図２】
2008522033.tif 000004
【図３】
2008522033.tif 000005
【図４】
2008522033.tif 000006
【図５Ａ】
2008522033.tif 000007
【図５Ｂ】
2008522033.tif 000008
【図６】
2008522033.tif 000009
【図７】
2008522033.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成19年7月13日(2007.7.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄膜成膜システムと結合するように備えられている膜用先駆体気化システムであって：
ヒーターと結合することで加熱されて温度上昇する、外壁及び底部を有する格納容器；
前記格納容器と密閉可能な状態で結合するように備えられ、前記薄膜成膜システムと密閉可能な状態で結合するように備えられた排気口を有する蓋；
前記の格納容器底部に存在するように備えられ、前記底部トレイ及び底部支持端部上に前記膜用先駆体を保持するように備えられた底部外壁を有する底部トレイ；及び
前記底部支持端部上で支持される第１上部トレイを有する１つ以上の上部トレイであって、当該１つ以上の上部トレイは１つ以上の任意で追加される上部トレイをさらに有し、前記１つ以上の任意で追加される上部トレイは当該１つ以上の上部トレイのうちの直前に追加されたトレイ上又は前記第１上部トレイ上に位置するように備えられる、１つ以上の上部トレイ；
を有するトレイ積層体であって、
前記１つ以上の上部トレイの各々は、前記任意で追加される上部層のうちの１つを支持する上部支持端部を有する上部外壁、及び、前記上部外壁よりも低い内壁を有し、
前記上部外壁及び前記上部内壁は、それらの間に存在する前記膜用先駆体を保持するように備えられ、
前記内壁は中心部に存在するフローチャネルを前記格納容器内に画定する、
トレイ積層体；
キャリアガスを供給するキャリアガス供給システムと結合するように備えられていて、前記トレイ積層体の前記底部外壁及び上部外壁と前記格納容器の前記外壁との間に存在する環状空間；及び
前記環状空間と結合し、前記トレイ積層体の前記底部外壁及び前記上部外壁中に設けられている１個以上の開口部であって、前記環状空間から前記膜用先駆体の上を通って、前記中心部に存在するフローチャネルへキャリアガスを流し、かつ前記蓋中に設けられている前記排気口を通って膜用先駆体蒸気と共に前記キャリアガスを排出するように備えられている、１個以上の開口部；
を有する膜用先駆体気化システム。
【請求項２】
前記膜用先駆体が金属先駆体である、請求項１に記載の膜用先駆体気化システム。
【請求項３】
前記膜用先駆体が固相先駆体である、請求項１に記載の膜用先駆体気化システム。
【請求項４】
前記固相先駆体が固体粉末の形態を有する、請求項３に記載の膜用先駆体気化システム。
【請求項５】
前記固相先駆体が固体錠剤の形態を有する、請求項３に記載の膜用先駆体気化システム。
【請求項６】
前記膜用先駆体が金属カルボニルを有する、請求項１に記載の膜用先駆体気化システム。
【請求項７】
前記金属カルボニルが、Ｗ（ＣＯ）６、Ｍｏ（ＣＯ）６、Ｃｏ２（ＣＯ）６、Ｒｈ４（ＣＯ）１２、Ｒｅ２（ＣＯ）１０、Ｃｒ（ＣＯ）６、Ｒｕ３（ＣＯ）１２、又はＯｓ３（ＣＯ）１２を有する、請求項６に記載の膜用先駆体気化システム。
【請求項８】
前記１つ以上の上部トレイが、多部品からなる多重トレイ積層体を形成するために前記底部トレイに積層するための分離可能で積層可能なトレイである、請求項１に記載の膜用先駆体気化システム。
【請求項９】
トレイ積層体用に、前記の１つ以上の上部トレイを一体化するように前記底部トレイに積層する工程は、前記底部トレイの外壁と前記１つ以上の上部トレイの外壁とが一体化する、単一かつ１つとなった多重トレイ構造を形成する工程である、請求項１に記載の膜用先駆体気化システム。
【請求項１０】
前記格納容器が、前記底部トレイの前記底部外壁及び前記１つ以上の上部トレイの前記上部外壁を、前記格納容器の前記外壁から離すように備えられている１つ以上のスペーサをさらに有する、請求項１に記載の膜用先駆体気化システム。
【請求項１１】
前記格納容器が円柱形状を有する、請求項１に記載の膜用先駆体気化システム。
【請求項１２】
前記格納容器の前記外壁の内径が約１０ｃｍから約１００ｃｍの範囲である、請求項１１に記載の膜用先駆体気化システム。
【請求項１３】
前記格納容器の前記外壁の内径が約２０ｃｍから約４０ｃｍの範囲である、請求項１１に記載の膜用先駆体気化システム。
【請求項１４】
前記底部トレイ及び前記上部トレイの各々が円筒形状である、請求項１１に記載の膜用先駆体気化システム。
【請求項１５】
前記底部外壁の直径及び前記上部外壁の各々の直径が、前記格納容器の前記外壁の前記内径の約７５％から約９９％の範囲である、請求項１４に記載の膜用先駆体気化システム。
【請求項１６】
前記底部外壁の直径及び前記上部外壁の各々の直径が、前記格納容器の前記外壁の前記内径の約８５％から約９９％の範囲である、請求項１４に記載の膜用先駆体気化システム。
【請求項１７】
前記１つ以上の上部トレイの前記内壁の内径が約１ｃｍから約３０ｃｍの範囲である、請求項１４に記載の膜用先駆体気化システム。
【請求項１８】
前記１つ以上の上部トレイの前記内壁の内径が約５ｃｍから約２０ｃｍの範囲である、請求項１４に記載の膜用先駆体気化システム。
【請求項１９】
前記１つ以上の上部トレイが１個から２０個の上部トレイを有する、請求項１に記載の膜用先駆体気化システム。
【請求項２０】
前記１つ以上の上部トレイが５個の上部トレイを有する、請求項１に記載の膜用先駆体気化システム。
【請求項２１】
前記１つ以上の開口部が１つ以上のスロットを有する、請求項１に記載の膜用先駆体気化システム。
【請求項２２】
前記１つ以上の開口部が１つ以上のオリフィスを有する、請求項１に記載の膜用先駆体気化システム。
【請求項２３】
前記１つ以上のオリフィスの各々の直径が約０．４ｍｍから約１ｍｍの範囲である、請求項２２に記載の膜用先駆体気化システム。
【請求項２４】
前記１つ以上のオリフィスの各々の直径が約１ｍｍである、請求項２２に記載の膜用先駆体気化システム。
【請求項２５】
前記１つ以上のオリフィスの数が２個から１０００個の範囲である、請求項２２に記載の膜用先駆体気化システム。
【請求項２６】
前記１つ以上のオリフィスの数が５０個から１００個の範囲である、請求項２２に記載の膜用先駆体気化システム。
【請求項２７】
前記上部トレイの各々が直径１ｍｍのオリフィスを７２個有する、請求項２２に記載の膜用先駆体気化システム。
【請求項２８】
前記底部外壁及び前記上部外壁の各々の高さが約５ｍｍから約５０ｍｍの範囲である、請求項１に記載の膜用先駆体気化システム。
【請求項２９】
前記底部外壁及び前記上部外壁の各々の高さが約３０ｍｍである、請求項１に記載の膜用先駆体気化システム。
【請求項３０】
前記１つ以上の上部トレイ及び前記底部トレイの各々での前記膜用先駆体の量を示す水平位置が前記開口部の位置よりも下にある、請求項１に記載の膜用先駆体気化システム。
【請求項３１】
前記１つ以上の上部トレイ及び前記底部トレイの各々での前記膜用先駆体の量を示す水平位置が前記内壁の高さよりも下にある、請求項１に記載の膜用先駆体気化システム。
【請求項３２】
前記蓋から前記格納容器の前記外壁を通って前記格納容器の前記底部まで延在し、かつ前記環状空間と結合するガスチャネルをさらに有する、請求項１に記載の膜用先駆体気化システム。
【請求項３３】
前記蓋を介して前記格納容器の前記外壁内の前記ガスチャネルと密閉可能な状態で結合するキャリアガス供給システムをさらに有する、請求項３２に記載の膜用先駆体気化システム。
【請求項３４】
少なくとも１つの抵抗加熱素子を有する前記格納容器と結合するヒーターをさらに有する、請求項１に記載の膜用先駆体気化システム。
【請求項３５】
前記格納容器が４０℃以上に温度に加熱されるように備えられている、請求項１に記載の膜用先駆体気化システム。
【請求項３６】
前記底部トレイ又は前記１つ以上の上部トレイが置換可能である、請求項１に記載の膜用先駆体気化システム。
【請求項３７】
基板上に薄膜を形成する薄膜成膜システムであって：
プロセスチャンバ；及び
前記排気口が前記蒸気分配システムと結合する、請求項１に記載の膜用先駆体気化システム；
を有する成膜システム。
【請求項３８】
基板上に薄膜を形成する薄膜成膜システムであって：
前記基板を支持し、かつ加熱するように備えられている基板ホルダ、前記基板上に膜用先駆体を導入するように備えられている蒸気分配システム、及び排気用に備えられている排気システムを有するプロセスチャンバ；
膜用先駆体を気化し、かつ前記膜用先駆体の蒸気をキャリアガス中へ移送するように備えられている膜用先駆体気化システムであって：
ヒーターと結合することで加熱されて温度上昇する、外壁及び底部を有する格納容器；
排気口を有する、前記格納容器と密閉可能な状態で結合するように備えられている蓋；
前記格納容器の前記底部上に設けられ、かつ膜用先駆体を支持するように備えられている底部トレイであって、前記膜用先駆体を上で保持するように備えられている底部外壁を有し、該底部外壁は、前記格納容器の中心へ向かってキャリアガスが前記膜用先駆体上を流れ、かつ前記キャリアガスは膜用先駆体蒸気と共に前記蓋中の前記排出口を介して排出されるように備えられている１つ以上の開口部を有する、底部トレイ；
前記膜用先駆体を支持するように備えられた１つ以上の積層可能な上部トレイであって、当該１つ以上の積層可能な上部トレイはその直前に積層された上部トレイの上又は前記底部トレイに積層されるように備えられ、当該１つ以上の積層可能な上部トレイのそれぞれは上部外壁及び内壁を有し、前記上部外壁と前記内壁はそれらの間に存在する前記膜用先駆体を保持するように備えられ、前記上部外壁は１つ以上の上部トレイ開口部を有し、該１つ以上の上部トレイ開口部は前記キャリアガスが前記膜用先駆体上を通って前記格納容器の中心へ向かって流れかつ前記蓋中に設けられている前記排気口を通って膜用先駆体蒸気と共に前記キャリアガスを排出するように備えられている、１つ以上の積層可能な上部トレイ；
を有し、
前記底部トレイと前記１つ以上の積層可能な上部トレイとが共同してトレイ積層体を画定し、環状空間は前記底部トレイの前記底部外壁及び前記１つ以上の積層可能な上部トレイの前記上部外壁と前記格納容器の前記外壁との間で画定される、
膜用先駆体気化システム；
前記トレイ積層体へ前記キャリアガスを供する前記環状空間と結合するキャリアガス供給システム；及び
前記膜用先駆体気化システムの前記排気口と密閉可能な状態で結合する第１端部、及び、前記プロセスチャンバの前記蒸気分配システムの吸気口と密閉可能な状態で結合する第２端部を有する蒸気供給システム；
を有する成膜システム。
【請求項３９】
前記膜用先駆体が金属先駆体である、請求項３８に記載の成膜システム。
【請求項４０】
前記膜用先駆体が固相先駆体である、請求項３８に記載の成膜システム。
【請求項４１】
前記膜用先駆体が金属カルボニルを有する、請求項３８に記載の成膜システム。
【請求項４２】
前記金属カルボニルが、Ｗ（ＣＯ）６、Ｍｏ（ＣＯ）６、Ｃｏ２（ＣＯ）６、Ｒｈ４（ＣＯ）１２、Ｒｅ２（ＣＯ）１０、Ｃｒ（ＣＯ）６、Ｒｕ３（ＣＯ）１２、又はＯｓ３（ＣＯ）１２を有する、請求項４１に記載の成膜システム。
【請求項４３】
前記キャリアガスが不活性ガスを有する、請求項３８に記載の成膜システム。
【請求項４４】
前記不活性ガスが希ガスを有する、請求項４３に記載の成膜システム。
【請求項４５】
前記キャリアガスが一酸化物ガスを有する、請求項３８に記載の成膜システム。
【請求項４６】
前記一酸化物ガスが一酸化炭素（ＣＯ）を有する、請求項４５に記載の成膜システム。
【国際調査報告】
2008522033.tif 000011
2008522033.tif 000012