(57)【要約】  ガスディフューザ組立体及び当該ガスディフューザ組立体を用いる気相成長システムが記載されている。当該ガスディフューザ組立体はガスディフューザマニホールドを有する。前記ガスディフューザマニホールドは、基板処理システムと結合して、基板の表面に対して実質的に垂直な方向にガス排出口から前記基板処理システムへプロセスガスを導入することで、前記表面全体にわたって滞留パターンを生成するように構成される。前記ガスディフューザマニホールドは、ガス流入口、滞留プレート、及び拡散部を有する。
2014518452.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロセスガスを基板処理システムへ導入するガスディフューザ組立体であって、
当該ガスディフューザ組立体はガスディフューザマニホールドを有し、
前記ガスディフューザマニホールドは、基板処理システムと結合して、基板の表面に対して実質的に垂直な方向にガス排出口から前記基板処理システムへプロセスガスを導入することで、前記表面全体にわたって滞留パターンを生成するように構成され、
前記ガスディフューザマニホールドは：
ある流量の前記プロセスガスを前記ガスディフューザマニホールドへ供するガス流入口；
前記プロセスガスとぶつかり、前記プロセスガスを半径方向外側に流し、前記滞留プレートの周辺端部に巻き付くように流し、かつ、半径方向内側に流すように流入ガスプレナム内に設けられる滞留プレート；及び
前記基板処理システムへの導入前に前記流量のプロセスガスを拡散させるように構成されて、前記流量のプロセスガスの通り抜けを可能にする複数の開口部を有して、前記流入ガスプレナムの排出口に設けられる拡散部；
を有する、
ガスディフューザ組立体。
【請求項２】
前記基板処理システムが、気相成長システム又はエッチングシステムを含む、請求項1に記載のガスディフューザ組立体。
【請求項３】
前記拡散部が、有孔性発泡部材、穴あき部材、プレート状部材、メッシュ状部材、若しくはスクリーン状部材、又は上記の組み合わせを有する、請求項1に記載のガスディフューザ組立体。
【請求項４】
前記有孔性発泡部材が、1インチあたり5乃至200個の孔の範囲の有孔性を有する有孔性発泡部材を有する、請求項3に記載のガスディフューザ組立体。
【請求項５】
前記有孔性発泡部材が、1インチあたり10乃至100個の孔の範囲の有孔性を有する有孔性発泡部材を有する、請求項3に記載のガスディフューザ組立体。
【請求項６】
前記有孔性発泡部材が、1インチあたり10乃至60個の孔の範囲の有孔性を有する有孔性発泡部材を有する、請求項3に記載のガスディフューザ組立体。
【請求項７】
前記滞留プレート及び前記拡散部が、前記ガス流入口212の軸上を中心にとっている、請求項1に記載のガスディフューザ組立体。
【請求項８】
前記滞留プレートの第1横方向寸法222が前記拡散部240の第2横方向寸法よりも長い、請求項1に記載のガスディフューザ組立体。
【請求項９】
前記拡散部の排出口に設けられる排出ガスプレナムをさらに有する、請求項1に記載のガスディフューザ組立体。
【請求項１０】
前記排出ガスプレナムが錐体形状プレナムを含む、請求項9に記載のガスディフューザ組立体。
【請求項１１】
前記排出ガスプレナムの排出口に設けられる排出ガス分配プレートをさらに有する、請求項9に記載のガスディフューザ組立体。
【請求項１２】
前記排出ガス分配プレートが、有孔性発泡部材、穴あき部材、プレート状部材、メッシュ状部材、若しくはスクリーン状部材、又は上記の組み合わせを有する、請求項11に記載のガスディフューザ組立体。
【請求項１３】
前記ガス流入口から前記ガス排出口への前記ガスディフューザ組立体の流れコンダクタンスが200[l/sec]を超える、請求項1に記載のガスディフューザ組立体。
【請求項１４】
前記ガス流入口から前記ガス排出口への前記ガスディフューザ組立体の流れコンダクタンスが500[l/sec]を超える、請求項1に記載のガスディフューザ組立体。
【請求項１５】
前記拡散部がプレート状部材を有し、
前記プレート状部材を前記複数の開口部を有し、
前記複数の開口部は前記プレート状部材を貫通するように形成される、
請求項1に記載のガスディフューザ組立体。
【請求項１６】
前記拡散部内の前記複数の開口部のうちの少なくとも一は、前記プレート状部材の排出面を加工して生成された排出切り込みを有する、請求項15に記載のガスディフューザ組立体。
【請求項１７】
前記拡散部内の前記複数の開口部の各々は、前記プレート状部材の排出面を加工して生成された排出切り込みを有し、かつ、
前記複数の開口部の各々の排出切り込みは、前記基板に対して平行な前記プレート状部材の排出面上に最小の表面領域を生成することによって流れの再循環領域を減少させるようにまとまって一体となる、
請求項15に記載のガスディフューザ組立体。
【請求項１８】
前記プレート状部材内の前記複数の開口部のうちの一は中心に位置し、かつ
前記プレート状部材内の前記複数の開口部のうちの少なくとも他は中心から外れて位置
請求項15に記載のガスディフューザ組立体。
【請求項１９】
中心に位置する前記複数の開口部のうちの一の直径は、中心から外れて位置する前記複数の開口部の他の直径よりも大きい、請求項15に記載のガスディフューザ組立体。
【請求項２０】
前記複数の開口部のサイズ及び/又は密度が、前記分配プレート部にわたって変化する、請求項15に記載のガスディフューザ組立体。
【請求項２１】
基板上に薄膜を堆積する気相成長システムであって：
圧力の制御及び/又は最適化を行うように構成される真空排気システムを有するプロセスチャンバ；
前記プロセスチャンバと結合して基板を支持するように構成される基板ホルダ、並びに、
前記プロセスチャンバと結合して、基板の表面に対して実質的に垂直な方向にガス排出口から前記基板処理システムへプロセスガスを導入することで前記表面全体にわたって滞留パターンを生成するように配置されるガスディフューザマニホールドを有するガス分配システム；
を有し、
前記ガスディフューザマニホールドは：
ある流量の前記プロセスガスを前記ガスディフューザマニホールドへ供するガス流入口；
前記プロセスガスとぶつかり、前記プロセスガスを半径方向外側に流し、前記滞留プレートの周辺端部に巻き付くように流し、かつ、半径方向内側に流すように流入ガスプレナム内に設けられる滞留プレート；及び
前記基板処理システムへの導入前に前記流量のプロセスガスを拡散させるように構成されて、前記流量のプロセスガスの通り抜けを可能にする複数の開口部を有して、前記流入ガスプレナムの排出口に設けられる拡散部；
を有する、
気相成長システム。
【請求項２２】
前記拡散部が、有孔性発泡部材、穴あき部材、プレート状部材、メッシュ状部材、若しくはスクリーン状部材、又は上記の組み合わせを有する、請求項21に記載の気相成長システム。
【請求項２３】
前記基板ホルダが、前記基板の温度を制御するように構成される1つ以上の温度制御素子を有する、請求項21に記載の気相成長システム。
【請求項２４】
前記ガス分配システムと結合して、前記プロセスガス流を前記ガス分配システムへ供給するように構成される材料供給システムをさらに有する、請求項21に記載の気相成長システム。
【請求項２５】
前記材料供給システムが、2種類以上のプロセスガス流を前記ガス分配システムへ交互に順次導入するように構成される。請求項24に記載の気相成長システム。
【請求項２６】
前記プロセスチャンバと結合して、前記プロセスチャンバ内でプラズマを励起させるように構成されるプラズマ生成システムをさらに有する、請求項21に記載の気相成長システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エレクトロニクスデバイスの製造に用いられるガス分配システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
材料の処理−たとえば集積回路(IC)の製造のための半導体デバイス作製−中、気相成長法は、基板上に薄膜を形成するのみならず、基板上の複雑な表面形状全体にわたってコンフォーマルな薄膜を形成するための一般的な手法である。気相成長法は、化学気相成長(CVD)法及びプラズマCVD法を有して良い。たとえば半導体の製造においては、そのような気相成長法は、フロントエンド(FEOL)処理におけるゲート誘電膜の形成、並びに、バックエンド(BEOL)処理におけるメタライゼーション用の低誘電率(low-k)若しくは超low-k又は有孔性若しくは非有孔性の誘電膜の形成、及び、メタライゼーション用のバリア/シード層の形成、さらには先端メモリ製造におけるキャパシタ誘電膜の形成に用いられて良い。
【０００３】
CVDプロセスにおいては、膜前駆体気体の連続流が、基板を含む処理チャンバへ導入される。前記膜前駆体の組成は、基板上に形成される膜内において発見される主要な原子又は分子を有する。この連続プロセスの間、前駆体気体は、基板表面上に化学吸着される一方で、化学吸着される材料の減少を助ける追加の気相成分との反応の有無にかかわらず、熱分解する。その結果、所望の膜が残る。
【０００４】
PECVDプロセスにおいては、CVDプロセスは、膜堆積機構の変更すなわち改善に利用されるプラズマをさらに有する。たとえばプラズマ励起は、熱励起によるCVDによって同様の膜を形成するのに一般的に必要とされる温度よりもはるかに低い温度で膜形成反応を進めることを可能にする。それに加えてプラズマ励起は、熱CVDにおいてエネルギー的又は運動学的に起こりにくい膜形成化学反応を起こしうる。
【０００５】
近年原子層堆積(ALD)法−CVDの一形態−が、フロントエンドライン(FEOL)処理における超薄膜ゲートの生成のみならず、バックエンドライン(BEOL)処理における超薄膜バリアとメタライぜーション用のシード層の生成の候補として注目されてきた。ALDの変形には、ALDサイクルの少なくとも一部の間にプラズマを生成する工程を有するプラズマALDが含まれる。ALDでは、2種類以上のプロセスガスが、1回に1分子層の材料層を生成するため、交互に順次導入される。係るALDプロセスは、層の厚さの均一性と制御を改善するのみならず、その層が堆積される部位に対するコンフォーマリティをも改善することが明らかになった。
【０００６】
気相成長中、1種類以上のプロセスガス−膜生成ガスを含む−を非処理基板全体にわたって均一に導入することが重要である。さらに堆積速度が各ALDサイクルの時間長さに依存するALDシステムにおいては、2種類以上のプロセスガスが交換可能な速度は、1種類以上のプロセスガスを基板全体にわたって均一に流そうとするときには、新たな課題となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第6891124号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
様々な実施例は、エレクトロニクスデバイスの製造に用いられるガス分配システムに関し、より詳細には、気相成長システム−たとえばALDシステム−で用いられるガス分配システムに関する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
一の実施例によると、ガスディフューザ組立体が記載されている。当該ガスディフューザ組立体はガスディフューザマニホールドを有する。前記ガスディフューザマニホールドは、基板処理システムと結合して、基板の表面に対して実質的に垂直な方向にガス排出口から前記基板処理システムへプロセスガスを導入することで、前記表面全体にわたって滞留パターンを生成するように構成される。前記ガスディフューザマニホールドは、ある流量の前記プロセスガスを前記ガスディフューザマニホールドへ供するガス流入口、流入ガスプレナム内に設けられる滞留プレート、及び前記流入ガスプレナムの排出口に設けられる拡散部を有する。前記滞留プレートは、前記プロセスガスとぶつかり、前記プロセスガスを半径方向外側に流し、前記滞留プレートの周辺端部に巻き付くように流し、かつ、半径方向内側に流す。前記拡散部は、前記基板処理システムへの導入前に前記流量のプロセスガスを拡散させるように構成される。前記拡散部は、前記流量のプロセスガスの通り抜けを可能にする複数の開口部を有する。
【００１０】
他の実施例によると、気相成長システムが記載されている。当該気相成長システムは、圧力の制御及び/又は最適化を行うように構成される真空排気システムを有するプロセスチャンバ、前記プロセスチャンバと結合して基板を支持するように構成される基板ホルダ、並びに、前記プロセスチャンバと結合して、基板の表面に対して実質的に垂直な方向にガス排出口から前記基板処理システムへプロセスガスを導入することで前記表面全体にわたって滞留パターンを生成するように配置されるガスディフューザマニホールドを有するガス分配システムを有する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１Ａ】本発明の実施例による堆積システムの概略図を表している。
【図１Ｂ】本発明の実施例による堆積システムの概略図を表している。
【図１Ｃ】本発明の実施例による堆積システムの概略図を表している。
【図２】本発明の実施例によるガスディフューザ組立体の断面図を表している。
【図３】本発明の他の実施例によるガスディフューザ組立体の断面図を表している。
【図４】本発明の他の実施例によるガスディフューザ組立体の組み立て図を表している。
【図５】本発明の様々な実施例によるガスディフューザ組立体の写真を表している。
【図６】本発明の他の実施例によるガスディフューザ組立体の断面図を表している。
【図７】本発明の様々な実施例による複数の開口部を有するプレート状部材の前面図を表している。
【図８Ａ】図2で表されたガスディフューザ組立体を用いて薄膜を堆積するときの典型的なデータを表している。
【図８Ｂ】図2で表されたガスディフューザ組立体を用いて薄膜を堆積するときの典型的なデータを表している。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以降の記載では、限定ではない説明目的で、たとえば処理システムの具体的な幾何学的形状、並びに様々な部品及び処理の記載といった具体的詳細について説明される。しかし本発明は、これらの具体的詳細から逸脱する他の実施例でも実施可能であることに留意して欲しい。
【００１３】
同様に、説明目的で、具体的数値、材料、及び構成が、本発明をより完全に理解するために与えられる。それでも本発明は、具体的な詳細がなくても実施可能である。さらに図示された様々な実施例は例示であり、必ずしも正しい縮尺で描かれていないことに留意して欲しい。
【００１４】
本願において用いられるように「基板」とは概して、本発明によって処理される対象物を指称する。基板は、素子−特に半導体又は他のエレクトロニクス素子−の材料部分又は構造を含んでよく、かつ、たとえば底部基板構造−たとえば半導体ウエハ又は底部基板構造上に存在する若しくはその構造を覆うように存在する層（たとえば薄膜）−であってよい。よって基板とは、任意の特定の底部構造、下地層若しくは上を覆う層、パターニングの有無に限定されず、むしろ係る層若しくは底部構造、並びに、係る層及び/若しくは底部構造の任意の組み合わせを含むと解される。以降の説明は、特定の種類の基板を参照するが、これは単なる例示であって限定ではない。
【００１５】
上述したように、ALDシステム内で基板を処理する間、2種類以上のプロセスガスが交換可能な速度は、基板全体にわたって1種類以上のプロセスガスを均一に流すときにはやっかいな問題となる。従って、他の設計上の留意点の中でも、本願発明者らは、プロセス体積が減少した−つまり滞在時間の減少した−堆積システム内に設けられた基板全体にわたって均一なプロセスガス流を導入するように高い流れのコンダクタンスを有するガス分配システムを実装することを提案する。
【００１６】
従ってここで図を参照すると（図中、同様の参照番号は同一又は対応する部材を表す）、図1A〜図1Cは、本発明の実施例による基板処理システムを表している。基板処理システムは、堆積システム100−たとえば気相成長システム−を有してよい。たとえば堆積システム100は、原子層堆積(ALD)システムを有してよい。しかしその代わりに、堆積システム100は、プラズマALD(PEALD)システム、化学気相成長(CVD) システム、プラズマCVD(PECVD)システム、フィラメント支援CVD(FACVD)システム、物理気相成長(PVD)システム、イオン化PVD(iPVD)システム、原子層エピタキシー(ALE)システム、分子線エピタキシー(MBE)システム等を有してよい。さらに続く実施例が堆積に関して記載されているが、これらの実施例は、他のシステム及びプロセスに適用されうる。たとえば基板処理システムは代わりに、エッチングシステム、熱処理システム、急速熱処理(RTP)システム、アニーリングシステム、急速アニーリング(RTA)システム、加熱炉等を有してよい。
【００１７】
堆積システム100はたとえば、バックエンド(BEOL)処理における半導体デバイスのインターコネクト及びイントラコネクト構造のメタライゼーションの間に金属含有膜を堆積するのに用いられてよい。あるいはその代わりに、堆積システム100はたとえば、フロントエンド(FEOL)処理におけるゲート誘電体及び/又はゲート電極の製造中に金属含有膜を堆積するのに用いられてよい。
【００１８】
たとえば堆積プロセスを容易にするように構成される堆積システム100は、基板125を支持するように構成される基板ホルダ120を有するプロセスチャンバ110を有する。基板125上には薄膜が生成、エッチング、又は処理されてよい。処理チャンバ110はさらに上部組立体112を有する。上部組立体112を介して、プロセス材料及び/又は清浄材料が、材料供給システム130からプロセスチャンバ110へ導入されてよい。それに加えて堆積システム100は、プロセスチャンバ110と結合して1つ以上の排気ダクト141を介してプロセスチャンバ110を排気するように構成される真空排気システム140を有する。さらに堆積システム100は、プロセスチャンバ110、基板ホルダ120、材料供給システム130、及び真空排気システム140と結合しうる制御装置150を有する。
【００１９】
堆積システム100は、滞留処理システムとして特定されてよい。前記滞留処理システムでは、プロセス材料及び/又は清浄材料が、基板125又は基板120に対して実質的に垂直な方向に、上部組立体112を介して基板125の上方に導入されてよい。たとえばプロセス材料及び/又は清浄材料は、ガス分配システム135を介して基板125の上方へ流入し、基板125又は基板120に対して実質的に垂直な方向に基板125へ向かって流れてよい。
【００２０】
それに加えて堆積システム100は、200mm基板、300mm基板、又はそれよりも大きなサイズの基板を処理するように構成されてよい。実際、基板処理システム−たとえば堆積システム100−は、当業者にはすぐに理解されるように、サイズに関係なく、基板、ウエハ、又はLCD（液晶ディスプレイ）パネルを処理するように構成されてよい。
【００２１】
基板は、通路（図示されていない）を介してプロセスチャンバ110へ導入されて良い。基板は、基板リフトシステム126によって、基板ホルダ120の上面へ向かうように/上面から離れるように運搬されてよい。基板リフトシステム126はたとえば、基板ホルダ120を貫通して基板125の背面にまで延びるリフトピンのアレイを有してよい。このリフトピンのアレイにより、基板ホルダ120の上面128上の基板処理位置170（図1Aと図1B参照）と基板ホルダ120の上面128の上方に位置する基板交換位置172（図1C参照）との間での基板125の垂直搬送が可能となる。基板125を処理するとき、基板ホルダは処理位置180（図1A参照）に設けられてよい。あるいはその代わりに、基板125を搬入又は搬出するとき、基板ホルダは搬送位置182（図1Bと図1C参照）に設けられてよい。
【００２２】
図1Aを参照すると、材料供給システム130は、プロセス材料をプロセスチャンバ110へ導入するプロセス材料供給システム132、及び、清浄材料をプロセスチャンバ110へ導入する清浄材料供給システム134を有してよい。プロセス材料供給システム132は、プロセス材料の連続流、循環流、又は非循環流をプロセスチャンバ110へ供するように構成されてよい。それに加えて、清浄材料供給システム134は、清浄材料の連続流、循環流、又は非循環流をプロセスチャンバ110へ供するように構成されてよい。
【００２３】
プロセス材料はたとえば、膜生成組成物−たとえば基板125上に生成される膜中に見いだされる主要な原子又は分子種を有する組成物−を含んでよい。あるいはプロセス材料はエッチャント又は他の処理剤を含んでよい。図1Aに図示されているように、プロセス材料が準備され、かつ、材料供給システム130を用いることによって上部組立体112を介してプロセスチャンバ110へ供給されてよい。プロセス材料は最初、固体、液体、又は気体であってよい。プロセス材料は、添加ガス及び/又はキャリアガスの利用の有無にかかわらず気体状態でプロセスチャンバ110へ供給されてよい。
【００２４】
たとえばプロセス材料は、1種類以上のガス、1種類以上のガス中に生成される1種類以上の蒸気、又はこれらの混合物を含んでよい。プロセス材料供給システム132は、1種類以上のガス源、1種類以上の揮発源、又はこれらの組み合わせを有してよい。ここで揮発とは、非ガス状態からガス状態への材料（通常は気体以外の状態で貯蔵されている）の変換を指称する。従って、「揮発」、「昇華」、及び「蒸発」は、変換が、固体から液体を経て気体へ、固体から気体へ、又は液体から気体へのいずれかであるかを問わず、固体又は液体材料から蒸気（気体）への生成全般を指称する。
【００２５】
それに加えて、プロセス材料はたとえばパージガスを有してよい。パージガスは、たとえば希ガス（つまりHe,Ne,Ar,Xe,Kr）のような不活性ガス、又は、他のガス−たとえば酸素含有ガス、窒素含有ガス、及び/又は水素含有ガス−を含んでよい。
【００２６】
清浄材料はたとえばオゾンを含んでよい。図1Aに図示されているように、オゾンは、オゾンガス生成装置を用いることによって生成され、かつ、材料供給システム130を用いることによって上部組立体112を介してプロセスチャンバ110へ供給されてよい。オゾンガス生成装置は、TMEIC（東芝三菱電機産業システム）から市販されているHシリーズ、Pシリーズ、Cシリーズ、又はNシリーズのオゾンガス生成システムを含んでよい。酸素含有ガスはオゾンガス生成装置へ供給される。任意で窒素含有ガスが触媒として機能するように供給される。酸素含有ガスは、O2、NO、NO2、N2O、CO、若しくはCO2、又はこれらの2種類以上のガスの混合物を含んでよい。窒素含有ガスは、N2、NO、NO2、N2O、若しくはNH3、又はこれらの2種類以上のガスの混合物を含んでよい。たとえばO2及び任意でN2は、オゾンを生成するようにオゾン生成装置へ供給されてよい。
【００２７】
それに加えて清浄材料はたとえばパージガスを含んでよい。パージガスは、たとえば希ガス（つまりHe,Ne,Ar,Xe,Kr）のような不活性ガス、又は、他のガス−たとえば酸素含有ガス、窒素含有ガス、及び/又は水素含有ガス−を含んでよい。
【００２８】
材料供給システム130は、1つ以上の材料源、1つ以上の圧力制御装置、1つ以上の流れ制御装置、1つ以上のフィルタ、1つ以上のバルブ、又は1つ以上のフローセンサを有してよい。たとえば材料供給システム130は、1種類以上のプロセス材料、1種類以上の清浄材料、若しくは1種類以上のパージガス、又は上記の混合ガスをプロセスチャンバ110へ交互に導入するように構成されてよい。さらに材料供給システム130は、1種類以上のプロセス材料、1種類以上の清浄材料、若しくは1種類以上のパージガス、又は上記の混合ガスをガス分配システム135を介してプロセスチャンバ110へ交互に導入するように構成されてよい。
【００２９】
図2で表されているように、ガス分配システム135は、本発明の実施例によるガスディフューザ組立体200を有してよい。ガスディフューザ組立体200は、たとえばプロセス材料及び/又は清浄材料を含むプロセスガスをプロセスチャンバ110へ導入するように構成されてよい。ガスディフューザ組立体200はガスディフューザマニホールド210を有する。ガスディフューザマニホールド210は、基板225の表面に対して実質的に垂直な方向にガス排出口214から基板処理システムのプロセス空間215へプロセスガスを導入することで、表面全体にわたって滞留パターンを生成するように配置される。
【００３０】
ガスディフューザマニホールド210は、ある流量のプロセスガス213をガスディフューザマニホールド210へ供するガス流入口212、流入ガスプレナム230内に設けられる滞留プレート220、及び流入ガスプレナム230の排出口に設けられる拡散部240を有する。滞留プレート220は、プロセスガスとぶつかり、プロセスガスを半径方向外側に流し、滞留プレート220の周辺端部に巻き付くように流し、かつ、半径方向内側に流す。拡散部240は、プロセス空間215への導入前にある流量のプロセスガス213を拡散させるように構成されてよい。拡散部240は、ある流量のプロセスガスの通り抜けを可能にする複数の開口部を有する。
【００３１】
拡散部240は、有孔性発泡部材、穴あき部材、プレート状部材、メッシュ状部材、若しくはスクリーン状部材、又は上記の組み合わせを有してよい。たとえば拡散部240は、約5/インチ〜約200/インチの範囲の有孔性を有する有孔性発泡部材を有してよい。それに加えてたとえば、拡散部240は、約10/インチ〜約100/インチの範囲の有孔性を有する有孔性発泡部材を有してよい。それに加えてたとえば、拡散部240は、約10/インチ〜約60/インチの範囲の有孔性を有する有孔性発泡部材を有してよい。
【００３２】
図2に図示されているように、滞留プレート220及び拡散部240が、ガス流入口212の軸上を中心にとっている。さらに滞留プレート220の第1横方向寸法222は、拡散部240の第2横方向寸法242よりも長くてよい。たとえば滞留プレート220及び拡散部240はそれぞれ、環状プレート又は円盤を有してよい。滞留プレート220の第1直径は、拡散部240の第2直径よりも長くてよい。上述したように、プロセスガス213の流れは、半径方向外側に流し、滞留プレート220の周辺端部に巻き付くように流し、かつ、半径方向内側に流すようにし向けられる。
【００３３】
たとえばプロセスガス213の流れが基板225へ向かう際に通過する拡散部240の第2直径は、被処理基板225の直径の約5%〜約50%の範囲であってよい。それに加えてたとえば、拡散部240の第2直径は、被処理基板225の直径の約10%〜約30%の範囲であってよい。さらにそれに加えてたとえば、拡散部240の第2直径は、被処理基板225の直径の約15%〜約20%の範囲であってよい。
【００３４】
滞留プレート220の第1横方向寸法222を拡散部240の第2横方向寸法242よりも長くなるように設計することによって、プロセスガス213の流れは、半径方向内側を流れるとき、拡散部240を貫流する前に、流入ガスプレナム230に対向する拡散部240の前面に対して実質的に平行に流れ得る。さらに、流入ガスプレナム230の外側部分及び/又は滞留プレート220の周辺端部の形状がたとえば、プロセスガス213が実質的な損失又は分離を起こすことなく滞留プレート220の周辺を流れることができるように、滑らかな円形の表面を占めるように設計されてよい。
【００３５】
図2に図示されているように、ガスディフューザ組立体200はまた、拡散部240の排出口に設けられる排出ガスプレナム250をも有してよい。排出ガスプレナム250は、円筒形状プレナム、錐体形状プレナム、又は任意の形状のプレナムを含んでよい。
【００３６】
他の実施例によると、図3に図示されているように、ガスディフューザ組立体300は、拡散部240の排出口に設けられる排出ガスプレナム350、及び、排出ガスプレナム350の排出口に設けられる排出ガス分配プレート360を有してよい。排出ガスプレナム350は、円筒形状プレナム、錐体形状プレナム、又は任意の形状のプレナムを含んでよい。排出ガス分配プレート360は、有孔性発泡部材、穴あき部材、プレート状部材、メッシュ状部材、若しくはスクリーン状部材、又は上記の組み合わせを有してよい。
【００３７】
ガスディフューザ組立体(200,300)は、10[l/sec]を超えるガス流入口212からガス排出口214への流れのコンダクタンスを有するように設計されてよい。あるいはその代わりに、ガスディフューザ組立体(200,300)は、20[l/sec]を超えるガス流入口212からガス排出口214への流れのコンダクタンスを有するように設計されてよい。
【００３８】
ここで図4を参照すると、他の実施例によるガスディフューザ組立体400の組み立て図が示されている。ガスディフューザ組立体400は、ガス流入口（図示されていない）及び流入ガスプレナム430を有するガスディフューザマニホールド410を有する。ガスディフューザマニホールド410は、固定部材434を用いることによって基板処理システム−たとえば図1A〜図1Cの堆積システム100−に取り付けられてよい。ガスディフューザ400はさらに、流入ガスプレナム430内に設けられた滞留プレート420、ガスディフューザマニホールド410に取り付けられてさらに流入ガスプレナム430を画定する流入ガスプレナムリング426、ガス拡散部440、及び、流入ガスプレナムリング426と結合して流入ガスプレナムリング426との間で拡散部440を固定するクランプリング442を有する。滞留プレート420は、固定部材424を用いることによってガスディフューザマニホールド410に取り付けられ、かつ、スペーサ422を用いることによってガス流入口から離間される。それに加えてクランプリング442は、固定部材444を用いることによって流入ガスプレナムリング426に取り付けられる。
【００３９】
任意でガスディフューザ組立体400は、プレートリング462及び固定部材464を用いることによってガスディフューザマニホールド410に取り付けられ得る排出ガス分配プレート460を有してよい。排出ガス分配プレート460のない状態でのガスディフューザ組立体400の底部写真が図5Aに示されている。排出ガス分配プレート460がある状態でのガスディフューザ組立体400の底部写真は図5Bに示されている。
【００４０】
他の実施例によると、図6に図示されているように、ガスディフューザ組立体600は、複数の開口部642を有するプレート状部材を有する拡散部640を有してよい。複数の開口部642のうちの少なくとも1つは、プレート状部材の排出面を加工して生成された排出切り込み644を有してよい。それに加えて複数の開口部642のうちの少なくとも1つは、プレート状部材の流入面を加工して生成された流入切り込み（図示されていない）を有してよい。さらに図6に図示されているように、拡散部640内の複数の開口部642の各々は、プレート状部材の排出面を加工して生成された排出切り込み644を有してよい。複数の開口部640の各々の排出切り込み644は、基板225に対して平行なプレート状部材の排出面上に最小の表面領域を生成することによって流れの再循環領域を減少させるようにまとまって一体となる。他の実施例では、複数の開口部642は、拡散部640にわたってサイズ及び/又は密度が変化してよい。
【００４１】
図7Aと図7Bに図示されているように、拡散部640A,640Bは複数の開口部642A,642Bを有する。プレート状部材内の複数の開口部642A,642Bのうちの少なくとも一は中心に位置し、かつ、プレート状部材内の複数の開口部642A,642Bのうちの少なくとも他は中心から外れて位置している。図7Aでは、中心に位置する開口部の直径は、中心から外れて位置する開口部の直径よりも大きい。図7Bでは、開口部のサイズは中心から端部へ向かって変化する。
【００４２】
再度図1Aを参照すると、基板ホルダ120は、加熱及び/又は冷却用に構成されうる1つ以上の温度制御素子124を有する。さらに1つ以上の温度制御素子124は、2つ以上の独立に制御される温度領域内に配置されてよい。基板ホルダ120は2つの熱領域−内側領域と外側領域を含む−を有してよい。それらの領域の温度は、基板ホルダの熱領域を独立に加熱又は冷却することによって制御されてよい。
【００４３】
他の例によると、1つ以上の温度制御素子124は、基板ホルダ120の表面付近又は基板ホルダ120内部に埋め込まれた基板冷却素子を有してよい。たとえば基板冷却素子は、基板ホルダ120からの熱を受け取り、かつ、熱を熱交換機へ送る再循環流体流を含んでよい。さらに他の例によると、1つ以上の温度制御素子124は、1つ以上の熱電素子を含んでよい。
【００４４】
それに加えて基板ホルダ120は任意で、基板125を基板ホルダ120の上面に固定する基板固定システム（たとえば電気的又は機械的固定システム）を有してよい。たとえば基板ホルダ120は静電チャック(ESC)を有してよい。
【００４５】
さらに基板ホルダ120は任意で、背面ガス供給システムを介して基板125の背面への伝熱ガスの供給を容易にすることで、基板125と基板ホルダ120との間のガスギャップ熱伝導を改善してよい。係るシステムは、昇温又は降温させる際に基板の温度制御が必要なときに利用されてよい。たとえば背面ガスシステムは二領域ガス分配システムを有してよい。背面ガス（たとえばHe）圧力は、基板125の中心と端部との間で独立に変化してよい。
【００４６】
図示されていないが、プロセスチャンバ110もまた、加熱及び/又は冷却用に構成され得る1つ以上の温度制御素子を有してよい。たとえば1つ以上の温度制御素子は、凝縮を緩和するため、プロセスチャンバ110の温度を昇温させるように構成された壁加熱素子を有してよい。凝縮は、プロセスチャンバ110の表面上での膜の生成及び残留物の蓄積を引き起こすこともありうるし、引き起こさないこともある。さらにプロセスチャンバ110の上部組立体112もまた、加熱及び/又は冷却を行うように構成されうる1つ以上の温度制御素子を有してよい。たとえば1つ以上の温度制御素子は、ガス/蒸気供給加熱素子を有してよい。前記ガス/蒸気供給加熱素子は、プロセスチャンバ110へ導入されるプロセス材料、清浄材料、若しくはパージガス、又は上記の混合物と接する表面の温度を上昇させるように構成される。
【００４７】
プログラム命令を動作させることで、温度制御システム及び/又は制御装置150は、基板ホルダ120の温度を監視、調節、及び/又は制御するように構成されてよい。たとえば基板ホルダ120は、最大約600℃の範囲の温度で動作してよい。あるいはその代わりに、たとえば基板ホルダ120は、最大約500℃の範囲の温度で動作してよい。あるいはその代わりに、たとえば基板ホルダ120は、約200℃乃至約400℃の範囲の温度で動作してよい。
【００４８】
それに加えてプログラム命令を動作させることで、プログラム命令を動作させることで、温度制御システム及び/又は制御装置150は、プロセスチャンバ110の温度を監視、調節、及び/又は制御するように構成されてよい。たとえばプロセスチャンバ110は、最大約400℃の範囲の温度で動作してよい。あるいはその代わりに、たとえばプロセスチャンバ110は、最大約300℃の範囲の温度で動作してよい。あるいはその代わりに、たとえば基板ホルダ120は、約50℃乃至約200℃の範囲の温度で動作してよい。
【００４９】
温度制御システム及び/又は制御装置150は、1種類以上の温度を監視する1つ以上の温度測定装置を用いてよい。1種類以上の温度とはたとえば、基板125の温度、基板ホルダ120の温度、プロセスチャンバ110の温度等である。
【００５０】
例として、温度測定装置は、光ファイバ温度計、光学パイロメータ、特許文献１に記述されているようなバンド端温度計システム、又はＫ型熱電対のような熱電対を有して良い。光学温度計の例には、アドバンストエナジー社から市販されているＯＲ２０００Ｆ型光ファイバ温度計、ラクストロンコーポレーションから市販されているＭ６００型光ファイバ温度計、又は高岳製作所から市販されているＦＴ−１４２０型光ファイバ温度計が含まれる。
【００５１】
さらに図1Aを参照すると、約5000l/sec（以上）の排気速度での排気が可能で、プロセスチャンバ110と結合し、かつ、1つ以上の排気ダクト141を介した排気によってプロセスチャンバ110の圧力を制御及び/又は最適化するように構成された真空排気システム140はドライ真空ポンプを有してよい。前記ドライ真空ポンプは、たとえばターボ分子真空ポンプ(TMP)又は極低温真空ポンプである。真空排気システム140は、プロセスチャンバ110へ供給される排気速度を制御する1つ以上の真空バルブ142を有してよい。さらに真空排気システム140は、プロセスチャンバ110内の圧力を監視、調節、及び/又は制御する圧力制御システムを有してよい。
【００５２】
再度図1Aを参照すると、制御装置150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、基板処理システム−たとえば堆積システム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への入力をやり取りし、かつ起動させるのに十分な制御電圧を発生させる能力を有する。しかも制御装置150は、プロセスチャンバ110、基板ホルダ120、材料供給システム130、及び真空排気システム140と結合して、情報をやりとりしてよい。たとえばメモリ内に記憶されたプログラムが、堆積プロセス、エッチングプロセス、処理プロセス、及び/又は清浄プロセスを実行するために、プロセスレシピに従って、基板処理システム−たとえば堆積システム100−の上記の構成要素への入力を始動させるのに利用されて良い。
【００５３】
しかし制御装置150は任意の数の処理要素（110、120、130、140）を設定するように備えられて良い。制御装置150は、処理要素からのデータを収集、提供、処理、記憶、及び表示して良い。制御装置150は、1つ以上の処理要素を制御する多数のアプリケーションを有して良い。たとえば制御装置150は、グラフィカルユーザーインターフェース(GUI)構成要素（図示されていない）を有して良い。GUI構成要素は、ユーザーが1つ以上の処理要素を監視及び/又は制御できるようになる使用が容易なインターフェースを供することができる。
【００５４】
あるいはその代わりに又はそれに加えて、制御装置150は1つ以上の追加制御装置/コンピュータ（図示されていない）と結合してよく、かつ、制御装置150は、追加制御装置/コンピュータから設定及び/又は構成に関する情報を得てよい。
【００５５】
制御装置150（の一部）は、基板処理システム−たとえば堆積システム100−に対して局所的に設置されても良いし、及び/又は基板処理システム−たとえば堆積システム100−に対して離れた場所に設置されても良い。たとえば制御装置150は、直接接続、イントラネット、インターネット及びワイヤレス接続のうちの少なくとも1を用いることによって基板処理システム−たとえば堆積システム100−とのデータのやり取りをして良い。制御装置150は、たとえば顧客側（つまりデバイスメーカー等）のイントラネットと結合して良いし、又はたとえば売り手側（つまり装置製造者等）のイントラネットと結合しても良い。さらに別なコンピュータ（つまり制御装置、サーバー等）が、たとえば制御装置とアクセスすることで、直接接続、イントラネット及びインターネットのうちの少なくとも1つを介してデータのやり取りをして良い。また当業者には明らかなように、制御装置150は、ワイヤレス接続を介して基板処理システム−たとえば堆積システム100−とのデータのやり取りをしても良い。
【００５６】
例では、ハフニウム酸化物(HfO2)膜が、ガスディフューザ組立体−たとえば図2に図示されたもの−を用いる堆積システム−たとえば図1A〜図1Cに図示された堆積システム100−を用いて堆積された。堆積プロセスは35サイクルを有するALDプロセスである。前記35サイクルでは、各サイクルは：(1)Hf含有前駆体の導入、(2)第1ガスパージ、(3)酸化剤の導入、及び(4)第2ガスパージを有する。図8Aは、薄膜の厚さ（Å）（実線と塗りつぶしの菱形）と標準偏差（σ、%）（破線、塗りつぶしの正方形）を基板数の関数として与えている。基板数が100以上でも、厚さが約35Åで300mm基板にわたる標準偏差は1%未満となるように薄膜は繰り返し生成される。さらに図8Bは、堆積プロセスの結果として各基板に加えられた0.06μm以上の粒子の粒子データ（Δ）−つまり堆積プロセス直後と堆積プロセス直前との間の差異−を与えている。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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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６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【国際調査報告】
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