(57)【要約】  前駆体送達システムが本明細書に記載される。いくつかの実施態様は、原子層堆積プロセスのための処理チャンバ内に前駆体を含む均一なガス流を提供することができる前駆体送達システムを提供する。前駆体送達システムのいくつかの実施態様は、入口ライン、出口ライン、及び出口弁を有するリザーバを備える。さらなる実施態様は、前駆体源、入口弁、ヒータ、処理チャンバ、及びコントローラを備える。さらなる実施態様は、前駆体送達システムを使用するための方法に関する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入口ラインと出口ラインを有するリザーバ；
前記出口ライン上の出口弁；及び
前記出口弁に接続されたコントローラであって、前記出口弁を閉じて前記リザーバを所定の圧力に加圧し、前記出口弁を開いて前記リザーバから前記出口ラインを通るガスの均一な流れを提供するように構成されたコントローラ
を備える前駆体送達システム。
【請求項２】
前記入口ライン上に入口弁をさらに含み、前記コントローラが、前記入口弁に接続され、前記入口弁を開閉して、前記リザーバを所定の圧力まで充填するように構成される、請求項１に記載の前駆体送達システム。
【請求項３】
前記コントローラが、前記圧力を２５％を超えて低下させることなく、前記リザーバからガスの均一な流れを提供するのに十分な圧力までリザーバを加圧するように構成される、請求項１に記載の前駆体送達システム。
【請求項４】
前記入口ラインと流体連通する前駆体源をさらに含み、前記前駆体源が、設備ガスライン又は前駆体アンプルのうちの１つ又は複数を含む、請求項１に記載の前駆体送達システム。
【請求項５】
入口ライン上の入口弁を開き、出口ライン上の出口弁を閉じるように構成されるコントローラであって、前記入口ライン及び前記出口ラインが、リザーバと流体連通しているコントローラを使用して、前記リザーバに前駆体を所定の圧力まで充填すること；及び
前記出口弁を開くように構成された前記コントローラを使用して、前記充填されたリザーバから前記出口ラインを通る前駆体の流れを提供すること
を含む、前駆体送達の方法。
【請求項６】
前記前駆体が、前記リザーバに連続的に供給される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記コントローラが、前記出口弁が開いている間、前記入口弁を閉じるように構成される、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記出口弁の開閉が繰り返される、請求項５に記載の方法。
【請求項９】
前記リザーバが、約２５％未満のデューティサイクルを提供するのに十分に充填される、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
入口ラインと出口ラインを有するリザーバ；
前記入口ラインと流体連通する前駆体源；
前記出口ラインと流体連通する処理チャンバ；
前記出口ライン上の出口弁；及び
前記出口弁に接続されたコントローラであって、前記出口弁を閉じて前記リザーバを所定の圧力に加圧し、前記出口弁を開いて前記リザーバから前記処理チャンバへのガスの均一な流れを提供するように構成されたコントローラ
を備える前駆体送達システム。
【請求項１１】
前記入口ライン上に入口弁をさらに含み、前記コントローラが、前記入口弁に接続され、前記入口弁を開閉して、前記リザーバを所定の圧力まで充填するように構成される、請求項１０に記載の前駆体送達システム。
【請求項１２】
前記コントローラが、前記圧力を２５％を超えて低下させることなく、前記リザーバからガスの均一な流れを提供するのに十分な圧力までリザーバを充填するように構成される、請求項１０に記載の前駆体送達システム。
【請求項１３】
前記コントローラが、前記リザーバを所定の温度に維持するためにヒータに接続される、請求項１０に記載の前駆体送達システム。
【請求項１４】
前記前駆体源が、前記リザーバの前記所定の温度未満の温度に維持される、請求項１３に記載の前駆体送達システム。
【請求項１５】
前記前駆体源が、設備ガスライン又は前駆体アンプルのうちの１つ又は複数を含む、請求項１０に記載の前駆体送達システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
技術分野
本開示の実施態様は、一般に、前駆体送達システムに関する。本開示のいくつかの実施態様は、原子層堆積プロセスで使用するための前駆体送達システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
背景
効率的な原子層堆積プロセスは、前駆体が比較的短時間でチャンバ内にパルス供給されることを必要とする。デバイス要件がますます小さくなるにつれて、これらのデバイスの表面積は増加する。したがって、完全な飽和のために基板に送達されなければならない前駆体の量も増加する。
【０００３】
さらに、現在の送達システムは、しばしば、経時的に一貫した前駆体濃度を送達することができない。場合によっては、送達されるパルスは、パルスの始めの方がパルスの終わりよりも濃度が高い。ある場合には、前駆体の濃度は、プロセスの始めの方がプロセスの終わりよりも高い。これらの変動は、不規則な堆積及びデバイスの故障につながる可能性がある。さらに、いくつかの現在の送達システムは、固体前駆体の粒子を含む前駆体パルスを送達することが多い。
【０００４】
したがって、前駆体の一貫した高濃度パルスを提供する前駆体送達システムが必要とされている。
【発明の概要】
【０００５】
概要
本開示の１つ又は複数の実施態様は、入口ライン及び出口ラインを有するリザーバと、出口ライン上の出口弁と、出口弁に接続されたコントローラとを備える前駆体送達システムに関する。コントローラは、出口弁を閉じてリザーバを加圧し、出口弁を開いて、リザーバから出口ラインを通るガスの均一な流れを提供するように構成されている。
【０００６】
本開示のさらなる実施態様は、コントローラを使用してリザーバに前駆体を充填することを含む、前駆体送達の方法に関する。コントローラは、入口ライン上の入口弁を開き、出口ライン上の出口弁を閉じるように構成される。入口ライン及び出口ラインは、リザーバと流体連通している。コントローラは、充填されたリザーバから出口ラインを通る前駆体の流れを提供するために使用される。コントローラは、出口弁を開くように構成される。
【０００７】
本開示のさらなる実施態様は、入口ライン及び出口ラインを有するリザーバと、入口ラインと流体連通する前駆体源と、出口ラインと流体連通する処理チャンバと、出口ライン上の出口弁と、出口弁に接続されるコントローラとを備える、前駆体送達システムに関する。コントローラは、出口弁を閉じてリザーバを加圧し、出口弁を開いて、リザーバから処理チャンバへのガスの均一な流れを提供するように構成される。
【０００８】
本開示の上述の特徴を詳細に理解できるように、上記で簡単に要約されている本開示のより詳細な説明が、実施態様を参照することによって得られ、それらの実施態様の一部が添付図面に示される。しかし、本開示は他の等しく有効な実施態様も許容し得ることから、添付の図面は、この開示の典型的な実施態様のみを例示しており、したがって、本開示の範囲を限定すると見なすべきではないことに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本開示のいくつかの実施態様による前駆体送達システムの概略図を示す。
【図２】図２は、本開示の１つ又は複数の実施態様による前駆体送達システムの概略図を示す。
【図３】図３は、本開示の１つ又は複数の実施態様による前駆体送達システムの概略図を示す。
【図４Ａ−４Ｄ】図４Ａから４Ｄは、本開示の１つ又は複数の実施態様による前駆体送達システムを使用する方法を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
詳細な説明
本開示のいくつかの例示的な実施態様を説明する前に、本開示は、以下の説明に記載される構成又はプロセス工程の詳細に限定されないことを理解されたい。本開示は、他の実施態様が可能であり、様々な方法で実施又は実行されることが可能である。
【００１１】
本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用されるように、用語「基板」は、プロセスが作用する表面又は表面の一部を指す。また、基板への言及は、文脈が特に明確に示さない限り、基板の一部のみを指すことができることも当業者には理解されるであろう。さらに、基板上への堆積に対して言及がなされるとき、それは、ベア基板と、１つ若しくは複数の膜又はフィーチャが上部に堆積又は形成された基板との両方を意味し得る。
【００１２】
本明細書において使用される「基板（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）」とは、製造プロセス中にその上に膜処理が実行される、任意の基板、又は基板上に形成された任意の材料面を指す。例えば、処理が実施されうる基板表面は、用途に応じて、シリコン、酸化シリコン、ストレインドシリコン、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）、炭素がドープされた酸化シリコン、アモルファスシリコン、ドープされたシリコン、ゲルマニウム、ヒ化ガリウム、ガラス、サファイアなどの材料、並びに、金属、金属窒化物、金属合金、及びその他の導電性材料といった、他の任意の材料を含む。基板は、半導体ウエハを含むが、それに限定されない。基板表面を研磨、エッチング、還元、酸化、ヒドロキシル化、アニール、ＵＶ硬化、電子ビーム（ｅビーム）硬化、且つ／又はベークするために、基板を前処理プロセスに曝露してもよい。基板自体の表面上で直接膜処理することに加えて、本開示では、開示された任意の膜処理工程が、以下でより詳細に開示される基板上に形成された下層上で実施されてもよい。用語「基板表面」は、文脈が示すように、こうした下層を含むように意図されている。したがって、例えば、膜／層又は部分的な膜／層が基板表面上に堆積されている場合、新たに堆積された膜／層の曝露面が基板表面となる。
【００１３】
本開示の実施態様は、気相堆積プロセス（例えば、原子層堆積プロセス）中の前駆体送達のための装置及び方法に関する。本開示のいくつかの実施態様は、従来の前駆体送達システムと比較して、より短い期間でより高い前駆体濃度の送達を有利に提供する。本開示のいくつかの実施態様は、高用量の化学物質を処理チャンバ内にバーストさせる能力を有する装置及び方法を有利に提供する。高バースト送達プロセスは、高表面積の構造化ウエハ上の堆積に有用であり得る。
【００１４】
いくつかの実施態様は、有利なことに、原子層堆積（ＡＬＤ）パルス中に処理チャンバに送達される前駆体の量に対してより大きな制御を提供する。本開示のいくつかの実施態様は、有利なことに、基板処理方法中経時的に、より一貫した前駆体濃度の送達を提供する。本開示のいくつかの実施態様は、有利なことに、得られる膜において、より少ない固体粒子及びより低いレベルの粒子エントレインメントを有する前駆体の送達を提供する。
【００１５】
本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用されるように、「前駆体」、「反応体」、「反応性ガス」などの用語は、基板表面と反応することができる任意のガス種を指すために交換可能に使用される。
【００１６】
本明細書で使用される「原子層堆積（ａｔｏｍｉｃ  ｌａｙｅｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）」又は「周期的堆積」とは、２つ以上の反応性化合物への連続的曝露により、基板表面に材料層を堆積させることを指す。基板又は基板の一部は、処理チャンバの反応区域内に導入される２つ以上の反応性化合物に別々に曝露される。時間領域ＡＬＤプロセスでは、各反応性化合物への曝露は、時間遅延によって分けられ、それにより、各化合物は、基板表面に付着するか且つ／又は基板表面上で反応し、次いで、処理チャンバからパージされることが可能になる。これらの反応性化合物は、基板に連続的に曝露されると言われている。空間ＡＬＤプロセスでは、基板上の所与の点が２つ以上の反応性化合物に同時に曝露されないように、基板表面の異なる部分が２つ以上の反応性化合物に同時に曝露される。本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用されるように、この観点で使用される用語「実質的に（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ）」とは、当業者によって理解されるように、基板の小さな部分が、拡散に起因して複数の反応性ガスに同時に曝露される可能性があり、その同時曝露は意図されていないことを意味する。
【００１７】
時間領域ＡＬＤプロセスの一態様では、第１の反応性ガス（すなわち、第１の前駆体又は化合物Ａ）が反応区域内にパルス供給され、その後、第１の時間遅延が伴う。次に、第２の反応性ガス（すなわち、第２の前駆体又は化合物Ｂ）が反応区域内にパルス供給され、その後、第２の遅延が伴う。各時間遅延の間、アルゴン又はヘリウムのようなパージガスが処理チャンバ内に導入され、反応区域がパージされるか、又はさもなければ、反応区域から任意の残留反応性化合物又は反応性副生成物が除去される。代替的に、反応性化合物のパルス間の時間遅延の間、パージガスのみが流動するように、堆積プロセス全体にわたってパージガスが連続的に流動し得る。反応性ガスは、基板表面上に所望の膜又は膜厚が形成されるまで、交互にパルス供給される。いずれの場合でも、化合物Ａ、パージガス、化合物Ｂ、及びパージガスをパルス供給するＡＬＤプロセスはサイクルと呼ばれる。サイクルは、化合物Ａ又は化合物Ｂのいずれかで開始され、所定の厚さを有する膜が達成されるまで、サイクルのそれぞれの順序が続けられてもよい。
【００１８】
本明細書で使用される「パルス（ｐｕｌｓｅ）」又は「用量（ｄｏｓｅ）」は、処理チャンバ内に断続的に又は非連続的に導入される原料ガスの量を指すことが意図される。各パルス内の特定の化合物の量は、パルスの持続時間に応じて、経時的に変動し得る。特定のプロセスガスは、単一の化合物又は２つ以上の化合物の混合物／組み合わせを含み得る。
【００１９】
各パルス／投与の持続時間は可変であり、例えば、処理チャンバの容積容量、並びにそれに連結された真空システムの能力に適合するように調整され得る。さらに、プロセスガスの投与時間は、プロセスガスの流量、プロセスガスの温度、制御弁の種類、使用される処理チャンバの種類、並びに基板表面上に吸着するプロセスガスの成分の能力に応じて変動し得る。投与時間は、形成される層の種類、及び形成されるデバイスの形状に基づいても変動し得る。投与時間は、基板の表面全体に実質的に吸着／化学吸着し、その上にプロセスガス成分の層を形成するのに十分な量の化合物を供給するのに十分な長さでなければならない。
【００２０】
いくつかの実施態様では、反応物は、不活性ガス、希釈ガス及び／又はキャリアガスを含む。不活性ガス、希釈ガス及び／又はキャリアガスは、反応種と混合されてもよく、パルス供給されてもよく、又は一定の流れを有してもよい。いくつかの実施態様では、キャリアガスは、約１から約２０００ｓｃｃｍの範囲の一定の流れで処理チャンバに流れ込まれる。キャリアガスは、膜堆積を妨害しない任意のガスであってもよい。例えば、キャリアガスは、アルゴン、ヘリウム、窒素、ネオンなどのうちの１つ又は複数、又はそれらの組み合わせを含み得る。１つ又は複数の実施態様では、キャリアガスは、リザーバに流入する前に反応種と混合される。
【００２１】
図１を参照すると、本開示のいくつかの実施態様は、前駆体送達システム１００を対象とする。前駆体送達システム１００は、入口ライン１２０及び出口ライン１３０を有するリザーバ１１０を備える。前駆体送達システム１００は、出口ライン１３０上に出口弁１３５をさらに備える。いくつかの実施態様では、前駆体送達システム１００は、出口弁１３５に接続されたコントローラ１５０をさらに備える。いくつかの実施態様では、コントローラ１５０は、出口弁１３５を閉じて、リザーバ１１０を加圧し、出口弁１３５を開いて、リザーバ１１０から出口ライン１３０を通って下流の構成要素、例えば、処理チャンバ１８０へのガスの均一な流れを提供するように構成される。
【００２２】
いくつかの実施態様では、前駆体を含むキャリアガスは、入口ライン１２０を通ってリザーバ１１０に送達される。いくつかの実施態様では、前駆体を含むキャリアガスは、出口弁１３５が閉じられたときにリザーバ１１０を所定の圧力まで加圧する。
【００２３】
いくつかの実施態様では、前駆体送達システム１００は、入口ライン１２０上に入口弁１２５をさらに備える。いくつかの実施態様では、コントローラ１５０は、入口弁１２５に接続され、入口弁１２５を開閉して、リザーバ１１０を所定の圧力まで充填するように構成される。図示されていないが、コントローラ１５０は、当業者に知られている接続タイプを使用して、任意の構成要素に接続することができる。
【００２４】
いくつかの実施態様では、入口弁１２５が開かれて、リザーバ１１０を所定の圧力まで充填する。リザーバ１１０内の圧力は、当業者に知られている任意の圧力測定装置（例えば、圧力計１１５）を使用して測定することができる。いくつかの実施態様では、リザーバ１１０が所定の圧力に達すると、入口弁１２５が閉じられる。圧力計１１５、又は他の圧力測定装置は、図１に示されるように、リザーバ１１０の内部容積内に配置することができ、あるいは入口ライン１２０又は出口ライン１３０に沿って配置することができる。いくつかの実施態様では、１つ又は複数の圧力測定装置が、入口ライン１２０、出口ライン１３０、又はリザーバ１１０のうちの１つ又は複数に配置されている。
【００２５】
いくつかの実施態様では、出口弁１３５が開いているときはいつでも、入口弁１２５は閉じている。いくつかの実施態様では、出口弁１３５が閉じているときはいつでも、入口弁１２５は開いている。理論に束縛されるものではないが、入口弁１２５及び出口弁１３５の一方のみを任意の所与の時間に開くことを可能にすることによって、固体前駆体粒子が前駆体アンプルから処理チャンバ内に直接流れるのを防ぐと考えられている。いくつかの実施態様では、コントローラ１５０は、入口弁１２５及び出口弁１３５の他方を開く前に、開いた入口弁１２５又は開いた出口弁１３５を閉じるように構成される。
【００２６】
いくつかの実施態様では、出口弁１３５は、高速パルス弁（高速切換弁又は高速弁とも呼ばれる）と、リザーバ１１０と出口弁１３５との間のオリフィス１３２である。いくつかの実施態様では、高速パルス弁は、５０ミリ秒以内に開く、及び／又は閉じるように構成される。いくつかの実施態様では、高速パルス弁は、４０ミリ秒、３０ミリ秒、２０ミリ秒、又は１０ミリ秒以内に開く、及び／又は閉じるように構成される。いくつかの実施態様では、高速パルス弁は、５０、４０、３０、２０又は１０ミリ秒以内に開閉することができる。いくつかの実施態様では、高速パルス弁は、完全に開いているか又は完全に閉じている弁である。いくつかの実施態様では、高速パルス弁は、弁を通る流れプロファイルの調節を可能にすることができる可変開放弁である。いくつかの原子層堆積（ＡＬＤ）プロセスの実施態様では、出口弁は、チャンバへのガスの送達を制御するために使用される高速切換弁であり、入口弁は、当業者が熟知しているであろう任意の弁であり、ＡＬＤサイクルの時間スケールで作動することができる。
【００２７】
オリフィス１３２は、出口ライン１３０を通る流れを制限する任意の適切なオリフィスとすることができる。オリフィスのサイズは、例えば、リザーバ及びオリフィスを通って流れる特定のガス、リザーバの動作圧力、及び／又はオリフィスを通るガスの流量に依存する。いくつかの実施態様のオリフィスは、そこを通って延びる精密な開口を有する円盤状の構成要素である。いくつかの実施態様では、オリフィスは、約１００μｍから約１５００μｍの範囲のサイズを有する。いくつかの実施態様では、オリフィスは、を有する。
【００２８】
いくつかの実施態様では、コントローラ１５０は、リザーバ圧力を２５％を超えて、２０％を超えて、１５％を超えて、１０％を超えて、５％を超えて、２％を超えて、又は１％を超えて低下させることなく、リザーバ１１０からのガスの均一な流れを提供するのに十分な圧力までリザーバ１１０を加圧するように構成される。いくつかの実施態様では、リザーバ圧力は、堆積プロセスの過程にわたってリザーバからのガスの均一な流れが提供されるように十分である。いくつかの実施態様では、リザーバ圧力は、リザーバからのガスの均一な流れが、前駆体送達パルスの長さにわたって提供されるように十分である。
【００２９】
理論に束縛されるものではないが、リザーバが高圧に維持されている場合、出口弁１３５が開かれたときに提供されるガスの流れは均一になると考えられている。この点に関して、「均一なガス流」は、パルスの始まりからパルスの終わりまで約５％以下、約２％以下、約１％以下、又は約０．５％以下で変化する流量を有する。
【００３０】
コントローラ１５０は、出口弁１３５、入口弁１２５、及び／又はヒータ１６０のうちの１つ又は複数に連結される。いくつかの実施態様では、個々の部品に接続された２つ以上のコントローラ１５０があり、一次制御プロセッサが、前駆体送達システム１００を制御するために、別個のプロセッサの各々に連結される。コントローラ１５０は、様々なチャンバ及びサブプロセッサを制御するための産業環境で使用することができる、任意の形態の汎用コンピュータプロセッサ、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサなどのうちの１つであり得る。
【００３１】
いくつかの実施態様のコントローラ１５０は、プロセッサ１５２、プロセッサ１５２に連結されたメモリ１５４、プロセッサ１５２に連結された入力／出力デバイス１５６、及び異なる電子構成要素と物理構成要素との間の通信のためのサポート回路１５８を含む。メモリ１５４は、１つ又は複数の一時的なメモリ（例えば、ランダムアクセスメモリ）及び非一時的なメモリ（例えば、ストレージ）を含むことができる。
【００３２】
プロセッサのメモリ１５４、又はコンピュータ可読媒体は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読取り専用メモリ（ＲＯＭ）、フロッピーディスク、ハードディスク、又は任意の他の形態のローカル若しくは遠隔デジタルストレージなどの容易に利用可能なメモリのうちの１つ又は複数であり得る。メモリ１５４は、前駆体送達システム１００のパラメータ及び構成要素を制御するためにプロセッサ１５２によって動作可能な命令セットを保持することができる。サポート回路１５８は、従来の方法でプロセッサをサポートするためにプロセッサ１５２に連結される。回路は、例えば、キャッシュ、電源、クロック回路、入力／出力回路、サブシステムなどを含み得る。
【００３３】
プロセスは、一般に、ソフトウェアルーチンとしてメモリ内に記憶される。このソフトウェアルーチンは、プロセッサによって実行されると、処理チャンバに本開示のプロセスを実行させる。ソフトウェアルーチンはまた、プロセッサによって制御されるハードウェアから遠隔的に配置される第２のプロセッサ（図示せず）によって記憶及び／又は実行され得る。本開示の方法の一部又は全てをハードウェアで実行することもできる。したがって、プロセスは、ソフトウェア内に実装され、コンピュータシステムを使用して、例えば、特定用途向け集積回路若しくは他の種類のハードウェア実装形態としての、又はソフトウェアとハードウェアとの組合せとしてのハードウェア内で実行され得る。ソフトウェアルーチンは、プロセッサによって実行されると、汎用コンピュータを、プロセスが実行されるように前駆体送達システムの動作を制御する特定の目的のコンピュータ（コントローラ）に変換する。
【００３４】
いくつかの実施態様では、コントローラ１５０は、方法を実行するために個々のプロセス又はサブプロセスを実行するための１つ又は複数の構成を有する。コントローラ１５０は、中間構成要素に接続され、中間構成要素を作動させて方法の機能を実行するように構成され得る。例えば、コントローラ１５０は、ガス弁、アクチュエータ、モータ、ヒータなどの１つ又は複数に接続され、これらを制御するように構成され得る。
【００３５】
いくつかの実施態様のコントローラ１５０は、出口弁を開くための構成；出口弁を閉じるための構成；入口弁を開くための構成；入口弁を閉じるための構成；及びヒータ１６０を制御するための構成から選択される１つ又は複数の構成を有する。
【００３６】
いくつかの実施態様では、コントローラ１５０は、リザーバ１１０を所定の温度に維持するためにヒータ１６０に接続される。いくつかの実施態様では、所定の温度は、前駆体の凝縮を防止するのに十分に高い。
【００３７】
いくつかの実施態様では、前駆体送達システム１００は、入口ライン１２０と流体連通する前駆体源１７０を含む。いくつかの実施態様では、前駆体源１７０は、リザーバ１１０の所定の温度未満の温度に維持される。いくつかの実施態様では、前駆体源１７０の温度は、前駆体源１７０内に前駆体の蒸気圧を提供するのに十分に高い。いくつかの実施態様では、リザーバ１１０の所定の温度は、リザーバ内での前駆体の凝縮を防止するのに十分に高い。
【００３８】
図２を参照すると、いくつかの実施態様によれば、システムの温度は、少なくとも３つの位置で制御される。いくつかの実施態様では、前駆体源１７０（例えば、アンプル）の底部は、第１の温度１７１に維持され、前駆体源１７０の頂部は、第１の温度よりも高い第２の温度１７２に維持され、リザーバ１１０と、入口ライン１２０及び出口ライン１３０の一部は、第１の温度及び第２の温度よりも高い第３の温度１７３に維持される。特定の動作理論に束縛されるものではないが、前駆体源１７０の頂部を第１の温度１７１の前駆体源の底部よりも高い温度（第２の温度１７２）に置くことは、気相前駆体が液体又は固体前駆体に凝縮又は再堆積するのを防止するのに役立つと考えられる。さらに、第３の温度を第２の温度よりも高く維持すると、入口ライン１２０、リザーバ１１０、又は出口ライン１３０内での凝縮又は堆積の可能性がさらに低下するであろうと考えられる。いくつかの実施態様では、第２の温度と第１の温度との間、及び／又は第３の温度と第２の温度との間の温度勾配は、前駆体源の底部を除いて、凝縮相前駆体の蓄積が無視できる量であるか、又は全くないことを確実にするのに十分である。いくつかの実施態様では、第２の温度１７２は、第１の温度１７１よりも少なくとも約１℃、２℃、３℃、４℃、５℃、６℃、７℃、８℃、９℃、１０℃、１１℃、１２℃、１３℃、１４℃、１５℃、１６℃、１７℃、１８℃、１９℃又は２０℃高い。いくつかの実施態様では、第３の温度１７３は、第２の温度１７２よりも少なくとも約１℃、２℃、３℃、４℃、５℃、６℃、７℃、８℃、９℃、１０℃、１１℃、１２℃、１３℃、１４℃、１５℃、１６℃、１７℃、１８℃、１９℃又は２０℃高い。いくつかの実施態様では、ヒータが組み立てられ、設置される方法に関する制限は、分散の範囲内で、十分な温度勾配があることを確実にするために、温度設定値差を増大させる。いくつかの実施態様では、（主に第２の温度を制御する）前駆体源の頂部に隣接するヒータの温度設定値は、（主に第１の温度を制御する）前駆体源の底部に隣接するヒータよりも約５℃から約１５℃高い範囲にある。いくつかの実施態様におけるヒータの設定値は、前駆体源中の凝縮相において化学物質が占める体積に依存する。
【００３９】
いくつかの実施態様では、前駆体源１７０は、設備ガスライン又は前駆体アンプルのうちの１つ又は複数を含む。いくつかの実施態様では、設備ガスラインは、キャリアガスを含まない前駆体を提供する。いくつかの実施態様では、前駆体アンプルは、室温で固体又は液体である前駆体を提供し、その前駆体を加熱して前駆体アンプル内に気化した前駆体を提供する。気化した前駆体は、キャリアガスによってリザーバ内に運ばれる。図１を参照すると、前駆体源１７０のいくつかの実施態様は、供給源入口弁１７８を有する供給源入口ライン１７７を含む。いくつかの実施態様の供給源入口ライン１７７は、キャリアガスを前駆体源１７０に流すために使用される。いくつかの実施態様の供給源入口弁１７８は、ガスが供給源入口ライン１７７を通って前駆体源１７０に出入りするのを防止するために、前駆体源１７０の隔離を可能にする。
【００４０】
いくつかの実施態様では、前駆体送達システム１００は、出口ライン１３０と流体連通する処理チャンバ１８０を備える。いくつかの実施態様では、コントローラ１５０は、出口弁１３５を開いて、リザーバ１１０から処理チャンバ１８０へのガスの均一な流れを提供するように構成される。
【００４１】
図３を参照すると、いくつかの実施態様では、前駆体送達システム１００は、複数の入口ライン１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄを含み、各入口ライン１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄは、入口弁１２５ａ、１２５ｂ、１２５ｃ、１２５ｄを有する。図３に示される実施態様は、リザーバ１１０に１つ又は複数の異なる前駆体を充填することを可能にする。各前駆体源１７０ａ、１７０ｂ、１７０ｃ、１７０ｄは、同じ前駆体又は異なる前駆体を有する。例えば、各前駆体源１７０ａ、１７０ｂ、１７０ｃ、１７０ｄは、入口ライン１２０を通って同じリザーバ１１０に流入する同じ前駆体を有することができる。いくつかの実施態様では、リザーバは、いくつかの前駆体源１７０ａ、１７０ｂ、１７０ｃ、１７０ｄからの前駆体で充填されてもよい。理論に束縛されるものではないが、複数の前駆体源の使用は、リザーバ内の前駆体のより高い濃度を可能にすると考えられる。これは、低い蒸気圧を有する前駆体について特に顕著であると予想される。
【００４２】
いくつかの実施態様の前駆体源１７０ａ、１７０ｂ、１７０ｃ、１７０ｄは、図３に示されるように、入口ライン１２０に接続された入口マニホールド１２９を通してリザーバ１１０に接続される。いくつかの実施態様では、前駆体源１７０ａ、１７０ｂ、１７０ｃ、１７０ｄの各々は、別個の入口ライン（図示せず）を通してリザーバに接続され、リザーバと流体連通する。入口ライン１２０は、入口マニホールド弁１１１を含み、入口マニホールド１２９をリザーバ１１０の内部から隔離することができる。いくつかの実施態様の入口弁１２５ａ、１２５ｂ、１２５ｃ、１２５ｄは、個々の前駆体源を入口マニホールド１２９に接続するように独立して制御される。この配置は、例えば、堆積プロセスを停止することなく、前駆体源の１つの交換を可能にすることができる。いくつかの実施態様のコントローラは、マニホールドに接続された前駆体源の数の変化を補償するために、個々の前駆体源への入口弁の圧力、流量、及び／又は開閉時間を調整するように構成される。
【００４３】
図示された実施態様では、出口弁は、前駆体源とマニホールドとの間に配置され、リザーバ１１０を充填するように独立して（又は一緒に）制御される。当業者は、入口弁１２５ａ、１２５ｂ、１２５ｃ、１２５ｄと入口マニホールド弁１１１の機能と制御が逆になるように、入口弁を入口マニホールド１２９とリザーバ１１０との間に配置することができることを認識するであろう。例えば、図示された入口弁は、前駆体源を入口マニホールド１２９に接続する役割を果たすことができ、入口マニホールド弁は、図１の入口弁１２５が作用するときに、リザーバを充填するための制御弁として作用する。
【００４４】
いくつかの実施態様では、前駆体源１７０ａ、１７０ｂ、１７０ｃ、１７０ｄの各々は、キャリアガス源に接続される。図示された実施態様では、各前駆体源は、キャリアマニホールド１７９を通して同じキャリアガス源に接続され、キャリア入口ライン１７７ａ、１７７ｂ、１７７ｃ、１７７ｄは、キャリア入口弁１７８ａ、１７８ｂ、１７８ｃ、１７８ｄを通して接続される。これは、単一のキャリアガス源（例えば、ハウスガスライン）が、キャリアガスを全ての前駆体源に同時に提供することを可能にし、一方で、前駆体源の各々を通るガス流に対する独立した制御を可能にする。いくつかの実施態様では、前駆体源の各々は、別個のキャリアガス源に接続され、独立して制御することができる。
【００４５】
いくつかの実施態様では、前駆体送達システム１００は、出口マニホールド１３９を通して出口ライン１３０に接続され、流体連通している複数の出口ライン１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ、１３０ｄを備える。図示されるように、いくつかの実施態様の出口ライン１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ、１３０ｄの各々は、出口弁１３５ａ、１３５ｂ、１３５ｃ、１３５ｄを有する。いくつかの実施態様の出口ライン１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ、１３０ｄの各々は、１つ又は複数の処理チャンバ１８０ａ、１８０ｂ、１８０ｃ、１８０ｄに接続される。別の言い方をすれば、いくつかの実施態様では、リザーバ１１０は、複数の処理チャンバ１８０ａ、１８０ｂ、１８０ｃ、１８０ｄに流体的に接続され得る。いくつかの実施態様では、図３に示されるように、各出口ライン１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ、１３０ｄは、図１に関して説明されるように、オリフィス１３２ａ、１３２ｂ、１３２ｃ、１３２ｄを含む。理論に束縛されるものではないが、充填されたリザーバ１１０は、複数の処理チャンバに前駆体を提供することによって、より大きなスループットを可能にすることができると考えられる。
【００４６】
いくつかの実施態様では、リザーバ１１０は、処理チャンバ１８０の圧力以上の所定の圧力に加圧される。いくつかの実施態様では、リザーバ１１０は、処理チャンバ１８０の圧力の約２倍、約３倍、約４倍、約５倍、約１０倍、約１５倍、約２０倍、約２５倍、約３０倍、約４０倍、約５０倍、約１００倍、約１２５倍、約１５０倍、約１７５倍、約２００倍、約２５０倍、約３００倍、約４００倍、約５００倍、約７５０倍、又は約１０００倍である圧力を有する。いくつかの実施態様では、処理チャンバ内のリザーバ対プロセスキャビティの圧力比は、リザーバ１１０と処理チャンバ１８０内のプロセスキャビティとの間の容積の比、及びプロセス流量に依存する。いくつかの実施態様では、リザーバの圧力は、処理チャンバ圧力の約５０倍から約１０００倍の範囲、又は約７５倍から約５００倍の範囲、又は約１００倍から約２００倍の範囲に維持される。処理チャンバ内の圧力の１００から約２００倍。
【００４７】
リザーバ１１０の容積は、処理チャンバ１８０内のプロセスキャビティの容積よりも小さい、同じ、又は大きい任意の適切な容積とすることができる。いくつかの実施態様では、リザーバ１１０は、プロセスキャビティよりも小さい容積を有する。いくつかの実施態様では、リザーバ１１０は、プロセスキャビティの容積とほぼ同じ容積（±１０％）を有する。いくつかの実施態様では、リザーバ１１０の容積は、処理チャンバ１８０の容積よりも大きい。例えば、低濃度の前駆体が高流量のキャリア／パージガスとともに供給されるプロセスでは、リザーバ容積はプロセスキャビティ容積よりも大きい。いくつかの実施態様では、リザーバ１１０は、処理チャンバ１８０の容積の約１．２倍、約１．５倍、約１．７５倍、約２倍、約３倍、約４倍、約５倍、約７倍、約１０倍、約１５倍、又は約２０倍である容積を有する。いくつかの実施態様では、リザーバ容積は、各パルスがチャンバ内のプロセスキャビティ容積のごく一部であるように十分である。
【００４８】
理論に束縛されるものではないが、リザーバ１１０が処理チャンバ１８０よりも大きな圧力を有する場合、出口弁が開かれたときに送達される前駆体のパルスは、リザーバ１１０の圧力降下が実質的ではないので、一貫して高圧になるであろうと考えられる。この点に関して、実質的でない圧力降下は、出口弁が開く前の所定のリザーバ圧力の約２５％以下、約２０％以下、約１５％以下、約１０％以下、約５％以下、約２％以下、又は約１％以下である。
【００４９】
本開示のいくつかの実施態様は、前駆体又は反応性ガスを、例えば、処理チャンバに送達するための方法に関する。いくつかの実施態様では、本開示の方法は、本明細書に記載の前駆体送達システムを利用する。本開示のいくつかの実施態様による方法は、リザーバ１１０に前駆体を充填するためにコントローラ１５０を使用することを含む。コントローラ１５０は、入口ライン１２０上の入口弁１２５を開き、出口ライン１３０上の出口弁１３５を閉じるように構成される。入口ライン１２０及び出口ライン１３０は、リザーバ１１０と流体連通している。コントローラ１５０は、充填されたリザーバ１１０から出口ライン１３０を通る前駆体の流れを提供するために使用される。コントローラは、出口弁１３５を開くように構成される。
【００５０】
図４Ａから４Ｄは、本開示の１つ又は複数の実施態様による前駆体送達システム１００の動作を示す。図４Ａは、ウエハ処理前の前駆体送達システム１００の実施態様を示す。前駆体源１７０、入口ライン１２０及びリザーバ１１０の密封されたシステムを維持するために、入口弁１２５が開かれ、出口弁１３５が閉じられる。アンプル（前駆体源１７０）のヘッドスペースは、リザーバ１１０に対して開放されており、合わされた体積は飽和した前駆体蒸気混合物で満たされる。
【００５１】
図４Ｂは、堆積プロセス中の前駆体送達システム１００の実施態様を示す。入口弁１２５及び弁１７８は、前駆体源１７０を隔離し、前駆体源１７０又はリザーバ１１０のいずれかにガスが流れ込まないように、前駆体源１７０からリザーバ１１０を隔離するために閉じられている。出口弁１３５は、リザーバ１１０内の蒸気混合物が、出口ライン１３０、オリフィス１３２及び出口弁１３５を通って処理チャンバ１８０に流れるように、処理チャンバに対して開いている。いくつかの実施態様では、アルゴン（又は他の不活性ガス）が、オリフィス１３２及び出口弁１３５の下流の出口ライン１３０を通って処理チャンバ１８０内に共流される。いくつかの実施態様では、リザーバ１１０からの流量は、リザーバ１１０が処理チャンバ１８０よりも高い圧力まで充填されるため、堆積の間ずっと比較的高いままである。
【００５２】
図４Ｃは、堆積プロセス後の前駆体送達システム１００の実施態様を示す。出口弁１３５は、リザーバ１１０を処理チャンバ１８０から隔離するために閉じられる。入口弁１２５は、入口ライン１２０を通る前駆体源１７０とリザーバ１１０との間の流体連通を可能にするために開いている。弁１７８を開いて、アルゴン（又は他の不活性／キャリアガス）を前駆体源１７０に流入させ、前駆体源１７０及びリザーバ１１０の両方を加圧する。システム内の蒸気混合物は、異なる堆積工程の間の時間中に飽和することができる。
【００５３】
図４Ｄは、長い処理チャンバのアイドル期間中の前駆体送達システム１００の実施態様を示す。入口弁１２５及び弁１７８は、前駆体源１７０を隔離するために閉じられる。出口弁１３５を開いてリザーバ１１０をポンプアウトし、アンプルバイパスライン１９３を通じてパージし、排気する。アンプルバイパスライン１９３は図４Ｄに示され、説明及び図面の理解を容易にするために他の図からは省略されている。当業者は、バイパスライン及びバイパス弁構成を認識し、使用可能な他の構成を容易に理解するであろう。
【００５４】
いくつかの実施態様では、前駆体は、リザーバ１１０に連続的に供給される。いくつかの実施態様では、コントローラ１５０は、出口弁１３５が開いている間、入口弁１２５を閉じるように構成される。いくつかの実施態様では、この方法は、出口弁１３５の開閉を繰り返すことをさらに含む。いくつかの実施態様では、リザーバ１１０は、約２５％未満のデューティサイクルを提供するのに十分に充填される。いくつかの実施態様では、コントローラ１５０は、リザーバ圧力を２５％を超えて低下させることなく、リザーバからガスの均一な流れを提供するのに十分な圧力までリザーバ１１０を充填するように構成される。
【００５５】
この明細書全体を通じての、「一実施態様（ｏｎｅ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」、「特定の実施態様（ｃｅｒｔａｉｎ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔｓ）」、「１つ又は複数の実施態様（ｏｎｅ  ｏｒ  ｍｏｒｅ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔｓ）」、又は「実施態様（ａｎ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」に対する言及は、実施態様に関連して説明されている特定の特徴、構造、材料、又は特徴が、本開示の少なくとも１つの実施態様に含まれることを意味する。したがって、本明細書全体の様々な場所における「１つ又は複数の実施態様では」、「特定の実施態様では」、「１つの実施態様では」、又は「実施態様では」などの語句の出現は、必ずしも本開示の同じ実施態様を指すものではない。さらに、特定の特徴、構造、材料、又は特性は、１つ又は複数の実施態様において任意の適切な方法で組み合わせてもよい。
【００５６】
本明細書の開示は、特定の実施態様を参照して説明されてきたが、当業者は、説明された実施態様が、本開示の原理及び用途の単なる例示であることを理解するであろう。本開示の精神及び範囲から逸脱することなく、本開示の方法及び装置に様々な修正及び変形を行うことができることは、当業者には明らかであろう。したがって、本開示は、添付の特許請求の範囲及びその均等物の範囲内にある修正及び変形を含むことができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ−４Ｄ】
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【国際調査報告】
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