(57)【要約】      （修正有）【課題】化学剤及び反応性気体の混合を最小にする原子層堆積装置及び方法を提供する。【解決手段】分配前方ライン２６を設置し且つ監視することにより、所望のとき及び所望の箇所にてのみ第一の前駆体及び第二の前駆体がその他の化学剤及び反応性気体と混合される。また、独立的で且つ、専用のチャンバ出口１７、２９、隔離弁２４、３４、排出前方ライン２２、３２及び排出ポンプ２０、３０が提供され、これらは、必要なとき、特定の気体に対して作動される。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子層堆積装置（２）において、
第一の前駆体入口（１４）と、第二の前駆体入口（１６）と、第一のチャンバ出口（１７）とを有するプロセス反応器チャンバ（１０）と、
該プロセス反応器チャンバ（１０）の前記第一の前駆体入口（１４）に結合された第一の分配弁（４）と、
前記プロセス反応器チャンバ（１０）の前記第二の前駆体入口（１６）に結合された第二の分配弁（８）と、
前記チャンバ出口（１７）に直結された第一の隔離弁（２４）と、
前記隔離弁（２４）に結合された第一の排出前方ライン（２２）と、
該第一の排出前方ライン（２２）に結合された第一の排出ポンプ（２０）と、
第一及び第二の端部（２５、２７）を有する第一の分配前方ライン（２６）とを備え、
前記第一の分配前方ライン（２６）の前記第一の端部（２５）が、前記第一の分配弁（４）に結合され、前記第二の端部（２７）が、前記第一の排出前方ライン（２２）又は前記第一の排出ポンプ（２０）に結合される、原子層堆積装置。
【請求項２】
前記第一の排出前方ライン（２２）が、前記第一の隔離弁（２４）が閉じた状態にあるとき、前記プロセス反応器チャンバ（１０）から隔離されるようにした、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第一の分配前方ライン（２６）の前記第二の端部（２７）が、前記第一の排出ポンプ（２０）に結合される、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記第一の分配前方ライン（２６）の前記第二の端部（２７）が、前記第一の排出前方ライン（２２）に結合される、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
第二のチャンバ出口（２９）の第二の隔離弁（３４）に結合された第二の排出前方ライン（３２）を更に備える、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記第二の排出前方ライン（３２）が、前記隔離弁（３４）が閉じた状態にあるとき、前記プロセス反応器チャンバ（１０）から隔離されるようにした、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記第二の隔離弁（３４）が、前記プロセス反応器チャンバ（１０）の第二のチャンバ出口（２９）に直結され、前記第二の隔離弁（３４）と前記第二のチャンバ出口（２９）との間に実質的に排出前方チャンバが何も存在しないようにした、請求項５に記載の装置。
【請求項８】
第一及び第二の端部（３１、３３）を備える、第二の分配前方ライン（３６）を更に備え、
前記第一の端部（３１）が、前記第二の分配弁（８）に結合され、
前記第二の分配前方ライン（３６）の第二の端部（３３）が、前記第二の排出前方ライン（３２）に結合される、請求項５に記載の装置。
【請求項９】
前記第一の前駆体入口（１４）に結合された第一の蒸気供給部を更に備える、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記第二の前駆体入口（１６）に結合された第二の蒸気供給部を更に備える、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記第一の前駆体入口（１４）及び前記第二の前駆体入口（１６）が共通の開口部（１２）を共用する、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記第一の前駆体入口（１４）及び前記第二の前駆体入口（１６）が別個の開口部を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
パージ弁（７）を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
前記プロセス反応器チャンバ（１０）が、シャワーヘッド装置（１８）を更に有する、請求項１に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子層堆積法（ａｔｏｍｉｃ ｌａｙｅｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）に関する。より具体的には、本発明は、原子層堆積チャンバの性能を向上させる装置及び方法に関する。
【０００２】
極薄膜を堆積させる方法は、原子層堆積法（ＡＬＤ）である。この方法は、従来の化学的気相成長法に卓越する幾つかの利点を有する。この方法は、より低温度で行うことができ、広範囲に亙る前駆体を使用し、極薄膜を製造し、本質的に、１００パーセントのステップカバー率を得、また、複雑な膜基質を「マイクロエンジニア」するために使用することができる。
【０００３】
ＡＬＤ法において、前駆体を気体相にて混合させずに、個々の前駆体を連続的な仕方にてウエハの表面に押し出す。個々の前駆体の各々は、表面と反応して同時に１つの層のみが形成されるような仕方にて原子層を形成する。この表面の反応は、反応が完了し且つ、同時に１つ以上の層が堆積されることを許容しないように行なわれる。このことは、いかに多くの分子が表面に過剰な供給モードにて施されることを問題とせずに生ずる。膜は、気体の短い炸裂分を急速なサイクルにて導入することにより形成される。
【０００４】
当該発明者等の認識によれば、ＡＬＤ法に伴ない２つの問題が生ずる。１つの問題は、蒸気相にて導入された液体前駆体の流れが拡大することに関する。液体供給システムを使用するＡＬＤ加工法の間、液体前駆体の確立された流れを蒸気相に保つ必要がある。流れを作用可能に保つためには、堆積過程にて液体前駆体が必要とされないとき、流れをＡＬＤチャンバの前方ライン（ｆｏｒｅ−ｌｉｎｅ）に偏向させなければならない。対向する気体がパルス状であるとき、反応しない化学剤は前方ライン内で偏向された化学剤と混合し且つ、反応して、前方ライン内で蓄積物を生じさせる。この蓄積は多量であり且つ、前方ラインを詰まらせる可能性がある。第二の問題は、気体の反応に関する。プロセス気体は、ＡＬＤ法に対し個々に導入され且つ、同一の前方ラインを通じて処分され、気体又は蒸気が互いに反応するようにする。
【０００５】
従って、偏向させた液体前駆体が前方ラインに詰まるのを最小にするＡＬＤ装置及び方法が必要とされている。また、不要な全ての反応を最小にし得るような仕方にて反応性気体又は蒸気に共通の全ての領域を制御することが当該技術にて必要とされている。
【０００６】
改良されたＡＬＤ装置及び方法が提供される本発明によってこうした必要性は満たされる。本発明は、第二の前方ラインを設置し且つ監視することにより必要なときに且つ必要な箇所にてのみ別個の化学剤が混合することを許容するＡＬＤ装置及び方法を提供することにより、前方ラインの詰まりを最小にするという最初の必要性を満たすものである。本発明は、プロセス気体又は蒸気の望ましくない反応を生じさせるであろう領域内で互いに接触せずに、反応性気体又は蒸気をプロセス反応器チャンバから除去することを許容することにより、ポンプライン内での気体の反応を最小にするという第二の必要性を満足させる。このことは、必要なとき、特定の気体に対して作用させる独立的で且つ専用のポンプライン及び相応した隔離弁を提供することにより実現される。別個のポンプラインは、反応性気体の望ましくない反応を最小にする仕方にて気体を排出することを許容する。従って、本発明の１つの目的は、排出前方ラインの詰まりを防止し得るように、供給前方ライン及び第二の排出経路を使用することで改良されたＡＬＤ装置及び方法を提供することである。
【０００７】
本発明の好ましい実施の形態の以下の詳細な説明は、同様の構造体を同様の参照番号で表示する以下の図面と共に読むとき、最もよく理解できる。
最初に、図１を参照すると、本発明の１つの実施の形態によるＡＬＤ装置２が示されている。図１には、プロセス反応器チャンバ１０と、第一の分配弁４と、第二の分配弁８と、隔離弁２４と、排出前方ライン２２と、排出ポンプ２０と、分配前方ライン２６とを備えるＡＬＤ装置２が示されている。プロセス反応器チャンバ１０は、第一の前駆体１４と、第二の前駆体入口１６と、第一のチャンバ出口１７とを有している。第一の分配弁４は、プロセス反応器チャンバ１０の第一の前駆体入口１４に結合されている。第二の分配弁８は、上記プロセス反応器チャンバ１０の第二の前駆体入口１６に結合されている。隔離弁２４は、プロセス反応器チャンバ１０の第一のチャンバ出口１７に直結されている。排出ポンプ２０は、排出経路を画成する排出前方ライン２２により隔離弁２４に結合されている。分配前方ライン２６は、第一の端部２５及び第二の端部２７を備えている。第一の端部２５は、第一の分配弁４に結合され、また、第二の端部２７は、排出ポンプ２０に結合されている。
【０００８】
第一の分配弁４は、第一の前駆体６が第一の前駆体入口１４を通ってプロセス反応器チャンバ１０内に流れるのを許容する。第一の前駆体６の連続的な流れを維持しなければならない。このため、第一の分配弁４は、第一の前駆体６の方向を前駆体チャンバ１０の第一の前駆体入口１４に選択的に偏向させる。第一の前駆体６がプロセス反応器チャンバ１０内に偏向されなかったとき、該第一の前駆体は、分配前方ライン２６を介して排出ポンプ２０に送られる。第一の前駆体入口１４内に偏向されなかったとき、第一の前駆体６を廃棄するため分配前方ライン２６が使用される。さもなければ第一の前駆体６と混合し、第一の排出前方ライン２２を詰まらせる可能性があるその他の化学剤、前駆体及び排出物から第一の前駆体６を隔離するため分配前方ライン２６を使用することができる。このように、排出前方ライン２２は、清浄なままであり且つ、流れは、安定的で、一定である。
【０００９】
プロセス反応器チャンバ１０は、第一の前駆体入口１４と、第二の前駆体入口１６と、ヒータ１３と、ウエハ１１と、シャワーヘッド装置１８とを備えている。第一の前駆体入口１４及び第二の前駆体入口１６は、共通の開口部１２を共用するか又はこれと代替的に、別個の開口部を有するようにしてもよい。第一の前駆体入口１４は、第一の前駆体６をシャワーヘッド装置１８を通じて導くことができ、このシャワーヘッド装置１８は、第一の前駆体６をプロセス反応器チャンバ１０内に分配する。プロセス反応器チャンバ１０内に入ったならば、第一の前駆体６はウエハ１１の表面に吸収される。ウエハは、ヒータ１３上に安着する。前駆体が吸収される仕方は、本発明の範囲外であり、また、当該技術にて周知である。このことは、原子層堆積法に関連する多数の教示の任意の１つから知ることができる。
【００１０】
第一の前駆体６がウエハ１１に吸収されたとき、反応しない第一の前駆体は、パージガスをパージ弁７を介してチャンバ出口１７に導入することによりプロセス反応器チャンバ１０外に排出される。反応しない第一の前駆体は、隔離弁２４内に直接流れ、ここで、反応しない第一の前駆体は、排出前方ライン２２を介して排出ポンプ２０に運ばれる。
【００１１】
第一の前駆体６及び第二の前駆体９は、別個の間隔にて導入される。反応しない第一の前駆体がパージ弁７を使用することによりプロセス反応器チャンバ１０外に排出されたとき、第二の分配弁８は、第二の前駆体９を第二の前駆体入口１６内に及び最終的に、プロセス反応器チャンバ１０内に導入することを許容する。第二の前駆体入口１６は、第二の前駆体９をシャワーヘッド装置１８を通って導き、このシャワーヘッド装置１８は、第二の前駆体９をプロセス反応器チャンバ１０内に分配する。次に、第二の前駆体９は、第一の前駆体６からウエハ１１上に形成された層と反応し、ウエハ１１上に単一層の膜を形成する。
【００１２】
反応しない第二の前駆体は、パージ弁７を使用してプロセス反応器チャンバ１０からチャンバ出口１７内に排出される。反応しない第二の前駆体は、隔離弁２４内に直接流れ、ここで、反応しない第二の前駆体は、排出前方ライン２２を介して排出ポンプ２０に運ばれる。
【００１３】
第一の前駆体６を第二の前駆体９と交互に導入し、反応させ且つパージする過程は、連続的に高速度で行われる。
本発明を説明し且つ規定する目的のため、第一の前駆体の分子が半導体基板に粘着する正確なメカニズムは本発明の主題ではないことが分かる。このメカニズムは、本明細書にて単に「吸収」として説明する。「吸収」という一般的な用語は、吸収、吸着、及び前駆体がウエハ１１の表面上に単一層を形成することのできる任意のその他のメカニズムを包含することを意図するものである。
【００１４】
図２に示した本発明の参考例の形態は、分配ポンプ２８を利用する点にて図１のものと相違する。この参考例の形態において、分配前方ライン２６の第一の端部２５は、分配弁４に結合される。分配前方ライン２６の第二の端部２７は、分配ポンプ２８に結合される。分配ポンプ２８は、偏向されない第一の前駆体６を集め、偏向されない第一の前駆体６が、さもなければ第一の前駆体６と混合し、第一の排出前方ライン２２を詰まらせする可能性のあるその他の化学剤、前駆体又は排出物から隔離されるようにする。このように、排出前方ライン２２は、清浄なままであり、流れは安定的で且つ、均一である。
【００１５】
第二の隔離弁３４、第二の排出前方ライン３２及び第二の排出ポンプ３０が示され、これにより第二の排出路を形成するから、図３の実施の形態は図２に示したものと相違する。この第二の排出路は、反応しない第一の前駆体及び反応しない第二の前駆体を分離した状態に保ち、これにより混合し且つ、排出前方ライン２２、３２の何れかを詰まらせる可能性を減少させる構造とされている。第二の隔離弁３４、第二の排出前方ライン３２及び第二の排出ポンプ３０は、第一の隔離弁２４、第一の排出前方ライン２２、及び第一の排出ポンプ２０と同様の仕方にて作動する。第二の前駆体９がウエハ１１に吸収された後、反応しない第二の前駆体は、パージ気体をパージ弁７を介して第二のチャンバ出口２９内に導入することにより、プロセス反応器チャンバ１０外に排出される。反応しない第二の前駆体は、第二の隔離弁３４内に直接流れ、ここで、未反応の第二の前駆体は、第二の排出前方ライン３６を介して第二の排出ポンプ３０に運ばれる。
【００１６】
分配前方ライン２６は、第一の排出路に接続されているため、図３の実施の形態も図２に図示したものと相違する。具体的には、分配前方ライン２６は、第一の排出ポンプ２０に接続される。分配弁は、これと代替的に、図２に示すように、第一の排出前方ライン２２に結合するか又は分配ポンプ２８に直結してもよい。
【００１７】
第二の分配前方ライン３６は、第二の分配弁８の第一の端部３１から第二の排出路、特に第二の排出前方ライン３２の第二の端部３３まで伸びているため、図４の実施の形態は図３のものと相違する。第二の分配前方ライン３６は、これと代替的に、図１の実施の形態と同様に第二の排出ポンプ３０に直結するか、又は図２の実施の形態と同様に第二の分配ポンプに接続してもよい。第二の分配ポンプは、上述した第一の分配ポンプ２８と同様の仕方にて作動する。第二の分配ポンプは、未偏向の第二の前駆体９を集め、さもなければ第二の前駆体９と混合し、第二の排出前方ライン３２を詰まらせる可能性があるその他の化学剤、前駆体及び排出物から偏向しない第二の前駆体９が隔離されるようにする。このように、第二の排出前方ライン３２は、清浄なままであり、流れは、安定的で且つ一定である。
【００１８】
第二の分配前方ライン３６は、第一の分配前方ライン２６と同様の仕方にて作動する。第二の前駆体が第二の前駆体入口１６内に偏向されなかったとき、第二の前駆体９を廃棄するため第二の分配前方ライン３６が使用される。さもなければ第二の前駆体９と混合し、第二の排出前方ライン３２を詰まらせる可能性があるその他の化学剤、前駆体及び排出物から第二の前駆体９を隔離するため第二の分配前方ライン３６を使用することができる。このように、第二の排出前方ライン３２は、清浄なままであり、流れは、安定的で且つ一定である。
【００１９】
図５は、第一の分配前方ライン２６又は第二の分配前方ライン３６を示さない点で、以前の図面と相違する。このため、２つの別個の排出路の一方のみが示してある。
本発明を詳細に且つその好ましい実施の形態に関して説明したが、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲から逸脱せずに、改変例及び変更例を為すことが可能であることが明らかであろう。より具体的には、本発明の幾つかの側面を好ましい又は特に有利なものとして説明したが、本発明のこれらの好ましい側面にのみ本発明を限定することを必ずしも意図するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の１つの実施の形態によるＡＬＤ装置の図である。
【図２】本発明の参考例の形態によるＡＬＤ装置の図である。
【図３】本発明の別の実施の形態によるＡＬＤ装置の図である。
【図４】本発明の更に別の実施の形態によるＡＬＤ装置の図である。
【図５】本発明の更に別の実施の形態によるＡＬＤ装置の図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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