(57)【要約】  処理チャンバ内で経験される温度での熱膨張に耐性がある材料を含む細長いエンクロージャを含むアセンブリが提供される。少なくとも１つの加熱要素が細長いエンクロージャの長手軸に沿って開放内部領域を通って延び、開放内部領域はガスの流れが長手軸に実質的に垂直な方向に加熱要素を通ることができるようにする。ガス状前駆体核種を励起するために加熱要素を使用して基板を処理する方法も説明される。【選択図】図６
2015507844.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
堆積処理チャンバ内で気相堆積反応の間ガスを加熱するためのアセンブリであって、
長手軸を有する細長いエンクロージャであって、前記エンクロージャが、前記処理チャンバ内で経験される温度での熱膨張に耐性がある材料を含み、前記エンクロージャは、ガスの流れが前記長手軸に実質的に垂直な方向に前記エンクロージャを通過できるようにするための開放内部領域を有する、エンクロージャと、
前記長手軸に沿って、前記細長いエンクロージャの第１の端部から前記細長いエンクロージャの第２の端部まで延びる加熱要素であって、電流で加熱されかつ前記気相堆積反応の間前記エンクロージャを通って流れるガスを加熱する材料を含む、加熱要素と
を含む、アセンブリ。
【請求項２】
前記加熱要素が、前記細長いエンクロージャの前記第１の端部および前記第２の端部のうちの１つまたは複数を越えて延びる部分を含み、前記延びた部分が電気リード線として働く、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項３】
前記エンクロージャが、前記細長いエンクロージャの前記第１の端部および前記第２の端部のうちの１つまたは複数において少なくとも１つの接続部をさらに含み、前記接続部が、ワイヤと電気的接触し、電気リード線として働く、請求項１または２に記載のアセンブリ。
【請求項４】
前記少なくとも１つの接続部は、前記加熱要素への電流の印加で温度が実質的に上がらない、請求項３に記載のアセンブリ。
【請求項５】
前記加熱要素がタングステンを含む、請求項１ないし４のいずれか一項に記載のアセンブリ。
【請求項６】
前記加熱要素が、前記エンクロージャの前記第１の端部から前記エンクロージャの前記第２の端部まで実質的に直線の経路で延びる、請求項１ないし５のいずれか一項に記載のアセンブリ。
【請求項７】
前記加熱要素が、前記エンクロージャの前記第１の端部から前記エンクロージャの前記第２の端部まで螺旋経路で延びる、請求項１ないし５のいずれか一項に記載のアセンブリ。
【請求項８】
前記材料が、石英およびセラミックのうちの１つまたは複数を含む、請求項１ないし７のいずれか一項に記載のアセンブリ。
【請求項９】
前記加熱要素が、石英中にカプセル化された金属ワイヤを含む、請求項１ないし８のいずれか一項に記載のアセンブリ。
【請求項１０】
前記細長いエンクロージャの少なくとも前記第１の端部から前記細長いエンクロージャの少なくとも前記第２の端部まで延びる少なくとも１つの追加の加熱要素をさらに含み、前記少なくとも１つの追加の加熱要素が、電流で加熱するのに好適な材料を含む、請求項１ないし９のいずれか一項に記載のアセンブリ。
【請求項１１】
前記細長いエンクロージャが、前記処理チャンバ内でガス分配プレートのガスポート内に適合する大きさである、請求項１ないし１０のいずれか一項に記載のアセンブリ。
【請求項１２】
前記細長いエンクロージャは、前記ガス分配プレート内のガスポートからのガスの流れが前記アセンブリの前記開放内部領域を通過し、かつ、前記アセンブリが、隣接するガスポートからの前記ガスの流れを実質的に妨げないように、ガス分配プレートの前面に取り付けられる、請求項１ないし１１のいずれか一項に記載のアセンブリ。
【請求項１３】
第１の前駆体ガスの流れを受け取るための第１の前駆体ガス入力部と、第２の前駆体ガスの流れを受け取るための第２の前駆体ガス入力部とを含む入力面と、
出力面に隣接する基板の方にガスの流れを導くために複数の細長いガスポートを有する前記出力面であり、前記細長いガスポートが少なくとも１つの第１の前駆体ガスポートと少なくとも１つの第２の前駆体ガスポートとを含み、前記少なくとも１つの第１の前駆体ガスポートが前記第１の前駆体ガスと流れ連通し、前記少なくとも１つの第２の前駆体ガスポートが前記第２の前駆体ガスと流れ連通する、出力面と、
前記第１の前駆体ガスポートおよび前記第２の前駆体ガスポートの少なくとも一方の中のガスの流れが前記アセンブリの前記長手軸に実質的に垂直な方向に前記開放内部領域を通過するように位置づけられ、電流を前記加熱要素に供給するために電源に接続される、請求項１ないし１２のいずれか一項に記載の前記アセンブリと
を含むガス分配プレート。
【請求項１４】
堆積処理チャンバ内で気相堆積反応の間ガスを加熱するためのアセンブリであって、
処理チャンバ内で経験される温度での熱膨張に耐性がある材料を含む細長いエンクロージャであって、前記細長いエンクロージャは、長手軸に沿って延びており、ガスの流れが前記長手軸に実質的に垂直な方向に開放内部領域を通過できるようにするために前記開放内部領域を有し、前記細長いエンクロージャが、前記処理チャンバ内でガス分配プレートのチャネル内に適合する大きさである、細長いエンクロージャと、
前記長手軸に沿って、前記細長いエンクロージャの第１の端部を越えた領域から前記開放内部領域を通って前記細長いエンクロージャの第２の端部を越えた領域まで延びる少なくとも１つの加熱要素であって、前記少なくとも１つの加熱要素が電流で加熱するのに好適な材料を含み、前記細長いエンクロージャの前記第１の端部を越え、前記細長いエンクロージャの前記第２の端部を越えた前記領域の前記加熱要素の部分が、電気リード線として働く、少なくとも１つの加熱要素と
を含む、アセンブリ。
【請求項１５】
処理チャンバ内で基板を処理する方法であって、
第１の前駆体ガスを供給するための少なくとも１つの第１の前駆体ガスポートと、第２の前駆体ガスを供給するための少なくとも１つの第２の前駆体ガスポートとを含む複数の細長いガスポートを含むガス分配プレートの下で、表面を有する基板を横方向に移動させることと、
前記第１の前駆体ガスを前記基板表面に供給することと、
前記第２の前駆体ガスを前記基板表面に供給することと、
細長いエンクロージャ内に位置づけられた少なくとも１つの加熱要素に電力を印加することであり、前記細長いエンクロージャが、前記処理チャンバ内で経験される温度での熱膨張に耐性がある材料を含み、前記細長いエンクロージャは、ガスポートからのガスが前記細長いエンクロージャの長手軸に実質的に垂直な方向に前記細長いエンクロージャの開放内部領域を通過するように位置づけられ、ガス状核種が励起され、その結果、前記励起された核種は前記基板の前記表面と反応する、電力を印加することと
を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、一般に、材料を堆積させるための装置および方法に関する。より詳細には、本発明の実施形態は、基板表面に接触する前にガス状核種を励起するための加熱要素アセンブリと、加熱要素をもつ原子層堆積チャンバとに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体処理、フラットパネルディスプレイ処理、または他の電子デバイス処理の分野において、気相堆積プロセスは材料を基板に堆積させる際に重要な役割を果たしている。電子デバイスの形状寸法が縮小し続け、デバイスの密度が増加し続けているので、フィーチャのサイズおよびアスペクト比はより挑戦的になり、例えば、０．０７μｍのフィーチャサイズおよび１０以上のアスペクト比になっている。それ故に、これらのデバイスを形成するための材料の共形堆積がますます重要になっている。
【０００３】
原子層堆積（ＡＬＤ）プロセスの間、反応ガスが、基板を含むプロセスチャンバに連続して導入される。一般に、第１の反応物がプロセスチャンバに導入され、基板表面に吸着される。次に、第２の反応物がプロセスチャンバに導入され、第１の反応物と反応して、堆積材料が形成される。反応が確実に基板表面だけで生じるように、パージステップを各反応ガスの供給の間に実行することができる。パージステップは、キャリアガスによる連続的なパージ、または反応ガスの供給の間のパルスパージとすることができる。
【０００４】
基板を原子層堆積によって迅速に効率的に処理する装置および方法が当技術分野において引き続き必要とされている。
【発明の概要】
【０００５】
本発明の実施形態は、堆積処理チャンバ内で気相堆積反応の間ガスを加熱するためのアセンブリに関し、アセンブリは細長いエンクロージャと加熱要素とを含む。細長いエンクロージャは長手軸を有し、エンクロージャは処理チャンバ内で経験される温度での熱膨張に耐性がある材料を含む。エンクロージャは、ガスの流れが長手軸に実質的に垂直な方向にエンクロージャを通過できるようにするための開放内部領域を有する。加熱要素は、長手軸に沿って、細長いエンクロージャの第１の端部から細長いエンクロージャの第２の端部まで延びる。加熱要素は、電流で加熱されかつ気相堆積反応の間エンクロージャを通って流れるガスを加熱する材料を含む。
【０００６】
いくつかの実施形態では、加熱要素は、細長いエンクロージャの第１の端部および第２の端部のうちの１つまたは複数を越えて延びる部分を含み、延びた部分は電気リード線として働く。１つまたは複数の実施形態では、エンクロージャは、細長いエンクロージャの第１の端部および第２の端部のうちの１つまたは複数において少なくとも１つの接続部をさらに含み、接続部は、ワイヤと電気的接触し、電気リード線として働く。詳細な実施形態において、少なくとも１つの接続部は、加熱要素への電流の印加で温度が実質的に上がらない。いくつかの実施形態では、エンクロージャは石英を含む材料で製作される。特定の実施形態では、エンクロージャはセラミックを含む材料から製作される。
【０００７】
特定の実施形態では、加熱要素はタングステンを含む。いくつかの実施形態では、加熱要素は、エンクロージャの第１の端部からエンクロージャの第２の端部まで実質的に直線の経路で延びる。詳細な実施形態において、加熱要素は、エンクロージャの第１の端部からエンクロージャの第２の端部まで螺旋経路で延びる。詳細な実施形態において、加熱要素は、石英中にカプセル化された金属ワイヤを含む。
【０００８】
いくつかの実施形態は、細長いエンクロージャの少なくとも第１の端部から細長いエンクロージャの少なくとも第２の端部まで延びる少なくとも１つの追加の加熱要素をさらに含み、少なくとも１つの追加の加熱要素は、電流で加熱するのに好適な材料を含む。
【０００９】
１つまたは複数の実施形態では、細長いエンクロージャは、処理チャンバ内でガス分配プレートのガスポート内に適合する大きさである。いくつかの実施形態では、細長いエンクロージャは、ガス分配プレート内のガスポートからのガスの流れが、アセンブリの開放内部領域を通過し、アセンブリが、隣接するガスポートからのガスの流れを実質的に妨げないようにガス分配プレートの前面に取り付けられる。
【００１０】
本発明の追加の実施形態は、入力面と出力面とを含むガス分配プレートに関する。入力面は、第１の前駆体ガスの流れを受け取るための第１の前駆体ガス入力部と、第２の前駆体ガスの流れを受け取るように構成された第２の前駆体ガス入力部とを有する。出力面は、ガスの流れを出力面に隣接する基板の方に導くように構成された複数の細長いガスポートを有する。細長いガスポートは、少なくとも１つの第１の前駆体ガスポートと少なくとも１つの第２の前駆体ガスポートとを含む。少なくとも１つの第１の前駆体ガスポートは第１の前駆体ガスと流れ連通し、少なくとも１つの第２の前駆体ガスポートは第２の前駆体ガスと流れ連通する。説明したようなアセンブリは、第１の前駆体ガスポートおよび第２の前駆体ガスポートの少なくとも一方の中のガスの流れがアセンブリの長手軸に実質的に垂直な方向に開放内部領域を通過するように位置づけられる。アセンブリは、電流を加熱要素に供給するように構成された電源に接続される。
【００１１】
詳細な実施形態において、アセンブリは少なくとも１つのガスポート内に位置づけられる。特定の実施形態では、アセンブリはガス分配プレートの出力面に取り付けられ、その結果、ガスポートから流れるガスはアセンブリの開放内部領域を通過し、細長いエンクロージャは隣接するガスポートからのガスの流れを実質的に妨げない。いくつかの実施形態では、電流を加熱要素に供給すると、加熱要素が加熱されて、熱要素を横切って流れるガス中の核種を励起し、細長いエンクロージャは実質的に膨張しない。
【００１２】
本発明のさらなる実施形態は、堆積処理チャンバ内で気相堆積反応の間ガスを加熱するためのアセンブリに関し、アセンブリは細長いエンクロージャと少なくとも１つの加熱要素とを含む。細長いエンクロージャは処理チャンバ内で経験される温度での熱膨張に耐性がある材料を含む。細長いエンクロージャは、長手軸に沿って延びており、ガスの流れが長手軸に実質的に垂直な方向に開放内部領域を通過できるようにするために開放内部領域を有し、細長いエンクロージャは、処理チャンバ内でガス分配プレートのチャネル内に適合する大きさである。少なくとも１つの加熱要素は、長手軸に沿って、細長いエンクロージャの第１の端部を越えた領域から開放内部領域を通って細長いエンクロージャの第２の端部を越えた領域まで延びる。少なくとも１つの加熱要素は電流で加熱するのに好適な材料を含み、細長いエンクロージャの第１の端部を越え、細長いエンクロージャの第２の端部を越えた領域の加熱要素の部分は、電気リード線として働く。詳細な実施形態において、加熱要素は、開放内部領域を通って流れるガス中の核種を励起するために加熱することができる。
【００１３】
本発明の追加の実施形態は、処理チャンバ内で基板を処理する方法に関する。表面を有する基板は、第１の前駆体ガスを供給するための少なくとも１つの第１の前駆体ガスポートと、第２の前駆体ガスを供給するための少なくとも１つの第２の前駆体ガスポートとを含む複数の細長いガスポートを含むガス分配プレートの下で、横方向に移動される。第１の前駆体ガスが基板表面に供給される。第２の前駆体ガスが基板表面に供給される。電力が、細長いエンクロージャ内に位置づけられた少なくとも１つの加熱要素に印加される。少なくとも１つの細長いエンクロージャは、処理チャンバ内で経験される温度での熱膨張に耐性がある材料を含む。少なくとも１つの細長いエンクロージャは、ガスポートからのガスが細長いエンクロージャの長手軸に実質的に垂直な方向に細長いエンクロージャの開放内部領域を通過するように位置づけられ、ガス状核種が励起され、その結果、励起された核種は基板の表面と反応する。
【００１４】
本発明の上述で列挙した特徴を達成し、詳細に理解できるように、上述で簡単に要約した本発明のより詳細な説明を、添付図面に示される本発明の実施形態を参照して行うことができる。しかし、添付図面は、本発明の典型的な実施形態のみを示し、それ故に、本発明は他の同等に有効な実施形態を認めてもよいので本発明の範囲を限定すると考えられるべきでないことに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の１つまたは複数の実施形態による原子層堆積チャンバの概略断面側面図である。
【図２】本発明の１つまたは複数の実施形態によるサセプタの斜視図である。
【図３】本発明の１つまたは複数の実施形態によるガス分配プレートの斜視図である。
【図４】本発明の１つまたは複数の実施形態によるガス分配プレートの正面図である。
【図５】本発明の１つまたは複数の実施形態によるガス分配プレートの正面図である。
【図６】本発明の１つまたは複数の実施形態による、ガス分配プレートで使用されるワイヤエンクロージャの斜視図である。
【図７】本発明の１つまたは複数の実施形態によるアセンブリの図である。
【図８】本発明の１つまたは複数の実施形態によるアセンブリの図である。
【図９】本発明の１つまたは複数の実施形態によるアセンブリの図である。
【図１０】本発明の１つまたは複数の実施形態によるアセンブリの図である。
【図１１】本発明の１つまたは複数の実施形態によるガス分配プレートの断面図である。
【図１２】本発明の１つまたは複数の実施形態によるガス分配プレートの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の実施形態は、加熱要素をもつアセンブリと、加熱要素アセンブリを使用して基板表面との反応のための励起されたガス状核種を供給するための原子層堆積装置および方法とに関する。本明細書および添付の特許請求の範囲で使用される「加熱要素」および「ホットワイヤ」という用語は多くの場合交換可能に使用され、「ホットワイヤ」の使用はワイヤに限定されると解釈されるべきでない。本発明の実施形態はＡＬＤおよび他の堆積プロセスに組み込むことができる。いくつかの「ホットワイヤ」適用では、高温に起因して非常に信頼性が低くなることがあるホットワイヤの張力を制御するためにばねが使用される。本発明の様々な実施形態では、加熱要素を含有して支持するために温度遮断容器を組み込み、それにより、張力を与え、空間を制約する必要がなくなる。
【００１７】
本発明の１つまたは複数の実施形態は、加熱要素から隣接の材料への温度を遮断するために、例えば石英またはセラミック材料を使用する、エンクロージャとも呼ばれる、温度遮断容器に関する。温度遮断容器は、さらに、加熱要素が高温に起因してたるむのを防止するために支持を行う。加熱要素のための電力は、容器（エンクロージャ）の両端を通して供給することができ、ガスは均等にエンクロージャに入り、加熱要素領域を通過し、ＡＬＤプロセスのための必要なラジカルを生成し、次に、このラジカルは、完全に開いた孔または穿孔された孔のいずれかとすることができる底部開口を通ってウエハ表面上に行き、仕事を行う。それは、堆積を強化することができ、または堆積物をエッチング除去するのに使用することができる。本発明の実施形態の利点は、高温および温度変化に起因する加熱要素のたるみと張力の信頼性問題とを除去することである。本発明の実施形態はＡＬＤプロセスに関して説明されるが、本発明の様々な実施形態は他の処理方法にも適用可能でありうることを理解されたい。
【００１８】
本明細書および添付の特許請求の範囲で使用される「励起されたガス状核種」という用語は、基底電子状態にないガス状核種を意味する。例えば、分子酸素を励起して酸素ラジカルを形成することができ、酸素ラジカルは励起された核種である。加えて、「励起された核種」、「ラジカル核種」などの用語は、基底状態にない核種を意味するように意図される。本明細書および添付の特許請求の範囲で使用される「基板表面」という用語は、基板の露出した表面、または露出した基板表面上の層（例えば、酸化物層）を意味する。
【００１９】
本発明のいくつかの実施形態は、空間的原子層堆積への加熱要素技術の実施に関連する。伝統的な利用では、全体的に高められた温度またはプラズマ（例えば、ＤＣ、ＲＦ、マイクロ波）の技術が使用された。１つまたは複数の実施形態によれば、ホットワイヤ技術を実施すると、ＡＬＤプロセスの間局所的な高温が生成される。空間的ＡＬＤプロセスでこのホットワイヤ技術を用いて、プロセスで必要とされる温度、電力、および他のガスの量のうちの１つまたは複数を低減することができる。これは処理基板のコストを低減し、その上これはプロセスチャンバを製造し、より高いスループットおよび膜品質を達成するのに頼りになる。
【００２０】
一般に、本発明の実施形態は、両立する材料の単一の加熱要素もしくはワイヤ、または多数の加熱要素もしくはワイヤを基板の上のある距離に置く。ワイヤを通って流れる電流は、反応物を直接にまたは間接的に励起することができる局所的な高温を生成する。ラジカル化核種が前駆体と出会うと、ラジカル化核種は基板に良質な膜を堆積させる。加熱要素は、前面から挿入される管状デバイスまたは底部から取り付けられるフランジ取付けなどの単一のデバイスとすることができる。単一のデバイスは、１つの加熱要素、複数の加熱要素、１つのワイヤ、または複数のワイヤを支持し、それに電流を供給するための必要な構成要素をすべて含有している。
【００２１】
図１は、本発明の１つまたは複数の実施形態による空間的原子層堆積システム１００またはリアクタの概略断面図である。本明細書および添付の特許請求の範囲で使用されるとき、ＡＬＤに関して使用される「空間的な」という用語は、ＡＬＤ反応で必要とされる様々なガス流が単なる時間ではなく空間によって分離されることを意味する。システム１００は、ロードロックチャンバ１０と、処理チャンバ２０とを含む。処理チャンバ２０は、一般に、真空下でまたは少なくとも低圧で操作される密閉可能な筐体である。処理チャンバ２０は、遮断弁１５によってロードロックチャンバ１０から分離される。遮断弁１５は、閉位置で、処理チャンバ２０をロードロックチャンバ１０から密閉し、開位置で、基板６０をロードロックチャンバ１０から遮断弁を通して処理チャンバ２０まで移送し、また逆の場合も同様とすることができるようにする。
【００２２】
システム１００は、１つまたは複数のガスを基板６０の端から端まで分配することができるガス分配プレート３０を含む。ガス分配プレート３０は、当業者に知られている任意の好適な分配プレートとすることができ、説明する特定のガス分配プレートは、本発明の範囲を限定すると解釈されるべきでない。ガス分配プレート３０の出力面は、基板６０の第１の表面６１に面する。
【００２３】
本発明の実施形態で使用される基板は任意の好適な基板とすることができる。詳細な実施形態において、基板は、剛性で、別々で、全体的に平面の基板である。本明細書および添付の特許請求の範囲で使用されるとき、基板を参照する場合の「別々の」という用語は、基板が定まった寸法を有することを意味する。特定の実施形態の基板は、２００ｍｍまたは３００ｍｍ直径シリコンウエハなどの半導体ウエハである。
【００２４】
ガス分配プレート３０は、１つまたは複数のガス流を基板６０に送出するように構成された複数のガスポートと、各ガスポート間に配置され、ガス流を処理チャンバ２０から外に送出するように構成された複数の真空ポートとを含む。図１の詳細な実施形態において、ガス分配プレート３０は、第１の前駆体噴射器１２０と、第２の前駆体噴射器１３０と、パージガス噴射器１４０とを含む。噴射器１２０、１３０、１４０は、メインフレームなどのシステムコンピュータ（図示せず）で、またはプログラム可能な論理制御装置などのチャンバ専用コントローラで制御することができる。前駆体噴射器１２０は、化合物Ａの反応性前駆体、すなわち、第１の前駆体の連続的な（またはパルスの）流れを処理チャンバ２０に複数のガスポート１２５を通して注入するように構成される。前駆体噴射器１３０は、化合物Ｂの反応性前駆体、すなわち、第２の前駆体の連続的な（またはパルスの）流れを処理チャンバ２０に複数のガスポート１３５を通して注入するように構成される。パージガス噴射器１４０は、非反応性またはパージガスの連続的な（またはパルスの）流れを処理チャンバ２０に複数のガスポート１４５を通して注入するように構成される。パージガスは、反応性材料および反応性副産物を処理チャンバ２０から除去するように構成される。パージガスは、一般に、窒素、アルゴン、およびヘリウムなどの不活性ガスである。ガスポート１４５は、化合物Ａの前駆体を化合物Ｂの前駆体から分離し、それによって、前駆体間の相互汚染を避けるようにガスポート１２５とガスポート１３５との間に配置される。本明細書および添付の特許請求の範囲で使用される「反応性ガス」、「反応性前駆体」、「第１の前駆体」、「第２の前駆体」などの用語は、基板表面、または基板表面上の層と反応することができるガスおよびガス状核種を参照する。
【００２５】
別の態様では、遠隔プラズマ源（図示せず）を、チャンバ２０に前駆体を注入する前に前駆体噴射器１２０と前駆体噴射器１３０とに接続することができる。遠隔プラズマ源内の化合物に電界を与えることによって反応性核種のプラズマを発生させることができる。意図した化合物を活性化することができる任意の電源を使用することができる。例えば、ＤＣ、高周波（ＲＦ）、およびマイクロ波（ＭＷ）ベースの放電技法を使用する電源を使用することができる。ＲＦ電源が使用される場合、ＲＦ電源は容量性または誘導性結合することができる。活性化は、熱ベース技法、ガス分解技法、高強度光源（例えば、ＵＶエネルギー）、またはＸ線源への暴露によって発生させることもできる。例示的な遠隔プラズマ源は、ＭＫＳ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，  Ｉｎｃ．およびＡｄｖａｎｃｅｄ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，  Ｉｎｃ．などの供給業者から入手できる。
【００２６】
システム１００は、処理チャンバ２０に接続されたポンピングシステム１５０をさらに含む。ポンピングシステム１５０は、一般に、ガス流を処理チャンバ２０から１つまたは複数の真空ポート１５５を通して排気するように構成される。真空ポート１５５は、ガス流が基板表面と反応した後、ガス流を処理チャンバ２０から排気し、前駆体間の相互汚染をさらに制限するように各ガスポート間に配置される。
【００２７】
システム１００は、処理チャンバ２０上で各ポート間に配置された複数の仕切り１６０を含む。各仕切りの下部部分は、基板６０の第１の表面６１の近くに延びる。例えば、第１の表面６１から約０．５ｍｍ以上まで延びる。このようにして、仕切り１６０の下部部分は、ガス流が基板表面と反応した後、ガス流が下部部分を回って真空ポート１５５の方に流れることができるようにするのに十分な距離だけ基板表面から隔てられる。矢印１９８はガス流の方向を示す。仕切り１６０はガス流に対して物理的バリアとして機能するので、仕切り１６０は前駆体間の相互汚染も制限する。図示の構成は単に例示であり、本発明の範囲を限定すると解釈されるべきでない。図示のガス分配システムは単に１つのあり得る分配システムであり、他のタイプのシャワヘッドを利用できることを当業者なら理解されよう。
【００２８】
運用時に、基板６０はロードロックチャンバ１０に供給され（例えば、ロボットによって）、シャトル６５の上に置かれる。遮断弁１５が開けられた後、シャトル６５はトラック７０に沿って移動される。基板６０が処理チャンバ２０に入った後、遮断弁１５は閉まり、処理チャンバ２０を密閉する。次に、シャトル６５は処理のために処理チャンバ２０の中を移動される。１つの実施形態では、シャトル６５は直線的経路でチャンバの中を移動される。
【００２９】
基板６０が処理チャンバ２０の中を移動するとき、基板６０の第１の表面６１は、ガスポート１２５から放出される化合物Ａの前駆体と、ガスポート１３５から放出される化合物Ｂの前駆体と、それらの間にガスポート１４５から放出されるパージガスとに繰り返し暴露される。パージガスの注入は、次の前駆体に基板表面６１を暴露する前に、前の前駆体からの未反応の材料を除去するように設計される。様々なガス流（例えば、前駆体またはパージガス）への各暴露の後、ガス流はポンピングシステム１５０によって真空ポート１５５を通して排気される。真空ポートは各ガスポートの両側に配置することができるので、ガス流は両側の真空ポート１５５を通して排気される。したがって、ガス流は、それぞれのガスポートから垂直に下方に基板６０の第１の表面６１の方に流れ、基板表面を横切り、仕切り１６０の下部部分を回って流れ、最終的に真空ポート１５５の方に上向きに流れる。このように、各ガスは、基板表面６１を横切って均一に分散されうる。矢印１９８はガス流の方向を示す。基板６０は、さらに、様々なガス流に暴露されている間回転することができる。基板の回転は、形成される層にストリップを形成しないようにするのに有用でありうる。基板の回転は、連続的とするか、または別々のステップとすることができる。
【００３０】
基板表面６１が各ガスに暴露される程度は、例えば、ガスポートから来る各ガスの流量、および基板６０の移動の速度によって決定することができる。１つの実施形態では、各ガスの流量は、吸着された前駆体を基板表面６１から取り除かないように構成される。各仕切りの間の幅、処理チャンバ２０に配置されたガスポートの数、および基板が行ったり来たりする回数も、基板表面６１が様々なガスに暴露される程度を決定することができる。その結果、堆積される膜の量および品質は、上述で参照した要因を変更することによって最適化することができる。
【００３１】
別の実施形態では、システム１００は、パージガス噴射器１４０なしで、前駆体噴射器１２０と前駆体噴射器１３０とを含むことができる。その結果、基板６０が処理チャンバ２０の中を移動するとき、基板表面６１は、中間でパージガスに暴露されることなしに、化合物Ａの前駆体と化合物Ｂの前駆体とに交互に暴露されることになる。
【００３２】
図１に示した実施形態は、基板の上方にガス分配プレート３０を有する。実施形態はこの上を向いた方位に関して説明および図示されているが、逆の方位も可能であることを理解されよう。その状況では、基板６０の第１の表面６１は下向きに面することになり、一方、基板の方へのガス流は上向きに導かれることになる。１つまたは複数の実施形態では、少なくとも１つの放射熱源９０が基板の第２の側を加熱するように位置づけられる。
【００３３】
ガス分配プレート３０は、基板表面６１上に堆積される層の数に応じて任意の好適な長さのものとすることができる。ガス分配プレートのいくつかの実施形態は、基板がガス分配プレートの第１の端部からガス分配プレートの第２の端部まで一方向に移動する高スループット動作で使用されるように意図される。この単一通過の間に、完全な膜が、ガス分配プレートのガス噴射器の数に基づいて基板表面に形成される。いくつかの実施形態では、ガス分配プレートは完全な膜を形成するのに必要とされるよりも多い噴射器を有する。個々の噴射器は、いくつかが働かないか、または単にパージガスを排出するように制御することができる。例えば、ガス分配プレートは前駆体Ａおよび前駆体Ｂの各々のために１００個の噴射器を有するが、５０個しか必要とされない場合、５０個の噴射器は動作不可とすることができる。これらの動作不可の噴射器は、グループ化するか、またはガス分配プレートの全体にわたって分散させることができる。
【００３４】
加えて、図面は第１の前駆体ガスＡおよび第２の前駆体ガスＢを示しているが、本発明の実施形態は２つの異なる前駆体のみをもつガス分配プレートに限定されないことを理解されたい。例えば、ガス分配プレートの全体にわたって分散された第３の前駆体Ｃおよび第４の前駆体Ｄが存在しうる。これは、混合されたまたは積層された層をもつ膜の生成を可能にする。
【００３５】
いくつかの実施形態では、シャトル６５は、基板６０を搬送するためのサセプタ６６である。一般に、サセプタ６６は、基板の端から端まで均一な温度を形成するのに役立つキャリアである。サセプタ６６は、ロードロックチャンバ１０と処理チャンバ２０との間で両方向に（図１の構成に対して左から右に、および右から左に）移動可能である。サセプタ６６は、基板６０を搬送するための上面６７を有する。サセプタ６６は、処理のために基板６０を加熱できるように加熱型サセプタとすることができる。一例として、サセプタ６６は、サセプタ６６の真下に配置された放射熱源９０、加熱プレート、抵抗性コイル、または他の加熱デバイスで加熱することができる。
【００３６】
さらなる別の実施形態では、サセプタ６６の上面６７は、図２に示すように、基板６０を受け入れるように構成された凹部６８を含む。サセプタ６６は、一般に、基板の下にサセプタ材料が存在するように、基板の厚さよりも厚い。詳細な実施形態において、凹部６８は、基板６０が凹部６８の内部に配置されるとき、基板６０の第１の表面６１がサセプタ６６の上面６７と同じ高さであるように構成される。言い方を変えれば、いくつかの実施形態の凹部６８は、基板６０がその中に配置されるとき、基板６０の第１の表面６１がサセプタ６６の上面６７より上に突き出さないように構成される。
【００３７】
図３〜１２は、本発明の様々な実施形態によるガス分配プレート３０を示す。ガス分配プレート３０は、入力面３０１と出力面３０３とを含む。入力面３０１（図３に示される）は、第１の前駆体ガスＡの流れを受け取るための第１の前駆体ガス入力部３０５と、第２の前駆体ガスＢの流れを受け取るための第２の前駆体ガス入力部３０７とを有する。入力面３０１は、さらに、１つまたは複数のパージガスのための入力部３０９と、１つまたは複数の真空ポートに接続するためのポート３１１とを有する。図３に示した構成では、２つの第１の前駆体ガス入力部３０５、１つの第２の前駆体ガス入力部３０７、および２つのパージガス入力部３０９が見えるが、個々にまたは組合せで、これらの構成要素の各々についてより多くまたはより少なく存在しうることを当業者なら理解されよう。
【００３８】
図示の特定の実施形態は、多数の層を堆積させるために基板がガス分配プレートに隣接して行ったり来たりする往復堆積システムで使用することができる。しかし、これは単に１つの実施形態であり、本発明は往復堆積技法に限定されないことを理解されたい。前駆体噴射器の多数の組をもつ単一の大きいガス堆積プレートを利用できることを当業者なら理解されよう。
【００３９】
様々な実施形態の出力面３０３は複数の細長いガスポート３１３を有する。ガスポート３１３は、出力面３０３に隣接して位置づけることができる基板の方にガスの流れを導くように構成される。細長いガスポート３１３は、少なくとも１つの第１の前駆体ガスポートと少なくとも１つの第２の前駆体ガスポートとを含む。第１の前駆体ガスポートの各々は、第１の前駆体がガス分配プレート３０を通って流れることができるように第１の前駆体ガス入力部３０５と流れ連通する。第２の前駆体ガスポートの各々は、第２の前駆体がガス分配プレート３０を通って流れることができるように第２の前駆体ガス入力部３０７と流れ連通する。
【００４０】
図４に示すように、ガスポートは、チャネル３１７内に複数の開口３１５を含むことができる。チャネル３１７は、ガス分配プレートの出力面内の凹んだスロットである。ガスは開口３１５から流れて、基板表面の方にチャネル３１７の壁によって導かれる。開口３１５は円形であるように示されているが、開口３１５は、限定はしないが、正方形、長方形、および三角形を含む任意の好適な形状とすることができることを理解されたい。開口３１５の数およびサイズは、各チャネル３１７内の開口の多寡に適合するように変更することもできる。図４に示した詳細な実施形態において、パージガス（Ｐ）、第１の前駆体ガスポート（Ａ）、および第２の前駆体ガスポート（Ｂ）は、チャネル内に位置づけられた複数の開口を含む。真空ポートに関連する開口３１８は、チャネル３１７中ではなくガス分配プレート３０の出力面３０３上にあるが、チャネル内に位置づけることもできる。
【００４１】
図４に示した特定の実施形態は、基板が矢印３５０に沿って細長いガスポートに垂直に移動されるとき、特定のシーケンスのガス流を基板表面に供給することになる細長いガスポートの組合せを有する。基板が移動されると説明しているが、基板は静止しているままとすることができ、ガス分配プレート３０が移動することができることを当業者なら理解されよう。基板とガス分配プレート３０との間の相対的移動は、基板移動と呼ばれる。基板は、細長いガスポートに垂直に移動して、順番に、パージガスの流れ、第１の前駆体ガスＡの流れ、パージガスの流れ、第２の前駆体ガスＢの流れ、パージガスの流れ、第１の前駆体ガスＡ’の流れ、およびパージガス流れのガス流にさらされることになる。ガス流の各々の間に、ガス流を処理チャンバから外に導く真空ポートがある。これは、図１に示した矢印１９８に従った流れパターンをもたらす。
【００４２】
特定の実施形態では、ガス分配プレートは、順番に、前置の第１の前駆体ガスポートＡ、第２の前駆体ガスポートＢ、および後置の第１の前駆体ガスポートＡ’から本質的になる。この文脈および添付の特許請求の範囲で使用される「本質的に…からなる」という用語は、ガス分配プレートが反応性ガスのためのいかなる追加のガスポートも含まないことを意味する。非反応性ガス（例えば、パージガス）および真空のためのポートは、全体にわたって点在させることができるが、それでもやはり「本質的に…からなる」節の解釈の範囲内にある。例えば、ガス分配プレート３０は、８つの真空ポートＶと４つのパージポートＰとを有するが、それでもやはり前置の第１の前駆体ガスポートＡ、第２の前駆体ガスポートＢ、および後置の前駆体ガスポートＡ’から本質的になることができる。この変化に富む実施形態はＡＢＡ構成と呼ぶことができる。
【００４３】
ＡＢＡ構成を使用すると、どちらの方向から移動する基板も第１の前駆体ガスＡポートに遭遇し、その後、第２の前駆体ガスＢポートに遭遇することが確実になる。ガス分配プレート３０を横切る通過ごとに、組成Ｂの単一の膜がもたらされることになる。ここで、２つの第１の前駆体ガスＡポートが第２の前駆体ガスＢポートを囲み、その結果、図の上部から底部に移動する（ガス分配プレートに対して）基板は、順番に、前置の第１の反応性ガスＡ、第２の反応性ガスＢ、および後置の第１の反応性ガスＡ’に出会い、完全な層が基板上に形成されることになる。同じ経路に沿って戻る基板は、逆の順序の反応性ガスに出会い、完全な一巡ごとに２つの層がもたらされることになる。このガス分配プレートを横切って行ったり来たりする基板は、パルスシーケンスの
ＡＢ  ＡＡＢ  ＡＡＢ  （ＡＡＢ）ｎ  …  ＡＡＢＡ
に暴露され、Ｂの一様な膜組成物が形成されることになる。シーケンスの終りに第１の前駆体ガスＡに曝露することは、第２の前駆体ガスＢが後に続かないので重要でない。膜組成物はＢと呼んでいるが、実際には、反応性ガスＡと反応性ガスＢとの表面反応生成物であり、単にＢを使用するのは膜を記述する際の便宜のためであることを当業者なら理解されよう。
【００４４】
ガス分配プレート３０は、図５に示すように、ガス状核種を励起するために、「ワイヤ」または「ホットワイヤ」とも呼ぶことができる加熱要素５０１を含む。加熱要素５０１は、第１の前駆体ガスポートおよび第２の前駆体ガスポートのいずれかまたは両方に位置づけられる。加熱要素５０１は、加熱要素５０１を通る電流の流れが加熱要素５０１を加熱させるように構成された電力リード線３２３（図３に示すような）に接続される。加熱要素５０１を高温に加熱して、加熱要素５０１に隣接して通るガス中の核種を励起する。ワイヤの目的は、ガス中にラジカル核種を生成することであり、基板の温度上昇を引き起こすことではない。加熱要素５０１は、基板の表面への直接の暴露はないが、依然としてガス中にラジカル核種形成を引き起こすことができる位置に置くことができる。例えば、加熱要素５０１が第２の前駆体ガスポートに置かれる場合、加熱要素は、第２の前駆体ガス中の分子の一部分が励起状態になるようにさせることになる。励起状態では、分子はより高いエネルギーを有し、所与の処理温度で基板表面と反応する可能性が高い。
【００４５】
加熱要素の配置は、基板と接触するラジカル核種の量に影響があることがある。加熱要素を基板から遠くに置きすぎると、より近くの配置よりも多くのラジカル核種が基板表面と接触する前に非活性化状態になることがある。ラジカル核種は、ガス流中の他のラジカル、分子、およびガス分配プレートとの接触によって非活性化状態になることがある。しかし、基板から加熱要素をさらに遠くに置くのは、加熱要素が、依然としてガス中にラジカル核種を生成しながら基板表面を加熱しないようにするのに役立つことができる。基板の局所温度に著しい変化を引き起こすことなく、励起された核種が表面と接触するのに十分な長さの間確実に存在するように、加熱要素５０１は基板の表面に十分に近くに置くことができる。本明細書および添付の特許請求の範囲で使用される「局所温度の著しい変化」という用語は、ワイヤに隣接する基板の部分が、約１０℃を超える温度上昇がないことを意味する。加熱要素５０１は、図５に示したもののような開放チャネル３１７に、またはガス拡散構成要素の背後に位置づけることができる。図５にさらに示したガス拡散構成要素の一実施形態は、ガスポートの出口領域に置かれた複数の小さい離間した開孔を有する。ガス拡散構成要素の背後に位置づけることができる加熱要素５０１は、基板の局所温度を著しく変化させることなしにガス状核種を励起することができる。詳細な実施形態において、ワイヤはガス状核種を励起するために加熱されるが、約１０℃未満の表面温度変化を引き起こす。様々な実施形態において、基板表面の温度の局所変化は、約７℃、５℃、または３℃未満である。特定の実施形態において、局所温度変化は、約２℃、１℃、または０．５℃未満である。
【００４６】
加熱要素は、比較的短い期間で高温に高めることができる任意の好適な材料で製作することができる。好適な材料は反応性ガスと両立するものである。本明細書および添付の特許請求の範囲で使用されるとき、この事に関して使用される「両立する」という用語は、加熱要素が標準の温度および圧力で反応性ガスと自然には反応しないことを意味する。加熱要素の温度は、ガス状核種のラジカル化の程度に影響することがある。例えば、酸素は約２０００℃までの温度を必要とすることがあるが、ポリマー核種は約３００℃から約５００℃の範囲の温度しか必要としないことがある。いくつかの実施形態では、加熱要素は、少なくとも約１０００℃、１１００℃、１２００℃、１３００℃、１４００℃、１５００℃、１６００℃、１７００℃、１８００℃、１９００℃、または２０００℃の温度に加熱されうる。様々な実施形態において、加熱要素は、約３００℃から約２０００℃の範囲、約７００℃から約１４００℃の範囲、または約８００℃から約１３００℃の範囲の温度に加熱されうる。加熱要素に供給される電力は、処理の全体を通して任意の時点で変調されるか、入れたり切ったりされうる。これにより、加熱要素は、処理の一部分でのみ、加熱され、励起されたガス状核種を生成することができる。
【００４７】
加熱要素の厚さおよび長さは、さらに、使用される材料に応じて変更することができる。加熱要素の好適な材料の例には、限定はしないが、タングステン、タンタル、イリジウム、ルテニウム、ニッケル、クロム、グラファイト、およびそれらの合金が含まれる。例えば、酸素がラジカル化される核種である場合、タンタルまたはタングステンの使用は、これらの材料が酸素の影響を受けやすく、ワイヤの破損を引き起こすことがあるので、望ましくないことがある。詳細な実施形態において、加熱要素はタングステンを含む。
【００４８】
図３に戻って参照すると、電源は、加熱要素を通る電流流れを制御することができる任意の好適な電源とすることができる。図３に示した電力フィードスルー３２１は、電力リード線３２３を有し、加熱要素に機械的および電気的支持を与え、加熱要素をガス流の経路中に置くことができるようにする。電力フィードスルー３２１は取付けブロック３２７を介してガス分配プレート３０に接続され、取付けブロック３２７は、電力リード線３２３および加熱要素をガス分配プレートから電気的に絶縁するために絶縁体を含むことができる。図３の実施形態の加熱要素は、第１の前駆体ガスチャネルを通って延び、第２の前駆体ガスチャネルに回り込む個々の加熱要素または単一の加熱要素とすることができる。
【００４９】
図５に示した加熱要素５０１はチャネル３１７を通って延び、加熱要素５０１の端部は電力リード線３２３、３２４と接触する。しかし、本発明の１つまたは複数の実施形態では、加熱要素は、チャネル３１７に挿入するか、またはガス分配プレート３０の出力面３０３に取り付けることができる別個のアセンブリの一部である。それ故に、図６を参照すると、本発明の１つまたは複数の実施形態はそのようなアセンブリ６００に関する。図示のアセンブリ６００は、長手軸６３０に沿って延びる細長いエンクロージャ６０５を含む。細長いエンクロージャは、ガスの流れがエンクロージャ６０５を通過できるようにする開放内部領域６０６を有する。矢印６３０として示したガス流は、長手軸に実質的に垂直な方向にエンクロージャを通過することができる。本明細書および添付の特許請求の範囲で使用される「実質的に垂直な」という用語は、ガスの流れがエンクロージャを通り、鈍角で加熱要素６０１のまわりを通ることを意味する。ガス流がエンクロージャに対して９０°以外の角度であり、依然として「実質的に垂直な」という意味内にありうることを当業者なら理解するであろう。いくつかの実施形態では、ガス流は、エンクロージャに実質的に垂直であり、約２５°、３０°、３５°、４０°、４５°、５０°、５５°、６０°、６５°、７０°、７５°、８０°、または８５°よりも大きい角度を形成する。いくつかの実施形態では、ガス流は、約２５°から約９０°の範囲、または約４５°から約９０°の範囲、または約６０°から約９０°の範囲、または約７５°から約９０°の範囲、または約８０°から約９０°の範囲でエンクロージャに対する角度を形成する。
【００５０】
図示のエンクロージャ６０５は、両側に平坦面６１１を有し、側面６１３は、エンクロージャ６０５の一方の端部から他方の端部まで実質的に一様な厚さを有する。しかし、図示の形状および近似的寸法は単に例示であり、本発明の範囲を限定すると解釈されるべきでないことを当業者なら理解されよう。
【００５１】
エンクロージャ６０５は、処理チャンバ内で経験される温度での熱膨張に実質的に耐性がある材料から製作される。本明細書および添付の特許請求の範囲で使用される「熱膨張に実質的に耐性がある」という用語は、エンクロージャ６０５の全長が所望のガス状核種をラジカル化するのに必要とされる温度で約５％を超えて変化しないことを意味する。様々な実施形態では、エンクロージャの全長は、室温でのエンクロージャ６０５の長さに対して約４％、３％、２％、１％、または０．５％を超えて変化しない。詳細な実施形態において、エンクロージャは、石英およびセラミックを含む石英またはセラミックベース材料で製作される。本明細書および添付の特許請求の範囲で使用される「セラミック」という用語は、無機質で非金属の材料を参照する。セラミックスの好適な例には、限定はしないが、アルミナ、ベリリア、セリア、ジルコニア、カーバイド、ホウ化物、窒化物、ケイ素化合物、これらの材料の複合材料、酸化物、および非酸化物が含まれる。加熱要素の厚さは、厚さが均一であるか、または変化することができる。いくつかの実施形態では、加熱要素は、約０．０１ｍｍから約５ｍｍの範囲の断面直径をもつワイヤである。いくつかの実施形態の加熱要素は、可変の密度／単位長さを有する。
【００５２】
加熱要素６０１は、細長いエンクロージャ６０５の第１の端部６２０から第２の端部６２２まで延びる。説明したように、加熱要素６０１は電流で加熱するのに好適な材料を含む。図６に示した実施形態は、加熱要素６０１を通る電流流れを可能にするために、加熱要素６０１と電気的に連通する、または電気接触する２つのリード線として示されている少なくとも１つの電気リード線６１０を含む。電気リード線６１０は、ガス分配プレートに位置づけられた電気接点と相互作用することができる。例えば、対の電気接点（正接点および負接点）を、ガス分配プレートのチャネルに、またはガス分配プレートの表面に含めることができる。これらの電気接点対の各々は個々にあるいは１つまたは複数のユニットとして電力を供給することができる。詳細な実施形態において、少なくとも１つの電気リード線６１０は、加熱要素への電流の印加で温度が実質的に上がらない。特定の実施形態では、少なくとも１つの電気リード線６１０は、エンクロージャ６０５の膨張を実質的にもたらさない。
【００５３】
２つの別個の電気リード線６１０が図６に示されているが、エンクロージャのいずれか一方の端部に位置づけられた１つの電気リード線６１０しか存在しないことがあることを理解されよう。この種類の実施形態では、加熱要素６０１はエンクロージャ６０５を通って延び、エンクロージャの端部を越えて延びる部分を提示することができる。例えば、図７は、加熱要素７０１が細長いエンクロージャ７０５の第１の端部７２０および第２の端部７２２のうちの１つまたは複数を越えて延びる部分７３０を含むアセンブリ７００の一実施形態を示す。延びた部分７３０は、電気リード線として働くことができる。
【００５４】
加熱要素は任意の好適な形状を有することができ、図面で具現された形状に限定されない。好適な形状には、限定はしないが、直線、正弦波、螺旋、湾曲、アコーディオン、および矩形波の形をしたものが含まれる。詳細な実施形態において、図７に示したように、加熱要素７０１は、エンクロージャ７０５の第１の端部７２０から第２の端部７２２まで実質的に直線の経路で延びる。図８は、加熱要素８０１が螺旋経路で延びるアセンブリ８００の別の実施形態を示す。螺旋の巻数および緊密性は変更することができ、図に示した形状に限定されると解釈されるべきでない。図９は、エンクロージャ９０５の第１の端部９２０と第２の端部９２２との間を延びる２つの加熱要素９０１が存在する別のアセンブリ９００を示す。図９は、加熱要素９０１の各端部に、加熱要素と電気的に接続される単一の延長部９３０を示しているが、加熱要素９０１ごとに延長部が存在できることを理解されよう。加えて、任意の数の個々の加熱要素が存在することができ、各要素の形状は異なることができ、形状の混合が可能であることを理解されよう。
【００５５】
図１０は、加熱要素１００１が外側ハウジング１００２にカプセル化されているアセンブリ１０００の別の実施形態を示す。電流を印加したときに、加熱要素１００１は温度が上がり、外側ハウジング１００２を加熱する。外側ハウジング１００２は、エンクロージャの内部領域１００６を流れるガスに暴露される。この種類の実施形態は、加熱要素１００１が内部領域１００６を通って流れるガスと両立しない場合、特に有用でありうる。詳細な実施形態において、外側ハウジング１００２は、変形することなしに加熱要素１００１によって加熱されうる材料である。特定の実施形態では、外側ハウジング１００２は石英を含む。
【００５６】
様々な実施形態のアセンブリは、ガス分配プレートのチャネル内に適合する大きさにすることができ、その結果、加熱要素はガス分配プレートに容易に付加または取外しができる。図１１は、細長いエンクロージャ１１０５がガス分配プレート３０のガスポート内に適合する大きさである一実施形態を示す。エンクロージャ１０００内に加熱要素５０１を組み込むと、加熱要素５０１を処理チャンバから容易に取り外して交換または洗浄することができる。図示の実施形態は開放チャネル３１７を有しているが、加熱要素と基板との間にディフューザーが存在しうることを理解されよう。
【００５７】
図１１の底部部分を参照すると、細長いエンクロージャ１１５５がガス分配プレート３０の前面３０３に取り付けられるように構成された別の実施形態が示される。エンクロージャ１１５５は、ガスポートからのガスが、エンクロージャ１１５５の開放内部領域１１５６を通過し、アセンブリが、隣接するガスポートからのガスの流れを実質的に妨げないように位置づけることができる。エンクロージャ１１５５は、上述のように接続部１１２３、１１２４によって電力を供給される。
【００５８】
図１２に示す加熱要素は、直線アセンブリとして示される。しかし、アセンブリの形状は所望の使用法に応じて変更することができる。図１２は、アセンブリ１２００が単一の加熱要素１２０１で２つのチャネル３１７を担当する本発明の別の実施形態を示す。アセンブリ１２００は、２つの開放内部領域１２０６がチャネル３１７の上に位置づけられている細長いエンクロージャ１２０５を含む。加熱される要素１２０１は電力リード線１２２３、１２２４に接続される。本実施形態の加熱される要素１２０１はエンクロージャ１２０５を通って絶縁部分１２０８に向きを変えることができ、加熱される要素１２０１はガス流に暴露されない。いくつかの実施形態では、加熱される要素１２０１は経路全体の全域にわたって暴露される。言い方を変えれば、開放内部領域はエンクロージャの形状と一致することができ、加熱される要素１２０１の一部分はガスポートの前に位置づけられない。
【００５９】
図１２に示した種類の実施形態では、電力リード線１２２３、１２２４は電流の流れを可能にするために反対の極性である。それ故に、一方の電力リード線は正であり、他方は負であることになる。この構成は設定することが比較的容易であり、単一の電源が電力リード線１２２３、１２２４の両方に接続される。単一の電源（図示せず）は、ワイヤを通って流れる電流を制御するための機構、例えばポテンショメータなどを含むことができる。
【００６０】
ガス分配プレートのいくつかの実施形態は、順番に、交互の第１の前駆体Ａポートおよび第２の前駆体ガスＢポートの少なくとも２つの繰り返しユニットと、それに続く後置の第１の前駆体ガスＡ’ポートとから本質的になる複数の細長いガスポートを含む。言い方を変えれば、ＡＢユニットと呼ぶことができる第１の前駆体ガスＡポートと第２の前駆体ガスＢポートとの組合せが少なくとも２回繰り返され、それに後置の第１の前駆体ガスＡ’ポートが伴う。パージ、真空、および複数の開口がガス分配プレートに存在しうることを当業者なら理解されよう。
【００６１】
ガス分配プレートのいくつかの実施形態は、本明細書で説明するような入力面、出力面、およびアセンブリを含む。入力面は、第１の前駆体ガスの流れを受け取るように構成された第１の前駆体ガス入力部と、第２の前駆体ガスの流れを受け取るように構成された第２の前駆体ガス入力部とを有する。出力面は、ガスの流れを出力面に隣接する基板の方に導くように構成された複数の細長いガスポートを有する。細長いガスポートは、少なくとも１つの第１の前駆体ガスポートと少なくとも１つの第２の前駆体ガスポートとを含む。少なくとも１つの第１の前駆体ガスポートは第１の前駆体ガスと流れ連通し、少なくとも１つの第２の前駆体ガスポートは第２の前駆体ガスと流れ連通する。説明したアセンブリは、第１の前駆体ガスポートおよび第２の前駆体ガスポートの少なくとも一方の中のガスの流れがアセンブリの内部領域を通過するように位置づけられる。アセンブリは、電流を加熱要素に供給するように構成された電源に接続される。詳細な実施形態において、アセンブリは少なくとも１つのガスポート内に位置づけられる。特定の実施形態では、アセンブリは、ガス分配プレートの出力面に取り付けられ、その結果、ガスポートから流れるガスはアセンブリの開放内部領域を通過し、細長いエンクロージャは隣接するガスポートからのガスの流れを実質的に妨げない。いくつかの実施形態では、電流を加熱要素に供給すると、加熱要素が加熱されて、熱要素を横切って流れるガス中の核種を励起し、細長いエンクロージャは実質的に膨張しない。
【００６２】
本発明の追加の実施形態は、処理チャンバ内で基板を処理する方法に関する。この方法は、第１の前駆体ガスを供給するための少なくとも１つの第１の前駆体ガスポートと、第２の前駆体ガスを供給するための少なくとも１つの第２の前駆体ガスポートとを含む複数の細長いガスポートを含むガス分配プレートの下で、表面を有する基板を横方向に移動させることを含む。第１の前駆体ガスが基板表面に供給される。第２の前駆体ガスが基板表面に供給される。電力が、細長いエンクロージャ内に位置づけられた少なくとも１つの加熱要素に印加される。少なくとも１つの細長いエンクロージャの各々は、処理チャンバ内で経験される温度での熱膨張に耐性がある材料を含む。少なくとも１つの細長いエンクロージャの各々は、ガスポートからのガスが細長いエンクロージャの開放内部領域を通過し、ガス状核種が励起されるように位置づけられる。励起された核種は基板の表面と反応する。
【００６３】
図１２の実施形態はＡＢＡ構成を示すが、任意の所望の数にわたるＡＢガス噴射器の多数の組を同じように簡単に含むことができる。例えば、ガス分配プレートは１００組のＡＢガス噴射器を有することができ、各々は個々に制御され、各々は加熱要素と電源とを個々に含有する。
【００６４】
１つまたは複数の実施形態は、後置の第１の前駆体ガスポートＡ’を伴って２つの繰り返しのＡＢユニットを有し、ＡＢＡＢＡ構成がもたらされる。それ故に、完全な一巡（ガス流を通る基板の１回の行ったり来たり）ごとに、Ｂの４つの層の堆積がもたらされることになる。ＡＢＡＢＡＢＡ構成をもつガス分配プレートでは、完全な一巡の後にＢの６つの層の堆積がもたらされることになる。これらの構成の各々で後置の第１の前駆体ガスポートＡ’を含むことにより、ガス分配プレート３０のどちらの側で移動が始まるかにかかわらず、ガス分配プレートに対して移動する基板は、第２の前駆体ガスポートの前に第１の前駆体ガスポートに確実に遭遇することになる。所与のガス分配プレート３０に任意の数の繰り返しのＡＢユニットが存在しうることを当業者なら理解されよう。繰り返しのＡＢユニットの数は、ガス分配プレートのサイズに応じて変更することができる。いくつかの実施形態では、約２個から約１２８個のＡＢユニットの範囲内にあり、またはさらに多い個数がある。様々な実施形態において、少なくとも約２、３、４、５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、または５０個のＡＢユニットがある。加えて、この構成は単に例示であり、ガス分配プレートは任意の数のガス噴射器を含むことができることを当業者なら理解されよう。例えば、ガス分配プレートは、後置の第１のガスポートＡ’の有無にかかわらず１００個の繰り返しのＡＢユニットを有することができる。
【００６５】
いくつかの実施形態では、アセンブリは、加熱要素の著しいたるみを防止するために十分な張力を与えることができる。加えて、アセンブリは、破損を引き起こすのに要するよりも少ない張力を加熱要素に与えるように構成される。本明細書および添付の特許請求の範囲で使用される「著しいたるみ」という用語は、長さに対するたるみの比が約０．１未満、または約０．０５未満、または約０．０１未満、または約０．００５未満、または約０．００２５未満であることを意味する。様々な実施形態において、たるみは、４００ｍｍの長さに関して約４ｍｍ未満、または４００ｍｍの長さに関して約３ｍｍ未満、または４００ｍｍの長さに関して約２ｍｍ未満、または４００ｍｍの長さに関して約１ｍｍ未満、または３００ｍｍの長さに関して約４ｍｍ未満、または３００ｍｍの長さに関して約３ｍｍ未満、または３００ｍｍの長さに関して約２ｍｍ未満、または４００ｍｍの長さに関して約１ｍｍ未満である。
【００６６】
本明細書の本発明が特定の実施形態を参照しながら説明されたが、これらの実施形態は本発明の原理および適用の単なる例示であることを理解されたい。本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく本発明の方法および装置に様々な変更および改変を行うことができることが当業者には明らかであろう。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲およびその均等物の範囲内にある変更および改変を含むことが意図される。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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