(57)【要約】  本発明の一例示的実施形態によると、順次自己飽和表面反応によって材料を少なくとも１つの基板に堆積させるべく構成された原子層堆積反応炉を運転することと、乾燥空気をパージガスとして反応炉内で使用することとを含む方法が提供される。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
順次自己飽和表面反応によって材料を少なくとも１つの基板に堆積させるべく構成された原子層堆積反応炉を運転することと、
乾燥空気をパージガスとして反応炉内で用いることと、
を含む方法。
【請求項２】
乾燥空気をキャリアガスとして用いること、
を含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
全堆積シーケンス中、乾燥空気を前記反応炉の反応室に流入させること、
を含む請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
乾燥空気を反応炉の反応室の加熱に用いること、
を含む請求項１から３の何れかに記載の方法。
【請求項５】
前記乾燥空気をパージガス送り込み弁の下流で加熱すること、
を含む請求項１から４の何れかに記載の方法。
【請求項６】
前記反応炉の流出部からパージガス送り込みライン用ヒータへの熱のフィードバック接続を設けること、
を含む請求項１から５の何れかに記載の方法。
【請求項７】
順次自己飽和表面反応によって材料を少なくとも１つの基板に堆積させるために、前記原子層堆積反応炉を周囲圧力で運転すること、
を含む請求項１から６の何れかに記載の方法。
【請求項８】
前記反応炉内の運転圧力を下げるために、前記反応炉の流出部に取り付けられたイジェクタを用いること、
を含む請求項１から６の何れかに記載の方法。
【請求項９】
順次自己飽和表面反応によって材料を少なくとも１つの基板に堆積させるべく構成された原子層堆積反応室と、
乾燥空気をパージガスとして反応炉の反応室に送り込むための、乾燥空気源からの乾燥空気送り込みラインと、
を備える装置。
【請求項１０】
前駆体蒸気を前記反応室に運ぶための、乾燥空気源から前駆体源を通って前記反応室に至る前駆体送り込みライン、
を備える請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記乾燥空気を加熱するべく構成されたヒータ、
を備える請求項９または１０に記載の装置。
【請求項１２】
パージガス送り込み弁の下流に前記ヒータ、
を備える請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記反応炉の流出部からパージガス送り込みラインのヒータへの熱のフィードバック接続、
を備える請求項９から１２の何れかに記載の装置。
【請求項１４】
前記反応炉は、周囲圧力で、または前記周囲圧力に近い圧力で、運転するべく構成された軽量反応炉である請求項９から１３の何れかに記載の装置。
【請求項１５】
前記反応炉内の運転圧力を下げるために、前記反応炉の流出部に取り付けられたイジェクタ、
を備える請求項９から１４の何れかに記載の装置。
【請求項１６】
請求項９から１５の何れかに記載の装置を製造ラインの一部として備える製造ライン。
【請求項１７】
順次自己飽和表面反応によって材料を少なくとも１つの基板に堆積させるべく構成された原子層堆積反応炉を運転する手段と、
乾燥空気をパージガスとして前記反応炉内で使用する手段と、
を備える装置。
【発明の詳細な説明】
【発明の分野】
【０００１】
本発明は、全般的には堆積反応炉に関する。より具体的には、本発明は、順次自己飽和表面反応によって材料が表面に堆積される、このような堆積反応炉に関するが、これだけに限定されるものではない。
【発明の背景】
【０００２】
原子層エピタクシー（ＡＬＥ：Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｅｐｉｔａｘｙ）法は、１９７０年代初頭にツオモ・サントラ（Ｔｕｏｍｏ  Ｓｕｎｔｏｌａ）博士によって発明された。この方法の別の総称は原子層堆積（ＡＬＤ：Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）であり、今日ではＡＬＥの代わりに用いられている。ＡＬＤは、少なくとも１つの基板への少なくとも２つの反応性前駆体種の順次導入に基づく特殊な化学的堆積法である。
【０００３】
ＡＬＤによって成長させた薄膜は、密度が高く、ピンホールがなく、厚さが均一である。例えば、ＴＭＡとも称されるトリメチルアルミニウム（ＣＨ３）３Ａｌと水とから２５０〜３００℃の熱ＡＬＤによって酸化アルミニウムを成長させた実験において、基板ウェハ全面における不均一性は僅か約１％であった。
【０００４】
一般的なＡＬＤ反応炉は極めて複雑な装置である。したがって、装置自体またはその使用を簡略化する解決策の創出が引き続き必要とされている。
【摘要】
【０００５】
本発明の第１の例示的態様によると、
順次自己飽和表面反応によって材料を少なくとも１つの基板に堆積させるべく構成された原子層堆積反応炉を運転することと、
乾燥空気をパージガスとして反応炉内で用いることと、
を含む方法が提供される。
【０００６】
いくつかの例示的実施形態において、乾燥空気は、パージガス送り込みラインに沿って流れる（または流れるべく構成される）。いくつかの例示的実施形態において、パージガスとしての乾燥空気は、不活性ガス源からパージガス送り込みラインを通って反応室に流入する。
【０００７】
いくつかの例示的実施形態において、本方法は、
乾燥空気をキャリアガスとして用いること、
を含む。
【０００８】
いくつかの例示的実施形態において、乾燥空気は前駆体蒸気送り込みラインに沿って流れる（または流れるべく構成される）。いくつかの例示的実施形態において、これはＡＬＤ処理中に起こり得る。いくつかの例示的実施形態において、キャリアガスとしての乾燥空気は、不活性ガス源から前駆体源を通って反応室に流入する。いくつかの例示的実施形態においては、前駆体源内の圧力を高めるために、キャリアガスとしての乾燥空気が用いられる。他のいくつかの実施形態においては、キャリアガスとしての乾燥空気が不活性ガス源から、前駆体源を通らずに、前駆体蒸気送り込みラインを通って反応室に流入する。流れの経路は、前駆体蒸気自体の蒸気圧が十分に高いかいかどうか、または前駆体源への不活性ガス流によって圧力を上げる必要があるかどうか、に基づき設計され得る。
【０００９】
単一の乾燥空気源または複数の乾燥空気源が使用され得る。この文脈における乾燥空気（または乾燥させた空気）とは、残留水分が皆無の空気を意味する。乾燥空気は圧縮ガスでもよい。これは、前駆体を前駆体源から反応室に運ぶために使用され得る。
【００１０】
いくつかの例示的実施形態において、本方法は、
全堆積シーケンス期間中、乾燥空気を反応炉の反応室に流入させること、
を含む。堆積シーケンスは１つ以上の連続する堆積サイクルで形成される。各サイクルは、少なくとも第１の前駆体被曝期間（パルスＡ）と、それに続く第１のパージステップ（パージＡ）と、それに続く第２の前駆体被曝期間（パルスＢ）と、それに続く第２のパージステップ（パージＢ）とから成る。
【００１１】
いくつかの例示的実施形態においては、加熱された乾燥空気を反応室に送ることによって反応室の加熱が少なくとも部分的に実現される。これは、初期パージ期間中、および／または堆積ＡＬＤ処理（堆積）期間中、に起こり得る。
【００１２】
したがって、いくつかの例示的実施形態において、本方法は、
反応炉の反応室の加熱に乾燥空気を用いること、
を含む。
【００１３】
いくつかの例示的実施形態において、本方法は、
パージガス送り込み弁の下流で乾燥空気を加熱すること、
を含む。
【００１４】
いくつかの例示的実施形態において、本方法は、
反応炉の流出部からパージガス送り込みライン用ヒータへの熱のフィードバック接続を設けること、
を含む。
【００１５】
いくつかの例示的実施形態において、当該流出部は、熱交換器を備える。この流出部は、反応炉の反応室の流出部でもよい。流出部はガス流出部でもよい。
【００１６】
いくつかの例示的実施形態において、本方法は、
前記原子層堆積反応炉を周囲圧力で運転すること、
を含む。
【００１７】
このような実施形態においては、真空ポンプが不要である。
【００１８】
いくつかの例示的実施形態において、本方法は、
反応炉内の運転圧力を下げるために、反応炉の流出部に取り付けられたイジェクタを用いること、
を含む。
【００１９】
周囲圧力未満で運転する必要があるが、真空である必要はない場合は、真空ポンプの代わりに、イジェクタを使用できる。流出部は、反応室の蓋にあってもよい。イジェクタは、蓋または排気チャネルに取り付けられた真空イジェクタでもよい。
【００２０】
反応室内へのガス流入口は、反応室の下端側にあってもよく、反応残渣の流出口は、反応室の上端側にあってもよい。あるいは、反応室へのガス流入口は、反応室の上端側にあってもよく、反応残渣の流出口は、反応室の下端側にあってもよい。
【００２１】
いくつかの例示的実施形態において、反応室は軽量である。反応室としての圧力容器は不要である。
【００２２】
本発明の第２の例示的態によると、
順次自己飽和表面反応によって材料を少なくとも１つの基板に堆積させるべく構成された原子層堆積反応室と、
乾燥空気をパージガスとして反応炉の反応室に送り込むための、乾燥空気源からの乾燥空気送り込みラインと、
を備えた装置が提供される。
【００２３】
本装置は、原子層堆積（ＡＬＤ）反応炉でもよい。
【００２４】
いくつかの例示的実施形態において、本装置は、
前駆体蒸気を反応室に運び込むための、乾燥空気源から前駆体源を通って反応室に至る前駆体送り込みライン、
を備える。
【００２５】
いくつかの例示的実施形態において、本装置は、乾燥空気を加熱するべく構成されたヒータを備える。いくつかの例示的実施形態において、本装置は、前記ヒータをパージガス送り込み弁の下流に備える。
【００２６】
いくつかの例示的実施形態において、本装置は、反応炉の流出部からパージガス送り込みライン用ヒータへの熱のフィードバック接続を備える。いくつかの例示的実施形態において、流出部は、熱交換器を備える。この流出部は、反応炉の反応室の流出部でもよい。流出部はガス流出部でもよい。
【００２７】
いくつかの例示的実施形態において、反応炉は、周囲圧力または周囲圧力に近い圧力で運転するべく構成された軽量反応炉である。この軽量反応炉は真空ポンプがなくてもよい。周囲圧力に近い圧力とは、当該圧力は減圧でよいが、真空圧ではないことを意味する。これらの実施形態において、反応炉は肉薄の壁を複数有し得る。いくつかの例示的実施形態においては、真空ポンプなしに原子層堆積が行われる。また、いくつかの例示的実施形態においては、圧力容器なしに原子層堆積が行われる。したがって、いくつかの例示的実施形態において、軽量（軽量構造）反応炉は、軽量（軽量構造）反応室を用いて、圧力容器なしに、実現される。
【００２８】
いくつかの例示的実施形態において、本装置は、
反応炉内の運転圧力を下げるために反応炉の流出部に取り付けられたイジェクタ、
を備える。
【００２９】
周囲圧力未満で運転する必要があるが、真空である必要はない場合は、真空ポンプの代わりにイジェクタを使用できる。流出部は、反応室の蓋でもよい。イジェクタは、蓋または排気チャネルに取り付けられた真空イジェクタでもよい。
【００３０】
本発明の第３の例示的態様によると、第２の態様の装置を製造ラインの一部として備えた製造ラインが提供される。
【００３１】
本発明の第４の例示的態様によると、
順次自己飽和表面反応によって材料を少なくとも１つの基板に堆積させるべく構成された原子層堆積反応炉を運転する手段と、
乾燥空気をパージガスとして反応炉内で使用する手段と、
を備えた装置が提供される。
【００３２】
本発明のさまざまな非拘束性の例示的態様および実施形態を上で説明した。上記の各実施形態は、本発明を実施するために使用され得る、選択された態様またはステップを説明するためにのみ使用されている。一部の実施形態は、本発明のいくつかの例示的態様への言及によってのみ提示されている場合もある。対応する実施形態は他の例示的態様にも適用され得ることを理解されるべきである。これら実施形態の適切な組み合わせであれば如何なる組み合わせも形成され得る。
【００３３】
【図面の簡単な説明】
【００３４】
次に、添付図面を参照して単なる例として本発明を説明する。
【図１】一例示的実施形態による堆積反応炉と装填方法とを示す。
【図２】パージステップ中の運転中の図１の堆積反応炉を示す。
【図３】第１の前駆体被曝期間中の運転中の図１の堆積反応炉を示す。
【図４】第２の前駆体被曝期間中の運転中の図１の堆積反応炉を示す。
【図５】一例示的実施形態による装填構成を示す。
【図６】別の例示的実施形態による堆積反応を示す。
【図７】更に別の例示的実施形態による堆積反応を示す。
【図８】更に別の例示的実施形態を示す。
【図９】いくつかの例示的実施形態による堆積反応炉の特定の詳細をより詳しく示す。
【図１０】堆積反応炉をいくつかの例示的実施形態による製造ラインの一部として示す。
【詳細な説明】
【００３５】
以下の説明においては、原子層堆積（ＡＬＤ：Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）技術を一例として用いる。ＡＬＤ成長メカニズムの基本は当業者には公知である。この特許出願の導入部分で言及しているように、ＡＬＤは、少なくとも１つの基板に少なくとも２つの反応性前駆体種を順次導入することによる特殊な化学的堆積法である。基板、または１回分の基板群、は多くの場合、反応空間内に配置される。反応空間は一般に加熱される。ＡＬＤの基本的な成長メカニズムは、化学的吸着（化学吸着）と物理的吸着（物理吸着）との間の結合強度差に依拠する。堆積プロセス中、ＡＬＤは化学吸着を利用し、物理吸着を排除する。化学吸着中、固体相表面の原子（単数または複数）とガス相から到来する分子との間に強力な化学的結合が形成される。物理吸着による結合は、ヴァン・デル・ヴァールス力のみが関与するので、はるかに弱い。局所温度が分子の凝縮温度を超えると、物理吸着による結合は熱エネルギーによって容易に破壊される。
【００３６】
ＡＬＤ反応炉の反応空間は、薄膜または被膜の堆積に用いられる各ＡＬＤ前駆体に交互に順次被曝させることができる、一般には加熱された、全ての表面を収容する。基本的なＡＬＤ堆積サイクルは、４つの順次ステップ、すなわち、パルスＡ、パージＡ、パルスＢ、およびパージＢ、から成る。パルスＡは、一般には、金属前駆体蒸気から成り、パルスＢは非金属前駆体蒸気、特に窒素または酸素前駆体蒸気、から成る。パージＡおよびパージＢ期間中にガス状反応副産物と残留反応物分子とを反応空間からパージするために、窒素またはアルゴンなどの不活性ガスと真空ポンプとが一般に用いられる。堆積シーケンスは少なくとも１つの堆積サイクルを含む。堆積シーケンスが所望厚の薄膜または被膜を生じさせるまで、堆積サイクルが繰り返される。
【００３７】
一般的なＡＬＤプロセスにおいて、前駆体種は、加熱された表面の複数の反応部位への化学的結合を化学吸着によって形成する。一般に、１つの前駆体パルス期間中に固体材料の単分子層のみが各表面に形成されるように、さまざまな条件が整えられる。したがって、成長プロセスは自己完結または飽和性である。例えば、第１の前駆体は、吸着種に付着したままとどまって表面を飽和させ、更なる化学吸着を防止するリガンドを含むことができる。反応空間の温度は、前駆体分子種が基板（単数または複数）に基本的に完全な状態で化学吸着するように、使用される前駆体の凝縮温度より高く、かつ熱分解温度より低い温度に維持される。基本的に完全な状態でとは、前駆体分子種が表面に化学吸着するときに、揮発性リガンドが前駆体分子から離れ得ることを意味する。表面は、第１の種類の反応部位、すなわち第１の前駆体分子の吸着種、で基本的に飽和する。この化学吸着ステップの後に、一般には、第１のパージステップ（パージＡ）が続く。このステップでは、余分な第１の前駆体と存在し得る反応副産物とが反応空間から除去される。次に、第２の前駆体蒸気が反応空間に導入される。第２の前駆体分子は、一般には、第１の前駆体分子の吸着種と反応し、これにより、所望の薄膜材料または被膜が形成される。この成長は、吸着された第１の前駆体の全量が消費され、当該表面が基本的に第２の種類の反応部位で飽和すると、終了する。次に第２のパージステップ（パージＢ）で、余分な第２の前駆体蒸気と存在し得る反応副産物蒸気とが除去される。このサイクルは、薄膜または被膜が所望の厚さに成長するまで、繰り返される。堆積サイクルをより複雑にすることもできる。例えば、これらのサイクルは、パージステップによって隔てられた、３つ以上の反応物蒸気パルスを含むことができる。これら堆積サイクルは、論理ユニットまたはマイクロプロセッサによって制御される時限式堆積シーケンスを形成する。
【００３８】
図１は、一例示的実施形態による堆積反応炉と装填方法とを示す。この堆積反応炉は、少なくとも１つの基板１３５を担持する基板ホルダ１３０を収容するための空間を形成する反応室１１０を備える。前記少なくとも１つの基板は、実際には、１回分の基板群にすることができる。図１に示されている実施形態において、少なくとも１つの基板１３５は基板ホルダ１３０に鉛直に載置される。この実施形態において、基板ホルダ１３０は、その下端側に第１の流量制限装置１３１を備え、その上端側に第２の（任意使用の）流量制限装置１３２を備える。第２の流量制限装置１３２は、一般には、第１の流量制限装置１３１より目が粗い。あるいは、流量制限装置１３１、１３２の一方または両方が基板ホルダ１３０から離れていてもよい。反応室１１０は、反応室１１０の上端側で、反応室の蓋１２０によって閉じられる。排気弁１２５が蓋１２０に取り付けられる。
【００３９】
この堆積反応炉は、その下端部に、前駆体蒸気送り込みライン１０１および１０２を備える。第１の前駆体蒸気送り込みライン１０１は、不活性キャリアガス源１４１から第１の前駆体源１４２（ここではＴＭＡ）を経由し、第１の前駆体送り込み弁１４３を通って反応室１１０の下端部に達する。第１の前駆体送り込み弁１４３は、アクチュエータ１４４によって制御される。同様に、第２の前駆体蒸気送り込みライン１０２は、不活性キャリアガス源１５１から第２の前駆体源１５２（ここではＨ２Ｏ）を経由し、第２の前駆体送り込み弁１５３を通って反応室１１０の下端部に達する。第２の前駆体送り込み弁１５３は、アクチュエータ１５４によって制御される。不活性キャリアガス源１４１、１５１は、単一のガス源、またはそれぞれ別個のガス源、によって実現され得る。図１に示されている実施形態においては、窒素が不活性キャリアガスとして用いられる。ただし、高い蒸気圧を有する前駆体源が用いられる場合は、キャリアガスを使用しなくてよい場合もある。あるいは、このような場合は、キャリアガスが当該前駆体源を迂回して当該前駆体蒸気送り込みラインを通って流れるように、キャリアガスの経路が設計され得る。
【００４０】
堆積反応炉は、堆積反応炉の下端部にパージガス送り込みライン１０５を更に備える。パージガス送り込みライン１０５は、パージガス源１６２からパージガス弁１６３を通って反応室１１０の下端部に達する。パージガス弁１６３は、アクチュエータ１６４によって制御される。図１に示されている実施形態においては、乾燥空気（または乾燥させた空気）などの圧縮ガスがパージガスとして用いられる。本願明細書において、乾燥空気および乾燥させた空気という表現は、水分残渣が皆無の空気を意味する。
【００４１】
基板ホルダ１３０を堆積反応炉の上端側から反応室１１０内に下降させることによって、少なくとも１つの基板が反応室１１０に装填される。堆積後、少なくとも１つの基板は、反対方向に、すなわち基板ホルダ１３０を反応室１１０から上昇させることによって、反応室１１０から取り出される。装填および取り出しのために、反応室の蓋１２０は取り外されている。
【００４２】
上記のように、堆積シーケンスは１つ以上の連続する堆積サイクルで形成され、各サイクルは、少なくとも第１の前駆体被曝期間（パルスＡ）と、それに続く第１のパージステップ（パージＡ）と、それに続く第２の前駆体被曝期間（パルスＢ）と、それに続く第２のパージステップ（パージＢ）とから成る。装填後、堆積シーケンスの開始前に、反応室１１０も最初にパージされる。
【００４３】
図２は、このようなパージフェーズ中、すなわち、初期パージ期間中、またはパージＡまたはパージＢ期間中、の運転中の図１の堆積反応炉を示す。
【００４４】
この例示的実施形態においては、上記のように、乾燥空気などの圧縮ガスがパージガスとして用いられる。パージガス弁１６３が開かれているので、パージガスはパージガス源１６２からパージガス送り込みライン１０５を通って反応室１１０に流入する。パージガスは、第１の流量制限装置１３１の上流の膨張容積１７１を通って反応室１１０に入る。流量制限装置１３１が存在するため、パージガスは膨張容積１７１内で横方向に広がる。膨張容積１７１内の圧力は基板区域、すなわち容積１７２、内の圧力より高い。パージガスは流量制限装置１３１を通って基板区域に流入する。第２の流量制限装置１３２の下流の蓋容積１７３内の圧力は基板区域１７２内の圧力より低いので、パージガスは、基板区域１７２から第２の流量制限装置１３２を通って蓋容積１７３に流入する。パージガスは、蓋容積１７３から排気弁１２５を通って排気チャネルに流れる。パージＡおよびＢ期間中のパージの目的は、ガス状反応副産物と残留反応物分子とを押し出すことである。初期パージ期間中のパージの目的は、一般に、残留湿気／水分と存在し得る不純物とを押し出すことである。
【００４５】
一例示的実施形態において、パージガスは反応室１１０の加熱に用いられる。パージガスによる加熱は、状況によっては、初期パージ期間中、または初期パージおよび堆積シーケンスの両期間中、に実施可能である。反応室１１０の加熱に用いられる乾燥空気などの圧縮ガスが、使用される前駆体および使用されるキャリアガス（ある場合）に対して不活性である場合は、前駆体被曝期間（パルスＡおよびパルスＢ）中、パージガスによる加熱を使用できる。
【００４６】
加熱する実施形態において、パージガスはパージガス送り込みライン１０５において加熱される。加熱されたパージガスは反応室１１０に入り、反応室１１０、特に前記少なくとも１つの基板１３５、を加熱する。したがって、使用される熱伝達方法は、通常、対流、より詳細には強制対流、である。
【００４７】
残留水分が皆無の空気を意味する乾燥空気（または乾燥させた空気）は、例えば、それ自体は公知の従来の清浄乾燥空気製造装置（清浄乾燥空気源）によって容易に供給可能である。このような装置をパージガス源１６２として使用できる。
【００４８】
図３は、パルスＡ期間中の運転中の図１の堆積反応炉を示す。使用される前駆体（第１の前駆体）はトリメチルアルミニウムＴＭＡである。この実施形態においては、窒素Ｎ２が不活性キャリアガスとして用いられる。この不活性キャリアガスは、第１の前駆体源１４２を通り、前駆体蒸気を運んで反応室１１０に流入する。基板区域１７２に入る前に、前駆体蒸気は膨張容積１７１内で横方向に広がる。第１の前駆体送り込み弁１４３は開かれており、第２の前駆体送り込み弁１５３は閉じている。
【００４９】
同時に、加熱された不活性パージガスがパージガスライン１０５経由で、開いているパージガス弁１６３を通って反応室１１０に流入し、反応室１１０を加熱する。
【００５０】
図４は、パルスＢ期間中の運転中の図１の堆積反応炉を示す。ここで使用される前駆体（第２の前駆体）は水Ｈ２Ｏである。この実施形態においては、窒素Ｎ２が不活性キャリアガスとして用いられる。不活性キャリアガスは、第２の前駆体源１５２を通り、前駆体蒸気を運んで反応室１１０に流入する。基板区域１７２に流入する前に、前駆体蒸気は膨張容積１７１内で横方向に広がる。第２の前駆体送り込み弁１５３は開かれており、第１の前駆体送り込み弁１４３は閉じている。
【００５１】
同時に、加熱された不活性パージガスがパージガスライン１０５経由で、開いているパージガス弁１６３を通って反応室１１０に流入し、反応室１１０を加熱する。
【００５２】
図５は、一例示的実施形態による装填構成を示す。この実施形態において、反応室１１０はその複数の側面にドアを有し、基板ホルダ１３０は１つの側面から装填され、別の側面、例えば反対側、から取り出される。反応室の蓋１２０は取り外し可能である必要はない。
【００５３】
いくつかの例示的実施形態において、堆積反応炉における堆積シーケンスは、周囲圧力（一般には室内圧力）、または標準気圧（１ａｔｍ）に近い圧力、で実施され得る。これらの実施形態において、真空ポンプまたは類似品は排気チャネルに不要である。また、反応室１１０を収容するための真空室も不要である。圧力容器を省くことができる。軽量の反応炉室１１０を使用できる。反応室１１０の各壁を肉薄にすることができ、例えば金属薄板製とすることができる。使用前に各壁を不導態層で被覆することによって、各壁を不動態化してもよい。ＡＬＤ法が使用され得る。実際、事前（基板への堆積シーケンスの実施前）に、堆積反応炉自体を用いて、適した複数の前駆体で反応室１１０の内面を不動態化できる。
【００５４】
堆積反応炉を周囲圧力未満で運転する必要がある場合は、それ自体は公知の真空イジェクタを堆積反応炉に設けることができる。図６は、このような真空イジェクタ６８５が堆積反応炉の排気チャネルに取り付けられた様子を示す。適した不活性駆動ガスを真空イジェクタ６８５に流入させて低圧ゾーンを生じさせ、ガスと微粒子とを反応室１１０から吸い出すことによって、反応室１１０内の圧力を下げる。
【００５５】
図７は、更に別の例示的実施形態による堆積反応を示す。この実施形態においては、パージガスとしてパージガスライン１０５に用いられるガスが不活性キャリアガスとしても用いられる。運転中、乾燥空気などの圧縮ガスは、ガス源１４１および１５１から交互に反応室１１０に流入する。すなわち、ガス源１４１からは第１の前駆体源１４２を通り、前駆体蒸気を運んで反応室１１０に流入し、ガス源１５１からは第２の前駆体源１５２を通り、前駆体蒸気を運んで反応室１１０に流入する。また、不活性パージガスはパージガス送り込みライン１０５経由で反応室１１０に流入する。あるいは、キャリアガスが当該前駆体源を迂回して当該前駆体蒸気送り込みラインを通って流れるように、キャリアガスの経路が設計され得る。一例示的実施形態において、不活性キャリアガスは、当該不活性ガス源から、実際に当該前駆体源を通って流れずに、当該前駆体蒸気送り込みライン経由で反応室１１０に流入する。ガス源１４１、１５１、および１６２は単一のガス源またはそれぞれ別個のガス源によって実現され得る。
【００５６】
図８は、更に別の例示的実施形態による堆積反応を示す。この実施形態は、堆積シーケンス中にパージガス送り込みライン１０５内のパージガスを反応室１１０に流入させることができない状況（例えば、使用される前駆体に対してパージガスが不活性でない場合）に特に適している。この実施形態において、パージガス送り込みライン１０５は、初期パージ期間中、開いている。初期パージ期間中、反応室１１０を加熱するために、加熱されたパージガスがパージガス送り込みライン１０５から反応室１１０に流入する。初期パージ後、パージガス弁１６３は閉じられ、堆積シーケンス全体を通して閉じられている。
【００５７】
図９は、いくつかの例示的実施形態による堆積反応炉の特定の詳細をより詳しく示す。図９には、反応室用ヒータ（単数または複数）９０２と、熱交換器９０５と、パージガス送り込みライン用ヒータ（単数または複数）９０１と、熱のフィードバック接続９５０とが示されている。
【００５８】
反応室１１０の周囲に配置された反応室用ヒータ９０２は、所望されたときに、反応室１１０に熱をもたらす。ヒータ９０２は、電気ヒータまたは類似品でよい。使用される熱伝達方法は、主に放射である。
【００５９】
パージガス送り込みライン用ヒータ９０１は、送り込みライン１０５内のパージガスを加熱し、加熱されたパージガスが反応室１１０を加熱する。使用される熱伝達方法は、上記のように強制対流である。送り込みライン１０５におけるガス送り込みライン用ヒータ９０１の位置は、図９においては、パージガス弁１６３の下流である。あるいは、パージガス送り込みライン用ヒータ９０１の位置は、パージガス源１６２により近い、パージガス弁１６３の上流でもよい。
【００６０】
反応室の上端部または蓋１２０、あるいは排気チャネル、に取り付けられた熱交換器９０５は、フィードバック接続９５０を実現するために使用できる。いくつかの実施形態において、排気ガスから集められた熱エネルギーはヒータ９０１によってパージガスの加熱に使用され、および／またはこの熱エネルギーはヒータ９０２内で利用可能である。
【００６１】
提示された各実施形態において、堆積反応炉の反応室の蓋１２０または排気チャネルはガススクラバを備えることができる。このようなガススクラバは、堆積反応炉からの流出が期待されないガス、化合物、および／または粒子を吸収する活性物質を備える。
【００６２】
いくつかの実施形態においては、前駆体源１４２、１５２を加熱し得る。それぞれの構造において、前駆体源１４２、１５２はフロースルー源でもよい。いくつかの実施形態においては、流量制限装置１３１、１３２、特に目が粗い方、すなわち第２の流量制限装置１３２、が任意に使用され得る。堆積シーケンス中、成長メカニズムが低速の場合、いくつかの実施形態においては、前駆体の消費を減らすために、パルスＡおよびＢ期間中は排気弁１２５を閉じ、それ以外では開くことができる。いくつかの実施形態において、堆積反応炉は、本単明細書に提示されている実施形態と上下逆に実装される。
【００６３】
図１０は、堆積反応炉を製造ラインの一部として示す。この場合、ＡＬＤ反応炉はインラインＡＬＤ反応炉（または反応炉モジュール）である。上記のＡＬＤ反応炉と同様の堆積反応炉を製造ライン内に使用できる。図１０の例示的実施形態は、製造ライン内の３つの隣接モジュールまたは機械を示す。少なくとも１つの基板、あるいは前記少なくとも１つの基板を担持する基板ホルダ、カセット、または類似品がＡＬＤ反応炉モジュール１０２０に先行するモジュールまたは機械１０１０から入口ポートまたはドア１０２１を通って受け入れられる。この少なくとも１つの基板はＡＬＤ反応炉モジュール１０２０内でＡＬＤ処理され、更なる処理のために、出口ポートまたはドア１０２２を通って次のモジュールまたは機械１０３０に送られる。出口ポートまたはドア１０２２は、ＡＬＤ反応炉モジュールの入口ポートまたはドア１０２１側の反対側にあってもよい。
【００６４】
本願明細書において開示された例示的実施形態のうちの１つ以上の技術的効果のいくつかを以下に列挙するが、これは各特許請求項の範囲および解釈を制限するものではない。１つの技術的効果は、堆積反応炉の構造がより単純でより経済的になることである。別の技術的効果は、反応室および基板表面の加熱または予加熱が強制対流によることである。更に別の技術的効果は、ＡＬＤ堆積シーケンス中、乾燥空気がパージガスおよびキャリアガスの両方として使用されることである。更に別の技術的特徴は、ＡＬＤ処理が周囲圧力で、または周囲圧力よりわずかに低い圧力で、行われることであり、これにより、ＡＬＤ反応炉／ＡＬＤ反応炉モジュールを製造ライン内で便利に使用可能になることである。
【００６５】
上記の説明は、本発明を実施するために発明者らが現時点で考えた最良の態様の詳細かつ有益な説明を、本発明の特定の実施例および実施形態の非限定例として、提供するものである。ただし、本発明は、上記の実施形態の詳細に限定されるものではなく、本発明の特徴から逸脱することなく、同等の手段を用いて他の実施形態で実現可能であることは当業者には明らかである。
【００６６】
更に、上で開示されている本発明の各実施形態の特徴の一部は、他の特徴を同様に使用せずに、効果的に使用され得る。したがって、上記の説明は、本発明の原理の単なる説明であり、本発明を制限するものではないと考えられるべきである。したがって、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。
【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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【国際調査報告】
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