(57)【要約】【課題】異なる気体を同時に放射するときそれらが混合されないようにする。【解決手段】少なくとも気体源オリフィス列の下側のオリフィスが、気体源オリフィス列の上側のオリフィスとワークの蒸着面の間に配置されるように、ワークの蒸着面に向かって気体源オリフィス列から気体流方向によって決まる軸に沿って互いに変位された少なくとも２つの別個の気体源オリフィス列を有する反応炉用の気体分配システム。気体源オリフィス列の上側のオリフィスは、気体源オリフィス列の上側のオリフィスとワークの蒸着面の間の距離の平均０．２〜０．８倍だけ間隔を置いて配置することができ、気体源オリフィス列の下側のオリフィスは気体源オリフィス列の上側のオリフィスとワークの蒸着面の間の距離の平均０．１〜０．４倍だけ間隔を置いて配置することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも気体源オリフィス列の下側のオリフィスが、気体源オリフィス列の上側のオリフィスとワークの蒸着面の間に配置されるように、ワークの蒸着面に向かう気体源オリフィス列から気体流方向によって決まる軸に沿って互いに変位された少なくとも２つの個別の気体源オリフィス列を有する反応炉用の気体分配システム。
【請求項２】
前記気体源オリフィス列の上側の各オリフィスは、前記気体源オリフィス列の前記上側のオリフィスと前記ワークの蒸着面の間の距離の平均０．２〜０．８倍だけ間隔を置いて配置されている請求項１に記載の気体分配システム。
【請求項３】
前記気体源オリフィス列の前記下側の各オリフィスは、前記気体源オリフィス列の上側のオリフィスと前記ワークの蒸着面の間の平均０．１〜２倍だけ間隔を置いて配置されている請求項１に記載の気体分配システム。
【請求項４】
前記気体源オリフィス列の前記上側のオリフィスは平らな源である請求項１に記載の気体分配システム。
【請求項５】
前記平らな源はシャワーヘッドである請求項４に記載の気体分配システム。
【請求項６】
前記気体源オリフィス列の前記上側のオリフィスは、面板にわたってほぼ均一なオリフィス分布を備えている請求項１に記載の気体分配システム。
【請求項７】
前記気体源オリフィス列の前記下側のオリフィスは、前記平面シャワーヘッドの半径に対して軸対称に分配された１つまたは複数の導管を備えている請求項６に記載の気体分配システム。
【請求項８】
前記気体源オリフィス列の前記下側のオリフィスは、前記気体源オリフィス列の前記上側のオリフィスに対して軸対称に分配された１つまたは複数の導管を備えている請求項１に記載の気体分配システム。
【請求項９】
前記気体源オリフィス列の前記下側のオリフィスは、軸方向に芯合わせされた供給導管から導入されるいくつかのスポーク導管を備えることができ、各スポーク導管は、前記気体源オリフィス列の前記上側のオリフィスと前記ワークの蒸着面の間の距離の平均０．１〜２倍だけ間隔を置いて配置されたいくつかの別個のオリフィスを備えている請求項８に記載の気体分配システム。
【請求項１０】
第１の気体源オリフィス列からの気体流によって決まる軸に沿ってワークピースの面から第１の距離に配置された第１の気体源オリフィス列から、反応炉内にパージガスをワークピースの面に流し、前記第１の気体源オリフィス列から離れており、気体流によって決まる軸に沿ったワークピースの面から第２の距離、前記第１の距離より短い距離、に配置された第２の気体源オリフィス列から反応炉内に第１の反応前駆物質を流して、反応炉内に気体を導入する方法。
【請求項１１】
前記第２の気体源オリフィス列からの前記第１の反応前駆物質の流れを止めることをさらに含む請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記パージガスを前記第１の気体源オリフィス列と前記第２の気体源オリフィス列の１つまたは複数から前記反応炉内に流すことをさらに含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第２の反応前駆物質を前記第１の気体源オリフィス列を通して前記反応炉内に流し、前記パージガスを前記第２の気体源オリフィス列を通して前記反応炉内に流すことをさらに含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１の気体源オリフィス列からの前記第２の反応前駆物質の流れを止めることをさらに含む請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記パージガスを前記第１の気体源オリフィス列と前記第２の気体源オリフィス列の１つまたは複数から前記反応炉内に流すことをさらに含む請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記第２の反応前駆物質の未使用量を前記反応炉から引き出すことをさらに含む請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１の反応前駆物質の未使用量を前記反応炉から引き出すことをさらに含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
第１の気体源オリフィス列からの気体流によって決まる軸に沿ってワークピースの面から第１の距離に配置された第１の気体源オリフィス列から、反応炉内にキャリアガスと反応前駆物質をワークピースの面に流し、第１の気体源オリフィス列から離れており、気体流によって決まる軸に沿ったワークピースの面から第２の距離、前記第１の距離より短い距離、に配置された第２の気体源オリフィス列から反応炉内に第２の反応前駆物質を流して、反応炉内に気体を導入する方法。
【請求項１９】
前記第２の反応前駆物質は、前記第２の気体源オリフィス列を介してパルス状に前記反応炉内に流される請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記反応炉内への反応前駆物質の流れを止め、前記第１と第２の気体源オリフィス列の一方または両方から前記反応炉内にパージガスを流すことをさらに含む請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
第１の気体源オリフィス列からの気体流によって決まる軸に沿ってワークピースの面から第１の距離に配置された第１の気体源オリフィス列から、反応炉内に第１の気体をワークピースの面に流し、第１の気体源オリフィス列から離れており、気体流によって決まる軸に沿ったワークピースの面から第２の距離、前記第１の距離より短い距離、に配置された第２の気体源オリフィス列から反応炉内に第２の気体を流すことを含む、反応炉内に気体を導入する方法。
【請求項２２】
前記第１の気体は反応前駆物質を含む請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記第１の気体は反応前駆物質とキャリアガスを含む請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記第２の気体は反応前駆物質を含む請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
前記第２の気体は反応前駆物質とキャリアガスを含む請求項２１に記載の方法。
【請求項２６】
前記第２の気体は第２の反応前駆物質を含む請求項２２に記載の方法。
【請求項２７】
前記第２の気体は第２の反応前駆物質とキャリアガスを含む請求項２２に記載の方法。
【請求項２８】
前記第２の気体はパージガスを含む請求項２２に記載の方法。
【請求項２９】
前記第１の気体はパージガスを含む請求項２４に記載の方法。
【請求項３０】
前記第２の気体は第２の反応前駆物質を含む請求項２３に記載の方法。
【請求項３１】
前記第２の気体は第２の反応前駆物質と第２のキャリアガスを含む請求項２３に記載の方法。
【請求項３２】
前記第２の気体はパージガスを含む請求項２３に記載の方法。
【請求項３３】
前記第２の気体は反応前駆物質を含む請求項２９に記載の方法。
【請求項３４】
前記第２の気体は反応前駆物質とキャリアガスを含む請求項２９に記載の方法。
【請求項３５】
前記第２の気体はパージガスを含む請求項２９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気相前駆物質が上流側源から基板の上の反応空間まで運ばれる原子層蒸着処理システムまたは化学蒸着処理システム用気体分配システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
固体基板の上への気体（気相）化学前駆物質からの固体薄膜の化学蒸着は、半導体製造、磁気データ記憶、ナノテクノロジーなどを含む多くの分野において大きな利益がある。より詳細には、原子層蒸着（ＡＬＤ）と化学蒸着（ＣＶＤ）過程は普通、半導体基板上に誘電性膜と金属膜の両方を蒸着させるのに使用される。ますます、これらの応用例では、蒸着膜が基板にわたる厚さの均一性と、多数の基板上のこのような厚さでの繰り返し性に対する厳しい基準を満たすことが必要であり、同時に、処理機器は製造過程全体でボトルネックを示さないように高い膜蒸着速度を与える必要がある。
【０００３】
ＣＶＤ機器やＡＬＤ機器がこのような要件を満たすためには、基板への蒸気前駆物質の流束をしっかり制御し、成形しなければならない。所望の膜を形成するように反応しなければならない多数の気体前駆物質があり、その全てが正確かつ制御可能な方法で基板に運ばれなければならない。いくつかの場合では、これらを反応炉チャンバに導入する前に、これらの多数の前駆物質を混合させることが有利である。他の場合では、あらゆる望ましくない早い反応を防ぐように、基板と接触するまで互いに離して前駆物質を維持することが好ましい。
【０００４】
普通、反応チャンバ内への均一な前駆物質の流れは、気体源と基板の間に多くの小さな孔を備えた平らな板（いわゆる、シャワーヘッド）を設けることによって達成される。基板に向けてこのような軸対称な気体流を提供する装置の初期の説明は、ｄｅＢｏｅｒ他の米国特許第４，７９８，１６５号で行われている。拡散板またはシャワーヘッドは、一部の孔が１つの前駆物質を導入するのに使用され、その他の孔が他の前駆物質を導入するのに使用されるような別個の区間を有している。このように、前駆物質は別個に保持され、それによって基板に隣接した反応空間に前駆物質が入る前には混合が起こらない。
【０００５】
このような１つのシャワーヘッドは、Ｓａｌｖａｄｏｒ  Ｐ．Ｕｍｏｔｏｙの米国特許出願公開第２００６−００２１７０３号に記載されている。この設計では、シャワーヘッドの面板は、気体が混ざり合うことなく複数の気体を処理領域に供給するいくつかの気体通路を有する。気体分配マニホールド・アセンブリは、異なる気体を面板内の様々な気体孔に供給するように結合されている。
【０００６】
処理領域内で分配板から出るまで別個の通路に気体を保持する別の設計が、米国特許第５，５９５，６０６号に記載されている。このシャワーヘッドは、処理領域内で分配板から出るまで別個の通路内に２つの気体を見かけ上保持する多ブロック・スタックを備えている。
【０００７】
上記種類のシャワーヘッドはＡＬＤとＣＶＤで使用される様々な気体の分離を維持するといわれているが、本発明者は、隣接する孔を通して流れる異なる前駆物質の相対的な流量を十分に設計していない場合、孔の間のシャワーヘッドの面板に沿って再循環が起こる可能性があることを観測した。図１はこの状態を示している。図では、全体を１２、１４で示した２つの個別の気体マニホールドを有するシャワーヘッド装置１０の切取図を示している。上側マニホールド１２は、マニホールド１２内の気体をシャワーヘッド装置１０の面板２０内の孔１８ａ、１８ｂを介して排出する手段となっている気体通路１６ａ、１６ｂを備えている。同様に下側マニホールド１４は、マニホールド１４内の気体を面板２０内の孔２４ａ、２４ｂを介して排出する手段を提供する気体通路２２ａ、２２ｂを備えている。
【０００８】
図示するように、異なる前駆物質気体の再循環は、異なるマニホールド１２と１４に設けられた孔の間でシャワーヘッドの面板２０に沿って起こることが知られていた。このような望ましくない前駆物質の混合により、この間に望ましくない反応が生じ、これに近接した基板上の膜均一性が小さくなる可能性がある。さらに、多数の区間が単一のシャワーヘッド内に存在する場合、異なる区間の出口孔の間の間隙は流れの均一性に必要な孔の数と寸法によって制約される。
【特許文献１】米国特許第４，７９８，１６５号
【特許文献２】米国特許出願公開第２００６−００２１７０３号
【特許文献３】米国特許第５，５９５，６０６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
このようなシャワーヘッド設計の別の問題は、面板２０に到達する前に同じ固体板２６を通して両方とも流れるので、２つの前駆物質間の温度の違いを維持するのが難しいまたは不可能であるということである。多くの場合、基板表面で反応するまで、異なる温度に前駆物質を維持することが望ましいだろう。
【００１０】
したがって、従来のシャワーヘッドのこれらの制限を克服する気体分配システムが必要である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一実施態様は、少なくとも気体源オリフィス列の下側のオリフィスが気体源オリフィス列の上側のオリフィスとワークの蒸着面の間に配置されるように、ワークの蒸着面に向かって気体源オリフィス列から気体流方向によって決められる軸に沿って互いに変位された少なくとも２つの別個の気体源オリフィス列を有する反応炉用の気体分配システムを提供する。上側の気体源オリフィス列（または、下側の気体源オリフィス列）からワークの蒸着面までの正確な距離は、各列の個別のオリフィスの形状や各列の気体流量を含む、いくつかの要因に左右される。一般に、オリフィス列は反応炉内に位置しており、それによって蒸着される特定の層に必要な気体と流量を使用して、作用表面上の比較的均一な蒸着を得ることができる。作用表面からの距離に加えて、各列の個別のオリフィス間の間隙は、蒸着層の性質と品質に影響を与える。したがって、気体源オリフィス列の上側のオリフィスは、気体源オリフィス列の上側のオリフィスとワークの蒸着面の間の距離の平均０．２〜０．８倍だけ間隔を置いて配置し、気体源オリフィス列の下側のオリフィスは気体源オリフィス列の上側のオリフィスとワークの蒸着面の間の距離の平均０．１〜２倍だけ間隔を置いて配置する。
【００１２】
気体源オリフィス列の上側のオリフィスは、その面板にわたってほぼ均一なオリフィス分布を有する平面シャワーヘッドである。気体源オリフィス列の下側のオリフィスは、平面シャワーヘッドの半径に対して軸対称に分配された１つまたは複数の導管を備える。例えば、気体源オリフィス列の下側のオリフィスは、軸方向に芯合わせされた供給導管から導入されるいくつかのスポーク導管を備え、各スポーク導管は、気体源オリフィス列の上側のオリフィスとワークの蒸着面の間の距離の平均０．１〜２倍だけ間隔を置いて配置されたいくつかの個別のオリフィスを備えている。
【００１３】
本発明の別の実施態様は、第１の気体源オリフィス列からの気体流によって決まる軸に沿って、ワークピースの面から第１の距離に配置された第１の気体源オリフィス列からパージガスをワークピースの面に流し、第１の気体源オリフィス列から離れており、気体流によって決まる軸に沿ったワークピースの面からの第１の距離の間にある第２の距離に配置された第２の気体源オリフィス列から反応炉内に第１の反応前駆物質を流すことによって、反応炉内に気体を導入する。適当な時間に、第２の気体源オリフィス列からの第１の反応前駆物質の流れを止めることができ、その後パージガスを第１の気体源オリフィス列と第２の気体源オリフィス列の１つまたは複数から反応炉内に流すことができる。第１の反応前駆物質の未使用部分が反応炉から引き出された場合、第２の反応前駆物質は第１の気体源オリフィス列を通して反応炉内に流し、パージガスを第２の気体源オリフィス列を通して反応炉内に流す。その後、第１の気体源オリフィス列からの第２の反応前駆物質の流れを止め、パージガスを第１の気体源オリフィス列と第２の気体源オリフィス列の１つまたは複数から反応炉内に流しながら、第２の反応前駆物質の未使用部分を引き出す。このサイクルは、反応炉内で基板上に膜を形成するため、必要に応じて繰り返すことができる。
【００１４】
上に説明したようなものなどのＡＬＤ過程への応用可能性にも関わらず、本発明はまた以下にさらに論じるように、ＣＶＤおよび／またはパルスＣＶＤ作業で有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明は、添付の図面において、単に例として図示したものであり、限定するものではない。
【００１６】
本明細書では、気相前駆物質または他の気体（例えば、不活性キャリアガス）が上流源から基板上の反応空間へ運ばれる、ＡＬＤ、ＣＶＤおよび／または他の処理システム用の気体分配システムが説明されている。従来のこのような分配システムとは異なり、本発明の分配システムは、２つ以上の物理的に離された気体源オリフィスからなっている。すなわち、本発明の実施形態は、オリフィスから表面までの気体通路の軸に沿って基板の表面から異なる変位で気体源オリフィスを提供する。別の方法で見ると、（各オリフィスに別々に気体または前駆物質を供給するように構成された共通のマニホールドによって供給することができる）気体源オリフィスは、気体がオリフィスと基板の間を移動する経路となる軸に沿って互いに離れている。
【００１７】
本発明の実施形態は、基板に密接に近づくまで、反応前駆体の物理的分離と熱的分離の両方を行う。これは、シャワーヘッドの面板に沿った望ましくない反応を防ぐだけでなく、個別の前駆物質を個別の最適温度で運ぶことを可能にする。さらに、本発明により構成されたシステムは、他の幾何的制約とは別に、各前駆物質用気体流マニホールドを設計する際により大きな可撓性を製造メーカに提供する。
【００１８】
次に図２を参照すると、本発明の一実施形態により構成された気体分配システム２８の例が示されている。この図は２つのマニホールド（または、本明細書において時々呼ばれるように、気体源オリフィス列）を備えた気体分配システムを示しているが、本発明はこのようなシステムに限るものではないことに留意すること。あらゆる数のこのようなマニホールドを使用することができる。一部の場合では、気体分配システムは、（図１に示すシステムの場合と同様に）単一の平面に配置された多数の気体オリフィスを有し、加えて、（以下に説明するように）異なる平面に配置された他の気体オリフィスを有する。他の場合では、気体圧入軸に沿って互いに離れて配置された３つ以上のこのようなオリフィス列を設けることができる。したがって、互いに変位された２つのこのような列を利用するシステムの図示は、本発明で実現される概念を図示することだけを意味しており、本発明の範囲をこのような配置に限定するものとして見るべきではない。
【００１９】
図２は、全体を３０、３２で示した２つの個別の気体マニホールドを有する気体分配システム２８の切取図である。上側マニホールド３０は、マニホールド３０内の気体を分配板４０の面板３８の孔３６ａ〜３６ｄを介して出す手段を提供する気体通路３４ａ〜３４ｄを備えている。下側マニホールド３２は、マニホールド３２内の気体を孔４４ａ〜４４ｃを介して出す手段を提供するほぼ円筒形の気体通路４２を備えている。
【００２０】
もちろん、個別のマニホールドはこれらの図示した構成に限るものでははく、普通、基板に近接した反応空間内で所望の気体分配プロファイルを達成するのに使用することができる。したがって、平面、湾曲、波形、円筒形、または他のマニホールド／分配デバイスを利用することもできる。例えば、上側マニホールド３０の面板３８は図に示すように、平らな（または、比較的平らな）面である必要はない。代わりに、面板３８は波形、またはさらには、のこ歯状プロファイルを有することもできる。さらに、面板３８が平らであるかどうかに関わらず、必ずしも平面である必要はない。代わりに、本発明の様々な実施形態は湾曲（例えば、比較的凹状または比較的凸状）面板３８に対する特定の応用例を見つけることができる。
【００２１】
下側マニホールド３２自体は、円筒形の気体通路以外のものであってもよい。例えば、下側マニホールドは比較的平らな拡散板であってもよい。別の方法では、下側マニホールド３２は、（後の図で示し、以下にさらに説明するように）自転車の車輪のスポークに似た一連の径方向に突出するシリンダであってもよい。いくつかの例では、個別のスポーク状オリフィス列は異なる長さおよび／または直径をしており、所望の気体流を基板に供給するように配置することができる。スポーク状の列は、互いに個別であってもよく、または方位角に向けられたまたはコード状部材および／または気体源オリフィス列を介して互いに結合させることができる。
【００２２】
いくつかの場合では、下側マニホールド３２と上側マニホールド３０の間の距離は調節可能である。例えば、下側マニホールド３２は、上側マニホールド３０の面板３８から所望の距離に下側マニホールドを設定するように、コントローラの制御で動作する１つまたは複数の入れ子式（例えば、空気圧または油圧）支持体によって上側マニホールド３０の下につり下げることができる。別の方法では、支持体、またはマニホールド間の分離距離を調節する他の手段を手動で構成することができる。異なるＣＶＤおよび／またはＡＬＤ過程は、基板上で所望の蒸着特性を達成するために、マニホールド間にこのような異なる間隙を必要とする。
【００２３】
調節可能であるかどうかに関わらず、上側マニホールドと下側マニホールドの間の最適距離は、その中に存在する個別のオリフィスの特性に左右される。したがって、幅広い応用例に対応するため、本発明はマニホールドのいずれかまたは両方で異なるタイプのオリフィスを使用することを含んでいる。一部のオリフィスは断面がほぼ円筒形であり、その他は、円筒形断面を有するオリフィスを使用して得られるのよりも、オリフィスから出る気体のより幅広い分散を行うように断面がより漏斗状になっていてもよい。かなり多数の各個別のマニホールド内の孔を、処理が行われているワークピースの面に所望の気体分布プロファイルを提供するように調節することができる。マニホールドのいずれかまたは両方の異なる径方向領域におけるオリフィスのタイプと数の異なる配置により、基板の表面全体にわたって比較的均一な蒸着速度を提供することができる。個別のオリフィスは横断面が、円形、矩形、四角形、三角形などであってもよい。
【００２４】
異なるタイプのオリフィスのこれらの様々な配置は本発明には重要ではなく、前駆物質気体の望ましくない交差混合を避けながら、基板表面全体にわたるほぼ均一な蒸着を達成するように構成された気体運搬システムを提供する全体の目標を見逃すべきではない。気体分布用の径方向スポーク状オリフィス列を有する下側マニホールドの場合、個別のオリフィスの間の小さな間隙は、列全体がより多くのスポークを有することを示している。これは、より少ない個別のオリフィスを備えたより幅広い間隙により、下側気体分配列のアームに沿って前駆物質気体の望ましくない混合、したがって汚染物質粒子の全体の少ない形成の可能性がより低くなる点において必ずしも望ましくないことがある。
【００２５】
図２に示すように、マニホールド３２は、各マニホールドのそれぞれの孔からの気体圧入方向に軸（Ｚ）に沿ってマニホールド３０から変位されている。したがって、異なるマニホールドからの異なる前駆物質気体の再循環は、分配板４０の面板３８に沿った前駆物質のいかなる望ましくない混合にもつながらない。これにより、従来のシャワーヘッドを利用する膜蒸着特性よりシステム２８を利用するシステムの膜蒸着特性が良くなる。
【００２６】
図３は、気体分配システム２８の等角図を示している。上側マニホールドは、前駆物質蒸気とパージガスが反応炉（図示せず）に入ることができるように、面板３８内に多数の貫通孔３６を備えた比較的平らな分配板４０を備えている。下側マニホールド３２は、中心入口５０に結合された一列の径方向管４８として構成されている。管４８は、前駆物質とパージガスの均一な運搬を行うように一連の出口孔（この図では詳細には示さない）を有する。管４８は、平面分配板４０の半径に対して軸対称に分配された１つまたは複数の導管として構成されている。
【００２７】
図４は、本発明の一実施形態により構成された気体分配システムを有するＡＬＤ反応炉５２の例を示している。この切取図では、ウェーハ５４が気体分配システム２８の下で（Ｚ軸に沿って垂直移動可能であり、またヒータを備えることができる）サセプタ５６の上に配置されている。気体分配システム２８は、反応炉５２の蓋アセンブリの一部であってもよく、またはこれとは別であってもよい。上に示したように、気体分配システムは、上流側源から前駆物質Ａを受けるように構成された上側マニホールド３０と、それとは別の上流側源から前駆物質Ｂを受けるように構成された下側マニホールド３２とを備えている。各マニホールドはまた、パージガスを受けるように構成することもできる。マニホールド３０は、前駆物質Ａを基板５４に向かって面板３８内の孔（この図では図示せず）を通して分配し、マニホールド３２は前駆物質Ｂを基板５４に向かって径方向アーム４８内の孔（これも、この図では図示せず）を通して分配する。径方向アームは中心入口５０を介して供給される。マニホールド３２は、距離「ｄ」だけ基板５４（Ｚ軸）に向かって気体圧入軸に沿ってマニホールド３０の面板３８の下に変位されている。
【００２８】
図５は、多数のウェーハまたは他の基板６０が単一の反応炉５２内に収納されている、上記システムの変更形態を示している。ウェーハ６０は直線列５６’に支持されている。別の方法では、ウェーハは円形コンベヤに似ている径方向列に配置することができる。したがって、ウェーハ６０は円形支持要素の中心に対して径方向に沿って位置合わせされている。このタイプの多ウェーハ反応炉は、裏面蒸着が許容される（あるいは、補償することができる）ところで使用することができ、全体のスループットを良くすることもできる。同様に、反応炉５２などの反応炉は、独立型ツール、多数の単一ウェーハ・ツール、またはクラスタ・ツールで使用するように構成させることができる。
【００２９】
重要なことは、下側マニホールド４８は図に示すような径方向スポーク構成をしている必要がないということである。一部の場合、下側マニホールドは点状源（すなわち、ほぼ円形または他の断面を有する気体オリフィス）であってもよい。別の方法では、下側マニホールド４８は平らな（または、比較的平らな）源であってもよく、源は、凹状断面、または様々な長さのスポークを備えた径方向スポーク構成を有する。さらに、下側マニホールド４８は図で示すよりも、比較的小さくても大きくてもよい。すなわち、下側マニホールド４８は基板５４と同じ、またはこれより大きい直径を有することができる、または下側マニホールドは図示するように、基板より小さい直径を有することができる。
【００３０】
さらに、前駆物質Ｂは必ずしも単一の中心供給ラインを介して下側マニホールド３２に供給される必要はない。代わりに、いくつかの構成では、前駆物質Ｂを横ライン、または１つまたは複数の他の非中心軸対称供給ラインを通してオリフィス列に供給することができる。外部気体供給源からのこのような気体供給ラインの詳細は、本発明には重要ではない。
【００３１】
本発明の一実施形態では、マニホールド３０の面板３８は蒸着が起こる基板５４の表面から距離「Ｌ」に配置されている。実際、「Ｌ」は基板５４の表面から面板３８によって決まる意図した平面の平均距離であり、面板３８のあらゆる点の個別の距離は、面板表面と基板５４の表面内の不均一性により前記表面から距離Ｌ±δ１にある。前駆物質Ａの気体が反応炉５２に導入される面板３８の孔は、Ｌ±δ１の平均０．２〜０．８倍だけ互いに間隔を置いて配置されているのが好ましい。別の実施形態では、マニホールド３２内の孔は、Ｌ±δ１の平均０．１〜２倍だけ互いに間隔を置いて配置されている。この後者の間隙は、マニホールド３２の様々な径方向アーム４８の選択位置決めにより達成することができることに留意すること。
【００３２】
さらに、下側マニホールド３２から基板５４の表面までの距離はＬのある割合でもよい。本発明の様々な実施形態では、この距離は０．３〜０．９×Ｌであり、一実施形態ではこれは実際に０．７Ｌまで減少された。普通は、Ｌは約１インチ（２５．４mm）である。
【００３３】
本発明の気体分配アセンブリが使用される普通のＡＬＤ過程の間、マニホールド３０はパージガスを流しており、マニホールド３２は反応前駆物質Ｂを流している。過程の次のステップでは、マニホールド３０、３２は両方とも、あらゆる反応していない前駆物質を反応炉５２から取り除くためにパージガスを流す。使用されていない前駆物質とパージガスは、ポンプ装置（図示せず）を介して反応炉５２から排出される。次に、前駆物質Ａはマニホールド３０を通して導入され、パージガスはマニホールド３２を通して流れる。最後に、マニホールド３０、３２は両方とも、あらゆる反応していない前駆物質を取り除くためにパージガスを流す。前駆物質とパージガスの流れは、蒸着過程全体を通してこのように変更することができ、それによって、前駆物質が気相と混合することがことなく、基板５４を各前駆物質に順次曝すことが可能になる。
【００３４】
上記過程により、反応種の一方を複数の貫通孔を備えた平板を通して導入することによって前駆物質蒸気の均一な運搬が可能になり、第２の反応種は中心に配置された入口から外側に広がっている１式の導管を通して導入される。導管は、平板と基板の間にあるように置かれている。これにより、化学物質間の熱的、物理的分離を維持しながら、両方の反応剤が運ばれる。
【００３５】
いくつかのＡＬＤ過程では、ＡＬＤ中間反応の１つは弱い飽和であり、もう一方はそうではない。このような場合、上側マニホールドを通して弱い飽和中間反応に関連する前駆物質を導入することが望ましいことがある。例えば、弱い飽和反応に関連する前駆物質は、上側の比較的平らな気体オリフィス列を介した導入により達成することができるようなより均一な分配を必要とする。これに対して、ＡＬＤ過程における強い飽和中間反応は、下側マニホールドなどの非均一な気体オリフィス列を介して分配に比較的鈍感であることがある。しかし、相対気体流量も考慮しなければならないので、これは常に当てはまるものではない。
【００３６】
ＡＬＤ過程に加えて、本発明はＣＶＤおよび／またはパルスＣＶＤ過程に関連して使用することもできる。普通のＣＶＤ過程では、マニホールド３０とマニホールド３２は両方とも、（おそらくは、それぞれのキャリアガスで）パージガスおよび／または反応前駆物質を流すことができる。所望の蒸着が達成されると、反応前駆体の流れは止められ、マニホールド３０、３２のいずれかまたは両方が、反応炉５２からあらゆる残っている前駆物質を取り除くためにパージガスを流す。
【００３７】
パルスＣＶＤ過程では、第１の前駆物質とキャリアガスをマニホールド３０を通して継続的に導くことができ、第２の前駆物質を下側マニホールド３２を通してパルス状に導くことができる。下側マニホールドを介して導入される前駆物質は、ＣＶＤ中の主要な表面反応を有するものであることが好ましい。前と同様に、所望の蒸着が達成されると、未使用の前駆物質とパージガスは反応炉５２から排出され、マニホールドの一方または両方を通してパージガスを流す。
【００３８】
別の実施形態では、２つのマニホールドは、ＡＬＤ、ＣＶＤまたは他の過程で様々な回数、反応前駆物質、前駆物質とキャリアガス、および／またはパージガスを様々に流して、反応炉内の基板上で所望の蒸着を達成するように操作することができる。例えば、前駆物質は（キャリアガスがあってもなくても）上側マニホールドを介して導入され、下側マニホールドは（独自のキャリアガスがあってもなくても）第２の前駆物質またはパージガスを導入するため、またその逆のために使用することができる。
【００３９】
したがって、前駆物質蒸気と不活性気体を基板に供給するように別個の物理的に分離された源オリフィスからなる気体分配システムを説明した。別個の気体源は、一方のオリフィスが基板ともう一方のオリフィスの間に配置されているようになっている。これにより、前駆物質蒸気と不活性気体が隣接するオリフィスを通して射出される場合に従来のシャワーヘッドでしばしば観察される気体の再循環が防止され、前駆物質とパージガスが単一のオリフィスを通して導入される場合にしばしば観察される早まった反応が防止される。すなわち、従来のシャワーヘッドと異なり、本発明により構成された気体分配システムは、個別の気体マニホールドの出口オリフィスの間に気体再循環区間を設けていない。これにより、パージングが良くなり、両方とも望ましくない膜蒸着または粒子形成につながる可能性がある気相混合と外乱を最小限に抑えることができる。
【００４０】
単一の平板に制約されない別個の気体源オリフィスの使用により、各前駆物質マニホールドの寸法と形状を設計する際のより大きな自由度が可能になることは、前述の説明から明らかであろう。両方の前駆物質マニホールドが、従来のシャワーヘッドと同様に同一水平面に出口オリフィスを有するように制約されている場合、設計者は両方の前駆物質に対して最適な流れの均一性を達成することができないだろう。少なくとも、設計者は均一な流れを得るために、複雑なマニホールドと気体流路に頼らなければならないだろう。しかし、前駆物質マニホールドを同一平面上にない別個のオリフィスに分離する本発明によると、単一の気体流路で気体流の均一性を得ることはより簡単である。もちろん、本発明は特定の図示した実施形態を参照して論じたが、これらの例は頭記の特許請求の範囲に記載した発明のより広い範囲を制限するために使用すべきではない。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】単一の平面に出口孔を備えた気体通路を有する従来のシャワーヘッドを使用した場合に起こる可能性がある、望ましくない気体の再循環および混合の例を示す図である。
【図２】気体圧入軸によって画定された軸に沿って互いに変位された別個の平面内に気体通路の出口孔を変位させることによって、このような望ましくない気体の再循環および混合を防ぐように、または減らすように、本発明の実施形態により構成されたシャワーヘッドの例を示す図である。
【図３】径方向スポーク気体圧入導管が平面の気体分配板の下に変位された、本発明の実施形態により構成されたシャワーヘッドの例を示す図である。
【図４】本発明の実施形態により構成された気体分配システムを有するＡＬＤ反応炉の例を示す図である。
【図５】多数のウェーハが単一の反応炉内で処理される、図４に示すＡＬＤシステムの変形形態を示す図である。
【符号の説明】
【００４２】
２８  気体分配システム、３０、３２  気体マニホールド、３４ａ−３４ｄ  気体通路、３６ａ−２６ｂ  孔、３８  面板、４０  分配板、４４ａ−４４ｃ  孔、４８  径方向管、径方向アーム
【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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