特開 2023-1906 ガス混合物を反応チャンバに提供するための装置、およびその使用方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023001906

(43)【公開日】2023-01-06

(54)【発明の名称】ガス混合物を反応チャンバに提供するための装置、およびその使用方法

(51)【国際特許分類】

   C23C 16/448 20060101AFI20221226BHJP

   H01L 21/205 20060101ALN20221226BHJP

【ＦＩ】

C23C16/448

H01L21/205

【審査請求】未請求

【請求項の数】20

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2022098239

(22)【出願日】2022-06-17

(31)【優先権主張番号】63/213,089

(32)【優先日】2021-06-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(71)【出願人】

【識別番号】519237203

【氏名又は名称】エーエスエム・アイピー・ホールディング・ベー・フェー

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(74)【代理人】

【識別番号】100133400

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 達彦

(72)【発明者】

【氏名】ジェレルド・リー・ウィンクラー

(72)【発明者】

【氏名】ポール・マ

(72)【発明者】

【氏名】エリック・ジェームズ・シェロ

【テーマコード（参考）】

4K030

5F045

【Ｆターム（参考）】

4K030AA11

4K030AA16

4K030BA08

4K030BA11

4K030BA42

4K030BA47

4K030EA01

4K030EA04

4K030EA05

4K030EA06

4K030FA01

4K030GA02

4K030HA01

4K030KA11

4K030LA12

4K030LA18

5F045AA04

5F045AA08

5F045AA15

5F045AB40

5F045AC07

5F045AD01

5F045AE01

5F045AF02

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5F045DP03

5F045DQ10

5F045EE05

5F045EE14

5F045EE17

5F045EF05

(57)【要約】

【課題】ガス混合物を反応チャンバに提供するための装置、およびその使用方法を提供すること。
【解決手段】反応チャンバに入る前に２つ以上のガスを混合するための装置、装置を含む反応器システム、ならびに装置およびシステムの使用方法が開示される。本明細書に記述されるようなシステムおよび方法は、例えば、２つ以上の前駆体の混合物を反応チャンバへとパルスするために使用することができる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ガス混合物を反応チャンバへと提供するための装置であって、
ガス注入ポートと、
前記ガス注入ポートの上流の、かつ前記ガス注入ポートと流体連通する混合デバイスと、
第一の容器およびその中の第一の前駆体を備える第一のガス供給源と、
第二の容器およびその中の第二の前駆体を備える第二のガス供給源と、
前記第一の容器および前記混合デバイスへと流体連結された第一のガスパルス弁と、
前記第二の容器および前記混合デバイスへと流体連結された第二のガスパルス弁と、
前記第一の容器とキャリアガス供給源との間に流体連結された第一の圧力流量制御弁と、を備え、
前記第一の圧力流量制御弁が、前記第一の前駆体の制御された流れを提供するために、前記第一の容器内に一定の圧力を維持し、
第一のガスが、前記第一のガスパルス弁を使用して前記混合デバイスへとパルスされ、かつ
第二のガスが、前記第二のガスパルス弁を使用して前記混合デバイスへとパルスされる、装置。

【請求項2】

前記第一のガスパルス弁および前記第二のガスパルス弁に流体連結されたパージ弁をさらに備える、請求項１に記載の装置。

【請求項3】

第三の容器およびその中の第三の前駆体を備える第三のガス供給源をさらに備え、前記第三のガス供給源が前記混合デバイスに流体連結された、請求項１に記載の装置。

【請求項4】

第四の容器およびその中の第四の前駆体を備える第四のガス供給源をさらに備え、前記第四のガス供給源が前記混合デバイスに流体連結された、請求項３に記載の装置。

【請求項5】

ガス混合物を反応チャンバへと提供するための装置であって、
ガス注入ポートと、
前記ガス注入ポートの上流の、かつ前記ガス注入ポートと流体連通する混合デバイスと、
第一の容器およびその中の第一の前駆体を備える第一のガス供給源と、
第二の容器およびその中の第二の前駆体を備える第二のガス供給源と、
前記第一の容器および前記混合デバイスへと流体連結された第一のガス弁と、
前記第二の容器および前記混合デバイスへと流体連結された第二のガス弁と、
前記第一の容器とキャリアガス供給源との間に流体連結された第一の圧力流量制御弁と、
前記混合デバイスと前記ガス注入ポートとの間のパルス弁と、を備える、装置。

【請求項6】

前記混合デバイスの下流のバイパス弁をさらに備える、請求項５に記載の装置。

【請求項7】

パージガス供給源および前記パルス弁と流体連通するパージ弁をさらに備える、請求項５に記載の装置。

【請求項8】

第三の容器およびその中の第三の前駆体を備える第三のガス供給源をさらに備え、前記第三のガス供給源が前記混合デバイスに流体連結された、請求項５に記載の装置。

【請求項9】

前記第一の圧力流量制御弁が、前記第一の前駆体の制御された流れを提供するために、前記第一の容器内に一定の圧力を維持する、請求項５に記載の装置。

【請求項10】

前記第二の容器に流体連結された第二の圧力流量制御器をさらに備え、前記第二の前駆体の制御された流れを提供するために、第二の圧力流量制御弁が前記第二の容器内の圧力を維持する、請求項５に記載の装置。

【請求項11】

第一のガスが、前記第一のガス弁を使用して前記混合デバイスに提供され、第二のガスが、前記第二のガス弁を使用して前記混合デバイスに提供される、請求項５に記載の装置。

【請求項12】

前記第一のガス弁、前記第二のガス弁、および前記パルス弁が、ほぼ同時に開閉する、請求項５に記載の装置。

【請求項13】

前記混合デバイスの圧力を測定するための圧力モニターをさらに備える、請求項５に記載の装置。

【請求項14】

前記第一のガス弁を備える第一の質量流量制御器を備える、請求項５に記載の装置。

【請求項15】

前記混合デバイスが、
第一の入口、第一の出口、およびそれらの間の第一の体積を備える第一のセクションと、
第二の入口、第二の出口、およびそれらの間の第二の体積を備える第二のセクションと、を備え、
前記第一の入口が前記第二の入口の上流であり、
前記第一の出口が前記第二の入口の下流であり、かつ
前記第一の出口が前記第二の出口の上流である、請求項１～１４のいずれかに記載の装置。

【請求項16】

前記混合デバイスが、第三の入口、第三の出口、およびそれらの間の第三の体積を備える第三のセクションをさらに備える、請求項１５に記載の装置。

【請求項17】

前記第三の入口が、前記第二の入口の下流で、かつ前記第二の出口の上流である、請求項１６に記載の装置。

【請求項18】

前記第二の出口が前記第三の体積内にある、請求項１７に記載の装置。

【請求項19】

前記第一の出口が前記第二の体積内にある、請求項１６に記載の装置。

【請求項20】

請求項１～１４のいずれかに記載の装置を使用して、反応チャンバへのガス流を制御する方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は概して、気相反応器システムおよびその使用方法に関する。より具体的には、本開示は、反応器システムの反応チャンバにガス混合物を提供するための装置に関する。

【背景技術】

【0002】

化学蒸着（ＣＶＤ）、プラズマ強化ＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）およびこれに類するものなどの気相反応器を、基板表面上の材料の堆積およびエッチングを含む様々な用途のために使用することができる。例えば、基板上に層を堆積および／またはエッチングして、半導体デバイス、フラットパネルディスプレイデバイス、光起電力デバイス、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）およびこれに類するものを形成するために、気相反応器を使用することができる。

【0003】

典型的な気相反応器システムは、１つ以上の反応器を含み、各反応器は、１つ以上の反応チャンバと、反応チャンバ（複数可）に流体連結する１つ以上の前駆体ガス供給源および／または反応物質ガス供給源と、反応チャンバ（複数可）に流体連結する１つ以上のキャリアガス供給源および／またはパージガス供給源と、ガス（例えば、前駆体ガス／反応物質ガス（複数可）および／またはキャリアガスもしくはパージガス（複数可））を反応チャンバ内の基板の表面に送達するための１つ以上のガス分配システムと、反応チャンバ（複数可）に流体連結する少なくとも１つの排気源と、を含む。

【0004】

反応チャンバ内で実行される一部のプロセスでは、２つ以上のガスを反応チャンバへと同時に、または時間的にオーバーラップして提供することが望ましい場合がある。例えば、２つ以上のガスを反応チャンバに別々に提供することができる。こうした装置は、一部の用途のためには好適である場合があるが、反応チャンバへと別々にガスを提供することは、プロセスにおいて望ましくない変動性をもたらす場合がある。その結果、ガス混合物を反応チャンバへと提供するための改善された装置が望ましい。

【0005】

関連技術に関与する問題および解決策の任意の考察は、本開示に対する状況を提供する目的のためにのみこの開示に含まれ、また本発明がなされた時点で、考察のいずれかまたはすべてが公知であったことを認めたものと取られるべきではない。

【発明の概要】

【0006】

本開示の様々な実施形態は、反応器または反応チャンバにガス混合物を提供するための装置、装置を含むシステム、ならびに装置およびシステムを使用する方法に関する。装置、システム、および方法は、例えば、電子デバイスの製造を含む、様々な用途に関連して使用することができる。本開示の様々な実施形態が従来の方法およびシステムの欠点に対処する方法を、以下でより詳細に考察されるが、一般的に、本開示の様々な実施形態は、２つ以上のガスの混合物を反応チャンバへと提供するために好適な、改善された装置、システム、および方法を提供する。例示的な装置は、例えば、ガスの拡散のための時間スケールを低減させ、それによって、ガスの混合を改善し、かつ／または反応チャンバに入る前にガスを混合するための時間の長さを低減することができる。本開示のさらなる実施例は、混合ガスのパルスを提供するための改善された装置および方法を提供する。

【0007】

本開示の少なくとも１つの実施形態によると、ガス混合物を反応チャンバへと提供するための装置は、ガス注入ポートと、ガス注入ポートの上流の混合デバイスであって、ガス注入ポートと流体連通する、混合デバイスと、第一の容器およびその中の第一の前駆体を備える第一のガス供給源と、第二の容器およびその中の第二の前駆体を備える第二のガス供給源と、第一の容器および混合デバイスに流体連結された第一のガスパルス弁と、第二の容器および混合デバイスに流体連結された第二のガスパルス弁と、第一の容器とキャリアガス供給源との間に流体連結された第一の圧力流量制御弁と、を含む。一部の事例では、ガス注入ポートは、装置ではなく、反応器の一部を形成すると考えることができる。本開示のさらなる実施例によると、装置は、第一のガスパルス弁および第二のガスパルス弁に流体連結されたパージ弁をさらに含む。本開示のさらなる実施例によると、装置は、混合デバイスに連結された３つ、４つ、またはそれ以上のガス供給源を含む。

【0008】

本開示のさらなる実施例によると、ガス混合物を反応チャンバへと提供するための装置は、ガス注入ポートと、ガス注入ポートの上流の混合デバイスであって、ガス注入ポートと流体連通する、混合デバイスと、第一の容器およびその中の第一の前駆体を備える第一のガス供給源と、第二の容器およびその中の第二の前駆体を備える第二のガス供給源と、第一の容器および混合デバイスに流体連結された第一のガス弁と、第二の容器および混合デバイスに流体連結された第二のガス弁と、第一の容器とキャリアガス供給源との間に流体連結された第一の圧力流量制御弁と、混合デバイスとガス注入ポートとの間のパルス弁とを含む。上記と同様に、ガス注入ポートは反応器の一部を形成することができる。これらの実施例の例示的な態様によると、装置は、混合デバイスの下流のバイパス弁をさらに備える。さらなる態様によると、装置は、パージガス供給源およびパルス弁と流体連通するパージガス弁をさらに備える。本開示のさらなる実施例によると、装置は、混合デバイスに連結された３つ、４つ、またはそれ以上のガス供給源を含む。

【0009】

本開示の１つ以上の実施形態によると、混合デバイスは、２つ以上のガスの迅速かつ／または所望の混合を容易にするための複数のセクションを含む。例えば、混合デバイスは、第一の入口、第一の出口、およびそれらの間の第一の体積を備える第一のセクションと、第二の入口、第二の出口、およびそれらの間の第二の体積を備える第二のセクションとを含むことができる。第一の入口は、第二の入口の上流とすることができ、第一の出口は、第二の入口の下流とすることができ、かつ／または第一の出口は、第二の出口の上流とすることができる。さらなる実施例によると、混合デバイスは、第三のセクションをさらに含むことができる。第三の入口は、第二の入口の下流で、かつ第二の出口の上流とすることができ、第二の出口は、第三の体積内とすることができ、かつ／または第一の出口は、第二の体積内とすることができる。

【0010】

本開示の追加的実施形態によると、本明細書に記述されるような装置を使用して、反応チャンバへのガス流を制御する方法が開示される。

【0011】

本開示のなおさらなる実施例によると、本明細書に記述されるような装置を含むシステムが開示される。

【0012】

これらのおよび他の実施形態は、添付の図面を参照する以下のある特定の実施形態の発明を実施するための形態から、当業者には容易に明らかとなることになり、本発明は、開示されるいかなる特定の実施形態にも限定されないことになる。

【0013】

本開示の例示的な実施形態のより完全な理解は、以下の図示的な図面に関連して考慮される時、発明を実施するための形態および特許請求の範囲を参照することによって得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は、本開示の少なくとも一実施形態による装置を含む反応器システムを例示する。

【図2】図２は、本開示の実施例による反応器を例示する。

【図3】図３は、本開示による別の装置を例示する。

【図4】図４は、本開示の実施例によるガス混合デバイスを例示する。

【発明を実施するための形態】

【0015】

当然のことながら、図内の要素は単純化および明瞭化のために例示されており、必ずしも実寸に比例して描かれていない。例えば、図内の要素のうちの一部の寸法は、本開示の例示された実施形態の理解の向上を助けるために他の要素に対して相対的に誇張されている場合がある。

【0016】

ある特定の実施形態および実施例を以下に開示するが、本発明の具体的に開示された実施形態および／または使用、ならびにその明白な修正および均等物を超えて本発明が延在することは、当業者によって理解されるであろう。それ故に、開示された本発明の範囲は、以下に記述される特定の開示された実施形態によって限定されるべきではないことが意図される。

【0017】

本開示は、概して気相装置、反応器システム、および方法に関する。本明細書に記述されるような装置、システム、および方法は、半導体ウエハなどの基板を、例えば、電子デバイスを形成するために処理するために使用することができる。例として、本明細書に記載のシステムおよび方法を使用して、結晶性または非晶質インジウムガリウム亜鉛酸化物を含む層などの多成分層を形成させ、または成長させることができる。

【0018】

この開示では、「ガス」は、常温常圧（ＮＴＰ）において気体である材料、気化した固体、および／または気化した液体を含むことができ、また状況によっては単一の気体または気体の混合物によって構成することができる。プロセスガス以外のガス、すなわち、ガス分配アセンブリ、他のガス分配デバイス、またはこれに類するものを通過することなく導入されるガスは、例えば、反応空間をシールするために使用することができ、かつ希ガスなどのシールガスを含むことができる。

【0019】

「前駆体」という用語は、別の化合物を生成する化学反応に関与する化合物を指すことができる。「反応物質」という用語は、前駆体という用語と交換可能に使用されることができる。「不活性ガス」という用語は、化学反応に関与しない、かつ／または感知できる程度まで層の一部になることのないガスを指すことができる。例示的な不活性ガスとしては、ヘリウムおよびアルゴンならびにそれらの任意の組み合わせが挙げられる。一部の事例では、分子窒素および／または水素を不活性ガスとすることができる。キャリアガスは、不活性ガスであってもよく、または不活性ガスを含んでもよい。

【0020】

本明細書で使用される場合、「基板」という用語は、デバイス、回路、もしくは膜を形成するのに使用され得る任意の下地材料（複数可）、またはデバイス、回路、もしくは膜が上に形成され得る任意の下地材料（複数可）を指す場合がある。基板は、シリコン（例えば、単結晶シリコン）などのバルク材料、ゲルマニウムなどの他の第ＩＶ族材料、またはＧａＡｓなどの化合物半導体材料を含むことができ、かつバルク材料の上または下にある１つ以上の層を含むことができる。さらに、基板は、陥凹部、ラインおよびこれに類するものなどの、基板の層の少なくとも一部分の中またはその上に形成される様々なトポロジーを含むことができる。

【0021】

「周期的堆積プロセス（ｃｙｃｌｉｃ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ）」または「周期的堆積プロセス（ｃｙｃｌｉｃａｌ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ）」という用語は、基板上に層を堆積させるための前駆体（および／または反応物質）の反応チャンバの中への逐次的導入を指すことができ、原子層堆積（ＡＬＤ）、周期的化学蒸着（周期的ＣＶＤ）、およびＡＬＤ構成要素および周期的ＣＶＤ構成要素を含むハイブリッド周期的堆積プロセスなどの処理技法を含む。プロセスは、前駆体の導入の間にパージ工程を含んでもよい。

【0022】

「原子層堆積」という用語は、堆積サイクル、典型的には複数の連続的な堆積サイクルがプロセスチャンバ内で行われる蒸着プロセスを指すことができる。本明細書で使用される場合、「原子層堆積」という用語は、前駆体（複数可）／反応性ガス（複数可）、およびパージ（例えば、不活性キャリア）ガス（複数可）の交互パルスを用いて実施される場合、原子層化学蒸着（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ａｔｏｍｉｃ ｌａｙｅｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）などの、関連する用語によって指定されるプロセスを含むことも意味する。

【0023】

本明細書で使用される場合、「プラズマ強化原子層堆積」（ＰＥＡＬＤ）という用語は、１つ以上の前駆体、反応物質、および／または他のガスがプラズマに曝露されて励起種を形成する、ＡＬＤプロセスを指してもよい。

【0024】

さらに、本開示では、変数の任意の２つの数は、その変数の実行可能な範囲を構成することができ、示された任意の範囲は、端点を含んでもよく、または除外してもよい。加えて、示された変数の任意の値は（それらが「約」を有して示されているか否かにかかわらず）、正確な値またはおおよその値を指し、均等物を含んでもよく、かつ平均値、中央値、代表値、大多数、またはこれに類するものを指してもよい。さらに、本開示では、「含む」「によって構成される」、および「有する」という用語は、一部の実施形態では、「典型的にまたは広く含む」、「含む」、「から本質的に成る」、または「から成る」を独立して指すことができる。本開示では、任意の定義された意味は、一部の実施形態では、通常の意味および慣習的な意味を必ずしも除外するものではない。

【0025】

ここで図面に目を移すと、図１は本開示の少なくとも一実施形態による反応器システム１００を例示する。反応器システム１００は、反応チャンバ１０２と、反応チャンバへとガス混合物を提供するための装置１０４と、真空源１０６と、コントローラ１０８とを含む。

【0026】

反応チャンバ１０２は、気相反応のために好適な反応チャンバとすることができ、またはそれを含むことができる。反応チャンバ１０２は、石英、金属、またはこれに類するものなどの好適な材料から形成することができ、かつ処理のために１つ以上の基板を保持するように構成することができる。反応器システム１００は、任意の好適な数の反応チャンバ１０２を含むことができ、かつ１つ以上の基板取り扱いシステムを任意選択的に含むことができる。

【0027】

反応チャンバ１０２は、ＣＶＤ反応器、周期的堆積プロセス反応器（例えば、周期的ＣＶＤ反応器）、ＡＬＤ反応器、ＰＥＡＬＤ反応器、またはこれに類するものとして構成することができ、それらのうちのいずれも、直接プラズマ装置および／または遠隔プラズマ装置などのプラズマ装置を含み得る。

【0028】

図２は、ＰＥＡＬＤ反応器としての使用のために好適な例示的な装置２００を図示する。装置２００は、反応チャンバ１０２としての、および／またはシステム１００と関連して（すなわち、その一部分として）の使用のために好適な反応チャンバ３を含む。

【0029】

図２に図示するように、反応チャンバ３の内部１１（反応ゾーン）内に、互いに平行に、かつ向かい合わせて構成することができる一対の導電性平板電極２、４を提供し、電源２５から一方の側にＲＦパワー（例えば、１３．５６ＭＨｚおよび／または２７ＭＨｚ）を印加し、および他方の側１２を電気的に接地することによって、プラズマを電極２、４間に生成することができる。温度調整器は、下部ステージ２、すなわち、下部電極に提供されてもよい。基板１は、その上に定置され、その温度は、所望の温度に維持することができる。上部電極４は、シャワープレートなどのガス分配デバイスとしても機能することができ、プラズマガス、反応物質ガス、および／または希釈ガス（存在する場合）などの様々なガス、ならびにガス混合物は、ガスライン２１およびガスライン２２を通して、かつシャワープレート４を通して、反応チャンバ３の中へと導入することができる。例えば、反応チャンバへとガス混合物を提供するための装置１０４からのガス混合物（例えば、２つ以上の前駆体を含む）は、ライン２２を介してガス注入ポート２６へと提供することができ、反応物質供給源２７からの反応物質は、ライン２１を介してガス注入ポート２６へと提供することができる。

【0030】

反応チャンバ３内には、排気ライン１７を有する円形ダクト１３が提供され、これを通して反応チャンバ３の内部１１内のガスは排気される。加えて、移送チャンバ５は、反応チャンバ３の下方に配置され、かつ移送チャンバ５には、移送チャンバ５の内部１６を介して反応チャンバ３の内部１１の中へとシールガスを導入するためにガスシールライン２４が提供され、反応ゾーンと移送ゾーンとを分離するための分離プレート１４が、提供される。基板がそれを通して移送チャンバ５の中へ、または移送チャンバ５から移送されてもよいゲート弁は、この図から省略される。移送チャンバには排気ライン６も提供される。

【0031】

図１に戻ると、ガス混合物を反応チャンバへと提供するための装置１０４は、ガス注入ポート１１０と、混合デバイス１１２と、第一のガス供給源１１４と、第二のガス供給源１１６と、第三のガス供給源１１８と、第一のガスパルス弁１２０と、第二のガスパルス弁１２２と、第三のガスパルス弁１２４と、第一の圧力流量制御弁１２６と、第二の圧力流量制御弁１２８と、第三の圧力流量制御弁１３０と、１つ以上のキャリアガス供給源１３２と、パージ弁１３４と、パージガス供給源１３６と、を含む。パルス弁（複数可）の下流にある混合デバイス１１２へと２つ以上のガスのパルスを提供することによって、２つ以上のガス供給源１１４～１１８からのガスを混合するために、装置１０４を使用することができる。装置１０４は、タイミングの柔軟性を可能にする（例えば、１つのガスは、他のガスが混合デバイス１１２へ流れる前または後に開始することができる）。さらに、装置１０４は、遅延なく、単一のガス注入システムへと簡単に移行することができる。

【0032】

ガス注入ポート１１０は、反応チャンバの反応ゾーンへとガス混合物を提供するためのチュービングまたはこれに類するものを含むことができる。ガス注入ポート１１０は、反応チャンバ１０２の中へと統合することができ、または分離することができる。注入ポート１１０としての使用のために好適な例示的なガス注入ポート２６を、図２に図示する。

【0033】

混合デバイス１１２は、２つ以上のガスを、例えば、反応チャンバ１０２に入る前に、第一のガス供給源１１４、第二のガス供給源１１６、および第三のガス供給源１１８のうちの２つ以上から受容するように構成される。図示するように、混合デバイス１１２は、ガス注入ポート１１０の上流とすることができ、かつガス注入ポート１１０と流体連通することができる。混合デバイス１１２は、ガス注入ポート１１０／２６の体積より大きい体積を含むことができる。例として、混合デバイス１１２の体積は、約５～約５０ｃｃの範囲とすることができる。混合デバイス１１２の構成は、用途に従って変化することができる。混合デバイス１１２は、曲がりくねった経路を含むことができ、または静的混合器として構成することができる。一部の事例では、混合デバイス１１２は、ハウジング１３８を含むことができ、ハウジング１３８は、例えば、各端部上にキャップを有する実質的に中空の円筒とすることができる。好適な混合デバイスの別の実施例は、図４と関連して以下でより詳細に考察される。

【0034】

第一のガス供給源１１４、第二のガス供給源１１６、および第三のガス供給源１１８は各々、容器およびそれぞれの容器内に保管された前駆体を含むことができる。例として、第一のガス供給源１１４は、容器およびインジウム前駆体を含むことができ、第二のガス供給源１１６は、容器およびガリウム前駆体を含むことができ、第三のガス供給源１１８は、容器および亜鉛前駆体を含むことができる。例示的なインジウム前駆体としては、ＴＥＩ、ＴＭＩ、３－（ジメチルアミノ）プロピル］ジメチル－インジウム（ＤＡＤＩ）、ＤＭＺ、ＤＥＺ、Ｉｎ（ａｃａｃ）３、Ｉｎ（ｄｍａｍｐ）２（ＯｉＰｒ）、Ｉｎ（ｄｍａｍｐ）３、Ｉｎ（ｄｐｇｕａｎ）３、Ｉｎ（ＥｔＣｐ）、ＩｎＣｐ、Ｉｎ（ｉＰｒＡＭＤ）３、Ｉｎ（ｉＰｒＦＭＤ）３、Ｉｎ（Ｎ（ＳｉＭｅ３）２）Ｅｔ２、Ｉｎ（ＰｒＮＭｅ２）Ｍｅ２、Ｉｎ（ｔｈｄ）３、ＩｎＣｌ３、ＩｎＭｅ２（ｅｄｐａ）、ＩｎＭｅ３（ＭｅＯ（ＣＨ２）２ＮＨｔＢｕ）、ＩｎＭｅ３、ＩｎＥｔ３、［ＥｔＺｎ（ｄａｍｐ）］２が挙げられる。例示的なガリウム前駆体としては、ＴＤＭＡＧ、ＴＭＧａ ＴＥＧａ、ＧａＣｌ３、ＧａＥｔ２Ｃｌ、（ＧａＭｅ２ＮＨ２）３、Ｇａ（ａｃａｃ）３、Ｇａ（ＣｐＭｅ５）、Ｇａ（ｔｈｄ）、Ｇａ２（ＮＭｅ２）６、ＧａＭｅ２（ＯｉＰｒ）、ＧａＭｅ２ＮＨ２、ＧａＭｅ３（ＣＨ３ＯＣＨ２ＣＨ２ＮＨｔＢｕ）が挙げられる。例示的な亜鉛前駆体としては、Ｚｎ（ＤＭＰ）２、Ｚｎ（ｅｅｋｉ）２、Ｚｎ（ＯＡｃ）２、ＺｎＣｌ２、ＺｎＥｔ２、ＺｎＭｅ２、ＺｎＭｅ（ＯｉＰｒ）が挙げられる。３つのガス供給源１１４～１１８を有して図示されているが、例示的な装置は、混合デバイス１１２に連結された２つ以上の任意の好適な数のガス供給源（例えば、４つ以上）を含むことができる。さらに、反応チャンバにガス混合物を提供するための反応器システム１００または装置１０４は、ガス注入ポート１１０へと連結することができる反応物質供給源１４２を含むことができる。

【0035】

第一のガス供給源１１４、第二のガス供給源１１６、および第三のガス供給源１１８のうちの２つ以上またはその各々は、パルス弁を使用して混合デバイス１１２に連結することができる。追加的なガス供給源は、同様に混合デバイス１１２に連結することができる。例えば、図示するように、第一のガス供給源１１４（例えば、その容器）は、第一のガスパルス弁１２０を介して混合デバイス１１２に連結することができ、第二のガス供給源１１６（例えば、その容器）は、第二のガスパルス弁１２２を介して混合デバイス１１２に連結することができ、第三のガス供給源１１８（例えば、その容器）は、第三のガスパルス弁１２４を介して混合デバイス１１２に連結することができる。パルス弁１２０～１２４を使用して、所望の量（パルス）のガスを混合デバイス１１２に提供することができる。例として、本明細書に記載のガスパルス弁１２０～１２４または他のパルス弁のうちの１つ以上は、空気弁または電気ソレノイド弁を備えることができる。

【0036】

さらに図示するように、キャリアガス供給源１３２からのキャリアガス（１つ以上のキャリアガス供給源を含んでもよい）を使用して、本明細書に記述されるように、反応チャンバ１０２に対する第一、第二、および／または第三の前駆体のうちの１つ以上、および／または追加的なガス（例えば、第四のガス）を供給することができる。図示した例では、キャリアガス供給源１３２は、第一の圧力流量制御弁１２６に連結されて、第一のガスパルス弁１２０へと所望の濃度の第一の前駆体を供給し、キャリアガス供給源１３２は、第二の圧力流量制御弁１２８に連結されて、第二のガスパルス弁１２２へと所望の濃度の第二の前駆体を供給し、キャリアガス供給源１３２は、第三の圧力流量制御弁１２４に連結されて、第三のガスパルス弁１２４へと所望の濃度の第三の前駆体を供給する。圧力制御弁１２６、１２８、１３０を使用して、第一の容器、第二の容器、および第三の容器それぞれの中の一定の／望ましい圧力を維持して、第一の前駆体、第二の前駆体、および第三の前駆体それぞれの制御された流れを提供することができる。例として、圧力制御弁は、圧力流量制御器または質量流量制御器とすることができ、またはこれを含むことができる。

【0037】

排気源１０６は、例えば１つ以上の真空源を含むことができる。例示的な真空源としては、１つ以上のドライ真空ポンプおよび／または１つ以上のターボ分子ポンプが挙げられる。

【0038】

コントローラ１０８は、本明細書に記述されるような様々な機能および／または工程を実施するように構成することができる。コントローラ１０８は、様々な機能を実施するために１つ以上のマイクロプロセッサ、メモリ素子、および／またはスイッチング素子を含むことができる。コントローラ１０８は単一のユニットとして図示されているが、別の方法として複数のデバイスを備えることができる。例として、コントローラ１０８を使用して、混合デバイス１１２へのガス流および混合デバイス１１２からのガス混合物または真空源１０６を制御することができる。一部の事例では、混合デバイス１１２への（例えば、供給源１１４～１１８からの）２つ以上の前駆体をパルスするために、コントローラ１０８を使用することができる。さらなる例として、コントローラ１０８は、各圧力流量制御弁１２６～１３０および各ガスパルス弁１２０～１２４を独立して制御して、２つ以上の前駆体の相対濃度および相対量または比（例えば、質量比）を混合デバイス１１２へと独立して提供することができる。図１に図示する実施例では、コントローラ１０８は、各パルス弁１２０～１２４を実質的に同時に（例えば、約０．００１または約０．００５秒以内に）開放するように構成することができる。

【0039】

システム１００はまた、パージガス供給源１３６に、および第一のガスパルス弁１２０、第二のガスパルス弁１２２、および／または第三のガスパルス弁１２４のうちの１つ以上に流体連結された、パージ弁１３４も含むことができる。パージ弁１３４は、パルス弁１２０～１２４および混合デバイス１１２をパージするために、コントローラ１０８に連結され、かつ使用されることができる。パージガス供給源１３６は、容器、および窒素、アルゴン、ヘリウム、またはこれに類するもののうちの１つ以上などの、その中のパージガスを含むことができる。パージ弁１３４は、例えば、空気弁または電気ソレノイドタイプの弁とすることができる。

【0040】

ここで図３に目を移すと、ガス混合物を反応チャンバへと提供するための別の装置３００が図示されている。装置３００は、パルス弁の上流のガスを混合するように構成される。この構成は、より大きい混合体積を可能にしており、混合デバイス内の１つ以上のガスのより完全な混合を促進することができる。装置３００は、反応器システム１００などの反応器システム内の装置１０４の代わりに使用することができる。

【0041】

装置３００は、ガス注入ポート３０２と、混合デバイス３０４と、第一のガス供給源３０６と、第二のガス供給源３０８と、第三のガス供給源３１０と、第一のガス弁３１２と、第二のガス弁３１４と、第三のガス弁３１６と、第一の圧力流量制御弁３１８と、第二の圧力流量制御弁３２０と、第三の圧力流量制御弁３２２と、１つ以上のキャリアガス供給源（図３に別個に図示されていない）と、パルス弁３２０と、パージガス供給源３２６とを含む。装置３００は、混合デバイス３０４内のガスの混合がパルス弁３２４の上流で生じるように、混合デバイス３０４とガス注入ポート３０２との間のパルス弁３２４を含む。

【0042】

ガス注入ポート３０２、混合デバイス３０４、第一のガス供給源３０６、第二のガス供給源３０８、第三のガス供給源３１０、第一の圧力流量制御弁３１８、第二の圧力流量制御弁３２０、第三の圧力流量制御弁３２２、１つ以上のキャリアガス供給源、およびパージガス供給源３２６は、図１と関連して上述のガス注入ポート１１０、混合デバイス１１２、第一のガス供給源１１４、第二のガス供給源１１６、第三のガス供給源１１８、第一の圧力流量制御弁１２６、第二の圧力流量制御弁１２８、第三の圧力流量制御弁１３０、１つ以上のキャリアガス供給源１３２、およびパージガス供給源１３６と同じまたは同様とすることができる。装置３００はまた、空気弁または電気ソレノイドタイプの弁とすることができるバイパス弁３２８、およびパージ弁１３４と同じまたは同様のものとすることができるパージ弁３３０も含むこともできる。

【0043】

上述のように、第一の圧力流量制御弁１２６、第二の圧力流量制御弁１２８、および／または第三の圧力流量制御弁１３０を使用して、対応する容器内の（例えば、一定の）圧力を制御し、それによってガス供給源から混合デバイス３０４への前駆体の流れおよび／または所望のもしくは所定の濃度を制御することによって、それぞれの第一のガス供給源３０６、第二のガス供給源３０８、および第三のガス供給源３１０へと流れるキャリアガスの量を制御することができる。例えば、供給源３０６～３１０からの各ガスからのガスの量は、第一の圧力流量制御弁１２６、第二の圧力流量制御弁１２８、および第三の圧力流量制御弁１３０のそれぞれによって制御されるキャリアガス圧力を用いて、供給源蒸気圧力／キャリアガス圧力比によって設定することができる。キャリアガス／前駆体流れは、例えば、固定オリフィス、ニードル弁、質量流量制御器、または体積流量制御器によって制御することができる。

【0044】

第一のガス弁３１２、第二のガス弁３１４、および第三のガス弁３１６は、空気弁もしくは電気ソレノイドタイプの弁を含むことができ、かつ／または流量計および／または質量流量制御器の一部を形成することができる。図示した実施例では、第一のガス弁３１２、第二のガス弁３１４、および第三のガス弁３１６は、第一のガス供給源３０６、第二のガス供給源３０８、および第三のガス供給源３１０から混合デバイス３０４へと、計量された量の第一のガス、第二のガス、および第三のガスを提供する。

【0045】

例として、第一のガス弁３１２、第二のガス弁３１４、および第三のガス弁３１６のうちの１つ以上（例えば、こうした弁の各々）は、質量流量制御器の一部を形成する。これらの事例では、質量流量制御器に対する設定点は、注入ポート３０２へと提供される混合デバイス３０４内のガス混合物の組成を決定することができる。注入ポート３０２へとガス混合物を提供するための例示的なシーケンスは、第一のガス弁３１２、第二のガス弁３１４、および第三のガス弁３１６を使用して混合デバイス３０４の中へとガスを開放し、かつ（例えば、制御可能に）流すことによって、混合デバイス３０４を充填することを含むことができる。実質的に同時に、第一のガス弁３１２、第二のガス弁３１４、第三のガス弁３１６、およびパルス弁３２４を開放して、注入ポート３０２へとガス混合物を供給することができる。弁は、コントローラ１０８などの１つ以上のコントローラを使用して制御することができる。

【0046】

混合デバイス３０４からガス混合物をパルスするため、および／またはパージガス供給源３２６からガス注入ポート３０２へとパージガスをパルスするために、パルス弁３２４を使用することができる。本開示の実施例によると、第一のガス弁３１２、第二のガス弁３１４、および／または第三のガス弁３１６、ならびにパルス弁３２４は、ほぼ同時に、例えば、約０．００１または約０．００５秒以内に開閉して、ガス混合物を反応チャンバへとパルスする。

【0047】

本開示のさらなる実施例によると、装置３００は、混合デバイス３０４の圧力を測定するための圧力モニター３３２を含む。これらの事例では、コントローラ（例えば、コントローラ１０８）は、混合デバイス３０４を所望の（例えば、設定）圧力に充填するようにさらに構成することができる。圧力に達すると、第一のガス弁３１２、第二のガス弁３１４、および第三のガス弁３１６は、遮断される。別の方法として、第一のガス弁３１２、第二のガス弁３１４、および第三のガス弁３１６は、ある期間の時間、設定された流れへと開放されて、混合デバイス３０４を充填することができる。これらの事例では、パルス弁３２４の下流、および混合デバイス３０４とガス注入ポート３０２との間に、いかなる著しい追加的な体積もない。

【0048】

パルス弁３２４および注入マニホールド３０２をパージするために、パージ弁３３０を開放することができ、パルス弁３２４は、パージガスをパージガス供給源３２６から注入ポート３０２および／または反応チャンバの中へとパルスすることができる。

【0049】

コントローラ１０８または１つ以上の同様のコントローラを使用して、弁３１２～３２０、３２４、３３０、および３２８を制御し、圧力モニター３３２を使用して圧力を設定およびモニターすることができ、かつ図１～図３に関連して本明細書に記述されるその他の機能を実施することができる。

【0050】

図４は、混合デバイス１１２または３０４としての使用のために好適な混合デバイス４００を図示する。混合デバイス４００は、第一のセクション４０２、第二のセクション４０４、および第三のセクション４０６を含む。図示するように、第一のセクション４０２、第二のセクション４０４、および第三のセクション４０６は、第一のセクション４０２の出口が第二のセクション４０４内になり、第二のセクション４０４の出口が第三のセクション４０６内になるように、カスケード状にすることができる。追加的または代替的に、第一のセクション４０２、第二のセクション４０４、および第三のセクション４０６は、例えば、軸４０８を中心として、同軸にすることができる。３つのセクションを有して図示されているが、カスケード状になっている混合デバイスは、本明細書に記述されるように２つ以上のセクションを好適に含むことができる。

【0051】

第一のセクション４０２は、直径Ｄ４を有する第一の入口４１０、直径Ｄ３を有する第一の出口４１２、およびそれらの間の体積４０３を含む。図示された実施例では、Ｄ３はＤ４より大きい。

【0052】

第二のセクション４０４は、１つ以上の第二の入口４１４、４１６、第二の出口４１８、およびそれらの間の第二の体積を含むことができる。出口４１８の直径Ｄ２は、１つ以上の入口４１４、４１６の直径より、個別で、または合計で、大きくすることができる。さらに、Ｄ２は、Ｄ１および／またはＤ２より大きくすることができる。

【0053】

図示するように、第一の入口４１０は、第二の入口４１４、４１６の上流とすることができる。さらに、第一の出口４１２は、第二の入口４１４、４１６の下流（例えば、１つ以上のガスに対して）とすることができる。そして、第一の出口４１２は、第二の出口４１８の上流とすることができる。

【0054】

第三のセクション４０６は、第三の入口４２０、第三の出口４２２、およびそれらの間の体積４２３を含むことができる。第三の出口４２２は、本明細書に記述されるような、反応チャンバ、ガス注入ポート、および／または１つ以上の弁（例えば、パルス弁）に連結することができる。体積４２３は、Ｄ１の直径または同様の断面を有することができ、Ｄ１は、Ｄ２、Ｄ３、および／またはＤ４より大きくすることができる。さらに、図示するように、第三の入口４２０は、第二の入口４１４、４１６の下流であり、かつ第二の出口４１８の上流である。

【0055】

これらの実施形態は単に本発明の実施形態の実施例にすぎないので、上述の開示の例示的な実施形態は、本発明の範囲を限定しない。例えば、３つのガス供給源を有して例示されているが、実施例は、例示された実施例と同様の様態で構成されてもよい、２つ、４つ、またはそれ以上のガス供給源を含むことができる。いかなる均等の実施形態も、本発明の範囲内にあることが意図される。実際、記述される要素の代替的な有用な組み合わせなど、本明細書に示されかつ記述されるものに加えて、本開示の様々な修正は、当業者には記述から明らかになる場合がある。こうした修正および実施形態もまた、添付の特許請求の範囲の範囲内に含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0056】

１ 基板
２、４ 導電性平板電極
３ 反応チャンバ
５ 移送チャンバ
６ 排気ライン
１１ 内部
１３ 円形ダクト
１４ 分離プレート
１６ 内部
２１、２２ ライン
２４ ガスシールライン
２５ 電源
２６ ガス注入ポート
２７ 反応物質供給源
１００ 反応器システム
１０２ 反応チャンバ
１０４ ガス混合物を反応チャンバへと提供するための装置
１０６ 真空源
１０８ コントローラ
１１０ ガス注入ポート
１１２ 混合デバイス
１１４ 第一のガス供給源
１１６ 第二のガス供給源
１１８ 第三のガス供給源
１２０ 第一のガスパルス弁
１２２ 第二のガスパルス弁
１２４ 第三のガスパルス弁
１２６ 第一の圧力流量制御弁
１２８ 第二の圧力流量制御弁
１３０ 第三の圧力流量制御弁
１３２ キャリアガス供給源
１３４ パージ弁
１３６ パージガス供給源
２００ 装置
３００ 装置
３０２ ガス注入ポート
３０４ 混合デバイス
３０６ 第一のガス供給源
３０８ 第二のガス供給源
３１０ 第三のガス供給源
３１２ 第一のガス弁
３１４ 第二のガス弁
３１６ 第三のガス弁
３１８ 第一の圧力流量制御弁
３２０ 第二の圧力流量制御弁
３２２ 第三の圧力流量制御弁
３２４ パルス弁
３２６ パージガス供給源
３２８ バイパス弁
３３０ パージ弁
３３２ 圧力モニター
４００ 混合デバイス
４０２ 第一のセクション
４０４ 第二のセクション
４０６ 第三のセクション
４０８ 軸
４１０ 第一の入口
４１２ 第一の出口
４１４ 第二の入口
４１６ 第二の入口
４１８ 第二の出口
４２０ 第三の入口
４２２ 第三の出口

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【外国語明細書】