DE10392519T5

DE10392519T5 - System zur Abscheidung eines Films auf einem Substrat unter Verwendung eines Gas-Precursors mit niedrigem Dampfdruck

Info

Publication number: DE10392519T5
Application number: DE10392519T
Authority: DE
Inventors: Steven C. San Jose Selbrede; Martin Orinda Zucker; Vincent Fremont Venturo
Original assignee: Mattson Technology Inc
Current assignee: Mattson Technology Inc
Priority date: 2002-04-19
Filing date: 2003-04-14
Publication date: 2005-08-04
Also published as: US20040025787A1; JP2011246818A; CN1662674A; KR101040446B1; KR20040102092A; WO2003089682A1; JP2005523384A; TW200403354A; US20100190331A1; CN100439561C; AU2003224977A1

Abstract

Verfahren zum Abscheiden eines Films auf ein Substrat, wobei das Substrat innerhalb eines Reaktorgefäßes bei einem Druck von etwa 0,1 Millitorr bis etwa 100 Millitorr enthalten ist, wobei das Verfahren das Unterziehen des Substrats unter einen Reaktionszyklus umfasst, welcher Folgendes umfasst:
i) Zuführen eines Gasprecursors bei einer Temperatur von etwa 20 °C bis etwa 150 °C und einem Dampfdruck von etwa 0,1 Torr bis etwa 100 Torr in das Reaktorgefäß, wobei der Gasprecursor mindestens eine organometallische Verbindung umfasst; und
ii) Zuführen eines Spülgases, eines oxidierenden Gases oder Kombinationen hiervon in das Reaktorgefäß.

Description

Verwandte Anmeldungen
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität bezüglich der vorläufigen Anmeldung Serien-Nr. 60/374,218, eingereicht am 19. April 2002.
Hintergrund der Erfindung
Für die Bildung moderner Halbleitervorrichtungen, wie Mikroprozessoren und DRAMs (Dynamic Random Access Memories), wird es häufig gewünscht, dünne Schichten bzw. Filme auf einem Silicium-Wafer oder einem anderen Substrat zu bilden. Verschiedene Techniken, die häufig zur Abscheidung dünner Filme auf einem Substrat angewandt werden, schließen PVD ("Physikalische Dampfabscheidung" oder "Sputtern") und CVD ("Chemische Dampfabscheidung") ein. Mehrere Typen von CVD kommen häufig zur Anwendung, einschließlich APCVD ("Atmosphärendruck-CVD"), PECVD ("Plasma-verstärkte CVD") und LPCVD ("Niederdruck-CVD"). LPCVD ist typischerweise ein thermisch aktiviertes chemisches Verfahren (im Unterschied zu Plasma-aktivierter PECVD) und schließt im allgemeinen MOCVD ("Metalloorganische CVD") und ALD ("Atomschicht-Abscheidung") als Unterkategorien ein.
Ein Problem bei vielen herkömmlichen Filmen besteht darin, daß es schwierig ist, das Niveau an hoher Kapazität oder geringem Leckstrom zu erreichen, welches für neue fortschrittliche Anwendungen, wie Speicherzellen, Mikroprozessor-Gatter, Mobiltelefone, PDAs und dergleichen, gewünscht wird. Als Beispiel wird Siliciumoxynitrid (SiON) oder ein ähnlicher Film herkömmlicherweise als ein Dielektrikum für fortschrittliche Gatter-Anwendungen verwendet. Siliciumoxynitrid besitzt eine dielektrische Konstante "k", welche etwas über SiO₂ liegt (k=4), und wird im allgemeinen durch thermische Oxidations- und Nitridationsverfahren erzeugt. Nichtsdestoweniger, weil die dielektrische Konstante relativ niedrig ist, kann die Kapazität einer derartigen Vorrichtung nur durch Verringern der Filmdicke erhöht werden. Unglücklicherweise erzeugt eine derartige Reduktion der Filmdicke eine Zunahme der Film-Fehlerstellen und des quantenmechanischen Tunneleffekts, was daher zu einem hohen Leckstrom führt.
Um eine Vorrichtung mit einer höheren Kapazität aber einem niedrigen Leckstrom vorzusehen, ist somit die Verwendung eines Materials mit höherer dielektrischer Konstante vorgeschlagen worden. Zum Beispiel sind Materialien wird Tantalpentoxid (Ta₂O₅) und Aluminiumoxid (Al₂O₃) zur Verwendung in Speicherzellen vorgeschlagen worden. Ebenfalls sind Materialien, wie Zirconiumoxid (ZrO₂) und Hafniumoxid (HfO₂) vorgeschlagen worden, um Siliciumoxid und Siliciumoxynitrid als Mikroprozessor-Gatter zu ersetzen. Um Dünnfilme aus solchen Materialien zu bilden, ist vorgeschlagen worden, daß die Materialien unter Anwendung der herkömmlichen, obenstehend erwähnten PVD- und LPCVD-Techniken abgeschieden werden.
Allerdings sind derartige Techniken, obwohl dünne Filme mit hohem k unter Anwendung von PVD abgeschieden werden können, im allgemeinen wegen ihrer hohen Kosten, niedrigem Durchsatz und schlechter Stufen-Konformität unerwünscht. Die vielversprechensten Techniken schließen ALD und MOCVD ein. Beispielsweise beinhaltet ALD im allgemeinen den sequentiellen Kreislauf eines Precursors bzw. Vorläufers und Oxidierers auf die Waferoberfläche zur Bildung einer partiellen Monoschicht des Films während jedem Zyklus. Wie in der 1 gezeigt, beginnt die ALD von ZrO₂ unter Verwendung von ZrCl₄ und H₂O, beispielsweise mit dem Strömen von H₂O in den Reaktor unter Bildung einer OH-terminierten Waferoberfläche (Schritt "A"). Nach Ausspülen des H₂O aus dem Reaktor (Schritt "B") wird ZrCl₄ fließen gelassen, und mit der OH-terminierten Oberfläche zu reagieren und einen Bruchteil einer ZrO₂-Monoschicht zu bilden (Schritt "C"). Nachdem das ZrC₄ aus dem Reaktor gespült ist, wird der obenstehende Zyklus wiederholt, bis die gewünschte Gesamtfilmdicke erreicht ist.
Der Hauptvorteil von herkömmlichen ALD-Techniken besteht darin, daß das Filmwachstum intrinsisch selbst-limitierend ist. Insbesondere wird lediglich ein Bruchteil einer Monoschicht während jedes Zyklus abgeschieden, wobei der Bruchteil eher von der inhärenten Chemie der Reaktion (das Ausmaß der sterischen Hinderung) bestimmt wird als von dem Gasstrom, der Wafertemperatur oder anderen Verfahrensbedingungen. Somit werden für ALD im allgemeinen gleichmäßige und reproduzierbare Filme erwartet.
Nichtsdestoweniger besitzen herkömmliche ALD-Techniken trotz ihrer Vorteile eine Vielzahl von Problemen. Beispielsweise können lediglich wenige Precursoren, im allgemeinen Metallhalogenide, in einem ALD-Abscheidungsverfahren verwendet werden. Derartige Precursoren sind bei Raumtemperatur im allgemeinen fest und somit schwierig in den Reaktor zuzuführen. Tatsächlich muß der Precursor häufig auf eine hohe Temperatur erwärmt und in Verbindung mit einem Trägergas zugeführt werden, um ausreichend Precursor in den Reaktor zu befördern. Die Anwendung eines Trägergasverfahrens bedingt, daß die Abscheidungsdrücke im allgemeinen hoch sind, um zu gewährleisten, daß die Precursorkonzentration im Reaktor aureichend ist, was die Fähigkeit des wachsenden Films, Verunreinigungen während der Spül- oder Oxidations-Zyklusschritte auszustoßen, einschränkt. Des weiteren kann ein höherer Betriebsdruck zum Ausgasen von Precursor oder Oxidierer aus Wänden und an deren Oberflächen während des "falschen" Zyklusschrittes führen, was zu einer geringeren Filmregulierung führt. Darüber hinaus kann die Strömungs-Wiederholbarkeit ein Problem sein, weil das Ausmaß der Precursor-Aufnahme empfindlich von der Precursortemperatur und der in der Quellenflasche verbleibenden Menge an Precursor abhängt.
Ein weiterer Nachteil herkömmlicher ALD-Techniken ist, daß Metallhalogenid-Precursoren im allgemeinen Filme mit Halogenidverunreinigungen erzeugen, welche einen nachteiligen Effekt auf die Filmeigenschaften besitzen können. Weiterhin können manche Halogenide, wie Chlor, Reaktor- oder Pumpenschaden oder Umweltauswirkungen herbeiführen. Noch ein anderer Nachteil von herkömmlichen ALD-Techniken ist, daß die Abscheidungsrate sehr niedrig sein kann, weil nur eine partielle Monoschicht während jedes Zyklus abgeschieden wird, was zu einem geringen Durchsatz und hohen Betriebskosten führt. Schließlich besitzen ALD-Metallprecursoren die Neigung, in den Zufuhrleitungen und auf Reaktoroberflächen zu kondensieren, was zu potentiellen praktischen Problemen führt.
Eine alternative LPCVD-Abscheidungstechnik ist MOCVD. In diesem Verfahren kann ein organischer Precursor, wie Zirconium-tert-butoxid (Zr[OC₄H₉]₄) verwendet werden, um ZrO₂ abzuscheiden. Dies kann durch die thermische Zersetzung des Zirconium-tert-butoxids auf der Waferoberfläche erfolgen, oder Sauerstoff kann zugegeben werden, um eine vollständige Oxidation des Precursors zu gewährleisten. Ein Vorteil dieses Verfahrens ist, daß eine große Vielzahl an Precursor-Auswahlmöglichkeiten zur Verfügung steht. Tatsächlich können sogar herkömmliche ALD-Precursoren verwendet werden. Einige dieser Precursoren sind Gase oder Flüssigkeiten mit Dampfdrücken, welche gestatten, daß die Precursoren leichter in den Reaktor zugeführt werden. Ein weiterer Vor teil von MOCVD besteht darin, daß die Abscheidung kontinuierlich (nicht zyklisch), bei höheren Abscheidungsraten und geringeren Betriebskosten, erfolgt.
Ein Hauptnachteil von MOCVD ist jedoch, daß die Abscheidungsrate und Filmstöchiometrie nicht intrinsisch selbst-limitierend sind. Insbesondere die Filmabscheidungsrate ist im allgemeinen abhängig von der Temperatur und der Precursor-Strömungsgeschwindigkeit. Somit muß die Wafer-Temperatur sehr sorgfältig reguliert werden, um eine annehmbare Gleichmäßigkeit und Reproduzierbarkeit der Filmdicke zu erzielen. Weil MOCVD-Precursoren im allgemeinen unter Einsatz eines erwärmten Bubblers bzw. Gasspülers mit einem Trägergas zugeführt werden, ist es jedoch für gewöhnlich ebenfalls schwierig, den Precursor-Fluß durch diese Technik zu regulieren. Ein weiterer Nachteil von herkömmlicher MOCVD besteht darin, daß der Prozessdruck im allgemeinen hoch ist, was zu potentiell komplexen Reaktionen mit Kontaminanten aus Reaktoroberflächen führen kann. Wenn die Abscheidungsrate zu hoch ist, können auch Verunreinigungen aus dem Reaktor oder Precursoren (wie Kohlenstoff) innerhalb des Films eingebaut werden.
Daher besteht derzeitig ein Bedarf nach einem verbesserten System zur Abscheidung eines Films auf einem Substrat.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Abscheidung eines Films auf einem Substrat (z.B. Halbleiter-Wafer) offenbart. Das Substrat kann innerhalb eines Reaktorgefäßes bei einem Druck von etwa 0,1 Millitorr bis etwa 100 Millitorr, und in einigen Ausführungsformen, von etwa 0,1 Millitorr bis etwa 10 Millitorr, und auch bei einer Temperatur von etwa 100°C bis etwa 500°C, und in manchen Ausführungsformen von etwa 250°C bis etwa 450°C, enthalten sein.
Das Verfahren umfaßt das Unterwerfen des Substrates unter einen Reaktionszyklus, der das Einspeisen eines Gas-Precursors in das Reaktorgefäß bei einer Temperatur von etwa 20°C bis etwa 150°C und einem Dampfdruck von etwa 0,1 Torr bis etwa 100 Torr umfaßt. In einigen Ausführungsformen beläuft sich der Gas-Precursor-Dampfdruck auf etwa 0,1 Torr bis etwa 10 Torr, und die Gas-Precursor-Temperatur beträgt etwa 20°C bis etwa 80°C. Der Gas-Precursor umfaßt mindestens eine organometallische Verbindung und kann ohne die Verwendung eines Trägergases oder eines Bubblers zugeführt werden. Falls gewünscht, kann die Fließgeschwindigkeit des Gas-Precursors reguliert werden (z.B. unter Verwendung einer Steuereinrichtung auf Druckbasis), um die Verfahrens-Wiederholbarkeit zu verbessern.
Neben einem Gas-Precursor kann der Reaktionszyklus auch das Zuführen eines Spülgases, eines oxidierenden Gases oder Kombinationen hiervon in das Reaktorgefäß einschließen. Beispielsweise kann das Spülgas gewählt werden aus der Gruppe, bestehend aus Stickstoff, Helium, Argon und Kombinationen hiervon. Darüber hinaus kann das oxidierende Gas gewählt werden aus der Gruppe, bestehend aus Stickstoffoxid, Sauerstoff, Ozon, Distickstoffoxid, Dampf und Kombinationen hiervon.
Als ein Ergebnis des Reaktionszykluses wird wenigstens eine partielle Monoschicht eines Films gebildet. Beispielsweise kann der Film ein Metalloxid enthalten, welches, ohne Einschränkung darauf, Aluminiumoxid (Al₂O₃), Tantaloxid (Ta₂O₅), Titanoxid (TiO₂), Zirconiumoxid (ZrO₂), Hafniumoxid (HfO₂), Yttriumoxid (Y₂O₃), Kombinationen hiervon und dergleichen einschließt. Darüber hinaus kann der Film auch ein Metallsilicat, wie Hafniumsilicat oder Zirconiumsilicat, enthalten. Zusätzliche Reaktionszyklen können angewandt werden, um die Zieldicke (z.B. weniger als etwa 30 Nanometer) zu erreichen.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein bei niedrigem Druck arbeitendes chemisches Dampfabscheidungssystem zur Abscheidung eines Films auf einem Substrat offenbart. Das System umfaßt ein Reaktorgefäß, welches einen Substrathalter für das zu beschichtende Substrat und einen Precursor-Ofen, angepaßt zur Zuführung eines Gas-Precursors an das Reaktorgefäß bei einer Temperatur von etwa 20°C bis etwa 150°C, und in manchen Ausführungsformen von etwa 20°C bis etwa 80°C, einschließt. Der Precursor-Ofen kann eine oder mehrere Heizeinrichtungen zur Erwärmung des Gas-Precursors auf die gewünschte Temperatur enthalten. Das Reaktorgefäß kann mehrere Substrathalter zum Tragen mehrerer Substrate enthalten.
Das System umfaßt ferner eine druckbasierende Steuereinrichtung, fähig zur Regulierung der Fließrate des aus dem Precursorofen zugeführten Gasprecursors, so daß dieser bei einem Dampfdruck von etwa 0,1 Torr bis etwa 100 Torr und in manchen Ausführungsformen von etwa 0,1 Torr bis etwa 10 Torr in das Reaktorgefäß zugeführt wird. Die druckbasierende Steuereinrichtung kann mit einem oder mehreren Ventilen kommunizieren. Zum Beispiel können die Ventile, in einer Ausführungsform, an einen Reaktordeckel, welcher das Reaktorgefäß und den Precursorofen trennt, fest-gekoppelt sein.
Das System kann auch eine Gasverteiler-Baugruppe umfassen, welche den Gasprecursor aus dem Precursorofen empfängt und an das Reaktorgefäß zuführt. Beispielsweise kann die Gasverteiler-Baugruppe einen Brausekopf einschließen, welcher ein Plenum bzw. eine Sammelkammer aufweist. Während eines Reaktionszykluses kann das Verhältnis, definiert durch den Druck an der Brausekopf-Sammelkammer, dividiert durch den Druck des Reaktorgefäßes, etwa 1 bis etwa 5, und in manchen Ausführungsformen etwa 2 bis etwa 4, betragen.
Neben den obenstehend erwähnten Komponenten kann das System auch verschiedene andere Komponenten verwenden. Zum Beispiel kann das System, in einer Ausführungsform, einen entfernt gelegenen Plasmagenerator in Kommunikation mit dem Reaktorgefäß umfassen. Darüber hinaus kann das System eine Energiequelle umfassen, welche zum Erwärmen des Substrats auf eine Temperatur von etwa 100°C bis etwa 500°C und in manchen Ausführungsformen von etwa 250°C bis etwa 450°C in der Lage ist.
Andere Merkmale und Aspekte der vorliegenden Erfindung werden in größerer Ausführlichkeit nachstehend erörtert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Eine vollständige und befähigende Beschreibung der vorliegenden Erfindung, einschließlich der besten Form davon, welche sich an den Durchschnittsfachmann richtet, wird im genaueren im Rest der Beschreibung dargelegt, wobei Bezug auf die beigefügten Figuren genommen wird, worin:
1 eine graphische Wiedergabe der Fließraten- und Zeitperioden-Profile von zwei Reaktionszyklen für die Abscheidung von ZrO₂ unter Anwendung der Abfolge H₂O-Spülen-ZrCl₄-Spülen (A-B-C-B) in einem herkömmlichen ALD-Verfahren ist;
2 eine graphische Wiedergabe der Fließraten- und Zeitperioden-Profile von zwei Reaktionszyklen zur Abscheidung eines Oxidfilms unter Anwendung der Abfolge Precursor-Spülen-Oxidierer-Spülen (A-B-C-D) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
3 eine Illustration einer Ausführungsform eines Systems, welches in der vorliegenden Erfindung angewandt werden kann, ist;
4 eine exemplarische graphische Illustration der Beziehung zwischen Abscheidungsdicke und Abscheidungstemperatur für ein Nicht-ALD-Zyklusverfahren und ein ALD-Verfahren ist;
5 die Rückdruckmodell-Ergebnisse für einen Strom von Hafnium(IV)-t-butoxid von 1 Standardkubikzentimeter pro Minute gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
6 die Dampfdruckkurve von Hafnium(IV)-t-butoxid veranschaulicht, wobei das Gas einen Dampfdruck von 1 Torr bei 60°C und 0,3 Torr bei 41 °C besitzt;
7 die Dampfdruckkurve von HfCl₄ veranschaulicht, wobei das Gas einen Dampfdruck von 1 Torr bei 172°C und 0,3 Torr bei 152°C aufweist.
8 eine Ausführungsform eines Precursorofens veranschaulicht, welcher in der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden kann, wobei 8a die Auslegung des Precursorofens aus einer Perspektive von oben zeigt, und die 8b die Auslegung des Precursorofens aus einer Perspektive von unten zeigt, wobei die Brauseköpfe und der Reaktordeckel veranschaulicht werden;
9 eine Ausführungsform eines Reaktorgefäßes veranschaulicht, welches in der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann; und
10 ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform des Systems der vorliegenden Erfindung ist, welches Gasströmungs- und Vakuum-Komponenten veranschaulicht.
Die wiederholte Benutzung von Bezugsziffern in der vorliegenden Beschreibung und den Zeichnungen erfolgt in der Absicht, dieselben oder ähnliche Merkmale oder Elemente der Erfindung zu repräsentieren.
Ausführliche Beschreibung von stellvertretenden Ausführungsformen
Der Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet soll verstehen, daß die vorliegende Erörterung lediglich eine Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen ist und nicht als Einschränkung der weitergefaßten Aspekte der vorliegenden Erfindung beabsichtigt ist, wobei diese weitergefaßten Aspekte in der beispielhaften Konstruktion verkörpert sind.
Die vorliegende Erfindung richtet sich im allgemeinen auf ein System und ein Verfahren zur Abscheidung eines Dünnfilms auf ein Substrat. Der Film kann im allgemeinen eine Dicke von weniger als etwa 30 Nanometer besitzen. Wenn beispielsweise logische Vorrichtungen, wie MOSFET-Elemente, gebildet werden, beläuft sich die resultierende Dicke typischerweise auf etwa 1 bis etwa 8 Nanometer und in manchen Ausführungsformen etwa 1 bis etwa 2 Nanometer. Wenn Speicherelemente, wie DRAMs, gebildet werden, beträgt die resultierende Dicke weiterhin typischerweise etwa 2 bis etwa 30 Nanometer und in manchen Ausführungsformen etwa 5 bis etwa 10 Nanometer. Die dielektrische Konstante des Films kann in Abhängigkeit von den gewünschten Merkmalen des Films ebenfalls relativ niedrig (z.B. geringer als etwa 5) oder hoch (größer als etwa 5) sein. Zum Beispiel könnten gemäß der vorliegenden Erfindung gebildete Filme eine relativ hohe dielektrische Konstante "k", wie größer als etwa 8 (z.B. von etwa 8 bis etwa 200), in manchen Ausführungsformen größer als etwa 10, und in einigen Ausführungsformen größer als etwa 15 aufweisen.
Das System der vorliegenden Erfindung kann angewandt werden, um einen Film abzuscheiden, welcher ein Metalloxid enthält, in welchem das Metall Aluminium, Hafnium, Tantal, Titan, Zirconium, Yttrium, Silicium, Kombination hiervon und dergleichen ist. Beispielsweise kann das System eingesetzt werden, um einen Dünnfilm eines Metalloxids, wie Aluminiumoxid (Al₂O₃), Tantaloxid (Ta₂O₅), Titanoxid (TiO₂), Zirconiumoxid (ZrO₂), Hafniumoxid (HfO₂), Yttriumoxid (Y₂O₃) und dergleichen, auf einen aus Silicium hergestellten Halbleiter-Wafer abzuscheiden. Zum Beispiel bildet Tantaloxid typischerweise einen Film mit einer dielektrischen Konstante zwischen etwa 15 und etwa 30. Auch eine Metallsilicat- oder -aluminat-Verbindung, wie Zirconiumsilicat (SiZ rO₄), Hafniumsilicat (SiHfO₄), Zirconiumaluminat (ZrAlO₄), Hafniumaluminat (HfAlO₄) und dergleichen, kann abgeschieden werden. Ferner kann auch eine stickstoffhaltige Verbindung, wie Zirconiumoxynitrid (ZrON), Hafniumoxynitrid (HfON) und dergleichen abgeschieden werden. Darüber hinaus können andere Dünnfilme ebenfalls gebildet werden, einschließlich, ohne Einschränkung darauf, Dielektrika für Gatter- und Kondensator-Anwendungen, metallischer Elektroden für Gatteranwendungen, ferroelektrischer und piezoelektrischer Filme, Leitungsbarrieren und Ätzungs-Stops, Wolfram-Keimschichten, Kupfer-Keimschichten und seichter Gräben-Isolierungs-Dielektrika und Nieder-k-Dielektrika.
Um den Film abzuscheiden, kann das Substrat einem oder mehreren Reaktionszyklen unter Anwendung eines Systems der vorliegenden Erfindung unterzogen werden. In einem typischen Reaktionszyklus wird das Substrat zum Beispiel auf eine bestimmte Temperatur erwärmt (z.B. etwa 20°C bis etwa 500°C). Danach werden ein oder mehrere reaktive Gasprecursor auf zyklische Weise in das Reaktorgefäß zugeführt. Dann können zusätzliche Reaktionszyklen angewandt werden, um andere Schichten) auf das Substrat abzuscheiden, um einen Film mit einer gewünschten Dicke zu erzielen. Als Ergebnis kann ein Film in einem Reaktionszyklus gebildet werden, welcher eine Dicke, die gleich zu wenigstens einer partiellen Monoschicht ist, besitzt.
Unter Bezugnahme auf 3 wird nun, zum Beispiel, eine Ausführungsform eines Systems ausführlicher beschrieben werden, welches für die Abscheidung eines Films auf ein Substrat angewandt werden kann. Es versteht sich jedoch, daß das hierin beschriebene und veranschaulichte System lediglich eine Ausführungsform ist, welche in der vorliegenden Erfindung angewandt werden kann, und daß andere Ausführungsformen ebenfalls in der vorliegenden Erfindung in Betracht gezogen werden. In dieser Hinsicht wird ein System 80 veran schaulicht, welches im allgemeinen ein Reaktorgefäß 1 (siehe auch 9) und einen Precursor-Ofen 9 einschließt, welche durch einen Reaktordeckel 37 getrennt sind (siehe auch 8a–8b). Das Reaktorgefäß 1 ist angepaßt, um ein oder mehrere Substrate aufzunehmen, wie Halbleiter-Wafer 28, und kann aus einem beliebigen einer Vielzahl von unterschiedlichen Materialien hergestellt sein, wie nicht-rostendem Stahl, Keramik, Aluminium und dergleichen. Es versteht sich jedoch, daß das Reaktorgefäß 1 auch angepaßt ist, um, außer Wafern, andere Substrate, wie optische Teile, Folien, Fasern, Bänder etc. zu verarbeiten.
Das Reaktorgefäß 1 kann während eines Reaktionszyklus mit einem Hochvakuum (Niederdruck) versehen sein. In der veranschaulichten Ausführungsform wird der Druck innerhalb des Reaktorgefäßes 1 durch ein Druckmeßgerät 10 überwacht und wird durch ein Drosselgatterventil 4 reguliert. Der niedrige Reaktorgefäßdruck kann auf vielen Wegen erzielt werden. In der veranschaulichten Ausführungsform wird der niedrige Druck zum Beispiel unter Verwendung eines Vakuumrohrs 30 und einer Turbomolekular-Pumpe 5 erzielt, welche mit einer Öffnung 60 verbunden ist (siehe auch 9). Selbstverständlich können auch andere Techniken zum Erreichen des niedrigen Drucks in der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden. Beispielsweise können andere Pumpen, wie Kryopumpen, Diffusionspumpen, mechanische Pumpen und dergleichen in Verbindung mit oder anstelle der turbomolekularen Pumpe 5 eingesetzt werden. Gegebenenfalls können die Wände des Reaktorgefäßes 1 auch mit einem Material, wie Nickel, beschichtet oder plattiert sein, welches die Wand-Ausgasung während des Vakuumdrucks verringert.
Falls gewünscht, kann die Temperatur der Wände des Reaktorgefäßes 1 auch während eines Reaktionszyklus reguliert werden (z. B. bei einer konstanten Temperatur gehalten werden), indem eine Heizvorrichtung 34 und/oder ein Kühlkanal 33 verwendet werden. Eine Temperatursteuereinrichtung (nicht gezeigt) kann ein Temperatursignal von einer Temperaturfühler-Einrichtung (z.B. einem Thermoelement) empfangen und in Antwort darauf die Wände auf die gewünschte Temperatur heizen oder kühlen, falls notwendig.
Das System 80 schließt auch zwei Wafer 28 ein, positioniert auf Substrathaltern 2. Es versteht sich jedoch, daß unter Anwendung des Systems der vorliegenden Erfindung ein Film auf jedwede Anzahl von Wafern 28 aufgetragen werden kann. In einer Ausführungsform wird zum Beispiel ein einzelner Wafer in das System 80 eingeführt, und ein Film wird auf diesen aufgebracht. In einer anderen Ausführungsform können drei oder vier Wafer in das System 80 eingeführt und mit einem Film beschichtet werden. Wie gezeigt, können die Wafer 28 durch eine Reaktor-Schlitztür 7 in das Reaktorgefäß 1 eingebracht werden (siehe auch 9).
Sobald auf den Substrathaltern 2 positioniert, können die Wafer 28 unter Anwendung von gut bekannten Techniken (z.B. mechanischen und/oder elektrostatischen) an diese geklammert werden. Während eines Reaktionszykluses können die Wafer 28 durch Heizvorrichtungen (nicht gezeigt), welche innerhalb der Substrathalter 2 eingebettet sind, erwärmt werden. Unter Bezugnahme auf die 9 kann das Reaktorgefäß 1 zum Beispiel zwei Spannvorrichtungen bzw. Klemmbacken 102 enthalten, auf welchen Wafer positioniert und mit Klammern 104 angeklammert werden können. Alternativ dazu können die Wafer 28 durch andere gut bekannte, im Fachgebiet angewandte Techniken erwärmt werden, wie durch Licht, Laser (z.B. einen Stickstofflaser), Ultraviolettstrahlungs-Heizvorrichtungen, Bogenlampen, Blitzlampen, Infrarotstrahlungs-Vorrichtungen, Kombinationen hiervon und dergleichen.
Um die Wärmeleitung zwischen den Wafern 28 und den Substrathaltern 2 zu erleichtern, kann ein Rückseitengas (z.B. Helium) an die Rückseite der Wafer 28 über eine Gaszufuhrleitung 29 zugeführt werden. In der in 9 gezeigten Ausführungsform können zum Beispiel die Klemmbacken 102 Furchen 106 enthalten, durch welche das Helium den Raum zwischen dem Wafer 28 und den Klemmbacken 102 effizient ausfüllen kann. Nach der Zufuhr wird überschüssiges Rückseitengas zu einer Durchflußleitung 32 abgeleitet. Eine Steuereinrichtung auf Druckbasis 31 kann den Druck hinter dem Wafer während der Ableitung des Rückseitengases festsetzen. Allgemein ausgedrückt, wird die Menge an Helium, welche in das Reaktorgefäß 1 einströmt, konstant innerhalb eines Bereichs von etwa 2 bis etwa 20 Standard-Kubikzentimeter pro Minute gehalten.
Ebenfalls innerhalb des Reaktorgefäßes 1 sind Hebestifte 3 positioniert, welche konfiguriert sind, um die Wafer 28 von den Substrathaltern 2 so aufwärts zu bewegen, daß ein Vakuumroboter (nicht gezeigt) die Wafer 28 in das Reaktorgefäß 1 einbringen und daraus entnehmen kann, um einen Reaktionszyklus zu beginnen.
Neben dem Reaktorgefäß 1 schließt das System 80 auch einen Precursor-Ofen 9 ein, welcher ausgelegt ist, um ein oder mehrere Gase bei einer bestimmten Temperatur und Strömung während eines Reaktionszyklus in das Reaktorgefäß 1 zuzuführen (siehe auch 8a–8b). Obwohl nicht erforderlich, kann der Precursorofen 9 aus einem isolierenden und wärmebeständigen Material, wie PVC-Kunststoff, Delrin, Teflon und dergleichen, hergestellt sein. Im allgemeinen steht der Ofen 9 in thermischer Verbindung mit einer oder mehreren Heizvorrichtungen 35, welche konfiguriert sind, um durchfließende Gase und/oder Komponenten innerhalb des Ofens 9 vor und/oder während eines Reaktionszyklus zu erwärmen. Ein Thermoelement kann die Temperatur des Ofens 9 messen, und, zum Beispiel, eine externe PID-Temperatursteuereinrichtung kann die Leistung an den Heizvorrichtungen) 35 einstellen, um die gewünschte Temperatur aufrecht zu erhalten. Darüber hinaus können ein oder mehrere Gebläse (nicht gezeigt) innerhalb des Precursor-Ofens 9 eingeschlossen sein, um eine gleichmäßigere Temperaturverteilung über den Ofen 9 hinweg vorzusehen.
In einer Ausführungsform enthält der Precursorofen 9 mindestens einen Precursorvorrat 11, welcher ein oder mehrere Precursor-Gase in das Reaktionsgefäß 1 liefert. In dieser Ausführungsform isoliert ein Ventil 12 den Precursorvorrat 11, so daß der Precursorvorrat 11 vor der Installation in den Precursor-Ofen 9 aufgefüllt werden kann. Um den Precursorvorrat 11 innerhalb des Precursorofens 9 zu installieren, wird der Precursorvorrat 11 an eine Precursorzuführungsleitung 14 angeschlossen. Danach wird die Zuführungsleitung 14 unter Verwendung eines Ventils 36 ausgepumpt und/oder gespült. Vor der Abscheidung auf ein Substrat kann der Gasprecursor durch die Heizvorrichtungen) 35 erwärmt werden, um einen bestimmten Dampfdruck zu erreichen. In einigen Ausführungsformen wird der Gasprecursor beispielsweise unter Verwendung einer Temperaturfühlervorrichtung (z.B. Thermoelement) und einer Temperatur-Steuereinrichtung (nicht gezeigt) bei einer Temperatur von etwa 20°C bis etwa 150°C gehalten. Eine typische Einstellpunkt-Temperatur für Zirconium-t-butoxid beläuft sich zum Beispiel auf etwa 50°C bis etwa 75°C.
Nachdem er auf die gewünschte Temperatur erwärmt worden ist, kann der innerhalb des Vorrats 11 enthaltene Gasprecursor dann durch die Zuführungsleitung 14 in das Reaktorgefäß 1 zugeführt werden. Die Steuerung der Strömung des Gasprecursors in das Reaktorgefäß 1 wird durch die Anwendung eines Ventils 13, eines Druck-basierenden Strömungsregulators 15 und eines Ventils 16 ermöglicht. Das Leitvermögen des Precursorgas-Zuführungsweges aus dem Vorrat 11 in das Reaktorgefäß 1 kann maximiert werden, so daß der Rückdruck minimiert wird, wodurch eine Minimaltemperatur des Precursorofens 9 gestattet wird. In einer Ausführungsform kann die druckbasierende Strömungs-Steuereinrichtung 15 zum Beispiel einen Druckabfall in der Größenordnung des 2- bis 3fachen für eine angemessene Druckkontrolle verwenden, obwohl sicherlich andere Druckabfälle verwendet werden können. Durch Einsetzen einer druckbasierenden Steuereinrichtung 15 zur Regulierung der Strömungsgeschwindigkeit des Gas-Precursors muß die Temperatursteuervorrichtung nicht so präzise sein, wie bei Trägergas- oder Bubbler-Typ-Konfigurationen.
Die Zuführungsleitung 14 speist das Precursorgas in zwei Brauseköpfe 61 ein, welche Brausekopfplatten 6 und Sammelkammern 8 enthalten, obwohl sicherlich jedwede Anzahl an Brauseköpfen 61 in der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Die Brausekopfplatte 6 besitzt Löcher zum Austeilen eines Gases auf die Oberfläche der Wafer 28. Obwohl nicht erforderlich, werden die Brauseköpfe 61 typischerweise etwa 0,3 bis etwa 5 Inch von der oberen Oberfläche der Wafer 28 entfernt positioniert. Die Konfiguration und die Auslegung der Löcher in den Brauseköpfen 61 kann variiert werden, um verschiedene Kammerkonfigurationen und Anwendungen zu unterstützen. In manchen Ausführungsformen können zahlreiche kleine Löcher in geraden Reihen oder in einem wabenförmigen Muster mit gleichgroßen Löchern und gleichem Abstand zwischen den Löchern angeordnet sein. In anderen Ausführungsformen kann die Dichte und Größe der Löcher variiert werden, um eine gleichmäßigere Abscheidung zu fördern. Darüber hinaus können die Löcher richtungsmäßig angewinkelt sein, oder der Brausekopf kann geneigt sein, um den Gasstrom der jeweiligen Kammer zu kompensieren. Im allgemeinen werden die Größen, das Muster und die Richtung der Löcher gewählt, um eine gleichmäßige Abscheidung über die gesamte Substratoberfläche zu fördern, wobei die Konfiguration des Reaktorgefäßes und anderer Komponenten berücksichtigt werden.
Wie obenstehend angegeben, trennt ein Reaktordeckel 37 den Precursorofen 9 vom Reaktorgefäß 1. Der Reaktordeckel 37 ist im allgemeinen aus Aluminium oder nichtrostendem Stahl gebildet und kann verhindern, daß das Reaktorgefäß 1 an Luft aus der umgebenden Umwelt exponiert wird. In einigen Ausführungsformen können ein oder mehrere der Ventile, verwendet zur Regulierung der Strömung von Gasen innerhalb des Systems 80, an den Reaktordeckel 37 festgekoppelt sein. Die feste Ankopplung ermöglicht, daß die Länge der Gaszuführungsleitungen minimiert wird, so daß die Vakuum-Leitfähigkeit der Leitungen relativ hoch sein kann. Leitungen und Ventile mit hohem Leitungsvermögen führen zu einem verringerten Rückdruck aus den Brauseköpfen gegen die Precursorquellgefäße. In einer Ausführungsform werden beispielsweise die Ventile 16, 18 (nachstehend ausführlicher erörtert), 21 und 23 an den Reaktordeckel 37 festgekoppelt, so daß das Volumen der Brausekopf-Sammelkammer 8 minimiert wird. In dieser Ausführungsform schließt das Volumen der Brausekopf-Sammelkammer 8 das Volumen hinter der Brausekopf-Frontplatte 6 sowie das Volumen der Verbindungsleitungen bis zu den Ventilsitzen für die Ventile 16, 18, 21 und 23 ein.
Um einen Film auf den Wafern 28 zu bilden, werden ein oder mehrere Gase in das Reaktorgefäß 1 eingespeist. Der Film kann direkt auf den Wafern 28 oder auf einer Barrierenschicht, wie einer Siliciumnitridschicht, welche zuvor auf den Wafern 28 gebildet wurde, aufgebaut werden. In dieser Hinsicht, unter Bezugnahme auf die 2–3, wird nun eine Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung zur Bildung eines Films auf den Wafern 28 ausführlicher beschrieben werden. Es versteht sich jedoch, daß andere Abscheidetechniken ebenfalls in der vorliegenden Erfindung angewandt werden können.
Wie gezeigt, wird ein Reaktionszyklus eingeleitet, indem zuerst die Wafer 28 auf eine gewisse Temperatur erwärmt werden. Die jeweilige Wafertemperatur für einen gegebenen Reaktionszyklus kann im allgemeinen variieren, basierend auf dem verwendeten Wafer, den verwendeten Gasen und/oder den gewünschten Merkmalen des abgeschiedenen Films, wie nachstehend ausführlicher erläutert werden wird. Wenn zum Beispiel eine dielektrische Schicht auf einen Siliciumwafer abgeschieden wird, wird die Wafertemperatur typischerweise auf etwa 20°C bis etwa 500°C, in manchen Ausführungsformen etwa 100°C bis etwa 500°C, und in einigen Ausführungsformen etwa 250°C bis etwa 450°C gehalten. Darüber hinaus kann der Reaktorgefäßdruck während eines Reaktionszyklus im Bereich von etwa 0,1 Millitorr ("mTorr") bis etwa 100 mTorr und in einigen Ausführungsformen von etwa 0,1 mTorr bis 10 mTorr liegen. Ein niedriger Reaktorgefäßdruck kann die Entfernung von Reaktionsverunreinigungen, wie Kohlenwasserstoff-Nebenprodukten, aus dem abgeschiedenen Film verbessern und kann dabei helfen, das Precursor- und Oxidierungs-Gas während der Spülzyklen) zu entfernen. Typische ALD- und MOCVD-Verfahren arbeiten andererseits gewöhnlich bei viel höheren Drücken.
Wie durch Schritt "A" in der 2 veranschaulicht, wird ein Gasprecursor (veranschaulicht als "P1" in der 3) in das Reaktorgefäß 1 zugeführt, während die Wafer 28 bei der Wafertemperatur über die Leitung 14 während einer Zeitdauer "TA" und bei einer gewissen Strömungsgeschwindigkeit "FA" gehalten werden. Im Besonderen wird der Gasprecursor durch Öffnen der Ventile 12, 13 und 16 in das Reaktorgefäß 1 eingespeist, wobei die Strömung mittels einer Druck-basierenden Strömungs-Regeleinrichtung 15, wie einer Strömungs-Regeleinrichtung MKS Modell 1150 oder 1153, gesteuert wird. Folglich strömt der Gasprecursor durch die Leitung 14, füllt die Brausekopf-Sammelkammer 8 und fließt in das Reaktorgefäß 1. Falls gewünscht können auch die Ventile 19 und/oder 22 gleichzeitig zu der Öffnung der Gasprecursor-Einspeisungsventile 12, 13 und 16 geöffnet werden, um den Fluß von Spülgas und oxidierendem Gas durch die Ventile zu der Bypass-Pumpe vorzusehen. Die gleichzeitige Öff nung der Ventile 19 und 22 kann ermöglichen, einen stabilen Fluß der Spül- und/oder Oxidierungs-Gase einzurichten, bevor diese Gase in das Reaktorgefäß 1 zugeführt werden. Die Gasprecursor-Strömungsgeschwindigkeit "FA" kann variieren, beträgt aber typischerweise etwa 0,1 bis etwa 10 Standard-Kubikzentimeter pro Minute, und in einer Ausführungsform etwa 1 Standard-Kubikzentimeter pro Minute. Die Gasprecursor-Zeitdauer "TA" kann ebenfalls variieren, beträgt aber typischerweise etwa 0,1 bis etwa 10 Sekunden oder mehr, und in einer Ausführungsform etwa 1 Sekunde. Nach Kontaktieren der erwärmten Wafer 28 chemisorbiert, physisorbiert oder reagiert der Gasprecursor anderweitig mit der Oberfläche der Wafer 28.
Im allgemeinen kann eine Vielzahl von Gas-Precursoren in der vorliegenden Erfindung zur Bildung des Films verwendet werden. Zum Beispiel können einige geeignete Gas-Precursoren, ohne darauf eingeschränkt zu sein, diejenigen Gase einschließen, welche Aluminium, Hafnium, Tantal, Titan, Silicium, Yttrium, Zirconium, Kombinationen hiervon und dergleichen enthalten. In einigen Fällen kann der Dampf einer organo-metallischen Verbindung als der Precursor verwendet werden. Einige Beispiele derartiger organo-metallischen Gas-Precursoren können, ohne darauf eingeschränkt zu sein, Tri-i-butylaluminium, Aluminiumethoxid, Aluminiumacetylacetonat, Hafnium(IV)-t-butoxid, Hafnium(IV)-ethoxid, Tetrabutoxysilan, Tetraethoxysilan, Pentakis(dimethylamino)tantal, Tantalethoxid, Tantalmethoxid, Tantaltetraethoxyacetylacetonat, Tetrakis(diethylamino)titanium, Titan-t-butoxid, Titanethoxid, Tris(2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptandionato)titanium, Tris[N,N-bis(trimethylsilyl)amid]yttrium, Tris(2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptandionato)yttrium, Tetrakis(diethylamino)zirconium, Zirconium-t-butoxid, Tetrakis(2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptandionato)zirconium, Bis(cyclopentadienyl)dimethylzirconium und dergleichen einschließen. Es versteht sich jedoch, daß in der vorliegenden Erfindung anorganische metallische Gas-Precursoren in Verbindung mit organischen metallischen Precursoren verwendet werden können. In einer Ausführungsform wird zum Beispiel ein organischer metallischer Precursor (z.B. Organosilicium-Verbindung) während eines ersten Reaktionszyklus verwendet, wohingegen ein anorganischer metallischer Precursor (z.B. eine siliciumhaltige anorganische Verbindung) während eines zweiten Reaktionszyklus verwendet wird, oder umgekehrt.
Es ist festgestellt worden, daß organometallische Gas-Precursoren, wie obenstehend beschrieben, bei einem relativ geringen Dampfdruck in das Reaktorgefäß 1 eingespeist werden können. Der Dampfdruck des Gas-Precursors kann im allgemeinen basierend auf der Temperatur des Gases und dem jeweiligen gewählten Gas variieren. In den meisten Ausführungsformen liegt der Dampfdruck des Gas-Precursors jedoch im Bereich von etwa 0,1 Torr bis etwa 100 Torr, und in einigen Ausführungsformen von etwa 0,1 Torr bis etwa 10 Torr. Ein geringer Druck erlaubt, daß die druckbasierende Strömungs-Regeleinrichtung 15 den Druck während eines Reaktionszyklus ausreichend reguliert. Darüber hinaus wird ein derartiger niedriger Dampfdruck typischerweise auch bei einer relativ niedrigen Gas-Precursor-Temperatur erzielt. Insbesondere beträgt die Gas-Precursor-Temperatur während eines Reaktionszyklus im allgemeinen etwa 20 °C bis etwa 150 °C, und in einigen Ausführungsformen etwa 20 °C bis etwa 80 °C. Auf diese Weise kann das System der vorliegenden Erfindung Gase bei geringem Druck und geringer Temperatur verwenden, um die Verfahrenseffizienz zu verbessern. Zum Beispiel veranschaulicht die 6 eine Dampfdruck-Kurve für Hafnium(IV)-t-butoxid, in welcher das Gas einen Dampfdruck von 1 Torr bei 60 °C und 0,3 Torr bei 41 °C besitzt. Somit würde in dieser Ausführungsform eine Temperatur von nur etwa 41 °C erforderlich sein, um einen Dampfdruck von 0,3 Torr zu erzielen. Im Gegensatz dazu erfordern Precursor-Gase, welche häufig in herkömmlichen Atomschicht-Abscheidungs(ALD)-Verfahren verwendet werden, wie Metallhalogenide, im allgemeinen eine viel höhere Temperatur, um einen derartig niedrigen Dampfdruck zu erzielen. Zum Beispiel veranschaulicht die 7 eine Dampfdruckkurve für HfCl₄, worin das Gas einen Dampfdruck von 1 Torr bei 172 °C und 0,3 Torr bei 152 °C besitzt. In diesem Fall würde eine Temperatur von mindestens etwa 152 °C erforderlich sein, um den gleichen Dampfdruck zu erreichen, welcher für Hafnium(IV)-t-butoxid bei einer Temperatur von nur etwa 41 °C erzielt wird. Aufgrund der Schwierigkeiten bei der Erzielung eines niedrigen Dampfdrucks unter Verwendung von herkömmlichen ALD-Gas-Precursoren, der typischerweise für die Steuerbarkeit erfordert wird, werden Gas-Precursoren häufig mit einem Trägergas zugeführt und/oder in Verbindung mit einem Bubbler verwendet. Im Gegensatz dazu erfordern die in der vorliegenden Erfindung verwendeten Gas-Precursoren keine derartigen zusätzlichen Merkmale und werden vorzugsweise ohne eine Trägergas- und/oder Bubbler-Typ-Konfiguration in das Reaktorgefäß zugeführt.
Nach Zuführen des Gas-Precursors (Schritt "A" von 2) werden die Ventile 16 und 19 geschlossen (falls offen), und die Ventile 20 und 21 werden geöffnet (z.B. gleichzeitig). Somit wird der Gas-Precursor zu einer Bypass-Pumpe umgeleitet, während ein Spülgas aus einer Zuführungsleitung 25 durch die Brausekopf-Sammelkammer 8 bei einer bestimmten Fließgeschwindigkeit "FB" und während einer bestimmten Zeitdauer "TB" (Schritt "B" von 2) in das Reaktorgefäß 1 geleitet wird. Obwohl es nicht notwendig ist, können die Fließgeschwindigkeit "FB" und die Zeitdauer "TB" der Fließgeschwindigkeit "FA" bzw. der Zeitdauer "TA" nahekommen. Während der Einspeisung des Spülgases wird der restliche Gas-Precursor innerhalb der Brausekopf-Sammelkammer 8 schrittweise verdünnt und in das Reaktorgefäß 1 gedrückt (d. h. aus der Brausekopf-Sammelkammer 8 ausgespült). Geeignete Spülgase können, ohne Einschränkung darauf, Stickstoff, Helium, Argon und dergleichen einschließen. Andere geeignete Spülgase werden in U.S.-Patent-Nr. 5,972,430 von DiMeo, Jr. beschrieben, was hierin für alle Zwecke in seiner Gesamtheit durch den Bezug darauf einbezogen ist.
Die zur Durchführung des "Ausspülens" des Gas-Precursors erforderliche Zeit hängt im allgemeinen von dem Volumen der Brausekopf-Sammelkammer 8 und dem Rückdruck des Brausekopfs ab. Deshalb werden das Sammelkammervolumen und der Brausekopf-Rückdruck im allgemeinen für die im Zyklus-Schritt verwendeten, spezifischen Fließgeschwindigkeiten angepasst. Typischerweise wird der Brausekopf-Rückdruck durch Anpassen der Anzahl von Brausekopf-Löchern, der Löcherlänge und/oder des Lochdurchmessers eingestellt, bis ein "Rückdruck-Verhältnis" von etwa 1 bis etwa 5, in einigen Ausführungsformen von etwa 2 bis etwa 4, und in einer Ausführungsform von etwa 2 erzielt wird. Das "Rückdruck-Verhältnis" ist als der Sammelkammer-Druck, dividiert durch den Reaktorgefäß-Druck, definiert. Kleinere Verhältnisse können annehmbar sein, wenn die Strömungsgleichmäßigkeit nicht kritisch ist. Höhere Verhältnisse können gleichermaßen ebenfalls annehmbar sein, obwohl die Spülzeit und folglich die Zykluszeit erhöht werden können, wodurch der Durchsatz verringert wird. Beispielsweise veranschaulicht die 5 eine Ausführungsform, in welcher Hafnium(IV)-tert-butoxid bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 1 Standard-Kubikzentimeter pro Minute in eine Brausekopf-Sammelkammer zugeführt wurde. In dieser Ausführungsform wurden die Anzahl von Brausekopf-Löchern, die Lochlänge und der Lochdurchmesser gewählt, um einen Kammerdruck (Reaktordruck) von 1,0 Millitorr und einen Brausekopf-Sammelkammer-Druck von 2,4 Millitorr zu erzielen. Folglich betrug das "Rückdruck-Verhältnis" 2,4. Ferner wird, in dieser Ausführungsform, ein Hafnium(IV)-t-butoxid-Dampfdruck von mindestens 300 Millitorr erforderlich sein.
Nach Einspeisung des Spülgases in das Reaktorgefäß 1 während der gewünschten Zeitdauer (Schritt "B" von 2) werden die Ventile 21 und 22 ge schlossen, und die Ventile 19 und 23 werden (z. B. gleichzeitig) geöffnet. Diese Aktion leitet das Spülgas zu einer Bypasspumpe um und lenkt ein oxidierendes Gas aus einer Zuführungsleitung 26 durch die Brausekopf-Sammelkammer 8 bei einer bestimmten Fließgeschwindigkeit "FC" und während einer bestimmten Zeitdauer "TC" in das Rektorgefäß 1 um (Schritt "C" von 2). Obwohl nicht immer erforderlich, kann das oxidierende Gas dabei helfen, die gebildeten Schichten) vollständig zu oxidieren und/oder zu verdichten, um die Kohlenwasserstoff-Fehlerstellen, welche in den Schichten) vorhanden sind, zu verringern.
Wie oben stehend beschrieben, werden die Brausekopf-Sammelkammer 8 und der Rückdruck im allgemeinen so eingestellt, dass das oxidierende Gas das vorausgehende Gas aus der Sammelkammer in kurzer Zeit ausspült. Um eine derartige Spülung zu bewirken, ist es manchmal wünschenswert, dass die Fließgeschwindigkeit "FC" ähnlich zu den Fließgeschwindigkeiten "FA" und/oder "FB" bleibt. Gleichermaßen kann die Zeitdauer "TC" kann ebenfalls ähnlich zu den Zeitdauern "TA" und/oder "TB" sein. Die Zeitdauer "TC" kann auch eingestellt werden, um die vollständige Oxidation des wachsenden Films zu erzielen, aber minimiert werden, um den besten Durchsatz zu erzielen. Geeignete oxidierende Gase können, ohne Einschränkung darauf, Stickstoffoxid (NO₂), Sauerstoff, Ozon, Distickstoffoxid (N₂O), Dampf, Kombinationen hiervon und dergleichen einschließen.
Während der Zeitdauern "TB" und/oder "TC" können die Wafer 28 auf einer Temperatur gehalten werden, welche gleich oder unterschiedlich zu der Temperatur während der Gasprecursor-Abscheidung ist. Beispielsweise kann die Temperatur, verwendet bei der Anwendung der Spül- und/oder Oxidierungs-Gase, etwa 20 °C bis etwa 500 °C, in einigen Ausführungsformen etwa 100 °C bis etwa 500 °C, und in manchen Ausführungsformen etwa 250 °C bis etwa 450 °C betragen. Ferner, wie obenstehend angegeben, ist der Reaktorgefäßdruck während des Reaktionszyklus relativ niedrig, wie etwa 0,1 bis etwa 100 Millitorr, und etwa 0,1 bis etwa 10 Millitorr.
Sobald das oxidierende Gas in das Reaktorgefäß 1 eingespeist worden ist (Schritt "C" von 2), werden die Ventile 23 und 19 geschlossen, und die Ventile 21 und 22 werden geöffnet (z. B. gleichzeitig). Dieser Vorgang leitet das oxidierende Gas zu der Bypasspumpe um und lenkt erneut das Spülgas durch die Brausekopf-Sammelkammer 8 bei einer gewissen Strömungsgeschwindigkeit "FD" und während einer gewissen Zeitdauer "TD", welche typischerweise die gleichen sind, wie obenstehend für den Schritt "B" beschrieben, in den Reaktor.
Es sollte bemerkt werden, dass es ebenfalls möglich ist, atomare oder angeregte Zustände der Oxidierungs- und/oder Spülgase durch die Ventile 21 und/oder 23 und zu den Brauseköpfen 61 zuzuführen, mit dem Zweck, die vollständige Oxidation des wachsenden Films zu unterstützen, oder mit dem Zweck, den wachsenden Film mit Atomen zu dotieren. Unter Bezugnahme auf die 10 kann beispielsweise ein entfernter Plasmagenerator 40 zwischen einer Gaskammer 42 und dem Precursorofen 9 eingefügt werden. Der entfernte Plasmagenerator 40 kann auch für die Reinigung des Reaktors von abgeschiedenen Filmen durch Verwendung von Gasen, wie NF₃, angewandt werden. Die Gaskammer 42 kann bei die Zuführung derartiger Reinigungsgase, sowie des Gasprecursors, des Spülgases und/oder oxidierender Gase, an den Precursorofen 9 unterstützen.
Die vorstehend erwähnten Verfahrensschritte werden kollektiv als ein "Reaktionszyklus" bezeichnet, obwohl einer oder mehrere derartiger Schritte des "Reaktionszyklus" nach Bedarf eliminiert werden können. Ein einzelner Reaktionszyklus scheidet im allgemeinen einen Bruchteil einer Monoschicht des Dünn films ab, aber die Zyklusdicke kann mehrere Monoschichten dick sein, was von Verfahrensbedingungen, wie Wafertemperatur, Verfahrenstemperatur und Gasfließgeschwindigkeiten, abhängig ist.
Um eine Zieldicke zu erreichen, können zusätzliche Reaktionszyklen ausgeführt werden. Derartige zusätzliche Reaktionszyklen können bei den gleichen oder anderen Bedingungen, als beim obenstehend beschriebenen Reaktionszyklus, arbeiten. Beispielsweise kann, unter erneuter Bezugnahme auf die 3, ein zweiter Precursor-Vorrat 39 ein zweites Precursorgas (veranschaulicht als "P2") durch eine zweite Zuführungsleitung 27 und unter Anwendung einer druckbasierenden Strömungs-Regeleinrichtung 38 zuführen. In dieser Ausführungsform isoliert ein Ventil 18 den Precursor-Vorrat 39, so dass der Precursorvorrat 39 vor Installation in dem Precursorofen 9 aufgefüllt werden kann. Der Precursor-Vorrat 39 kann auf eine ähnliche Weise zum Precursor-Vorrat 11 installiert werden. Vor der Abscheidung auf ein Substrat kann der Gasprecursor aus dem Vorrat 39 ebenfalls durch die Heizvorrichtungen) 35 erwärmt werden, um einen bestimmten Dampfdruck zu erreichen.
Der Reaktionszyklus für den zweiten Precursor kann ähnlich oder unterschiedlich zu dem Reaktionszyklus für den ersten Precursor, wie obenstehend beschrieben, sein. In einer besonderen Ausführungsform können beispielsweise zusätzliche Schritte "E–H" (2) angewandt werden, um ein abwechselndes Laminat aus ersten und zweiten Gasprecursorfilmen in einem einzigen Reaktionszyklus herzustellen. Für jeden Zyklus können die Precursorgase ("E" und "A"), die Spülgase ("B", "D", "F" und "H") und die oxidierenden Gase ("C" und "G") gleich oder verschieden sein. Alternativ dazu kann der erste Gasprecursor-Film auch zu einer spezifischen Dicke (ein oder mehrere Reaktionszyklen) abgeschieden werden, gefolgt von dem zweiten Gasprecursor-Film zu einer anderen spezifischen Dicke (ein oder mehrere Reaktionszyklen), wodurch eine "ge stapelte" Struktur der Filme aufgebaut wird. Zum Beispiel könnte ein Laminat aus HfO₂ und SiO₂ durch Verwendung von Hafnium(IV)-t-butoxid als dem ersten Gas-Precursor und Silan als dem zweiten Gas-Precursor erzeugt werden, welches nach Aushärten einen Hafnium-Silikat-Film erzeugen kann. Ein anderes Beispiel ist die Bildung eines Laminats aus HfO₂ und Al₂O₃ durch Verwendung von Hafnium(IV)-t-butoxid als dem ersten Gasprecursor und Aluminiumethoxid als dem zweiten Gas-Precursor, welches nach Aushärten einen Hafnium-Aluminat-Film erzeugen kann. Ferner ist ein weiteres Beispiel die Bildung eines Hafnium-Silizium-Stickstoff-Sauerstoff-Films durch Verwenden der passenden mehreren Precursoren und anderer Verfahrensbedingungen.
An die Abscheidung von Laminatfilmen, wie obenstehend beschrieben, kann sich anschließend eine geeignete thermische Verarbeitung anschließen, so dass ein "neuer" Film mit unterschiedlichen Eigenschaften zu entweder dem Laminatfilm oder den Laminat-Bestandteilen selbst hergestellt werden kann. Beispielsweise könnte ein "neuer" Hafnium-Silikat-Film durch thermisches Härten eines Laminats aus Hafniumoxid und Siliziumoxid gebildet werden. Ferner könnte ein Laminat von HfO₂- und HfON-Filmen gebildet werden unter Verwendung von Hafnium(IV)-t-butoxid und NH₃, welches nach Aushärtung einen Hafnium-Oxynitrid-Film erzeugt. Es wird auch angemerkt, dass ein Laminat unter Anwendung eines Systems der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit anderen herkömmlichen Techniken, wie ALD, MOCVD oder anderen Techniken, gebildet werden kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung können verschiedene Parameter des obenstehend beschriebenen Verfahrens reguliert werden, um einen Film mit bestimmten vorgewählten Merkmalen herzustellen. Zum Beispiel können, wie obenstehend angegeben, der Gas-Precursor, Spül- und/oder Oxidierungsgase, verwendet in den Reaktionszyklen, gewählt werden, um gleich oder verschieden zu sein. Darüber hinaus können, in einer Ausführungsform, die "Abscheidungsbedingungen" (d. h. Bedingungen für die Zeitdauer, während der einem Gas gestattet wird, das Substrat zu kontaktieren) von einem oder mehreren der Reaktionszyklen reguliert werden. In manchen Ausführungsformen kann es beispielsweise erwünscht sein, ein bestimmtes vorgewähltes Druckprofil, Abscheidungs-Zeitdauerprofil und/oder Fließgeschwindigkeitsprofil so anzuwenden, dass ein Reaktionszyklus bei einem Satz von Abscheidungsbedingungen betrieben wird, wohingegen ein anderer Reaktionszyklus unter einem anderen Satz von Abscheidungsbedingungen arbeitet.
Als Ergebnis der Regulierung verschiedener Parameter von einem oder mehreren der Reaktionszyklen kann die vorliegende Erfindung eine Vielzahl von Vorteilen erzielen. Im Gegensatz zu herkömmlichen ALD-Techniken kann das System der vorliegenden Erfindung zum Beispiel eine höhere Ausbeute besitzen und Leckströme ausreichend inhibieren. Durch Vorsehen einer Steuerung der Zyklus-Parameter kann der resultierende Film weiterhin leichter so geformt werden, dass er die gewählten Eigenschaften aufweist. Diese Eigenschaften können nach Bedarf durch einfaches Verändern eines der Zyklusparameter, wie der Fließgeschwindigkeit eines zugeführten Gases, unverzüglich angepasst werden. Darüber hinaus können manche Schichten des Films gebildet werden, um ein Merkmal aufzuweisen, während andere Schichten geformt werden können, um ein anderes Merkmal aufzuweisen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Abscheidungstechniken stellt das System der vorliegenden Erfindung deshalb eine Kontrolle über die Reaktionszyklus-Parameter bereit, so dass der resultierende Film einfacher so geformt werden kann, dass er spezifische vorherbestimmte Eigenschaften besitzt.
Darüber hinaus ist ebenfalls festgestellt worden, dass im Gegensatz zu herkömmlichen traditionellen ALD-Techniken die während eines Reaktionszyklus erhaltene Dicke nicht intrinsisch durch die sterische Hinderung der Oberflächenchemie beschränkt ist. Daher ist der Reaktionszyklus nicht auf einen festgelegten Bruchteil einer Monoschicht des Films, welche während jedes Zyklus abgeschieden wird, beschränkt, sondern kann für eine verbesserte Film-Regulierung verringert oder für eine Durchsatz-Verbesserung erhöht werden. Zum Beispiel kann die Zyklusdicke eines Films durch Regulieren verschiedener Systembedingungen, wie der Wafer-Temperatur, den Gas-Fließgeschwindigkeiten, dem Reaktorgefäßdruck und den Gasströmungs-Zeitdauern, eingestellt werden. Die Einstellung dieser Parameter kann auch die Merkmale des resultierenden Films optimieren. Als ein Beispiel könnte die während jedes Reaktionszyklus abgeschiedene Dicke auf einen Maximalwert erhöht werden, um einen hohen Wafer-Durchsatz zu erzielen, während gleichzeitig annehmbare Filmeigenschaften, wie Stöchiometrie, Fehlerdichte und Verunreinigungs-Konzentration, erzielt werden.
Unter Bezugnahme auf die 4 wird beispielsweise die Beziehung zwischen Filmdicke und Wafer-Temperatur für ein zyklisches ALD-Verfahren (Kurve A) und für ein Nicht-ALD-Verfahren (Kurve B) veranschaulicht. Für ein Nicht-ALD-Zyklus-Verfahren, wie es in der vorliegenden Erfindung angewandt wird, beläuft sich die Abscheidungsdicke für eine Wafer-Temperatur von etwa 370 °C auf etwa 1 Angstrom (Å) pro Reaktionszyklus in dieser Veranschaulichung. Wenn die Wafer-Temperatur auf etwa 375 °C erhöht wird, beträgt die Abscheidungsdicke etwa 4 Å je Reaktionszyklus. Für ein ALD-Verfahren (Kurve A) ist dahingegen die Filmdicke relativ unabhängig von der Wafer-Temperatur.
Im Gegensatz zu herkömmlichen ALD-Techniken, kann das Verfahren der vorliegenden Erfindung somit angewandt werden, um mehrere Oxid-Monoschichten in einem einzigen Reaktionszyklus zu bilden. Darüber hinaus können die gemäß der vorliegenden Erfindung gebildeten Schichten in Zu wachsschritten, d. h. zwischen der Ablagerung von Gas-Precursoren in verschiedenen Reaktionszyklen, vollständig oxidiert werden. Im Gegensatz zu herkömmlichen ALD-Techniken können des Weiteren, aufgrund der breiten Verfügbarkeit geeigneter MOCVD-Precursoren, leicht Komposit- oder Laminatfilme abgeschieden werden.
Weiterhin kann die zyklische Natur des Systems der vorliegenden Erfindung die Entfernung von Verunreinigungen (z. B. Kohlenwasserstoff-Nebenprodukte), welche während eines Reaktionszyklus gebildet werden, praktisch verbessern. Spezifisch ausgedrückt, können die Spül- und Oxidations-Schritte, durch Abscheiden einer nur geringen Filmdicke während jedes Zyklus, Verunreinigungen einfacher entfernen. Herkömmliche MOCVD-Verfahren bringen dahingegen ein kontinuierliches Wachstum der Filme mit sich, was eine Verunreinigungsentfernung schwieriger werden lässt.
Diese und andere Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung können vom Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet ausgeführt werden, ohne vom Sinn und Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Darüber hinaus versteht es sich, dass Aspekte der verschiedenen Ausführungsformen sowohl vollständig als auch teilweise ausgetauscht werden können. Weiterhin wird es der Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet richtig einschätzen, dass die vorstehende Beschreibung lediglich beispielhaft erfolgte, und mit ihr nicht beabsichtigt ist, die Erfindung zu beschränken, welche somit weiterhin in den beigefügten Patentansprüchen beschrieben wird.
Zusammenfassung
Ein Verfahren zum Abscheiden eines Films auf einem Substrat (35) wird vorgesehen. Das Substrat (35) ist innerhalb eines Reaktorgefäßes (1) bei einem Druck von etwa 0,1 Millitorr bis etwa 100 Millitorr enthalten. Das Verfahren umfasst das Unterwerfen des Substrats (35) unter einen Reaktionszyklus, umfassend i) Zuführen eines Gasprecursors bei einer Temperatur von etwa 20°C bis etwa 150°C und einem Dampfdruck von etwa 0,1 Torr bis etwa 100 Torr in das Reaktorgefäß (1), wobei der Gasprecursor mindestens eine organometallische Verbindung umfasst; und ii) Zuführen eines Spülgases, eines oxidierenden Gases oder Kombinationen davon in das Reaktorgefäß (1).

Claims

Verfahren zum Abscheiden eines Films auf ein Substrat, wobei das Substrat innerhalb eines Reaktorgefäßes bei einem Druck von etwa 0,1 Millitorr bis etwa 100 Millitorr enthalten ist, wobei das Verfahren das Unterziehen des Substrats unter einen Reaktionszyklus umfasst, welcher Folgendes umfasst: i) Zuführen eines Gasprecursors bei einer Temperatur von etwa 20 °C bis etwa 150 °C und einem Dampfdruck von etwa 0,1 Torr bis etwa 100 Torr in das Reaktorgefäß, wobei der Gasprecursor mindestens eine organometallische Verbindung umfasst; und ii) Zuführen eines Spülgases, eines oxidierenden Gases oder Kombinationen hiervon in das Reaktorgefäß.
Verfahren, wie definiert in Anspruch 1, worin sich der Druck des Reaktorgefäßes auf etwa 0,1 Millitorr bis etwa 10 Millitorr beläuft.
Verfahren, wie definiert in Anspruch 1, worin das Substrat bei einer Temperatur von etwa 100 °C bis etwa 500 °C vorliegt.
Verfahren, wie definiert in Anspruch 1, worin das Substrat bei einer Temperatur von etwa 250 °C bis etwa 450 °C vorliegt.
Verfahren, wie definiert in Anspruch 1, wobei der Gasprecursor ohne Trägergas oder Bubbler zugeführt wird.
Verfahren, wie definiert in Anspruch 1, wobei der Gasprecursor aus mindestens einer organometallischen Verbindung besteht.
Verfahren, wie definiert in Anspruch 1, ferner umfassend das Regulieren der Strömungsgeschwindigkeit des Gasprecursors.
Verfahren, wie definiert in Anspruch 1, wobei der Gasprecursor-Dampfdruck etwa 0,1 Torr bis etwa 10 Torr beträgt.
Verfahren, wie definiert in Anspruch 1, wobei die Gasprecursor-Temperatur etwa 20 °C bis etwa 80 °C beträgt.
Verfahren, wie definiert in Anspruch 1, wobei das Spülgas aus der Gruppe gewählt wird, bestehend aus Stickstoff, Helium, Argon und Kombinationen hiervon.
Verfahren, wie definiert in Anspruch 1, wobei das oxidierende Gas gewählt wird aus der Gruppe, bestehend aus Stickstoffoxid, Sauerstoff, Ozon, Distickstoffoxid, Dampf und Kombinationen hiervon.
Verfahren, wie definiert in Anspruch 1, wobei der Film ein Metalloxid enthält, wobei das Metall des Metalloxid-Films gewählt wird aus der Gruppe, bestehend aus Aluminium, Tantal, Titan, Zirkonium, Silizium, Hafnium, Yttrium und Kombinationen hiervon.
Verfahren, wie definiert in Anspruch 1, wobei der Film eine größere dielektrische Konstante als etwa 8 besitzt.
Verfahren, wie definiert in Anspruch 1, ferner umfassend das Unterziehen des Substrats an einen oder mehrere zusätzliche Reaktionszyklen, um eine Zieldicke zu erreichen.
Verfahren, wie definiert in Anspruch 14, wobei die Zieldicke geringer als etwa 30 Nanometer ist.
Verfahren zur Abscheidung eines Films auf einen Halbleiter-Wafer, wobei der Wafer innerhalb eines Reaktionsgefäßes bei einem Druck von etwa 0,1 Millitorr bis etwa 100 Millitorr und einer Temperatur von etwa 20°C bis etwa 500°C enthalten ist, wobei das Verfahren das Unterziehen des Wafers an einen Reaktionszyklus umfasst, der Folgendes umfasst: i) Zuführen eines Gasprecursors bei einer Temperatur von etwa 20°C bis etwa 150°C und einem Dampfdruck von etwa 0,1 Torr bis etwa 100 Torr in das Reaktorgefäß, wobei der Gasprecursor mindestens eine organometallische Verbindung umfasst; und ii) Zuführen eines Spülgases in das Reaktorgefäß; und iii) danach, Zuführen eines oxidierenden Gases in das Reaktorgefäß.
Verfahren, wie definiert in Anspruch 16, wobei der Druck des Reaktorgefäßes bei etwa 0,1 Millitorr bis etwa 10 Millitorr liegt.
Verfahren, wie definiert in Anspruch 16, wobei der Wafer bei einer Temperatur von etwa 250 °C bis etwa 450 °C vorliegt.
Verfahren, wie definiert in Anspruch 16, wobei der Gasprecursor ohne Trägergas oder Bubbler zugeführt wird.
Verfahren, wie definiert in Anspruch 16, wobei der Gasprecursor aus der mindestens einen organometallischen Verbindung besteht.
Verfahren, wie definiert in Anspruch 16, weiter umfassend das Regulieren der Strömungsgeschwindigkeit des Gasprecursors.
Verfahren, wie definiert in Anspruch 16, wobei der Gasprecursor-Dampfdruck etwa 0,1 Torr bis etwa 10 Torr beträgt.
Verfahren, wie definiert in Anspruch 16, wobei die Gasprecursortemperatur etwa 20°C bis etwa 80°C beträgt.
Verfahren, wie definiert in Anspruch 16, wobei der Film ein Metalloxid enthält, wobei das Metall des Metalloxidfilms gewählt wird aus der Gruppe, bestehend aus Aluminium, Tantal, Titan, Zirkonium, Silizium, Hafnium, Yttrium und Kombinationen hiervon.
Verfahren, wie definiert in Anspruch 16, wobei das Spülgas gewählt wird aus der Gruppe, bestehend aus Stickstoff, Helium, Argon und Kombinationen hiervon.
Verfahren, wie definiert in Anspruch 16, wobei das oxidierende Gas gewählt wird aus der Gruppe, bestehend aus Stickstoffoxid, Sauerstoff, Ozon, Distickstoffoxid, Dampf und Kombinationen hiervon.
Verfahren, wie definiert in Anspruch 16, ferner umfassend das Unterziehen des Wafers unter einen oder mehrere zusätzliche Reaktionszyklen, um eine Zieldicke zu erreichen.
Verfahren, wie definiert in Anspruch 27, wobei die Zieldicke geringer als etwa 30 Nanometer ist.
Chemisches Niederdruck-Dampfabscheidungssystem zur Abscheidung eines Films auf einem Substrat, wobei das System umfasst: ein Reaktorgefäß, welches einen Substrathalter für das zu beschichtende Substrat einschließt; einen Precursorofen, angepasst, um einen Gasprecursor zu dem Reaktorgefäß bei einer Temperatur von etwa 20°C bis etwa 150°C zuzuführen, wobei der Gasprecursor mindestens eine organometallische Verbindung umfasst; und eine druckbasierende Steuereinrichtung, fähig zur Regulierung der Fließgeschwindigkeit des Gasprecursors, zugeführt aus dem Precursorofen, so dass der Gasprecursor zu dem Reaktorgefäß bei einem Dampfdruck von etwa 0,1 Torr bis etwa 100 Torr zugeführt wird.
System, wie definiert in Anspruch 29, wobei der Precursorofen eine oder mehrere Heizvorrichtungen enthält, welche konfiguriert sind, um den Gasprecursor zu erwärmen.
System, wie definiert in Anspruch 29, ferner umfassend eine Gasverteilungs-Baugruppe, welche den Gasprecursor aus dem Precursorofen aufnimmt und ihn an das Reaktorgefäß zuführt.
System, wie definiert in Anspruch 31, wobei die Gasverteilungs-Baugruppe einen Brausekopf einschließt, wobei der Brausekopf eine Sammelkammer einschließt.
System, wie definiert in Anspruch 32, wobei das System so konfiguriert ist, dass das Verhältnis, definiert durch den Druck an der Brausekopf-Sammelkammer, dividiert durch den Druck des Reaktorgefäßes, während eines Reaktionszykluses etwa 1 bis etwa 5 beträgt.
System, wie definiert in Anspruch 32, wobei das System so konfiguriert ist, dass das Verhältnis, definiert durch den Druck an der Brausekopf-Sammelkammer, dividiert durch den Druck des Reaktorgefäßes, während eines Reaktionszykluses etwa 2 bis etwa 4 beträgt.
System, wie definiert in Anspruch 29, wobei die druckbasierende Regeleinrichtung mit einem oder mehreren Ventilen kommuniziert.
System, wie definiert in Anspruch 35, ferner umfassend einen Reaktordeckel, welcher den Precursorofen von dem Reaktorgefäß trennt.
System, wie definiert in Anspruch 36, wobei ein oder mehrere Ventile fest an den Reaktordeckel gekoppelt sind.
System, wie definiert in Anspruch 29, wobei ein Spülgas, ein oxidierendes Gas oder Kombinationen in der Lage sind, an das Reaktorgefäß zugeführt zu werden.
System, wie definiert in Anspruch 29, ferner umfassend einen entfernten Plasma-Generator in Kommunikation mit dem Reaktorgefäß.
System, wie definiert in Anspruch 29, ferner umfassend eine Energiequelle, fähig zur Erwärmung des Substrats auf eine Temperatur von etwa 100°C bis etwa 500°C.
System, wie definiert in Anspruch 29, ferner umfassend eine Energiequelle, fähig zur Erwärmung des Substrats auf eine Temperatur von etwa 250°C bis etwa 450°C.
System, wie definiert in Anspruch 29, wobei der Gasprecursor fähig ist, in das Reaktorgefäß bei einem Dampfdruck von etwa 0,1 Torr bis etwa 10 Torr zugeführt zu werden.
System, wie definiert in Anspruch 29, wobei das Reaktorgefäß mehrere Substrathalter zum Tragen mehrerer Substrate einschließt.