JP2005526908A - マイクロ波励起を用いる堆積方法及び堆積装置 - Google Patents

マイクロ波励起を用いる堆積方法及び堆積装置 Download PDF

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Abstract

本発明は、反応チャンバとチャンバの外側のマイクロ波源とを有する堆積装置を含む。マイクロ波源は、チャンバに向かってマイクロ波放射を照射するように構成される。チャンバは、マイクロ波源からのマイクロ波放射がチャンバ内に通過できるような窓を有する。本発明はまた、反応チャンバ内で基板上に材料を堆積中に、マイクロ波放射が反応チャンバ内の少なくとも１つの成分を活性化するために利用される堆積方法（ＣＶＤやＡＬＤ方法等）を含む。

Description

本発明は、マイクロ波励起を用いる堆積方法に関し、具体例においては、化学気相堆積（ＣＶＤ）法や原子層堆積（ＡＬＤ）法に関する。また、本発明は、堆積方法に用いられ得る装置に関する。
集積回路の製造における半導体プロセスでは、半導体基板上への層の堆積を伴う。典型的なプロセスには、化学気相堆積（ＣＶＤ）や原子層堆積（ＣＶＤ）が含まれる。ＣＶＤやＡＬＤは、ウェーハホルダやサセプタ上に単一基板を保持するチャンバ又はリアクタ内で実行される。１つ以上の前駆ガスは、典型的には、ウェーハの外表面上に略均質的に反応ガスを均一に提供する、チャンバ内のシャワーヘッドに供給される。前駆物質は反応し、基板の上の適当な層の堆積物として現れる。プラズマ強化法は利用されても利用されなくても良い。プラズマ強化法を利用する場合、プラズマは、チャンバ内に直接、又はそこから離れて発生させておくことが可能である。
ＡＬＤやＣＶＤが含まれるある堆積プロセスでは、反応チャンバ内に活性種を提供することが望まれ得る。活性種は、成分が吸収するエネルギに成分を曝すことで、非活性成分から形成され得る。エネルギを吸収すると、成分のエネルギ状態は引き上げられ、成分が活発に励起され、したがって活性種となる。
反応チャンバ内に活性種を提供するための１つの方法は、チャンバから離れたところで種を生成し、その後にチャンバ内に種を流入することである。別の場所での生成は、特定の装置を活性種の生成のために設定することを許容し、これは反応チャンバ内で活性種を生成しようとするよりも簡単である。しかしながら、別の場所での生成における問題は、活性種が生成される装置から反応チャンバへの経路において、活性種が非活性化及び／又は再結合化し得ることである。したがって、反応チャンバ内に活性種を提供する新しい方法を開発することが望ましく、また、その方法に適した装置を開発することが望ましい。
本発明は、これに限定されるわけではないが、上述の問題を解決することを目的とする。本発明は、解釈又は他の明細書又は図面の限定的な参照無く、均等論にしたがって文字通りに表された添付の特許請求の範囲によってのみ限定されるものである。
一態様において、本発明は、反応チャンバ内で基板上に材料を堆積中に、反応チャンバ内の成分のマイクロ波励起を有する堆積方法を含む。
一態様において、本発明は、反応チャンバとチャンバの外側のマイクロ波源とを具備する装置が提供される堆積方法を含む。反応チャンバは、マイクロ波放射が通過できるような窓を含む。基板は反応チャンバ内に置かれ、１つ以上のマイクロ波誘導成分が反応チャンバ内に流入される。また、１つ以上の前駆物質が反応チャンバ内に流入される。基板及び１つ以上のマイクロ波誘導成分が反応チャンバ内にある間に、少なくとも１つの活性種を形成するように、少なくとも１つのマイクロ波誘導成分がマイクロ波放射で活性化される（このような活性化は、分子断片を含み得る）。１つ以上の前駆物質の少なくとも１つは、活性種と反応され、１つ以上の前駆物質の少なくとも１つの成分が基板上に堆積される。
一態様において、本発明は、反応チャンバとチャンバの外側のマイクロ波源とを含む、堆積装置を含む。マイクロ波源は、チャンバに向かってマイクロ波放射を照射するように構成される。チャンバは、マイクロ波源からのマイクロ波放射がそこを通ってチャンバ内に通過できるような窓を含む。
以下、本発明の好適実施例を添付図面を参照しながら説明する。
実施態様において、本出願は、原子層堆積（ＡＬＤ）技術に関する。ＡＬＤ技術は、典型的には基板上に順次積み上がった原子層の形成を伴う。このような層は、例えば、エピタキシャル、多結晶及び／又は非結晶材料からなり得る。また、ＡＬＤは、原子層エピタキシ、原子層プロセス等と言われることもある。
１つ以上の半導体基板上への材料の形成との関連で堆積方法をここで説明する。本明細書において、用語「半導体基板」又は「半導導電性基板」は、半導体ウェーハ（単体又はその上の他の材料を含む集合体）や半導体材料層（単体又は他の材料を含む集合体）等のバルク半導体材料を含むがこれに限定されない半導体材料からなるあらゆる構造をも意味するものと定義される。用語「基板」は、上述の半導体基板を含むがこれに限定されないあらゆる支持構造を意味する。また、本明細書において、「金属」または「金属元素」は、周期表に金属として指定されるＩＩＩＡ族からＶＩＡ族の位置に加えて、元素周期表のＩＡ族、ＩＩＡ族及びＩＢ族からＶＩＩＩＢ族の元素、すなわち、Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｔｌ，Ｇｅ，Ｓｎ，Ｐｂ，Ｓｂ，Ｂｉ及びＰｏを意味する。ランタニド及びアクチニドは、ＩＩＩＢ族の一部として含まれる。「非金属」は元素周期表の残りの元素を意味する。
要約して説明すると、ＡＬＤは、基板上に種の化学吸着を達成するために第１の化学種に初期基板を曝すことを含む。理論的には、化学吸着は、露出した初期基板の全面上に１つの原子又は分子の厚みを一様に有する単分子層を形成する。換言すると、飽和単分子層である。実質的には、以下でさらに説明するように、化学吸着は基板のすべての部分で起こらないかもしれない。それでもなお、このような不完全な単分子層であっても、本明細書では単分子層と呼ぶ。多くの適用例においては、単に実質的に飽和の単分子層が適しているであろう。実質的飽和単分子層は、このような層に対して望まれる品質及び／又は特性を示す堆積された層をなおもたらすものである。
第１の種が基板上からパージされ、第２の化学種が第１の種の第１の単分子層上へ化学吸着するように提供される。そして第２の種がパージされ、第１の種へ第２の種の単分子層を曝す過程が繰り返される。ある場合では、２つの単分子層は、同一の種であっても良い。また、第３の種又はそれ以上が、第１及び第２の種に対して説明したのと同様に、連続的に化学吸着されてパージされても構わない。第１、第２及び第３の種の１つ以上は、反応チャンバ内の圧力飽和を速めるために、不活性ガスと混合され得る点に注意すべきである。
パージは、キャリアガスに基板及び／又は単分子層を接触させること、及び／又は、基板及び／又は化学吸着された種と接触する種の濃度を低くするために堆積圧力よりも低い圧力に下げることを含むがこれに限定されない種々の技術を伴う。キャリアガスの例としては、Ｎ２，Ａｒ，Ｈｅ，Ｎｅ，Ｋｒ，Ｘｅ等が含まれる。パージは、代わりに、基板及び／又は単分子層を化学吸着の副生成物が脱着することを許容し他の種を導入するのに先立って種の濃度を低くするあらゆる物質に接触することを含んでも良い。適切なパージ量は、当業者に知られているように実験的に決定され得る。パージ時間は、膜成長速度の増加が生じるパージ時間まで徐々に減らしていっても良い。膜成長速度の増加は、非ＡＬＤプロセス方式への変化の徴候であり、パージ時間の制限を設けるのに用いることができる。
ＡＬＤは、しばしば、第１の種が化学結合を形成する基板上に有限数の部位が存在するという点で、自己制限プロセスとして説明される。第２の種は、第１の種に結合するだけであり、したがってこれも自己制限であると言える。基板上の有限数の部位のすべてが第１の種と一旦結合すると、第１の種は、多くの場合、基板に既に結合した他の第１の種とは結合しない。しかしながら、プロセス条件は、ＡＬＤにおいてこのような結合を促進するため及びＡＬＤを非自己制限とするために変更可能である。したがって、ＡＬＤは、１つの原子又は分子の厚み以上の層を形成するように、種を積み重ねることによって、一度に１つの単分子層以外の層を形成する種を含む。ここで説明する本発明の種々の態様は、ＡＬＤが望まれるあらゆる状況においても適用可能なものである。ＡＬＤの間に局所化学反応が起こり得る点にさらに注意する（例えば、生ずる反応分子は、基板上に単分子層を形成するよりもむしろ存在する表面からの分子と置換し得る）。このような化学反応が起こる範囲内は、一般的に表面の最上部の単分子層内に限られている。
従来のＡＬＤは、通常用いられる温度と圧力の範囲内で、且つ確立されたパージ基準に従って、一度に全体のＡＬＤ層の１つの単分子層の所望の形成を達成するために行なうことができる。それでもＡＬＤ条件は、当業者に知られる基準にしたがって、特定の前駆物質、層構造、堆積装置、及び他の要因に大きく依存して変化し得る。温度、圧力、パージの従来の条件を維持することは、単分子層の形成及び結果として生ずるすべてのＡＬＤ層の品質に影響を与える、望まない反応を最小限にする。したがって、従来の温度及び圧力の範囲外での処理は、欠陥のある単分子層が形成される危険性がある。
化学気相堆積（ＣＶＤ）の一般的な技術は、プラズマ強化ＣＶＤやその他のものを含むがこれに限定されない、より多くの種々の特定のプロセスを含む。ＣＶＤは、基板上に、完全な、堆積された材料を非選択的に形成するために一般的に用いられる。ＣＶＤの１つの特徴は、堆積された材料を形成するために反応を起こさせる多数の種が堆積チャンバ内に同時に存在することである。そのような状態は、基板又は先立って堆積された種へ化学吸着する単一の堆積種と基板が結合する従来のＡＬＤのためのパージ条件とは対照的である。ＡＬＤプロセス方式は、同時に接触するある形式の複数の種を提供するか、ＣＶＤ反応よりもむしろＡＬＤ化学吸着が起こるような条件のもとで提供する。互いに反応する代わりに、種が基板又は先立って堆積された種に化学吸着しても良く、これによりその後に続く種が所望の材料の完全な層を形成するように次に化学吸着し得る表面を提供する。
多くのＣＶＤ条件下では、堆積は、下層基板の構成又は表面特性とは関係なく起こる。対照的に、ＡＬＤにおける化学吸着速度は、基板の組成、結晶構造、その他の特性又は化学吸着される種によって影響を受けるであろう。他のプロセス条件、例えば圧力や温度も、化学吸着速度に影響し得る。
実施態様において、本発明は、ＣＶＤやＡＬＤプロセスの間、反応チャンバ内の成分にマイクロ波励起を与える方法を含む。このような方法に利用可能な装置は、図１に装置１０として示されている。
装置１０は、反応チャンバ１２とマイクロ波源１４とを有する。マイクロ波源は、反応チャンバ１２に向かってマイクロ波（図示の波線１６でありいくつかのみに参照符号をつけてある）を照射するように構成されている。マイクロ波は、約１０ｃｍから約０．１ｃｍの波長を有する放射として理解されるべきである。
マイクロ波源１４は、例えば、位相アレイアンテナ、又はマイクロ波放射の位相アレイを放射するように構成された他の構成要素を含んでも良い。マイクロ波源１４は、マイクロ波を発生することが可能であり、又は波源１４から離れて生成されたマイクロ波を照射するために用いられることが可能である。
マイクロ波源１４は、配線２０を介してマイクロ波発生器及び／又はパワー制御器１８に電気的に接続された状態で表されている。マイクロ波発生器及び／又はパワー制御器１８は、波源１４のある空間の異なる部分に沿って発生されるマイクロ波の位相を調節するために用いられることが可能である。例えば、波源１４のある空間の一部におけるマイクロ波は、マイクロ波放射の掃引波を発生させるために、空間の別の部分に沿ったマイクロ波に対して異なって調整され得る。さらに及び／又は代わりに、制御器及び／又は発生器１８は、波源１４からマイクロ波放射の時間制御パルスを放出するために用いられることも可能である。
反応チャンバ１２は、反応チャンバの外縁のほとんどの部分を囲んで延在する壁２２を有する。壁２２は、例えば適当な金属から形成される。また、反応チャンバ１２は、マイクロ波源１４の近傍の反応チャンバの一部を横切って延在する窓２４も有する。窓２４は、マイクロ波放射に対して少なくとも部分的に透可な材料からなり、具体例においては、石英、雲母及びある種のプラスチックを含むか、又はから基本的になるか、又は１つ又はそれ以上からなる。動作上、マイクロ波放射１６は、波源１４から窓２４を通ってチャンバ１２内まで送られるものが良い。
基板ホルダ２６がチャンバ１２内に設けられ、チャンバ内で基板２８を保持する。基板２８は、例えば、半導体ウェーハ基板である。図示の実施例では、基板２８はチャンバ１２内へ向けられたマイクロ波放射１６の経路内にある。
基板ホルダ２６は、典型的にはチャンバ２２の所望の位置内にホルダ２６を保持するための種々の支持構造体と共にチャンバ１２内に設けられる。支持構造体は、図面を簡略化するために図１の概略図では示されていない。
基板ホルダ２６は、ホルダ２６により保持される基板２８の温度を調節するように構成され得る。したがって、基板ホルダ２６は、保持された基板を加熱するために用いられるヒータを具備し得る。さらに及び／又は代わりに、ホルダ２６は、それにより保持される基板を冷却するために用いられる冷却装置に接続され得る。温度調節機構は、ウェーハホルダ２６に追加して設けられ、ホルダ２６は、基板２８と温度調節機構との間の熱伝導のために用いられることも可能である。
図示例では、窓２４はチャンバ１２の上部にあり、基板ホルダ２６が窓の下方に設けられている。本発明は、窓がチャンバ１２の側部又は底部に沿って追加的に及び／又は代替的に設けられたり、マイクロ波源も反応チャンバの側部や底部のどちらかに沿って代替的に及び／又は追加的に設けられたりする他の応用例を含み得ることが理解されるべきである。しかしながら、本発明の図示例は、基板２８がチャンバ１２へ向けられたマイクロ波放射の経路に設けられ、重力によりホルダ２６上に保持されているという点において、好適例である。
側壁２２に対する窓２４の熱膨張が異なるために、エラストマ材料３０を介して側壁２２に窓２４を接続するのが良い。エラストマ材料は、チャンバ１２内で用いられるプロセス化学に対して相応性があることが好ましく、例えば、シリコーンベースの材料からなるものである。
装置１０は、マイクロ波源１４及び窓１４も貫通して延びる導入口３２を有する。導入口３２は、例えば石英からなる。導入口３２は、窓２４の下方の開口部３４で終端し、チャンバ１２内に流入される１つ以上の材料の材料源３７と流体接続されている。図１の装置１０には一つの導入口と材料源のみしか示されていないが、多数の導入口を設けても良いし、多数の導入口が１個よりも多い材料源と接続されていても良いことが理解されるべきである。
反応チャンバ１２はそこに伸びる排出口４２を有し、作動中、材料は導入口３２からチャンバ１２へ流入され、排出口４２を通ってチャンバの外に排出される。チャンバ１２内から材料を取り除くのを助力するために、排出口４２に対してポンプが設けられても良く、これは、１つ以上の材料がチャンバ１２内にパルスで送られ且つ排出されるような、ＡＬＤアプリケーションで特に有用である。チャンバ１２から排出された材料は、矢印４４で模式的に示されている。排出口が１つだけ図示されているが、追加的な排出口を設けても良いことが理解されるべきである。
ガス分散板３６（又は散気装置）が、導入口３２の下方に設けられる。分散板３６は、ガス材料（矢印３８により模式的に図示されており、これらのうちの１つに番号を付してある）がガス分散板を通って流入されるようにするために、ガス分散板を貫通して延びる複数の開口を有する。したがって、導入口３２を介してチャンバ２２に入ったガス材料は、ガス分散板３６を横切って通って流入される。ガス分散板は、マイクロ波放射に対して少なくとも部分的に透可な材料からなることが好ましく、具体例においては、石英、雲母又はプラスチックを含むか、又はから基本的になるか、又はのみからなる。ガス分散板３６は、種々の支持構造体（図示せず）を用いてチャンバ１２内の所望の方向に保持される。
高周波（ＲＦ）シールド（又はカバー）４０が、漂遊マイクロ波放射が、装置１０近傍の周囲に散乱してしまうことを軽減又は防止するために、マイクロ波源１４上及び周囲に設けられる。図示例では、材料源３７はカバー４０の外側にあり、したがって、材料は材料源３７からカバー４０を通ってチャンバ１２内に流入される。本発明は、材料源３７がＲＦシールドの下方に設けられるような他の適用例を含み得る。
作動中、チャンバ１２内に流入される材料は、マイクロ波放射で励起される少なくとも１つの成分を有することが好ましい。マイクロ波放射で励起される成分は、マイクロ波誘導成分と呼ぶことができる。典型的なマイクロ波誘導成分には、Ｏ，Ｈ及びＮが含まれる。このような成分は、二原子種（具体的にはＯ２，Ｈ２及びＮ２）として、又は他の種としてチャンバ１２内に流入され得る。マイクロ波誘導成分は、波源１４からマイクロ波放射１６を介して流入し、そのため少なくとも１つのマイクロ波励起成分（これは活性種と呼ぶことも可能である）を形成するように活性化される。活性種は、特定の適用例では、マイクロ波放射により発生したプラズマを意味する。他の適用例では、活性種は非プラズマ種であり得る。いずれにしても、種々の成分のマイクロ波励起は、成分の反応性を向上可能である。
マイクロ波励起成分は、基板上に層を形成するように、基板２８上に堆積され得る。例えば、酸素がチャンバ１２内のマイクロ波活性成分であれば、活性酸素は酸化物を形成するように基板２８上の材料と相互に作用し得る。典型例においては、基板２８は、金属含有表面（例えば、チタン含有表面等）を有し、活性酸素は酸化金属（例えば酸化チタン等）を形成するようにこのような表面と反応し得る。他の適用例では、マイクロ波励起成分は、窒素からなり、このような成分は、上部表面（例えば、典型的には窒化チタンのような窒化金属である窒化金属）を横切って窒化種を形成するように、基板２８の上部表面上の材料（典型的にはチタンのような金属である金属）と反応し得る。
マイクロ波励起成分が基板２８の表面と直接反応する適用例においては、成分がマイクロ波励起にさらされるときに、成分は基板の表面上に又は表面と結合し得る。これは、マイクロ波励起成分が非常に短い存在時間である場合において有用である。
特定の適用例においては、マイクロ波誘導成分に加えて、種々の前駆物質が反応チャンバ１２内に流入され得る。前駆物質は、基板２８の表面上に最終的に堆積する材料を形成するように、マイクロ波誘導成分のマイクロ波励起成分と反応し得る。
前駆物質は、例えば有機金属前駆体からなり、基板２８の表面上に最終的に堆積する金属を生成するように、マイクロ波励起成分と反応し得る。前駆物質が有機金属前駆体からなる場合、前駆物質は、マイクロ波励起成分と反応する前に基板２８の表面と結合し、及び／又は基板２８にその後積み上がる金属材料を形成するように、マイクロ波励起成分と反応し得る。
典型的な適用例においては、マイクロ波励起成分はＯからなり、これは前駆物質の有機成分を酸化するように有機金属前駆体と反応し、基板２８の表面にその後堆積する金属成分からこれを劈開（cleave）し得る。あるいはまた、有機金属前駆体は、Ｏと反応する前に基板２８の上表面に結合し、Ｏは、基板２８の表面上に堆積物として金属を残すように、前駆物質の有機成分をその後劈開し得る。本発明の更なる態様においては、酸素は、基板２８の表面上に最終的に堆積物として堆積される酸化金属を形成するように、有機材料の劈開中か劈開後に金属と反応し得る。同様に、マイクロ波励起成分がＮの場合、これは基板２８の表面上に窒化金属を形成し得る。マイクロ波励起成分がＨの場合は、基板２８の表面上に最終的に堆積する前駆物質の成分を残すように、前駆物質の種々の部分を減らし得る。
マイクロ波励起成分がプラズマの一部であれば、これはプラズマ強化化学気相堆積と組み合わせて利用可能であり、又は基板２８と結合している種々の材料のドライエッチングのために利用され得る。
マイクロ波励起成分は、マイクロ波励起成分に加えて他の原子を含む混合物の一部として提供され得ることに注意する。成分は、マイクロ波による活性化の結果及び／又は反応チャンバ内の前駆物質との反応の結果、混合物から切り離され、その後、基板２８の表面上の堆積物に組み入れられることができる。したがって、基板２８上に堆積された材料は、チャンバ１２内で形成されたマイクロ波励起成分の少なくとも一部を含む生成物を含み得る。
活性種が構成物質のマイクロ波励起により形成され、且つ活性種が基板２８上に堆積される１つ以上の成分を形成するように１つ以上の前駆物質と反応する適用例においては、前駆物質との反応は、基板２８の表面上への成分の堆積の前、後若しくは間で起こり得る。
前駆物質との活性種の反応は、基板２８上に最終的に堆積される前駆物質の分断片を形成するように、前駆物質を分割し得る（例えば、有機金属前駆体を、基板２８上に最終的に堆積される金属含有分断片に分割し得る）。したがって、基板２８上に堆積された材料は、具体例においては、前駆物質の全体ではなく前駆物質の分断片からなり得る。さらに、例えば、マイクロ波活性成分が酸素又は窒素からなり、基板２８上に最終的に堆積される酸化金属や窒化金属を形成するように金属含有前駆物質と反応するような適用例においては、マイクロ波活性成分は、基板２８上に堆積させる新たな種を形成するように、分断片と反応し得る。
ここで説明した方法は、例えばＣＶＤやＡＬＤアプリケーションにおいて利用可能である。ＡＬＤアプリケーションにおいてこの方法を用いた場合、具体的な反応順序は、反応チャンバ内に第１の成分をパルスで送ること、及び第１の成分から基板上に単分子層を形成することからなり得る。そして第１の成分は反応チャンバからパージされ、第１の成分から形成された単分子層上に第２の単分子層を形成するように、その後反応チャンバ内に第２の成分がパルスで送られる。次に、第２の成分が反応チャンバからパージされ、第２の成分から形成された単分子層上に別の単分子層を形成するように、その後第１の成分が反応チャンバ内に再度パルスで送られる。したがって、第１及び第２の成分は、順次、反応チャンバへパルスで送られそして反応チャンバからパージされる。
マイクロ波活性種は、反応チャンバ内への成分のパルス的供給の間、第１及び第２の成分の一方又は両方から形成され得るか、又は成分が反応チャンバにパルスで送られるときに、第１及び第２の成分の一方又は両方に加えて形成され得る。いずれにしても、ＡＬＤプロセスの間に用いられるマイクロ波パルスが、反応チャンバへの成分の連続パルスと略同じくらい速いことは有利である。言い換えると、反応チャンバへの成分のパルスが約２秒ならば、マイクロ波パルスも約２秒であることが有利であり、マイクロ波のパルスが成分のパルスと実質的に一致し得る（「実質的」に一致とは、２つのパルスが検出誤差範囲内において一致することを示すために用いられる）。これは、ＡＬＤプロセスと関連するパルスのたった１つがマイクロ波誘導され、他のパルスがない場合に特に有利である。このような適用例においては、非常に高速な応答時間を有するマイクロ波源が用いられることが望まれる。これに適したマイクロ波源は、例えば、適当なマイクロ波発生器及び制御器を有する位相アレイアンテナである。
本発明の種々の態様で用いられるマイクロ波源１４は、基板２８の全体にわたって延在するアンテナである。例えば、図２は、典型的な基板２８（その外縁は点線で示される）の上に重ね合わされている、典型的な波源１４（その外縁は実線で示される）を示している。マイクロ波源１４は、基板２８の表面の全体にわたって延在しており、したがって、波源１４からのマイクロ波放射も、同時に基板２８の全体にわたって指向される。図示のマイクロ波源１４は長方形の形状を有しているが、マイクロ波源は、他の形状、例えば円形の形状を有しても良いことが理解されるべきである。
波源１４から放出されたマイクロ波放射は、基板２８の表面に衝突し、これは、比較的短い存在時間を有する活性種がマイクロ波放射から形成され、ＣＶＤやＡＬＤプロセスに用いられるような適用例において用いられ得る。位相アレイアンテナがマイクロ波源として用いられる場合には、基板２８に対するマイクロ波放射の方向は、制御することが可能である。これは、マイクロ波放射１６のビーム５０（点線で囲んで模式的に示される）と共に、基板２８が側断面図で表される図３に示されている。マイクロ波放射１６のビームは、矢印５２で示されるように、基板２８を横切って直線的に掃引される。これは、マイクロ波源（図１の１４）として用いられる位相アレイアンテナから放出されるマイクロ波放射の位相制御により達成可能である。
図４は、基板２８を横切るビーム５０の直線的な進行をさらに示すために、図３の上面図を示したものであり、基板２８の最大幅にわたって横切って延在し得ることを示している（言い換えると、図示の円形基板の最大直径にわたって延在し得る）。
図３及び図４は、図示の実施例の第２の軸が放射を向けられる軸に対して実質的に垂直である状態で、反応チャンバ内に放出されるマイクロ波放射が第１の軸（放射１６の軸）に沿って放出され、第２の軸（軸５２）に沿って掃引され得ることを示している。用語「実質的に垂直」は、放射が掃引される軸が、放射が向けられる軸に対して、測定誤差範囲内で垂直であることを示すために用いられる。
波源１４（図１）が位相アレイアンテナからなる適用例においては、このよう波源からのマイクロ波放射は図４の方法を用いて基板２８のすべての表面にわたって掃引され得る。代わりに、放射は、基板のすべての表面をマイクロ波放射に簡単に同時に曝すことにより、基板２８のすべての表面に向けられ得る。
基板２８のすべての表面にわたってマイクロ波放射を照射する他の方法が、図５に示される。具体的には、放射のビーム５０は、円形基板の中心から周縁まで半径方向に延在しており、基板の全面を網羅するように回転状の軸５４に沿って掃引される。
基板を掃引するビーム（図３、図４及び図５の典型的な実施例で示される）を有する利点は、これがＣＶＤやＡＬＤの間に基板上への材料の堆積の均一性を向上させることが可能な点である。
ＣＶＤ及び／又はＡＬＤプロセスにマイクロ波励起を取り入れることは、反応チャンバを現在使用可能なものよりも小さく形成することを可能とする。より小さいチャンバは、反応チャンバ内の容量を減らすのに有利であり、反応チャンバのより速いパージを許容する点で、ＡＬＤプロセスを著しく助長し得る。
図１は、本発明の実施態様において用いることが可能な装置の横断面図である。 図２は、本発明の実施態様における基板に対するマイクロ波源の典型的な関係を示す上面図である。 図３は、本発明の一態様によりマイクロ波放射で処理される基板の側面図であり、マイクロ波ビームの進行の典型的な方向を示す。 図４は、図３の構造の上面図であり、本発明の典型的な一態様によるマイクロ波ビームの進行の方向を示す。 図５は、本発明の一態様により処理される基板の上面図であり、本発明の一態様によるマイクロ波放射のビームの進行の他の典型的な方向を示す。

Claims (63)

  1. 反応チャンバ内で基板上に材料を堆積する間に、反応チャンバ内の成分のマイクロ波励起を含む堆積方法であって、該方法は、
    位相アレイマイクロ波放射をチャンバの外側で発生する過程と、
    位相アレイマイクロ波放射を窓を介してチャンバ内に送る過程と、を具備し、
    前記マイクロ波励起は、反応チャンバ内の位相アレイマイクロ波放射と成分の相互作用により生ずることを特徴とする堆積方法。
  2. 請求項１に記載の方法であって、さらに、
    反応チャンバ内に前駆物質を流入する過程と、
    前記材料を形成するように、前駆物質をマイクロ波励起成分と反応させる過程と、
    を具備することを特徴とする堆積方法。
  3. 請求項２に記載の方法において、前記前駆物質は、基板と結合し、基板上に堆積される材料を形成するように、その後マイクロ波励起成分と反応することを特徴とする堆積方法。
  4. 請求項２に記載の方法において、前記前駆物質は、基板上にその後積み上げられる材料を形成するように、マイクロ波励起成分と反応することを特徴とする堆積方法。
  5. 請求項１に記載の方法において、前記成分は、マイクロ波励起の間、基板の表面と結合していることを特徴とする堆積方法。
  6. 請求項１に記載の方法において、前記成分は、マイクロ波励起の間、基板の表面には無いことを特徴とする堆積方法。
  7. 請求項１に記載の方法において、前記マイクロ波励起成分は、反応チャンバ内のプラズマの一部であることを特徴とする堆積方法。
  8. 請求項１に記載の方法において、前記マイクロ波励起成分は、Ｈ，Ｏ及びＮからなる群から選択されることを特徴とする堆積方法。
  9. 請求項１に記載の方法において、前記基板上に堆積される材料は、マイクロ波励起成分の少なくとも一部を含む生成物からなることを特徴とする堆積方法。
  10. 請求項１に記載の方法において、前記基板上に堆積される材料は、マイクロ波励起成分を含まないことを特徴とする堆積方法。
  11. 請求項１に記載の方法において、前記堆積方法は、化学気相堆積法であることを特徴とする堆積方法。
  12. 請求項１に記載の方法において、前記堆積方法は、原子層堆積方法であることを特徴とする堆積方法。
  13. 請求項１に記載の方法において、前記堆積方法は、原子層堆積方法であり、該方法はさらに、
    マイクロ波励起成分が第１及び第２の成分の少なくとも１つであり、連続パルスの間で連続的に反応チャンバ内に第１及び第２の成分をパルスで送り、反応チャンバから成分をパージする過程と、を具備し、
    前記マイクロ波放射のパルスが反応チャンバ内への第１及び第２の成分のうちの１つ又は両方のパルスと実質的に一致し、マイクロ波励起がチャンバ内へのマイクロ波放射のパルスから生ずることを特徴とする堆積方法。
  14. マイクロ波が通過可能な窓を有する反応チャンバとチャンバの外側のマイクロ波源とを有する装置を提供する過程と、
    マイクロ波を波源から窓を介してチャンバ内に送る過程と、
    反応チャンバ内に基板を位置決めする過程と、
    反応チャンバ内にマイクロ波により１つ以上の材料を流入する過程と、
    基板上に１つ以上の材料の少なくとも１つの成分を堆積する過程と、を具備し、
    前記マイクロ波放射は、チャンバ内に第１の軸に沿って放出されチャンバ内で第２の軸に沿って掃引されるビームと関連することを特徴とする堆積方法。
  15. 請求項１４に記載の方法において、前記第２の軸は、直線的な軸であることを特徴とする堆積方法。
  16. 請求項１４に記載の方法において、前記第２の軸は、回転状の軸であることを特徴とする堆積方法。
  17. 請求項１４に記載の方法において、前記窓は、石英、雲母又はプラスチックからなることを特徴とする堆積方法。
  18. 請求項１４に記載の方法において、前記マイクロ波源は、マイクロ波の位相アレイを窓を介してチャンバ内に送ることを特徴とする堆積方法。
  19. 請求項１４に記載の方法において、前記基板は、半導体基板であることを特徴とする堆積方法。
  20. 請求項１４に記載の方法において、前記堆積過程は、化学気相堆積からなることを特徴とする堆積方法。
  21. マイクロ波が通過可能な窓を有する反応チャンバとチャンバの外側のマイクロ波源とを有する装置を提供する過程と、
    マイクロ波を波源から窓を介してチャンバ内に送る過程と、
    反応チャンバ内に基板を位置決めする過程と、
    反応チャンバ内にマイクロ波により１つ以上の材料を流入する過程と、
    基板上に１つ以上の材料の少なくとも１つの成分を堆積する過程と、を具備し、
    前記堆積過程は、原子層堆積からなることを特徴とする堆積方法。
  22. 請求項１４に記載の方法において、前記マイクロ波により流入される材料は、金属含有材料及び酸素からなり、前記堆積過程は、基板上に金属酸化物を形成することを特徴とする堆積方法。
  23. 請求項１４に記載の方法において、前記マイクロ波により流入される材料は、金属含有材料及び窒素からなり、前記堆積過程は、基板上に金属窒化物を形成することを特徴とする堆積方法。
  24. 請求項１４に記載の方法において、前記マイクロ波により流入される材料は、金属含有材料及び水素からなり、前記堆積過程は、基板上に金属含有材料の金属を含む薄膜を形成することを特徴とする堆積方法。
  25. 請求項１４に記載の方法において、前記マイクロ波により流入される材料は、チタン含有材料及び酸素からなり、前記堆積過程は、基板上に酸化チタンを形成することを特徴とする堆積方法。
  26. 請求項１４に記載の方法において、前記マイクロ波により流入される材料は、チタン含有材料及び窒素からなり、前記堆積過程は、基板上に窒化チタンを形成することを特徴とする堆積方法。
  27. マイクロ波が通過可能な窓を有する反応チャンバとチャンバの外側のマイクロ波源とを有する装置を提供する過程と、
    反応チャンバ内に基板を位置決めする過程と、
    反応チャンバ内に１つ以上のマイクロ波誘導成分を流入する過程と、
    反応チャンバ内に１つ以上の前駆物質を流入する過程と、
    基板と１つ以上のマイクロ波誘導成分が反応チャンバ内にある間に、少なくとも１つの活性種を形成するように、少なくとも１つのマイクロ波誘導成分をマイクロ波放射で活性化する過程と、
    基板上に１つ以上の前駆物質の少なくとも１つの成分の少なくとも１つを堆積する過程と、
    堆積の前、後、間のどれかで行なわれる、１つ以上の前駆物質の少なくとも１つを活性種で反応させる過程と、を具備し、
    前記マイクロ波源は、位相アレイマイクロ波アンテナからなることを特徴とする堆積方法。
  28. 請求項２７に記載の方法において、前記反応過程は、堆積過程の前に行われることを特徴とする堆積方法。
  29. 請求項２７に記載の方法において、前記反応過程は、堆積過程の後に行なわれることを特徴とする堆積方法。
  30. 請求項２７に記載の方法において、前記反応過程は、堆積過程の間に行なわれることを特徴とする堆積方法。
  31. 請求項２７に記載の方法において、前記窓は、石英、雲母又はプラスチックからなることを特徴とする堆積方法。
  32. 請求項２７に記載の方法において、前記マイクロ波誘導成分は、Ｏ，Ｈ及びＮからなる群から選択されることを特徴とする堆積方法。
  33. 請求項２７に記載の方法において、前記少なくとも１つの活性種は、マイクロ波放射から発生するプラズマの一部であることを特徴とする堆積方法。
  34. 請求項２７に記載の方法において、
    前記マイクロ波誘導成分は、Ｏ，Ｈ及びＮからなる群から選択され、
    前記堆積される成分は、前駆物質の分断片からなり、前駆物質の全体からなるものではなく、
    前記分断片は、少なくとも１つの活性種が少なくとも１つの前駆物質と反応するときに形成される、
    ことを特徴とする堆積方法。
  35. マイクロ波が通過可能な窓を有する反応チャンバとチャンバの外側のマイクロ波源とを有する装置を提供する過程と、
    反応チャンバ内に基板を位置決めする過程と、
    反応チャンバ内に１つ以上のマイクロ波誘導成分を流入する過程と、
    反応チャンバ内に１つ以上の前駆物質を流入する過程と、
    基板と１つ以上のマイクロ波誘導成分が反応チャンバ内にある間に、少なくとも１つの活性種を形成するように、少なくとも１つのマイクロ波誘導成分をマイクロ波放射で活性化する過程と、
    基板上に１つ以上の前駆物質の少なくとも１つの成分の少なくとも１つを堆積する過程と、
    堆積の前、後、間のどれかで行なわれる、１つ以上の前駆物質の少なくとも１つを活性種で反応させる過程と、を具備し、
    前記マイクロ波源は、ある空間にわたって延在し且つ空間に沿ってマイクロ波を発生し、空間の一部に沿ったマイクロ波は、空間の別の部分に沿ったマイクロ波に対して選択的に調整されることを特徴とする堆積方法。
  36. 請求項３５に記載の方法において、前記調整されたマイクロ波は、堆積過程の間、基板の表面にわたって掃引する放射バンドを形成することを特徴とする堆積方法。
  37. 反応チャンバとチャンバの外側のマイクロ波源と、マイクロ波源を介して反応チャンバ内に延びる導入口とを有する装置であって、反応チャンバはマイクロ波が通過可能な窓を有し、導入口は窓を通って延びており窓の下の開口部で終端しており、さらに、開口部の下方にガス分散板を有する装置を提供する過程と、
    波源からマイクロ波を窓を介し拡散板を介してチャンバ内に送る過程と、
    反応チャンバ内の分散板の下に基板を位置決めする過程と、
    反応チャンバ内にある間にマイクロ波に曝される１つ以上の材料を、導入口を介して分散板を横切って貫通し、そして反応チャンバ内に流入する過程と、
    基板上に１つ以上の材料の少なくとも１つの成分を堆積する過程と、を具備し、
    前記マイクロ波源は、位相アレイアンテナからなることを特徴とする堆積方法。
  38. 請求項３７に記載の方法において、前記窓は、石英、雲母又はプラスチックからなることを特徴とする堆積方法。
  39. 請求項３７に記載の方法において、前記窓は、基本的に石英から構成されることを特徴とする堆積方法。
  40. 請求項３７に記載の方法において、前記ガス分散板は、石英、雲母又はプラスチックからなり、貫通して延びる複数の開口を有することを特徴とする堆積方法。
  41. 請求項３７に記載の方法において、前記ガス分散板は、基本的に、貫通して延びる複数の開口を有する石英から構成されることを特徴とする堆積方法。
  42. 請求項３７に記載の方法において、前記窓及びガス分散板は、基本的に石英から構成されることを特徴とする堆積方法。
  43. 請求項３７に記載の方法において、前記マイクロ波源はある空間にわたって延在し且つ空間に沿ってマイクロ波を発生し、空間の一部に沿ったマイクロ波は、空間の別の部分に沿ったマイクロ波に対して選択的に調整されることを特徴とする堆積方法。
  44. 請求項３７に記載の方法において、前記マイクロ波源はある空間にわたって延在し且つ空間に沿ってマイクロ波を発生し、空間の一部に沿ったマイクロ波は、空間の別の部分に沿ったマイクロ波に対して選択的に調整され、調整されたマイクロ波は、堆積過程の間、基板の表面にわたって掃引する放射バンドを形成することを特徴とする堆積方法。
  45. 反応チャンバと、
    チャンバの外側にあってチャンバに向かってマイクロ波放射を照射するように構成されるマイクロ波源と、
    マイクロ波源からのマイクロ波照射がチャンバ内に通過可能な、反応チャンバの側部の窓と、を具備し、
    前記マイクロ波源は、チャンバ内にマイクロ波放射の位相アレイを放出するように構成された位相アレイアンテナを含むことを特徴とする堆積装置。
  46. 請求項４５に記載の装置であって、さらに、チャンバ内に基板ホルダを有することを特徴とする堆積装置。
  47. 請求項４６に記載の装置において、前記基板ホルダは、放射の経路にあることを特徴とする堆積装置。
  48. 請求項４６に記載の装置において、前記基板ホルダは、そこに保持された基板の温度を調節するように構成されることを特徴とする堆積装置。
  49. 請求項４６に記載の装置において、前記基板ホルダは、そこに保持された基板を加熱するためのヒータを含むことを特徴とする堆積装置。
  50. 請求項４６に記載の装置において、前記基板ホルダは、反応チャンバ内で半導体材料ウェーハを保持するように構成され、マイクロ波源は、チャンバ内で保持される半導体材料ウェーハのすべての表面にわたってマイクロ波放射の位相アレイを放出するように構成されることを特徴とする堆積装置。
  51. 請求項４６に記載の装置において、前記基板ホルダは、反応チャンバ内で半導体材料ウェーハを保持するように構成され、位相アレイアンテナが、チャンバ内で保持される半導体材料ウェーハのすべての表面にわたって延在することを特徴とする堆積装置。
  52. 請求項４５に記載の装置において、前記窓は、石英、雲母又はプラスチックからなることを特徴とする堆積装置。
  53. 請求項４５に記載の装置において、前記窓は、基本的に石英から構成されることを特徴とする堆積装置。
  54. 窓を有する反応チャンバと、
    チャンバの外側にあって反応チャンバに窓を介してマイクロ波放射を放出するように構成されるマイクロ波源と、
    マイクロ波源を介して反応チャンバ内まで延び、窓を通って延びて窓の下の開口部で終端する導入口と、
    反応チャンバ内で且つ導入口の開口部の下方のガス分散板と、
    チャンバ内で且つガス分散板の下方の基板ホルダと、を具備し、
    前記マイクロ波源は、チャンバ内にマイクロ波放射の位相アレイを放出するように構成された位相アレイアンテナを含むことを特徴とする堆積装置。
  55. 請求項５４に記載の装置において、前記基板ホルダは、そこに保持された基板の温度を調節するように構成されることを特徴とする堆積装置。
  56. 請求項５４に記載の装置において、前記基板ホルダは、そこに保持された基板を加熱するためのヒータを含むことを特徴とする堆積装置。
  57. 請求項５４に記載の装置において、前記窓は、石英、雲母又はプラスチックからなることを特徴とする堆積装置。
  58. 請求項５４に記載の装置において、前記窓は、基本的に石英から構成されることを特徴とする堆積装置。
  59. 請求項５４に記載の装置において、前記ガス分散板は、石英、雲母又はプラスチックからなり、貫通して延びる複数の開口を有することを特徴とする堆積装置。
  60. 請求項５４に記載の装置において、前記ガス分散板は、基本的に、貫通して延びる複数の開口を有する石英から構成されることを特徴とする堆積装置。
  61. 請求項５４に記載の装置において、前記窓及びガス分散板は、基本的に石英から構成されることを特徴とする堆積装置。
  62. 請求項５４に記載の装置において、前記基板ホルダは、反応チャンバ内で半導体材料ウェーハを保持するように構成され、マイクロ波源は、チャンバ内で保持される半導体材料ウェーハのすべての表面にわたってマイクロ波放射の位相アレイを放出するように構成されることを特徴とする堆積装置。
  63. 請求項５４に記載の装置において、前記基板ホルダは、反応チャンバ内で半導体材料ウェーハを保持するように構成され、位相アレイアンテナが、チャンバ内で保持される半導体材料ウェーハのすべての表面にわたって延在することを特徴とする堆積装置。
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