JP2006009152A - 高速原子層堆積装置及び使用方法 - Google Patents

高速原子層堆積装置及び使用方法 Download PDF

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Abstract

【課題】高速原子層堆積装置及び使用方法
【解決手段】処理チャンバ（１００）と、前記処理チャンバ内に設けられた基板ホルダ（１２０）と、前記処理チャンバ（１００）に、第１のプロセスガス及び第２のプロセスガスを供給するように構成されたガス注入装置（１４０）とを含む、原子層堆積（ＡＬＤ）を実行する処理システム（１００）。前記ガス注入装置（１４０）は、前記第１のプロセスガス及び第２のプロセスガスを、前記処理チャンバ（１００）の第１の位置及び第２の位置から導入するように構成されており、前記第１のプロセスガス及び第２のプロセスガスの少なくとも一方は、前記第１の位置と第２の位置とから、交互にかつ連続に導入される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、プラズマ処理に関し、より具体的には、改良されたプラズマ処理のための方法に関する。
一般に、材料物質の処理中に、プラズマは、複合材料構造を作製するときに、材料物質膜の添加及び除去を容易にするために用いられる。例えば、半導体処理において、（ドライ）プラズマエッチングプロセスは、微細ラインに沿って、あるいは、シリコン基板上にパターニングされたビアまたはコンタクト内で、材料物質を除去するかまたはエッチングするのに用いられる。別法として、例えば、気相成長プロセスが、微細ラインに沿って、あるいは、シリコン基板上のビアまたはコンタクト内に材料物質を付着させるのに用いられる。後者の場合、気相成長プロセスは、化学気相成長法（ＣＶＤ）やプラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）を含む。
ＰＥＣＶＤにおいては、プラズマは、堆積メカニズムを変えるためまたは強めるために用いられる。例えば、プラズマ励起は、一般に、膜形成反応を、熱励起ＣＶＤで同様の膜を生成するのに通常必要な温度よりも著しく低い温度で行えるようにする。また、プラズマ励起は、エネルギ的に及び動的に熱ＣＶＤに不利である堆積化学反応を活性化させる可能性がある。従って、ＰＥＣＶＤ膜の化学的及び物理的特性は、プロセスパラメータを調節することにより、比較的広い範囲で変化させることができる。
最近になって、ＰＥＣＶＤ、又は、より一般的なＣＶＤの方式である原子層堆積（ＡＬＤ：Ａｔｏｍｉｃ ｌａｙｅｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）は、ＦＥＯＬ（ｆｒｏｎｔ ｅｎｄ−ｏｆ−ｌｉｎｅ）工程における超薄膜ゲート形成や、ＢＥＯＬ（ｂａｃｋ ｅｎｄ−ｏｆ−ｌｉｎｅ）工程におけるメタライゼーションのための超薄膜バリア層及びシード層の形成に対する候補として浮上してきた。ＡＬＤにおいては、材料物質膜を一度に単層ずつ形成するために、２つ以上のプロセスガスが、交互にかつ連続して導入される。このようなＡＬＤプロセスは、層の厚さにおける改善された均一性、およびこれの上に前記層が堆積される形状構成に対する整合性を実現することが証明されている。しかし、ＡＬＤの場合の堆積速度は、一般に、前記２つ以上のガスを連続させることができる速度に依存する。本発明者らは、現在の堆積システムは、設計が煩わしく、かつＡＬＤプロセスにおけるガスの速やかな連続供給に対する必要性を十分に満たしていないことを認識した。従って、現在のＡＬＤプロセスは、この優れた特性にもかかわらず、ＡＤＬ層の障害となる一般的な容認であった、多くの製造必要条件に適していない遅い堆積速度を一般に有している。
本発明の１つの目的は、上述した問題のいずれかまたは全てを低減または解消することである。
本発明の他の目的は、改善された堆積特性をもって、材料物質を堆積する方法を提供することである。
本発明のまた別の目的は、原子層堆積を用いて、堆積の速度を改善する方法及び装置を提供することである。
本発明のこれらおよび／または他の目的は、原子層堆積を実行する方法及びシステムによって実現される。本発明の１つの態様によれば、基板上に膜を形成する原子層堆積（ＡＬＤ）システムが説明されている。前記システムは、処理チャンバと、前記処理チャンバに組み合わされ、かつ前記基板を支持するように構成された基板ホルダと、前記処理チャンバに結合され、かつ前記処理チャンバを排気させるように構成された排気装置と、前記処理チャンバに結合され、かつ前記処理チャンバ内にプラズマを生成するように構成されたプラズマ源と、前記処理チャンバに結合され、かつ第１のプロセスガス及び第２のプロセスガスを、前記処理チャンバの第１の位置及び第２の位置から導入するように構成されたガス注入装置であって、前記第１のプロセスガス及び前記第２のプロセスガスのうちの少なくとも一方が、前記第１の位置と前記第２の位置とから、交互にかつ連続（ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇｌｙ ａｎｄ ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌｌｙ）して、導入されるガス注入装置とを含む。
本発明の他の態様によれば、プラズマアシスト原子層堆積（ＡＬＤ）プロセスを用いて、基板上に薄膜を堆積する方法であって、前記プラズマＡＬＤプロセスを容易にするように構成された処理チャンバ内に、前記基板を配置することと、第１のプロセスガスを、前記処理チャンバ内の第１の位置から導入することと、前記第１の位置から第２のプロセスガスを導入することと、前記処理チャンバ内の第２の位置から前記第１のプロセスガスを導入することと、前記第２の位置から前記第２のプロセスガスを導入することとを含み、前記第１のプロセスガス及び前記第２のプロセスガスのうちの少なくとも一方が、前記第１の位置と前記第２の位置とから、交互にかつ連続して導入される方法が説明されている。
特に、高アスペクト比の形状構成における堆積特性を改善するために、本発明は、より均一で一様な堆積特性を有するＡＬＤ層を、露出した基板表面に堆積するという実行可能性を改善する工程の処理システム及び方法を提供する。
例えば、ＡＬＤプロセスにおいては、金属、金属窒化物、金属酸化物、窒化物及び酸化物からなる薄く一様な膜を、一度に単層ずつ形成するために、連続的なガス流と共に、あるいは前記ガス流を要することなく、１つ以上のガスをパルス状に注入することができる。従って、ＡＬＤプロセスを用いた、材料物質の堆積に関する１つの態様は、膜が前記基板上に形成される速度である。本発明者らは、前記速度が、一般に、反応物を、上記処理システム内に連続して供給し、かつ入れ替えることができる速度に関連していることを認識した。このため、前記連続供給及びガスの入替え速度が増すと、堆積速度が増す。
本発明は、一般に、第１の前駆体を、ガス注入オリフィスの第１のアレイを介して供給し、かつ第２の前駆体を、ガス注入オリフィスの第２のアレイを介して供給することが可能なガス注入装置を含むプラズマ処理システムに関する。前記ガス注入装置は、さらに、第１のプロセスガス及び第２のプロセスガスの導入を交互に行うように構成されている。また、前記ガス注入装置は、さらに、前記第１のプロセスガス及び第２のプロセスガスの導入の位置を順番に並べるように構成されている。
基板１２５を支持する基板ホルダ１２０を有する処理チャンバ１１０を含む、ＡＬＤプロセスを実行する処理システム１００を図１に示す。また、処理システム１００は、プロセス空間１３５内にプラズマを生成するプラズマ源１３０と、第１のプロセスガス及び第２のプロセスガスを導入するように構成されたガス注入装置１４０とを含む。さらに、ガス注入装置１４０は、前記第１及び第２のプロセスガスを連続的にかつ交互に導入し、そこから前記第１及び第２のプロセスガスが処理チャンバ１１０内に導入される位置を順番に並べるように構成されている。排気装置１４５が、処理チャンバ１１０に結合されており、かつ処理チャンバ１１０を排気するように構成されている。制御装置１５０が、本願明細書で説明するように、種々のコンポーネントを制御するために、排気装置１４５、基板ホルダ１２０、ガス注入装置１４０及びプラズマ源１３０に結合されている。
次に、図２、図３、図４及び図５を参照すると、２つ以上のプロセスガスを処理チャンバ１１０に導入する方法及び装置が描かれている。図２、図４及び図５に示すように、プロセスガスは、ガス注入装置１４０を用いて、基板１２５の上に導入される。例えば、図２、図３及び図５に示すように、第１のプロセスガス（Ａ）は、期間Δｔ１１の間の時刻ｔ１に、第１の位置１４４Ａに導入され、第２のプロセスガス（Ｂ）は、期間Δｔ１２の間の第１のプロセスガス（Ａ）の導入の間または前記導入の後に、第１の位置１４４Ａに導入される。その後、第１のプロセスガス（Ａ）及び第２のプロセスガス（Ｂ）の導入が、期間Δｔ２１及びΔｔ２２の間に第２の位置１４４Ｂに対して繰り返され、第３の位置１４４Ｃに対しても同様である。第２のプロセスガス（Ｂ）の導入は、第１のプロセスガス（Ａ）の導入の後に続くように示されているが、前記第１及び第２のプロセスガスは、同じ期間に対してまたは同じ期間でなくとも、同時に導入することができ、あるいは、それらのプロセスガスの導入は、互いにずらしてもよいことを認識すべきである。さらに、一方の位置から他方の位置へ順番に行うことは、一方を実行した後に他方を実行するように示されているが、前記順番に行うことは、適切なときに一致させることができ、または適切なときに重複させることができ、あるいは、適切なときにずらすことができることを認識すべきである。別法として、上記第１のプロセスガスまたは第２のプロセスガスのいずれかは、連続的に流すことができる。
図４及び図５に示すように、ガス注入装置１４０は、２つ以上のプロセスガスを、基板１２５に対して２つ以上の位置から導入するように構成された複数のノズルアセンブリ１４４を含む。各ノズルアセンブリ１４４は、異なる位置、すなわち、１４４Ａ、１４４Ｂ、１４４Ｃ等に位置しており、第１のプロセスガス（Ａ）及び第２のプロセスガス（Ｂ）等の２つまたそれ以上のプロセスガスを導入するように構成されている。図６に示すように、各ノズルアセンブリ１４４は、２つ以上のガス供給ライン、例えば、前記第１のプロセスガスのための第１のガスライン１４５Ａと、前記第２のプロセスガスのための第２のガスライン１４５Ｂとを含む。各ガスライン１４５Ａ及び１４５Ｂは、前記２つ以上のプロセスガスを供給するように構成されたガス供給装置（図示せず）に結合されている。また、第１のガスライン１４５Ａ及び第２のガスライン１４５Ｂは、それぞれ、第１のガス注入弁１４６Ａ及び第２のガス注入弁１４６Ｂ、および前記２つ以上のプロセスガスが、それを通って処理チャンバ１１０に導入される第１の注入オリフィス１４７Ａ及び第２の注入オリフィス１４７Ｂを含む。第１及び第２のガス注入弁１４６Ａ及び１４６Ｂは、空圧駆動弁または電子機構（ソレノイド）弁を含むことができる。さらに、第１及び第２のガス注入弁１４６Ａ及び１４６Ｂは、高速パルス状に注入するガス注入弁を含むことができる。例示的なパルス状に注入するガス注入システムは、２００１年３月２日に出願された、係属中の米国出願第６０／２７２，４５２号に詳細に記述されており、前記明細書は全体として参照してここに組み込まれる。
再び図１について説明すると、プラズマ源１３０は、米国特許第６，６７５，７３７号、国際公開第２００２／０８０２４８号及び国際公開第２００３／００１５７８号に詳細に記載されているプラズマ源等のスロット式平面アンテナ（ＳＰＡ）プラズマ源を含むことができ、これらの明細書及びパンフレットの内容全体は参照してここに組み込まれる。また、プラズマ源１３０は、高周波（ＲＦ）発生器等の電源に結合された電極、または高周波発生器に結合された螺旋コイル等の電源に結合されたコイルアンテナを含むことができる。例えば、プラズマ源１３０は、容量結合型プラズマ（ＣＣＰ）源、または誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ）源、またはそれらの組合せを含むことができる。別法として、プラズマ源１３０は、低電子温度を有する電子ビーム源等の大面積プラズマの生成が可能なプラズマ源、および表面波、ヘリコンに基づく高密度平坦プラズマ生成が可能なプラズマ源、または電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマ源を含むことができる。
また図１について説明すると、基板ホルダ１２０は、基板１２５を基板ホルダ１２０に対して電気的に（または機械的に）クランプするために、静電クランプ装置（または機械クランプ装置）を備えることができる。さらに、基板ホルダ１２０は、例えば、基板ホルダ１２０から熱を受取り、熱を熱交換装置（図示せず）に伝達する再循環冷却流を有する冷却装置、または熱を前記熱交換装置から基板ホルダ１２０へ伝達する加熱装置をさらに含むことができる。また、熱伝達ガスは、例えば、基板１２５と基板ホルダ１２０の間のガスギャップ熱伝導性を改善するために、裏面ガス装置を介して基板１２５の裏面に供給することができる。例えば、基板１２５の裏面に供給される熱伝達ガスは、ヘリウム、アルゴン、キセノン、クリプトン等の不活性ガス、プロセスガス、または酸素、窒素または水素等のその他のガスを含むことができる。このような装置は、上昇したまたは降下した温度での前記基板の温度制御が必要な場合に用いることができる。例えば、前記裏面ガス装置は、２ゾーン（中心部−縁部）装置等のマルチゾーンガス供給装置を備えることができ、裏面ガスギャップ圧力は、基板１２５の中心部と縁部との間で、別々に変化させることができる。他の実施形態においては、抵抗加熱要素等の加熱／冷却要素、または熱電気ヒータ／クーラーを、基板ホルダ１２０や処理チャンバ１１０のチャンバ壁に含めることができる。
また、基板ホルダ１２０は、それを介して、高周波電力等のＡＣ電力、またはＤＣ電力が基板１２５に結合される電極を含むことができる。例えば、基板ホルダ１２０は、高周波発生器からインピーダンス整合ネットワークを介した基板ホルダ１２０への高周波電力の伝送によって、高周波電圧で電気的にバイアスをかけることができる。前記高周波バイアスのための典型的な周波数は、０．１ＭＨｚから１００ＭＨｚとすることができる。プラズマ処理のための高周波装置は、当業者には公知である。別法として、高周波電力は、複数の周波数で、前記基板ホルダ電極に印加される。さらに、インピーダンス整合ネットワークは、反射電力を低減することにより、上記処理チャンバにおける、高周波電力のプラズマへの伝達を改善するように機能することができる。整合ネットワーク接続形態（例えば、Ｌ形、π形、Ｔ形等）及び自動制御法は、当業者には公知である。
別法として、パルス状高周波バイアスを基板ホルダ１２０に印加することができる。例えば、前記高周波バイアスは、発振器から発生させて、インピーダンス整合ネットワークを介して基板ホルダ１２０に印加することができる。増幅器は、波形信号発生器から出力される信号を介した振幅変調を受ける前記発振器から出力される高周波バイアス信号の振幅を増加させることができる。前記増幅器は、増幅した高周波バイアス信号を前記インピーダンス整合ネットワークに送ることができる。
上記増幅器は、上記発振器からの発振器入力及び上記波形信号発生器からの振幅変調信号を受取るのに適した線形高周波増幅器とすることができる。前記波形信号発生器から出力される信号の１つの実施例は、パルス波形である。前記増幅器及び内部パルス発生器を含む例示的な装置は、ドレスラー社（Ｄｒｅｓｓｌｅｒ）（２５０１ Ｎｏｒｔｈ Ｒｏｓｅ Ｄｒｉｖｅ，Ｐｌａｃｅｎｔｉａ，ＣＡ ９２６７０）から購入可能な線形ＲＦ増幅器（Ｍｏｄｅｌ ｌｉｎｅ ＬＰＰＡ）である。上記の増幅器は、連続的なモード、及び１０から５００ＭＨｚの周波数、４００から８０００Ｗの高周波電力のパルスモードで作動することが可能である。また、上記の増幅器は、２０ミリ秒程度の短いパルス幅を実現することができる。
上記インピーダンス整合ネットワークは、反射電力を最少化することにより、基板ホルダ１２０への高周波電力の伝送を最大化するように機能する。この目的を達成するための整合ネットワーク接続形態（例えば、Ｌ形、π形、Ｔ形等）は公知である。例えば、Ｌ形構成においてキャパシタＣ１及びＣ２を同調させるための整合ネットワーク設定は、スタート及び実行時間中に、コントローラを介して制御される。好ましくは、自動整合ネットワーク制御方法が、上記プロセス全体を通して最適な整合を維持するために用いられる。しかし、典型的な整合ネットワークの場合の応答は、約１５０ミリ秒である。そのため、従来の（機械的に同調される）整合ネットワークが、約１５０ミリ秒以下のパルス幅に最適に応答することができることは予想されない。このような場合、従来の整合ネットワークは、連続的なフロープロセスガス条件に基づいて、実行及び始動設定値に対して設計される。一方、数百ミリ秒を超えるパルス幅が用いられる場合には、従来の整合ネットワークは、パルス期間中であっても、応答して最適なインピーダンス整合を実現できるような十分速いものとなる。
また、図１の処理システム１００は、それを介して、プロセスガス及び排出ガスを、処理チャンバ１１０から除去（または排気）することができる排気装置１４５をさらに含む。排気装置１４５は、好ましくは、５０００リットル／秒（及びそれ以上）に及ぶ排気速度が可能なターボ分子真空ポンプ（ＴＭＰ）と、チャンバ圧力を絞るためのゲートバルブとを含む。
さらに、制御装置１５０は、マイクロプロセッサと、記憶装置と、処理システム１００と通信しかつ前記処理システムへの入力を活動化させると共に、処理システム１００からの出力をモニタするのに十分な制御電圧を生成することが可能なディジタルＩ／Ｏポートとを含むことができる。また、制御装置１５０は、処理チャンバ１１０、基板ホルダ１２０、プラズマ源１３０、ガス注入装置１４０及び排気装置１４５に結合することができ、かつそれらと情報を交換することができる。例えば、前記記憶装置に格納されたプログラムは、堆積プロセスを実行するためのプロセスレシピに従って、処理システム１００の上述した構成要素への入力を活動化させるのに用いることができる。制御装置１５０の１つの実例は、テキサス州オースティン（Ｔｅｘａｓ，Ａｕｓｔｉｎ）のデル・コーポレーション（Ｄｅｌｌ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）から入手可能なＤＥＬＬ ＰＲＥＣＩＳＩＯＮ ＷＯＲＫＳＴＡＴＩＯＮ ６１０（商標）を含む。
図１に示すように、制御装置１５０は、処理システム１００に対して、近くに配置することができ、または前記制御装置は、処理システム１００に対して、遠く離れて配置することができる。例えば、制御装置１５０は、直接的な接続、イントラネット及びインターネットのうちの少なくとも１つを用いて、処理システム１００とデータを交換することができる。制御装置１５０は、例えば、顧客の現場（すなわち、デバイスメーカー等）において、イントラネットに結合することができ、あるいは、前記制御装置は、例えば、ベンダの現場（すなわち、設備製造会社）において、イントラネットに結合することができる。また、例えば、制御装置１５０は、インターネットに結合することができる。さらに、他のコンピュータ（すなわち、コントローラ、サーバ等）は、例えば、制御装置１５０にアクセスして、直接的な接続、イントラネット及びインターネットのうちの少なくとも１つを介してデータを交換することができる。
次に、図７を参照すると、処理チャンバ内の基板上に薄膜を堆積する方法が説明されている。前記方法は、第１のプロセスガスを、上記処理チャンバの第１の位置から導入することを伴う５１０で始まるフローチャート５００として示されている。５２０において、第２のプロセスガスが、前記処理チャンバの前記第１の位置から導入される。５３０において、前記第１のプロセスガスは、第２の位置から前記処理チャンバに導入され、５４０において、前記第２のプロセスガスは、前記第２の位置から前記処理チャンバに導入される。
上記第１のプロセスガス及び第２のプロセスガスの少なくとも一方は、上記第１の位置と第２の位置とから、交互にかつ連続に導入される。例えば、前記第１のプロセスガスは、第１の期間に、前記第１の位置から導入した後、第２の期間に、前記第２の位置から導入することができる。別法として、前記第１のプロセスガス及び第２のプロセスガスは、共に、第１の期間に、前記第１の位置から導入し、その後、第２の期間に、前記第２の位置から導入することができる。別法として、前記第１のプロセスガスは、第１の期間に、前記第１の位置から導入され、前記第２のプロセスガスは、第２の期間に、前記第１の位置から導入され、その後、前記第１のプロセスガスは、第３の期間に前記第２の位置から導入され、前記第２のプロセスガスは、第４の期間に、前記２の位置から導入される。
上記第１のプロセスガスの流量は、１０ｓｃｃｍから１００００ｓｃｃｍとすることができる。上記第２のプロセスガスの流量は、１０ｓｃｃｍから１００００ｓｃｃｍとすることができる。チャンバ圧力は、１ｍトルから１０００ｍトルとすることができる。注入総圧力は、１トルから１０００トルとすることができる。プロセスガス導入のための期間は、１ミリ秒から１０００ミリ秒とすることができ、ガス導入の間の期間は、１ミリ秒から１０秒とすることができる。基板温度は、１０℃から４００℃とすることができる。上記基板の上面と上記プラズマ源の下面との間の間隔ｄ（図１参照）は、２０ｍｍから２００ｍｍとすることができ、好ましくは、前記間隔ｄは、４０ｍｍから１２０ｍｍとすることができる。
本発明者らは、図１、図５及び図６の堆積システムが、上述したように作動した場合、広範囲の製造プロセスに対して実行可能なより速い堆積速度をもたらす、順序付け及びガス交換速度を可能にすることを見出した。
一実施形態において、図７に示す工程からなる方法による原子層堆積（ＡＬＤ）プロセスを説明する。上記第１のプロセスガスは、キャリヤガスを伴うまたは伴わない第１の前駆体を含むことができる。また、上記第２のプロセスガスは、キャリヤガスを伴うまたは伴わない第２の前駆体を含むことができる。例えば、前記キャリヤガスは、希ガス（すなわち、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｒｎ）等の不活性ガスを含むことができる。前記第１の前駆体及び第２の前駆体は、堆積すべき材料物質によって選択することができる。
１つの実施例においては、タングステンを堆積する場合、上記第１の前駆体は、ＷＦ６またはＷ（ＣＯ）６を含むことができ、上記第２の前駆体は、Ｈ２を含むことができる。
他の実施例においては、窒化タングステンを堆積する場合、上記第１の前駆体は、ＷＦ６を含むことができ、上記第２の前駆体は、ＮＨ３、またはＮ２及びＨ２を含むことができる。
別の実施例においては、タンタルを堆積する場合、上記第１の前駆体は、ＴａＣｌ５を含むことができ、上記第２の前駆体は、Ｈ２を含むことができる。
他の実施例においては、五酸化タンタルを堆積する場合、上記第１の前駆体は、ＴａＣｌ５を含むことができ、上記第２の前駆体は、Ｈ２Ｏ、またはＨ２及びＯ２を含むことができる。
別の実施例においては、タンタル窒化物（すなわち、ＴａＮＸ）を堆積する場合、上記第１の前駆体は、ＴａＣｌ５、ＰＤＥＡＴ（ペンタキス（ジエチルアミド）タンタル）、ＰＥＭＡＴ（ペンタキス（エチルメチルアミド）タンタル）、ＴａＢｒ５、またはＴＢＴＤＥＴ（ｔ−ブチルイミノ・トリス（ジエチルアミノ）タンタル）等の前駆体を含有するタンタルを含むことができる。上記第２の前駆体は、Ｈ２及びＮ２からなる混合物を含むことができる。
他の実施例においては、モリブデンを堆積する場合、上記第１の前駆体は、六フッ化モリブデンを含むことができ、上記第２の前駆体は、Ｈ２を含むことができる。
別の実施例においては、銅を堆積する場合、上記第１の前駆体は、Ｃｕ（ＴＭＶＳ）（ｈｆａｃ）、またはエアープロダクツ・アンド・ケミカルズ社（Ａｉｒ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ，Ｉｎｃ．，１９６９ Ｐａｌｏｍａｒ Ｏａｋｓ Ｗａｙ，Ｃａｒｌｓｂａｄ，Ｃａｌｉｆ．９２００９）の一部署であるシューマッハー（Ｓｃｈｕｍａｃｈｅｒ）から入手可能な、商品名ＣｕｐｒａＳｅｌｅｃｔ（登録商標）としても知られている、（トリメチルビニルシリル）ヘキサフルオロアセチルアセトナト銅（Ｉ）等の有機金属化合物、またはＣｕＣｌ等の無機化合物を含むことができる。上記第２の前駆体は、Ｈ２、Ｏ２、Ｎ２、ＮＨ３、またはＨ２Ｏのうちの少なくとも１つを含むことができる。本願明細書中で用いる場合、「Ａ、Ｂ、Ｃ、…またはＸのうちの少なくとも１つ」という言葉は、挙げられた要素のうちのいずれか１つまたは前記挙げられた要素のうちの２つ以上のいずれかの組合せを指す。
他の実施例においては、ＺｒＯ２を堆積する場合、上記第１の前駆体は、Ｚｒ（ＮＯ３）４またはＺｒＣｌ４を含むことができ、上記第２の前駆体は、Ｈ２Ｏを含むことができる。
別の実施例においては、ＨｆＯ２を堆積する場合、上記第１の前駆体は、Ｈｆ（ＮＯ３）４またはＨｆＣｌ４を含むことができ、上記第２の前駆体は、Ｈ２Ｏを含むことができる。
他の実施例においては、Ｈｆを堆積する場合、上記第１の前駆体はＨｆＣｌ４を含むことができ、上記第２の前駆体は、Ｈ２を含むことができる。
別の実施例においては、ニオブを堆積する場合、上記第１の前駆体は、五塩化ニオブを含むことができ、上記第２の前駆体は、Ｈ２を含むことができる。
他の実施例においては、亜鉛を堆積する場合、上記第１の前駆体は、二塩化亜鉛を含むことができ、上記第２の前駆体は、Ｈ２を含むことができる。
別の実施例においては、ＳｉＯ２を堆積する場合、上記第１の前駆体は、Ｓｉ（ＮＯ３）４を含むことができ、上記第２の前駆体は、Ｈ２Ｏを含むことができる。
他の実施例においては、ＳｉＯ２を堆積する場合、上記第１の前駆体は、ジクロロシランを含むことができ、上記第２の前駆体は、Ｈ２を含むことができる。
別の実施例においては、ＳｉＯ２を堆積する場合、上記第１の前駆体は、ＳｉＣｌ４を含むことができ、上記第２の前駆体は、Ｈ２Ｏ、またはＨ２及びＯ２を含むことができる。
他の実施例においては、窒化ケイ素を堆積する場合、上記第１の前駆体はＳｉＣｌ４、またはジクロロシランを含むことができ、上記第２の前駆体は、ＮＨ３、またはＮ２及びＨ２を含むことができる。
別の実施例においては、ＴｉＮを堆積する場合、上記第１の前駆体はＴｉ（ＮＯ３）を含むことができ、上記第２の前駆体は、ＮＨ３を含むことができる。
他の実施例においては、Ｔｉを堆積する場合、上記第１の前駆体は、四塩化チタンまたは四ヨウ化チタンを含むことができ、上記第２の前駆体は、Ｈ２を含むことができる。
別の実施例においては、酸化チタンを堆積する場合、上記第１の前駆体は、四塩化チタンまたは四ヨウ化チタンを含むことができ、上記第２の前駆体は、Ｈ２Ｏ、またはＨ２及びＯ２を含むことができる。
他の実施例においては、ＴｉＮを堆積する場合、上記第１の前駆体は、四塩化チタンを含むことができ、上記第２の前駆体は、ＮＨ３を含むことができる。
別の実施例においては、Ｔｉを堆積する場合、上記第１の前駆体は、テトラキス（ジエチルアミノ）チタンまたはテトラキス（ジメチルアミノ）チタンを含むことができ、上記第２の前駆体は、Ｈ２を含むことができる。
他の実施例においては、ＴｉＮを堆積する場合、上記第１の前駆体は、テトラキス（ジエチルアミノ）チタンまたはテトラキス（ジメチルアミノ）チタンを含むことができ、上記第２の前駆体は、ＮＨ３を含むことができる。
別の実施例においては、アルミニウムを堆積する場合、上記第１の前駆体は、三塩化アルミニウムまたはトリメチルアルミニウムを含むことができ、上記第２の前駆体は、Ｈ２を含むことができる。
他の実施例においては、窒化アルミニウムを堆積する場合、上記第１の前駆体は、三塩化アルミニウムまたはトリメチルアルミニウムを含むことができ、上記第２の前駆体は、ＮＨ３、またはＮ２及びＨ２を含むことができる。
別の実施例においては、酸化アルミニウムを堆積する場合、上記第１の前駆体は、三塩化アルミニウムまたはトリメチルアルミニウムを含むことができ、上記第２の前駆体は、Ｈ２Ｏ、またはＯ２及びＨ２を含むことができる。
他の実施例においては、ＧａＮを堆積する場合、上記第１の前駆体は、硝酸ガリウム、またはトリメチルガリウムを含むことができ、上記第２の前駆体は、ＮＨ３を含むことができる。
別の実施例においては、Ｃｒを堆積する場合、上記第１の前駆体は、Ｃｒオキソ硝酸を含むことができ、上記第２の前駆体は、Ｈ２を含むことができる。
上記第２の前駆体は、例えば、Ｈ２、Ｏ２、Ｎ２、ＮＨ３、Ｈ２ＯまたはＨ２Ｏ２のうちの少なくとも１つとすることができる。
他の実施例においては、上記第１及び第２のプロセスガスは、高圧（１００トルから１０００トルの総圧力）で注入される。また、上記間隔ｄは、約１０５ｍｍであり、上記基板の上のプロセス空間に供給される排気速度は、１０００リットル／秒である。これらの条件下で、ガスの交換速度は、約１０ミリ秒（ｍｓｅｃ）とすることができる。別の実施例においては、前記排気速度は、２０００ｌ／ｓｅｃであり、前記ガス交換速度は、５ｍｓｅｃである。
この発明の特定の実施例のみを詳細に説明してきたが、当業者は、上記の例示的な実施形態においては、この発明の新規な教示及び効果から著しく逸脱することなく、多くの変更例が可能であることを容易に認識するであろう。従って、このような全ての変更例は、この発明の範囲に含まれると解釈すべきである。
本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置の概略図である。 本発明の実施形態によるガス注入方法を示す図である。 本発明の一実施形態によるガス注入方法のタイミング図である。 本発明の一実施形態によるガス注入装置の側面図である。 図３に示すガス注入装置の平面図である。 本発明の一実施形態に係るノズルアセンブリの断面図である。 本発明の一実施形態による、図１のシステムを作動させる処理手順の概略を示す図である。
符号の説明
１００…処理システム、 １１０…処理チャンバ、 １２０…基板ホルダ、 １２５…基板、 １３０…プラズマ源、 １３５…プロセス空間、 １４０…ガス注入装置、 １４４…ノズルアセンブリ、 １４４Ａ…第１の位置、 １４４Ｂ…第２の位置、 １４４Ｃ…第３の位置、 １４５…排気装置、 １４５Ａ…第１のガスライン、 １４５Ｂ…第２のガスライン、 １４６Ａ…第１のガス注入弁、 １４６Ｂ…第２のガス注入弁、 １４７Ａ…第１の注入オリフィス、 １４７Ｂ…第２の注入オリフィス、 １５０…制御装置

Claims (25)

  1. 基板上に膜を堆積する原子層堆積システムであって、
    処理チャンバと、
    前記処理チャンバに組み合わされ、かつ前記基板を支持するように構成された基板ホルダと、
    前記処理チャンバに組み合わされ、かつ前記処理チャンバ内を排気するように構成された排気装置と、
    前記処理チャンバに組み合わされ、かつ前記処理チャンバ内にプラズマを生成するように構成されたプラズマ源と、
    前記処理チャンバに組み合わされ、かつ第１のプロセスガス及び第２のプロセスガスを、前記処理チャンバの第１の位置及び第２の位置から導入するように構成されたガス注入装置と、
    前記原子層堆積システムに結合され、前記第１のプロセスガス及び前記第２のプロセスガスのうちの少なくとも一方が、前記第１の位置と前記第２の位置とから、交互にかつ連続して導入されるように、前記ガス注入装置を制御するように構成されたコントローラとを具備する原子層堆積システム。
  2. 前記コントローラは、前記第１のプロセスガス及び前記第２のプロセスガスの前記処理チャンバへの前記導入を調節することと、モニタリングすることと、制御することとのうちの少なくとも１つを実行するように構成されている請求項１に記載の原子層堆積システム。
  3. 前記コントローラは、前記第１のプロセスガスが、第１の期間に、前記第１の位置から導入され、その後、第２の期間に、前記第２の位置から導入されるように、前記ガス注入装置を制御する請求項１に記載の原子層堆積システム。
  4. 前記コントローラは、前記第１のプロセスガス及び前記第２のプロセスガスが、第１の期間に、前記第１の位置から導入され、その後、第２の期間に、前記第２の位置から導入されるように、前記ガス注入装置を制御する請求項１に記載の原子層堆積システム。
  5. 前記コントローラは、前記第１のプロセスガスが、第１の期間に、前記第１の位置から導入され、かつ前記第２のプロセスガスが、第２の期間に、前記第１の位置から導入され、その後、前記第１のプロセスガスが、第３の期間に、前記第２の位置から導入され、かつ前記第２のプロセスガスが、第４の期間に、前記第２の位置から導入されるように、前記ガス注入装置を制御する請求項１に記載の原子層堆積システム。
  6. 前記ガス注入装置は、
    前記処理チャンバの周囲に配設され、かつ前記第１のプロセスガスを注入するように構成されたガス注入オリフィスからなる第１のセットと、
    前記処理チャンバの周囲に配設され、かつ前記第２のプロセスガスを注入するように構成されたガス注入オリフィスからなる第２のセットとを備えている請求項１に記載の原子層堆積システム。
  7. 前記ガス注入装置は、２つ以上のノズルアセンブリを備え、前記ノズルアセンブリの各々が、前記第１のプロセスガスを導入するように構成された第１のガス注入弁と、第１のガスラインと、第１のガス注入オリフィスとを、前記第２のプロセスガスを導入するように構成された第２のガス注入弁と、第２のガスラインと、第２のガス注入オリフィスとを含んでいる請求項１に記載の原子層堆積システム。
  8. 前記基板ホルダは、前記基板を目標の温度まで加熱するように構成されている請求項１に記載の原子層堆積システム。
  9. 前記基板ホルダは、前記基板を、約４０℃から約４５０℃の範囲の温度に加熱するように構成されている請求項８に記載の原子層堆積システム。
  10. 前記基板ホルダは、前記基板の温度を、高められた温度に制御するように構成されている請求項１に記載の原子層堆積システム。
  11. 前記基板ホルダは、電気的バイアスを前記基板に結合するように構成されている請求項１に記載の原子層堆積システム。
  12. 前記基板ホルダは、パルス状の電気的バイアスを前記基板に結合するように構成されている請求項１に記載の原子層堆積システム。
  13. 前記ガス注入装置は、前記第１のプロセスガス及び前記第２のプロセスガスを、前記第１の位置及び前記第２の位置に注入するように構成されたパルス状に注入するガス注入弁を備えている請求項１に記載の原子層堆積システム。
  14. 前記パルス状に注入するガス注入弁は、ソレノイドバルブを備えている請求項１３に記載の原子層堆積システム。
  15. 前記ガス注入装置は、ＷＦ６、Ｗ（ＣＯ）６、ＴａＣｌ５、ＰＤＥＡＴ（ペンタキス（ジエチルアミド）タンタル）、ＰＥＭＡＴ（ペンタキス（エチルメチルアミド）タンタル）、ＴａＢｒ５、ＴＢＴＤＥＴ（ｔ−ブチルイミノ・トリス（ジエチルアミノ）タンタル）、六フッ化モリブデン、Ｃｕ（ＴＭＶＳ）（ｈｆａｃ）、（トリメチルビニルシリル）ヘキサフルオロアセチルアセトナト銅（Ｉ）、ＣｕＣｌ、Ｚｒ（ＮＯ３）４、ＺｒＣｌ４、Ｈｆ（ＮＯ３）４、ＨｆＣｌ４、五塩化ニオブ、二塩化亜鉛、Ｓｉ（ＮＯ３）４、ＳｉＣｌ４、ジクロロシラン、Ｔｉ（ＮＯ３）、ＴｉＣｌ４、Ｔｉｌ４、テトラキス（ジエチルアミノ）チタン、テトラキス（ジメチルアミノ）チタン、三塩化アルミニウム、トリメチルアルミニウム、硝酸ガリウム、トリメチルガリウム及びＣｒオキソ硝酸からなる群から選択された前記第１のプロセスガスを供給するように構成されている請求項１に記載の原子層堆積システム。
  16. 前記ガス注入装置は、Ｈ２、Ｎ２、Ｏ２、Ｈ２Ｏ、ＮＨ３、またはＨ２Ｏ２のうちの少なくとも１つとして前記第２のプロセスガスを供給するように構成されている請求項１に記載の原子層堆積システム。
  17. 前記第１のプロセスガスは、さらにキャリヤガスを含んでいる請求項１に記載の原子層堆積システム。
  18. 前記キャリヤガスは、希ガスを含んでいる請求項１７に記載の原子層堆積システム。
  19. 前記第２のプロセスガスは、さらにキャリヤガスを含んでいる請求項１に記載の原子層堆積システム。
  20. 前記キャリヤガスは、希ガスを含んでいる請求項１９に記載のシステム。
  21. プラズマアシスト原子層堆積プロセスを用いて、基板上に薄膜を堆積する方法であって、
    前記プラズマアシスト原子層堆積プロセスを容易にするように構成された処理チャンバ内に、前記基板を配置することと、
    第１のプロセスガスを、前記処理チャンバ内の第１の位置から導入することと、
    前記第１の位置から第２のプロセスガスを導入することと、
    前記第１のプロセスガスを、前記処理チャンバ内の第２の位置から導入することと、
    前記第２の位置から前記第２のプロセスガスを導入することとを具備し、
    前記第１のプロセスガス及び前記第２のプロセスガスのうちの少なくとも一方が、前記第１の位置と前記第２の位置とから、交互にかつ連続して導入される方法。
  22. 前記第１のプロセスガスを前記第１の位置から導入することは、第１の期間に行われ、その後、前記第１のプロセスガスが、第２の期間に前記第２の位置から導入される請求項２１に記載の方法。
  23. 前記第１のプロセスガスを前記第１の位置から導入すること、及び前記第２のプロセスガスを前記第１の位置から導入することは、第１の期間に行われ、その後、前記第１のプロセスガスを前記第２の位置から導入すること、及び前記第２のプロセスガスを前記第２の位置から導入することが、第２の期間に行われる請求項２１に記載の方法。
  24. 前記第１のプロセスガスを前記第１の位置から導入することは、第１の期間に行われ、前記第２のプロセスガスを前記第１の位置から導入することは、第２の期間に行われ、その後、第３の期間に、前記第１のプロセスガスが前記第２の位置から導入され、第４の期間に、前記第２のプロセスガスが前記第２の位置から導入される請求項２１に記載の方法。
  25. 処理チャンバと基板ホルダとを有する原子層堆積システムであって、
    第１のプロセスガスを、前記処理チャンバの第１の位置及び第２の位置から導入する手段と、
    第２のプロセスガスを、前記処理チャンバの前記第１の位置及び前記第２の位置から導入する手段と、
    前記処理チャンバ内にプラズマを生成する手段と、
    前記第１のプロセスガス及び前記第２のプロセスガスの少なくとも一方を、前記第１の位置と前記第２の位置とから、交互にかつ連続に導入する手段とを具備する原子層堆積システム。
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