JP2018182322A - 原子層エッチングのリセットを伴う選択的堆積 - Google Patents

Abstract

【課題】選択的堆積プロセス中における成長選択性を維持するとともに欠陥排除パフォーマンスを向上させる。【解決手段】基板は、複数の基板材料を有し、各材料は、上に堆積される材料に対応して異なる核生成遅延を有する。上への堆積が意図される第１の基板材料に関係付けられた核生成遅延は、堆積の進行に伴って低下する核生成遅延差異にしたがって、上への堆積が意図されない第２の基板材料に関係付けられた核生成遅延よりも少ない。堆積された材料の一部分が、第１の基板材料と第２の基板材料との間の核生成遅延差異を再確立するためにエッチングされる。材料は、基板上に更に選択的に堆積される。【選択図】図２

Description

半導体基板の特徴サイズの縮小に伴って、デバイス縮小を助けるとともに三次元構造を可能にするための処理技術の必要性が増している。これに関し、原子層堆積（ＡＬＤ）や原子層エッチング（ＡＬＥ）などの原子スケールの処理が有用な技術であることがわかっている。しかしながら、継続的な半導体デバイスの微細化及び欠陥の低減に対する挑戦が残っている。

提供されるのは、半導体基板上に選択的に材料を堆積させることによって基板上への堆積を行うための方法である。基板は、複数の基板材料を有し、各材料は、上に堆積される材料に対応して異なる核生成遅延を有する。具体的には、堆積の進行に伴って核生成遅延差異は低下するので、上への堆積が意図される第１の基板材料に関係付けられた核生成遅延は、上への堆積が意図されない第２の基板材料に関係付けられた核生成遅延よりも少ない。堆積された材料の一部分が、第１の基板材料と第２の基板材料との間の核生成遅延差異を再確立するためにエッチングされる。材料は、基板上に更に選択的に堆積される。
エッチングは、サイクル単位で実施され、一サイクルは、基板の表面を改質するために基板をエッチングガスに暴露し、改質された表面の少なくとも一部を除去するために基板を除去用ガスに暴露する、ことを含む。エッチングガスへの基板の暴露は、更に、プラズマを着火することを含んでいてよい。一部の実施形態では、方法は、更に、基板にバイアスを印加することを含む。エッチングガスは、塩素含有化合物であってよい。各種の実施形態では、一サイクルが、約１Åから約５０Åの間の堆積材料及び／又は膜をエッチングする。チャンバは、暴露と暴露との間でパージされてよい。

一堆積サイクルは、基板の表面を改質するために基板を堆積前駆体に暴露し、膜を堆積させるために基板を還元剤に暴露する、ことを含んでいてよい。一部の実施形態では、方法は、更に、プラズマを着火することを含む。一部の実施形態では、堆積前駆体への基板の暴露中に、堆積前駆体の少なくとも一部が基板の表面上に吸着する。チャンバは、暴露と暴露との間でパージされてよい。

一部の実施形態では、エッチングと堆積とが、同じチャンバ内で実施される。エッチングは、非共形（他の層の凹凸に沿わない）方式で実施されてよい。一部の実施形態では、エッチング又は堆積の少なくとも一方が、自己制限反応である。

別の一態様は、（ａ）チャンバに収容されている基板を、基板を覆う膜を堆積させるために第１の反応剤と第２の反応剤との交番パルスに暴露し、基板は、上への膜の堆積が意図される第１の基板材料と、上への膜の堆積が意図されない第２の基板材料とを有し、第２の基板材料は、第１の基板材料とは異なり、第１の基板材料の場合の核生成遅延は、堆積の進行によって低下する核生成遅延差異にしたがって、第２の基板材料の場合の核生成遅延よりも少なく、（ｂ）チャンバに収容されている基板を、堆積された材料の一部分をエッチングして第１の基板材料と第２の基板材料との間の核生成遅延差異をリセットするためにエッチングガスと除去用ガスとの交互バルスに暴露する、ことを含む方法に関わる。一部の実施形態では、（ａ）と（ｂ）とが、真空を破ることなく同じチャンバ内で実施されてよい。一部の実施形態では、（ａ）と（ｂ）とが、十分な最終的堆積が起きるまで繰り返されてよい。

除去用ガスは、Ｎ₂と、Ａｒと、Ｈｅと、Ｎｅとからなる群より選択されたキャリアガスであってよい。一部の実施形態では、（ａ）と（ｂ）とが、同じチャンバ内で順次実施される。更に、チャンバは、パルスとパルスとの間でパージされてよい。各種の実施形態では、（ａ）は、更に、基板にバイアスを印加することを含む。一部の実施形態では、方法は、基板を除去用ガスに暴露するときにプラズマを着火することも含む。方法は、また、基板を第２の反応剤に暴露するときにプラズマを着火することも含んでいてよい。

各種の実施形態では、（ａ）又は（ｂ）の少なくとも一方が、自己制限反応である。一部の実施形態では、基板上に材料を堆積させるために、（ａ）と（ｂ）とが繰り返される。一部の実施形態では、基板上の膜をエッチングするために、（ａ）と（ｂ）とが繰り返される。各種の実施形態では、基板は、金属と誘電体とからなる群より選択される。

別の一態様は、基板を処理するための装置に関わり、該装置は、それぞれがチャックを有する１つ以上の処理チャンバと、処理チャンバ内へ通じる１つ以上のガス入口、及び関連の流量制御ハードウェアと、プロセッサ及びメモリを有するコントローラと含み、プロセッサ及びメモリは、通信可能方式で互いに接続され、少なくとも１つのプロセッサは、少なくとも動作可能方式で流量制御ハードウェアに接続され、メモリは、上に堆積される材料に対応して異なる核生成遅延を核生成遅延差異にしたがって有する複数の基板材料を含む半導体基板上に選択的に材料を堆積させ、基板上に堆積された材料の一部分を、基板材料間の核生成遅延差異を再確立するためにエッチングし、材料を、基板上に更に選択的に堆積させる、ことによって流量制御ハードウェアを少なくとも制御するように少なくとも１つのプロセッサを制御するためのコンピュータ実行可能命令を格納する。

別の一態様は、基板を処理するための装置に関わり、該装置は、それぞれがチャックを有する１つ以上の処理チャンバと、処理チャンバ内へ通じる１つ以上のガス入口、及び関連の流量制御ハードウェアと、プロセッサ及びメモリを有するコントローラと含み、プロセッサ及びメモリは、通信可能方式で互いに接続され、少なくとも１つのプロセッサは、少なくとも動作可能方式で流量制御ハードウェアに接続され、メモリは、チャンバに収容されている基板を、その基板を覆う膜を堆積させるために第１の反応剤と第２の反応剤との交番パルスに暴露し、基板は、上への膜の堆積が意図される第１の基板材料と、上への膜の堆積が意図されない第２の基板材料とを有し、第２の基板材料は、第１の基板材料とは異なり、第１の基板材料の場合の核生成遅延は、堆積の進行によって低下する核生成遅延差異にしたがって、第２の基板材料の場合の核生成遅延よりも少なく、チャンバに収容されている基板を、堆積された材料の一部分をエッチングして第１の基板材料と第２の基板材料との間の核生成遅延差異をリセットするためにエッチングガスと除去用ガスとの交互バルスに暴露する、ことによって流量制御ハードウェアを少なくとも制御するように少なくとも１つのプロセッサを制御するためのコンピュータ実行可能命令を格納する。

これらの及びその他の特徴が、添付の図面を参照にして以下で更に説明される。

開示される実施形態にしたがった方法のための動作を示した工程図である。

開示される実施形態にしたがった方法のための動作を示した別の工程図である。

エッチング及び堆積の説明図である。

開示される実施形態にしたがった方法のための動作を示した別の工程図である。

交互する堆積サイクルとエッチングサイクルとを示したグラフである。

様々な基板表面上で観察される核生成遅延を示したグラフである。

開示される実施形態を実施するための代表的な処理チャンバの説明図である。

開示される実施形態を実施するための代表的な処理チャンバの、別の説明図である。

開示される実施形態を実施するための代表的な処理装置の、更に別の説明図である。

開示される実施形態を実施するための代表的な処理装置の、また別の説明図である。

以下の説明では、提示される実施形態の完全な理解を可能にするために、数々の具体的詳細が特定される。開示される実施形態は、これらの具体的詳細の一部又は全部を伴わずとも実施されえる。また、開示される実施形態を不必要に不明瞭にしないために、周知のプロセス動作は、詳細に説明されていない。開示される実施形態は、具体的な実施形態との関連で説明されるが、これは、開示される実施形態を制限することを意図していないことが理解される。

特徴サイズの縮小に伴って、原子層堆積（ＡＬＤ）及び原子層エッチング（ＡＬＥ）などの原子スケールの処理の必要性が増している。これらは、膜厚の段階的な細かい変化をもたらす名目上自己制限的な工程からなる循環プロセスである。これらのプロセスは、比較的滑らかで共形性であること、及び特定のＡＬＥプロセスにおける指向性によって特徴付けられる。

本書で提供されるのは、選択的堆積プロセス中における成長選択性を維持するとともに欠陥排除パフォーマンスを向上させるために、最適化された選択的堆積プロセスをＡＬＥなどの制御式のエッチングと組み合わせることに関する。

半導体基板上への選択的堆積は、ＡＬＤプロセスとＡＬＥプロセスとを定期的に交替させることによって達成されえる。選択的堆積は、例えばウエハをその底部から上方へ構築することによって、継続的なデバイスの微細化と各種三次元（３Ｄ）構造の製作とを可能にする。選択的堆積による更なる利点として、統合フローが簡略化される（すなわち、別途のリソグラフィプロセス及び／又はエッチングプロセスを必要としない）こと、特徴の密度及び／又は拡大縮小が（すなわち、より小さい断面積内に更に多くのデバイス特徴が含まれえるように）強化されること、並びにパターン形成が強化される（すなわち、重ね合わせが向上される）ことがある。

しかしながら、選択的堆積のための現行の市販の方法は、多くの場合、材料及び／又はシステムに結び付いており、したがって、金属及び／又は誘電材料を自在に選択的に堆積させるための一般化された方法がない。それ以外で選択的堆積に関係するその他の課題は、欠陥の形成、及び比較的狭いプロセス窓の必要性である。通常の堆積プロセスは、核生成遅延を評価する能力に限りがあるので、及び／又は材料を選択的に成長させられないので、堆積選択性が、堆積の進行に伴って悪化する恐れもある。更に、堆積選択性のこのような悪化は、選択的堆積を通じた比較的厚い膜の成長を困難にする。

更に、選択的堆積は、開始表面（すなわち、半導体基板及び／又はウエハ）が精確でない及び／又は理想的でないゆえに欠陥を生じるかもしれず、その結果、そのような望ましくない表面上に、残留堆積材料が欠陥として形成される及び／又はそれ以外の形で見られる恐れがある。

開示される方法は、例えば２種類以上の異なる材料のそれぞれの核生成遅延間で観察される核生成遅延差異に応じて又はそのような核生成遅延差異をそれ以外のやり方で使用することによって差別的成長を得るための、選択的堆積プロセスを提供する。すなわち、堆積されている材料の堆積が第２の基板材料上よりも第１の基板材料上で容易に起きるという事実を活用することによって第２の基板材料上と比べて第１の基板材料上への選択的堆積を達成するように、堆積プロセスがあつらえられる。上に堆積が選択的に起きる基板は、上に堆積が選択的に起きない基板材料よりも、堆積されている材料に対する核生成遅延が低く、すなわち少なく、したがって、２つの基板材料のそれぞれに関係付けられた核生成遅延間には差があり、この差は、核生成遅延差異と呼ばれる。しかしながら、選択的堆積の進行に伴って、堆積選択性は悪化することがわかっている。これを修正するためには、核生成遅延差異をリセットし及び／又は再確立して、そうでなければ制限されるだろうプロセス窓を工業用途に関連してその後も拡大可能にするために、高度に制御されるＡＬＥプロセスが成長プロセスと組み合わせて使用できることがわかっている。

選択的堆積をＡＬＥなどの制御式エッチングと組み合わせることの更なる利点として、誘電材料又は同様な基板材料上に蓄積された望ましくない残留金属などの、選択的堆積に結び付いた成長欠陥が、ＡＬＥ中に排除されることが挙げられる。更に、開示された方法は、基板材料に特有な核生成遅延及び／又はそれらの核生成遅延間で観察される差異（すなわち、核生成遅延差異）を強化する及び／又はそれ以外の形で最適化することによって、材料及び／又は誘電体を自在に選択的に堆積させるように、選択的堆積方式を一般化するのに有用である。開示された方法は、また、同じ基板上で２回以上にわたって選択的堆積が起きることも可能にする。

開示された方法は、選択的堆積が通常起きる、そうでなければ比較的狭いだろうプロセス窓を拡大させるための、制御可能な解決策を提供する。上記のように、最初の選択的堆積は、複数の基板材料で構成された基板上で行われ、この堆積は、上で堆積が選択的に起きない別の基板材料よりも低い、すなわち少ない核生成遅延を有する基板材料上で選択的に起きる。一部の実施形態では、基板を構成している各種の基板材料に関係付けられた核生成遅延は、最適化された化学剤、すなわち表面化学変化や抑制などを生じさせる手段としての化学剤を使用して、差別的成長を保証する及び適用窓を潜在的に拡大させることによって強化されてよい。次に、的を外れた堆積に関係する欠陥を減少させつつ、堆積選択性を強化しそれによってスループットを向上させるために、基板に、ＡＬＥなどの制御可能なエッチングプロセスが適用され、上への堆積が想定される特定の基板材料に対する核生成遅延及び／又は抑制がリセットされる、回復される、及び／又はそれ以外の形で再確立される。

リセットする、回復する、又は再確立するという表現は、言及された材料に対する核生成遅延が、選択的堆積の開始時における核生成遅延レベルの１％、２％、５％、１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、若しくは９０％、又は１％、２％、５％、１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、若しくは９０％以内など、選択的堆積の開始時におけるレベルまで又はその近くまで、総じて大幅に、低減されることを意味する。場合によっては、核生成遅延は、選択的堆積の開始時におけるレベルを超えて（そのレベル未満まで）低減される。その他の実施形態では、核生成遅延差異は、材料に関係した堆積が上で選択的に起きない基板材料に関係付けられた核生成遅延を、例えば核生成遅延の低減に関連して上述されたのと同じ又は類似の程度まで増加させることによって強化されてよい。その他の実施形態では、上に堆積が選択的に起きる材料及び上に堆積が選択的に起きない材料にそれぞれ関係付けられた核生成遅延の低減及び増加の両方が、核生成遅延差異を強化するために使用されてよい。

したがって、ＡＬＥプロセスの完了後は、各種の基板上における堆積選択性（各種の基板間の核生成遅延差異）が増すことが期待される。

本書で提供される方法は、例えば望ましくない非成長表面上で見られる残留堆積材料の結果として生じるなどの、選択的堆積プロセスの結果として生じる固有の欠陥に対する解決策を提供する。選択的堆積と組み合わせたＡＬＥの使用は、望ましくない表面からのこのような残留堆積材料の除去を可能にし、例えば、金属領域と誘電領域との間に、並びに各種の誘電区域内及び金属区域内に、より優れた分離を形成する。したがって、選択的堆積方式は、こうして同じ半導体基板上で例えばＡＬＤ工程とＡＬＥ工程とを循環させて、異なる基板材料間の核生成遅延差異を強化する及び／又は最適化することによって、金属及び／又は誘電体を堆積させえる。

図１は、開示された実施形態にしたがった方法における動作を実施するためのプロセスフローチャートを提供する。図１における動作は、約１ミリトールから約１トールの間を例とする例えば約１ミリトールから約１００トールの間のチャンバ圧力で実施されてよい。図１に示された方法は、総じて、半導体基板上で堆積を行うことに関する。具体的には、動作１０２では、複数の別々の基板材料で構成される又はそれらの材料をそれ以外の形で含む半導体基板が処理チャンバに提供される。

動作１０２で半導体基板が提供されるチャンバについて言及すると、該チャンバは、マルチチャンバ装置内の一チャンバ、又は単一チャンバ装置であってよい。半導体基板は、上に誘電材料、導電材料、又は半導電材料などの１枚以上の材料層が堆積されたウエハなどの、２００ｍｍウエハ、３００ｍｍウエハ、又は４５０ｍｍウエハを例とするシリコンウエハであってよい。一部の実施形態では、基板は、非晶質シリコンなどのシリコンまたははゲルマニウムの、全面を覆うように拡がったブランケット層を含む。基板は、基板上に前もって堆積されてパターン形成されたパターン化マスク層を含んでいてよい。例えば、非晶質シリコンブランケット層を含む基板上に、マスク層が堆積されてパターン形成されてよい。

一部の実施形態では、基板上の層が、パターン形成されてよい。基板は、ビア又はコンタクトホールなどの「特徴」を有してよく、これらは、狭い及び／又は内側に凹んだ開口、特徴内のくびれ、及び高いアスペクト比によって特徴付けられてよい。特徴は、上述された層のうちの１枚以上の中に形成されてよい。特徴の一例が、半導体基板の中の又は基板上の層の中の、ホール又はビアである。別の一例が、基板の中の又は層の中の溝である。各種の実施形態では、特徴は、障壁層又は接着層などの下位層を有してよい。下位層の非限定的な例として、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン炭化物、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、及び金属層などを例とする、誘電層及び導電層がある。

一部の実施形態では、特徴は、少なくとも約２：１の、少なくとも約４：１の、少なくとも約６：１の、少なくとも約１０：１の、少なくとも約３０：１の、又はそれよりも高いアスペクト比を有してよい。高いアスペクト比では、特徴の側壁を保護することが望まれるだろう。開示される方法は、約１５０ｎｍ未満の開口を有する特徴を有する基板に対して実施されてよい。特徴であるビア又は溝は、未充填特徴、又は特徴と呼ばれてよい。特徴は、その底部閉端又は内側から開口に向けて狭まる内側が凹んだプロフィールを有してよい。一部の実施形態では、本書で開示される方法は、これらの特性を有する特徴を形成するために使用されえる。

次に、動作１０４では、半導体基板を構成する１種類以上の基板材料の上に、例えば後述される図３を参照にして説明されるように選択的に材料が堆積される。これらの基板材料は、核生成遅延差異にしたがって、上に堆積される材料に対応して異なる核生成遅延を有する。例えばタングステン（Ｗ）基板などの金属上への、例えばＡＬＤによる窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の堆積は、例えばＳｉＯ₂などの誘電体基板上へのＡｌＮの堆積で観察されるのとは核生成遅延を異ならせるだろう。この核生成遅延差異は、より大きい核生成遅延を有する材料と比べて少ない核生成遅延を有する材料上に選択的堆積を実現するために使用できる。

総じて、ＡＬＤは、順次式の自己制限反応を使用して薄い材料層を堆積させる技術である。ＡＬＤは、任意の適切な技術を使用して実施されてよい。各種の実施形態では、ＡＬＤは、プラズマによって実施されてよい、又は熱的に実施されてよい。また、動作１０４は、サイクル単位で、すなわち本書において「ＡＬＤサイクル」と呼ばれるサイクル単位で実施されてよい。

ＡＬＤサイクルの概念は、本書における各種の実施形態の議論に関わる。ＡＬＤサイクルは、通常、表面堆積反応を１回実施するために使用される最小動作集合である。例えば、成功した１つのＡＬＤサイクルは、その結果、動作１０４における第１の基板材料などの所望の基板表面上に少なくとも部分シリコン含有膜層を形成させる。通常、一ＡＬＤサイクルは、少なくとも１種類の反応剤を基板表面上へ配送して吸着させるための動作と、次いで、吸着された反応剤を基板表面上に残る１種類以上の反応剤と反応させて例えば少なくとも部分膜層を形成させるための動作とを含む。このＡＬＤサイクルは、反応剤若しくは副生成物のうちの１つをスイープする（一掃する）、及び／又は堆積された部分膜を処理するなどの、何らかの補助的な動作を含んでいてよい。総じて、一サイクルは、固有な一組の一連の動作を含む。一例として、一ＡＬＤサイクルは、（ｉ）シリコン含有前駆体を配送する／吸着させる動作と、（ii）チャンバからシリコン前駆体をパージする動作と、（iii）第２の反応剤及びプラズマを配送する動作と、（iv）プラズマをチャンバからパージする動作とを含んでいてよい。

一部の実施形態では、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）が、ＡＬＤ動作及び／又はＡＬＤサイクルを通じて各種の対象基板上に堆積されてよく、このような基板としては、シリコン酸化物（ＳｉＯ₂）、シリコン窒化物（Ｓｉ₃Ｎ₄）、シリコン炭化物（ＳｉＣ）、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）、及び窒化アルミニウム（ＡｌＮ）がある（ただし、これらに限定はされない）。また、ＡＬＮは、個別に及び／又は組み合わせて、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、及び酸化スズ（ＳｎＯ₂）などの一般的な高κ誘電体層上、並びに／又はタングステン（Ｗ）、銅（Ｃｕ）、コバルト（Ｃｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、シリコン（Ｓｉ）、及び炭素（Ｃ）などの導電膜上に堆積されてもよい。

図３は、シリコン酸化物（ＳｉＯ₂）を堆積させるための一ＡＬＤサイクルの代表的な説明図を示している。図３０４ａ〜３０４ｅは、一般的なＡＬＤサイクルを示している。３０４ａでは、多数のシリコン原子を含むシリコン基板が提供される。３０２ｂでは、酸素ラジカルとして酸素が基板に導入され、これらの酸素ラジカルは、基板の表面を改質する。これが、反応剤及びプラズマの配送であってよい。なお、例として、一部の酸素ラジカルが基板の表面上に吸着されることに留意せよ。３０４ｃでは、酸素ラジカルは、チャンバからパージされる。３０４ｄでは、シリコン含有前駆体、すなわちシリコン源が導入され、該シリコン源は、基板の表面上に吸着された酸素ラジカルと反応する。３０４ｅでは、チャンバはパージされ、副生成物は除去され、ＳｉＯ₂の堆積層が残される。

堆積材料としてのＳｉＯ₂の選択に代わり、一部の実施形態では、（Ａｌ）及び／又は銅（Ｃｕ）などの金属が、動作１０４ａ中に、堆積が意図される第１の基板表面上にＡＬＤを通じて堆積される。一部の実施形態では、第１の基板表面は、実質的に窒化アルミニウム（ＡｌＮ）で構成されてよい。更に、トリメチルアルミニウム（Ａｌ₂（ＣＨ₃）₆）が、例えば次の核生成遅延が観察される実質的にＡｌＮを含む基板上に堆積させるための堆積材料として必要とされるＡｌを供給するための適切な前駆体を提供してよい。具体的には、Ａｌ₂（ＣＨ₃）₆は、比較的制御されたやり方で、例えば２５０℃から３５０℃にかけての温度で堆積されてよい。３５０℃より上では、分解が観察される。

一部の実施形態では、ＡＬＤによって堆積される膜は、共形性が高いだろう。膜の共形性は、ステップ・カバレージ（回り込み率）によって測定されてよい。ステップ・カバレージは、特徴の底部、側壁、又は頂部に堆積された膜の平均厚さを、特徴の底部、側壁、又は頂部に堆積された膜の平均厚さと比較することによって算出されてよい。例えば、ステップ・カバレージは、側壁に堆積された膜の平均厚さを特徴の頂部に堆積された膜の平均厚さで割り、それに１００を掛けて百分率を得ることによって算出されてよい。

化学気相成長（ＣＶＤ）技術と異なり、ＡＬＤプロセスは、膜を一層ずつ堆積させるために、表面介在性の堆積反応を使用する。ＡＬＤプロセスの一例では、基板を収容している処理チャンバに提供される１回の投入において、表面活性部位の集中を含む基板表面が、シリコン含有前駆体などの第１の前駆体の気相分布に暴露される。この第１の前駆体の分子は、基板表面上に吸着されて、第１の前駆体の化学吸着種及び／又は物理吸着分子を含む。なお、本書で説明されるように基板表面上に化合物が吸着されるときは、吸着された層が上記化合物はもちろん上記化合物の誘導体も含みえることが、理解されるべきである。例えば、シリコン含有前駆体の吸着層は、シリコン含有前駆体はもちろんシリコン含有前駆体の誘導体も含みえる。特定の実施形態では、ＡＬＤにおける前駆体の導入が、基板表面を部分的に飽和させる。一部の実施形態では、ＡＬＤサイクルの投入段階は、基板表面を均等に飽和させるために、前駆体が基板に接触する前に終結する。通常、前駆体の流れは、この時点でオフにされ又は方向転換され、パージガスのみが流れる。この亜飽和レジームで動作することによって、ＡＬＤプロセスは、サイクル時間を短縮し、スループットを増加させる。しかしながら、前駆体の吸着は、飽和制限されないので、吸着される前駆体の濃度は、基板表面の場所によって僅かに異なるだろう。亜飽和レジームで動作するＡＬＤプロセスの例が、２０１３年１０月２３日に出願され名称を「ＳＵＢ−ＳＡＴＵＲＡＴＥＤ ＡＴＯＭＩＣ ＬＡＹＥＲ ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ ＡＮＤ ＣＯＮＦＯＲＭＡＬ ＦＩＬＭ ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ（亜飽和原子層堆積及び共形膜堆積）」とする米国特許出願第１４／０６１，５８７号で提供されている。この出願は、参照によってその全体を本明細書に組み込まれる。第１の前駆体の投入後、リアクタは、次いで、気相内に残留しているあらゆる第１の前駆体を除去するように排気され、したがって、吸着種のみが残留する。酸素含有ガス又は窒素含有ガスなどの第２の反応剤が、リアクタに導入され、それらの分子の一部が、表面上に吸着された第１の前駆体と反応する。プロセスによっては、第２の前駆体は、吸着された第１の前駆体と直ちに反応する。その他の実施形態では、第２の前駆体は、活性化源が一時的に適用された後にのみ反応する。リアクタは、次いで、未結合の第２の前駆体分子を除去するように再び排気されてよい。膜の厚みを構築するために、更なるＡＬＤサイクルが使用されてよい。

一部の実施形態では、ＡＬＤ方法は、第２の反応剤がチャンバに配送されるときなどのプラズマ活性化を含む。本書で説明されるＡＬＤの方法及び装置は、共形膜堆積（ＣＦＤ）方法であってよく、これらは、総じて、２０１１年４月１１日に出願され名称を「ＰＬＡＳＭＡ ＡＣＴＩＶＡＴＥＤ ＣＯＮＦＯＲＭＡＬ ＦＩＬＭ ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ（プラズマによって活性化される共形膜堆積）」とする米国特許出願第１３／０８４，３９９（今現在の米国特許第８，７２８，９５６号）及び２０１１年４月１１日に出願され名称を「ＳＩＬＩＣＯＮ ＮＩＴＲＩＤＥ ＦＩＬＭＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ（シリコン窒化物膜及び方法）」とする米国特許出願第１３／０８４，３０５号で説明されている。これらは、参照によってその全体を本書に組み込まれる。ＡＬＤプロセスの更なる例が、Puurunen, “Surface chemistry of atomic layer deposition: for the trimethylaluminum/water process（原子層堆積の表面化学：トリメチルアルミニウム／水プロセスの場合）”, 97 J. Applied Physics 12301 (2005)で説明されており、該文献は、適切なＡＬＤプロセスについての説明を提供する目的で、参照によって本書に組み込まれる。

具体的には、一部の実施形態では、動作１０４において、例えばＡＬＤによる上への堆積が想定される第１の半導体基板材料上に、薄い膜及び／又は材料が堆積される。各種の実施形態では、動作１０４において、シリコン含有材料及び／又はシリコン含有膜が堆積される。シリコン含有膜の例として、シリコン酸化物、シリコン酸窒化物、及びシリコン窒化物がある。一部の実施形態では、金属膜又は金属含有膜が堆積されてよい。更に、一部の実施形態では、必要に応じて動作１０２〜１０８が循環するように、動作１０４が、動作１０６に先立って実施されてよい。或いは、一部の実施形態では、動作１０６が、動作１０４に先立って実施されてよい。

更に、動作１０４において、一部の実施形態では、Ｎ₂、Ａｒ、Ｎｅ、Ｈｅ、及びこれらの組み合わせなどのキャリアガスが、継続的に流されてよい。キャリアガスは、パージガスとして使用されてよい。不活性ガスは、処理チャンバの圧力制御及び／若しくは温度制御、液体反応剤の蒸発、より迅速な反応剤の配送を助けるために、並びに／又は処理ガスを処理チャンバ及び／若しくは処理チャンバ配管から除去するためのスイープガスとして、提供されてよい。

本書で提供されるのは、動作１０４で実施されえる吸着動作及び第２の反応剤配送動作の一例である。ＡＬＤサイクルの吸着動作では、上へのＡＬＤが意図される基板が、基板表面上に吸着させるためのシリコン四塩化物などの膜前駆体に暴露されてよい。一部の実施形態では、膜前駆体は、シリコン含有前駆体であってよい。一部の実施形態では、ＳｉＣｌ₄などの膜前駆体は、基板表面上の約６０％に吸着されえる。各種の実施形態では、膜前駆体がチャンバへ流されるときに、その膜前駆体は、基板の表面上の活性部位上に吸着し、表面上に薄い膜前駆体層を形成する。各種の実施形態では、この層は、単分子層未満であってよい。

吸着後、チャンバは、基板の表面上に吸着されなかった気相内の余分な前駆体を除去するために、必要があればパージされてよい。パージは、スイープガスを伴ってよく、該ガスは、その他の動作で使用されるキャリアガスであってよい、又は異なるガスであってよい。一部の実施形態では、パージは、チャンバを排気することを伴ってよい。

ＡＬＤサイクルの第２の反応剤配送動作では、基板は、第２の反応剤に、及び必要があればプラズマに暴露されてよい。各種の実施形態では、第２の反応剤は、酸素（Ｏ₂）又は窒素（Ｎ₂）又はこれらの組み合わせである。シリコン酸化物層が堆積される一部の実施形態では、第２の反応剤として酸素が使用される。一部の実施形態では、第２の反応剤の流れと、プラズマとが、ともにオンにされる。一部の実施形態では、例えば第２の反応剤の流れが安定することを可能にするために、プラズマをオンにする前に第２の反応剤の流れがオンにされてよい。

一部の実施形態では、随意のプラズマは、チャンバ内でプラズマが基板表面の真上に形成されるように、ｉｎ−ｓｉｔｕプラズマである。各種の実施形態では、プラズマは、誘導結合プラズマ又は容量結合プラズマであってよい。誘導結合プラズマは、約５０Ｗから約２０００Ｗの間でプラズマに設定されてよい。一部の実施形態では、約０Ｖから約５００Ｖの間でバイアスが印加されてよい。第２の反応剤の配送中、ＳｉＣｌ₄などの膜前駆体は、オフにされる。基板は、基板表面上に吸着された全ての前駆体とプラズマとが相互に作用して基板表面の上に連続した膜を形成するための時間を超える持続時間にわたって第２の反応剤及び随意のプラズマに暴露されてよい。

第２の反応剤配送動作後、チャンバは、キャリアガス又は不活性ガスを導入するなどによってパージされてよい。この動作のための条件は、パージプロセスについて上述されたうちの任意であってよい。

各種の実施形態では、ＡＬＤサイクルが繰り返されてよい。例えば、ＡＬＤのための動作は、堆積膜及び／又は材料層が十分に成長されるまで、約５から約７０のサイクル、ひいては最多で３００のサイクルにわたって実施されてよい。したがって、所望の膜厚の堆積膜を堆積させるために、任意の適切な数の堆積サイクルが含められてよい及び／又は実施されてよい。一部の実施形態では、一ＡＬＤサイクルが、一サイクルあたり１Åを堆積させえる。動作の暴露時間に応じて、各サイクルは、約０．０５Åから約５Åの間の厚さを有するシリコン酸化物膜又はシリコン酸窒化物膜などの膜を堆積させえる。一部の実施形態では、１分あたり約２又は約３のＡＬＤサイクルが実施されてよい。一部の実施形態では、１分あたり約３を超えるサイクルが、基板の近くに入口が配置されたチャンバ内などで実施されてよい。

一部の実施形態では、ＡＬＤ動作によって、同じチャンバ内で起きえる後続のＡＬＥプロセスにおける横方向エッチングから特徴を保護することができる共形膜が形成される。一部の実施形態では、ＡＬＤは、特徴の隅に膜を堆積させてそれらの隅をエッチングプロセス中における浸食から保護するなど基板上に選択的に膜を堆積させるために統合される。一部の実施形態では、動作１０４及び動作１０６の少なくとも一方が、自己制限反応である。一部の実施形態では、動作１０４及び動作１０６の少なくとも一方が、可能な限り自己制限反応である。例えば、一部の実施形態では、動作１０６のみが、自己制限プロセスである。一部の実施形態では、動作１０４のみが、自己制限プロセスである。一部の実施形態では、動作１０４及び動作１０６の両方が、自己制限的である。各種の実施形態では、動作１０４及び動作１０６は、順次実施されてよい。これらの動作を順次実施する例が、図３に関連して更に後述される。

図６で更に説明されるように動作１０４では、第１の基板材料に関係付けられた核生成遅延が観察される。具体的には、図６に示されるように、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などの各種の物質が、半導体基板上に堆積され、この半導体基板は、タングステン（Ｗ）若しくは銅（Ｃｕ）などの金属、シリコン酸化物（ＳｉＯ₂）、ハフニウム（Ｈｆ）若しくはジルコニウム（Ｚｒ）などの誘電体、又は錫酸化物（ＳｎＯ₂）で実質的に構成されてよい。一部の実施形態では、図６で観察され示されるように、上記の基板材料のうちの任意の１種類以上の材料上への、トリメチルアルミニウム（Ａｌ₂（ＣＨ₃）₆）からのアルミニウム（Ａｌ）の堆積は、膜を大幅に成長させるだろう。

図６に示されるように、２種類の金属、すなわちＷとＣｕとの間で観察される核生成遅延は、例えばＷ又はＣｕのいずれかとＳｎＯ₂との間などの金属と誘電体との間よりも、大幅に少ない。更に、動作１０４におけるＡＬＤの観察では、金属基板表面が総じて誘電体表面よりも速く前駆体の分解に触媒作用を及ぼすことが示されるだろう。

更に、堆積チャンバの中で、すなわち、堆積対象とされる材料及び／又は物質に、トリメチルアルミニウム（Ａｌ₂（ＣＨ₃）₆）前駆体から導出されるアルミニウム（Ａｌ）などの堆積材料を注意深く暴露する及び／又は取り扱うことによって、例えば上への堆積が想定される誘電表面上における材料の分解前に、その材料を成功裏に堆積させることが可能になるだろう。それにもかかわらず、一部の実施形態では、完全に還元された且つ／又は低温にあるＷ表面上又はＣｕ表面上で、反対の核生成挙動が観察されることがある。また、Ａｌ₂（ＣＨ₃）₆は、予測可能な形で、すなわち「滑らかに」、ヒドロキシル基に富む表面と反応する傾向があることが観察されることがある。更に、一部の実施形態では、既知の方法を通じて所望の核生成遅延が得られることがあり、したがって、このような方法に関する更なる議論は省略される。

更に、一部の実施形態では、動作１０４では、上への堆積が意図されない半導体基板の第２の基板材料上で、すなわち、概ね上述された第１の基板材料上への堆積が起きるのと同じチャンバの中で、堆積が選択的に回避されえる。

動作１０４に続いて、動作１０６では、基板上に堆積された材料の一部分が、異なる基板材料間の核生成遅延差異を再確立するためにエッチングされる。具体的には、動作１０６では、基板は、チャンバ内でＡＬＥによってエッチングされる。ＡＬＥは、順次式の自己制限反応を使用して薄い材料層を除去する技術である。総じて、ＡＬＥは、任意の適切な技術を使用して実施されてよい。原子層エッチング技術の例が、２０１４年１１月１１日に発行された米国特許第８，８８３，０２８号及び２０１４年８月１９日に発行された米国特許第８，８０８，５６１号で説明されており、これらは、代表的な原子層エッチング及びエッチング技術を説明する目的で参照によって本書に組み込まれる。各種の実施形態では、ＡＬＥは、プラズマによって実施されてよい、又は熱的に実施されてよい。

図１に示されるように、動作１０６は、サイクル単位で実施されてよい。ＡＬＥサイクルの概念は、本書における各種の実施形態の議論に関わる。総じて、ＡＬＥサイクルは、単分子層のエッチングなどのエッチングプロセスを１回実施するために使用される最小動作集合である。１つのサイクルの結果は、基板表面上の膜層の少なくとも一部がエッチングされることである。通常、ＡＬＥサイクルは、反応槽を形成するための改質動作と、その後に続く、この改質された層のみを除去する又はエッチングするための除去動作とを含む。サイクルは、反応剤若しくは副生成物のうちの１つをスイープするなどの、何らかの補助的な動作を含んでいてよい。総じて、一サイクルは、固有な一組の一連の動作を含む。一例として、一ＡＬＥサイクルは、（ｉ）反応剤ガスを配送する動作と、（ii）チャンバから反応剤ガスをパージする動作と、（iii）除去用ガス及び随意のプラズマを配送する動作と、（iv）チャンバをパージする動作とを含んでいてよい。一部の実施形態では、エッチングが非共形的に実施されてよい。

必要に応じた動作１０６におけるエッチングの完了後、動作１０８では、半導体基板上に更に選択的に材料が堆積される。このような選択的堆積は、通常、動作１０４及び動作１０６などが成功裏に完了した結果として強化された選択性からの恩恵を受ける。

一部の実施形態では、動作１０２及び動作１０４は、必要に応じて随意に繰り返されてよく、動作１０６及び動作１０８もまた、同様である。更には、動作１０４が、ＡＬＤによって完了されてよい一方で、動作１０６は、例えばＡＬＥによって完了されてよい。また、動作１０２〜１０８は、所望の半導体特徴プロフィールが実現されるまで、無期限で繰り返されてよい。

更に、一部の実施形態では、上への堆積が意図される第１の基板材料に関係付けられた核生成遅延は、上への堆積が意図されない第２の基板材料に関係付けられた核生成遅延よりも少ない。そして、一部の実施形態では、核生成遅延差異は、堆積の進行に伴って、すなわち動作１０４の完了によって低下する。

次に、図２を参照すると、本書で開示されるような方法の動作を実施する別の一実施形態のためのプロセスフローチャートが示されている。一部の実施形態では、図２によって例示されたプロセスフローは、図１によって示されたプロセスフローと実質的に同様に起きえるので、同じことの冗長な説明は省略される。

図２の動作２０６ａ及び／又は２０６ｂを参照すると、動作２０６ａでは、図６で更に例示されるように、核生成遅延ＮＤ₁が、第１の基板材料に関係付けられるものとして観察される。

具体的には、図６に示されるように、２種類の材料、すなわちＷとＣｕとの間で観察される核生成遅延は、例えばＷ又はＣｕのいずれかとＳｉＯ₂との間などの金属と誘電体との間よりも、大幅に少ない。更に、動作２０６ａで行われる、動作２０４ａにおけるＡＬＤの観察では、金属基板表面が総じて誘電体表面よりも速く前駆体の分解に触媒作用を及ぼすことを示されるだろう。

図２に戻り、動作２０４ｂでは、上への堆積が意図されない半導体基板の第２の基板材料上で、すなわち、概ね上述された第１の基板材料上への堆積が起きるのと同じチャンバの中で、堆積が選択的に回避されえる。したがって、動作２０６ｂでは、核生成遅延ＮＤ₂が観察されるだろう。一部の実施形態では、動作２０８に示されるように、ＮＤ₂とＮＤ₁との間で核生成遅延差異ΔＮＤが計算されえるように、第１の基板上におけるＡＬＤに関係付けられた核生成遅延ＮＤ₁は、第２の基板材料に関係付けられた核生成遅延ＮＤ₂よりも少なくてよい。更に、一部の実施形態では、ΔＮＤは、例えば動作２０４ａで示されるようにＡＬＤが進行するのに伴って、ゼロ（０）に近づくだろう。

動作２０８における、核生成遅延差異ΔＮＤの計算に続いて、動作２０４ａで第１の基板材料上に堆積された材料の一部分及び／又は動作２０４ｂで第２の基板材料上に堆積された材料の一部分が、ΔＮＤをリセットする及び／又はそれ以外の形でΔＮＤを再確立するために例えばＡＬＥによってエッチングされる。

動作２１０では、基板は、例えばチャンバ内におけるＡＬＥのサイクルを１回以上にわたって実施することによってエッチングされる。図３は、図１及び図２に例示されたプロセスを実行するために使用されえるＡＬＥサイクルの、２つの代表的な説明図を示している。図の３００ａ〜３００ｅは、一般的なＡＬＥサイクルを示している。３００ａでは、基板が提供される。３００ｂでは、基板の表面が改質される。３００ｃでは、次の工程が準備される。３００ｄでは、改質された層がエッチングされている。３００ｅでは、改質された層が除去される。同様に、３０２ａ〜３０２ｅは、シリコン膜をエッチングするためのＡＬＥサイクルの一例を示している。３０２ａでは、シリコン基板が提供され、該基板は、多数のシリコン原子を含む。３０２ｂでは、基板の表面を改質する反応剤ガスである塩素が基板に導入される。３０２ｂにおける例示は、一部の塩素が基板の表面上に吸着されることを一例として示している。図３には塩素が描かれているが、任意の塩素含有化合物又は適切な反応剤が使用されてよい。３０２ｃでは、反応剤ガスである塩素が、チャンバからパージされる。３０２ｄでは、Ａｒ⁺プラズマ種及び矢印によって示されるように、除去用ガスであるアルゴンが、指向性プラズマとともに導入され、改質された基板表面を除去するために、イオン衝撃が実施される。この動作中は、イオンを基板に向かって惹き付けるために、基板にバイアスが印加される。３０２ｅでは、チャンバはパージされ、副生成物は除去される。

一サイクルは、約０．１ｎｍから約５０ｎｍの材料、又は約０．１ｎｍから約５ｎｍの材料、又は約０．２ｎｍから約５０ｎｍの材料、又は約０．２ｎｍから約５ｎｍの材料のみを、部分的にエッチングしえる。一サイクルでエッチングされる材料の量は、ＡＬＤとの統合の目的次第であってよい。例えば、もし、ＡＬＥが、側壁を保護するために統合されるならば、ＡＬＥサイクルでエッチングされる量は、ＡＬＤの実施が特徴の底部における露出した側壁を保護するように可変であってよい。一部の実施形態では、ＡＬＥの一サイクルが除去しえるのは、材料の単分子層未満である。

図１の動作１１０では、エッチング化学剤がチャンバ内に導入される。本書で説明されるように、プラズマを使用した原子層エッチングを伴う一部の実施形態において、材料がチャンバ内に導入される動作では、リアクタ又はチャンバは、基板又はウエハの処理に先立ってチャンバに化学剤を導入することによって安定化されてよい。チャンバの安定化は、安定化に続く動作で使用される化学剤と同じ流量、圧力、温度、及びその他の条件を使用してよい。一部の実施形態では、チャンバの安定化は、異なるパラメータを伴ってよい。一部の実施形態では、動作１１０中に、Ｎ₂、Ａｒ、Ｎｅ、Ｈｅ、及びこれらの組み合わせなどのキャリアガスが継続的に流される。一部の実施形態では、キャリアガスは、除去中にのみ使用される。キャリアガスは、後述のような一部の動作では、パージガスとして使用されてよい。一部の実施形態では、改質された層を除去するために、動作１１０中に、酸素などの別の反応剤ガスが使用される。一部の実施形態では、キャリアガスは、除去中に流されない。

本書で提供されるのは、図１に示される動作１０６及び図２に示される動作２１０で実施されえる改質動作及び除去動作の一例である。改質動作は、後続の除去動作において非改質材料よりも容易に除去される厚さを有する薄い反応性表面層を形成する。改質動作では、塩素をチャンバに導入することによって基板が塩素化されてよい。開示される実施形態では、エッチャント種の一例として塩素が使用されるが、一部の実施形態では、異なるエッチングガスがチャンバ内に導入されることが理解される。選択されえるエッチングガスは、エッチング対象とされる基板のタイプ及び化学的性質に依存する。一部の実施形態では、エッチングプロセスのために、プラズマが着火されてよく、塩素が基板と反応する。一部の実施形態では、塩素は、基板と反応するだろう、又は基板の表面上に吸着されるだろう。各種の実施形態では、塩素は、ガス状でチャンバに導入され、必要があれば、上述されたうちの任意でありえるキャリアガスを伴ってよい。塩素プラズマから生成される種は、基板を収容している処理チャンバの中でプラズマを形成することによって直接的に生成できる、又は基板を収容していない処理チャンバの中で遠隔生成されて、基板を収容している処理チャンバ内へ供給できる。一部の実施形態では、プラズマが使用されず、塩素は、チャンバ内へ熱的に導入されてよい。

一部の実施形態では、プラズマは、誘導結合プラズマ又は容量結合プラズマであってよい。誘導結合プラズマは、約５０Ｗから約２０００Ｗの間でプラズマに設定されてよい。一部の実施形態では、約０Ｖから約５００Ｖの間でバイアスが印加されてよい。

一部の実施形態では、改質動作後に、パージが実施されてよい。パージ動作では、表面に結合されていない活性塩素種が、処理チャンバから除去されてよい。これは、吸着された層を除去することなく、処理チャンバをパージ及び／又は排気して活性種を除去することによってなせる。塩素プラズマ内で発生する種は、単純にプラズマを停止させて残りの種の減衰を可能にすることによって除去でき、これは、必要があれば、チャンバのパージ及び／又は排気と組み合わされる。パージは、Ｎ₂、Ａｒ、Ｎｅ、Ｈｅ、及びこれらの組み合わせなどの任意の不活性ガスを使用してなせる。

除去動作では、基板は、指向性エッチングによって基板をエッチングするために、アルゴン又はヘリウムなどのエネルギ源（例えば、活性化ガス若しくはスパッタリングガス、又は除去を誘発する化学的に反応性の種）に暴露されてよい。一部の実施形態では、除去動作は、イオン衝撃によって実施されてよい。除去中は、指向性スパッタリングを促すために、必要があればバイアスがオンにされてよい。一部の実施形態では、ＡＬＥは、異方性であってよい。

スパッタリングガスの量は、目標とされる量の材料のみをエッチングするように制御されてよい。各種の実施形態では、チャンバの圧力は、改質動作と除去動作との間で変更されてよい。ガスの圧力は、チャンバのサイズ、ガスの流量、リアクタの温度、基板のタイプ、及びエッチングされる基板のサイズに依存してよい。もし、除去中にバイアスがオンにされるならば、バイアスは、非晶質シリコンなどの柔らかい材料の中に特徴、溝、又はホールをエッチングするために、約５０ｅＶに設定されてよい。一部の実施形態では、チャンバは、除去動作後にパージされてよい。パージプロセスは、改質動作後のパージに使用されるプロセスのうちの任意であってよい。

各種の実施形態では、改質動作及び除去動作は、約１サイクルから約３０サイクル、又は約１サイクルから約２０サイクルのように、サイクル単位で繰り返されてよい。所望の量の膜をエッチングするために、任意の適切な数のＡＬＥサイクルが含められてよい。一部の実施形態では、ＡＬＥは、基板上の層の表面を約１Åから約５０Åエッチングするために、サイクル単位で実施される。一部の実施形態では、ＡＬＥのサイクルは、基板上の層の表面を約２Åから約５０Åエッチングする。

一部の実施形態では、本書で論じられた説明されたＡＬＤプロセス及びＡＬＥプロセスは、それぞれ異なるチャンバの中で実施されてよく、基板は、それらのチャンバ間で真空を破ることなく移送される。その他の実施形態では、説明されたＡＬＤプロセス及びＡＬＥプロセスは、堆積動作とエッチング動作との間で真空が破られることなく同じチャンバの中で実施されてよい。

図２に戻り、動作２１２では、必要があればバイアスが印加される。バイアスの印加は、側壁をエッチングしえるので、各種の実施形態では、バイアスは、継続的に印加されるのではなくＡＬＤ及びＡＬＥの各種サイクル後に印加されてよい。この動作は、ＡＬＤによって堆積された膜を突き破るために実施されてよい。一部の実施形態では、バイアスは、ＡＬＤのサイクルによって堆積された層を突き破るために、約８０ｅＶに設定される。

動作２１４は、ΔＮＤの十分なリセット及び／又は再確立が実施されているかどうかを判定する。もし、ΔＮＤが十分にリセットされていないならば、動作２０４ａ及び／又は動作２０４ｂから２１４までが繰り返されてよい。更に、一部の実施形態では、動作２０４ａ及び／又は動作２０４ｂから２１４までは、最初のサイクルのときと同様に繰り返しサイクルでも同じチャンバの中で、すなわち真空を破ることなく実施される。

図４は、開示される実施形態を実行するためのプロセスの更なる説明を提供しており、ＡＬＥ動作と選択的ＡＬＤ動作とを組み合わせて１つのプロセスフローにしている。動作４００では、チャンバの中に収容された基板が、その表面を改質するためにエッチャント又はエッチングガスに暴露されてよい。これは、「基板改質」動作と呼ばれてよい。この動作中、エッチャントがチャンバへ流される間に、必要があればキャリアガスが流されてよい。キャリアガスは、図１〜３に関連して上述されたキャリアガスのうちの任意であってよい。一部の実施形態では、キャリアガスは、表面改質中に流されない。エッチャントは、それが基板の停止表面のみを改質するように流されてよい。各種の実施形態では、動作４００中に、バイアスが印加されてよい。バイアスは、約０Ｖから約５００Ｖの間の電力で印加されてよい。

図４に戻り、動作４０２では、除去動作において基板をスパッタリングガスに暴露することによって、基板の改質層が基板から除去されてよく、スパッタリングガスは、キャリアガスと同じであってよい又は異なってよい。各種の実施形態では、この動作において基板表面の少なくとも一部がエッチングされてよい。図２に示された動作２１０に関連して上で挙げられた例が、これらの動作にしたがって使用されてよい。動作４００及び動作４０２の実施は、一部の実施形態では、１回のＡＬＥの実施を構成してよい。一部の実施形態では、動作４００及び動作４０２は、必要があれば１回又は２回以上にわたって（例えば１つ以上のサイクルで）繰り返されてよい。

動作４０２は、除去段階に相当してよい。一部の実施形態では、一サイクルが、更なる動作を含んでいてよい。除去中は、キャリアガスが、その他のいかなる化学剤も流すことなく流されてよい。キャリアガスは、改質層のそのエッチングに伴うパージの促進を助けるために流されてよい。

動作４０４では、基板は、第１の反応剤に、それを基板表面上の少なくとも一部に吸着させるために暴露される。この動作は、動作１１６及び動作１１８の実施から真空を破ることなく実施されえる。一部の実施形態では、第１の反応剤は、本書で説明されるような第１の前駆体である。各種の実施形態では、第１の反応剤は、基板の活性部位上に吸着されえる。上述された、ＡＬＤサイクル中における吸着の例は、この動作に関わる。

動作４０４は、第１の前駆体暴露段階に相当してよい。この動作中は、第１の前駆体は、随意のキャリアガスとともに流されてよい。なお、この動作中は、以下で更に説明されるエッチャントの流れ及び第２の反応剤の流れが流されなくてよいことに留意せよ。この動作は、基板の表面の少なくとも一部を飽和させるのに十分な持続時間にわたって実施されてよい。一部の実施形態では、表面の少なくとも約４０％、又は少なくとも約６０％、又は少なくとも約８０％、又は少なくとも約１００％が飽和されてよい。

一部の実施形態では、第１の前駆体暴露段階の実施後に、基板を収容しているチャンバは、必要があればパージ段階でパージされてよい。このパージ段階中は、基板の表面上に吸着されなかった余分な第１の前駆体を除去するために、キャリアガスが流される。一部の実施形態では、パージ段階は実施されない。

図１Ｃに戻り、動作４０６が、基板が第２の反応剤に暴露されるように実施されてよい。各種の実施形態では、第２の反応剤は、還元剤であってよい。第２の反応剤は、吸着された層と反応し、基板上に薄膜を堆積させる。なお、一部の実施形態では、基板の表面上への第１の反応剤の吸着前に動作４０６が実施されるように、動作４０４と動作４０６とが逆に実施されてよいことも留意せよ。

動作４０６は、第２の反応剤暴露段階に相当してよい。この段階中は、第２の反応剤が流され、必要があればキャリアガスも流される。一部の実施形態では、第２の反応剤は、キャリアガスを伴わずに流される。エッチャントの流れ及び第１の前駆体の流れは、この段階中はオンにされない。各種の実施形態では、第２の反応剤暴露段階は、プラズマを着火することも含んでよい（図には示されていない）。一部の実施形態では、薄い膜層は、プラズマの使用を伴うことなく堆積されてよい。一部の実施形態では、チャンバは、第２の反応剤暴露段階後、必要があればパージ段階中にパージされてよい。パージ段階は、気相中の副生成物及び余分な第２の反応剤をチャンバから除去するために実施されてよい。一部の実施形態では、チャンバはパージされない。

図４の動作４０４及び動作４０６は、必要があれば、１回以上にわたって繰り返されてよい。動作４０４及び動作４０６の実施は、図１Ａに関連して上述されたような一ＡＬＤサイクルを構成してよい。各種の実施形態では、動作４００〜４０６が、１回以上にわたって繰り返される。動作４００及び動作４０２の繰り返しサイクルと、動作４０４及び動作４００の繰り返しサイクルとの組み合わせが、更なるサイクルで実施されてよい。例えば、一部の実施形態では、一サイクルが、動作４００〜４０２を１回実施すること、及び／又は動作４０４〜４０６を３回実施することを含んでよく、更に、２回以上にわたって繰り返されてよい。一部の実施形態では、動作４００〜４０２及び動作４０４〜４０６のサイクルが、順次実施される。例えば、動作４００〜４０２の実施後に動作４０４〜４０６が実施される、及び／又はその逆で実施される。一プロセスで使用されるサイクルの頻度及びサイクルの数は、開示される実施形態が使用される用途のタイプ次第であってよい。

図５を参照すると、図２の動作２０４ａで完了したＡＬＤなどの堆積と、図２の動作２１０で完了したＡＬＥなどのエッチングとを交互に実施する先進的な手順について評価された膜厚のグラフが提供されている。具体的には、一部の実施形態では、シリコン酸化物（ＳｉＯ₂）などの誘電体上に及び／又は銅（Ｃｕ）などの金属上に、ＡＬＤを通じて窒化アルミニウム（ＡｌＮ）が堆積されてよい。或いは、一部の実施形態では、実質的に窒化アルミニウム（ＡｌＮ）で作成された基板上に、ＡｌＮ、又はＳｉＯ₂及び／若しくはＣｕなどのその他の材料が堆積されてよい。
図５に示されるように、ＳｉＯ₂を含む又はＣｕを含むいずれかの基板上におけるＡｌＮの堆積は、例えば、上にＡｌＮが堆積される基板、すなわちＳｉＯ₂又はＣｕに相対的に、明確なＡｌＮ膜厚成長パターンを形成する。堆積材料及び／又は堆積膜の相対的厚さ、すなわち「膜厚」は、図に示されるように大幅に進行し、ＳｉＯ₂基板上へのＡｌＮの急速な成長が観察される。反対に、Ｃｕ基板上に堆積されるＡｌＮの膜厚成長は、このような堆積に関係付けられた核生成遅延ゆえに、初期の期間中は停滞が続くだろう。次いで、続くエッチング動作が、ＳｉＯ₂基板上及びＣｕ基板上のいずれかに堆積されたＡｌＮの膜厚を薄くし、Ｃｕ基板上に堆積されたＡｌＮ膜は、初期のゼロ厚さ状態に戻る及び／又はリセットされる。このような堆積及びエッチングの動作及び／又はサイクルは、上述のように、例えば基板上及び／又はＣｕ基板上に特定の所望の膜厚のＡｌＮを実現するために必要に応じて繰り返されてよい。

装置
図７は、本書で説明されるような選択的堆積を行うのに適した低圧環境を維持するための処理チャンバボディ７０２を有する原子層堆積（ＡＬＤ）プロセスステーション７００の一実施形態の説明図を示している。複数のＡＬＤプロセスステーション７００が、共通の低圧処理ツール環境内に含まれてよい。例えば、図８は、マルチステーション型処理ツール８００の一実施形態を示している。一部の実施形態では、以下で詳細に論じられるものを含むＡＬＤプロセスステーション７００の１つ以上のハードウェアパラメータが、１つ以上のコンピュータコントローラ７５０によってプログラムで調整されてよいことがわかる。

ＡＬＤプロセスステーション７００は、処理ガスを分配シャワーヘッド７０６に配送するための反応物配送システム７０１ａと流体連通している。反応物配送システム７０１ａは、シャワーヘッド７０６に配送する用に、アミノシラン前駆体ガス、又は酸化剤ガス（例えばオゾン）、又はアンモニアガス及び／若しくは窒素ガスなどの処理ガスを混ぜ合わせる並びに／又は整えるための混合容器７０４を含む。１つ以上の混合容器入口弁４２０が、混合容器７０４への処理ガスの導入を制御してよい。窒素プラズマ及び／又はアンモニアプラズマも、シャワーヘッド７０６に配送されてよい又はＡＬＤプロセスステーション７００の中で生成されてよい。

一例として、図７の実施形態は、混合容器７０４に供給される液体反応物を気化するための気化地点７０３を含む。一部の実施形態では、気化地点７０３は、加熱された気化器であってよい。このような気化器から生成された飽和した反応剤蒸気は、下流の配送管の中で凝結する恐れがある。凝結した反応剤に、不適合性のガスが触れると、小粒子が形成されることがある。これらの小粒子は、管を詰まらせたり、弁の動作を妨げたり、基板を汚染したりする恐れがある。これらの問題に対処するための一部のアプローチは、配送管をパージ及び／又は排気して残留反応剤を除去することを伴う。しかしながら、配送管のパージは、プロセスステーションのサイクル時間を長くし、プロセスステーションのスループットを下げる恐れがある。したがって、一部の実施形態では、気化地点７０３の下流の配送管が、熱追跡されてよい。一部の例では、混合容器７０４も、熱追跡されてよい。非限定的な一例では、気化地点７０３の下流の管が、おおよそ１００℃から混合容器７０４におけるおおよそ１５０℃に向けて上昇する温度プロフィールを有する。

一部の実施形態では、液体前駆体又は液体反応剤が、液体注入器で気化されてよい。例えば、液体注入器は、混合容器の上流のキャリアガス流に、液体反応剤をパルス注入してよい。一実施形態では、液体注入器は、より高い圧力から低い圧力へ液体を勢いよく流すことによって反応剤を気化させてよい。別の例では、液体注入器は、分散した微滴状に液体を霧化させてよく、これらの微滴は、続いて、加熱された配送管内で気化される。液滴は、小さいほど速く気化され、液体注入と完全気化との間の遅延を短縮させるだろう。気化が速いほど、気化地点７０３から下流の管の長さを短くできるだろう。或る状況では、液体注入器は、混合容器７０４に直接取り付けられてよい。別の状況では、液体注入器は、シャワーヘッド７０６に直接取り付けられてよい。

一部の実施形態では、気化及びプロセスステーション７００への配送のために液体の質量流量を制御するために、気化地点７０３の上流に液体流量コントローラ（ＬＦＣ）が提供されてよい。例えば、ＬＦＣは、その下流に位置する熱質量流量計（ＭＦＭ）を含んでいてよい。したがって、ＬＦＣのプランジャ弁が、ＭＦＭと電気的に通信する比例・積分・微分（ＰＩＤ）コントローラによって提供されるフィードバック制御信号を受けて調整されてよい。しかしながら、フィードバック制御を使用して液体の流れを安定化させるには、１秒又はそれを超える時間がかかるだろう。これは、液体反応剤を投入するための時間を長くする恐れがある。したがって、一部の実施形態では、ＬＦＣは、フィードバック制御モードと直接制御モードとの間で動的に切り替えされてよい。一部の実施形態では、これは、ＬＦＣ検知管及びＰＩＤコントローラを使用停止にすることによって実施されてよい。

シャワーヘッド７０６は、基板７１２に向かって処理ガスを分配する。図７に示された実施形態では、基板７１２は、シャワーヘッド７０６の下に位置付けられ、台座７０８に着座して示されている。シャワーヘッド７０６は、任意の適切な形状を有してよく、処理ガスを基板７１２に分配するのに適した任意の数及び配置のポートを有してよい。

一部の実施形態では、台座７０８が、基板７１２を基板７１２とシャワーヘッド７０６との間の空間に露出させるために昇降されよい。一部の実施形態では、台座の高さが、適切なコンピュータコントローラ７５０によってプログラムで調整されてよいことがわかる。

別の状況では、台座７０８の高さ調整によって、プラズマが着火される実施形態においてプロセスのプラズマ活性化サイクル中にプラズマ密度が変更されることが可能にされてよい。プロセス段階の終わりには、台座７０８から基板７１２が取り除かれることを可能にするために、台座７０８が別の基板移送段階中に下げられてよい。

一部の実施形態では、台座７０８は、ヒータ７１０を通じて温度制御されてよい。台座７０８は、開示される実施形態で説明されるようなシリコン窒化物膜の堆積中に、一部の実施形態では少なくとも約２５０℃の温度に、又は一部の実施形態では約２５０℃など、約３００℃未満の温度に加熱されてよい。一部の実施形態では、台座は、約２００℃から約２７５℃の間など、約５０℃から約３００の間の温度に設定される。一部の実施形態では、台座は、約５０℃から約３００℃の間の温度に設定される。一部の実施形態では、台座は、約２００℃から約２７５℃の間の温度に設定される。

更に、一部の実施形態では、バタフライ弁７１８によって、プロセスステーション７００のための圧力制御が提供されてよい。図４の実施形態に示されるように、バタフライ弁７１８は、下流の真空ポンプ（不図示）によって提供される真空を絞り調節する。しかしながら、一部の実施形態では、プロセスステーション７００の圧力制御は、プロセスステーション７００に導入される１種類以上のガスの流量を変化させることによって調整されてもよい。

一部の実施形態では、基板７１２とシャワーヘッド７０６との間の体積を変化させるために、シャワーヘッド７０６の位置が台座７０８に相対的に調整されてよい。更には、本開示の範囲内の任意の適切なメカニズムによって、台座７０８及び／又はシャワーヘッド７０６の垂直位置が変更されてよいことがわかる。一部の実施形態では、台座７０８は、基板７１２の向きを回転させるための回転軸を含んでいてよい。一部の実施形態では、これらの代表的な調整のうちの１つ以上が、１つ以上の適切なコンピュータコントローラ７５０によってプログラムで実施されてよいことがわかる。

上記のような、プラズマが使用されてよい一部の実施形態では、シャワーヘッド７０６及び台座７０８は、プラズマに電力供給するために、無線周波数（ＲＦ）電力供給部７１４及び整合回路網７１６と電気的に通信する。一部の実施形態では、プラズマエネルギは、プロセスステーション圧力、ガス濃度、ＲＦ源電力、ＲＦ源周波数、及びプラズマ電力パルスタイミングのうちの１つ以上を制御することによって制御されてよい。例えば、ＲＦ電力供給部７１４及び整合回路網７１６は、所望の組成のラジカル種を有するプラズマを発生させるために、任意の適切な電力で動作されてよい。適切な電力の例は、約１５０Ｗから約６０００Ｗである。プラズマは、シリコン窒化物上と比べてシリコン酸化物上に選択的にシリコン酸化物を堆積させるのに先立って、シリコン窒化物表面の処理中に使用されてよい。ＲＦ電力供給部４１４が、任意の適切な周波数のＲＦ電力を提供しえる。一部の実施形態では、ＲＦ電力供給部４１４は、高周波数ＲＦ電力源及び低周波数ＲＦ電力源を互いに独立に制御するように構成されてよい。低周波数ＲＦ周波数の例として、０ｋＨｚから５００ｋＨｚの間の周波数が挙げられる、ただし、これらに限定はされない。高周波数ＲＦ周波数の例として、１．８ＭＨｚから２．４５ＧＨｚの間の周波数、又は約１３．５６ＭＨｚを超える周波数、又は２７ＭＨｚを超える周波数、又は４０ＭＨｚを超える周波数、又は６０ＭＨｚを超える周波数が挙げられ、ただし、これらに限定はされない。表面反応のためのプラズマエネルギを提供するために、任意の適切なパラメータが離散的に又は連続的に調整されてよいことがわかる。

一部の実施形態では、プラズマは、１つ以上のプラズマモニタによってｉｎ−ｓｉｔｕで監視されてよい。或る状況では、１つ以上の電圧・電流センサ（例えば、ＶＩプローブ）によって、プラズマ電力が監視されてよい。別の状況では、１つ以上の発光分析センサ（ＯＥＳ）によって、プラズマ密度及び／又は処理ガス濃度が測定されてよい。一部の実施形態では、このようなｉｎ−ｓｉｔｕプラズマモニタからの測定結果に基づいて、１つ以上のプラズマパラメータがプログラムで調整されてよい。例えば、プラズマ電力のプログラム制御を提供するためのフィードバックループにおいて、ＯＥＳセンサが使用されてよい。なお、一部の実施形態では、プラズマ及びその他のプロセス特性を監視するために、その他のモニタが使用されてよいことがわかる。このようなモニタの例として、赤外線（ＩＲ）モニタ、音響モニタ、及び圧力変換器が挙げられ、ただし、これらに限定はされない。

一部の実施形態では、コントローラ７５０のための命令が、入出力制御（ＩＯＣ）シークエンシング命令を通じて提供されてよい。一例では、或るプロセス段階のための条件を設定するための命令が、プロセスレシピの中の対応するレシピ段階に含められてよい。場合によっては、プロセスレシピの中の段階は、或るプロセス段階のための全ての命令がそのプロセス段階に並行して実行されるように、順次配置されてよい。一部の実施形態では、１つ以上のリアクタパラメータを設定するための命令が、レシピ段階に含められてよい。例えば、第１のレシピ段階は、不活性ガス及び／又はアンモニアガス及び／又は窒素反応剤ガスの流量を設定するための命令と、（アルゴンなどの）キャリアガスの流量を調整するための命令と、プラズマを着火するための命令と、第１のレシピ段階のための時間遅延命令とを含んでいてよい。第２のレシピ段階は、不活性ガス及び／又はアミノシランシリコン前駆体ガスの流量を設定するための命令と、（アルゴンなどの）キャリアガスの流量を調整するための命令と、第２のレシピ段階のための時間遅延命令とを含んでいてよい。続く第３のレシピ段階は、不活性ガス及び／又は反応剤ガスの流量を調節又は停止するための命令と、キャリアガス又はパージガスの流量を調節するための命令と、第３のレシピ段階のための時間遅延命令とを含んでいてよい。第４のレシピ段階は、オゾンなどの酸化剤の流量を調節するための命令と、キャリアガス又はパージガスの流量を調節するための命令と、第４のレシピ段階のための時間遅延命令とを含んでいてよい。続く第５のレシピ段階は、不活性ガス及び／又は反応剤ガスの流量を調節又は停止するための命令と、キャリアガス又はパージガスの流量を調節するための命令と、第５のレシピ段階のための時間遅延命令とを含んでいてよい。これらのレシピ段階は、開示される実施形態の範囲内で任意の適切なやり方で更に細分化及び／又は反復されてよいことがわかる。一部の実施形態では、コントローラ７５０は、図８のシステムコントローラ８５０に関連して後述される特徴のうちの任意を含んでいてよい。

上述されたように、図８に示されるようなマルチステーション型処理ツールには、１つ以上のプロセスステーションが含まれてよい。マルチステーション型処理ツールは、一部の実施形態では、カリフォルニア州フリーモントのＬａｍ Ｒｅｓｅａｒｃｈから入手可能なツール及び／又は製品のＶＥＣＴＯＲ（商標）群からであってよく、図１〜３との関連で提示及び説明されたＡＬＤを行う又はそれ以外の形で補助する。図８は、入室ロードロック８０２と、退室ロードロック８０４とを伴うマルチステーション型処理ツール８００の一実施形態の概略図を示しており、これらのロードドックは、その一方又は両方が遠隔プラズマ源を含んでいてよい。大気圧にあるロボット８０６が、ポッド８０８を通じて装填されたカセットから大気圧ポート８１０を通してウエハを入室ロードロック８０２内へ移動させるように構成される。ウエハは、ロボット８０６によって入室ロードロック８０２内の台座８１２に載せられ、大気圧ポート８１０は閉じられ、ロードロックはポンプによって排気される。入室ロードロック８０２が遠隔プラズマ源を含む場合は、ウエハは、処理チャンバ８１４内へ導入される前に、ロードロック内でシリコン窒化物表面を処理するために遠隔プラズマ処理を施されてよい。更に、ウエハは、例えば湿気及び吸着ガスを除去するために入室ロードロック８０２内で加熱されてもよい。次に、処理チャンバ８１４に通じるチャンバ移送ポート８１６が開かれ、ウエハは、処理のために、別のロボット（不図示）によって、リアクタ内に示された第１のステーションの台座の上に載せられる。図８に示された実施形態が、ロードロックを含む一方で、一部の実施形態では、プロセスステーション内へウエハが直接入れられてよいことがわかる。

図に示された処理チャンバ８１４は、４つのプロセスステーションを含み、これらのステーションは、図８に示された実施形態では、１〜４の番号を振られている。各ステーションは、加熱された台座（ステーション１の場合は８１８で示されている）と、ガスライン入口とを有する。一部の実施形態では、各プロセスステーションが、異なる又は複数の目的を有してよいことがわかる。例えば、一部の実施形態では、プロセスステーションは、ＡＬＤプロセスモードとプラズマ支援式ＡＬＤプロセスモードとの間で切り替え可能であってよい。加えて又は或いは、一部の実施形態では、処理チャンバ８１４は、１対以上のＡＬＤ／プラズマ支援式ＡＬＤプロセスステーションを含んでいてよい。図に示された処理チャンバ８１４は、４つのプロセスステーションを備えているが、本開示にしたがった処理チャンバは、任意の適切な数のステーションを有してよいことが理解される。例えば、一部の実施形態では、処理チャンバは、５つ以上のステーションを有してよく、その他の実施形態では、処理チャンバは、３つ以下のステーションを有してよい。

一部の実施形態では、図８に示されたものが、処理チャンバ８１４内でウエハを移送するためのウエハハンドリング（取り扱い）システムとやり取りしてよい及び／又はそれ以外の形で係合してよい。一部の実施形態では、ウエハハンドリングシステムは、様々なプロセスステーション間で及び／又はプロセスステーションとロードロックとの間でウエハを移送してよい。任意の適切なウエハハンドリングシステムが用いられてよいことがわかる。非限定的な例として、ウエハカルーセル及びウエハハンドリングロボットがある。図８は、処理ツール８００の処理条件及びハードウェア状態を制御するために利用されるシステムコントローラ８５０の一実施形態も示している。システムコントローラ８５０は、１つ以上のメモリデバイス８５６と、１つ以上の大容量ストレージデバイス８５４と、１つ以上のプロセッサ８５２とを含んでいてよい。プロセッサ８５２は、ＣＰＵ又はコンピュータ、アナログ及び／又はデジタル入力／出力接続、ステッピングモータ制御盤などを含んでいてよい。

一部の実施形態では、システムコントローラ８５０は、処理ツール８００の全ての活動を制御する。システムコントローラ８５０は、システム制御ソフトウェア８５８を実行し、このソフトウェアは、大容量ストレージデバイス８５４に格納され、メモリデバイス８５６に取り込まれ、プロセッサ８５２上で実行される。或いは、制御ロジックは、コントローラ８５０内にハードコード化されてよい。これらの目的のために、特殊用途向け集積回路や、プログラマブルロジックデバイス（例えば、フィールドプログラマブルゲートアレイ、すなわちＦＰＧＡ）などが使用されてよい。以下の議論において、「ソフトウェア」又は「コード」が使用されるときは、常に、機能的に匹敵するハードコード化されたロジックが代わりに使用されえる。システム制御ソフトウェア８５８は、処理ツール８００によって実施される特定のプロセスの、タイミング、ガスの混合、ガスの流量、チャンバ及び／又はステーションの圧力、チャンバ及び／又はステーションの温度、ウエハの温度、目標電力レベル、ＲＦ電力レベル、基板台座、チャック、及び／又はサセプタの位置、並びにその他のパラメータを制御するための命令を含んでいてよい。システム制御ソフトウェア８５８は、任意の適切な形に構成されてよい。例えば、各種の処理ツールプロセスを行うために必要とされる処理ツールコンポーネントの動作を制御するために、様々な処理ツールコンポーネントサブルーチン又は制御オブジェクトが記述されてよい。システム制御ソフトウェア８５８は、任意の適切なコンピュータ読み取り可能プログラミング言語でコード化されてよい。

一部の実施形態では、システム制御ソフトウェア８５８は、上述された様々なパラメータを制御するための入力／出力制御（ＩＯＣ）シーケンシング命令を含んでいてよい。その他の実施形態では、システムコントローラ８５０に関係付けられた大容量ストレージデバイス８５４及び／又はメモリデバイス８５６に格納されたその他のコンピュータソフトウェア及び／又はプログラムが用いられてよい。この目的のためのプログラム又はプログラムセクションの例として、基板位置決めプログラム、処理ガス制御プログラム、圧力制御プログラム、ヒータ制御プログラム、及びプラズマ制御プログラムがある。

基板位置決めプログラムは、基板を台座８１８に搭載するために及び基板と処理ツール８００のその他のパーツとの間の間隔を制御するために使用される処理ツールコンポーネントのためのプログラムコードを含んでいてよい。

処理ガス制御プログラムは、ガスの組成（例えば、本書で説明されるような、アミノシランガス、酸化剤ガス、アンモニアガス、窒素ガス、キャリアガス、及び／又はパージガス）と流量とを制御するための、並びに必要があれば、プロセスステーション内の圧力を安定化させるために堆積前に１つ以上のプロセスステーションにガスを流し入れるためのコードを含んでいてよい。圧力制御プログラムは、例えば、プロセスステーションの排気システム内の絞り弁やプロセスステーション内へのガスの流れなどを調節することによってプロセスステーション内の圧力を制御するためのコードを含んでいてよい。

ヒータ制御プログラムは、基板を加熱するために使用される加熱ユニットへの電流を制御するためのコードを含んでいてよい。或いは、ヒータ制御プログラムは、基板への（ヘリウムなどの）熱伝達ガスの配送を制御してよい。

プラズマ制御プログラムは、本書における実施形態にしたがって１つ以上のプロセスステーションの中のプロセス電極に印加されるＲＦ電力レベルを設定するためのコードを含んでいてよい。

圧力制御プログラムは、本書における実施形態にしたがって反応チャンバ内の圧力を維持するためのコードを含んでいてよい。

一部の実施形態では、システムコントローラ８５０に関係付けられたユーザインターフェースがあってよい。ユーザインターフェースとして、ディスプレイ画面、装置及び／又は処理条件のグラフィックソフトウェア表示、並びにポインティングデバイス、キーボード、タッチ画面、マイクロフォンなどのユーザ入力デバイスが挙げられる。

一部の実施形態では、システムコントローラ８５０によって調整されるパラメータが、処理条件に関係していてよい。非限定的な例として、処理ガスの組成及び流量、温度、圧力、（ＲＦバイアス電力レベルなどの）プラズマ条件、圧力、温度などがある。これらのパラメータは、レシピの形でユーザに提供されてよく、ユーザインターフェースを用いて入力されてよい。

プロセスを監視するための信号が、様々な処理ツールセンサからシステムコントローラ８５０のアナログ入力接続及び／又はデジタル入力接続によって提供されてよい。プロセスを制御するための信号は、処理ツール８００のアナログ出力接続及びデジタル出力接続に載せて出力されてよい。監視されえる処理ツールセンサの非限定的な例として、質量流量コントローラ、（圧力計などの）圧力センサ、熱電対などがある。処理条件を維持するために、適切にプログラムされたフィードバック・制御アルゴリズムがこれらのセンサからのデータと併せて使用されてよい。

システムコントローラ８５０は、上述された堆積プロセスを実行に移すためのプログラム命令を提供してよい。プログラム命令は、ＤＣ電力レベル、ＲＦバイアス電力レベル、圧力、温度などなどの、多様な処理パラメータを制御してよい。命令は、本書で説明される様々な実装形態にしたがった膜積層体のｉｎ−ｓｉｔｕ堆積を動作させるために、パラメータを制御してよい。

システムコントローラ８５０は、開示される実施形態にしたがった方法を装置が実施するように、通常は、１つ以上のメモリデバイスと、命令を実行するように構成された１つ以上のプロセッサとを含む。開示される実施形態にしたがったプロセス動作を制御するための命令を含む機械読み取り可能媒体が、システムコントローラ８５０に結合されてよい。

一部の実装形態では、システムコントローラ８５０は、システムの一部であってよく、該システムは、上述された例の一部であってよい。このようなシステムは、１つ以上の処理ツール、１つ以上のチャンバ、処理のための１つ以上のプラットフォーム、及び／又は特定の処理コンポーネント（ウエハ台座やガスフローシステムなど）を含む、半導体処理機器を含むことができる。これらのシステムは、半導体ウエハ又は基板の処理の前、最中、及び後にそれらの動作を制御するための電子機器と一体化されてよい。電子機器は、「コントローラ」と称されてよく、これは、１つ以上のシステムの様々なコンポーネント又は副部品を制御してよい。システムコントローラ８５０は、処理要件及び／又はシステムタイプに応じて、処理ガスの配送、温度の設定（例えば加熱及び／又は冷却）、圧力の設定、真空の設定、電力の設定、無線周波数（ＲＦ）発生器の設定、ＲＦ整合回路の設定、周波数の設定、流量の設定、流体配送の設定、位置及び動作の設定、ツールに対して並びに特定のシステムに接続された又はインターフェース接続されたその他の移送ツール及び／又はロードロックに対してウエハを出入りさせるウエハ移送などの、本書で開示されるプロセスのうちの任意を制御するようにプログラムされてよい。

概して、システムコントローラ８５０は、命令を受信する、命令を発行する、動作を制御する、洗浄動作を可能にする、終点測定を可能にするなどを行う各種の集積回路、ロジック、メモリ、及び／又はソフトウェアを有する電子機器として定義されてよい。集積回路は、プログラム命令を格納するファームウェアの形態をとるチップ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特殊用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）として定められたチップ、及び／又はプログラム命令（例えば、ソフトウェア）を実行する１つ以上のマイクロプロセッサ若しくはマイクロコントローラを含んでいてよい。プログラム命令は、各種の個別設定（又はプログラムファイル）の形でシステムコントローラ８５０に伝えられて、半導体ウエハに対して若しくは半導体ウエハのための特定のプロセスを実行に移すための、又はシステムへの、動作パラメータを定義する命令であってよい。動作パラメータは、一部の実施形態では、１枚以上の層、材料、金属、酸化物、シリコン、二酸化シリコン、表面、回路、及び／又はウエハダイの製作中に１つ以上の処理工程を実現するためにプロセスエンジニアによって定義されるレシピの一部であってよい。

システムコントローラ８５０は、一部の実装形態では、システムと一体化された、システムに結合された、それ以外の形でシステムにネットワーク接続された、若しくはこれらの組み合わせである、コンピュータの一部であってよい、又はそのようなコンピュータに結合されてよい。例えば、システムコントローラ８５０は、「クラウド」の中、又はファブホストコンピュータシステムの全体若しくは一部の中にあってよく、これは、ウエハ処理の遠隔アクセスを可能にすることができる。コンピュータは、製作動作の現進行状況を監視するために、又は過去の製作動作の履歴を調査するために、又は複数の製作動作から傾向若しくは性能基準を調査するために、又は現行の処理のパラメータを変更するために、又は処理工程を設定して現行の処理を追跡するために、又は新しいプロセスを開始させるために、システムへの遠隔アクセスを可能にしえる。一部の例では、遠隔コンピュータ（例えばサーバ）が、ローカルネットワーク又はインターネットなどが挙げられるコンピュータネットワークを通じてシステムにプロセスレシピを提供することができる。遠隔コンピュータは、パラメータ及び／若しくは設定の入力又はプログラミングを可能にするユーザインターフェースを含んでいてよく、これらのパラメータ及び／又は設定は、次いで、遠隔コンピュータからシステムに伝達される。一部の例では、システムコントローラ７５０は、１つ以上の動作の最中に実施されるべき各処理工程のためのパラメータを指定するデータの形式で命令を受信する。これらのパラメータは、実施されるプロセスのタイプに、及びシステムコントローラ７５０がインターフェース接続されるように又は制御するように構成されたツールのタイプに特有であることが、理解されるべきである。したがって、上述されたように、システムコントローラ７５０は、ネットワークによって結ばれて本書で説明されるプロセス及び制御などの共通の目的に向かって作業する１つ以上の個別のコントローラを含むなどによって分散されてよい。このような目的のための分散コントローラの一例は、（プラットフォームレベルで又は遠隔コンピュータの一部としてなどで）遠隔設置されてチャンバにおけるプロセスを協同で制御する１つ以上の集積回路とやり取りするチャンバ上の１つ以上の集積回路だろう。

制限なく、代表的なシステムとして、プラズマエッチングチャンバ又はプラズマエッチングモジュール、堆積チャンバ又は堆積モジュール、スピンリンスチャンバ又はスピンリンスモジュール、金属めっきチャンバ又は金属めっきモジュール、洗浄チャンバ又は洗浄モジュール、ベベルエッジエッチングチャンバ又はベベルエッジエッチングモジュール、物理蒸着（ＰＶＤ）チャンバ又はＰＶＤモジュール、化学気相成長（ＣＶＤ）チャンバ又はＣＶＤモジュール、ＡＬＤチャンバ又はＡＬＤモジュール、原子層エッチング（ＡＬＥ）チャンバ又はＡＬＥモジュール、イオン注入チャンバ又はイオン注入モジュール、追跡チャンバ又は追跡モジュール、並びに半導体ウエハの製作及び／又は生産に関係付けられえる又は使用されえるその他のあらゆる半導体処理システムが挙げられる。

上記のように、ツールによって実施される１つ以上のプロセス工程に応じて、システムコントローラ８５０は、その他のツール回路若しくはツールモジュール、その他のツールコンポーネント、クラスタツール、その他のツールインターフェース、隣接するツール、近隣のツール、工場の随所に設置されたツール、メインコンピュータ、別のコントローラ、又は半導体生産工場の中のツール場所及び／若しくはロードポートに対してウエハ入りの容器を出し入れする材料輸送に使用されるツールのうちの、１つ以上とやり取りするだろう。

本書で開示される方法を実施するための適切な装置が、２０１１年４月１１日に出願され名称を「ＰＬＡＳＭＡ ＡＣＴＩＶＡＴＥＤ ＣＯＮＦＯＲＭＡＬ ＦＩＬＭ ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ（プラズマによって活性化される共形膜堆積）」とする米国特許出願第１３／０８４，３９９号（今現在の米国特許第８，７２８，９５６号）、及び２０１１年４月１１日に出願され名称を「ＳＩＬＩＣＯＮ ＮＩＴＲＩＤＥ ＦＩＬＭＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ（シリコン窒化物膜及び方法）」とする米国特許出願第１３／０８４，３０５号において、更に議論及び説明されている。これらの出願は、それぞれ、参照によってその全体を本書に組み込まれる。

本書で説明される装置／プロセスは、例えば、半導体デバイス、ディスプレイ、ＬＥＤ、光起電性パネルなどの製作又は生産のために、リソグラフィパターニングのツール又はプロセスと併せて使用されてよい。このようなツール／プロセスは、必ずしも必然ではないが通常は、共通の製作設備の中で併せて使用される又は行われる。膜のリソグラフィパターニングは、通常は、（１）スピンオンツール又は噴き付けツールを使用して、被処理物、即ち基板上にフォトレジストを塗布する動作、（２）加熱板又は加熱炉又はＵＶ硬化ツールを使用して、フォトレジストを硬化させる動作、（３）ウエハステッパなどのツールによって、可視光又は紫外線又はＸ線にフォトレジストを暴露する動作、（４）レジストを選択的に除去してそれによってパターニングするために、ウェットベンチなどのツールを使用して、レジストを現像する動作、（５）ドライ式又はプラズマ支援式のエッチングツールを使用することによって、レジストパターンをその下の膜又は被処理物に転写する動作、並びに（６）ＲＦ又はマイクロ波プラズマレジスト剥ぎ取り器などのツールを使用して、レジストを除去する動作の、一部又は全部を含み、各動作は、考えられる幾つかのツールによって可能にされる。

次に、総じて図９を参照にして、特定の実施形態では原子層エッチング（ＡＬＥ）動作及び／又は原子層堆積（ＡＬＤ）動作に適しているだろう誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）リアクタが説明される。このようなＩＣＰリアクタは、２０１３年１２月１０日に出願され名称を「ＩＭＡＧＥ ＲＥＶＥＲＳＡＬ ＷＩＴＨ ＡＨＭ ＧＡＰ ＦＩＬＬ ＦＯＲ ＭＵＬＴＩＰＬＥ ＰＡＴＴＥＲＮＩＮＧ（マルチパターニングのための、ＡＨＭ隙間充填による像反転）」とする米国特許出願公開第２０１４／０１７０８５３号でも説明されており、該出願公開は、あらゆる目的のために、参照によってその全体を本明細書に組み込まれる。本書では、ＩＣＰリアクタが説明されているが、一部の実施形態では、容量結合プラズマ（ＣＣＰ）リアクタが使用されてもよいことが理解されるべきである。

図９は、本明細書における特定の実施形態を実行するのに適した誘導結合プラズマ統合型エッチング・堆積装置９００の断面図を概略的に示しており、このような装置の一例は、カリフォルニア州フリーモントのＬａｍ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｏｒｐ．によって製造されるＫｉｙｏ（登録商標）リアクタである。一部の実施形態では、図１〜４との関連で提示及び説明されたＡＬＥが、主にＫｉｙｏ（登録商標）リアクタ上で行われてよい。誘導結合プラズマ装置９００は、チャンバ壁９０１と、チャンバ壁どうしの間に広がる窓９１１とによって構造的に画定された全体処理チャンバを含む。チャンバ壁９０１は、ステンレス鋼又はアルミニウムで作成されてよい。窓９１１は、石英又はその他の誘電材料で作成されてよい。随意の内部プラズマ格子９５０が、全体処理チャンバを上方サブチャンバ９０２とその下に位置決めされた下方サブチャンバ９０３とに分ける。更に、一部の実施形態では、プラズマ格子９５０が取り外されてよく、それによって、サブチャンバ９０２及び９０３の両方で形成されたチャンバ空間が利用される。下方サブチャンバ９０３内の内側の底面近くには、チャック９１７が位置決めされる。チャック８１７は、エッチングプロセス及び堆積プロセスが実施される半導体基板又はウエハ９１９を受けて保持するように構成される。チャック９１７は、ウエハ９１９が存在するときにそのウエハを支えるための静電チャックであることができる。一部の実施形態では、エッジリング（不図示）がチャック９１７を取り囲み、このエッジリングは、ウエハ９１９がチャック９１７の上に存在するときにそのウエハの上面とおおよそ同一面上にくる上面を有する。一部の実施形態では、チャック９１７は、また、ウエハを把持する及び解放するための静電電極も含む。この目的のために、フィルタ及びＤＣクランプ電源（不図示）が提供されてよい。ウエハ９１９をチャック９１７から持ち上げるための、その他の制御システムも提供できる。チャック９１７は、ＲＦ電源９２３を使用して電気的に充電できる。ＲＦ電源９２３は、接続９２７を通じて整合回路網９２１に接続される。整合回路網９２１は、接続９２５を通じてチャック９１７に接続される。このようにして、ＲＦ電源９２３は、チャック９１７に接続される。

プラズマ生成のための構成要素には、窓９１１の上方に位置決めされるコイル９３３がある。コイル９３３は、導電性材料で作成され、少なくとも１回の完全な巻きを含む。図８に示されたコイル９３３の例は、３回の巻きを含む。コイル９３３の断面は、記号で示され、「Ｘ」を有するコイルは、ページに進入する方向に巻いており、「●」を有するコイルは、ページから突き出る方向に巻いている。プラズマ生成のための構成要素は、また、コイル９３３にＲＦ電力を供給するように構成されたＲＦ電源９４１も含む。総じて、ＲＦ電源９４１は、接続８４５を通じて整合回路網８３９に接続される。整合回路網８３９は、接続９４３を通じてコイル９３３に接続される。このようにして、ＲＦ電源９４１は、コイル９３３に接続される。コイル９３３と窓９１１との間には、随意のファラデーシールド９４９が位置決めされる。ファラデーシールド９４９は、コイル９３３に対して相隔てられた関係に維持される。ファラデーシールド９４９は、窓８１１の真上に設置される。コイル９３３、ファラデーシールド９４９、及び窓９１１は、例えば図８に示された構成において、それぞれ、互いに実質的に平行であるように構成される。ファラデーシールドは、プラズマチャンバの誘電体窓に金属又はその他の種が堆積するのを阻止しえる。

上方サブチャンバ内に位置決めされた１つ以上の主要ガスフロー入口９６０を通して、及び／又は１つ以上の脇ガスフロー入口９７０を通して、処理ガス（例えば、塩素、アルゴン、シリコン四塩化物、酸素、窒素など）が処理チャンバに流し込まれてよい。同様に、図には明示されていないが、同様のガスフロー入口が、処理ガスを容量結合プラズマ処理チャンバに供給するために使用されてよい。例えば１段階若しくは２段階の機械式ドライポンプ、及び／又はターボ分子ポンプ９４０などの真空ポンプが、処理ガスを処理チャンバ９２４から引き出すために及び処理チャンバ９００内の圧力を維持するために使用されてよい。例えば、ポンプは、ＡＬＤのパージ動作中にチャンバ９０１を排気するために使用されてよい。真空ポンプによって提供される真空環境の適用を選択的に制御できるように、弁制御式の導管が、真空ポンプを処理チャンバに流体的に接続するために使用されてよい。これは、操作可能なプラズマ処理中に、絞り弁（図９には示されていない）又は振り子弁（図８には示されていない）などの閉ループ制御式流量制限機器を用いてなされてよい。同様に、容量結合プラズマ処理チャンバへの、真空ポンプ及び／又は弁によって制御される流体接続が使用されてもよい。

ＩＣＰ装置９００の動作中は、１種類以上の処理ガスが、ガスフロー入口９６０及び／又は９７０を通じて供給されてよい。特定の実施形態では、処理ガスは、主要ガスフロー入口９６０を通じてのみ、又は脇ガスフロー入口９７０を通じてのみ供給されてよい。場合によっては、図に示されているガスフロー入口は、例えば、より複雑なガスフロー入口、及び／又は１つ以上のシャワーヘッドなどで置き換えられてよい。ファラデーシールド９４９及び／又は随意の格子９５０が、チャンバへの処理ガスの配送を可能にする内部通路及び穴を含んでいてよい。ファラデーシールド９４９及び随意の格子９５０は、そのいずれか又は両方が、処理ガスの配送のためのシャワーヘッドとして機能してよい。一部の実施形態では、液体反応物又は液体前駆体が、ひとたび気化されたらガスフロー入口９６０及び／又は９７０を通じてチャンバ内へ導入されるように、液体気化・供給システムが、チャンバ９０１の上流に据えられてよい。液体前駆体の例として、ＳｉＣｌ₄及びシリコンアミドがある。

ＲＦ電流がコイル９３３内へ流れる及び／又はコイル９３３を流れるようにするために、無線周波数電力が、ＲＦ電源９４１からコイル９３３に供給される。コイル９３３を流れるＲＦ電流は、コイル９３３の周囲に電磁場を生成し、この電磁場は、上方サブチャンバ９０２内に誘導電流を発生させる。生成された様々なイオン及びラジカルとウエハ９１９との物理的及び化学的相互作用は、例えば図１Ａに示されたＡＬＥプロセス及び／又はＡＬＤプロセスについて議論及び説明されたように、ウエハの特徴及びウエハ上の堆積層を選択的にエッチングする。

もし、上方サブチャンバ９０２及び下方サブチャンバ９０３がともに存在するようにプラズマ格子が使用されるならば、誘導電流は、上方サブチャンバ９０２内に電子−イオンプラズマを発生させるために、上方サブチャンバ９０２内に存在するガスに作用する。随意の内部プラズマ格子９５０は、下方サブチャンバ９０３内の高温電子の量を制限する。一部の実施形態では、装置は、下方サブチャンバ９０３内に存在するプラズマがイオン−イオンプラズマであるように設計及び動作される。

上方の電子−イオンプラズマ及び下方のイオン−イオンプラズマは、ともに、陽イオン及び陰イオンを含みえるが、ただし、イオン−イオンプラズマの方が、陰イオン対陽イオンの比率が大きい。エッチング及び／又は堆積による揮発性の副生成物が、ポート９２２を通じて下方サブチャンバ９０３から除去されてよい。本明細書で開示されるチャック９１７は、約１０℃から約２５０℃の範囲にわたる高温で動作してよい。温度は、プロセスの動作及び具体的なレシピに依存する。

チャンバ９０１は、洗浄室内又は製作設備内に設置されるときに、設備（図９には示されていない）に接続されてよい。設備は、処理ガス、真空、温度制御、及び／又は環境粒子制御を提供する配管系統を含んでいてよい。これらの設備は、対象の製作設備内に設置されるときに、チャンバ９０１に接続される。また、チャンバ９０１は、移送チャンバに接続されてよく、該移送チャンバは、例えば一般的な自動化を使用してロボットがチャンバ９０１に対して半導体ウエハを出し入れすることを可能にする。

一部の実施形態では、システムコントローラ９３０（１つ以上の物理的又は論理的コントローラが挙げられる）が、処理チャンバの動作の一部又は全部を制御する。システムコントローラ９３０は、１つ以上のメモリデバイスと、１つ以上のプロセッサとを含んでいてよい。一部の実施形態では、装置は、開示される実施形態が実施されるときに流量及び持続時間を制御するための切り替えシステムを含む。一部の実施形態では、装置は、最長で約５００ｍｓの、又は最長で約７５０ｍｓの、切り替え時間を有してよい。切り替え時間は、例えば流れの化学的性質、選ばれたレシピ、リアクタの構造、及びその他の各種の要素に依存してよい。

一部の実装形態では、システムコントローラ、又はコントローラ９３０は、システムの一部であってよく、該システムは、上述された例の一部であってよい及び／又は上述された例とそれ以外の形で統合されてよい。このようなシステムは、１つ以上の処理ツール、１つ以上のチャンバ、処理のための１つ以上のプラットフォーム、及び／又は特定の処理コンポーネント（ウエハ台座やガスフローシステムなど）を含む、半導体処理機器を含むことができる。これらのシステムは、半導体ウエハ又は基板の処理の前、最中、及び後にそれらの動作を制御するための電子機器と一体化されてよい。電子機器は、「コントローラ」と称されてよく、これは、１つ以上のシステムの様々なコンポーネント又は副部品を制御してよい。コントローラ８３０は、処理要件及び／又はシステムタイプに応じて、処理ガスの配送、温度の設定（例えば加熱及び／又は冷却）、圧力の設定、真空の設定、電力の設定、無線周波数（ＲＦ）発生器の設定、ＲＦ整合回路の設定、周波数の設定、流量の設定、流体配送の設定、位置及び動作の設定、ツールに対して並びに特定のシステムに接続された又はインターフェース接続されたその他の移送ツール及び／又はロードロックに対してウエハを出入りさせるウエハ移送などの、本書で開示されるプロセスのうちの任意を制御するようにプログラムされてよい。

概して、コントローラ９３０は、命令を受信する、命令を発行する、動作を制御する、洗浄動作を可能にする、終点測定を可能にするなどを行う各種の集積回路、ロジック、メモリ、及び／又はソフトウェアを有する電子機器として定義されてよい。集積回路は、プログラム命令を格納するファームウェアの形態をとるチップ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特殊用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）として定められたチップ、及び／又はプログラム命令（例えば、ソフトウェア）を実行する１つ以上のマイクロプロセッサ若しくはマイクロコントローラを含んでいてよい。プログラム命令は、各種の個別設定（又はプログラムファイル）の形でコントローラに伝えられて、半導体ウエハに対して若しくは半導体ウエハのための特定のプロセスを実行に移すための、又はシステムへの、動作パラメータを定義する命令であってよい。動作パラメータは、一部の実施形態では、１枚以上の層、材料、金属、酸化物、シリコン、二酸化シリコン（ＳｉＯ₂）、表面、回路、及び／又はウエハダイの製作中に１つ以上の処理工程を実現するためにプロセスエンジニアによって定義されるレシピの一部であってよい。

コントローラ９３０は、一部の実装形態では、システムと一体化された、システムに結合された、それ以外の形でシステムにネットワーク接続された、若しくはこれらの組み合わせである、コンピュータの一部であってよい、又はそのようなコンピュータに結合されてよい。例えば、コントローラは、「クラウド」若しくは「クラウド」タイプのコンピュータネットワークの中、又はファブホストコンピュータシステムの全体若しくは一部の中にあってよく、これは、ウエハ処理の遠隔アクセスを可能にすることができる。コンピュータは、製作動作の現進行状況を監視するために、又は過去の製作動作の履歴を調査するために、又は複数の製作動作から傾向若しくは性能基準を調査するために、又は現行の処理のパラメータを変更するために、又は処理工程を設定して現行の処理を追跡するために、又は新しいプロセスを開始させるために、システムへの遠隔アクセスを可能にしえる。一部の例では、遠隔コンピュータ（例えばサーバ）が、ローカルネットワーク又はインターネットなどが挙げられるコンピュータネットワークを通じてシステムにプロセスレシピを提供することができる。遠隔コンピュータは、パラメータ及び／若しくは設定の入力又はプログラミングを可能にするユーザインターフェースを含んでいてよく、これらのパラメータ及び／又は設定は、次いで、遠隔コンピュータからシステムに伝達される。一部の例では、コントローラ９３０は、１つ以上の動作の最中に実施されるべき各処理工程のためのパラメータを指定するデータの形式で命令を受信する。これらのパラメータは、実施されるプロセスのタイプに、及びコントローラがインターフェース接続されるように又は制御するように構成されたツールのタイプに特有であることが、理解されるべきである。したがって、上述されたように、コントローラ９３０は、ネットワークによって結ばれて本書で説明されるプロセス及び制御などの共通の目的に向かって作業する１つ以上の個別のコントローラを含むなどによって分散されてよい。このような目的のための分散コントローラの一例は、（プラットフォームレベルで又は遠隔コンピュータの一部としてなどで）遠隔設置されてチャンバにおけるプロセスを協同で制御する１つ以上の集積回路とやり取りするチャンバ上の１つ以上の集積回路だろう。

制限なく、代表的なシステムとして、プラズマエッチングチャンバ又はプラズマエッチングモジュール、堆積チャンバ又は堆積モジュール、スピンリンスチャンバ又はスピンリンスモジュール、金属めっきチャンバ又は金属めっきモジュール、洗浄チャンバ又は洗浄モジュール、ベベルエッジエッチングチャンバ又はベベルエッジエッチングモジュール、物理蒸着（ＰＶＤ）チャンバ又はＰＶＤモジュール、化学気相成長（ＣＶＤ）チャンバ又はＣＶＤモジュール、ＡＬＤチャンバ又はＡＬＤモジュール、ＡＬＥチャンバ又はＡＬＥモジュール、イオン注入チャンバ又はイオン注入モジュール、追跡チャンバ又は追跡モジュール、並びに半導体ウエハの製作及び／又は生産に関係付けられえる又は使用されえるその他のあらゆる半導体処理システムが挙げられる。

上記のように、ツールによって実施される１つ以上のプロセス工程に応じて、コントローラは、その他のツール回路若しくはツールモジュール、その他のツールコンポーネント、クラスタツール、その他のツールインターフェース、隣接するツール、近隣のツール、工場の随所に設置されたツール、メインコンピュータ、別のコントローラ、又は半導体生産工場の中のツール場所及び／若しくはロードポートに対してウエハ入りの容器を出し入れする材料輸送に使用されるツールのうちの１つ以上とやり取りするだろう。

図１０は、真空移送モジュール１０３８（ＶＴＭ）と境界を接する各種のモジュールを伴う半導体処理クラスタ構造を示している。複数の貯蔵設備と処理モジュールとの間でウエハを「移送する」ための移送モジュールの配置は、「クラスタツール構造」システムと呼ばれてよい。「ロードロック」又は移送モジュールとしても知られるエアロック１０３０が、ＶＴＭ１０３８内に示され、該ＶＴＭ１０３８は、各種の製作プロセスを実施するように個別に最適化されえる４つの処理モジュール１０２０ａ〜１０２０ｄを伴う。例えば、処理モジュール１０２０ａ〜１０２０ｄは、基板エッチング、堆積、イオン注入、ウエハ洗浄、スパッタリング、及び／又はその他の半導体処理を実施するように実装されてよい。一部の実施形態では、ＡＬＤとＡＬＥとが、同じモジュール内で実施される。一部の実施形態では、ＡＬＤとＡＬＥとが、同じツールの異なるモジュール内で実施される。基板エッチング処理モジュールの１つ以上（１０２０ａ〜１０２０ｄのうちの任意）が、本明細書で開示されるように実装されてよい、すなわち、共形的な膜を堆積させるように、ＡＬＤによって膜を選択的にエッチングするように、パターンをエッチングするように、及び開示される実施形態にしたがったその他の適切な機能を実現するように実装されてよい。エアロック１０３０及びプロセスモジュール１０２０は、「ステーション」と呼ばれてよい。各ステーションは、それをＶＴＭ１０３８につなぎ合わせるファセット１０３６を有する。各ファセットの内部では、ウエハ１０２６がそれぞれのステーション間で移動されるときの通過を検出するために、センサ１〜１８が使用される。

ロボット１０２２が、ステーション間でウエハ１０２６を移送する。一実施形態では、ロボット１０２２は、１本のアームを有し、別の一実施形態では、ロボット１０２２は、２本のアームを有し、各アームは、搬送のためにウエハ１０２６などのウエハを拾い上げるためのエンドエフェクタ１０２４を有する。ウエハ１０２６をロードポートモジュール（ＬＰＭ）１０４２内のカセット又は前面開閉式一体化ポッド（ＦＯＵＰ）１０３４からエアロック１０３０に移送するために、大気圧移送モジュール（ＡＴＭ）１０４０内のフロントエンドロボット１０３２が使用される。プロセスモジュール１０２０ａおよび／または１０２０ｄ内のモジュールセンタ１０２８は、ウエハ１０２６を置くための適切な場所である。ＡＴＭ１０４０内のアライナ１０４４が、ウエハを位置合わせするために使用される。

代表的な処理方法では、ＬＰＭ１０４２内のＦＯＵＰ１０３４の１つにウエハが入れられる。フロントエンドロボット１０３２が、ウエハをＦＯＵＰ１０３４からアライナ１０４４に移送し、アライナ１０４４は、ウエハ１０２６がエッチングされる前に又は処理される前に正しく中心合わせされることを可能にする。位置を揃えられた後、ウエハ１０２６は、フロントエンドロボット１０３２によってエアロック１０３０内へ移動される。エアロック１０３０は、ＡＴＭとＶＴＭとの間で環境を一致させる機能を有するので、ウエハ１０２６は、損傷されることなく２つの圧力環境間で移動することができる。エアロックモジュール１０３０から、ウエハ１０２６は、ロボット１０２２によってＶＴＭ１０３８を経てプロセスモジュール１０２０ａ〜１０２０ｄのうちの１つに移動される。具体的には、ロボット１０２２は、その各アーム上に位置するエンドエフェクタ１０２４を使用して例えばウエハ１０２６を掴み、上述のように移動させる、すなわち、ＶＴＭ１０３８を経てプロセスモジュール１０２０ａ〜１０２０ｄのうちの１つに移動させる。ウエハ１０２６は、処理されたら、ロボット１０２２によってプロセスモジュール１０２０ａ〜１０２０ｄからエアロックモジュール１０３０へ移動される。ここから、ウエハ１０２６は、フロントエンドロボット１０３２によってＦＯＵＰ１０３４の１つ又はアライナ１０４４へ移動されてよい。

留意すべきは、ウエハの移動を制御しているコンピュータが、クラスタ構造の内部にあること、又はクラスタ構造の外の生産現場内にあること、又は遠隔地にあってネットワークを通じてクラスタ構造に接続されることが可能であることである。更に、一部の実施形態では、図７〜９に関連して上述されたコントローラが、図１０のツールに実装されてよい。

更に、一部の実施形態では、図１及び／又は図２との関連で図示及び説明されたこと、すなわち、動作１０４及び／又は動作２０４ａにおけるＡＬＤによる選択的堆積と、その後に続く、動作１０６及び／又は動作２１０におけるＡＬＥによる異なる基板材料間の核生成遅延差異のリセットとが、図７〜１０で図示及び議論された装置のうちの任意の１つ以上の中で実施されてよい、及び／又はそれ以外のやり方で行われてよい。

望ましくは、一部の実施形態では、動作１０４及び／又は動作２０４ａにおけるＡＬＤが、カリフォルニア州フリーモントのＬａｍ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能なＶＥＣＴＯＲ（登録商標）製品群などのプラズマ支援式化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）製品によって実行される。更に、Ｌａｍ Ｒｅｓｅａｒｃｈによって開発された更なるハイブリッドツールは、共通のプラットフォーム上にＶＥＣＴＯＲ（登録商標）製品とＫｉｙｏ（商標）製品とを含んでいてよい。具体的には、このようなプラットフォームは、ＶＥＣＴＯＲ（登録商標）製品上におけるＡＬＤ手順及びＫｉｙｏ（商標）製品上におけるＡＬＥ手順の完了を目指した構成を含んでいてよく、この場合、ＶＥＣＴＯＲ（登録商標）及びＫｉｙｏ（商標）の両方が、共通のクラスタの中で動作的に統合されている。このような共通のクラスタは、本書で説明されたＡＬＤ手順及び／又はＡＬＥ手順が真空破壊を伴うことなく、すなわち真空を破ることなく完了されることを可能にし、それによって、旧来の真空堆積チャンバ及び／又はエッチングチャンバの中及び／又は間でのプロセスの循環に代わる有用な代案を提示するだろう。

更に、図１〜４で図示及び議論されたＡＬＥ手順及び／又はＡＬＥ手順のうちの１つ以上（又は全部）の組み合わせは、いずれも、基板表面の完全性をそれ以外の形で含むことなく完了されるだろう。更に、ＶＥＣＴＯＲ（登録商標）製品及び／又はツールとＫｉｙｏ（商標）製品及び／又はツールとの統合を伴う実施形態は、論じられたＡＬＤ手順及び／又はＡＬＥ手順を例えばＫｉｙｏ（商標）製品上のみで完了させようとする場合よりも、スループットを最適にするだろう。更に、一部の実施形態では、ＶＥＣＴＯＲ（登録商標）製品及び／又はツールとＫｉｙｏ（商標）製品及び／又はツールとを同じクラスタの中に入れ、ＡＬＤがＶＥＣＴＯＲ（登録商標）製品上で実施されるとともにＡＬＥがＫｉｙｏ（商標）製品上で実施されるようにすることによって、的を外れた堆積に関連した成長欠陥が排除される、又は大幅に低減されるだろう。

上述されたＡＬＤ手順及び／又はＡＬＥ手順の、その他の半導体関連プロセスとの更なる統合が可能である。具体的には、図１〜３との関連で図示及び説明されたものは、隙間充填用途、パターン形成、初期層からの後続層の選択的層成長、及び／又はＡＬＥなどのエッチング手順中における層の選択的保護において実行される。

結論
以上の実施形態は、理解を明確にする目的で幾分詳細に説明されてきたが、特定の変更及び修正が、添付の特許請求の範囲内でなされてよいことが明らかである。本実施形態のプロセス、システム、及び装置を実現する多くの代替のやり方があることが、留意されるべきである。したがって、本実施形態は、例示的であって限定的ではないと見なされ、これらの実施形態は、本明細書で与えられた詳細に限定されない。

Claims (19)

1. 半導体基板上で堆積を行う方法であって、
   半導体基板上に選択的に材料を堆積させ、前記基板は、核生成遅延差異にしたがって、上に堆積される材料に対応して異なる核生成遅延を有する複数の基板材料を含み、
   前記基板材料間の前記核生成遅延差異を再確立するために、前記基板上に堆積された前記材料の一部分をエッチングし、
   前記材料を、前記基板上に更に選択的に堆積させる、
   方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、
   上への堆積が意図される第１の基板材料に関係付けられた核生成遅延は、上への堆積が意図されない第２の基板材料に関係付けられた核生成遅延よりも少ない、方法。
3. 請求項２に記載の方法であって、
   前記核生成遅延差異は、前記堆積の進行に伴って低下する、方法。
4. 請求項１に記載の方法であって、
   前記エッチングは、サイクル単位で実施され、一サイクルは、前記基板の表面を改質するために前記基板をエッチングガスに暴露し、前記改質された表面の少なくとも一部を除去するために前記基板を除去用ガスに暴露する、方法。
5. 請求項１に記載の方法であって、
   前記堆積は、サイクル単位で実施され、一サイクルは、前記基板の表面を改質するために前記基板を堆積前駆体に暴露し、前記材料を堆積させるために前記基板を還元剤に暴露する、方法。
6. 請求項１に記載の方法であって、
   前記基板上に選択的に前記材料を堆積させ、前記堆積された材料の一部分をエッチングすることの繰り返しは、対応して堆積選択性を断絶させることなく前記堆積される材料を厚くする、方法。
7. 請求項１に記載の方法であって、
   前記基板上に選択的に前記材料を堆積させ、前記堆積された材料の一部分をエッチングすることの繰り返しは、的を外れた堆積を阻止する、方法。
8. 請求項１に記載の方法であって、
   堆積される前記材料は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）である、方法。
9. 請求項１に記載の方法であって、
   前記複数の基板材料は、シリコン酸化物（ＳｉＯ₂）、シリコン窒化物（Ｓｉ₃Ｎ₄）、シリコン炭化物（ＳｉＣ）、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）、及び窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなる群より選択される、方法。
10. 請求項１に記載の方法であって、
    前記複数の基板材料は、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、及び酸化スズ（ＳｎＯ₂）からなる群より選択される、方法。
11. 請求項１に記載の方法であって、
    前記複数の基板材料は、タングステン（Ｗ）、銅（Ｃｕ）、コバルト（Ｃｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、シリコン（Ｓｉ）、及び炭素（Ｃ）からなる群より選択される、方法。
12. 請求項８に記載の方法であって、
    トリメチルアルミニウムが、堆積される前記窒化アルミニウムのためのアルミニウムを提供する、方法。
13. 方法であって、
    （ａ）チャンバに収容されている基板を、前記基板を覆う膜を堆積させるために第１の反応剤と第２の反応剤との交番パルスに暴露し、前記基板は、上への前記膜の堆積が意図される第１の基板材料と、上への前記膜の堆積が意図されない第２の基板材料とを有し、前記第２の基板材料は、前記第１の基板材料とは異なり、前記第１の基板材料の場合の前記核生成遅延は、前記堆積の進行によって低下する核生成遅延差異にしたがって、前記第２の基板材料の場合の前記核生成遅延よりも少なく、
    （ｂ）チャンバに収容されている基板を、前記堆積された材料の一部分をエッチングして前記第１の基板材料と前記第２の基板材料との間の前記核生成遅延差異をリセットするためにエッチングガスと除去用ガスとの交互バルスに暴露する、
    方法。
14. 請求項１３に記載の方法であって、更に、
    前記同じチャンバ内で（ａ）と（ｂ）とを繰り返す、方法。
15. 基板を処理するための装置であって、
    それぞれがチャックを有する１つ以上の処理チャンバと、
    前記処理チャンバ内へ通じる１つ以上のガス入口、及び関連の流量制御ハードウェアと、
    プロセッサ及びメモリを有するコントローラであって、
    前記プロセッサ及びメモリは、通信可能方式で互いに接続され、
    前記少なくとも１つのプロセッサは、少なくとも動作可能方式で前記流量制御ハードウェアに接続され、
    前記メモリは、
    上に堆積される材料に対応して異なる核生成遅延を核生成遅延差異にしたがって有する複数の基板材料を含む半導体基板上に選択的に材料を堆積させ、
    前記基板上に堆積された前記材料の一部分を、前記基板材料間の前記核生成遅延差異を再確立するためにエッチングし、
    前記材料を、前記基板上に更に選択的に堆積させる、
    ことによって前記流量制御ハードウェアを少なくとも制御するように前記少なくとも１つのプロセッサを制御するためのコンピュータ実行可能命令を格納する、コントローラと、
    を備える装置。
16. 請求項１５に記載の装置であって、
    半導体基板上に選択的に材料を堆積させ、前記基板上に堆積された前記材料の一部分のエッチングは、真空状態のまま実施する、装置。
17. 請求項１５に記載の装置であって、
    前記メモリは、
    （ａ）チャンバに収容されている基板を、前記基板を覆う膜を堆積させるために第１の反応剤と第２の反応剤との交番パルスに暴露し、前記基板は、上への前記膜の堆積が意図される第１の基板材料と、上への前記膜の堆積が意図されない第２の基板材料とを有し、前記第２の基板材料は、前記第１の基板材料とは異なり、前記第１の基板材料の場合の前記核生成遅延は、前記堆積の進行にしたがって低下する核生成遅延差異にしたがって、前記第２の基板材料の場合の前記核生成遅延よりも少なく、
    （ｂ）チャンバに収容されている基板を、前記堆積された材料の一部分をエッチングして前記第１の基板材料と前記第２の基板材料との間の前記核生成遅延差異をリセットするためにエッチングガスと除去用ガスとの交互バルスに暴露する、
    ことによって前記流量制御ハードウェアを少なくとも制御するように前記少なくとも１つのプロセッサを制御するためのコンピュータ実行可能命令を格納する、 装置。
18. 請求項１７に記載の装置であって、更に、
    前記同じチャンバ内で（ａ）と（ｂ）とを繰り返す装置。
19. 請求項１７に記載の装置であって、
    前記（ａ）及び（ｂ）は、真空状態のまま実施される、装置。

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