JP2023051814A - ハロゲン化に基づくギャップ充填方法およびシステム - Google Patents

ハロゲン化に基づくギャップ充填方法およびシステム Download PDF

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Blanquart Timothee
ルネイ・ヘンリクス・ジョゼフ・フェーフィート
Henricus Jozef Vervuurt Rene
ジヒ・ジョン
Jihee Jeon
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Abstract

【課題】基材の表面上のギャップ内に材料を形成するための方法およびシステムを提供する。【解決手段】基材の表面上のギャップ内に材料を形成するための方法およびシステムが開示される。例示的な方法は、第１の反応チャンバ内の基材の表面上に材料層を形成することと、第２の反応チャンバ内でハロゲン反応物質に材料層を曝露して、それによってギャップ内にハロゲンを含む流動性層を形成することと、任意選択的に、第３の反応チャンバ内の変換反応物質に流動性層を曝露して、ギャップ内に変換された材料を形成することと、を含む。例示的な方法は、流動性層または変換された材料を熱処理する工程をさらに含むことができる。例示的なシステムは、本方法を実施することができる。【選択図】図１

Description

本開示は、概して、電子デバイスの形成で使用される方法およびシステムに関する。より具体的には、本開示は、デバイスの製造中に基材の表面上のギャップを少なくとも部分的に充填するために好適な方法およびシステムに関する。
半導体デバイスのスケーリングは、集積回路のスピードおよび密度の著しい向上をもたらしてきた。しかしながら、従来のデバイススケーリング技法は、将来のテクノロジーノードに対する重要な課題に直面している。具体的には、デバイスの特徴の小型化では、既存の堆積プロセスの制限に起因して、所望の材料を用いた高アスペクト比ギャップ（例えば、３以上のアスペクト比を有する）のボイドのない充填が、ますます困難になる。
ギャップ内に材料を提供するためにいくつかの技法が開発されてきたが、こうした方法は、ギャップ内に所望の材料（すなわち、エッチング耐性、化学機械研磨耐性、絶縁特性、またはこれに類するものなどの所望の特性を有する材料）を提供しない場合がある。さらに、少ない数の処理システムを用いて、かつ／または時間効率の高い様態で、基材表面上のギャップを充填するために好適な方法を実施するという一般的な願望がある。その結果、材料内のボイド形成を軽減しながら、ギャップ内に所望の材料を提供するための改善された方法およびシステムが望まれる。
このセクションに記載される問題および解決策の考察を含む任意の考察は、本開示の状況を提供する目的のためにのみこの開示に含まれる。こうした考察は、本発明が行われた時点で、または別の方法で先行技術を構成する時点で、情報のいずれかまたはすべてが既知であったことを認めるものと解釈されるべきではない。
この発明の概要は、選択された概念を単純化した形態で紹介する場合があり、これは以下でさらに詳細に説明される場合がある。この発明の概要は、特許請求される主題の主要な特徴または本質的な特徴を特定することを必ずしも意図してはおらず、特許請求される主題の範囲を限定するために使用されることも意図していない。
本開示の様々な実施形態は、ギャップ内に材料を提供するための方法およびシステムに関し、例えば、ギャップを所望の材料で少なくとも部分的に充填する。下記により詳細に記載されるように、例示的な方法は、材料を堆積し、堆積された材料から流動性材料を形成し、そして流動性材料をギャップ内で所望の材料に変換することを含む。例示的な方法は、これらの工程のすべてを含まなくてもよく、そして／または追加の工程を含んでもよい。
本開示の実施形態によると、基材の表面上のギャップを充填する方法が提供される。例示的な方法は、基材を提供することと、基材の表面上に材料層を形成することと、材料層をハロゲン反応物質に曝露して、それによって流動性層を形成することと、流動性層を変換反応物質に曝露して、ギャップ内に変換された材料を形成することと、を含む。これらの実施形態の様々な実施例によると、基材の表面上に材料層を形成する工程は、第１の反応チャンバ内で実施され、材料層をハロゲン反応物質に曝露する工程は、第２の反応チャンバ内で行われ、そして流動性層を変換反応物質に曝露して、ギャップ内に変換された材料を形成する工程は、第３の反応チャンバ内で実施される。第１、第２、第３、および任意選択的に第４の反応チャンバは、反応器システム（例えば、クラスタツール）および／またはプロセスモジュールの一部を形成することができる。例示的な方法は、反応器システムの第４の反応チャンバにおいて、変換された材料を熱処理する工程をさらに含むことができる。これらの実施形態のなおさらなる実施例によると、サイクルは、第１の反応チャンバ内で基材の表面上に材料層を形成する工程と、第２の反応チャンバ内でハロゲン反応物質に基材を曝露する工程と、第３の反応チャンバ内で変換反応物質に基材を曝露する工程と、第４の反応チャンバ内で変換された材料を熱処理する工程と、を含み、またサイクルは１回以上繰り返される。同じ反応器システム内で２つ以上の（例えば、すべての）方法工程を実施することによって、方法工程は、エアブレークを有しないで実施することができる。さらに、複数のサイクルを容易かつ急速に実施することができる。さらなる実施例によると、ハロゲン反応物質は、活性種を含み、活性種は、第２の反応チャンバに流体連結された遠隔プラズマユニットを使用して、直接プラズマを使用して、かつ／または間接プラズマを使用して形成することができる。なおさらなる実施例によると、変換反応物質は、希ガス、窒素含有ガス、酸素含有ガス、炭素含有ガス、および水素含有ガスのうちの１つ以上を含む。
本開示の追加的な実施形態によると、マルチチャンバ反応器システムが提供される。例示的なマルチチャンバ反応器システムは、少なくとも３つの反応チャンバ、すなわち、材料層を堆積させるように構成された第１の反応チャンバと、材料層をハロゲン反応物質に曝露して、それによって流動性層を形成するように構成された第２の反応チャンバと、流動性層を、第３の反応チャンバ内で変換反応物質に曝露して、変換された材料を形成するように構成された第３の反応チャンバと、を含む。マルチチャンバ反応器システムは、変換された材料を熱処理するように構成された第４の反応チャンバを含むことができる。これらの実施形態の実施例によると、第１の反応チャンバ、第２の反応チャンバ、第３の反応チャンバ、および任意選択的に第４の反応チャンバは、クラスタツールまたはプロセスモジュールの一部を形成し、基材は、エアブレークを有することなく、第１の反応チャンバ、第２の反応チャンバ、第３の反応チャンバ、および任意選択的に第４の反応チャンバの間で移動する。下記でより詳細に考察するように、反応器システムは、反応物質を活性化するために１つ以上のプラズマシステムを含むことができる。さらに、反応器システムは、本明細書に記述されるような方法を実施するために１つ以上のコントローラを含むことができる。
当業者には、これらのおよび他の実施形態は、添付の図面を参照して、以下のある特定の実施形態の詳細な説明から容易に明らかとなるであろう。本発明は、開示されたいずれかの特定の実施形態に限定されない。
本開示の実施形態のより完全な理解は、以下の例示的な図面に関連して考慮される場合、発明を実施するための形態および特許請求の範囲を参照することによって得られる場合がある。
図１は、本開示の実施例による方法を図示する。 図２は、本開示の実施例に従って形成される構造を図示する。 図３は、本開示の実施例に従って形成される構造を図示する。 図４は、本開示の実施例に従って形成される構造を図示する。 図５は、本開示の実施例に従って形成される構造を図示する。 図６は、本開示の実施例による反応器システムを図示する。 図７は、本開示の実施例による例示的なプロセスモジュールの上部切り取り図を図示する。 図８は、本開示に関連した使用のために好適な反応器を図示する。 図９は、本開示に関連した使用のために好適な反応器を図示する。 図１０は、本開示に関連した使用のために好適な反応器を図示する。
当然のことながら、図内の要素は単純化および明瞭化のために例示されており、必ずしも原寸に比例して描かれていない。例えば、図中の要素のうちの一部の寸法は、本開示の例示された実施形態の理解の向上を助けるために、他の要素に対して相対的に誇張されている場合がある。
下記に提供される方法、構造、およびシステムの例示的な実施形態の記述は、単に例示的なものであり、また図示の目的のために提供することのみが意図され、以下の記述は本開示の範囲または特許請求の範囲を限定することを意図しない。さらに、述べられた特徴を有する複数の実施形態の列挙は、追加的な特徴を有する他の実施形態、または述べられた特徴の異なる組み合わせを組み込む他の実施形態を除外することを意図していない。例えば、様々な実施形態が例示的な実施形態として記載され、また従属請求項において列挙されてもよい。別段の記載のない限り、例示的な実施形態またはその構成要素は、組み合わされてもよく、または互いに分離して適用されてもよい。
本開示は、材料でギャップを少なくとも部分的に充填するための改善された方法およびシステムを提供する。方法およびシステムは、他の方法と比較して、より少ない機器を使用し、かつ／または時間効率の高い様式で、コスト効率の高い様態で、所望の材料でギャップを充填するために使用することができる。さらに、ボイドのない様態で、例えば、徹底的にボイドのない様態で、所望の材料でギャップを充填するために、本明細書に記載の方法およびシステムを使用することができる。
この開示では、「ガス」は、常温常圧（ＮＴＰ）において気体である材料、気化した固体、および／または気化した液体を含むことができ、また状況によっては単一の気体または気体の混合物によって構成することができる。プロセスガス以外のガス、すなわち、ガス分配アセンブリ、他のガス分配装置、またはこれに類するものを通過することなく導入されるガスは、例えば、反応空間を密封するために使用することができ、またシールガスを含むことができる。例示的なシールガスとしては、希ガス、窒素、およびこれに類するものが挙げられる。一部の事例では、「前駆体」という用語は、別の化合物を生成する化学反応に関与する化合物、および具体的には膜マトリクスまたは膜の主骨格を構成する化合物を指すことができ、「反応物質」という用語は、前駆体という用語と同じ意味で使用することができる。一部の事例では、反応物質は、前駆体またはその誘導体と反応して、膜または層を形成する。
本明細書で使用される場合、「基材」という用語は、本開示の一実施形態による方法によって、デバイス、回路、もしくは膜を形成するために使用することができる、またはデバイス、回路、もしくは膜をその上に形成することができる、任意の下地材料（複数可）を指すことができる。基材は、シリコン（例えば、単結晶シリコン）などのバルク材料、ゲルマニウムなどの他の第ＩＶ族材料、または第ＩＩ－ＶＩ族、もしくは第ＩＩＩ－Ｖ族半導体材料などの他の半導体材料を含むことができ、かつバルク材料の上にある、または下にある１つ以上の層を含むことができる。さらに、基材は、基材の層の少なくとも一部分の中またはその上に形成される凹部、突出部、およびこれに類するものなどの、様々な特徴を含むことができる。例として、基材は、バルク半導体材料と、バルク半導体材料の少なくとも一部分の上にある絶縁または誘電材料層とを含むことができる。
本明細書で使用される場合、「膜」および／または「層」という用語は、本明細書に開示される方法によって堆積される材料などの、任意の連続的または非連続的な構造および材料を指すことができる。例えば、膜および／または層としては、二次元材料、三次元材料、ナノ粒子、部分的もしくは完全な分子層、または部分的もしくは完全な原子層、または原子および／もしくは分子のクラスタを挙げることができる。膜または層は、基材の表面上の複数の分散した原子を含んでもよく、またはそれらのうち少なくとも部分的でもよく、かつ／または基材内にあってもよく、もしくは基材内に埋め込まれるようになってもよい。膜または層は、ピンホールおよび／または分離された島を有する材料または層を備えてもよい。膜または層は、少なくとも部分的に連続的であってもよい。
本明細書で使用される場合、「構造」は、本明細書に記述されるような基材とすることができ、またはそれを含むことができる。構造は、本明細書に記述されるような方法に従って形成された１つ以上の層などの、基材の上にある１つ以上の層を含むことができる。
本明細書で使用される場合、「堆積プロセス」という用語は、前駆体（および／または反応物質）を反応チャンバの中に導入して、基材の上に層を堆積もしくは形成させることを指すことができる。「周期的堆積プロセス」は、「堆積プロセス」の実施例である。
「周期的堆積プロセス（ｃｙｃｌｉｃ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ）」または「周期的堆積プロセス（ｃｙｃｌｉｃａｌ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ）」という用語は、基材上に層を堆積させるための前駆体（および／または反応物質）の反応チャンバの中への逐次的導入を指すことができ、原子層堆積（ＡＬＤ）、周期的化学蒸着（周期的ＣＶＤ）、およびＡＬＤ構成要素および周期的ＣＶＤ構成要素を含むハイブリッド周期的堆積プロセスなどの処理技法を含む。
「原子層堆積」という用語は、堆積サイクル、典型的には複数の連続的な堆積サイクルがプロセスチャンバ内で行われる蒸着プロセスを指すことができる。本明細書で使用される原子層堆積という用語は、関連する用語、例えば、前駆体／反応性ガス、およびパージ（例えば、不活性キャリア）ガスの交互パルスで実施される場合、化学蒸着原子層堆積、原子層エピタキシー（ＡＬＥ）、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）、ガス源ＭＢＥ、または有機金属ＭＢＥ、ならびに化学ビームエピタキシー、により示されるプロセスを含むことも意味する。
概して、ＡＬＤプロセスについては、各サイクル中に、前駆体は、反応チャンバの中へと導入され、そして堆積表面（例えば、以前のＡＬＤサイクルから以前に堆積された材料または他の材料を含むことができる、基材表面）の上へと化学吸着され、また追加的な前駆体と容易に反応しない（すなわち、自己限定的な反応）材料の単分子層または準単分子層を形成する。その後、化学吸着した前駆体を堆積表面上で所望の材料に変換するのに使用するために、反応物質（例えば、別の前駆体または反応ガス）がその後プロセスチャンバの中へと導入されてもよい。反応物質は、前駆体とさらに反応することができる。あらゆる過剰な前駆体をプロセスチャンバから除去するために、かつ／またはあらゆる過剰な反応物質および／または反応副生成物を反応チャンバから除去するために、１つ以上のサイクル中に（例えば各サイクルの各工程中に）、パージする工程を利用することができる。
本明細書で使用される場合、「パージ」という用語は、互いに反応するガスの２つのパルスの間に、不活性ガスまたは実質的に不活性なガス（一部の事例では、これは、活性化していない反応物質を含むことができる）が、反応チャンバに提供される手順を指してもよい。例えば、例えば、希ガスを使用するパージは、前駆体パルスと反応物質パルスとの間に提供されてもよく、それ故に、前駆体と反応物質との間の気相の相互作用を回避する、または少なくとも低減する。当然のことながら、パージは時間的に、または空間的に、または両方で達成することができる。例えば、時間的なパージの事例では、パージ工程は、例えば、第１の前駆体を反応チャンバに提供し、パージガスを反応チャンバに提供し、そして反応物質を反応チャンバに提供し、層がその上に堆積される基材は移動しないという、時系列で使用することができる。例えば、空間的パージの事例では、パージ工程は、以下の形態、すなわち、基材を、第１の前駆体が連続的に供給される第１の場所から、パージガスカーテンを通して、反応物質が連続的に供給される第２の場所へと移動させるという形態を取ることができる。
本明細書で使用される場合、「前駆体」は、ガス状になることができ、かつ本明細書に記述されるように、堆積プロセスの間に組み込まれてもよい要素を含む化学式によって表すことができる、ガスまたは材料を含む。
「ハロゲン反応物質」という用語は、ガス状になることができ、またＦ、Ｃｌ、Ｂｒ、および／またはＩなどのハロゲンを含む化学式によって表すことができる、ガスまたは材料を指すことができる。一部の事例では、化学式は、酸素および／または水素を含む。
さらに本開示では、変数の任意の二つの数字は、その変数の実行可能な範囲を構成することができ、また示される任意の範囲は、端点を含んでもよく、または除外してもよい。加えて、示された変数の任意の値は（それらが「約」とともに示されているか否かにかかわらず）、正確な値またはおおよその値を指してもよく、かつ均等物を含んでもよく、また平均値、中央値、代表値、大多数、またはこれに類するものを指してもよい。
本明細書で使用される場合、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、ある特定の特徴が含まれるが、特許請求の範囲または実施形態を実行不可能にしない限り、他の特徴の存在を除外しないことを示す。一部の実施形態では、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、「からなる」または「から本質的になる」を含む。本明細書で使用される場合、「からなる」という用語は、当該文言に従うものを除いて、装置／方法／製品には、いかなるさらなる特徴も存在しないことを示す。化学化合物を参照して、「からなる」という用語が使用される時、化学化合物は、列挙される構成成分のみを含有することを示す。
この開示では、「充填能力」という用語は、実質的にボイドを有しないで（例えば、直径でおおよそ５ｎｍ以上のサイズを有するいかなるボイドもなく）、かつ継ぎ目を有しないで（例えば、長さがおおよそ５ｎｍ以上のいかなる継ぎ目もなく）、ギャップを充填する能力を指し、層の継ぎ目のない／ボイドのない完全な成長が観察される。ギャップの底部における成長は、ギャップの側壁およびギャップの上面における成長より少なくともおおよそ１．５倍速い場合がある。この開示は、充填能力を有する材料、すなわち、優先的にギャップを徹底的に充填する材料を堆積するための方法およびシステムを提供する。
この開示では、隣接する突出構造間の凹部および任意の他の凹部パターンは「ギャップ」と称されうる。すなわち、ギャップは、穴／ビア、線の間の領域、およびこれに類するものを含む、任意の凹部パターンを指してもよい。ギャップは、一部の実施形態では、約２０ｎｍ～約１００ｎｍ、そして典型的に約３０ｎｍ～約５０ｎｍの幅を有することができる。トレンチがその幅と実質的に同じ長さを有する場合、穴またはビアと称することができる。穴またはビアは、典型的に、約２０ｎｍ～約１００ｎｍの幅を有する。一部の実施形態では、トレンチは、約３０ｎｍ～約１００ｎｍ、そして典型的に約４０ｎｍ～約６０ｎｍの深さを有する。一部の実施形態では、ギャップは、約２～約１０、そして典型的に約２～約５のアスペクト比を有する。ギャップの寸法は、プロセス条件、膜組成、意図する用途、およびこれに類するものに依存して変化する場合がある。
本明細書で使用される場合、「高さ」という用語は、問題のギャップを含む基材の表面に対して垂直な平面内の方向のギャップの程度を指してもよい。
本明細書で使用される場合、「幅」という用語は、問題のギャップを含む基材の表面に対して平行な平面内の方向のギャップの程度を指してもよい。
本明細書で使用される場合、「長さ」という用語は、問題のギャップを含む基材の表面に対して平行な平面内の方向のギャップの程度を指してもよい。「幅」および「長さ」が測定される方向は、概して相互に垂直である。当然のことながら、構造の長さ、幅、および高さを含むすべての寸法は、走査型透過電子顕微鏡法（ＳＴＥＭ）などの日常的な技法を使用して測定することができる。
この開示では、任意の定義された意味は、一部の実施形態では、通常の意味および通例の意味を必ずしも除外しない。
ギャップを充填するための改善された方法が、本開示の実施例に従って提供される。例示的な方法は、ギャップが提供された基材を反応チャンバの中へと導入することを含む。例示的なギャップとしては、凹部、接触穴、ビア、トレンチ、およびこれに類するものが挙げられる。ギャップは、遠位部および近位部を備える。遠位部は、遠位表面を備える。近位部は、近位表面を備える。当然のことながら、ギャップは、必ずしも垂直に向けられる必要はないが、水平方向に延在することができる。当然のことながら、ギャップの近位部は、ギャップが凹部を形成する基材表面に最も近いギャップの部分であり、またギャップの遠位部は、その表面から最も離れているギャップの部分である。
ここで図に移ると、図１は本開示の実施例による方法１００を図示する。図２～図５は、方法１００を使用して形成された構造を図示する。図示されるように、方法１００は、第１の反応チャンバ内に基材を提供する工程（工程１０２）と、第１の反応チャンバ内で基材の表面上に材料層を形成する工程（工程１０４）と、第２の反応チャンバ内でハロゲン反応物質に材料層を曝露する工程（工程１０６）と、第３の反応チャンバ内で変換反応物質に流動性層を曝露してギャップ内に変換された材料を形成する工程（工程１０８）と、を含む。別個に図示されているが、方法１００のいくつかの工程を組み合わせることができ、または重ね合わせることができる。本明細書で使用される場合、重ね合わせとは、同じ反応チャンバ内である期間の間実施することを意味する。
下記により詳細に記述するように、方法１００の様々な工程は、単一の反応器システム内で、例えば、単一の反応器システムまたはクラスタツールもしくはプロセスモジュールの複数の反応チャンバ内で、実施することができる。例示的な反応器システムおよび反応チャンバは、図６～図１０に関連して下記により詳細に記述される。単一の反応器システムを使用して方法１００を実施することは、基材を工程間のエアブレークに曝露することなく、複数の工程の実施を可能にするため、有利である。例えば、第１の反応チャンバ内で基材の表面上に材料層を形成する工程と、第２の反応チャンバ内でハロゲン反応物質に基材を曝露する工程と、第３の反応チャンバ内で変換反応物質に基材を曝露する工程と、第４の反応チャンバ内で変換された材料を熱処理する工程とは、エアブレークを有しないで実施することができる。
工程１０２の間、ギャップを備える基材は、反応器システムの、例えば、（例えば、第１の反応器の）（例えば、第１の）反応チャンバの中へと提供される。本開示の実施例によると、第１の反応チャンバは、原子層堆積（ＡＬＤ）反応器、ＣＶＤ反応器、またはこれに類するものなどの周期的堆積反応器などの気相反応器の一部を形成することができる。反応器のタイプは、工程１０４の間に堆積した材料に依存してもよい。任意選択的に、反応チャンバを含む反応器には、基材、反応チャンバ壁、および／または反応物質／前駆体のうちの１つ以上の温度を上昇させることによって反応を活性化させるためのヒーターを提供することができる。
工程１０２の間に、基材を、工程１０４に対して所望の温度および圧力にすることができる。具体的な温度および圧力は、堆積した材料に依存することができるが、例として、反応チャンバ内の（例えば、基材または基材支持体の）温度は、約２５℃～約１５０℃または約１５０℃～約３５０℃とすることができ、反応チャンバ内の圧力は、約１～約５または約５～約１００Ｔｏｒｒとすることができる。
工程１０４の間、材料層は、第１の反応チャンバ内の基材の表面上に形成される。材料層は、例えば、金属、合金、金属酸化物、元素半導体、および化合物半導体のうちの１つ以上とすることができる。化合物半導体は、ＳｉＧｅなどの、２つの元素半導体の合金とすることができる。別の方法として、化合物半導体は、酸化物：ＣｕＯ、ＣｕＯ２、ＩｎＯ、またはＳｎＯなどのカルコゲニドとすることができる。または、化合物半導体は、インジウムガリウム亜鉛酸化物などの多成分材料とすることができる。例として、材料層は、金属酸化物、金属窒化物、または金属酸窒化物とすることができる、またはそれらを含むことができる。好適な金属酸化物は、ＭｘＯｙによって表すことができ、式中、Ｍは、Ｗ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｒｈ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｓｎのうちの１つ以上などの金属、または、Ｇｅ、Ｓｂ、Ｔｅ、およびＢｉのうちの１つ以上などの半金属であり、式中、ｘは、約１～約２の範囲であり、ｙは、約１～５の範囲である。好適な金属酸窒化物は、ＭｘＯｙＮｚによって表すことができ、式中、Ｍは、本明細書に記載される金属または半金属であり、式中、ｘは、約０．２～１、または０．２～０．９８、または０．１～０．３、または０．３～０．５、または０．５～０．８の範囲であり、ｙは、約０～約０．８、または０．１～約０．６、または０．１～０．３、または０．３～０．５、または０．５～０．８の範囲であり、そしてｚは、０．～０．８、または０．１～０．６、または０．１～０．３、または０．３～０．５、または０．５～０．８の範囲である。一部の事例では、材料層は、本明細書に記述されるような金属または半金属、およびＯ、Ｎ、およびＣのうちの１つ以上を含む。一部の実施形態では、材料層は、Ｗ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｒｈ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｉｎ、またはＳｎの酸化物を含む。一部の実施形態では、材料層は、Ｗ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｒｈ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｉｎ、またはＳｎの窒化物を含む。一部の実施形態では、材料層は、Ｗ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｒｈ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｉｎ、またはＳｎの炭化物を含む。一部の実施形態では、材料層は、Ｗ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｒｈ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｉｎ、またはＳｎの酸窒化物を含む。一部の実施形態では、材料は、Ｗ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｒｈ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｉｎ、またはＳｎの酸炭化物を含む。一部の実施形態では、材料層は、Ｗ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｒｈ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｉｎ、またはＳｎの酸炭窒化物を含む。
上記のように、材料層は、任意の好適な方法を使用して堆積することができる。一部の事例では、材料層は、例えば、周期的プロセス（例えば、熱ＡＬＤまたはＰＥＡＬＤを、使用して、コンフォーマルに堆積される。別の方法として、材料層は、ＣＶＤまたはＰＥＣＶＤプロセスなどの非周期的プロセスを使用して堆積することができる。一部の実施形態では、材料層は、非コンフォーマルとすることができる。非コンフォーマル材料層は、例えば、スパッタリングまたは電子ビーム蒸発などの物理蒸着（ＰＶＤ）プロセスによって形成することができる。
一部の実施形態では、コンフォーマルに堆積した層は、約２超、約５超、約１０超、約２５超、約５０超、約１００超、または約１０～１００、もしくは約５～２５のアスペクト比（高さ／幅）を有する構造において／構造上で、５０％以上、または８０％超、または９０％超、または１００％超、または１１０％超、または１５０％超、または２００％超の段差被覆を示す。当然のことながら、「段差被覆」という用語は、凹部の遠位表面上の層の厚さを、凹部の近位表面上のその層の厚さで割ったものを指し、そして割合として表現される。当然のことながら、ギャップ特徴の遠位部分は、基材の表面から比較的遠く離れたギャップ特徴の一部分を指し、またギャップ特徴の近位部分は、ギャップ特徴の遠位の／下部の／より深い部分と比較して基材の表面により近いギャップ特徴の一部を指す。
図２は、その中に形成されたギャップ２０４を有する基材２０２を含む構造２００を図示する。図示した実施例では、材料層２０６は、ギャップ２０４内を含む、基材２０２の表面の上に重なって（例えば、コンフォーマルに）堆積する。
本明細書に開示されるような方法によって、望ましい厚さを有する層は、好適な量の堆積サイクルまたは好適な量の時間を選ぶことによって、堆積させることができる。例えば、また一部の実施形態では、ここに記載された方法は、所望の厚さを有する層を堆積させることを含むことができる。一部の事例では、厚さは、材料が流れると、ギャップを充填する、または実質的に充填するために十分とすることができる。一部の事例では、厚さは、最大で、約２で割られたギャップの限界寸法（例えば、幅）程度とすることができる。それ故に、本明細書に記述されるような方法は、好適な量の堆積サイクルを実行すること、または所望の材料層厚さを得るために所望の量の時間の間実行することを含んでもよい。
工程１０６の間に、所望の厚さの材料層（例えば、材料層２０６）が堆積されると、材料層は、第２の反応チャンバ内でハロゲン反応物質に曝露され、それによってギャップ内にハロゲンを含む流動性層を形成する。工程１０６中の具体的なプロセス条件は、例えば、ハロゲン反応物質および／または材料層に依存して変化することができる。例として、工程１０６の間、反応チャンバ内の（例えば、基材または基材支持体の）温度は、約１００℃～約８００℃または約２００℃～約４００℃とすることができ、反応チャンバ内の圧力は、約２～約４、または約５～約１００Ｔｏｒｒとすることができる。一部の事例では、工程１０６の間、流動性層の流れを増加させるために、基材温度を増加させることができる。
上記のように、ハロゲン反応物質は、フッ素、塩素、臭素、およびヨウ素のうちの１つ以上を含むことができる。一部の事例では、ハロゲン反応物質は、活性種を含む。活性種は、遠隔プラズマ、直接プラズマ、および間接プラズマのうちの１つ以上を使用して形成することができる。好適な活性種は、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、およびＩなどのハロゲンを含む、またはそれらからなるラジカルまたはイオンなどのラジカルおよびイオンを含む。例えば、ハロゲン反応物質は、ハロゲン含有ラジカル、例えば、フッ素、塩素、臭素、およびヨウ素を含む、またはそれらからなるラジカルを含むことができる。一部の実施形態では、ラジカルは、ハロゲン含有プロセスガス、例えば、一方はハロゲン含有化合物または元素種、そしてもう一方はＡｒまたはＨｅなどの希ガスなどからなるプラズマガスを使用する遠隔プラズマを使用して好適に生成することができる。好適なハロゲン含有化合物としては、ＮＦ３およびＮＦ３から形成されるラジカルが挙げられる。他の好適なハロゲン含有化合物としては、ＨＦ、ＨＣｌ、Ｃｌ２、およびＳＦ６が挙げられる。好適な元素ハロゲンとしては、Ｆ２、Ｃｌ２、Ｂｒ２、およびＩ２が挙げられる。こうしたプラズマを形成するための例示的な装置は、下記により詳細に考察される。遠隔プラズマの事例では、遠隔プラズマユニットは、第２の反応チャンバへと流体連結され、また遠隔プラズマユニットからの活性種は、工程１０６の間に第２の反応チャンバへと提供される。間接プラズマおよび直接プラズマの事例では、反応器内に活性種を形成することができる。
工程１０６の間に、流動性層が形成される。図３は、流動性層３０２、および任意選択的に残りの材料３０４を含む構造３００を図示する。図３に図示するように、材料は、ギャップ２０４の遠位表面３０６へと流れ、それによって、底部／遠位表面３０６から流動性層３０２でギャップ２０４を充填する。
流動性材料が形成されると、流動性層は、第３の反応チャンバ内で（例えば、変換反応物質を使用して）変換された材料を形成するように変換される。一部の事例では、方法１００は、工程１０８を含まなくてもよく、しかしそうではなく、プロセス温度において、または冷却された（例えば、室温へと）時、に固化してもよい流動性層材料を含んでもよい。図４は、工程１０８の間に形成することができる、変換された材料４０２を含む構造４００を図示する。
使用される場合、工程１０８は、流動性層または流動性層材料を、流動性層よりも流動性が低くてもよく、かつ／または絶縁特性、導電性、エッチング耐性、またはこれに類するものなどの所望の特性を含んでもよい、別の材料へと変換することを含む。工程１０８は、変換反応物質を使用して活性種を形成するために、熱励起、遠隔プラズマ励起、間接プラズマ励起、および／または直接プラズマ励起を含むことができる。
工程１０８中の具体的なプロセス条件は、例えば、流動性層材料の組成に依存して変化する可能性がある。例として、工程１０８の間、反応チャンバ内の温度（例えば、基材または基材支持体の温度）は、約５０℃～約２００℃、または約２００℃～約６００℃、または約１００℃および７００℃、または約２００℃～約４００℃とすることができ、反応チャンバ内の圧力は、約１～約４、または約４～約１００Ｔｏｒｒとすることができる。工程１０８の持続時間は、約１０～約３６００秒とすることができる。
変換反応物質は、ヘリウムまたはアルゴンなどの希ガス、酸化反応物質、窒化反応物質、炭素含有反応物質、および還元反応物質のうちの１つ以上を含むことができる。例として、酸化反応物質は、酸素（Ｏ２）、Ｏ３、Ｈ２Ｏまたはこれに類するものなどの酸素含有ガスを含むことができ、窒化反応物質は、窒素（Ｎ２）、アンモニア、ヒドラジン、（例えば、アルキル）置換ヒドラジン、フォーミングガス、またはこれに類するものなどの窒素含有ガスを含むことができ、炭素含有反応物質は、例えば、ＣＨ４またはこれに類するものを含むことができ、還元反応物質は、例えば、Ｈ２またはこれに類するものなどの水素含有ガスを含むことができる。
図１に図示するように、方法１００は、反応器システムの第４の反応チャンバ内で実施することができる熱処理工程１１０も含むことができる。熱処理工程１１０は、例えば、アニール工程とすることができる。（例えば、第４の）反応チャンバ内の温度およびガスは、所望の材料特性および変換された材料の組成に依存することができる。本開示の実施例によると、工程１１０は、高速熱アニール（ＲＴＡ）工程を実施することを含む。ＲＴＡ工程は、基材を短い時間期間（例えば、少なくとも１００ｍｓから最大で１０ｓ）の間赤外線放射に曝露することを含むことができる。ＲＴＡの間、基材の表面は、例えば、少なくとも２００℃から最高で７００℃の温度に加熱することができる。追加的な実施例によると、基材は、例えば、サセプタヒーターを使用し、かつ／または浸漬熱処理プロセスとして加熱することができる。これらの事例では、基材は、約５～約６００秒の期間の間、少なくとも１００℃～最高で６００℃の温度に加熱することができる。熱処理は、工程１０８に関連して上記の例示的なガスなど、希ガス、酸素含有ガス、窒素含有ガス、炭素含有ガス、および水素含有ガスのうちの１つ以上を含む雰囲気で実施することができる。
図５は、工程１１０後の構造５００を図示する。構造５００は、基材２０２および熱処理された材料５０２を含む。熱処理された材料５０２は、変換された材料、例えば、アニールされた材料とすることができる、またはそれを含むことができる。追加的または代替的に、処理された材料５０２は、工程１１０の間に酸化、還元、炭化、高密度化、またはこれに類するものをされた、変換された材料を含むことができる。
本開示の実施例によると、サイクルは、第１の反応チャンバ内で基材の表面上に材料層を形成する工程と、第２の反応チャンバ内でハロゲン反応物質に基材を曝露する工程と、第３の反応チャンバ内で変換反応物質に基材を曝露する工程と、第４の反応チャンバ内で変換された材料を熱処理する工程と、を含む。さらなる実施例によると、サイクルは、第１の反応チャンバ内で基材の表面上に材料層を形成する工程と、第２の反応チャンバ内でハロゲン反応物質に基材を曝露する工程と、第３の反応チャンバ内で変換反応物質に基材を曝露する工程と、を含む。また、なおさらなる実施例によると、サイクルは、第１の反応チャンバ内で基材の表面上に材料層を形成する工程と、第２の反応チャンバ内でハロゲン反応物質に基材を曝露する工程と、別の反応チャンバ内でハロゲン化された材料を熱処理する工程と、を含む。いずれの事例でも、サイクルは、例えば、それぞれの反応チャンバ間で基材を移動することによって、継ぎ目またはボイドを有しないで少なくとも部分的に（例えば、完全に）ギャップを充填するために、１回以上繰り返すことができる。
図６は、本開示の実施例による、例示的な反応器システム６００を図示する。反応器システム６００は、複数のプロセスモジュール６０２～６０８と、基材ハンドリングチャンバ６１０と、コントローラ６１２と、ロードロックチャンバ６１４と、機器フロントエンドモジュール６１６と、を含む。方法１００を実施するために、反応器システム６００を使用することができる。
図示された実施例では、各プロセスモジュール６０２～６０８は、４つの反応チャンバＲＣ１～ＲＣ４を含む。別段の記載のない限り、ＲＣ１～ＲＣ４は任意の好適な順序とすることができる。さらに本開示の実施例によるプロセスモジュールは、任意の好適な数の反応チャンバを含むことができる。反応システム内の様々なプロセスモジュールは、同じに、または異なるように構成されることができる。
本開示の実施例によると、少なくとも１つのプロセスモジュール６０２～６０８は、第１の反応チャンバＲＣ１、第２の反応チャンバＲＣ２、第３の反応チャンバＲＣ３、および任意選択的に第４の反応チャンバＲＣ４を備える。さらなる実施例によると、プロセスモジュール６０２～６０８のうちの２つ以上（例えば、２つ、３つ、または４つ）は、第１の反応チャンバＲＣ１、第２の反応チャンバＲＣ２、第３の反応チャンバＲＣ３、および任意選択的に第４の反応チャンバＲＣ４を含む。
本開示の実施例によると、少なくとも１つプロセスモジュール６０２～６０８は、材料層を堆積させるように構成された第１の反応チャンバＲＣ１と、材料層をハロゲン反応物質に曝露して、それによって流動性層を形成するように構成された第２の反応チャンバＲＣ２と、流動性層を変換反応物質に曝露して、変換された材料を形成するように構成された第３の反応チャンバＲＣ３と、を備える。さらなる実施例によると、少なくとも１つのプロセスモジュール６０２～６０８は、変換された材料を熱処理するように構成された第４の反応チャンバＲＣ４を備える。本開示の実施例によると、第１の反応チャンバＲＣ１、第２の反応チャンバＲＣ２、第３の反応チャンバＲＣ３、および第４の反応チャンバＲＣ４は、クラスタツールまたはモジュールの一部を形成し、これにより基材は、エアブレークを有することなく、第１の反応チャンバ、第２の反応チャンバ、第３の反応チャンバ、および第４の反応チャンバの間を移動することができる。さらに、所望の場合、基材は、エアブレークを有することなくプロセスモジュール６０２～６０８の間を移動することができる。
それ故に、変換された材料の層を形成するために、第１の反応チャンバＲＣ１、第２の反応チャンバＲＣ２、および第３の反応チャンバＲＣ３を使用することができる。一部の事例では、２つ以上（例えば、２つ、３つ、または４つ）のプロセスモジュールが、同様に構成される。別の方法として、プロセスモジュール内の２つ以上の（例えば、すべての）反応チャンバは、同じ反応（例えば、材料層の形成、材料層をハロゲン反応物質に曝露すること、流動性材料を変換反応物質に曝露すること、または熱処理）を実施することができる。
基材ハンドリングチャンバ６１０は、各プロセスモジュール６０２～６０８に連結する。例として、基材ハンドリングチャンバ６１０は、ゲートバルブ６１８～６３２を介して各プロセスモジュール６０２～６０８に連結することができる。本開示の実施例によると、プロセスモジュール６０２～６０８は、基材ハンドリングチャンバ６１０に連結することができ、かつ基材ハンドリングチャンバ６１０から分離することができる。
ロードロックチャンバ６１４と１つ以上のプロセスモジュール６０２～６０８との間で、および／またはプロセスモジュール６０２～６０８同士の間で基材を移動させるために、基材ハンドリングチャンバ６１０を使用することができる。基材ハンドリングチャンバ６１０は、バックエンドロボット６３４を含むことができる。バックエンドロボット６３４は、ロードロックチャンバ６１４（例えば、その中のステージ６４０、６４２）、および反応チャンバのうちのいずれかの中の任意のサセプタのうちのいずれか１つから、基材を搬送することができる。バックエンドロボット６３４は、例えば、多関節ロボットとすることができ、または多関節ロボットを含むことができる。例として、バックエンドロボット６３４は、静電気力または真空力を使用して、搬送される基材を回収し、かつ移動することができる。バックエンドロボット６３４は、例えばエンドエフェクタとすることができる。
コントローラ６１２は、本明細書に記述されるように１つ以上の工程または機能を実施するように構成することができる。コントローラ６１２は、弁、マニホールド、ヒーター、ポンプ、および反応器システム６００内に含まれる他の構成要素を選択的に動作させるための電子回路およびソフトウェアを含む。こうした回路および構成要素は、反応器システム６００の適切な動作をもたらすために、ガスを提供し、温度を調整し、かつこれに類するものを行うように動作する。コントローラ６１２は、ある特定のタスクを実施するソフトウェアおよび／またはハードウェア構成要素などの、モジュールを含むことができる。モジュールは、制御システムのアドレス指定可能な記憶媒体上に常駐するように構成されてもよく、かつ本明細書に記載の方法などの、１つ以上のプロセスを実行するように構成されてもよい。
ロードロックチャンバ６１４は、例えばゲート弁６３６、６３８を介して基材ハンドリングチャンバ６１０に、また機器フロントエンドモジュール６１６に接続される。ロードロックチャンバ６１４は、機器フロントエンドモジュール６１６と基材ハンドリングチャンバ６１０との間で基材をステージングするための１つ以上の、例えば、２つのステージ６４０、６４２を含むことができる。
機器フロントエンドモジュール６１６は、開口部６４４を介してロードロックチャンバ６１４に連結されている。フロントエンドモジュール６１６は、１つ以上のロードポート６４６を好適に含むことができる。ロードポート６４６を、正面開口式一体型ポッド（ＦＯＵＰ）６４８などの基材キャリアを収容するために提供することができる。機器フロントエンドモジュール６１６内に提供されたロボット６５０は、ＦＯＵＰ６４８とロードロックチャンバ６１４内のステージ６４０、６４２との間で、１つ以上（例えば、一度に２つ）の基材を搬送することができる。
反応器システム１００は、１つ以上のヒーター６５２、６５４を含むことができる。ヒーター６５２は、サセプタヒーターおよび／またはＲＴＡとともに使用するために好適なヒーター（例えば、ランプ）として構成することができる。ヒーター６５２、６５４は、本明細書に記載された温度などの所望の温度へと基材またはその表面を加熱するように構成することができる。
反応器システム１００は、１つ以上の反応チャンバＲＣ１～ＲＣ４（例えば、第２の反応チャンバ）に流体連結された１つ以上の遠隔プラズマユニット６５６を追加的に含むことができる。追加的または代替的に、ＲＣ１～ＲＣ４のうちの１つ以上は、直接プラズマ装置または間接プラズマ装置を含むことができる。
図７は、例示的なプロセスモジュール６０２の上部切り取り図をより詳細に図示する。図示した実施例では、プロセスモジュール６０２は、第１の反応チャンバＲＣ１、第２の反応チャンバＲＣ２、第３の反応チャンバＲＣ３、および第４の反応チャンバＲＣ４を含む。第１の反応チャンバＲＣ１および第２の反応チャンバＲＣ２は、第３の反応チャンバＲＣ３および第４の反応チャンバＲＣ４より、基材ハンドリングチャンバ６１０に近い位置に位置することができる。１つ以上の反応チャンバＲＣ１～ＲＣ４は、ガスカーテン（ＧＣ）と、基材が通ることを可能にするためのエリアまたは開口部（これはシール可能であってもよい）を有する１つ以上の物理的バリアとのうちの１つ以上を使用して、互いに分離することができる。追加的または代替的に、生成物およびプロセスガス流は、所望の反応が各反応チャンバ内でかつ実質的に各反応チャンバ内でのみ行われるように構成することができる。本開示の実施例によると、基材ハンドリングチャンバ６１０は、ＲＣ１およびＲＣ２と直接連通することができる、またはゲート弁（複数可）（例えば、ゲート弁６１８、６２０）を介してＲＣ１およびＲＣ２と連通することができる。
図示した実施例では、プロセスモジュール６０２は、プロセスモジュール６０２内で反応チャンバＲＣ１～ＲＣ４間で基材を移動させるための移送アーム７０２を含む。移送アーム７０２は、各反応チャンバに対する第１～第ｎのアームを含むことができる。例えば、移送アーム７０２は、第１のアーム７０２ａ、第２のアーム７０２ｂ、第３のアーム７０２ｃ、第４のアーム７０２ｄ、およびシャフト７０２ｅを含むことができる。第１のアーム７０２ａ、第２のアーム７０２ｂ、第３のアーム７０２ｃ、および第４のアーム７０２ｄは、シャフト７０２ｅによって支持され、かつシャフト７０２ｅの回転によって回転される。アーム７０２ａ～７０２ｄは、シャフト７０２ｅの回転状態に従って、反応チャンバ間にまたは特定の反応チャンバの内側に位置する。反応チャンバ内のサセプタの上へと基材を提供し、かつサセプタ上の基材を取り出すために、移送アーム７０２を使用することができる。移送アーム７０２は、第１～第４の反応チャンバＲＣ１～ＲＣ４のうちの１つの中にある基材を別の反応チャンバの中へと移動させるための回転アームとして機能することができる。こうした回転アームは、例えば、３６０度を反応チャンバの数で割ることによって計算される角度だけ反時計方向に回転する。プロセスモジュール６０４～６０８は、図７に図示した、プロセスモジュール６０２と同じまたは類似の構成を有するように構成されていてもよい。
本開示のさらなる実施例によると、図７に図示するように、バックエンドロボット６３４は、基材７０４、７０６をＲＣ１およびＲＣ２へと／ＲＣ１およびＲＣ２から移送することができる。１つ以上のセンサ７０８～７１４を、基材ハンドリングチャンバ６１０とプロセスモジュール６０２との間の領域内に提供することができる。例えば、２つのセンサ７０８、７１０を第１の反応チャンバＲＣ１の前に提供することができ、また２つのセンサ２１２、２１４を第２の反応チャンバＲＣ２の前に提供することができる。
プロセスモジュール６０２はまた、基材がバックエンドロボット６３４によって基材ハンドリングチャンバ６１０から第１の反応チャンバＲＣ１または第２の反応チャンバＲＣ２へと移送される時に、基材が所定の位置を通過したかどうかを判定するための自動基材感知ユニットも含むことができる。自動ウエハ感知ユニットは、例えば、前述のセンサ７０８～７１４と、センサ７０８～７１４に接続された移送モジュールコントローラ（ＴＭＣ）７１６とを含むことができる。ＴＭＣ７１６は、例えば、基材ハンドリングチャンバ６１０の下に位置することができる。
プロセスモジュール６０２～６０８のために好適な例示的なプロセスモジュールおよび例示的なシステムのより詳細な記述は、２０２０年９月１５日に発行されたＫａｚｕｈｉｒｏ Ｎｉｓｈｉｗａｋｉ名義の米国特許第１０，７７７，４４５号、２０１９年６月２５日に発行されたＴａｋｕ Ｏｍｏｒｉ名義の米国特許第１０，３３２，７６７号、および「ＲＥＡＣＴＯＲ ＳＹＳＴＥＭ ＷＩＴＨ ＭＵＬＴＩ－ＤＩＲＥＣＴＩＯＮＡＬ ＲＥＡＣＴＩＯＮ ＣＨＡＭＢＥＲ」と題する２０２１年２月６日に出願された米国特許出願第１７／１６９，４４０号において提供され、それらの内容はここに、参照により本明細書に組み込まれる。
１つ以上の前駆体源、１つ以上の反応物質源、および／または１つ以上の不活性ガスもしくは希ガス源は、各反応チャンバＲＣ１～ＲＣ４に連結することができる。図示した実施例では、第１の前駆体源７１８および第１の反応物質源７２０は、ＲＣ１へと流体連結され、ハロゲン反応物質源７２２はＲＣ２へと流体連結され、変換反応物質源７２６はＲＣ３へと流体連結され、かつ処理反応物質源（例えば、酸素含有ガス源、窒素含有ガス源、炭素含有ガス源、および水素含有ガス源のうちの１つ以上）７２８および／または希ガス源７３０は、ＲＣ４へと流体連結される。ガス源のうちの１つ以上は、遠隔プラズマユニットに連結されてもよく、または遠隔プラズマユニットを含んでもよい。
上記のように、反応チャンバＲＣ１～ＲＣ４は、様々なやり方で構成することができる。図８は、本開示の実施例による、ＲＣ１～ＲＣ４のうちの１つ以上に関連した使用のために好適な反応器９００を図示する。反応器９００は、プラズマ９２０が生成される反応空間９１０を含む。具体的には、プラズマ９２０は、シャワーヘッドインジェクタ９３０と、基材支持体９４０との間に発生する。
示される構成では、反応器９００は、２つの交流（ＡＣ）電源、すなわち、高周波電源９２２および低周波電源９２１を備える。示される構成では、高周波電源９２２は、無線周波数（ＲＦ）電力をシャワーヘッドインジェクタに供給し、また低周波電源９２１は、交流電流信号を基材支持体９４０に供給する。無線周波数電力は、例えば、１３．５６ＭＨｚ以上の周波数で提供することができる。低周波交流電流信号は、例えば、２ＭＨｚ以下の周波数で提供することができる。
前駆体、反応物質、またはその両方を含むプロセスガスは、ガスライン９６０を通して（例えば、円錐状）ガス分配器９５０へと提供される。次いで、プロセスガスは、シャワーヘッドインジェクタ９３０内の貫通穴９３１を通過して、反応空間９１０へと通る。
一方で、高周波電源９２２は、シャワーヘッドインジェクタへと電気的に接続されているものとして示され、また低周波電源９２１は、基材支持体９４０に電気的に接続されているものとして示されるが、他の構成も同様に可能である。例えば、一部の実施形態（図示せず）では、高周波電源および低周波電源の両方をシャワーヘッドインジェクタに電気的に接続することができ、または高周波電源および低周波電源の両方を基材支持体に電気的に接続することができ、または高周波電源を基材支持体に電気的に接続することができ、かつ低周波電源をシャワーヘッドインジェクタに電気的に接続することができる。
図９は、ＲＣ１～ＲＣ４のうちの１つ以上に関連した使用のために好適な反応器１０００の別の実施形態の概略表現を示す。反応器１０００は、プラズマ１０２０が生成されるプラズマ発生空間１０２５から分離された反応空間１０１０を備える。具体的には、反応空間１０１０は、シャワーヘッドインジェクタによってプラズマ発生空間１０２５から分離され、またプラズマ１０２０は、シャワーヘッドインジェクタ１０３０とプラズマ発生空間天井１０２６との間に生成される。
示される構成では、反応器１０００は、３つの交流電流（ＡＣ）電源、すなわち、電源１０２１、電源１０２２、および電源１０２３を備え、その各々は、高周波または低周波とすることができる。示される構成では、電源１０２１は、（例えば、高周波）プラズマ電力をプラズマ発生空間天井１０２６に供給し、電源１０２２は、（例えば、高周波）電力信号をシャワーヘッドインジェクタ１０３０に供給し、また電源１０２３は、（例えば、より低周波の）電力信号を基材支持体１０４０に供給する。電源１０２２が低周波電源である場合、電源１０２２は、図９の遠隔プラズマバージョン（例えば、中性ビームプラズマ）を生成することができ、また電源１０２３は機能を有しない場合がある。基材１０４１は、基材支持体１０４０上に提供される。高周波電力は、例えば、１３．５６ＭＨｚ以上の周波数で提供することができる。低周波交流電流信号は、例えば、２ＭＨｚ以下の周波数で提供することができる。低周波電源１０２２が低周波電源１０２３と組み合わせて使用される場合、プラズマは、例えば、堆積プロセスの間に、基材１０４１とシャワーヘッドインジェクタ１０３０との間に形成することができる。例えば、電源１０２２は、堆積のために直接使用することができ、また電源１０２１は、例えば、ハロゲン反応物質から活性化した種を形成するために使用することができる。
前駆体、反応物質、またはその両方を含むプロセスガスは、プラズマ発生空間天井１０２６を通過するガスライン１０６０を通して、プラズマ発生空間１０２５へと提供することができる。プロセスガスからプラズマによって生成されるイオンおよび／またはラジカルなどの活性種は、シャワーヘッドインジェクタ１０３０内の貫通穴１０３１を通過して反応空間１０１０へと通る。
図１０は、ＲＣ１～ＲＣ４ののうちの１つ以上のために好適な反応器１１００の別の実施形態の概略表現を示す。反応器１１００は、プラズマ１１２０がその中で生成される遠隔プラズマ源１１２５に動作的に接続された反応空間１１１０を備える。任意の種類のプラズマ源、例えば、誘導結合プラズマ、容量結合プラズマ、またはマイクロ波プラズマを、遠隔プラズマ源１１２５として使用することができる。
具体的には、活性種は、プラズマ源１１２５から反応空間１１１０へ、活性種ダクト１１６０を経由して、円錐状分配器１１５０へ、シャワープレートインジェクタ１１３０の貫通穴１１３１を経由して、反応空間１１１０へと、提供される。それ故に、活性種を、均一なやり方で反応空間へと提供することができる。
示される構成では、反応器１１００は、３つの交流（ＡＣ）電源、すなわち、遠隔プラズマ電源１１２１、および電源１１２２、１１２３（例えば、高周波電源１１２２および低周波電源１１２３）を備える。示される構成では、高周波電源１１２２は、無線周波数（ＲＦ）電力をシャワーヘッドインジェクタ１１３０に供給し、また低周波電源１１２３は、交流電流信号を基材支持体１１４０に供給する。基材１１４１は、基材支持体１１４０上に提供される。無線周波数電力は、例えば、１３．５６ＭＨｚ以上の周波数、例えば、マイクロ波遠隔プラズマに対する２．４５ＧＨｚ、または２５ＭＨｚ、または５０ＭＨｚ、１００ＭＨｚ（１１２１、１１２２）で提供することができる。第１および第２の低周波電源（１１２３）の低周波交流電流信号は、例えば、１００ｋＨｚ以下の周波数で、またはより高い周波数で（５ＭＨｚ以下の周波数でなど、２ＭＨｚの周波数でなど）提供することができる。
一部の実施形態では（図示せず）、追加的な高周波電源を基材支持体に電気的に接続することができる。それ故に、直接プラズマは、反応チャンバ内で生成することができる。
前駆体、反応物質、またはその両方を含むプロセスガスを、ガスライン１１６１によってプラズマ源１１２５に提供することができる。プロセスガスからプラズマ１１２５によって生成されるイオンおよび／またはラジカルなどの活性種は、反応空間１１１０へと案内される。
上述の本開示の例示的な実施形態は、添付の特許請求の範囲およびその法的均等物によって定義される、本発明の実施形態の単なる実施例であるので、本発明の範囲を限定しない。任意の均等な実施形態は、本発明の範囲内であることが意図される。実際に、記述される要素の代替的な有用な組み合わせなどの、本明細書に示されかつ記述されるものに加えて、本開示の様々な修正は、当業者には記述から明らかになる場合がある。こうした修正および実施形態もまた、添付の特許請求の範囲の範囲内に含まれることが意図される。

Claims (20)

  1. 基材の表面上のギャップを充填する方法であって、
    第１の反応チャンバ内に基材を提供する工程であって、前記基材がギャップを含む、工程と、
    前記第１の反応チャンバ内で前記基材の表面上に材料層を形成する工程と、
    前記材料層を、第２の反応チャンバ内のハロゲン反応物質に曝露する工程であって、それによって前記ギャップ内にハロゲンを含む流動性層を形成する工程と、
    前記流動性層を、第３の反応チャンバ内で変換反応物質に曝露して、前記ギャップ内に変換された材料を形成する工程と、を含む、方法。
  2. 前記変換された材料を第４の反応チャンバ内で熱処理する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
  3. 前記熱処理の工程が、高速熱アニールプロセスを含む、請求項２に記載の方法。
  4. サイクルが、前記第１の反応チャンバ内で前記基材の前記表面上に前記材料層を形成する工程と、前記基材を前記第２の反応チャンバ内で前記ハロゲン反応物質に曝露する工程と、前記基材を前記第３の反応チャンバ内で前記変換反応物質に曝露する工程と、前記第４の反応チャンバ内で前記変換された材料を熱処理する工程と、を含み、前記サイクルが１回以上繰り返される、請求項２および３のいずれか一項に記載の方法。
  5. 前記第１の反応チャンバ、前記第２の反応チャンバ、前記第３の反応チャンバ、および前記第４の反応チャンバが、クラスタツールの一部を形成する、請求項２～４のいずれか一項に記載の方法。
  6. 前記第１の反応チャンバ内で前記基材の前記表面に前記材料層を形成する工程と、前記第２の反応チャンバ内で前記ハロゲン反応物質に前記基材を曝露する工程と、前記第３の反応チャンバ内で前記基材を前記変換反応物質に曝露する工程と、前記第４の反応チャンバ内で前記変換された材料を熱処理する工程とが、エアブレークを有することなく実施される、請求項２～５のいずれか一項に記載の方法。
  7. 前記材料層が、金属、合金、金属酸化物、元素半導体、および化合物半導体のうちの１つ以上を含む、請求項１～６のいずれか一項に記載の方法。
  8. 前記ハロゲン反応物質が、フッ素、塩素、臭素、およびヨウ素のうちの１つ以上を含む、請求項１～７のいずれか一項に記載の方法。
  9. 前記変換反応物質が、希ガス、酸化反応物質、窒化反応物質、および還元反応物質のうちの１つ以上を含む、請求項１～８のいずれか一項に記載の方法。
  10. 前記ハロゲン反応物質が、前記第２の反応チャンバに流体連結された遠隔プラズマユニット内に形成された活性種を含む、請求項１～９のいずれか一項に記載の方法。
  11. 前記材料層を形成する前記工程が、周期的堆積プロセスを含む、請求項１～１０のいずれか一項に記載の方法。
  12. 前記流動性層を前記変換反応物質に曝露する前記工程が、熱プロセスを含み、前記熱プロセス中の前記基材の温度が、約１０～約３６００秒の期間の間、約１００℃～約７００℃、または約２００℃～約４００℃の間である、請求項１～１１のいずれか一項に記載の方法。
  13. 前記変換反応物質が、希ガス、酸素含有ガス、窒素含有ガス、炭素含有ガス、および水素含有ガスのうちの１つ以上を含む、請求項１～１２のいずれか一項に記載の方法。
  14. マルチチャンバ反応器システムであって、
    材料層を堆積するように構成された第１の反応チャンバと、
    前記材料層をハロゲン反応物質に曝露し、それによって流動性層を形成するように構成された第２の反応チャンバと、
    前記流動性層を、第３の反応チャンバ内で変換反応物質に曝露して、変換された材料を形成するように構成された第３の反応チャンバと、を備える、マルチチャンバ反応器システム。
  15. 前記変換された材料を熱処理するよう構成された第４の反応チャンバをさらに備える、請求項１４に記載のマルチチャンバ反応器システム。
  16. 前記第４の反応チャンバが、基材を加熱するように構成されたヒーターを備える、請求項１４または請求項１５に記載のマルチチャンバ反応器システム。
  17. 前記第１の反応チャンバ、前記第２の反応チャンバ、前記第３の反応チャンバ、および前記第４の反応チャンバが、クラスタツールの一部を形成し、かつ前記基材が、前記第１の反応チャンバ、前記第２の反応チャンバ、前記第３の反応チャンバ、および前記第４の反応チャンバの間で、エアブレークを有することなく移動する、請求項１５または請求項１６に記載のマルチチャンバ反応器システム。
  18. 前記第２の反応チャンバに流体連結された遠隔プラズマユニットと、前記第２の反応チャンバに連結されたハロゲン反応物質源のうちの１つ以上をさらに備える、請求項１４～１７のいずれか一項に記載のマルチチャンバ反応器システム。
  19. 前記第３の反応チャンバに連結された酸化源、窒化源、炭素含有ガス源、および還元ガス源のうちの１つ以上をさらに備える、請求項１４～１８のいずれか一項に記載のマルチチャンバ反応器システム。
  20. 前記第４の反応チャンバに連結された希ガス源、酸素含有ガス源、窒素含有ガス源、炭素含有ガス源、および水素含有ガス源のうちの１つ以上をさらに備える、請求項１４～１９のいずれか一項に記載のマルチチャンバ反応器システム。
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