JP7250397B2 - ハロゲン不活性化を使用した選択的膜堆積 - Google Patents

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Description

関連出願の相互参照
本出願は、その内容全体が参照により本明細書に援用される、２０１７年８月１１日に申請された米国仮特許出願第６２／５４４，４６０号明細書に関連し、その優先権を主張するものである。
本発明は、半導体製造及び半導体デバイスの分野に関し、より詳細には、ハロゲン不活性化を使用した選択的膜堆積に関する。
より小さいトランジスタが製造されるにつれて、パターン形成されたフィーチャの限界寸法（ＣＤ）又は解像度は、生産するのがより困難になっている。極端紫外線リソグラフィ（ＥＵＶ）導入後であっても費用効果の高いスケーリングが継続できるように、自己整合パターニングがオーバレイ駆動パターニングに取って代わる必要がある。ばらつきの減少、スケーリングの拡張、並びにＣＤ及びプロセス制御の強化を可能にするパターニングオプションが必要とされる。薄膜の選択的形成は、高度にスケーリングされた技術ノードにおけるパターニングの重要なステップである。
本発明の実施形態は、ハロゲン不活性化を使用した、基板の凹状フィーチャにおける選択的膜堆積を提供する。１つの実施形態によれば、ａ）フィールド領域と、側壁及び底部を有する凹状フィーチャとが含まれる基板を提供するステップと、ｂ）基板を第１の前駆体ガスに暴露して、基板の上に第１の前駆体層を形成するステップと、ｃ）基板をプラズマ励起ハロゲン含有ガスに暴露して、基板のフィールド領域及び凹状フィーチャの底部の上の第１の前駆体層を不活性化するか又は少なくとも部分的に除去するステップと、ｄ）基板を第１の前駆体層と反応する第２の前駆体ガスに暴露して、プラズマ励起ハロゲン含有ガスによって不活性化されている、フィールド領域及び凹状フィーチャの底部の上ではなく、凹状フィーチャの側壁の上に材料層を形成するステップとを含む、基板処理方法が提供される。ステップｂ）～ｄ）を少なくとも一度繰り返して、追加の量の材料層を凹状フィーチャ内の側壁の上に堆積させてもよい。
別の実施形態によれば、ａ）フィールド領域と、側壁及び底部を有する凹状フィーチャとが含まれる基板を提供するステップと、ｂ）基板を第１の前駆体ガスに暴露して、基板の上に第１の前駆体層を形成するステップと、ｃ）プラズマの不在下で基板をハロゲン含有ガスに暴露して、基板のフィールド領域の上の第１の前駆体層を不活性化するステップと、ｄ）基板を第１の前駆体層と反応する第２の前駆体ガスに暴露して、ハロゲン含有ガスによって不活性化されているフィールド領域の上ではなく、凹状フィーチャの側壁及び底部の上に材料層を形成するステップとを含む、基板処理方法が提供される。ステップｂ）～ｄ）を少なくとも一度繰り返して、追加の量の材料層を凹状フィーチャ内の側壁及び底部の上に堆積させてもよい。１つの実施例で、材料層は、凹状フィーチャを少なくとも実質的に充填し得る。
添付の図面に関連して考慮されるとき、以下の詳細な説明を参照することによって本発明がよりよく理解されるようになるので、本発明及びその付随する利点の多くについてのより完全な評価が容易に得られることになる。
本発明の一実施形態による基板を処理するためのプロセスフロー図である。 本発明の一実施形態による基板を処理する方法を、断面図を通して概略的に示す。 本発明の一実施形態による基板を処理するためのプロセスフロー図である。 本発明の一実施形態による基板を処理する方法を、断面図を通して概略的に示す。
図１は、本発明の一実施形態による基板を処理するためのプロセスフロー図であり、図２Ａ～２Ｆは、本発明の一実施形態による基板を処理する方法を、断面図を通して概略的に示す。
プロセスフロー１は、１００で、第１の膜２０２及び第２の膜２００が含まれている基板２を提供するステップを含む。これは、図２Ａに概略的に示される。第１の膜２０２は、凹状フィーチャ２０４の周りにフィールド領域２０１を有し、ここで凹状フィーチャ２０４は、側壁２０８及び底部２０６を有する。凹状フィーチャ２０４は、例えば、２００ｎｍ未満、１００ｎｍ未満、５０ｎｍ未満、２５ｎｍ未満、２０ｎｍ未満、又は１０ｎｍ未満の幅２０７を有することができる。他の実施例で、凹状フィーチャ２０４は、５ｎｍ～１０ｎｍの間、１０ｎｍ～２０ｎｍの間、２０ｎｍ～５０ｎｍの間、５０ｎｍ～１００ｎｍの間、１００ｎｍ～２００ｎｍの間、１０ｎｍ～５０ｎｍの間、又は１０ｎｍ～１００ｎｍの間の幅２０７を有することができる。幅２０７は、同様に、限界寸法（ＣＤ）と呼ぶことができる。凹状フィーチャ２０４は、例えば、２５ｎｍ、５０ｎｍ、１００ｎｍ、２００ｎｍ、又はより大きい深さを有することができる。
いくつかの実施例で、第１の膜２０２及び第２の膜２００は、同じ材料を含有するか、又は同じ材料で構成されてもよい。１つの実施例で、第１の膜２０２及び第２の膜２００は、Ｓｉを含有するか、又はＳｉで構成されてもよい。いくつかの実施例で、第１の膜２０２は、誘電体材料、例えばＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、ＳｉＮ、ｈｉｇｈ－ｋ材料、ｌｏｗ－ｋ材料、又はｕｌｔｒａ－ｌｏｗ－ｋ材料を含有し得る。凹状フィーチャ２０４は、周知のリソグラフィ及びエッチングプロセスを使用して形成され得る。図２Ａには示されていないが、パターン形成されたマスク層がフィールド領域２０１の上に存在して凹状フィーチャ２０４の開口部を画定してもよい。
プロセスフロー１は、１０２で、基板２を第１の前駆体ガスに暴露して、フィールド領域２０１、側壁２０８及び底部２０６の上を含む、基板２の上に第１の前駆体層２１０を形成するステップをさらに含む。これは、図２Ｂに概略的に示される。暴露するステップは、基板２の上に第１の前駆体層２１０の飽和被覆を形成する飽和暴露とし得る。１つの実施例で、第１の前駆体ガスは、金属含有前駆体を含むことができ、第１の前駆体層２１０は、厚さおよそ１原子層の金属含有前駆体の吸着コンフォーマル層を形成することができる。金属含有前駆体は、例えば、アルカリ土類元素、チタン、ハフニウム、ジルコニウム、アルミニウム、希土類元素、又はそれらの２つ以上の組み合わせを含有することができる。
本発明の実施形態は、多種多様なハフニウム及びジルコニウム前駆体を利用し得る。例えば、代表的な実施例は、Ｈｆ（ＯｔＢｕ）４（ハフニウムｔｅｒｔｅｒｔ－ブトキシド、ＨＴＢ）、Ｈｆ（ＮＥｔ２）４（テトラキス（ジエチルアミド）ハフニウム、ＴＤＥＡＨ）、Ｈｆ（ＮＥｔＭｅ）４（テトラキス（エチルメチルアミド）ハフニウム、ＴＥＭＡＨ）、Ｈｆ（ＮＭｅ２）４（テトラキス（ジメチルアミド）ハフニウム、ＴＤＭＡＨ）、Ｚｒ（ＯｔＢｕ）４（ジルコニウムｔｅｒｔ－ブトキシド、ＺＴＢ）、Ｚｒ（ＮＥｔ２）４（テトラキス（ジエチルアミド）ジルコニウム、ＴＤＥＡＺ）、Ｚｒ（ＮＭｅＥｔ）４（テトラキス（エチルメチルアミド）ジルコニウム、ＴＥＭＡＺ）、Ｚｒ（ＮＭｅ２）４（テトラキス（ジメチルアミド）ジルコニウム、ＴＤＭＡＺ）、Ｈｆ（ｍｍｐ）４、Ｚｒ（ｍｍｐ）４、ＨｆＣｌ４、ＺｒＣｌ４、ＺｒＣｐ２Ｍｅ２、Ｚｒ（ｔＢｕＣｐ）２Ｍｅ２、及びＺｒ（ＮｉＰｒ２）４を含む。１つの実施例で、ハフニウム及びジルコニウム前駆体は、同じ配位子（例えば、ＨＴＢ及びＺＴＢ）を有することができ、それにより、前駆体間で起こり得る任意の有害な配位子交換を防止することができる。
本発明の実施形態は、多種多様な異なるアルミニウム前駆体を利用し得る。例えば、多くのアルミニウム前駆体は、式
ＡｌＬ１Ｌ２Ｌ３Ｄｘ
を有し、式中Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３は個別の陰イオン配位子であり、Ｄは中性ドナー配位子であり、ここでｘは０、１、又は２とすることができる。各Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３配位子は、アルコキシド、ハロゲン化物、アリールオキシド、アミド、シクロペンタジエニル、アルキル、シリル、アミジナート、β－ジケトナート、ケトイミナート、シラノエート（silanoates）、及びカルボン酸塩の群から個別に選択され得る。Ｄ配位子は、エーテル、フラン、ピリジン、ピロール（pyroles,）、ピロリジン（pyrolidines）、アミン、クラウンエーテル、グライム、及びニトリルの群から選択され得る。
アルミニウム前駆体の他の実施例は、Ａｌ２Ｍｅ６、Ａｌ２Ｅｔ６、［Ａｌ（ＯｓＢｕ）３］４、Ａｌ（ＣＨ３ＣＯＣＨＣＯＣＨ３）３、ＡｌＢｒ３、ＡｌＩ３、Ａｌ（ＯｉＰｒ）３、［Ａｌ（ＮＭｅ２）３］２、Ａｌ（ｉＢｕ）２Ｃｌ、Ａｌ（ｉＢｕ）３、Ａｌ（ｉＢｕ）２Ｈ、ＡｌＥｔ２Ｃｌ、Ｅｔ３Ａｌ２（ＯｓＢｕ）３、Ａｌ（ＴＨＤ）３を含む。
本発明の実施形態は、多種多様な異なる希土類前駆体を利用し得る。例えば、多くの希土類前駆体は、式
ＭＬ１Ｌ２Ｌ３Ｄｘ
を有し、式中Ｍは、イットリウム（Ｙ）、ルテチウム（Ｌｕ）、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、及びイッテルビウム（Ｙｂ）の群から選択された希土類金属元素である。Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３は個別の陰イオン配位子であり、Ｄは中性ドナー配位子であり、ここでｘは０、１、２、又は３とすることができる。各Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３配位子は、アルコキシド、ハロゲン化物、アリールオキシド、アミド、シクロペンタジエニル、アルキル、シリル、アミジナート、β－ジケトナート、ケトイミナート、シラノエート、及びカルボン酸塩の群から個別に選択され得る。Ｄ配位子は、エーテル、フラン、ピリジン、ピロール、ピロリジン、アミン、クラウンエーテル、グライム、及びニトリルの群から選択され得る。
Ｌ群アルコキシドの実施例は、ｔｅｒｔ－ブトキシド、イソプロポキシド、エトキシド、１－メトキシ－２，２－ジメチル－２－プロピオナート（ｍｍｐ）、１－ジメチルアミノ－２，２’－ジメチル－プロピオナート、アミロキシド、及びネオペントキシドを含む。ハロゲン化物の実施例は、フッ化物、塩化物、ヨウ化物、及び臭化物を含む。アリールオキシドの実施例は、フェノキシド及び２，４，６－トリメチルフェノキシドを含む。アミドの実施例は、ビス（トリメチルシリル）アミド、ジ－ｔｅｒｔ－ブチルアミド、及び２，２，６，６－テトラメチルピペリジド（ＴＭＰＤ）を含む。シクロペンタジエニルの実施例は、シクロペンタジエニル、１－メチルシクロペンタジエニル、１，２，３，４－テトラメチルシクロペンタジエニル、１－エチルシクロペンタジエニル、ペンタメチルシクロペンタジエニル、１－イソプロピルシクロペンタジエニル、１－ｎ－プロピルシクロペンタジエニル、及び１－ｎ－ブチルシクロペンタジエニルを含む。アルキルの実施例は、ビス（トリメチルシリル）メチル、トリス（トリメチルシリル）メチル、及びトリメチルシリルメチルを含む。シリルの実施例は、トリメチルシリルである。アミジナートの実施例は、Ｎ，Ｎ’－ジ－ｔｅｒｔ－ブチルアセトアミジナート、Ｎ，Ｎ’－ジイソプロピルアセトアミジナート、Ｎ，Ｎ’－ジイソプロピル－２－ｔｅｒｔ－ブチルアミジナート、及びＮ，Ｎ’－ジ－ｔｅｒｔ－ブチル－２－ｔｅｒｔ－ブチルアミジナートを含む。β－ジケトナートの実施例は、２，２，６，６－テトラメチル－３，５－ヘプタンジオナート（ＴＨＤ）、ヘキサフルオロ－２，４－ペンタンジオナート（pentanedionate）、及び６，６，７，７，８，８，８－へプタフルオロ－２，２－ジメチル－３，５－オクタンジオナート（ＦＯＤ）を含む。ケトイミナートの実施例は、２－イソプロピルイミノ－４－ペンタノナート（pentanonate）である。シラノエートの実施例は、トリ－ｔｅｒｔ－ブチルシロキシド及びトリエチルシロキシドを含む。カルボン酸塩の実施例は、２－エチルヘキサノアートである。
Ｄ配位子の実施例は、テトラヒドロフラン、ジエチルエーテル、１，２－ジメトキシエタン、ジグリム、トリグリム、テトラグリム、１２－クラウン－６、１０－クラウン－４、ピリジン、Ｎ－メチルピロリジン（）、トリエチルアミン、トリメチルアミン、アセトニトリル、及び２，２－ジメチルプロピオニトリルを含む。
希土類前駆体の代表的な実施例は以下を含む。
Ｙ前駆体：Ｙ（Ｎ（ＳｉＭｅ３）２）３、Ｙ（Ｎ（ｉＰｒ）２）３、Ｙ（Ｎ（ｔＢｕ）ＳｉＭｅ３）３、Ｙ（ＴＭＰＤ）３、Ｃｐ３Ｙ、（ＭｅＣｐ）３Ｙ、（（ｎＰｒ）Ｃｐ）３Ｙ、（（ｎＢｕ）Ｃｐ）３Ｙ、Ｙ（ＯＣＭｅ２ＣＨ２ＮＭｅ２）３、Ｙ（ＴＨＤ）３、Ｙ［ＯＯＣＣＨ（Ｃ２Ｈ５）Ｃ４Ｈ９］３、Ｙ（Ｃ１１Ｈ１９Ｏ２）３ＣＨ３（ＯＣＨ２ＣＨ２）３ＯＣＨ３、Ｙ（ＣＦ３ＣＯＣＨＣＯＣＦ３）３、Ｙ（ＯＯＣＣ１０Ｈ７）３、Ｙ（ＯＯＣ１０Ｈ１９）３、及びＹ（Ｏ（ｉＰｒ））３。
Ｌａ前駆体：Ｌａ（Ｎ（ＳｉＭｅ３）２）３、Ｌａ（Ｎ（ｉＰｒ）２）３、Ｌａ（Ｎ（ｔＢｕ）ＳｉＭｅ３）３、Ｌａ（ＴＭＰＤ）３、（（ｉＰｒ）Ｃｐ）３Ｌａ、Ｃｐ３Ｌａ、Ｃｐ３Ｌａ（ＮＣＣＨ３）２、Ｌａ（Ｍｅ２ＮＣ２Ｈ４Ｃｐ）３、Ｌａ（ＴＨＤ）３、Ｌａ［ＯＯＣＣＨ（Ｃ２Ｈ５）Ｃ４Ｈ９］３、Ｌａ（Ｃ１１Ｈ１９Ｏ２）３・ＣＨ３（ＯＣＨ２ＣＨ２）３ＯＣＨ３、Ｌａ（Ｃ１１Ｈ１９Ｏ２）３・ＣＨ３（ＯＣＨ２ＣＨ２）４ＯＣＨ３、Ｌａ（Ｏ（ｉＰｒ））３、Ｌａ（ＯＥｔ）３、Ｌａ（ａｃａｃ）３、Ｌａ（（（ｔＢｕ）２Ｎ）２ＣＭｅ）３、Ｌａ（（（ｉＰｒ）２Ｎ）２ＣＭｅ）３、Ｌａ（（（ｉＰｒ）２Ｎ）２ＣＨ）３、Ｌａ（（（ｔＢｕ）２Ｎ）２Ｃ（ｔＢｕ））３、Ｌａ（（（ｉＰｒ）２Ｎ）２Ｃ（ｔＢｕ））３、及びＬａ（ＦＯＤ）３。
Ｃｅ前駆体：Ｃｅ（Ｎ（ＳｉＭｅ３）２）３、Ｃｅ（Ｎ（ｉＰｒ）２）３、Ｃｅ（Ｎ（ｔＢｕ）ＳｉＭｅ３）３、Ｃｅ（ＴＭＰＤ）３、Ｃｅ（ＦＯＤ）３、（（ｉＰｒ）Ｃｐ）３Ｃｅ、Ｃｐ３Ｃｅ、Ｃｅ（Ｍｅ４Ｃｐ）３、Ｃｅ（ＯＣＭｅ２ＣＨ２ＮＭｅ２）３、Ｃｅ（ＴＨＤ）３、Ｃｅ［ＯＯＣＣＨ（Ｃ２Ｈ５）Ｃ４Ｈ９］３、Ｃｅ（Ｃ１１Ｈ１９Ｏ２）３・ＣＨ３（ＯＣＨ２ＣＨ２）３ＯＣＨ３、Ｃｅ（Ｃ１１Ｈ１９Ｏ２）３・ＣＨ３（ＯＣＨ２ＣＨ２）４ＯＣＨ３、Ｃｅ（Ｏ（ｉＰｒ））３、及びＣｅ（ａｃａｃ）３。
Ｐｒ前駆体：Ｐｒ（Ｎ（ＳｉＭｅ３）２）３、（（ｉＰｒ）Ｃｐ）３Ｐｒ、Ｃｐ３Ｐｒ、Ｐｒ（ＴＨＤ）３、Ｐｒ（ＦＯＤ）３、（Ｃ５Ｍｅ４Ｈ）３Ｐｒ、Ｐｒ［ＯＯＣＣＨ（Ｃ２Ｈ５）Ｃ４Ｈ９］３、Ｐｒ（Ｃ１１Ｈ１９Ｏ２）３・ＣＨ３（ＯＣＨ２ＣＨ２）３ＯＣＨ３、Ｐｒ（Ｏ（ｉＰｒ））３、Ｐｒ（ａｃａｃ）３、Ｐｒ（ｈｆａｃ）３、Ｐｒ（（（ｔＢｕ）２Ｎ）２ＣＭｅ）３、Ｐｒ（（（ｉＰｒ）２Ｎ）２ＣＭｅ）３、Ｐｒ（（（ｔＢｕ）２Ｎ）２Ｃ（ｔＢｕ））３、及びＰｒ（（（ｉＰｒ）２Ｎ）２Ｃ（ｔＢｕ））３。
Ｎｄ前駆体：Ｎｄ（Ｎ（ＳｉＭｅ３）２）３、Ｎｄ（Ｎ（ｉＰｒ）２）３、（（ｉＰｒ）Ｃｐ）３Ｎｄ、Ｃｐ３Ｎｄ、（Ｃ５Ｍｅ４Ｈ）３Ｎｄ、Ｎｄ（ＴＨＤ）３、Ｎｄ［ＯＯＣＣＨ（Ｃ２Ｈ５）Ｃ４Ｈ９］３、Ｎｄ（Ｏ（ｉＰｒ））３、Ｎｄ（ａｃａｃ）３、Ｎｄ（ｈｆａｃ）３、Ｎｄ（Ｆ３ＣＣ（Ｏ）ＣＨＣ（Ｏ）ＣＨ３）３、及びＮｄ（ＦＯＤ）３。
Ｓｍ前駆体：Ｓｍ（Ｎ（ＳｉＭｅ３）２）３、（（ｉＰｒ）Ｃｐ）３Ｓｍ、Ｃｐ３Ｓｍ、Ｓｍ（ＴＨＤ）３、Ｓｍ［ＯＯＣＣＨ（Ｃ２Ｈ５）Ｃ４Ｈ９］３、Ｓｍ（Ｏ（ｉＰｒ））３、Ｓｍ（ａｃａｃ）３、及び（Ｃ５Ｍｅ５）２Ｓｍ。
Ｅｕ前駆体：Ｅｕ（Ｎ（ＳｉＭｅ３）２）３、（（ｉＰｒ）Ｃｐ）３Ｅｕ、Ｃｐ３Ｅｕ、（Ｍｅ４Ｃｐ）３Ｅｕ、Ｅｕ（ＴＨＤ）３、Ｅｕ［ＯＯＣＣＨ（Ｃ２Ｈ５）Ｃ４Ｈ９］３、Ｅｕ（Ｏ（ｉＰｒ））３、Ｅｕ（ａｃａｃ）３、及び（Ｃ５Ｍｅ５）２Ｅｕ。
Ｇｄ前駆体：Ｇｄ（Ｎ（ＳｉＭｅ３）２）３、（（ｉＰｒ）Ｃｐ）３Ｇｄ、Ｃｐ３Ｇｄ、Ｇｄ（ＴＨＤ）３、Ｇｄ［ＯＯＣＣＨ（Ｃ２Ｈ５）Ｃ４Ｈ９］３、Ｇｄ（Ｏ（ｉＰｒ））３、及びＧｄ（ａｃａｃ）３。
Ｔｂ前駆体：Ｔｂ（Ｎ（ＳｉＭｅ３）２）３、（（ｉＰｒ）Ｃｐ）３Ｔｂ、Ｃｐ３Ｔｂ、Ｔｂ（ＴＨＤ）３、Ｔｂ［ＯＯＣＣＨ（Ｃ２Ｈ５）Ｃ４Ｈ９］３、Ｔｂ（Ｏ（ｉＰｒ））３、及びＴｂ（ａｃａｃ）３。
Ｄｙ前駆体：Ｄｙ（Ｎ（ＳｉＭｅ３）２）３、（（ｉＰｒ）Ｃｐ）３Ｄｙ、Ｃｐ３Ｄｙ、Ｄｙ（ＴＨＤ）３、Ｄｙ［ＯＯＣＣＨ（Ｃ２Ｈ５）Ｃ４Ｈ９］３、Ｄｙ（Ｏ（ｉＰｒ））３、Ｄｙ（Ｏ２Ｃ（ＣＨ２）６ＣＨ３）３、及びＤｙ（ａｃａｃ）３。
Ｈｏ前駆体：Ｈｏ（Ｎ（ＳｉＭｅ３）２）３、（（ｉＰｒ）Ｃｐ）３Ｈｏ、Ｃｐ３Ｈｏ、Ｈｏ（ＴＨＤ）３、Ｈｏ［ＯＯＣＣＨ（Ｃ２Ｈ５）Ｃ４Ｈ９］３、Ｈｏ（Ｏ（ｉＰｒ））３、及びＨｏ（ａｃａｃ）３。
Ｅｒ前駆体：Ｅｒ（Ｎ（ＳｉＭｅ３）２）３、（（ｉＰｒ）Ｃｐ）３Ｅｒ、（（ｎＢｕ）Ｃｐ）３Ｅｒ、Ｃｐ３Ｅｒ、Ｅｒ（ＴＨＤ）３、Ｅｒ［ＯＯＣＣＨ（Ｃ２Ｈ５）Ｃ４Ｈ９］３、Ｅｒ（Ｏ（ｉＰｒ））３、及びＥｒ（ａｃａｃ）３。
Ｔｍ前駆体：Ｔｍ（Ｎ（ＳｉＭｅ３）２）３、（（ｉＰｒ）Ｃｐ）３Ｔｍ、Ｃｐ３Ｔｍ、Ｔｍ（ＴＨＤ）３、Ｔｍ［ＯＯＣＣＨ（Ｃ２Ｈ５）Ｃ４Ｈ９］３、Ｔｍ（Ｏ（ｉＰｒ））３、及びＴｍ（ａｃａｃ）３。
Ｙｂ前駆体：Ｙｂ（Ｎ（ＳｉＭｅ３）２）３、Ｙｂ（Ｎ（ｉＰｒ）２）３、（（ｉＰｒ）Ｃｐ）３Ｙｂ、Ｃｐ３Ｙｂ、Ｙｂ（ＴＨＤ）３、Ｙｂ［ＯＯＣＣＨ（Ｃ２Ｈ５）Ｃ４Ｈ９］３、Ｙｂ（Ｏ（ｉＰｒ））３、Ｙｂ（ａｃａｃ）３、（Ｃ５Ｍｅ５）２Ｙｂ、Ｙｂ（ｈｆａｃ）３、及びＹｂ（ＦＯＤ）３。
Ｌｕ前駆体：Ｌｕ（Ｎ（ＳｉＭｅ３）２）３、（（ｉＰｒ）Ｃｐ）３Ｌｕ、Ｃｐ３Ｌｕ、Ｌｕ（ＴＨＤ）３、Ｌｕ［ＯＯＣＣＨ（Ｃ２Ｈ５）Ｃ４Ｈ９］３、Ｌｕ（Ｏ（ｉＰｒ））３、及びＬｕ（ａｃａｃ）３。
引き続き図１を参照すると、プロセスフロー１は、１０４で、基板２をプラズマ励起ハロゲン含有ガス２０３に暴露して、基板２のフィールド領域２０１の上及び凹状フィーチャ２０４の底部２０６の上の第１の前駆体層２１０を不活性化するステップをさらに含む。不活性化により、基板２のフィールド領域２０１及び凹状フィーチャ２０４の底部２０６の上にハロゲン化された第１の前駆体層２０５を形成することができる。これは、図２Ｃ及び図２Ｄに概略的に示される。別の実施形態によれば、プラズマ励起ハロゲン含有ガス２０３に暴露するステップは、基板２のフィールド領域２０１の上及び凹状フィーチャ２０４の底部２０６の上の第１の前駆体層２１０の少なくとも一部を除去し得る。ハロゲン含有ガスの非限定的な実施例は、Ｃｌ２、ＢＣｌ３、ＣＣｌ４、ＨＣｌ、ＨＢｒ、ＴｉＣｌ４、及びそれらの組み合わせを含む。ハロゲン含有ガスは、アルゴン（Ａｒ）などの不活性ガスをさらに含むことができる。いくつかの実施例で、プラズマ励起は、高密度プラズマ源、例えば誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）源又はマイクロ波プラズマ源を使用して行われ得る。プラズマ暴露の異方性特性をさらに強化するように基板ホルダを通して基板にバイアスをかけてもよい。さらに、基板温度、ガス圧力、及びプラズマ出力などの処理条件は、第１の前駆体層２１０の不活性化を制御し、且つ基板への損傷を最小化するように選択され得る。
プロセスフロー１は、１０６で、基板２を第１の前駆体層２１０と反応する第２の前駆体ガスに暴露して、プラズマ励起ハロゲン含有ガスによって不活性化されている、フィールド領域２０１及び凹状フィーチャ２０４の底部２０６の上ではなく、凹状フィーチャ２０４の側壁２０８の上に材料層２１２を形成するステップをさらに含む。１つの実施例で、第２の前駆体ガスは、酸素含有ガス、窒素含有ガス、酸素及び窒素含有ガス、又はそれらの組み合わせを含むことができる。酸素含有ガスは、Ｈ２Ｏ、Ｏ２、Ｏ３、Ｈ２Ｏ２、及びそれらの組み合わせからなる群から選択することができる。酸素含有ガスは、Ｏ２、Ｈ２Ｏ、Ｈ２Ｏ２、又はそれらの組み合わせ、及び任意選択的にＡｒなどの不活性ガスを含むことができるが、これに限定されない。同じく、窒素含有ガスは、ＮＨ３又はヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）、及び任意選択的にＡｒなどの不活性ガスを含むことができるが、これに限定されない。酸素及び窒素含有ガスは、ＮＯ、ＮＯ２、若しくはＮ２Ｏ、又はそれらの組み合わせ、及び任意選択的にＡｒなどの不活性ガスを含むことができるが、これに限定されない。結果として生じる基板２は、図２Ｅに概略的に示される。
その後、フィールド領域２０１の上及び底部２０６の上のハロゲン化された第１の前駆体層２０５は、熱処理工程、酸化工程、又はそれらの組み合わせを使用して基板２から除去され得る。結果として生じる基板２は、図２Ｆに概略的に示される。熱処理工程及び／又は酸化工程は、暴露するステップ１０２～１０６よりも高い基板温度において実行され得る。さらに、酸化工程は、ステップ１０６で使用されたよりも強い酸化条件を使用して実行され得る。
１つの実施例で、凹状フィーチャ２０４の側壁２０８の上の材料層２１２は、洗浄プロセス又はエッチングプロセス中に凹状フィーチャの限界寸法の損失を防止するための側壁保護のために使用され得る。
プロセス矢印１０８で表されるように、暴露するステップ１０２～１０６を少なくとも一度繰り返して、追加の量の材料層２１２を凹状フィーチャ２０４内の側壁２０８の上に堆積させることができる。暴露するステップ１０２及び１０６は、原子層堆積（ＡＬＤ）プロセスと称される場合がある。ＡＬＤにより、高度な凸状及び凹状フィーチャを覆って原子レベルの厚さ制御及び優れたコンフォーマリティを備えた非常に薄い膜を堆積させることができる。
材料層２１２は、例えば、アルカリ土類元素、チタン、ハフニウム、ジルコニウム、アルミニウム、希土類元素、又はそれらの２つ以上の任意の組み合わせを含有することができる。
１つの実施形態によれば、材料層２１２は、金属酸化物膜を含むことができる。金属酸化物膜は、ｈｉｇｈ－ｋ膜とすることができる。１つの実施例で、金属酸化物膜は、ＨｆＯ２、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、及びそれらの組み合わせからなる群から選択され得る。しかしながら、他の金属酸化物膜が使用されてもよい。別の実施形態によれば、材料層２１２は、金属酸化物膜、金属窒化物膜、金属酸窒化物膜、金属ケイ酸塩膜、及びそれらの組み合わせからなる群から選択され得る。さらに別の実施形態によれば、材料層２１２は、非第ＩＶ族元素と組み合わせて、元素周期表の第ＩＶ族元素（Ｔｉ、Ｈｆ、又はＺｒ）を含有し得る。
１つの実施例で、図１のプロセスフローは、暴露するステップ１０２と１０４との間、暴露するステップ１０４と１０６との間、並びに暴露するステップ１０６と１０２との間にガス抜き工程をさらに含み得る。ガス抜き工程は、不活性ガスをプロセス室に流すことによってプロセス室から不必要なガスを除去するのに役立つ。
いくつかの実施例で、材料層２１２の厚さは、１０ｎｍ以下、５ｎｍ以下、４ｎｍ以下、１ｎｍ～２ｎｍの間、２ｎｍ～４ｎｍの間、４ｎｍ～６ｎｍの間、６ｎｍ～８ｎｍの間、又は２ｎｍ～６ｎｍの間とすることができる。側壁２０８の上に材料層２１２が存在することにより、凹状フィーチャ２０４の幅２０７が減少する。しかしながら、材料層２１２は厚さわずか数ｎｍとし得るので、この幅の変化は相対的に小さくすることができる。
１つの実施形態によれば、プロセスフロー１は、ａ）フィールド領域と、側壁及び底部を有する凹状フィーチャとが含まれる基板を提供するステップと、ｂ）基板をハフニウム前駆体ガスに暴露して、基板の上にハフニウム前駆体層を形成するステップと、ｃ）基板をプラズマ励起Ｃｌ２ガスに暴露して、基板のフィールド領域及び凹状フィーチャの底部の上のハフニウム前駆体層を不活性化するか又は少なくとも部分的に除去するステップと、ｄ）基板をハフニウム前駆体層と反応する酸素含有ガスに暴露して、プラズマ励起Ｃｌ２ガスによって不活性化されている、フィールド領域及び凹状フィーチャの底部の上ではなく、凹状フィーチャの側壁の上に酸化ハフニウム層を形成するステップと、ｅ）ステップｂ）～ｄ）を少なくとも一度繰り返して、追加の量の酸化ハフニウム層を凹状フィーチャ内の側壁の上に堆積させるステップとを含む。
図３は、本発明の一実施形態による基板を処理するためのプロセスフロー図であり、図４Ａ～４Ｆは、本発明の一実施形態による基板を処理する方法を、断面図を通して概略的に示す。
プロセスフロー３は、３００で、第１の膜４０２及び第２の膜４００が含まれている基板４を提供するステップを含む。第１の膜４０２は、フィールド領域４０１と、側壁４０８及び底部４０６を有する凹状フィーチャ４０４とを有する。凹状フィーチャ４０４は、例えば、２００ｎｍ未満、１００ｎｍ未満、５０ｎｍ未満、２５ｎｍ未満、２０ｎｍ未満、又は１０ｎｍ未満の幅４０７を有することができる。他の実施例で、凹状フィーチャ４０４は、５ｎｍ～１０ｎｍの間、１０ｎｍ～２０ｎｍの間、２０ｎｍ～５０ｎｍの間、５０ｎｍ～１００ｎｍの間、１００ｎｍ～２００ｎｍの間、１０ｎｍ～５０ｎｍの間、又は１０ｎｍ～１００ｎｍの間の幅４０７を有することができる。凹状フィーチャ４０４は、例えば、２５ｎｍ、５０ｎｍ、１００ｎｍ、２００ｎｍ、又はより大きい深さを有することができる。
いくつかの実施例で、第１の膜４０２及び第２の膜４００は、同じ材料を含有するか、又は同じ材料で構成されてもよい。１つの実施例で、第１の膜４０２及び第２の膜４００は、Ｓｉを含有するか、又はＳｉで構成されてもよい。いくつかの実施例で、第１の膜４０２は、誘電体材料、例えばＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、ＳｉＮ、ｈｉｇｈ－ｋ材料、ｌｏｗ－ｋ材料、又はｕｌｔｒａ－ｌｏｗ－ｋ材料を含有し得る。凹状フィーチャ４０４は、周知のリソグラフィ及びエッチングプロセスを使用して形成され得る。図４Ａには示されていないが、パターン形成されたマスク層がフィールド領域４０１の上に存在して凹状フィーチャ４０４の開口部を画定してもよい。
プロセスフロー３は、３０２で、基板４を第１の前駆体ガスに暴露して、フィールド領域４０１、側壁４０８及び底部４０６の上を含む、基板４の上に第１の前駆体層４１０を形成するステップをさらに含む。これは、図４Ｂに概略的に示される。暴露するステップは、基板４の上に第１の前駆体層４１０の飽和被覆を形成する飽和暴露とし得る。１つの実施例で、第１の前駆体ガスは、金属含有前駆体を含むことができ、第１の前駆体層４１０は、厚さおよそ１原子層の金属含有前駆体の吸着コンフォーマル層を形成することができる。金属含有前駆体は、例えば、アルカリ土類元素、チタン、ハフニウム、ジルコニウム、アルミニウム、希土類元素、又はそれらの２つ以上の任意の組み合わせを含有することができる。
プロセスフロー３は、３０４で、プラズマの不在下で基板４をハロゲン含有ガス４０３に暴露して、基板４のフィールド領域４０１の上の第１の前駆体層４１０を不活性化するステップをさらに含む。ハロゲン含有ガス４０３は、基板への暴露に先立ってプラズマによって励起されない。不活性化により、基板４のフィールド領域４０１の上にハロゲン化された第１の前駆体層４０５を形成することができる。これは、図４Ｃ及び図４Ｄに概略的に示される。
別の実施形態によれば、プラズマの不在下でハロゲン含有ガス４０３に暴露するステップは、基板４のフィールド領域４０１の上のハロゲン化された第１の前駆体層４０５の少なくとも一部を除去し得る。ハロゲン含有ガスの非限定的な実施例は、Ｃｌ２、ＢＣｌ３、ＣＣｌ４、ＨＣｌ、ＨＢｒ、ＴｉＣｌ４、及びそれらの組み合わせを含有する。ハロゲン含有ガスは、アルゴン（Ａｒ）などの不活性ガスをさらに含むことができる。
ハロゲン含有ガスの非限定的な実施例は、Ｃｌ２、ＢＣｌ３、ＣＣｌ４、ＨＣｌ、ＨＢｒ、ＴｉＣｌ４、又はそれらの組み合わせを含有する。ハロゲン含有ガスは、アルゴン（Ａｒ）などの不活性ガスをさらに含むことができる。プラズマ励起の不在により、凹状フィーチャ４０４へのハロゲン含有ガス４０３の侵入が限定されるため基板４のフィールド領域４０１の上の第１の前駆体層４１０が優先的に不活性化される。さらに、ガス暴露中の基板温度、ガス圧力、ガス組成、及び基板回転などの処理条件は、第１の前駆体層４１０の不活性化を制御するように選択され得る。いくつかの実施例で、高度に希釈されたハロゲン含有ガス及び高い全ガス圧力（例えば、約１Ｔｏｒｒよりも大きい）を利用して、ハロゲン含有ガス４０３の高度に等方性の暴露を提供することができる。
プロセスフロー３は、３０６で、基板４を第１の前駆体層４１０と反応する第２の前駆体ガスに暴露して、ハロゲン含有ガスによって不活性化されているフィールド領域４０１の上ではなく、凹状フィーチャ４０４の側壁４０８及び底部４０６の上に材料層４１２を形成するステップをさらに含む。１つの実施例で、第２の前駆体ガスは、酸素含有ガス、窒素含有ガス、酸素及び窒素含有ガス、又はそれらの組み合わせを含むことができる。酸素含有ガスは、Ｈ２Ｏ、Ｏ２、Ｏ３、Ｈ２Ｏ２、及びそれらの組み合わせからなる群から選択することができる。酸素含有ガスは、Ｏ２、Ｈ２Ｏ、若しくはＨ２Ｏ２、又はそれらの組み合わせ、及び任意選択的にＡｒなどの不活性ガスを含むことができるが、これに限定されない。同じく、窒素含有ガスは、ＮＨ３又はＮ２Ｈ４、及び任意選択的にＡｒなどの不活性ガスを含むことができるが、これに限定されない。酸素及び窒素含有ガスは、ＮＯ、ＮＯ２、若しくはＮ２Ｏ、又はそれらの組み合わせ、及び任意選択的にＡｒなどの不活性ガスを含むことができるが、これに限定されない。結果として生じる基板４は、図４Ｅに概略的に示される。
その後、ハロゲン化された第１の前駆体層４０５は、熱処理工程、酸化工程、又はそれらの組み合わせを使用して基板４から除去され得る。結果として生じる基板４は、図４Ｆに概略的に示される。熱処理工程及び／又は酸化工程は、暴露するステップ３０２～３０６よりも高い基板温度において実行され得る。さらに、酸化工程は、ステップ３０６で使用されたよりも（）、より強い酸化条件を使用して実行され得る。
プロセス矢印３０８で表されるように、暴露するステップ３０２～３０６を少なくとも一度繰り返して、追加の量の材料層４１２を凹状フィーチャ４０４内の側壁４０８及び底部４０６の上に堆積させることができる。暴露するステップ３０２及び３０６は、ＡＬＤプロセスと称される場合がある。ＡＬＤにより、高度な凸状及び凹状フィーチャを覆って原子レベルの厚さ制御及び優れたコンフォーマリティを備えた非常に薄い膜を堆積させることができる。
１つの実施形態によれば、材料層４１２は、金属酸化物膜を含むことができる。金属酸化物膜は、ｈｉｇｈ－ｋ膜とすることができる。１つの実施例で、金属酸化物膜は、ＨｆＯ２、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、及びそれらの組み合わせからなる群から選択され得る。しかしながら、他の金属酸化物膜が使用されてもよい。別の実施形態によれば、材料層４１２は、金属酸化物膜、金属窒化物膜、金属酸窒化物膜、金属ケイ酸塩膜、及びそれらの組み合わせからなる群から選択され得る。
１つの実施例で、図３のプロセスフローは、暴露するステップ３０２と３０４との間、暴露するステップ３０４と３０６との間、並びに暴露するステップ３０６と３０２との間にガス抜き工程をさらに含み得る。ガス抜き工程は、不活性ガスをプロセス室に流すことによってプロセス室から不必要なガスを除去するのに役立つ。
いくつかの実施例で、材料層４１２の厚さは、１０ｎｍ以下、５ｎｍ以下、４ｎｍ以下、１ｎｍ～２ｎｍの間、２ｎｍ～４ｎｍの間、４ｎｍ～６ｎｍの間、６ｎｍ～８ｎｍの間、又は２ｎｍ～６ｎｍの間とすることができる。
ハロゲン不活性化を使用した選択的膜堆積のための複数の実施形態が説明された。本発明の実施形態の前述の説明は、例示及び説明の目的で提示された。それは、網羅的であるように、又は本発明を開示された正確な形態に限定するように意図されていない。本明細書及び以下の特許請求の範囲は、説明目的でのみ使用され、限定するものと解釈されるべきでない用語を含む。上記の教示を踏まえて多くの修正形態及び変形形態が可能であることを関連技術の当業者は正しく理解することができる。当業者は、図に示されたさまざまな構成要素に対するさまざまな同等の組み合わせ及び置換を認識することになる。したがって、本発明の範囲は、この詳細な説明によってではなく、本明細書に添付された特許請求の範囲によって限定されることが意図される。

Claims (19)

  1. 基板処理方法であって、
    ａ）フィールド領域と、側壁及び底部を有する凹状フィーチャとが含まれる基板を提供するステップと、
    ｂ）前記基板を第１の前駆体ガスに暴露して、前記基板の上に第１の前駆体層を形成するステップと、
    ｃ）前記基板をプラズマ励起ハロゲン含有ガスに暴露して、前記基板の前記フィールド領域及び前記凹状フィーチャの前記底部の上の前記第１の前駆体層を不活性化するか又は少なくとも部分的に除去するステップと、
    ｄ）前記基板を前記第１の前駆体層と反応する第２の前駆体ガスに暴露して、前記第１の前駆体層が前記プラズマ励起ハロゲン含有ガスによって不活性化されているか又は少なくとも部分的に除去されている、前記フィールド領域及び前記凹状フィーチャの前記底部の上ではなく、前記凹状フィーチャの前記側壁の上に材料層を形成するステップと、
    を含む、基板処理方法。
  2. ｅ）ステップｂ）～ｄ）を少なくとも一度繰り返して、追加の量の前記材料層を前記凹状フィーチャ内の前記側壁の上に堆積させるステップ
    をさらに含む、請求項１に記載の方法。
  3. ステップｃ）が、前記基板の前記フィールド領域及び前記凹状フィーチャの前記底部の上にハロゲン化された第１の前駆体層を形成し、前記方法は、
    ステップｄ）に続いて、熱処理、酸化工程を行うこと、又はそれらの組み合わせによって前記基板から前記ハロゲン化された第１の前駆体層を除去するステップ
    をさらに含む、請求項１に記載の方法。
  4. 前記第１の前駆体ガスは、金属含有前駆体を含有する、請求項１に記載の方法。
  5. 前記金属含有前駆体は、アルカリ土類元素、チタン、ハフニウム、ジルコニウム、アルミニウム、希土類元素、又はそれらの２つ以上の組み合わせを含有する、請求項４に記載の方法。
  6. 前記ハロゲン含有ガスは、Ｃｌ２、ＢＣｌ３、ＣＣｌ４、ＨＣｌ、ＨＢｒ、ＴｉＣｌ４、又はそれらの組み合わせを含む、請求項１に記載の方法。
  7. 前記第２の前駆体ガスは、酸素含有ガス、窒素含有ガス、酸素及び窒素含有ガス、又はそれらの組み合わせを含有する、請求項１に記載の方法。
  8. 前記基板をプラズマ励起ハロゲン含有ガスに暴露する前記ステップは、前記基板を支持する基板ホルダにバイアスをかけて異方性プラズマ暴露を提供するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
  9. 基板処理方法であって、
    ａ）フィールド領域と、側壁及び底部を有する凹状フィーチャとが含まれる基板を提供するステップと、
    ｂ）前記基板をハフニウム前駆体ガスに暴露して、前記基板の上にハフニウム前駆体層を形成するステップと、
    ｃ）前記基板をプラズマ励起Ｃｌ２ガスに暴露して、前記基板の前記フィールド領域及び前記凹状フィーチャの前記底部の上の前記ハフニウム前駆体層を不活性化するか又は少なくとも部分的に除去するステップと、
    ｄ）前記基板を前記ハフニウム前駆体層と反応する酸素含有ガスに暴露して、前記ハフニウム前駆体層が前記プラズマ励起Ｃｌ２ガスによって不活性化されているか又は少なくとも部分的に除去されている、前記フィールド領域及び前記凹状フィーチャの前記底部の上ではなく、前記凹状フィーチャの前記側壁の上に酸化ハフニウム層を形成するステップと、
    ｅ）ステップｂ）～ｄ）を少なくとも一度繰り返して、追加の量の前記酸化ハフニウム層を前記凹状フィーチャ内の前記側壁の上に堆積させるステップと、
    を含む、基板処理方法。
  10. ステップｃ）が、前記基板の前記フィールド領域及び前記凹状フィーチャの前記底部の上に塩素化された層を形成し、前記方法は、
    ステップｄ）に続いて、熱処理、酸化工程を行うこと、又はそれらの組み合わせによって前記基板から前記塩素化された層を除去するステップ
    をさらに含む、請求項９に記載の方法。
  11. 前記ハフニウム前駆体は、Ｈｆ（ＯｔＢｕ）４（ハフニウムｔｅｒｔ－ブトキシド、ＨＴＢ）、Ｈｆ（ＮＥｔ２）４（テトラキス（ジエチルアミド）ハフニウム、ＴＤＥＡＨ）、Ｈｆ（ＮＥｔＭｅ）４（テトラキス（エチルメチルアミド）ハフニウム、ＴＥＭＡＨ）、又はＨｆ（ＮＭｅ２）４（テトラキス（ジメチルアミド）ハフニウム、ＴＤＭＡＨ）を含む、請求項９に記載の方法。
  12. 前記酸素含有ガスは、Ｈ２Ｏ、Ｏ２、Ｏ３、Ｈ２Ｏ２、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項９に記載の方法。
  13. 前記基板をプラズマ励起Ｃｌ２ガスに暴露する前記ステップは、前記基板を支持する基板ホルダにバイアスをかけて異方性プラズマ暴露を提供するステップをさらに含む、請求項９に記載の方法。
  14. 基板処理方法であって、
    ａ）フィールド領域と、側壁及び底部を有する凹状フィーチャとが含まれる基板を提供するステップと、
    ｂ）前記基板を第１の前駆体ガスに暴露して、前記基板の上に第１の前駆体層を形成するステップと、
    ｃ）プラズマの不在下で前記基板をハロゲン含有ガスに暴露して、前記基板の前記フィールド領域の上の前記第１の前駆体層を不活性化するステップと、
    ｄ）前記基板を前記第１の前駆体層と反応する第２の前駆体ガスに暴露して、前記ハロゲン含有ガスによって不活性化されている前記フィールド領域の上ではなく、前記凹状フィーチャの前記側壁及び前記底部の上に材料層を形成するステップと、
    を含み、
    ステップｄ）に続いて、熱処理、酸化工程を行うこと、又はそれらの組み合わせによって前記基板からハロゲン化された前記第１の前駆体層を除去するステップ
    をさらに含む、基板処理方法。
  15. ｅ）ステップｂ）～ｄ）を少なくとも一度繰り返して、追加の量の前記材料層を前記凹状フィーチャ内の前記側壁及び前記底部の上に堆積させるステップ
    をさらに含む、請求項１４に記載の方法。
  16. 前記第１の前駆体ガスは、金属含有前駆体を含有する、請求項１４に記載の方法。
  17. 前記金属含有前駆体は、アルカリ土類元素、チタン、ハフニウム、ジルコニウム、アルミニウム、希土類元素、又はそれらの組み合わせを含有する、請求項１６に記載の方法。
  18. 前記ハロゲン含有ガスは、Ｃｌ２、ＢＣｌ３、ＣＣｌ４、ＨＣｌ、ＨＢｒ、ＴｉＣｌ４、又はそれらの組み合わせを含む、請求項１４に記載の方法。
  19. 前記第２の前駆体ガスは、酸素含有ガス、窒素含有ガス、酸素及び窒素含有ガス、又はそれらの組み合わせを含有する、請求項１４に記載の方法。
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