特許 5909484 短寿命種のためのプラズマ源を組み込んだプロセスチャンバ蓋の設計

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5909484

(24)【登録日】2016年4月1日

(45)【発行日】2016年4月26日

(54)【発明の名称】短寿命種のためのプラズマ源を組み込んだプロセスチャンバ蓋の設計

(51)【国際特許分類】

   C23C 16/505 20060101AFI20160412BHJP

   H01L 21/31 20060101ALI20160412BHJP

   H05H 1/46 20060101ALI20160412BHJP

   H01L 21/285 20060101ALI20160412BHJP

【ＦＩ】

   C23C16/505

   H01L21/31 C

   H05H1/46 M

   H01L21/285 C

【請求項の数】15

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2013-508214(P2013-508214)

(86)(22)【出願日】2011年4月27日

(65)【公表番号】特表2013-527319(P2013-527319A)

(43)【公表日】2013年6月27日

(86)【国際出願番号】US2011034147

(87)【国際公開番号】WO2011139775

(87)【国際公開日】20111110

【審査請求日】2014年4月28日

(31)【優先権主張番号】61/328,971

(32)【優先日】2010年4月28日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】390040660

【氏名又は名称】アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ

(74)【代理人】

【識別番号】100092093

【弁理士】

【氏名又は名称】辻居 幸一

(74)【代理人】

【識別番号】100082005

【弁理士】

【氏名又は名称】熊倉 禎男

(74)【代理人】

【識別番号】100067013

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 文昭

(74)【代理人】

【識別番号】100086771

【弁理士】

【氏名又は名称】西島 孝喜

(74)【代理人】

【識別番号】100109070

【弁理士】

【氏名又は名称】須田 洋之

(74)【代理人】

【識別番号】100109335

【弁理士】

【氏名又は名称】上杉 浩

(72)【発明者】

【氏名】カオ チェン−テー

(72)【発明者】

【氏名】ラム ハイマン ダブリュ エイチ

(72)【発明者】

【氏名】チャン メイ

(72)【発明者】

【氏名】オア ディヴィッド ティー

(72)【発明者】

【氏名】デニー ニコラス アール

(72)【発明者】

【氏名】ユァン シャオション （ジョン）

【審査官】 村岡 一磨

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−２９４４５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−３１２６７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１５８１７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−３１７９５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−００３７４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／０１３９４５３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００３／０１７２８７２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０００−３４５３４９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２３Ｃ １６／００−１６／５６

Ｈ０１Ｌ ２１／２８５

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

Ｈ０５Ｈ １／４６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

１又はそれ以上の基板のプラズマ増強処理のためのチャンバであって、
処理容積を定めるチャンバ本体と、
前記処理容積内に配置されて１又はそれ以上の基板を支持するように構成された基板支持部と、
前記基板支持部を覆って配置された処理蓋アセンブリと、
を備え、
前記処理蓋アセンブリは、
プラズマを生成して前記処理容積に１又はそれ以上のラジカル種を供給するように構成されたプラズマキャビティと、
前記処理容積に面する第１の電極の第１の面、
前記第１の面に対向する前記第１の電極の第２の面、及び、
前記第１の電極の第１の面から前記第１の電極の前記第２の面へと延び、前記プラズマキャビティから前記処理容積へ前記１又はそれ以上のラジカル種を送出するように構成された複数の第１の通路、
を有する第１の電極と、
前記プラズマキャビティに面する第２の電極の第１の面、
第２の電極の第１の面に対向する第２の電極の第２の面、
第１の電極の第１の面から第２の電極の第２の面へと延び、前記処理容積へ反応ガスを送出するよう構成された複数の第２の通路、及び、
前記第２の電極の第１の面から前記第２の電極の第２の面へと延び、前記プラズマキャビティにプラズマ生成ガスを送出するよう構成された複数の第３の通路、
を有する、前記第１の電極と実質的に平行な第２の電極と、
前記第１の電極及び前記第２の電極の周縁部近くにおいて前記第１の電極と前記第２の電極の間に配置された絶縁体であって、前記第１の電極、前記第２の電極及び前記絶縁体の間に前記プラズマキャビティを定める絶縁体と、
前記プラズマキャビティの上方に位置し、前記複数の第３の通路を介して前記プラズマキャビティに流体を通すよう結合された第１のガス領域であって、前記複数の第３の通路が、前記第１のガス領域から前記プラズマキャビティへ前記プラズマ生成ガスを送出するようにされている、第１のガス領域と、
前記第１のガス領域と前記プラズマキャビティの間に位置し、前記処理容積に反応性ガスを送出するよう構成された第２のガス領域であって、前記複数の第２の通路を介して前記処理容積に流体を通すよう結合された第２のガス領域と、
前記第２の電極上に位置する遮断プレートであって、
遮断プレートの第１の面、
前記遮断プレートの第１の面に対向する遮断プレートの第２の面、及び、
前記遮断プレートの第１の面から前記遮断プレートの第２の面へ延びる複数の第４の通路、
を有し、前記複数の第４の通路のそれぞれは、前記複数の第３の通路の対応するものと結合され、かつ、前記複数の第３の通路から前記プラズマキャビティへ前記プラズマ生成ガスを送出するよう構成され、前記第２のガス領域が、前記遮断プレートと前記第２の電極の第２の面との間に定められた、遮断プレートと、
を備えることを特徴とするチャンバ。

【請求項2】

前記処理蓋アセンブリが、前記遮断プレート上に位置するウォーターボックスをさらに備え、前記第１のガス領域が、前記遮断プレートと前記ウォーターボックスの間に定められる、
ことを特徴とする請求項１に記載のチャンバ。

【請求項3】

前記第２の電極の第１の面から前記第２の電極の第２の面に延びる前記複数の第３の通路の各々が、前記第２の電極の前記第２の面の方向に開いたボアに接続された前記第２の電極の前記第１の面の方向を向いた開口部を有する円錐形チャネルにより定められる、
ことを特徴とする請求項１に記載のチャンバ。

【請求項4】

前記円錐形チャネルが、２０°〜３０°の角度を成す、
ことを特徴とする請求項３に記載のチャンバ。

【請求項5】

プラズマ生成ガスのラジカルを処理容積に供給するための処理蓋アセンブリであって、 プラズマを生成して前記処理容積に１又はそれ以上のラジカル種を供給するように構成されたプラズマキャビティと、
第１の電極と、
前記第１の電極と実質的に平行な第２の電極と、
を備え、前記第１の電極は、
前記処理容積に面する前記第１の電極の第１の面から前記第１の電極の第２の面へ延び、前記１又はそれ以上のラジカル種を前記プラズマキャビティから前記処理容積に送出するための複数の第１の通路と、
前記第１の電極の前記第１の面から前記第２の電極の前記第２の面へ延び、前記処理容積に反応ガスを送出するよう構成された複数の第２の通路と、
を有し、前記第２の電極は、前記第２の電極の第１の面から前記第２の電極の第２の面へ延び、前記プラズマキャビティにプラズマ生成ガスを送出するための複数の第３の通路を有し、前記プラズマキャビティは、前記第１の電極と前記第２の電極の間に定められ、前記第２の電極の第１の面は前記プラズマキャビティに面し、
さらに、前記プラズマキャビティの上方に位置し、前記複数の第３の通路を介して前記プラズマキャビティに流体を通すよう結合された第１のガス領域であって、前記複数の第３の通路が、前記第１のガス領域から前記プラズマキャビティへ前記プラズマ生成ガスを送出するようにされている、第１のガス領域と、
前記第１のガス領域と前記プラズマキャビティの間に位置し、前記処理容積に反応性ガスを送出するよう構成された第２のガス領域であって、前記複数の第２の通路を介して前記処理容積に流体を通すよう結合された第２のガス領域と、
前記第２の電極上に配置された遮断プレートと、
を有し、前記第２のガス領域は、前記遮断プレートと前記第２の電極の間に定められ、前記遮断プレートは、前記遮断プレートの第１の面から前記遮断プレートの第２の面へ延びる複数の第４の通路を有し、前記複数の第４の通路のそれぞれは、前記第３の通路の対応するものと結合され、かつ、前記複数の第３の通路から前記プラズマキャビティへ前記プラズマ生成ガスを送出するよう構成されていることを特徴とする処理蓋アセンブリ。

【請求項6】

前記第１の電極及び前記第２の電極の周縁部近くにおいて前記第１の電極と前記第２の電極の間に配置された、前記プラズマキャビティをさらに定める絶縁体をさらに備える、ことを特徴とする請求項５に記載の処理蓋アセンブリ。

【請求項7】

前記遮断プレート上に位置するウォーターボックスをさらに備え、前記第１のガス領域が、前記遮断プレートと前記ウォーターボックスの間に定められる、
ことを特徴とする請求項５に記載の処理蓋アセンブリ。

【請求項8】

前記第２の電極の第１の面から前記第２の電極の第２の面に延びる、前記複数の第３の通路の各々は、前記第２の電極の前記第２の面の方向に開いたボアに接続された前記第２の電極の前記第１の面の方向に向いた開口部を有する円錐形チャネルにより定められる、ことを特徴とする請求項５に記載の処理蓋アセンブリ。

【請求項9】

前記プラズマ生成ガスを送出するよう構成されたガス源を前記処理蓋アセンブリに結合するガス注入口と、
前記ガス注入口近傍での寄生プラズマの形成又はアーク放電を減少させるために、前記ガス注入口に隣接して配置されたフェライト含有要素と、
をさらに有することを特徴とする請求項１に記載のチャンバ。

【請求項10】

前記処理蓋アセンブリに結合されたＲＦ（高周波）電源と、
前記処理蓋アセンブリに結合されたプラズマ生成ガス源と、
前記処理蓋アセンブリに結合された反応ガス源と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のチャンバ。

【請求項11】

前記複数の第２の通路は、前記プラズマキャビティを横切り、前記第２の電極の第１の面を通過して前記第２の電極の第２の面まで延びることを特徴とする請求項１に記載のチャンバ。

【請求項12】

前記第２の電極はＲＦ（高周波）に結合され、前記第１の電極は接地に結合されていることを特徴とする請求項１に記載のチャンバ。

【請求項13】

第１のガス源を前記プラズマキャビティに結合するガス注入口と、
前記ガス注入口近傍での寄生プラズマの形成又はアーク放電を減少させるために、前記ガス注入口に隣接して配置されたフェライト含有要素と、
をさらに有することを特徴とする請求項５に記載の処理蓋アセンブリ。

【請求項14】

前記第２の電極はＲＦ電源に結合され、前記第１の電極は接地に結合されていることを特徴とする請求項５に記載の処理蓋アセンブリ。

【請求項15】

前記複数の第２の通路は、前記プラズマキャビティを横切り、前記第２の電極の第１の面を通過して前記第２の電極の第２の面まで延びることを特徴とする請求項５に記載の処理蓋アセンブリ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、一般に材料を堆積させるための装置及び方法に関し、より詳細には、プラズマ増強プロセス中に材料を堆積させるように構成された蒸着チャンバに関する。

【背景技術】

【0002】

半導体加工、フラットパネルディスプレイ加工、又はその他の電子デバイス加工の分野では、基板上に材料を堆積させる上で蒸着処理が重要な役割を果たしてきた。電子デバイスの形状寸法は小さくなり続け、デバイスの密度は増加し続けているので、特徴部のサイズ及びアスペクトレシオは、０．０７μｍの特徴部サイズ及び１０又はそれ以上のアスペクトレシオのように、より厳しいものになっている。従って、これらのデバイスを形成するには、材料のコンフォーマル堆積がますます重要になっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】米国特許第６，９１６，３９８号明細書

【特許文献2】米国特許第６，８７８，２０６号明細書

【特許文献3】米国特許出願公開第２００３／０１２１６０８号明細書

【特許文献4】米国特許第７，２０４，８８６号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来の化学蒸着法（ＣＶＤ）は、デバイスの形状寸法及びアスペクトレシオが０．１５μｍまでであれば功を奏することが証明されているが、より厳しいデバイスの形状寸法には別の堆積技術が必要とされる。大きな注目を浴びている１つの技術に原子層堆積法（ＡＬＤ）がある。ＡＬＤプロセス中には、基板を含む堆積チャンバ内に反応ガスを連続的に導入する。一般的には、第１の反応物質を堆積チャンバ内にパルス化して送り、これが基板面上に吸収される。第２の反応物質を堆積チャンバ内にパルス化して送り、これが第１の反応物質と反応して堆積材料を形成する。通常は、各反応ガスを送出する合間にパージ工程が実施される。パージ工程は、キャリアガスによる連続的パージ、又は反応ガスを送出する合間のパルスパージとすることができる。最も一般的なＡＬＤ技術は熱誘起ＡＬＤプロセスであり、熱を使用して２つの反応物質間に化学反応を引き起こす。熱ＡＬＤプロセスは、一部の材料を堆積させるためには良好に機能するが、このプロセスでは堆積速度が遅いことが多い。従って、製造スループットに容認できないレベルまで影響が及ぶことがある。より高い堆積温度では、堆積速度を高めることはできるが、高温では多くの化学的前駆体、特に有機金属化合物が分解する。

【0005】

プラズマ増強ＣＶＤ（ＰＥ−ＣＶＤ）及びプラズマ増強ＡＬＤ（ＰＥ−ＡＬＤ）を使用して様々な材料を形成することができる。ＰＥ−ＡＬＤプロセスのいくつかの例では、熱ＡＬＤプロセスと同じ化学的前駆体から、ただしより高い堆積速度及びより低い温度で材料を形成することができる。いくつかの変形技術が存在するものの、一般的には、ＰＥ−ＡＬＤプロセスでは、基板を含む堆積チャンバ内に反応ガス及び反応プラズマを連続的に導入する。第１の反応ガスを堆積チャンバ内にパルス化して送り、これが基板面上に吸収される。その後、一般的にはプラズマ源により供給される反応プラズマを堆積チャンバ内にパルス化して送り、これが第１の反応ガスと反応して堆積材料を形成する。熱ＡＬＤプロセスと同様に、反応物質の各々を送出する合間にパージ工程を実施することができる。ＰＥ−ＡＬＤプロセスは、プラズマ内の反応ラジカルの高度な反応性に起因して熱ＡＬＤプロセスの短所のいくつかを克服するが、ＰＥ−ＡＬＤプロセスには多くの制限がある。ＰＥ−ＡＬＤプロセスは、基板に（エッチングなどの）プラズマ損傷を引き起こし、一部の化学的前駆体と適合せず、追加のハードウェアを必要とすることがある。

【0006】

活性反応種を生成するために遠隔プラズマを必要とするあらゆる基板製造工程では、一般にプロセスチャンバとともに別個の遠隔プラズマ装置が使用される。このような方法は、反応ラジカルによってデバイスにプラズマ損傷を与えるリスクを伴わずに基板から離れて活性反応種を生成するためには良好に機能するが、活性種が基板までの移動距離に沿って高速で再結合することにより、基板面に達する活性種の量は極めて限られる。高いプラズマ出力を印加して、利用可能な活性種の量を増加させることは可能であるが、通常、プラズマ出力を高めると、プラズマ装置にハードウェア損傷が起こり、これが高い粒子数による欠陥問題として示される。また通常、利用可能な遠隔プラズマ源（ＲＰＳ）装置は、装置のメンテナンスが難しく設計されている。大きな欠陥のあるＲＰＳを補修する既知の方法は、装置を交換することである。高出力ＲＰＳ装置では、頻繁に交換を行う必要が生じ得るので、これによりシステムの停止時間及び運用コストが増すことになる。

【0007】

従って、ＰＥ−ＡＬＤプロセスなどによる蒸着技術によって基板上に材料を堆積させるための装置及び方法が必要とされている。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の実施形態は、一般に材料を堆積させるための装置及び方法に関し、より詳細には、プラズマ増強プロセス中に材料を堆積させるように構成された、例えばＰＥ−ＣＶＤチャンバ又はＰＥ−ＡＬＤチャンバなどの蒸着チャンバに関する。１つの実施形態では、１又はそれ以上の基板を処理するためのチャンバを提供する。チャンバ本体は、処理容積を定めるチャンバ本体と、この処理容積内に配置されて１又はそれ以上の基板を支持するように構成された基板支持部と、プラズマを生成して処理容積に１又はそれ以上のラジカル種を供給するように構成されたプラズマキャビティを有する、基板支持部を覆って配置された処理蓋アセンブリと、ガス分配アセンブリに結合されたＲＦ（高周波）電源と、処理蓋アセンブリに結合されたプラズマ生成ガス源と、処理蓋アセンブリに結合された反応ガス源とを備える。

【0009】

別の実施形態では、反応ガスのラジカルを処理容積に供給するための処理蓋アセンブリを提供する。この処理蓋アセンブリは、第１の電極と、この第１の電極と実質的に平行な第２の電極と、第１の電極及び第２の電極の周縁部近くにおいて第１の電極と第２の電極の間に配置された絶縁体とを備え、第１の電極は、処理容積に面する第１の電極の第１の面と第１の電極の第２の面とを結合する、プラズマ含有ガスを処理容積に送出するための複数の第１の通路と、第１の電極の第１の面を第１の電極の第２の面に結合する、処理容積に反応ガスを送出するための複数の第２の通路とを有し、第２の電極は、プラズマキャビティに面する第２の電極の第１の面と第２の電極の第２の面とを結合する、プラズマキャビティにプラズマ生成ガスを送出するための複数の第３の通路を有し、プラズマキャビティは、第１の電極と第２の電極の間に定められ、第２の電極はＲＦ電源に結合され、第１の電極は接地に結合される。

【0010】

上述した本発明の特徴を詳細に理解できるように、いくつかを添付図面に示す実施形態を参照しながら、上記で簡単に要約した本発明のより詳細な説明を行うことができる。しかしながら、添付図面には、本発明の典型的な実施形態しか示しておらず、従って本発明は他の等しく効果的な実施形態も認めることができるので、これらの図面が本発明の範囲を限定すると見なすべきではない。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の１つの実施形態による、処理蓋アセンブリの１つの実施形態を有するプロセスチャンバの概略図である。

【図2】本発明の１つの実施形態による、処理蓋アセンブリの別の実施形態を有する別のプロセスチャンバの概略図である。

【図3A】本発明の１つの実施形態による、処理蓋アセンブリの電極の部分断面図である。

【図3B】図３Ａの電極の底面図である。

【図3C】図３Ａの電極の上面図である。

【図4】本発明の１つの実施形態による、処理蓋アセンブリのシャワーヘッドアセンブリの部分断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

理解を容易にするために、図に共通する同一の要素については、可能であれば同一の参照番号を用いて示している。さらなる記述がなくても、１つの実施形態の要素及び特徴部を他の実施形態に有利に組み入れることができる。

【0013】

本発明の実施形態は、一般に材料を堆積させるための装置及び方法に関し、より詳細には、プラズマ増強プロセス中に材料を堆積させるように構成された蒸着チャンバに関する。いくつかの実施形態では、プロセスチャンバの処理容積に隣接する、活性反応種を生成するためのプラズマ源を組み込んだプロセスチャンバ蓋を提供する。いくつかの実施形態では、プロセスチャンバ蓋アセンブリが、活性反応種が生成されるプラズマキャビティを形成する複数の構成要素、並びに各々が１又は複数種の反応ガス及びプラズマの各々を処理容積に送出するための２つの別個の経路を備える。処理蓋アセンブリ内でプラズマを内部的に生成する能力により、プラズマ励起された化学種がプロセスチャンバの処理容積内の基板面に達するまでに移動する必要がある距離が、ＲＰＳを使用するシステムと比較して減少する。処理容積内で利用可能な活性種の量が大幅に増加すると同時に、利用可能な活性種の増加を実現するために必要な出力が低減される。

【0014】

図１は、本発明の１つの実施形態によるプロセスチャンバ１００の概略図である。１つの実施形態では、このプロセスチャンバが、プラズマから生成された少なくとも１つの前駆体を含む金属窒化膜を形成する。

【0015】

プロセスチャンバ１００は、チャンバ本体１１０、チャンバ本体１１０内に配置された基板支持部１１２、及びチャンバ本体１１０上に配置されたプロセスチャンバ蓋アセンブリ１１４を備える。

【0016】

基板支持部１１２は、１又はそれ以上の基板１１６を支持して、この１又はそれ以上の基板１１６を、チャンバ本体１１０及び処理蓋アセンブリ１１４により定められる処理容積１１８内の前駆体に曝すように構成される。１つの実施形態では、基板支持部１１２が、１又はそれ以上の基板１１６を処理の実行に必要な温度に加熱するヒータ１２０を含む。

【0017】

処理蓋アセンブリ１１４は、シャワーヘッドアセンブリ１２２を備え、このシャワーヘッドアセンブリ１２２上には、処理蓋アセンブリ１１４の温度制御を行うためのウォーターボックス１４０が位置する。シャワーヘッドアセンブリ１２２は、やはり蓋プレートとして機能する第１の電極１２４、プラズマキャビティのＲＦ電極として機能する、第１の電極１２４と実質的に平行に位置する第２の電極１２８、第１の電極１２４と第２の電極１２８の間に位置する絶縁体１３２、及び第２の電極１２８上に位置する遮断プレート１３６を備える。第１の電極１２４、絶縁体１３２及び第２の電極１２８は、容量性プラズマ１４５を生成できるプラズマキャビティ１４４を定める。１つの実施形態では、第１の電極１２４がＲＦ（高周波）接地に結合され、第２の電極１２８がＲＦ電源１４６に結合され、絶縁体１３２が、第１の電極１２４を第２の電極１２８から電気的に絶縁する。

【0018】

プラズマキャビティ１４４には、ガス注入口１４９Ａ、１４９Ｂを介して、プラズマキャビティ１４４に１又は複数種のプラズマ生成ガスを供給するための第１のガス源１４８が結合される。第２の電極１２８にＲＦ電力が印加されると、プラズマキャビティ１４４内で容量性プラズマ１４５を生成することができる。プラズマキャビティには、キャリアガス及びパージガスなどのその他のガスを結合して、プラズマキャビティにプラズマ生成ガスを送出し、またプロセスチャンバ１００からプラズマ生成ガスを排気することができる。

【0019】

第１の電極１２４は、処理容積１１８に隣接する第１の面１５０すなわち下面、及びプラズマキャビティ１４４に隣接する第２の面１５２すなわち上面を有し、これらの間には複数の第１の通路１５４が形成される。この複数の第１の通路１５４は、処理容積１１８をプラズマキャビティ１４４に結合して、プラズマキャビティ１４４から処理容積１１８に活性反応種を送出するための導管を形成する。この複数の第１の通路１５４を使用して、キャリアガス、パージガス及び／又クリーニングガスなどのその他のガスをプロセスチャンバ１００に送出することもできる。１つの実施形態では、複数の第１の通路１５４が、基板支持体１１２の表面積に対応する第１の電極１２４の表面積にわたって均等に分散する。第１の電極１２４は、処理容積１１８に１又はそれ以上の前駆体を供給するための第２のガス源１５８にガス注入口１５９を介して処理容積１１８を結合する複数の第２の通路１５６も有する。この複数の第２の通路１５６を使用して、キャリアガス、パージガス及び／又クリーニングガスなどのその他のガスをプロセスチャンバ１００に送出することもできる。

【0020】

１つの実施形態では、第１の電極１２４を金属又は金属合金などの導電材料から形成することができる。１つの実施形態では、第１の電極１２４が平らなディスクである。１つの実施形態では、第１の電極１２４が金属から形成される。例示的な金属は、アルミニウム、鋼、（任意にニッケルを含む鉄−クロム合金などの）ステンレス鋼、鉄、ニッケル、クロム、これらの合金、及びこれらの組み合わせから成るグループから選択することができる。

【0021】

第２の電極１２８は、プラズマキャビティ１４４に隣接する第１の面１６０すなわち下面、及び第１の面に対向する第２の面１６２すなわち上面を有し、第１の面１６０と第２の面１６２の間には、第１のガス源１４８からプラズマキャビティ１４４に１又は複数種のプラズマ生成ガスを供給するための複数の第３の通路１６４が形成される。この複数の第３の通路１６４を使用して、キャリアガス、パージガス及び／又クリーニングガスなどのその他のガスをプロセスチャンバ１００に送出することもできる。図１に示すように、複数の第２の通路１５６は、プラズマキャビティ１４４を横切り、第２の電極１２８の第１の面１６０を通過して第２の電極１２８の第２の面１６２まで延びる。

【0022】

１つの実施形態では、第２の電極１２８を金属又は金属合金などの導電材料から形成することができる。１つの実施形態では、第２の電極１２８が金属から形成される。例示的な金属は、アルミニウム、鋼、（任意にニッケルを含む鉄−クロム合金などの）ステンレス鋼、鉄、ニッケル、クロム、これらの合金、及びこれらの組み合わせから成るグループから選択することができる。１つの実施形態では、第２の電極１２８が平らなディスクである。

【0023】

絶縁体１３２は、第１の電極１２４と第２の電極１２８の間に電気的絶縁を提供し、電気絶縁材料から形成することができる。１つの実施形態では、絶縁体１３２が、例えば窒化アルミニウム（ＡＬ_xＮ_y）又は酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）などのセラミック材料から形成される。

【0024】

遮断プレート１３６は、第２の電極１２８上に配置されて凹部１６６を有し、これにより凹部１６６と第２の電極１２８の第２の面１６２によって定められる第２のガス領域１６８を形成する。第２のガス領域１６８は、処理容積１１８の上方に位置し、処理容積１１８に前駆体ガスを供給するための複数の第２の通路１５６を介して処理容積１１８に結合される。遮断プレート１３６は、第１の面１７０すなわち下面及び第２の面１７２すなわち上面を有し、第２のガス領域１６８は、この遮断プレート１３６の第１の面１７０と第２の電極１２８の第２の面１６２の間に定められる。プラズマキャビティ１４４にプラズマ生成ガスを送出するための複数の第３の通路１６４には、遮断プレート１３６の第１の面１７０を遮断プレート１３６の第２の面１７２に結合するための複数の第４の通路１７８が結合する。

【0025】

１つの実施形態では、第２のガス源１５８からの１又はそれ以上の前駆体ガスが、ガス注入口１５９を介して第２のガス領域１６８に流入し、これが複数の第２の通路１５６を通って処理容積１１８に流入し、ここで１又はそれ以上の基板１１６の表面へ向けて送出される。１つの実施形態では、遮断プレート１３６が、処理容積１１８に前駆体ガスを均一に送出する役に立つように設計できる複数のプレートを含むことができる。

【0026】

１つの実施形態では、遮断プレート１３６上にウォーターボックス１４０が配置される。ウォーターボックス１４０は、凹部１７４を有することができ、これにより凹部１７４と遮断プレート１３６の第２の面１７２によって定められる第１のガス領域１７６を形成する。第１のガス領域１７６は、プラズマキャビティ１４４の上方に位置し、プラズマキャビティにプラズマ生成ガスを供給するための複数の第３の通路１６４を介してプラズマキャビティ１４４に結合される。プラズマ生成ガスは、第１のガス源１４８からガス注入口１４９Ａ、１４９Ｂを介して第１のガス領域１７６に流れ、ここで複数の第３の通路１６４を通ってプラズマキャビティ１４４内に径方向に分散し、ここで第２の電極１２８にＲＦ電力が供給されて、プラズマキャビティ１４４内に容量性プラズマ１４５を形成する。その後、容量性プラズマ１４５内の活性化したラジカルが、複数の第１の通路１５４を介して処理容積１１８に送出される。

【0027】

図１に示すように、複数の第１の通路１５４は、複数の第３の通路１６４からオフセットされ（例えば、「見通し線」を有しておらず）、これによりウェハ表面に活性種が均一に送出されるのを支援する。本明細書で説明するように、いくつかの実施形態では、複数の第１の通路１５４が複数の第３の通路１６４と一列に並ぶこと、すなわち見通し線内にあることが望ましい。本明細書で使用する「見通し線」とは、２つの地点間の直線経路又は実質的な直線経路を意味する。直線経路又は実質的な直線経路は、少なくとも２つの地点間をガス又はプラズマが流れるために遮るものがない経路又は隠されていない経路を実現することができる。一般に、遮られた経路又は隠れた経路は、プラズマの通過を妨げ又は実質的に抑える一方でガスの通過を可能にする。従って、通常、見通し線経路は、ガス又はプラズマの通過を可能にするが、２つの地点間に見通し線を有していない経路は、プラズマの通過を妨げ又は実質的に抑えてガスの通過を可能する。

【0028】

ウォーターボックス１４０は、処理蓋アセンブリ１１４などの処理蓋アセンブリから熱を除去することにより、プロセスチャンバ１００の温度を調整するために使用される。ウォーターボックス１４０は、シャワーヘッドアセンブリ１２２の上部に位置することができる。ウォーターボックス１４０は、処理蓋アセンブリ１１４のシャワーヘッドアセンブリ１２２などから熱を除去する。堆積プロセス中には、注入口（図示せず）を通じてウォーターボックス１４０内に初期温度の流体が投与される。この流体は、通路（図示せず）に沿って移動しながら熱を吸収する。温度が高くなった流体は、排水口（図示せず）を介してウォーターボックス１４０から除去される。ウォーターボックス１４０は、アルミニウム、（アルミニウム６０６１のようなアルミニウムマグネシウムシリコン合金などの）アルミニウム合金、アルミニウムでめっきした金属、ステンレス鋼、ニッケル、（ＩＮＣＯＮＥＬ（登録商標）又はＨＡＳＴＥＬＬＯＹ（登録商標）などの）ニッケル合金、ニッケルでめっきしたアルミニウム、ニッケルでめっきした金属、クロム、鉄、これらの合金、これらの誘導体、又はこれらの組み合わせなどの金属を含むことができ、或いはこれらの金属から形成することができる。１つの例では、ウォーターボックス１４０が、アルミニウム又はアルミニウム合金を含むことができ、或いはアルミニウム又はアルミニウム合金から形成される。

【0029】

ウォーターボックス１４０は、堆積プロセス中にウォーターボックス１４０に流体を供給するための流体源１７９に接続することができる。この流体は、液体、ガス又は超臨界状態であることができ、熱をタイムリーに吸収して放散することができる。ウォーターボックス１４０内で使用できる液体としては、水、オイル、アルコール、グリコール、グリコールエーテル、その他の有機溶媒、（ＣＯ₂などの）超臨界流体、これらの誘導体、又はこれらの混合物が挙げられる。ガスとしては、窒素、アルゴン、空気、ヒドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）、又はこれらの組み合わせを挙げることができる。ウォーターボックス１４０は、水又は水／アルコール混合物を供給されることが好ましい。

【0030】

プロセスチャンバ１００は、処理容積１１８から排出を行って処理容積１１８内に所望の圧力レベルを得るように構成された真空ポンプ１８０をさらに備える。プロセス中、真空ポンプ１８０は、処理容積１１８内に、プラズマキャビティ１４４と比較して陰圧を与え、従ってプラズマキャビティ１４４内の化学種が処理容積１１８に流入できるようにする。

【0031】

いくつかの実施形態では、ガス注入口１４９Ａ、１４９Ｂ及び１５９の少なくとも１つに隣接してフェライト含有要素１９０Ａ、１９０Ｂ及び１９０Ｃを配置する。フェライト含有要素１９０Ａ、１９０Ｂ及び１９０Ｃをガス注入口１４９Ａ、１４９Ｂ及び１５９に隣接して配置し、ガス注入口１４９Ａ、１４９Ｂ及び１５９の近くにおける寄生プラズマの形成又はアーク放電を減少させることができる。フェライト含有要素１９０Ａ、１９０Ｂ及び１９０Ｃは、平行なフェライト境界を形成することができ、これによりこのフェライト境界に垂直なＲＦ電流を抑制し、この境界と平行な磁場成分を吸収する。

【0032】

フェライト含有要素１９０Ａ、１９０Ｂ、１９０Ｃは、プロセスチャンバ１００の一部内のＲＦ電流の流れによって形成される発生した（磁場などの）場が優先的に流れる経路を提供するために使用できるあらゆる材料から形成することができる。１つの例では、フェライト含有要素１９０Ａ、１９０Ｂ及び１９０Ｃをフェライト材料から形成し、又はこれらの要素にフェライト材料を埋め込むことができる。フェライト材料は、ヘマタイト（Ｆｅ₂Ｏ₃）又はマグネタイト（Ｆｅ₃Ｏ₄）などの酸化物、並びにその他の金属の酸化物から得られる非導電強磁性セラミック化合物を含むことができる。フェライト材料は、ニッケル、亜鉛、及び／又はマンガン化合物さらに含むことができる。例示的なフェライト材料としては、マンガンフェライト、マンガン亜鉛フェライト、ニッケル亜鉛フェライト、及びこれらの組み合わせが挙げられる。

【0033】

フェライト含有要素１９０Ａ、１９０Ｂ及び１９０Ｃは、フェライト境界に垂直なＲＦ電流を抑制し、この境界と平行な磁場成分を吸収するあらゆる形をとることができる。フェライト含有要素１９０Ａ、１９０Ｂ及び１９０Ｃの例示的な形状としては、リング状、環状及びコイル状が挙げられる。１つの例示的な実施形態では、ガス注入口１４９Ｂがアルミニウム管であり、フェライト含有要素１９０Ｂが、ニッケル亜鉛フェライトを含む複数の環状又はドーナツ状のフェライト部材を含む。図１に示すような別の例示的な実施形態では、ガス注入口１４９Ａ、１４９Ｂ及び１５９がアルミニウム管であり、各アルミニウム管が、ニッケル亜鉛フェライトを含む複数の環状又はドーナツ状のフェライト部材を含むそれぞれのフェライト含有要素１９０Ａ、１９０Ｂ及び１９０Ｃで取り巻かれる。

【0034】

図２は、本発明の１つの実施形態による処理蓋アセンブリ２１４の別の実施形態を有する別のプロセスチャンバ２００の概略図である。プロセスチャンバ２００は、プロセスチャンバ１００の第２の電極１２８が複数の円錐形キャビティ２６４を有する第２の電極２２８に置き換えられていることを除き、図１に示すプロセスチャンバ１００と同様のものである。この円錐形キャビティは、第１の電極１２４と第２の電極２２８の間が可変距離であることと相俟って、より広いプラズマ点火窓を可能にする。円錐形キャビティ２６４内でプラズマを効果的に引き起こすことができ、この結果、第１の電極１２４と第２の電極２２８の間のプラズマキャビティ全体にわたって均一なプラズマを維持することができる。

【0035】

処理蓋アセンブリ２１４はシャワーヘッドアセンブリ２２２を含み、この上にウォーターボックス１４０が位置する。シャワーヘッドアセンブリ２２２は、第１の電極１２４、この第１の電極１２４と実質的に平行に位置する第２の電極２２８、第１の電極１２４と第２の電極２２８の間に位置する絶縁体１３２、及び第２の電極２２８上に位置する遮断プレート１３６を含む。第１の電極１２４、絶縁体１３２及び第２の電極２２８は、プラズマキャビティ２４４を定め、ここで容量性プラズマを生成することができる。１つの実施形態では、第１の電極１２４がＲＦ（高周波）接地に結合され、第２の電極２２８がＲＦ電源１４６に結合され、絶縁体１３２が、第１の電極１２４を第２の電極２２８から電気的に絶縁する。

【0036】

図３Ａは、本発明の１つの実施形態による処理蓋アセンブリ２１４の第２の電極２２８の部分断面図である。図３Ｂは、図３Ａの第２の電極２２８の底面図であり、図３Ｃは、その上面図である。第２の電極２２８は、プラズマキャビティ２４４に隣接して位置する第１の面２６０すなわち下面、及び第１の面２６０に対向する第２の面２６２すなわち上面を有し、これらの間には、処理容積に１又はそれ以上の前駆体を供給するための複数の第２の通路２５６、及びガス源からプラズマキャビティ２４４に１又はそれ以上の反応ガスを供給するための複数の第３の通路２６４が形成される。

【0037】

１つの実施形態では、複数の第３の通路２６４を第２の電極２２８にわたって均等に分散させることができる。１つの実施形態では、複数の第３の通路２６４が、円錐形チャネル２７２に結合された狭いボア２７０を含み、円錐形チャネル２７２の直径は、複数の第３の通路２６４が第２の電極２２８の第２の面２６２から第２の電極２２８の第１の面２６０へ延びるにつれて拡大する。１つの実施形態では、円錐形チャネル２７２の側壁が、角度「α」を形成する。１つの実施形態では、この角度「α」が、約２０°〜約３０°である。

【0038】

１つの実施形態では、複数の第２の通路２５６を第２の電極２２８にわたって均等に分散させることができる。１つの実施形態では、複数の第２の通路２５６が、第１の面２６０から延びて直線状のチャネル２５９に結合された狭いボア２５８を含み、この直線状のチャネル２５９が第２の電極２２８の第２の面２６２へ延びる。

【0039】

１つの実施形態では、第２の電極２２８を金属又は金属合金などの導電材料から形成することができる。１つの実施形態では、第２の電極２２８が金属から形成される。例示的な金属は、アルミニウム、鋼、（任意にニッケルを含む鉄−クロム合金などの）ステンレス鋼、鉄、ニッケル、クロム、これらの合金、及びこれらの組み合わせから成るグループから選択することができる。１つの実施形態では、第２の電極２２８が平らなディスクである。

【0040】

図４は、本発明の１つの実施形態による処理蓋アセンブリのシャワーヘッドアセンブリ４２２の部分断面図である。シャワーヘッドアセンブリ４２２は、第１の電極４２４が、プロセスチャンバ１００、２００などのプロセスチャンバの処理容積に活性種を送出するための複数の第３の通路２６４と位置合わせされた又はこの「見通し線」内にある複数の第１の通路４５４を有する点を除き、シャワーヘッドアセンブリ２２２と同様のものである。複数の第１の通路４５４が複数の第３の通路２６４と位置合わせされたいくつかの実施形態では、より低い出力レベルを使用して、より大量の反応種を処理容積に送出することができる。

【0041】

第１の電極４２４は、処理容積１１８に隣接する第１の面４５０すなわち下面、及びプラズマキャビティ２４４に隣接する第２の面４５２すなわち上面を有し、これらの間に複数の第１の通路４５４が形成される。複数の第１の通路４５４は、処理容積１１８をプラズマキャビティ２４４に結合して、プラズマキャビティ２４４から処理容積１１８に活性反応種を送出するための導管を形成する。この複数の第１の通路４５４を使用して、キャリアガス、パージガス及び／又クリーニングガスなどのその他のガスをプロセスチャンバ１００に送出することもできる。１つの実施形態では、複数の第１の通路４５４が、基板支持体１１２の表面積に対応する第１の電極４２４の表面積にわたって均等に分散する。第１の電極４２４は、処理容積１１８に１又はそれ以上の前駆体を供給するための第２のガス源に処理容積１１８を結合する複数の第２の通路４５６も有する。この複数の第２の通路４５６を使用して、キャリアガス、パージガス及び／又クリーニングガスなどのその他のガスをプロセスチャンバ１００に送出することもできる。

【0042】

１つの実施形態では、第１の電極４２４を金属又は金属合金などの導電材料から形成することができる。１つの実施形態では、第１の電極４２４が平らなディスクである。１つの実施形態では、第１の電極４２４が、アルミニウム、鋼、（任意にニッケルを含む鉄−クロム合金などの）ステンレス鋼、鉄、ニッケル、クロム、これらの合金、又はこれらの組み合わせなどの金属から形成される。

【0043】

（第１の電極１２４、４２４、絶縁体１３２、第２の電極１２８、２２８、遮断プレート１３６、ウォーターボックス１４０、及びガス分配アセンブリなどの）各構成要素は、直径１５０ｍｍの、直径２００ｍｍの、直径３００ｍｍの、又はそれ以上のウェハなどの様々なサイズの基板を処理するようにスケール調整することができる。各構成要素は、例えばクリップ及び／又は留め具などの当業で公知のあらゆる固定手段によって第１の電極１２４、４２４又は蓋プレート上に位置決めして固定することができる。

【0044】

本明細書で説明した実施形態は、原子層堆積法（ＡＬＤ）又はプラズマ増強ＡＬＤ（ＰＥ−ＡＬＤ）などの蒸着プロセスによって基板上に（窒化チタンなどの）様々な材料を堆積する方法を提供するものである。１つの態様では、このプロセスにほとんど又は全く開始遅延がなく、金属チタン、窒化チタン、窒化チタンシリコン、又はこれらの誘導体などのチタン材を形成しながら高速堆積速度を維持する。

【0045】

１つの実施形態では、本明細書で説明したＰＥ−ＡＬＤプロセスで使用できるチタン前駆体が、テトラキス（ジメチルアミノ）チタン（ＴＤＭＡＴ）、テトラキス（ジエチルアミノ）チタン（ＴＤＥＡＴ）、四塩化チタン（ＴｉＣｌ₄）、及びこれらの誘導体を含む。本明細書で説明したＰＥ−ＡＬＤプロセスは、基板を窒素前駆体及び窒素プラズマ、又はその他のイオン化試薬プラズマに連続して曝すことを含む。

【0046】

１つの実施形態では、一定流量の試薬ガスを含むＰＥ−ＡＬＤプロセス中に、チタン前駆体及びプラズマの連続パルスを与えながら窒化チタン材料を形成することができる。別の実施形態では、（ＴＤＭＡＴなどの）チタン前駆体及び（窒素プラズマなどの）試薬プラズマの連続パルスを与える別のＰＥ−ＡＬＤプロセス中にチタン材料を形成することができる。これらの両実施形態では、一般にプロセス中に試薬をイオン化する。このＰＥ−ＡＬＤプロセスでは、シャワーヘッドアセンブリ内でプラズマを内部的に生成し、従ってプラズマ活性種が基板面に到達するために移動する必要がある距離が、ＲＰＳを使用するシステムと比較して飛躍的に減少する。処理容積内で利用可能な活性種の量が大幅に増加すると同時に、利用可能な活性種の増加を実現するために必要な出力が低減される。ＰＥ−ＡＬＤプロセス中には、マイクロ波（ＭＷ）周波数発生器、無線周波数（ＲＦ）発生器、又はパルスＤＣ電流からプラズマを生成することができる。別の実施形態では、チタン前駆体及び試薬の連続パルスを与える熱ＡＬＤプロセス中にチタン材料を形式することができる。シャワーヘッドアセンブリ１２２、２２２に、及びこれらを通じて、ＴＤＭＡＴを含むプロセスガス及び窒素プラズマの両方を連続的にパルス化して送る。その後、このプロセスガス及び窒素プラズマに基板を連続して曝す。

【0047】

本明細書の実施形態で説明したＡＬＤプロセス中には、処理蓋アセンブリ１１４又は２１４を利用することができ、またこれらを本明細書で説明した様々なＡＬＤチャンバ本体に結合することもできる。本明細書で説明した実施形態の中にはその他のＡＬＤチャンバを使用できるものもあり、これらのＡＬＤチャンバは、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社から市販されている。本明細書で説明した処理蓋アセンブリとともに使用できるＡＬＤチャンバの詳細な説明は、同一出願人による米国特許第６，９１６，３９８号及び第６，８７８，２０６号、及び２００２年１０月２５日に出願された、米国特許出願公開第２００３／０１２１６０８号として公開されている同一出願人による米国特許出願第１０／２８１，０７９号に見出すことができ、これらの特許はその全体が引用により本明細書に組み入れられる。別の実施形態では、ＡＬＤモード及び従来のＣＶＤモードの両方で動作するように構成されたチャンバを使用してチタン材料を堆積させることが、同一出願人による米国特許第７，２０４，８８６号に記載されており、この特許はその全体が引用により本明細書に組み入れられる。

【0048】

いくつかの実施形態では、本明細書で説明したＡＬＤプロセス中に、堆積チャンバを約０．０１トール〜約８０トールの圧力に、好ましくは約０．１トール〜約１０トールの圧力に、より好ましくは約０．５トール〜約２トールの圧力に加圧することができる。また、本明細書で説明したＡＬＤプロセスのいくつかの最中に、チャンバ又は基板を、約５００℃未満の温度に、好ましくは約２００℃〜約４００℃などの約４００℃又はそれ以下の温度に、より好ましくは例えば約３６０℃などの約３４０℃〜約３７０℃の温度に加熱することができる。プラズマは、マイクロ波（ＭＷ）発生器又は無線周波数（ＲＦ）発生器によって生成することができる。例えば、プラズマ発生器を、約２００ワット（Ｗ）〜約４０キロワット（ｋＷ）の出力、好ましくは約２００ｋＷ〜約１０ｋＷの出力、より好ましくは約５００Ｗ〜約３ｋＷの出力を有するように設定することができる。

【0049】

１つの実施形態では、ＡＬＤサイクル全体を通じて基板を試薬ガスに曝すことができる。チタン前駆体のアンプルに（窒素又はアルゴンなどの）キャリアガスを通すことにより、第２のガス源１５８から供給されたチタン前駆体ガスに基板を曝すことができる。プロセス中に使用するチタン前駆体次第では、アンプルを加熱することができる。１つの例では、ＴＤＭＡＴを含むアンプルを約２５℃〜約８０℃の温度に加熱することができる。チタン前駆体ガスの流量は、通常は約１００ｓｃｃｍ〜約２，０００ｓｃｃｍであり、約２００ｓｃｃｍ〜約１，０００ｓｃｃｍであることが好ましく、例えば約５００ｓｃｃｍなどの約３００ｓｃｃｍ〜約７００ｓｃｃｍであることがより好ましい。チタン前駆体ガスと試薬ガスを合成して堆積ガスを形成することもできる。試薬ガスの流量は、通常は約１００ｓｃｃｍ〜約３，０００ｓｃｃｍであり、約２００ｓｃｃｍ〜約２，０００ｓｃｃｍであることが好ましく、約５００ｓｃｃｍ〜約１，０００ｓｃｃｍであることがより好ましい。１つの例では、流量が約１，５００ｓｃｃｍの窒素プラズマが試薬ガスとして使用される。これらのチタン前駆体ガス、又はチタン前駆体と試薬ガスを含む堆積ガスに、約０．１秒〜約８秒にわたって、好ましくは約１秒〜約５秒にわたって、より好ましくは約２秒〜約４秒にわたって基板を曝すことができる。チタン前駆体の層が基板上で吸収された時点で、チタン前駆体ガスの流れを止めることができる。チタン前駆体の層は、不連続層であっても、連続層であっても、さらには多層であってもよい。

【0050】

チタン前駆体ガスの流れを止めた後、基板及びチャンバは、パージ工程を受けることができる。パージ工程中、試薬ガスの流量は、前回のステップから維持してもよいし、又は調整してもよい。試薬ガスの流れは、前回のステップから維持することが好ましい。任意に、堆積チャンバ内に約１００ｓｃｃｍ〜約２，０００ｓｃｃｍの流量、好ましくは約２００ｓｃｃｍ〜約１，０００ｓｃｃｍの流量、より好ましくは例えば約５００ｓｃｃｍなどの約３００ｓｃｃｍ〜約７００ｓｃｃｍの流量でパージガスを投与することができる。パージ工程では、堆積チャンバ内のあらゆる過剰なチタン前駆体及びその他の汚染物質が除去される。パージ工程は、約０．１秒〜約８秒にわたって、好ましくは約１秒〜約５秒にわたって、より好ましくは約２秒〜約４秒にわたって実施することができる。キャリアガス、パージガス及びプロセスガスは、窒素、水素、アンモニア、アルゴン、ネオン、ヘリウム、又はこれらの組み合わせを含むことができる。好ましい実施形態では、キャリアガスが窒素を含む。

【0051】

その後、試薬ガスの流れを維持又は調整した後でプラズマに点火することができる。プロセス中には、第１のガス源１４８から窒素ガスなどの窒素源が供給される。窒素ガスは、プラズマキャビティ１４４に流入し、ここで第１の電極１２４と第２の電極１２８の間に印加されるＲＦ電力によって窒素ガスのプラズマが点火されると、この窒素ガスは解離する。この結果、複数の第１の通路１５４を通じて処理容積１１８に遊離窒素ラジカル（窒素原子）が流入する。

【0052】

基板は、約０．１秒〜約２０秒にわたって、好ましくは約１秒〜約１０秒にわたって、より好ましくは約２秒〜約８秒にわたってプラズマに曝すことができる。その後、プラズマ出力をオフにする。１つの例では、試薬をアンモニア、窒素、水素、又はこれらの組み合わせとして、アンモニアプラズマ、窒素プラズマ、水素プラズマ、又は組み合わせたプラズマを形成することができる。基板上に吸収されたチタン前駆体と反応プラズマが反応して、この上にチタン材料を形成する。１つの例では、反応プラズマを還元剤として使用して金属チタンを形成する。しかしながら、様々な反応物質を使用して、幅広い組成のチタン材料を形成することもできる。

【0053】

堆積チャンバは、前回のステップからの過剰な前駆体又は汚染物質を除去するために第２のパージ工程を受ける。このパージ工程中、試薬ガスの流量は、前回のステップから維持してもよいし、又は調整してもよい。堆積チャンバ内に、約１００ｓｃｃｍ〜約２，０００ｓｃｃｍの流量、好ましくは約２００ｓｃｃｍ〜約１，０００ｓｃｃｍの流量、より好ましくは例えば約５００ｓｃｃｍなどの約３００ｓｃｃｍ〜約７００ｓｃｃｍの流量で任意のパージガスを投与することができる。この第２のパージ工程は、約０．１秒〜約８秒にわたって、好ましくは約１秒〜約５秒にわたって、より好ましくは約２秒〜約４秒にわたって実施することができる。

【0054】

このＡＬＤサイクルを、基板上に所定の厚みのチタン材料が堆積するまで繰り返すことができる。チタン材料は、１，０００Å未満の厚み、好ましくは５００Å未満の厚み、より好ましくは例えば約３０Åなどの約１０Å〜約１００Åの厚みで堆積させることができる。本明細書で説明したプロセスでは、少なくとも０．１５Å／サイクルの速度、好ましくは少なくとも０．２５Å／サイクルの速度、より好ましくは少なくとも０．３５Å／サイクル又はそれ以上の速度でチタン材料を堆積させることができる。別の実施形態では、本明細書で説明したプロセスにより、核生成遅延に関連するような従来技術の短所が克服される。チタン材料を堆積させる実験のほとんどではないが多くにおいて、核生成遅延を検出することはできない。

【0055】

本明細書で説明した実施形態では、金属窒化物の成膜について説明したが、本明細書で説明した装置及び方法を使用して、ラジカルを必要とする他のプロセスを実行することもできると理解されたい。

【0056】

本明細書で説明した実施形態は、処理蓋アセンブリ内でプラズマを内部的に生成する能力を提供し、これにより、プラズマ励起された化学種がプロセスチャンバの処理容積内の基板面に達するまでに移動する必要がある距離が、ＲＰＳをするシステムと比較して減少する。処理容積内で利用可能な活性種の量が大幅に増加すると同時に、利用可能な活性種の増加を実現するために必要な出力が低減される。

【0057】

上述の内容は、本発明の実施形態を対象とするものであるが、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく本発明の他の及びさらなる実施形態を考案することもでき、その範囲は以下の特許請求の範囲により定められる。

【符号の説明】

【0058】

１００ プロセスチャンバ
１１０ チャンバ本体
１１２ 基板支持部
１１４ プロセスチャンバ蓋アセンブリ
１１６ 基板
１１８ 処理容積
１２０ ヒータ
１２２ シャワーヘッドアセンブリ
１２４ 第１の電極
１２８ 第２の電極
１３２ 絶縁体
１３６ 遮断プレート
１４０ ウォーターボックス
１４４ プラズマキャビティ
１４５ 容量性プラズマ
１４６ ＲＦ電源
１４８ 第１のガス源
１４９Ａ ガス注入口
１４９Ｂ ガス注入口
１５０ 第１の面
１５２ 第２の面
１５４ 第１の通路
１５６ 第２の通路
１５８ 第２のガス源
１５９ ガス注入口
１６０ 第１の面
１６２ 第２の面
１６４ 第３の通路
１６６ 凹部
１６８ 第２のガス領域
１７０ 第１の面
１７２ 第２の面
１７４ 凹部
１７６ 第１のガス領域
１７８ 第４の通路
１７９ 流体源
１８０ 真空ポンプ
１９０Ａ フェライト含有要素
１９０Ｂ フェライト含有要素
１９０Ｃ フェライト含有要素

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図4】