特許 6038975 半導体基板を処理する方法

(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】6038975

(24)【登録日】2016年11月11日

(45)【発行日】2016年12月7日

(54)【発明の名称】半導体基板を処理する方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/318 20060101AFI20161128BHJP

   H01L 21/31 20060101ALI20161128BHJP

   C23C 16/455 20060101ALI20161128BHJP

   C23C 16/34 20060101ALI20161128BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/318 B

   H01L21/31 B

   C23C16/455

   C23C16/34

【請求項の数】15

【外国語出願】

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2015-21804(P2015-21804)

(22)【出願日】2015年2月6日

(65)【公開番号】特開2015-159282(P2015-159282A)

(43)【公開日】2015年9月3日

【審査請求日】2016年1月7日

(31)【優先権主張番号】14/183,287

(32)【優先日】2014年2月18日

(33)【優先権主張国】US

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】592010081

【氏名又は名称】ラム リサーチ コーポレーション

【氏名又は名称原語表記】ＬＡＭ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ

(74)【代理人】

【識別番号】110000028

【氏名又は名称】特許業務法人明成国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】シャンカー・スワミナタン

(72)【発明者】

【氏名】アナンダ・バナージ

(72)【発明者】

【氏名】ナグラジュ・シャンカー

(72)【発明者】

【氏名】エイドリアン・ラボイエ

【審査官】 正山 旭

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−２２５６５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１３／０６５８０６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１３−１６６９６５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３１８

Ｃ２３Ｃ １６／３４

Ｃ２３Ｃ １６／４５５

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

バイア、コンタクトホール、又はトレンチであるフィーチャを有する半導体基板を反応チャンバ内で処理する方法であって、
（ａ）前記基板の表面に実質的に吸着するのに十分な期間にわたってアルミニウム含有前駆体に前記基板を露出させるステップと、
（ｂ）気相から前記アルミニウム含有前駆体を実質的に全て除去するには不十分な期間にわたって、前記アルミニウム含有前駆体を前記反応チャンバからパージするステップと、
（ｃ）前記基板に実質的にコンフォーマルであり、約１．５Å以上の厚さを有する窒化アルミニウム層を前記基板の前記表面上に形成するために、プラズマ活性反応でなく熱媒介反応を誘発するのに十分な期間にわたって窒素含有前駆体に前記基板を露出させるステップと、
（ｄ）気相の前記窒素含有前駆体を前記反応チャンバからパージするステップと、
（ｅ）ステップ（ａ）〜（ｄ）を繰り返すステップと
を含む方法。

【請求項2】

請求項１に記載の方法であって、
前記窒化アルミニウム層が、少なくとも約８０％のステップカバレッジを有する方法。

【請求項3】

請求項１に記載の方法であって、
前記基板が、約２５０℃〜約４５０℃の間のプロセス温度で処理される方法。

【請求項4】

請求項１に記載の方法であって、
前記基板が、約０．０１Ｔｏｒｒ〜約１０Ｔｏｒｒの間の圧力で処理される方法。

【請求項5】

請求項１に記載の方法であって、
前記アルミニウム含有前駆体がトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）である方法。

【請求項6】

請求項１に記載の方法であって、
前記窒素含有前駆体がアンモニア（ＮＨ₃）である方法。

【請求項7】

請求項１に記載の方法であって、
前記アルミニウム含有前駆体をパージするステップが、窒素（Ｎ₂）を流すステップをさらに含み、前記窒素含有前駆体をパージするステップが、窒素（Ｎ₂）を流すステップをさらに含む方法。

【請求項8】

請求項１に記載の方法であって、
前記アルミニウム含有前駆体が、約２秒にわたってパージされる方法。

【請求項9】

請求項１に記載の方法であって、
前記基板が、約７．５秒〜約３０秒にわたって前記アルミニウム含有前駆体に露出される方法。

【請求項10】

請求項１に記載の方法であって、
前記基板が前記アルミニウム含有前駆体に露出される時間と、前記アルミニウム含有前駆体がパージされる時間との比が、約３．７５：１〜約１５：１の間である方法。

【請求項11】

請求項１に記載の方法であって、
処理が、実質的にマイクロローディングを示さない方法。

【請求項12】

請求項１に記載の方法であって、
ステップ（ａ）〜（ｄ）のサイクル中に堆積された窒化アルミニウムの量が、少なくとも約２Åである方法。

【請求項13】

請求項１に記載の方法であって、
ステップ（ａ）〜（ｄ）のサイクル中に堆積された窒化アルミニウムの量が、少なくとも約５Åである方法。

【請求項14】

請求項１に記載の方法であって、
前記基板の前記フィーチャが、少なくとも約２：１のアスペクト比を有する方法。

【請求項15】

請求項１に記載の方法であって、
前記基板の前記フィーチャが、約１００ｎｍ未満の開口を有する方法。

【発明の詳細な説明】

【背景技術】

【0001】

原子層堆積（ＡＬＤ）プロセスを用いて、半導体デバイス用の様々な薄膜層を堆積することができる。しかし、既存のＡＬＤプロセスは、非常にコンフォーマルな誘電体被膜を堆積するのには適していないことがある。例えば、多くの既存のＡＬＤプロセスは、高いスループット（高速の堆積）と高いコンフォーマル性とを同時に実現することができない。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0002】

本明細書では、コンフォーマルな窒化アルミニウムおよび他の材料、例えば他の金属窒化物や金属酸化物を半導体基板上に堆積する方法が提供される。

【0003】

１つの態様は、フィーチャを有する半導体基板を反応チャンバ内で処理する方法を含む。この方法は、（ａ）基板の表面に実質的に吸着するのに十分な期間にわたってアルミニウム含有前駆体に基板を露出させるステップと、（ｂ）気相からアルミニウム含有前駆体を実質的に全て除去するには不十分な期間にわたって、アルミニウム含有前駆体を反応チャンバからパージするステップと、（ｃ）基板に実質的にコンフォーマルであり、約１．５Å以上の厚さを有する窒化アルミニウム層を基板の表面上に形成するために、熱媒介反応を誘発するのに十分な期間にわたって窒素含有前駆体に基板を露出させるステップと、（ｄ）気相の窒素含有前駆体を反応チャンバからパージするステップと、（ｅ）ステップ（ａ）〜（ｄ）を繰り返すステップとを含む。いくつかの実施形態では、ステップ（ａ）〜（ｄ）のサイクル中に堆積される窒化アルミニウムの量は、少なくとも約２Åである。いくつかの実施形態では、ステップ（ａ）〜（ｄ）のサイクル中に堆積される窒化アルミニウムの量は、少なくとも約５Åである。いくつかの実施形態では、窒化アルミニウム層は、少なくとも約８０％のステップカバレッジを有する。様々な実施形態において、基板は、約２５０℃〜約４５０℃の間のプロセス温度で処理される。基板は、約０．０１Ｔｏｒｒ〜約１０Ｔｏｒｒの間の圧力で処理することができる。

【0004】

多くの実施形態で、アルミニウム含有前駆体は、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）である。多くの実施形態で、窒素含有前駆体は、アンモニア（ＮＨ₃）である。いくつかの実施形態では、窒素（Ｎ₂）が、アルミニウム含有前駆体をパージするために流され、また窒素含有前駆体をパージするために流される。多くの実施形態で、アルミニウム含有前駆体は、約２秒間パージされる。多くの実施形態で、基板は、約７．５秒〜約３０秒にわたってアルミニウム含有前駆体に露出される。様々な実施形態において、基板がアルミニウム含有前駆体に露出される時間と、アルミニウム含有前駆体がパージされる時間との比は、約３．７５：１〜約１５：１の間である。

【0005】

いくつかの実施形態では、基板のフィーチャは、少なくとも約２：１のアスペクト比を有する。いくつかの実施形態では、基板のフィーチャは、約１００ｎｍ未満の開口を有する。様々な実施形態において、処理は、実質的にパターンローディングを示さない。

【0006】

別の態様は、基板表面上に被膜を堆積するための装置であって、基板を保持するためのペデスタルを備える反応チャンバと、真空に結合するための少なくとも１つの出口と、２つ以上の前駆体源に結合された１つまたは複数のプロセスガス入口と、装置内での操作を制御するための制御装置とを含む装置に関する。制御装置は、（ａ）基板の表面に第１の前駆体を実質的に吸着するのに十分な期間にわたって第１の前駆体を反応チャンバ内に導入するため、（ｂ）気相から第１の前駆体を実質的に全て除去するには不十分な期間にわたってチャンバをパージするため、（ｃ）基板に実質的にコンフォーマルであり、約１．５Å以上の厚さを有する層を基板表面上に形成するのに十分な期間にわたって第２の前駆体を反応チャンバに導入するため、（ｄ）気相から第２の前駆体を除去するのに十分な期間にわたってチャンバをパージするため、および（ｅ）（ａ）〜（ｄ）を繰り返すための機械可読命令を備える制御装置とを含む。

【0007】

いくつかの実施形態では、制御装置は、ステップ（ｂ）を行うための時間の約３．７５〜約１５倍の時間にわたってステップ（ａ）を行うための命令を含む。様々な実施形態において、第１の前駆体を導入するための命令は、第１の前駆体のリザーバのヘッドスペースからチャンバに第１の前駆体を引き込むことを含む。いくつかの実施形態では、第１の前駆体を導入するための命令は、ヘッドスペースからの第１の前駆体の引込みよりも下流で、かつ反応チャンバよりも上流で、第１の前駆体を含むキャリアガスを流すことも含む。

【0008】

本発明は、以下の適用例としても実現可能である。
［適用例１６］
基板表面上に被膜を堆積するための装置であって、
前記基板を保持するためのペデスタルを備える反応チャンバと、
真空に結合するための少なくとも１つの出口と、
２つ以上の前駆体源に結合された１つまたは複数のプロセスガス入口と、
装置内での操作を制御するための制御装置であって、
（ａ）前記基板の前記表面に第１の前駆体を実質的に吸着するのに十分な期間にわたって第１の前駆体を前記反応チャンバ内に導入するステップ、
（ｂ）気相から前記第１の前駆体を実質的に全て除去するには不十分な期間にわたって前記チャンバをパージするステップ、
（ｃ）前記基板に実質的にコンフォーマルであり、約１．５Å以上の厚さを有する層を前記基板表面上に形成するのに十分な期間にわたって第２の前駆体を前記反応チャンバに導入するステップ、
（ｄ）気相から前記第２の前駆体を除去するのに十分な期間にわたって前記チャンバをパージするステップ、および
（ｅ）ステップ（ａ）〜（ｄ）を繰り返すステップ
のための機械可読命令を備える制御装置と
を備える装置。
［適用例１７］
適用例１６に記載の装置であって、
前記制御装置が、さらに、ステップ（ｂ）を行うための時間の約３．７５〜約１５倍の時間にわたってステップ（ａ）を行うための命令を含む装置。
［適用例１８］
適用例１６または１７に記載の装置であって、
前記第１の前駆体を導入するステップが、前記第１の前駆体のリザーバの前記ヘッドスペースから前記チャンバに前記第１の前駆体を引き込むステップを含む装置。
［適用例１９］
適用例１８に記載の装置であって、
前記第１の前駆体を導入するステップが、前記ヘッドスペースからの前記第１の前駆体の引込みよりも下流で、かつ前記反応チャンバよりも上流で、前記第１の前駆体を含むキャリアガスを流すステップをさらに含む装置。
これらおよび他の態様を、図面を参照して以下にさらに述べる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】開示する実施形態による窒素アルミニウムを堆積する方法のプロセス流れ図である。

【0010】

【図2】開示する実施形態によるパルスのタイミングシーケンス図である。

【0011】

【図3A】様々な実施形態を実施するためのチャンバの例の概略図である。

【図3B】様々な実施形態を実施するためのチャンバの例の概略図である。

【0012】

【図4】様々な実施形態を実施するための装置の一例の概略図である。

【0013】

【図5】開示する実施形態の実験による、堆積された被膜の画像である。

【図6A】開示する実施形態の実験による、堆積された被膜の画像である。

【図6B】開示する実施形態の実験による、堆積された被膜の画像である。

【図7】開示する実施形態の実験による、堆積された被膜の画像である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下の説明では、提示する実施形態を完全に理解できるように、いくつかの具体的な詳細を述べる。開示する実施形態は、これらの具体的な詳細のいくつかまたは全てを伴わずに実施することができる。なお、よく知られているプロセス操作は、開示する実施形態を不要に曖昧にしないように、詳細には説明していない。開示する実施形態を具体的な実施形態に関連付けて説明するが、開示する実施形態を限定することは意図されていないことを理解されたい。

【0015】

半導体デバイスの製造は、典型的には、集積製造プロセスにおいて非平坦構造の上に１つまたは複数の薄膜を堆積することを含む。集積プロセスのいくつかの側面において、基板トポグラフィに適合する薄膜を堆積することが有用となり得る。例えば、いくつかのフロントエンドプロセスは、コンフォーマルな被膜の堆積を含むことがある。例示的な基板としては、少なくとも約２：１、または少なくとも約４：１、または少なくとも約６：１、または少なくとも約１０：１のアスペクト比を有するフィーチャを有する基板を挙げることができる。フロントエンドプロセスに関するコンフォーマルな被膜の例としては、ハードマスク、エッチストップ、およびカプセル化層が挙げられる。そのような被膜を使用して製造されるフロントエンド構造は、トランジスタ（例えば、ＦｉｎＦＥＴ）および金属含有メモリデバイスを含む。

【0016】

原子層堆積（ＡＬＤ）プロセスは、層毎に被膜を堆積するために、表面媒介堆積反応を使用する。ＡＬＤプロセスの一例では、１群の表面活性部位を含む基板表面が、１回のドージングで第１の前駆体の気相分散に露出される。この第１の前駆体のいくらかの分子が、第１の前駆体の化学吸着種および／または物理吸着分子を含む凝縮相を基板表面の上に生成することができる。次いで、気相の第１の前駆体を除去するためにリアクタが真空化され、それにより、吸着された種のみが残る。次いで、第２の前駆体をリアクタに導入することができ、それにより、これらの分子のいくらかが基板表面に吸着する。次いで、リアクタを再び排気して、結合していない第２の前駆体分子を除去することができる。被膜層を形成するために、熱エネルギーが第１の前駆体と第２の前駆体との間の表面反応を活性化させることができる。いくつかのプロセスでは、第２の前駆体は、吸着された第１の前駆体とすぐに反応する。他の実施形態では、第２の前駆体は、活性化源が一時的に印加された後で初めて反応する。追加のＡＬＤサイクルを使用して、被膜厚さを増すことができる。

【0017】

上述したものなど従来のＡＬＤプロセスは、非常にコンフォーマルな被膜を形成する。被膜のコンフォーマル性は、しばしば、ステップカバレッジによって測定される。ステップカバレッジは、フィーチャの底部、側壁、または上部での堆積された被膜の平均厚さを、フィーチャの底部、側壁、または上部での堆積された被膜の平均厚さと比較することによって計算することができる。例えば、ステップカバレッジは、フィーチャの側壁での堆積された被膜の平均厚さを、フィーチャの上部での堆積された平均厚さで割り、１００を掛けてパーセンテージを得ることによって計算することができる。従来のＡＬＤプロセスは、ほぼ１００％のステップカバレッジを有する被膜を堆積することができる。

【0018】

しかし、従来のＡＬＤプロセスは、堆積された被膜が非常にコンフォーマルであるが、堆積成長速度が低く、例えば、窒化アルミニウムの堆積に関してサイクル当たり約０．７Å〜１．０Åの間であり、またはサイクル当たりに１モノレーヤ未満しか堆積されない。成長速度が低くなると、製造効率が下がり、したがってスループットが低くなる。

【0019】

化学気相成長（ＣＶＤ）および物理気相成長（ＰＶＤ）によって、より高い堆積成長速度が観察される。しかし、これらのプロセスでは、堆積された被膜は、低いコンフォーマル性を有し、ステップカバレッジが約５０％〜約７０％の間である。したがって、既存のプロセスは、高い成長速度と高いコンフォーマル性との両方を有するコンフォーマルな被膜を堆積することができない。

【0020】

本明細書では、高い成長速度で非常にコンフォーマルな薄膜を堆積する方法が提供される。いくつかの方法は、ＣＶＤと同様の反応とＡＬＤ表面反応とを組み合わせた改良型のＡＬＤ法を含む。コンフォーマル性を大きく損なうことなく、ＣＶＤと同様の条件を実現できる。いくつかの方法は、低いパージ対ドージング比を含むことがあり、堆積される被膜の形成は、プラズマ活性反応ではなく、主に熱媒介反応（熱反応）により誘発される。堆積される被膜は、従来のＡＬＤ法の約４〜約７倍の高い成長速度を示すことがあり、これは、スループットを高め、基板を処理するコストを減少させる。また、いくつかの方法は、７０％を大幅に超える、例えば約１００％のステップカバレッジを有する非常にコンフォーマルな堆積された被膜を示す。

【0021】

これらの方法は、コンフォーマルなハードマスク、エッチストップ被膜、カプセル化被膜、あるいはスタックの１つまたは複数の層、例えばゲート、メモリスタック（例えば磁気ＲＡＭスタック）、または他の適切な半導体デバイス構造として使用するのに適した被膜を堆積するために実施することができる。いくつかの場合には、堆積される被膜は、ゲート電極および／またはゲート誘電体を含むゲート構造をカプセル化する。いくつかの実施形態では、堆積される被膜は、磁気メモリスタックをカプセル化する。開示する方法は、バイアやコンタクトホールなどの「フィーチャ」を有する基板上で実施することができ、フィーチャは、狭い開口および／または凹角の開口、フィーチャ内部の狭窄、および高いアスペクト比の１つまたは複数によって特徴付けられることがある。フィーチャの一例は、半導体基板または基板上の層にあるホールまたはバイアである。別の例は、基板または層のトレンチである。基板は、シリコンウェハ、例えば、２００ｍｍウェハ、３００ｍｍウェハ、または４５０ｍｍウェハでよく、誘電体材料、導体材料、または半導体材料などの材料の１つまたは複数の層が上に堆積されたウェハを含む。フィーチャは、これらの層の１つまたは複数に形成することができる。いくつかの実施形態では、フィーチャは、少なくとも約２：１、少なくとも約４：１、少なくとも約６：１、少なくとも約１０：１、またはそれよりも大きいアスペクト比を有することがある。また、フィーチャは、約１０ｎｍ〜５００ｎｍの間、例えば約２５ｎｍ〜約３００ｎｍの間の開口（例えば開口直径またはライン幅）に近い寸法を有することもある。開示する方法は、約１５０ｎｍ未満の開口を有するフィーチャを有する基板上で実施することができる。フィーチャであるバイアまたはトレンチは、未充填フィーチャまたはフィーチャと呼ばれることもある。

【0022】

フィーチャは、フィーチャの底部、閉じた端部、または内部からフィーチャ開口に狭まる凹角のプロファイルを有することができる。様々な実施形態において、フィーチャは、バリア層や接着層などの下層を有することができる。下層の非限定的な例としては、誘電体層および導電層、例えば酸化ケイ素、窒化ケイ素、炭化ケイ素、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、および金属の層が挙げられる。特定の実施形態では、下層は、窒化チタン（ＴｉＮ）、チタン金属（Ｔｉ）、窒化タングステン（ＷＮ）、チタンアルミナイド（ＴｉＡｌ）、または酸化チタン（ＴｉＯ_x）でよい。様々な実施形態において、下層は、酸化物、窒化物、または酸窒化物などの誘電体層でよい。誘電体層の例としては、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素などが挙げられる。

【0023】

多くの実施形態で、開示される方法は、約２５０℃〜約４５０℃、または約３５０℃〜約４００℃の間の温度で実施することができる。一般に、堆積温度が高いほど、堆積速度も高い。様々な実施形態において、方法は、約０．０１Ｔｏｒｒ〜約１０Ｔｏｒｒの間の圧力、または約０．１Ｔｏｒｒ〜約１Ｔｏｒｒの間の圧力で実施することができる。圧力が高いほど、堆積空間内により多量の反応物が存在し、それにより堆積速度を高めることができる。説明する方法は、主に熱反応プロセスによって誘発される。以下の例では、１８０Ｌチャンバに関して流量を提示する。いくつかの場合には、リアクタ構成に応じて、様々な体積に対応するように流量をスケール調整することができる。

【0024】

図１は、特定の実施形態によるコンフォーマルな薄膜を堆積する方法のプロセス流れ図である。提示する以下の化学物質は、開示する実施形態を例示するための一例にすぎないことに留意されたい。処理すべき基板は、堆積チャンバまたは堆積ステーション内にあることがある。操作１０１で、基板が第１の前駆体に露出される。第１の前駆体は、例えば、有機アルミニウム化合物などアルミニウム含有前駆体である。いくつかの実施形態では、アルミニウム含有前駆体は、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）や水素化ジメチルアルミニウムなどアルキルアルミニウム化合物である。いくつかの実施形態では、アルミニウム含有前駆体は、酢酸アルミニウム、アルコキシド、またはハロゲン化アルミニウムである。多くの実施形態で、露出時間または期間は、実質的に完全な飽和層または吸着層を基板の表面上に形成するのに十分なものである。特定の実施形態では、このドージングのための露出時間は、約５秒〜約６０秒の間、例えば約７．５秒〜約３０秒の間でよい。特定の実施形態では、ＴＭＡの流量は、約１０ｓｃｃｍ〜約３５０ｓｃｃｍの間の範囲内でよい。基板を反応物（例えばアルミニウム含有前駆体）と接触させるプロセスは、時として「ドージング」と呼ばれる。

【0025】

いくつかの実施形態では、操作１０１は、基板が位置される堆積チャンバに接続されたラインを通してＴＭＡ源（ＴＭＡのリザーバであることがある）のヘッドスペースからＴＭＡを直接引き出すことによって行うことができる。

【0026】

いくつかの実施形態では、操作１０１は、ＴＭＡ源の下流で導入されるキャリアガスを使用して、ヘッドスペースからシャワーヘッドを通してチャンバ内にＴＭＡを入れることによって行うことができる。キャリアガスは、ＴＭＡ源の下流で、かつチャンバまたはシャワーヘッドの上流で導入することもできる。多くの実施形態で、キャリアガスは不活性ガスである。いくつかの実施形態では、キャリアガスは、窒素（Ｎ₂）、アルゴン（Ａｒ）、水素（Ｈ₂）、またはヘリウム（Ｈｅ）でよい。いくつかの実施形態では、キャリアガスの流量は、約５０ｓｃｃｍ〜約１０００ｓｃｃｍの間でよい。ＴＭＡに基板を露出させるためにキャリアガスが使用されるとき、ＴＭＡの全体的な流量をより高くすることができ、例えば、約１５０ｓｃｃｍ〜約９５０ｓｃｃｍの間のキャリアガス流量に関して、純粋なＴＭＡ蒸気の流量を約１０ｓｃｃｍ〜約２００ｓｃｃｍにすることができる。いくつかの実施形態では、ＴＭＡの全体的な流量をより低くすることもできる。

【0027】

操作１０３で、気相でのアルミニウム含有前駆体を完全にパージするには不十分な期間にわたってチャンバまたはステーションがパージされる。多くの実施形態では、チャンバまたはステーションは、例えば窒素（Ｎ₂）などパージガスを流すことによってパージされる。特定の実施形態では、パージガスの流量は、約１５ｓｃｃｍ〜約５００ｓｃｃｍの間である。パージガスは、第１の前駆体の流れが停止された後に導入される。パージ時間またはパージ期間は、気相でのアルミニウム含有前駆体を完全にパージするには不十分なことがあり、それにより、操作１０１からの表面吸着と、基板の表面上にない、または基板に緩く付着した、反応空間内の気相での残留アルミニウム含有前駆体との両方が存在する。多くの実施形態では、例えば操作１０２と操作１０１の時間の比など、パージ時間とドージング時間の比は、約３：１〜約２０：１の間、例えば約３．７５：１〜約１５：１の間でよい。いくつかの実施形態では、パージ時間は、約５秒未満、例えば約０．１秒〜約５秒の間、または約２秒である。いくつかの実施形態では、操作１０３でのパージは、反応チャンバを排気することによって達成することができる。

【0028】

操作１０５で、基板の表面上での熱反応によって例えば窒化アルミニウムの層を形成するのに十分な期間にわたって、第２の前駆体、すなわち一例として窒素含有前駆体に基板が露出される。特定の実施形態では、窒素含有前駆体は、アンモニア（ＮＨ₃）である。多くの実施形態では、約１秒〜約６０秒の間の時間にわたって、または約２．５秒、または約３０秒にわたって窒素含有前駆体に基板が露出される。様々な実施形態において、得られる窒化アルミニウム層は、約１．５Å以上、典型的には３Å／サイクルよりも大きい厚さを有する。いくつかの実施形態では、窒素含有前駆体の流量は、約０．１ｓｌｍ〜約２０ｓｌｍの間（例えば約１ｓｌｍ〜約１０ｓｌｍの間）でよい。いくつかの実施形態では、窒素含有前駆体への露出中にキャリアガスを使用することができる。適切なキャリアガスの一例は窒素（Ｎ₂）であり、窒素がキャリアガスとして使用され、窒素含有前駆体と共に流される場合、窒素を約５００ｓｃｃｍ〜１０ｓｌｍの間の流量で流すことができる。

【0029】

操作１０５で、一次反応は、表面上でのＡＬＤ反応であり、したがって表面拡散反応が生じて、コンフォーマルな窒化アルミニウム層を形成する。特定の理論には束縛されないが、それと同時に、操作１０３でのパージ後に気相に残る残留アルミニウム含有前駆体と、反応空間に入る窒素含有前駆体との間で生じるＣＶＤと同様の反応によって、気相での反応または気相核生成が生じる。これは、コンフォーマルな薄膜の成長速度の増加に寄与することがある。（ＡＬＤに関連付けられる）表面拡散反応の強い寄与が、コンフォーマル性を保つことを保証する。

【0030】

操作１０７で、窒素含有前駆体がパージされる。多くの実施形態で、パージは、例えば窒素（Ｎ₂）などのパージガスを流すことを含む。いくつかの実施形態では、パージガスは、約０ｓｃｃｍ〜約１００００ｓｃｃｍの間の流量で約５秒〜約１０秒の間、または約６秒流される。このパージは、反応空間、またはステーション、またはチャンバから、気相に残っている窒素含有前駆体を実質的に全て除去するのに十分なものにすることができる。

【0031】

操作１０９で、ワークフローは、被膜が適切な厚さまで堆積されているかどうか判断し、そうである場合には、被膜を堆積する方法が完了する。被膜が適切な厚さにまだ堆積されていない場合、被膜が適切な厚さに堆積されるまで操作１０１〜１０７が繰り返される。

【0032】

「サイクル」の概念は、本明細書における様々な実施形態の論述に重要である。一般に、１サイクルは、表面堆積反応を１回行うのに必要とされる最小の操作の組である。１回のサイクルにより、基板表面上に少なくとも部分的な被膜層が生成される。典型的には、１サイクルは、各反応物を基板表面に送給して吸着させ、次いでそれらの吸着された反応物を反応させて、被膜の部分層を形成するのに必要なステップのみを含む。当然、１サイクルは、反応物または副生成物の１つを除去するステップ、および／または堆積された部分被膜を処理するステップなど、何らかの補助ステップを含むこともある。一般に、１サイクルは、１回の特有の操作シーケンスを含む。一例として、１サイクルは、以下の操作を含むことがある。（ｉ）反応物Ａの送給／吸着、（ｉｉ）反応チャンバからの反応物Ａの一部の除去、（ｉｉｉ）表面上に部分被膜層を形成するために反応物Ａと反応物Ｂの反応を誘発するのに十分な条件下での反応物Ｂの送給／吸着、および（ｉｖ）反応チャンバからの反応物Ｂの除去。

【0033】

図１に示される方法を行う２つの堆積サイクルが、図２でのタイミングシーケンス２００に示されている。このシーケンスでは、２１０Ａおよび２１０Ｂで示されるような堆積サイクルは、第１の前駆体の露出、パージ、第２の前駆体の露出、および再度のパージを含む。図示されるように、露出およびパージの段階は、タイミング図で左から右に進み、ガスが流されるか否かがシーケンスでのラインによって示される。

【0034】

一例として、窒素（Ｎ₂）は、それぞれ図１での操作１０３および１０７の実施に対応する堆積サイクル２１０Ａでのパージ段階２４０Ａおよび２８０Ａ中に流される。また、窒素は、図１での操作１０３および１０７の繰返しにそれぞれ対応する堆積サイクル２１０Ｂでのパージ段階２４０Ｂおよび２８０Ｂ中にも流される。一例として、図１での操作１０１の実施に対応する堆積サイクル２１０Ａでの第１の前駆体またはＴＭＡ露出段階２２０Ａ中に流されるガスとして、ＴＭＡが示される。ＴＭＡは、図１での操作１０１の繰返しに対応する堆積サイクル２１０ＢでのＴＭＡ露出段階２２０Ｂ中にも流される。図２に示されるように、ＴＭＡと共に窒素または他のキャリアガスを流すことができる。一例として、図１での操作１０５の実施に対応する堆積サイクル２１０Ａでの第２の前駆体またはアンモニア露出段階２６０Ａ中に流されるガスとして、アンモニアが示される。アンモニアは、図１での操作１０５の繰返しに対応する堆積サイクル２１０Ｂでのアンモニア露出段階２６０Ｂ中にも流される。ここで、第１の堆積サイクル２１０Ａの後、図１での操作１０９に対する応答は、被膜が適切な厚さに堆積されていないというものであり、したがって第２の堆積サイクル２１０Ｂで操作１０１〜１０７が繰り返されることに留意されたい。

【0035】

例えば、「レシピ」または単一の堆積サイクルシーケンスは、約７．５秒〜約３０秒の間にわたって、約１５ｓｃｃｍ〜５００ｓｃｃｍの間で流されるキャリアガスとしてのＮ₂を伴う約１０ｓｃｃｍ〜３５０ｓｃｃｍの間の流量でのＴＭＡに露出させることから始まることがある。次に、ＴＭＡの流れをオフに切り替えることができ、窒素は、約０ｓｃｃｍ〜約１００００ｓｃｃｍの間の流量で約２秒間、パージガスとして流れ続けることができる。次いで、約３０秒間、約５００ｓｃｃｍ〜１０ｓｌｍの間で流されるキャリアガスとしての窒素を伴う約１ｓｌｍ〜１０ｓｌｍの間の流量でのアンモニアへの露出のために、アンモニア（ＮＨ₃）の流れをオンに切り替えることができる。次いで、アンモニアは、吸着された気相のＴＭＡと反応して、窒化アンモニウム被膜を形成することができる。次に、アンモニアの流れをオフに切り替えることができ、窒素は、約０ｓｃｃｍ〜約１００００ｓｃｃｍの間の流量で約６秒間、パージガスとして流れ続けることができる。この例示的な堆積サイクルは、約３５０℃〜約４００℃の間の温度で約０．１Ｔｏｒｒの圧力で実施することができる。一例として本明細書で与えたような堆積サイクルを、被膜の所望の厚さが堆積されるまで繰り返すことができる。例えば、窒化アルミニウム被膜は、サイクル当たり約２．５Å〜約８Åの間の堆積速度で堆積することができる。得られる窒化アルミニウム被膜は、少なくとも約９０％または約１００％のステップカバレッジを有することがあり、実施される堆積サイクルの数に応じることがある。

【0036】

本明細書で開示する方法によって堆積される被膜は、サイクル当たり約１．５Å〜約１０Å、またはサイクル当たり２Å〜約５Åの堆積速度または成長速度をもたらすことができる。多くの実施形態で、堆積される被膜は、非常にコンフォーマルであり、少なくとも約８０％、または少なくとも約９０％、または少なくとも約９９％、または約１００％のステップカバレッジを示す。これらのレベルのコンフォーマル性および堆積速度は、高いアスペクト比（例えば約１：２以上または約１：６以上）および小さいサイズ（例えば約１００ｎｍ以下または約６０ｎｍ以下の開口）を有するフィーチャで得られる。多くの実施形態では、本明細書で開示される方法によって堆積される被膜は、パターンローディングをほとんどまたは全くもたらさない。パターンローディングまたは「マイクロローディング」は、同じ堆積条件において、同じウェハ上でも異なるアスペクト比および異なる領域構造密度によって被膜の堆積の仕方が異なる傾向と定義される。

【0037】

いくつかの実施形態では、プラズマを使用することができる。プラズマが使用される実施形態では、方法は、（１）基板の表面上に吸着するのに十分な期間にわたって金属含有前駆体（例えばアルミニウム含有前駆体）に基板を露出させるステップと、（２）気相での金属含有前駆体を実質的に全て除去するには不十分な期間にわたって金属含有前駆体をパージするステップと、（３）基板上に金属窒化物または金属酸化物被膜を形成するために、窒素または酸素含有前駆体に基板を露出させると共にプラズマを開始するステップと、（４）窒素含有前駆体を気相からパージするステップと、（５）ステップ（１）〜（４）を繰り返すステップとを含むことができる。特定の実施形態では、金属含有前駆体は、ＴＭＡである。いくつかの実施形態では、パージは、例えば窒素などパージガスを流すことによって行われる。特定の実施形態では、窒素含有前駆体は、アンモニアである。多くの実施形態で、プラズマの高周波（ＲＦ）出力は、約１３．５６ＭＨｚ〜約４０ＭＨｚの間でよい。３００ｍｍウェハに関して、ＲＦ出力は、ステーション当たり約０ｋＷ〜約２．５ｋＷの範囲内でよい。多くの実施形態で、プラズマは、基板の上で約０ワット／ｃｍ²〜約３．５４ワット／ｃｍ²の間のＲＦ出力密度を有する。コンフォーマル被膜堆積（ＣＦＤ）プロセスでプラズマを使用する例は、２０１１年４月１１日出願の米国特許出願第１３／０８４，３９９号および２０１１年９月１日出願の米国特許出願第１３／２２４，２４０号に記載されており、これらの特許文献の全体を参照により本明細書に組み込む。

【0038】

図１に示される方法は、他の化学物質を使用して実施することもできる。操作１０１での第１の前駆体の例としては、金属含有化合物、例えばアルミニウム含有前駆体、例えばアルキルアルミニウム化合物、例えばトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）や水素化ジメチルアルミニウムを含む。いくつかの実施形態では、アルミニウム含有前駆体は、酢酸アルミニウム、アルコキシド、またはハロゲン化アルミニウムである。一般に、金属含有前駆体は、アルキル金属化合物などの有機金属化合物、および堆積条件下で高い蒸気圧を有する金属ハロゲン化物を含む。そのような化合物は、蒸気状態で存在し、容易に基板に送給されて基板に吸着する。本明細書で述べるいくつかの方法は、様々な金属系のための半反応物として、有機金属またはハロゲン化物前駆体、およびアンモニア／水（ＮＨ₃／Ｈ₂Ｏ）またはオゾン（Ｏ₃）を含む熱ＡＬＤに適していることがある。金属系の例としては、チタン（Ｔｉ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、マンガン（Ｍｎ）、タングステン（Ｗ）、およびタンタル（Ｔａ）が挙げられる。操作１０３〜１０７で使用されるパージガスの例としては、窒素（Ｎ₂）、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）、水素（Ｈ₂）、酸素（Ｏ₂）などが挙げられる。操作１０５での第２の前駆体の例としては、窒素含有前駆体、例えばアンモニア（ＮＨ₃）またはｔｅｒｔ−ブチルアミン（ＴＢＡ）が挙げられる。第２の前駆体の他の例としては、酸素含有前駆体、例えばオゾン（Ｏ₃）、水蒸気（Ｈ₂）、メタノール（ＣＨ₄Ｏ）、エタノール（Ｃ₂Ｈ₆Ｏ）、過酸化物などが挙げられる。前駆体ガスと共に流すことができるキャリアガスの例としては、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）、および窒素（Ｎ₂）が挙げられる。

【0039】

装置
図３Ａは、低圧環境を維持するためのプロセスチャンバ本体３０２を有する原子層堆積（ＡＬＤ）プロセスステーション３００の一実施形態の概略図を示す。複数のＡＬＤプロセスステーション３００が、共通の低圧プロセスツール環境内に含まれることがある。例えば、図４は、マルチステーション処理ツール４００の一実施形態を示す。いくつかの実施形態では、以下に詳細に論じるものを含めたＡＬＤプロセスステーション３００の１つまたは複数のハードウェアパラメータを、１つまたは複数のコンピュータ制御装置３５０によってプログラム可能に調節することができる。

【0040】

ＡＬＤプロセスステーション３００は、プロセスガスを分散シャワーヘッド３０６に送給するための反応物送給システム３０１ａと流体連絡する。反応物送給システム３０１ａは、シャワーヘッド３０６に送給するためにプロセスガスをブレンドおよび／または調整するための混合容器３０４を含む。１つまたは複数の混合容器入口弁３２０が、混合容器３０４へのプロセスガスの導入を制御することができる。

【0041】

図３Ｂは、シャワーヘッド３０６に反応物を送給するための代替の反応物送給システム３０１ｂの概略図を示す。トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）などいくつかの反応物は、気化およびその後のプロセスチャンバ本体３０２への送給の前に、液体状態で貯蔵することができる。図３Ｂで、リザーバ３７０に含まれるプロセス液体の蒸気は、ヘッドスペース３７２から制限器３６２に引き込むことができ、制限器３６２は、反応物をキャリアガスと共にプロセスチャンバ本体３０２に送給することができる。リザーバは、ゲージ３６５を含むことがある。いくつかの実施形態では、キャリアガスは、プロセス液体リザーバ３７０の上流で導入することができ、それにより、キャリアガスは、最初にヘッドスペース３７２から引き込まれたリザーバ３７０内のプロセス液体の蒸気を、管路を通して制限器３６２に、次いでチャンバ本体３０２に押す。多くの実施形態では、まずキャリアガスがマスフローコントローラ３６０を通って流れ、その後、ヘッドスペース３７２から制限器３６２に蒸気を搬送することができる。蒸気を押すためにキャリアガスが使用されるこれらの実施形態では、チャンバ３０２内への蒸気の流量は、キャリアガスが使用されない実施形態よりも高いことがあり、蒸気は、ヘッドスペース３７２から混合容器３０４およびチャンバ本体３０２に直接引き込まれる。

【0042】

一例として、図３Ａの実施形態は、混合容器３０４に供給すべき液体反応物を気化するための気化点３０３を含む。いくつかの実施形態では、気化点３０３は、加熱気化器でよい。そのような気化器から生成される飽和反応物蒸気は、下流の送給配管内で凝縮することがある。凝縮された反応物への不適合なガスの露出により、小さな粒子が生じることがある。これらの小さな粒子は、配管に詰まったり、弁操作を妨げたり、基板を汚染したりすることがある。これらの問題に対処するためのいくつかの手法は、残留反応物を除去するために送給配管をパージおよび／または排気することを含む。しかし、送給配管のパージは、プロセスステーションサイクル時間を増加し、プロセスステーションスループットを低下させることがある。したがって、いくつかの実施形態では、気化点３０３の下流の送給配管は、ヒートトレースされることがある。いくつかの例では、混合容器３０４もヒートトレースされることがある。１つの非限定の例では、気化点３０３よりも下流の配管は、混合容器３０４で約１００℃から約１５０℃に及ぶ増加する温度プロファイルを有する。

【0043】

いくつかの実施形態では、液体前駆体または液体反応物は、液体インジェクタで気化されることがある。例えば、液体インジェクタは、混合容器の上流で液体反応物のパルスをキャリアガスストリームに注入することができる。一実施形態では、液体インジェクタは、より高い圧力からより低い圧力に液体をフラッシュすることによって反応物を気化させることができる。別の例では、液体インジェクタは、液体を霧化して、分散された微小滴にすることができ、これらの微小滴が、その後、加熱された送給パイプ内で気化される。より小さな小滴は、より大きな小滴よりも速く気化することができ、液体注入と完全な気化との間の遅延を減少する。より高速の気化は、気化点３０３よりも下流の配管の長さを減少させることができる。１つのシナリオでは、液体インジェクタは、混合容器３０４に直接取り付けることができる。別のシナリオでは、液体インジェクタは、シャワーヘッド３０６に直接取り付けることができる。

【0044】

いくつかの実施形態では、気化およびプロセスステーション３００への送給のために液体の質量流量を制御するために、気化点３０３の上流に液体流量制御装置（ＬＦＣ）が提供されることがある。例えば、ＬＦＣは、ＬＦＣの下流に位置されたサーマルマスフローメータ（ＭＦＭ）を含むことがある。次いで、ＬＦＣのプランジャ弁を、ＭＦＭとの電気的に連絡する比例積分微分（ＰＩＤ）制御装置によって提供されるフィードバック制御信号に応答して調節することができる。しかし、フィードバック制御を使用して液体の流れを安定させるには、１秒以上かかることがある。これは、液体反応物をドージングするための時間を延ばすことがある。したがって、いくつかの実施形態では、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ることができる。いくつかの実施形態では、これは、ＬＦＣおよびＰＩＤ制御装置のセンスチューブを使用不可にすることによって行うことができる。

【0045】

シャワーへッド３０６は、基板３１２に向けてプロセスガスを分散させる。図３Ａに示される実施形態では、基板３１２は、シャワーヘッド３０６の下に位置され、ペデスタル３０８の上に位置した状態で図示されている。シャワーヘッド３０６は、任意の適切な形状を有することができ、プロセスガスを基板３１２に分散させるための任意の適切な数および構成のポートを有することができる。

【0046】

いくつかの実施形態では、微小体積３０７が、シャワーヘッド３０６の下に位置される。開示する実施形態をプロセスステーションの体積全体ではなく微小体積内で実施することで、反応物露出およびパージ時間を短縮することができ、プロセス条件（例えば圧力や温度など）を変更するための時間を短縮することができ、またプロセスガスへのプロセスステーションロボットの露出を制限することができる。例示的な微小体積サイズは、限定はしないが、０．１リットル〜２リットルの間の体積を含む。これはまた、生産性スループットに影響を及ぼす。いくつかの実施形態では、開示する実施形態は、微小体積内で行われない。

【0047】

いくつかの実施形態では、ペデスタル３０８は、微小体積３０７に基板３１２を露出させるため、および／または微小体積３０７の体積を変えるために上昇または下降させることができる。例えば、基板移送段階で、ペデスタル３０８を上昇させて、基板３１２を微小体積３０７内部に位置決めすることができる。いくつかの実施形態では、微小体積３０７は、基板３１２、およびペデスタル３０８の一部を完全に取り囲み、高フローインピーダンスの領域を形成することができる。

【0048】

任意選択で、ペデスタル３０８は、微小体積３０７の内部のプロセス圧力や反応物濃度などを調整するために、プロセスのいくつかの段階において下降および／または上昇させることができる。プロセス中にプロセスチャンバ本体３０２がベース圧で保たれる１つのシナリオでは、ペデスタル３０８を下降させることで、微小体積３０７を排気することができる。微小体積とプロセスチャンバ体積との例示的な比は、限定はしないが、１：５００〜１：１０の間の体積比を含む。いくつかの実施形態では、ペデスタルの高さは、適切なコンピュータ制御装置３５０によってプログラム可能に調節することができることを理解されたい。

【0049】

別のシナリオでは、ペデスタル３０８の高さの調節により、プロセス中に含まれるプラズマ活性化および／または処理サイクル中にプラズマ密度を変えることが可能になり得る。プロセス段階が終了すると、ペデスタル３０８は、ペデスタル３０８からの基板３１２の取外しを可能にするために、さらなる基板移送段階中に下降させることができる。

【0050】

本明細書で述べる例示的な微小体積変形形態は高さ調節可能なペデスタルに言及するが、いくつかの実施形態では、微小体積３０７の体積を変えるためにシャワーヘッド３０６の位置をペデスタル３０８に対して調節することができることを理解されたい。さらに、ペデスタル３０８および／またはシャワーヘッド３０６の垂直位置は、本開示の範囲内で任意の適切なメカニズムによって変えることができることを理解されたい。いくつかの実施形態では、ぺデスタル３０８は、基板３１２の向きを回転させるための回転軸を含むことができる。いくつかの実施形態では、これらの例示的な調節の１つまたは複数は、１つまたは複数の適切なコンピュータ制御装置３５０によってプログラム可能に実施することができることを理解されたい。

【0051】

上述したようにプラズマを使用することができるいくつかの実施形態では、シャワーヘッド３０６およびペデスタル３０８は、プラズマに電力供給するために、高周波（ＲＦ）電源３１４および整合ネットワーク３１６と電気的に連絡する。いくつかの実施形態では、プロセスステーション圧力、ガス濃度、ＲＦ源出力、ＲＦ源周波数、およびプラズマ出力パルスタイミングの１つまたは複数を制御することによってプラズマエネルギーを制御することができる。例えば、望まれるラジカル種組成を有するプラズマを生成するために、ＲＦ電源３１４および整合ネットワーク３１６を任意の適切な出力で動作させることができる。適切な出力の例は上述した。同様に、ＲＦ電源３１４は、任意の適切な周波数のＲＦ出力を提供することができる。いくつかの実施形態では、ＲＦ電源３１４は、高周波ＲＦ電源と低周波ＲＦ電源を互いに独立して制御するように構成することができる。例示的な低周波ＲＦ周波数は、限定はしないが、５０ｋＨｚ〜５００ｋＨｚの間の周波数を含むことがある。例示的な高周波ＲＦ周波数は、限定はしないが、１．８ＭＨｚ〜２．４５ＧＨｚの間の周波数を含むことがある。表面反応のためのプラズマエネルギーを提供するために、任意の適切なパラメータを離散的または連続的に調整することができることを理解されたい。１つの非限定的な例では、プラズマ出力は、断続的にパルスされることがあり、連続的に電力供給されるプラズマに比べて基板表面とのイオン衝突を減少する。

【0052】

いくつかの実施形態では、プラズマは、１つまたは複数のプラズマモニタによってインサイチュで監視することができる。１つのシナリオでは、プラズマ出力は、１つまたは複数の電圧電流センサ（例えばＶＩプローブ）によって監視することができる。別のシナリオでは、プラズマ密度および／またはプロセスガス濃度は、１つまたは複数の発光分光分析センサ（ＯＥＳ）によって測定することができる。いくつかの実施形態では、そのようなインサイチュプラズマモニタからの測定値に基づいて、１つまたは複数のプラズマパラメータをプログラム可能に調節することができる。例えば、ＯＥＳセンサは、プラズマ出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で使用することができる。いくつかの実施形態では、他のモニタを使用して、プラズマおよび他のプロセス特性を監視することができることを理解されたい。そのようなモニタとしては、限定はしないが、赤外線（ＩＲ）モニタ、音響モニタ、および圧力変換器を挙げることができる。

【0053】

いくつかの実施形態では、制御装置３５０のための命令は、入出力制御（ＩＯＣ）シーケンス命令を介して制御することができる。一例では、プロセス段階のための条件を設定するための命令は、プロセスレシピの対応するレシピ段階に含まれることがある。いくつかの場合には、プロセスレシピ段階は、順次に構成されることがあり、それにより、プロセス段階に関する全ての命令が、そのプロセス段階と同時に実行される。いくつかの実施形態では、１つまたは複数のリアクタパラメータを設定するための命令が、レシピ段階に含まれることがある。例えば、第１のレシピ段階は、不活性ガスおよび／または反応物ガス（例えばＴＭＡなど第１の前駆体）の流量を設定するための命令、キャリアガス（窒素など）の流量を設定するための命令、および第１のレシピ段階に関する時間遅延命令を含むことがある。後続の第２のレシピ段階は、不活性ガスおよび／または反応物ガスの流量を調整または停止するための命令、キャリアガスまたはパージガスの流量を調整するための命令、および第２のレシピ段階に関する時間遅延命令を含むことがある。第３のレシピ段階は、不活性ガスおよび／または反応物ガスの流量を設定するための命令（これは、第１のレシピ段階で使用されるガス（例えばアンモニアなど第２の前駆体）と同じでも、異なっていてもよい）、キャリアガスの流量を調整するための命令、および第３のレシピ段階に関する時間遅延命令を含むことがある。第４のレシピ段階は、不活性ガスおよび／または反応物ガスの流量を調整または停止するための命令、キャリアガスまたはパージガスの流量を調整するための命令、および第４のレシピ段階に関する時間遅延命令を含むことがある。これらのレシピ段階は、本開示の範囲内で任意の適切な様式でさらに細分化および／または反復することができることを理解されたい。

【0054】

いくつかの実施形態では、ペデスタル３０８は、ヒータ３１０によって温度制御されることがある。さらに、いくつかの実施形態では、プロセスステーション３００のための圧力制御は、バタフライバルブ３１８によって提供されることがある。図３の実施形態で示されるように、バタフライバルブ３１８は、下流にある真空ポンプ（図示せず）によって提供される真空をスロットル調整する。しかし、いくつかの実施形態では、プロセスステーション３００の圧力制御は、プロセスステーション３００に導入される１つまたは複数のガスの流量を変えることによって調節することもできる。

【0055】

上述したように、１つまたは複数のプロセスステーションがマルチステーション処理ツールに含まれることがある。図４は、投入ロードロック４０２と排出ロードロック４０４を備えるマルチステーション処理ツール４００の一実施形態の概略図を示し、それらのロードロックの一方または両方が、遠隔プラズマ源を備えることができる。ロボット４０６は、大気圧で、ポッド４０８を通して装填されたカセットから大気圧ポート４１０を通して投入ロードロック４０２内にウェハを移動させるように構成される。ロボット４０６によって投入ロードロック４０２内でペデスタル４１２上にウェハが配置され、大気圧ポート４１０が閉じられ、ロードロックがポンプダウンされる。投入ロードロック４０２が遠隔プラズマ源を備える場合、ウェハは、処理チャンバ４１４内に導入される前に、ロードロック内で遠隔プラズマ処理を施されることがある。さらに、例えば水分および吸着されたガスを除去するために、ウェハが投入ロードロック４０２内で加熱されることもある。次に、処理チャンバ４１４へのチャンバ輸送ポート４１６が開かれ、別のロボット（図示せず）が、処理のためにリアクタ内に図示されている第１のステーションのペデスタル上でウェハをリアクタ内に配置する。図４に示される実施形態はロードロックを含むが、いくつかの実施形態では、プロセスステーション内へのウェハの直接の進入を可能にすることができることを理解されたい。

【0056】

図示される処理チャンバ４１４は、図４に示される実施形態では番号１〜４を付された４つのプロセスステーションを備える。各ステーションは、加熱されるぺデスタル（ステーション１に関して参照番号４１８で示される）と、ガスライン入口とを有する。いくつかの実施形態では、各プロセスステーションが、異なるまたは複数の目的を有することがあることを理解されたい。例えば、いくつかの実施形態では、プロセスステーションは、ＡＬＤモードとプラズマＡＬＤプロセスモードとの間で切替え可能でよい。追加としてまたは代替として、いくつかの実施形態では、処理チャンバ４１４は、ＡＬＤプロセスステーションとプラズマＡＬＤプロセスステーションの１つまたは複数の適合された対を含むことができる。図示される処理チャンバ４１４は４つのステーションを備えるが、本開示による処理チャンバが任意の適切な数のステーションを有することができることを理解されたい。例えば、いくつかの実施形態では、処理チャンバは、５つ以上のステーションを有することがあり、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することがある。

【0057】

図４は、処理チャンバ４１４内部でウェハを移送するためのウェハ取扱いシステム４９０の一実施形態を示す。いくつかの実施形態では、ウェハ取扱いシステム４９０は、様々なプロセスステーション間、および／またはプロセスステーションとロードロックとの間でウェハを移送することができる。任意の適切なウェハ取扱いシステムを採用することができることを理解されたい。非限定的な例としては、ウェハカルーセルおよびウェハ取扱いロボットが挙げられる。また、図４は、プロセスツール４００のプロセス条件およびハードウェア状態を制御するために採用されるシステム制御装置４５０の一実施形態を示す。システム制御装置４５０は、１つまたは複数のメモリデバイス４５６と、１つまたは複数のマスストレージデバイス４５４と、１つまたは複数の処理装置４５２とを含むことがある。処理装置４５２は、ＣＰＵまたはコンピュータ、アナログおよび／またはデジタル入出力接続、ステッパモータ制御装置ボードなどを含むことがある。

【0058】

いくつかの実施形態では、システム制御装置４５０は、プロセスツール４００の全ての活動を制御する。システム制御装置４５０は、マスストレージデバイス４５４に記憶され、メモリデバイス４５６にロードされ、処理装置４５２で実行されるシステム制御ソフトウェア４５８を実行する。代替として、制御論理は、制御装置４５０にハードコード化されることがある。特定用途向け集積回路、プログラマブル論理デバイス（例えば、フィールドプログラマブルゲートアレイ、またはＦＰＧＡ）などを、これらの目的に使用することもできる。以下の論述では、「ソフトウェア」または「コード」が使用される場合には常に、機能的に同等のハードコード化された論理を代わりに使用することもできる。システム制御ソフトウェア４５８は、タイミング、ガスの混合、亜飽和ガス流量、チャンバおよび／またはステーション圧力、チャンバおよび／またはステーション温度、ウェハ温度、ターゲット出力レベル、ＲＦ出力レベル、基板ペデスタル、チャックおよび／またはサセプタ位置、およびプロセスツール４００によって実施される特定のプロセスの他のパラメータを制御するための命令を含むことがある。システム制御ソフトウェア４５８は、任意の適切な様式で構成されることがある。例えば、様々なプロセスツールプロセスを実施するのに必要なプロセスツール構成要素の動作を制御するために、様々なプロセスツール構成要素サブルーチンまたは制御オブジェクトが書かれることがある。システム制御ソフトウェア４５８は、任意の適切なコンピュータ可読プログラミング言語でコード化されることがある。

【0059】

いくつかの実施形態では、システム制御ソフトウェア４５８は、上述した様々なパラメータを制御するための入出力制御（ＩＯＣ）シーケンス命令を含むことがある。いくつかの実施形態では、システム制御装置４５０に関連付けられるマスストレージデバイス４５４および／またはメモリデバイス４５６に記憶されている他のコンピュータソフトウェアおよび／またはプログラムを採用することもできる。この目的でのプログラムまたはプログラムの一部の例としては、基板位置決めプログラム、プロセス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、およびプラズマ制御プログラムが挙げられる。

【0060】

基板位置決めプログラムは、ペデスタル４１８上に基板を装填するため、および基板とプロセスツール４００の他の部分との間の間隔を制御するために使用されるプロセスツール構成要素のためのプログラムコードを含むことがある。

【0061】

プロセスガス制御プログラムは、ガス組成（例えば、ＴＭＡ、アンモニア、および本明細書で述べるパージガス）と流量を制御するためのコード、および任意選択でプロセスステーション内の圧力を安定させるために堆積前に１つまたは複数のプロセスステーション内にガスを流すためのコードを含むことがある。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スロットル弁やプロセスステーション内へのガス流量などを調整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むことがある。

【0062】

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むことがある。代替として、ヒータ制御プログラムは、基板への伝熱ガス（ヘリウムなど）の送給を制御することがある。

【0063】

プラズマ制御プログラムは、本明細書におけるいくつかの実施形態によれば、１つまたは複数のプロセスステーション内でプロセス電極に印加されるＲＦ出力レベルを設定するためのコードを含むことがある。

【0064】

圧力制御プログラムは、本明細書におけるいくつかの実施形態によれば、反応チャンバ内の圧力を維持するためのコードを含むことがある。

【0065】

いくつかの実施形態では、システム制御装置４５０に関連付けられるユーザインターフェースが存在することがある。ユーザインターフェースは、ディスプレイ画面、装置および／またはプロセス条件のグラフィカルソフトウェアディスプレイ、およびユーザ入力デバイス（例えばポインティングデバイス、キーボード、タッチスクリーン、マイクロフォンなど）を含むことがある。

【0066】

いくつかの実施形態では、システム制御装置４５０によって調節されるパラメータは、プロセス条件に関係することがある。非限定的な例としては、プロセスガス組成および流量、温度、圧力、プラズマ条件（例えばＲＦバイアス出力レベル）、圧力、温度などが挙げられる。これらのパラメータは、ユーザインターフェースを利用して入力することができるレシピの形態でユーザに提供することができる。

【0067】

プロセスを監視するための信号は、様々なプロセスツールセンサから、システム制御装置４５０のアナログおよび／またはデジタル入力接続によって提供されることがある。プロセスを制御するための信号は、プロセスツール４００のアナログおよびデジタル出力接続で出力することができる。監視することができるプロセスツールセンサの非限定的な例としては、マスフローコントローラ、圧力センサ（マノメータなど）、熱電対などが挙げられる。これらのセンサからのデータと共に、適切にプログラムされたフィードバックおよび制御アルゴリズムを使用して、プロセス条件を保つことができる。

【0068】

システム制御装置４５０は、上述した堆積プロセスを実施するためのプログラム命令を提供することができる。プログラム命令は、ＤＣ出力レベル、ＲＦバイアス出力レベル、圧力、温度など様々なプロセスパラメータを制御することができる。本明細書で述べる様々な実施形態によれば、命令は、被膜スタックのインサイチュ堆積を操作するためにパラメータを制御することができる。

【0069】

システム制御装置は、典型的には、１つまたは複数のメモリデバイスと、本発明による方法を装置が実施するように命令を実行するように構成された１つまたは複数の処理装置とを含む。本発明によるプロセス操作を制御するための命令を含む機械可読媒体が、システム制御装置に結合されることがある。

【0070】

本明細書に開示する方法を実施するための適切な装置は、２０１１年４月１１日出願の「ＰＬＡＳＭＡ ＡＣＴＩＶＡＴＥＤ ＣＯＮＦＯＲＭＡＬ ＦＩＬＭ ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ」という名称の米国特許出願第１３／０８４，３９９号、および２０１１年４月１１日出願の「ＳＩＬＩＣＯＮ ＮＩＴＲＩＤＥ ＦＩＬＭＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ」という名称の第１３／０８４，３０５号にさらに論じられて述べられており、各特許文献の全体を参照により本明細書に組み込む。

【0071】

本明細書で述べる装置／プロセスは、リソグラフィパターン形成ツールまたはプロセスと共に、例えば半導体デバイス、ディスプレイ、ＬＥＤ、太陽光パネルなどの作製または製造に使用されることがある。必須ではないが、典型的には、そのようなツール／プロセスは、共通の製造施設で一緒に使用または実施される。被膜のリソグラフィパターン形成は、典型的には以下の操作のいくつかまたは全てを含み、各操作が、いくつかの使用可能なツールを用いて可能にされる。（１）スピンオンまたはスプレーオンツールを使用して、ワークピース、すなわち基板にフォトレジストを塗布する操作；（２）ホットプレートまたは炉またはＵＶ硬化ツールを使用してフォトレジストを硬化する操作；（３）ウェハステッパなどのツールを用いて可視光またはＵＶ光またはＸ線光でフォトレジストを露光する操作；（４）ウェットベンチなどのツールを使用して、レジストを現像し、レジストを選択的に除去し、それによりレジストをパターン形成する操作；（５）ドライエッチングまたはプラズマエッチングツールを使用することによって、下にある被膜またはワークピースにレジストパターンを転写する操作；および（６）ＲＦまたはマイクロ波プラズマレジストストリッパなどのツールを使用してレジストを除去する操作。

【0072】

実験
実験１
開示する実施形態の方法を使用して堆積されたフィーチャのステップカバレッジを評価するために実験を行った。この実験では、３５０℃および１Ｔｏｒｒで、７．５秒のトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）への露出、２秒のパージ、３０秒のアンモニア（ＮＨ₃）への露出、および６秒のパージのサイクルを使用して、フィーチャを有する金属誘電体基板上に窒化アルミニウム層を堆積した。反応は、完全に熱反応であり、プラズマは開始しなかった。

【0073】

ステップカバレッジの測定および計算の結果を、以下の表１に示す。

【表1】

【0074】

図５は、基板上に堆積された窒化アルミニウム被膜の画像である。窒化アルミニウムの平均堆積速度は、サイクル当たり約３．３Åであり、１００％のコンフォーマル性が実現された。

【0075】

実験２
開示する実施形態を実施したことによりパターンローディングが生じたかどうかを評価するために実験を行った。この実験では、３５０℃および０．１Ｔｏｒｒで、７．５秒のトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）への露出、２秒のパージ、３０秒のアンモニア（ＮＨ₃）への露出、および６秒のパージのサイクルを使用して、フィーチャを有する金属誘電体基板上に窒化アルミニウム層を堆積した。反応は、完全に熱反応であり、プラズマは開始しなかった。２．５：１および６：１のアスペクト比を有する基板、およびフィールドまたはブランケット基板に対して実験を行った。ステップカバレッジの測定および計算の結果を、以下の表２に示す。

【表2】

【0076】

図５は、２．５：１のアスペクト比のフィーチャ上に堆積された窒化アルミニウム被膜の画像である。図６Ａは、６：１のアスペクト比のフィーチャ上に堆積された窒化アルミニウム被膜の画像である。図６Ｂは、フィールド基板上に堆積された窒化アルミニウム被膜の画像を示す。開示する実施形態を使用して堆積された層は、約１：６までのアスペクト比を有するフィーチャに関して依然としてコンフォーマルであり、パターンローディングの影響は観察されなかった。

【0077】

実験３
様々な実施形態に従って堆積された被膜の被膜品質を評価するために実験を行った。この実験では、３５０℃および０．１Ｔｏｒｒで、７．５秒のトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）への露出、２秒のパージ、３０秒のアンモニア（ＮＨ₃）への露出、および６秒のパージのサイクルを使用して、フィーチャを有する金属誘電体基板上に窒化アルミニウム層を堆積した。反応は、完全に熱反応であり、プラズマは開始しなかった。図５は、ウェットエッチングテストまたは浸漬前の、堆積された窒化アルミニウム被膜の画像である。

【0078】

次いで、標準の洗浄溶液を使用して、５０℃で２５秒間の浸漬で、基板に対してＳＣ₂ウェットエッチングテストを行った。ＳＣ₂標準エッチャント／洗浄溶液の組成は、ＨＣｌ、Ｈ₂Ｏ₂、およびＨ₂Ｏを１：１：５の組成比で含む。ステップカバレッジの測定および計算の結果を、以下の表３に示す。

【表3】

【0079】

図７は、ウェットエッチングテスト後の、エッチングされた窒化アルミニウム被膜の画像である。図示されるように、エッチングは、フィーチャの表面全体にわたって均一であった。計算された側壁エッチングレートと上部エッチングレートとの比は、約０．９７であった。被膜品質は、従来のＡＬＤの被膜品質と同等であった。ウェットエッチング浸漬後でさえ、堆積された被膜のステップカバレッジは依然として約１００％であり、それにより、被膜が均一にエッチングされ、エッチングレートが、堆積された被膜にわたって一貫していることを示した。また、これらの結果が示すように、堆積中にＣＶＤと同様の反応が生じるにも関わらず、側壁での被膜の品質は、構造の上部および底部でのフィールド領域内の被膜の品質と同等である。これは、表面で生成される被膜と気相で生成される被膜との品質が同等または同様であることを示唆する。

【0080】

結論
前述の実施形態は、理解しやすくするためにいくらか詳細に述べたが、添付の特許請求の範囲の範囲内で特定の変更および修正を実施することができることが明らかであろう。本発明の実施形態のプロセス、システム、および装置を実装する多くの代替法が存在することに留意すべきである。したがって、本発明の実施形態は、限定ではなく例示とみなされるべきであり、これらの実施形態は、本明細書で与えられる詳細に限定されるべきではない。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図7】