特許 7499293 堆積装置及び堆積方法

(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】

(24)【登録日】2024-06-05

(45)【発行日】2024-06-13

(54)【発明の名称】堆積装置及び堆積方法

(51)【国際特許分類】

   C23C 16/455 20060101AFI20240606BHJP

   C23C 16/452 20060101ALI20240606BHJP

   C23C 16/50 20060101ALI20240606BHJP

   H01L 21/31 20060101ALI20240606BHJP

   H01L 21/205 20060101ALI20240606BHJP

【ＦＩ】

C23C16/455

C23C16/452

C23C16/50

H01L21/31 C

H01L21/205

【請求項の数】 18

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2022093372

(22)【出願日】2022-06-09

(65)【公開番号】P2023086076

(43)【公開日】2023-06-21

【審査請求日】2022-06-09

(31)【優先権主張番号】110145988

(32)【優先日】2021-12-09

(33)【優先権主張国・地域又は機関】TW

(73)【特許権者】

【識別番号】390023582

【氏名又は名称】財團法人工業技術研究院

【氏名又は名称原語表記】ＩＮＤＵＳＴＲＩＡＬ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ

【住所又は居所原語表記】Ｎｏ．１９５，Ｓｅｃ．４，ＣｈｕｎｇＨｓｉｎｇＲｄ．，Ｃｈｕｔｕｎｇ，Ｈｓｉｎｃｈｕ，Ｔａｉｗａｎ ３１０４０

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】230118913

【弁護士】

【氏名又は名称】杉村 光嗣

(74)【代理人】

【識別番号】100169823

【弁理士】

【氏名又は名称】吉澤 雄郎

(72)【発明者】

【氏名】王 亘黼

(72)【発明者】

【氏名】董 福慶

(72)【発明者】

【氏名】王 慶鈞

【審査官】▲高▼橋 真由

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０１４７４８８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１６－２０８０２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００７／００６５５９４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１０－１８６８８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００６－５２４９１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１９７２９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－０７７１３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０５３０２４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ２３Ｃ １６／００－１６／５６

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

原子層堆積法を高アスペクト比構造に対して実行するように構成された堆積装置であって、
チャンバと、
前記チャンバ内に配置され、前記高アスペクト比構造を有する基板を担持するように構成されたプラットフォームと、
前記チャンバ内に配置されたシャワーヘッドと、
前記プラットフォームに結合されたバイアス電源と、
前記チャンバに接続された第１注入装置と、
前記チャンバに接続された第２注入装置と
を具えた堆積装置において、
前記第１注入装置は、第１前駆体または第１不活性ガスを、前記シャワーヘッドを通して第１方向に沿って前記チャンバ内に注入するように構成され、
前記第２注入装置は、第２前駆体または第２不活性ガスを、前記第１方向と垂直な第２方向に沿って前記チャンバ内に注入するように構成され、
前記第１注入装置及び前記第２注入装置は、前記第１前駆体を前記チャンバ内に注入し、これに続いて前記第２前駆体を前記チャンバ内に注入し、前記第１前駆体または前記第２前駆体が前記チャンバ内に注入されると、前記バイアス電源がオン状態にされ、
前記第１前駆体または前記第２前駆体が前記チャンバ内に注入された後に、前記第１注入装置が前記第１不活性ガスを前記チャンバ内に注入し、あるいは前記第２注入装置が前記第２不活性ガスを前記チャンバ内に注入し、前記バイアス電源がオフ状態にされる堆積装置。

【請求項2】

前記第１注入装置または前記シャワーヘッドに結合された無線周波数電源をさらに具えている、請求項１に記載の堆積装置。

【請求項3】

前記チャンバに接続され、ポンプ空気流を前記第２方向に発生するエアポンプ装置をさらに具えている、請求項１に記載の堆積装置。

【請求項4】

前記チャンバに接続された低圧チャンバと、
前記低圧チャンバに接続されたエアポンプ装置とをさらに具え、
前記低圧チャンバの圧力は前記チャンバの圧力よりも低く、ポンプ空気流が前記第２方向に発生する、請求項１に記載の堆積装置。

【請求項5】

前記低圧チャンバと前記チャンバとの間に配置されたバルブをさらに具えている、請求項４に記載の堆積装置。

【請求項6】

複数の空気供給路と複数のエアポンプ流路とが前記チャンバ内に交互に配置され、前記空気供給路及び前記エアポンプ流路は前記プラットフォームの上方に位置し、前記第１注入装置が前記空気供給路に接続され、前記堆積装置は、前記エアポンプ流路に接続されてポンプ空気流を前記第１方向に発生するエアポンプ装置をさらに具えている、請求項１に記載の堆積装置。

【請求項7】

複数の空気供給路と複数のエアポンプ流路とが前記チャンバ内に交互に配置され、前記空気供給路及び前記エアポンプ流路は前記プラットフォームの上方に位置し、前記第１注入装置が前記空気供給路に接続され、前記堆積装置は、前記エアポンプ流路に接続された低圧チャンバと、該低圧チャンバに接続されてポンプ空気流を前記第１方向に発生するエアポンプ装置とをさらに具え、前記低圧チャンバの圧力は前記チャンバの圧力よりも低い、請求項１に記載の堆積装置。

【請求項8】

前記低圧チャンバと前記チャンバとの間に配置されたバルブをさらに具えている、請求項７に記載の堆積装置。

【請求項9】

前記第１注入装置に熱的に結合されて前記第１前駆体を加熱する第１ヒータと、
前記第２注入装置に熱的に結合されて前記第２前駆体を加熱する第２ヒータと
をさらに具えている、請求項１に記載の堆積装置。

【請求項10】

原子層堆積法を高アスペクト比構造に対して実行するように構成された堆積方法であって、
第１前駆体を第１方向に沿ってチャンバ内に注入し、バイアス電源をオン状態にして、前記高アスペクト比構造を有する基板へ前記第１前駆体を誘引するステップと、
第２前駆体を前記第１方向と垂直な第２方向に沿って前記チャンバ内に注入し、前記バイアス電源をオン状態にして、前記高アスペクト比構造を有する前記基板へ前記第２前駆体を誘引するステップと、
第１不活性ガスを前記第１方向に沿って前記チャンバ内に注入し、前記バイアス電源をオフ状態にして、前記第１前駆体の不要部分または前記第２前駆体の不要部分または副生成物をパージするステップと、
第２不活性ガスを前記第２方向に沿って前記チャンバ内に注入し、前記バイアス電源をオフ状態にして、前記第１前駆体の不要部分または前記第２前駆体の不要部分または前記副生成物をパージするステップと
を含む堆積方法。

【請求項11】

前記第１前駆体を前記チャンバ内に注入し、これに続いて前記第２不活性ガスを前記チャンバ内に注入することによって第１反応ステップを実行し、前記第２前駆体を前記チャンバ内に注入し、これに続いて前記第１不活性ガスを前記チャンバ内に注入することによって第２反応ステップを実行し、
前記第１反応ステップと前記第２反応ステップとを交互に２回実行する、請求項１０に記載の堆積方法。

【請求項12】

前記第１前駆体を前記チャンバ内に注入し、これに続いて前記第２不活性ガスを前記チャンバ内に注入することによって第１反応ステップを実行し、前記第２前駆体を前記チャンバ内に注入し、これに続いて前記第１不活性ガスを前記チャンバ内に注入することによって第２反応ステップを実行し、
前記第１反応ステップを２回実行し、次に前記第２反応ステップを２回実行する、請求項１０に記載の堆積方法。

【請求項13】

前記第１前駆体を前記チャンバ内に注入し、これに続いて前記第１不活性ガスを前記チャンバ内に注入することによって第１反応ステップを実行し、前記第２前駆体を前記チャンバ内に注入し、これに続いて前記第２不活性ガスを前記チャンバ内に注入することによって第２反応ステップを実行し、
前記第１反応ステップと前記第２反応ステップとを交互に２回実行する、請求項１０に記載の堆積方法。

【請求項14】

前記第１前駆体を前記チャンバ内に注入し、これに続いて前記第１不活性ガスを前記チャンバ内に注入することによって第１反応ステップを実行し、前記第２前駆体を前記チャンバ内に注入し、これに続いて前記第１不活性ガスを前記チャンバ内に注入することによって第２反応ステップを実行し、前記第１前駆体を前記チャンバ内に注入し、これに続いて前記第２不活性ガスを前記チャンバ内に注入することによって第３反応ステップを実行し、前記第２前駆体を前記チャンバ内に注入し、これに続いて前記第２不活性ガスを前記チャンバ内に注入することによって第４反応ステップを実行し、
前記第１反応ステップ～前記第４反応ステップを、この順に実行する、請求項１０に記載の堆積方法。

【請求項15】

前記第１前駆体を前記チャンバ内に注入し、これに続いて前記第１不活性ガスを前記チャンバ内に注入することによって第１反応ステップを実行し、前記第２前駆体を前記チャンバ内に注入し、これに続いて前記第２不活性ガスを前記チャンバ内に注入することによって第２反応ステップを実行し、
前記第１反応ステップを２回実行し、次に前記第２反応ステップを２回実行する、請求項１０に記載の堆積方法。

【請求項16】

前記チャンバへのポンプ空気流を前記第１方向または前記第２方向に発生させて、前記第１前駆体の不要部分または前記第２前駆体の不要部分を前記チャンバからポンプで排出するステップをさらに含む、請求項１０に記載の堆積方法。

【請求項17】

前記第１前駆体を加熱するステップと、
前記第２前駆体を加熱するステップと
をさらに含む、請求項１０に記載の堆積方法。

【請求項18】

無線周波数電源をオン状態にして、前記第１前駆体の反応を加速させるステップをさらに含む、請求項１０に記載の堆積方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は堆積装置及び堆積装置に関するものであり、より具体的には原子層堆積（ＡＬＤ：atomic layer deposition）装置及びＡＬＤ法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

関連技術の説明
原子層堆積（ＡＬＤ）法及びプラズマ支援原子層堆積（ＰＥＡＬＤ：plasma enhanced ALD）法は、半導体製造プロセスにおいて均一な厚さを有するコンフォーマル（共形）薄膜を基板の全面上に形成するために広く用いられている。ＡＬＤ法は通常の化学気相成長（ＣＶＤ：chemical vapor deposition）法に類似している。

【0003】

高アスペクト比構造を有する基板を一例として挙げる。ＡＬＤ技術は、前駆体（プリカーサー）を水平方向に沿って注入することである。均一な厚さを有する薄膜を高アスペクト比構造内に形成することはできるが、垂直方向の成長速度が不十分であり、従ってコーティング効率を改善することができない。これとは対照的に、ＰＥＡＬＤ技術は、前駆体を垂直方向に注入することである。垂直方向の成長速度を増加させることはできるが、高アスペクト比構造内に形成される膜の厚さが均一ではなく、従ってコーティングの均一性を改善することができない。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

技術課題
本発明は、コーティングの効率及び均一性の改善につながる堆積装置及び堆積方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

課題の解決策
本発明の好適例の１つは、原子層堆積（ＡＬＤ）法を高アスペクト比構造に対して実行するように構成された堆積装置を提供する。この堆積装置は、チャンバと、プラットフォームと、シャワーヘッドと、バイアス電源と、第１注入装置と、第２注入装置とを含む。プラットフォーム及びシャワーヘッドはチャンバ内に配置され、プラットフォームは高アスペクト比構造を有する基板を担持する。バイアス電源はプラットフォームに結合されている。第１注入装置及び第２注入装置はチャンバに接続され、第１注入装置は、第１前駆体または第１不活性ガスを、シャワーヘッドを通して第１方向に沿ってチャンバ内に注入するように構成され、第２注入装置は、第２前駆体または第２不活性ガスを、第１方向と垂直な第２方向に沿ってチャンバ内に注入するように構成されている。第１注入装置及び第２注入装置は、シャワーヘッドを通して第１前駆体をチャンバ内に注入し、これに続いて第２前駆体をチャンバ内に注入する。第１前駆体または第２前駆体がチャンバ内に注入されると、バイアス電源がオン状態にされる。第１前駆体または第２前駆体がチャンバ内に注入された後に、第１注入装置が第１不活性ガスをチャンバ内に注入し、あるいは第２注入装置が第２不活性ガスをチャンバ内に注入し、バイアス電源がオフ状態にされる。

【0006】

本発明の好適例の１つは、次のステップを含む堆積方法を提供する。第１前駆体を第１方向に沿ってチャンバ内に注入し、バイアス電源をオン状態にして、高アスペクト比構造を有する基板へ第１前駆体を誘引するステップ。第２前駆体を第１方向と垂直な第２方向に沿ってチャンバ内に注入し、バイアス電源をオン状態にして、高アスペクト比を有する基板へ第２前駆体を誘引するステップ。第１不活性ガスを第１方向に沿ってチャンバ内に注入し、バイアス電源をオフ状態にして、第１前駆体の不要部分または第２前駆体の不要部分または副生成物をパージするステップ。第２不活性ガスを第２方向に沿ってチャンバ内に注入し、バイアス電源をオフ状態にして、第１前駆体の不要部分または第２前駆体の不要部分または副生成物をパージするステップ。

【発明の効果】

【0007】

本発明の１つ以上の好適例において提供される堆積装置及び堆積方法では、第１前駆体と第２前駆体とを互いに垂直な２つの方向に沿ってチャンバ内に注入し、第１前駆体は基板に向かって（例えば、垂直方向に）流れる下降流（ダウンストリーム）を形成し、次に第２前駆体は基板を通って（例えば、水平方向に）流れる直交流（クロスフロー）を形成する。下降流と直交流との交互作用は、薄膜の垂直方向の成長速度の加速につながるだけでなく、高アスペクト構造内に形成される薄膜の均一性の改善にもつながる。他の態様では、下降流と直交流との交互作用中にバイアス電源をオン状態にして、プラットフォーム及びその上の基板にバイアスを印加する。バイアスの作用下で、第１及び第２前駆体は基板へ誘引されて高アスペクト比構造内へ移動し、このことはコーティングの効率及び均一性の改善につながる。

【0008】

図面を伴ういくつかの好適な実施形態を以下で詳細に説明して、本発明をさらに詳細に説明する。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１Ａ～図１Ｈは、本発明の第１実施形態～第８実施形態による堆積装置の概略図である。

【図2】図２Ａ～図２Ｅは、本発明の一実施形態による、高アスペクト比構造に対する堆積プロセスの概略的な部分拡大図である。

【図3A】本発明の第１実施形態による堆積方法の概略フローチャートである。

【図3B】図３Ａに示す堆積方法を例示する概略時系列図である。

【図4A】本発明の第２実施形態による堆積方法の概略フローチャートである。

【図4B】図４Ａに示す堆積方法を例示する概略時系列図である。

【図5A】本発明の第３実施形態による堆積方法の概略フローチャートである。

【図5B】図５Ａに示す堆積方法を例示する概略時系列図である。

【図6A】本発明の第４実施形態による堆積方法の概略フローチャートである。

【図6B】図６Ａに示す堆積方法を例示する概略時系列図である。

【図7A】本発明の第５実施形態による堆積方法の概略フローチャートである。

【図7B】図７Ａに示す堆積方法を例示する概略時系列図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

図１Ａ～図１Ｈは、本発明の第１実施形態～第８実施形態による堆積装置の概略図である。図１を参照すれば、本実施形態では、堆積装置１００は原子層堆積（ＡＬＤ）装置とすることができ、高アスペクト比基板に対するＡＬＤに適合させることができる。詳細には、堆積装置１００は、チャンバ１１０と、プラットフォーム１２０と、シャワーヘッド２５と、バイアス電源１３０と、第１注入装置１４０と、第２注入装置１５０とを含み、プラットフォーム１２０はチャンバ１１０内に配置され、基板１０はプラットフォーム１２０上に配置されている。一方、基板１０は、複数の高アスペクト比構造１１、例えば止まり穴（ブラインドホール）または溝を有する。

【0011】

シャワーヘッド２５は、第１注入装置１４０に対応してチャンバ１１０内に配置され、プラットフォーム１２０の上方に位置する。第１注入装置１４０及び第２注入装置１５０はチャンバ１１０に接続され、第１注入装置１４０は、第１前駆体２０または第１不活性ガス２１を、シャワーヘッド２５を通して第１方向Ｄ１に沿ってチャンバ１１０内に均等に注入するように構成され、第２注入装置１５０は、第２前駆体３０または第２不活性ガス３１を、第１方向Ｄ１と垂直な第２方向Ｄ２に沿ってチャンバ１１０内に注入するように構成されている。具体的には、第１前駆体２０は、シャワーヘッド２５を通って第１方向Ｄ１（例えば、垂直方向）に沿ってチャンバ１１０内に均等に注入されて基板１０に向かって流れて下降流を形成し、このことは薄膜の垂直方向の成長速度の加速につながる。これとは対照的に、第２前駆体３０は、第２方向Ｄ２（例えば、水平方向）に沿ってチャンバ１１０内に注入されて基板１０を通って流れて直交流を形成し、このことは高アスペクト比構造１１内に形成される薄膜の均一性の改善につながる。

【0012】

第１前駆体２０がシャワーヘッド２５を通ってチャンバ内に均等に注入されるプロセスでは、第１前駆体２０が１つの単原子層の化学吸収を基板１０の表面上及び高アスペクト比構造の内壁面上に発生し、これにより、基板１０の表面上及び高アスペクト比構造１１の内壁面上に官能基が生成され、このことが前半の反応ステップである。第２前駆体３０がチャンバ１１０内に注入されるプロセスでは、第２前駆体３０が、基板１０の表面上及び高アスペクト比構造１１の内壁面上に位置する第１前駆体２０の官能基と反応して１つの単原子層を形成し、このことが後半の反応ステップである。

【0013】

即ち、前半の反応ステップ及び後半の反応ステップでは，第１前駆体２０と第２前駆体３０とが２つの異なる方向のそれぞれに沿って注入され、このことは、高アスペクト比構造１１内に形成される薄膜のコーティング効率の改善につながるだけでなく、均一性の改善にもつながる。

【0014】

図１Ａに示すように、バイアス電源１３０はプラットフォーム１２０に電気的に結合されている。第１前駆体２０または第２前駆体３０がチャンバ１１０内に注入されると、バイアス電源１３０がオン状態にされて、プラットフォーム１２０及びその上の基板１０にバイアスを印加する。バイアスの作用下で、第１前駆体２０または第２前駆体３０が基板１０へ誘引されて高アスペクト比構造１１内へ移動し、このことはコーティングの効率及び均一性の改善につながる。

【0015】

第１前駆体２０または第２前駆体３０がチャンバ１１０内に注入された後に、第１注入装置１４０が第１不活性ガス２１をチャンバ１１０内に注入し、バイアス電源１３０がオフ状態にされ、このことは、高アスペクト比構造１１の開口部を塞ぐ第１前駆体２０または第２前駆体３０をパージまたは一掃することにつながり、第１前駆体２０または第２前駆体３０が高アスペクト比構造１１内へ円滑に入り込むことを可能にする。

【0016】

具体的には、第１不活性ガス２１は第１方向Ｄ１（例えば、垂直方向）に沿ってチャンバ１１０内に注入され、基板１０に向かって流れて、第１前駆体２０または第２前駆体３０が高アスペクト比構造１１内へ入り込んで高アスペクト比構造１１の内壁面全体にわたって広がるプロセスを加速し；同時に、第１前駆体の不要部分または第２前駆体の不要部分がパージされ、これは第１パージステップである。一方、第２不活性ガス３１は第２方向（例えば、水平方向）に沿ってチャンバ１１０内に注入されて、基板１０を通って流れて、高アスペクト比構造１１の開口部を塞ぐ第１前駆体２０または第２前駆体３０をパージまたは一掃し、これは第２パージステップである。

【0017】

第１実施形態において提供される堆積プロセスでは、前半の反応ステップ、第２パージステップ、後半の反応ステップ、及び第１パージステップを、この順に２回実行する。

【0018】

第２実施形態において提供される堆積プロセスでは、前半の反応ステップ及び第２パージステップを、この順に２回実行し、後半の反応ステップ及び第１パージステップを、この順に２回実行する。

【0019】

第３実施形態において提供される堆積プロセスでは、前半の反応ステップ、第１パージステップ、後半の反応ステップ、及び第２パージステップを、この順に２回実行する。

【0020】

第４実施形態において提供される堆積プロセスでは、前半の反応ステップ、第１パージステップ、後半の反応ステップ、及び第１パージステップを、この順に実行し、前半の反応ステップ、第２パージステップ、後半の反応ステップ、及び第２パージステップを、この順に実行する。

【0021】

第５実施形態において提供される堆積プロセスでは、前半の反応ステップ及び第１パージステップを、この順に２回実行し、後半の反応ステップ及び第２パージステップを、この順に２回実行する。

【0022】

図１Ａを参照すれば、図１Ａは第１実施形態による堆積装置の概略図であり、本実施形態における堆積プロセス１００は、無線周波数（ＲＦ：radio frequency）電源１６０及びエア（空気）ポンプ装置１７０をさらに含み、ＲＦ電源１６０は第１注入装置１４０に電気的に結合され、あるいはシャワーヘッド２５に電気的に結合され、第１前駆体２０が注入される際にＲＦ電源１６０がオン状態にされて；プラズマを発生することによって第１前駆体２０の解離反応が加速され、バイアス電源１３０を同時にオン状態にして、プラットフォーム１２０及びその上の基板１０にバイアスを印加することができる。バイアスの作用下で、第１前駆体２０が基板１０へ誘引されて高アスペクト比構造１１内へ移動し、このことはコーティングの効率及び均一性の改善につながる。それに加えて、エアポンプ装置１７０はチャンバ１１０に接続されてポンプ空気流４０を第２方向Ｄ２に発生する。堆積プロセスを完全に実行した後に、エアポンプ装置１７０がオン状態にされて、第１前駆体２０の不要部分及び／または第２前駆体３０の不要部分及び／または副生成物をチャンバ１１０からパージする。

【0023】

図１Ｂを参照すれば、図１Ｂは第２実施形態による堆積装置の概略図であり、堆積装置１００Ａと、図１Ａに示す第１実施形態において提供される堆積装置１００との相違は、堆積装置１００Ａは第１注入装置１４０に熱的に結合された第１ヒータ１８０及び第２注入装置１５０に熱的に結合された第２ヒータ１８１をさらに含むことにある。具体的には、第１前駆体２０がチャンバ１１０内に注入されると、第１ヒータ１８０がオン状態にされて第１前駆体２０を加熱して、第１前駆体２０の反応に必要なエネルギーを供給する。それに加えて、第２前駆体３０がチャンバ１１０内に注入されると、第２ヒータ１８１がオン状態にされて第２前駆体３０を加熱して、第２前駆体３０の反応に必要なエネルギーを供給する。

【0024】

図１Ｃを参照すれば、図１Ｃは第３実施形態による堆積装置の概略図であり、堆積装置１００Ｂと、図１Ａに示す第１実施形態において提供される堆積装置１００との相違は、堆積装置１１０Ｂはチャンバ１１０に接続された低圧チャンバ１０１をさらに含むことにあり、エアポンプ装置１７０が低圧チャンバ１０１に接続され、エアポンプ装置１７０は低圧チャンバ１０１に対するエアポンプ排出を実行し、これにより低圧チャンバ１０１は真空状態に近い状態、例えば１０^-4torr（１３．３３２２mPa）に留まる。

【0025】

具体的には、エアポンプ装置１７０は低圧チャンバ１０１を通して間接的にチャンバ１１０に接続され、低圧チャンバ１０１の圧力はチャンバ１１０の圧力よりも低い。換言すれば、チャンバ１１０と低圧チャンバ１０１との間に圧力差が存在する。具体的には、堆積装置１１０Ｂは、チャンバ１１０と低圧チャンバ１０１との間に配置されたバルブ１０２をさらに含む。堆積プロセス中には、バルブ１０２はオフ（閉）状態である。堆積プロセスを完全に実行した後に、バルブ１０２がオン（開）状態にされてチャンバ１１０と低圧チャンバ１０１とを連通させて、ポンプ空気流４０を第２方向Ｄ２に発生させて、第１前駆体２０の不要部分及び／または第２前駆体３０の不要部分及び／または副生成物をチャンバ１１０から迅速にパージする。

【0026】

図１Ｄを参照すれば、図１Ｄは第４実施形態による堆積装置の概略図であり、堆積装置１００Ｃと、図１Ｃに示す第３実施形態において提供される堆積装置１００Ｂとの相違は、堆積装置１００Ｃは第１注入装置１４０に熱的に結合された第１ヒータ１８０及び第２注入装置１５０に熱的に結合された第２ヒータ１８１をさらに含むことにある。堆積装置１００Ｃは、チャンバ１１０に接続された低圧チャンバ１０１を有し、第１前駆体２０がチャンバ１１０内に注入されると、第１ヒータ１８０がオン状態にされて第１前駆体２０を加熱して、第１前駆体２０の反応に必要なエネルギーを供給する。それに加えて、第２前駆体３０がチャンバ１１０内に注入されると、第２ヒータ１８１がオン状態にされて第２前駆体３０を加熱して、第２前駆体３０の反応に必要なエネルギーを供給する。

【0027】

図１Ｅを参照すれば、図１Ｅは第５実施形態による堆積装置の概略図であり、堆積装置１００Ｄと、図１Ａに示す第１実施形態において提供される堆積装置１００との相違は、第１前駆体２０及びポンプ空気流４０の流路の配置にある。本実施形態では、複数の空気供給路１１１と複数のエアポンプ流路１１２とがチャンバ１１０内に交互に配置され、空気供給路１１１及びエアポンプ流路１１２はプラットフォーム１２０の上方に位置する。本実施形態では、空気供給路１１１及びエアポンプ流路１１２は第１注入装置１４０とプラットフォーム１２０との間に位置する。

【0028】

詳細には、第１注入装置１４０が空気供給路１１１に接続され、第１前駆体２０が空気供給路１１１を通って基板１０に向かって流れる。一方、ポンプ装置１７０はエアポンプ流路１１２に接続されてポンプ空気流４０を第１方向Ｄ１に発生する。堆積プロセスを完全に実行した後に、エアポンプ装置１７０をオン状態にして、前駆体２０の不要部分及び／または前駆体３０の不要部分及び／または副生成物をチャンバ１１０からパージする。

【0029】

図１Ｆを参照すれば、図１Ｆは第６実施形態による堆積装置の概略図であり、堆積装置１００Ｅと、図１Ｅに示す第５実施形態において提供される堆積装置１００Ｄとの相違は、堆積装置１００Ｅは第１注入装置１４０に熱的に結合された第１ヒータ１８０及び第２注入装置１５０に熱的に結合された第２ヒータ１８１をさらに含むことにある。具体的には、第１前駆体２０がチャンバ１１０に注入されると、第１ヒータ１８０がオン状態にされて第１前駆体２０を加熱して、第１前駆体２０の反応に必要なエネルギーを供給する。それに加えて、第２前駆体３０がチャンバ１１０内に注入されると、第２ヒータ１８１がオン状態にされて第２前駆体３０を加熱して、第２前駆体３０の反応に必要なエネルギーを供給する。

【0030】

図１Ｇを参照すれば、図１Ｇは第７実施形態による堆積装置の概略図であり、堆積装置１００Ｆと、図１Ｅに示す第５実施形態において提供される堆積装置１００Ｄとの相違は、堆積装置１００Ｆはチャンバ１１０に接続された低圧チャンバ１０１をさらに含むことにあり、エアポンプ装置１７０が低圧チャンバ１０１に接続され、エアポンプ装置１７０は低圧チャンバ１０１に対するエアポンプ排出を実行し、これにより低圧チャンバ１０１は、真空状態に近い状態、例えば１０^-4torr（１３．３３２２mPa）に留まる。

【0031】

具体的には、エアポンプ装置１７０は低圧チャンバ１０１を通して間接的にチャンバ１１０に接続され、低圧チャンバ１０１の圧力はチャンバ１１０の圧力よりも低い。即ち、チャンバ１１０と低圧チャンバ１０１との間に圧力差が存在する。具体的には、堆積装置１００Ｆは、チャンバ１１０と低圧チャンバ１０１との間に配置されたバルブ１０２をさらに含む。堆積プロセス中には、バルブ１０２がオフ状態にされる。堆積プロセスを完全に実行した後に、バルブ１０２をオン状態にしてチャンバ１１０と低圧チャンバ１０１とを連通させて、ポンプ空気流４０を第１方向Ｄ１に発生させて、第１前駆体２０の不要部分及び／または第２前駆体３０の不要部分及び／または副生成物をチャンバ１１０からパージする。

【0032】

図１Ｈを参照すれば、図１Ｈは第８実施形態による堆積装置の概略図であり、堆積装置１００Ｇと、図１Ｇに示す第７実施形態において提供される堆積装置１００Ｆとの相違は、堆積装置１００Ｇは第１注入装置１４０に熱的に結合された第１ヒータ１８０及び第２堆積装置１５０に熱的に結合された第２ヒータ１８１をさらに含むことにある、堆積装置１００Ｇはチャンバ１１０に接続された低圧チャンバ１０１をさらに含み、第１前駆体２０がチャンバ１１０内に注入されると、第１ヒータ１８０がオン状態にされて前駆体２０を加熱して、第１前駆体２０の反応に必要なエネルギーを供給する。それに加えて、第２前駆体３０がチャンバ１１０内に注入されると、第２ヒータ１８１がオン状態にされて第２前駆体３０を加熱して、第２前駆体３０の反応に必要なエネルギーを提供する。

【0033】

図２Ａ～図２Ｅは、本発明の一実施形態による、高アスペクト比構造に対する堆積プロセスの概略的な部分拡大図である。図１Ａ及び図２Ａを参照すれば、まず、第１前駆体２０がシャワーヘッド２５を通って第１方向Ｄ１に沿ってチャンバ１１０内に均等に注入されて、基板１０に向かって流れる。次に、図２Ｂに示すように、第２不活性ガス３１が第２方向Ｄ２に沿ってチャンバ１１０内に注入されて、高アスペクト比構造１１の開口部内に詰まった第１前駆体２０をパージまたは一掃し、これにより第１前駆体２０は図２Ａ及び図２Ｂに示すように高アスペクト比構造１１内へ円滑に入り込むことができる。次に、図１Ａ及び図２Ｃを参照すれば、第２前駆体３０が第２方向Ｄ２に沿ってチャンバ１１０内に注入されて、基板１０を通って流れる。次に、図２Ｄに示すように、第１不活性ガス２１がシャワーヘッド２５を通って第１方向Ｄ１に沿ってチャンバ１１０内に均等に注入されて基板１０に向かって流れて、図２Ｃ及び図２Ｄに示すように、第２前駆体３０が高アスペクト比構造１１内へ入り込んで高アスペクト比構造１１の内壁面全体にわたって広がる速度を加速する。最後に、図２Ｅに示すように、コンフォーマル（共形）で均一な厚さを有する薄膜５０が高アスペクト比構造１１内に形成され、前駆体２０の不要部分及び前駆体３０の不要部分及び／または副生成物がパージされる。

【0034】

図３Ａは、本発明の第１実施形態による堆積方法の概略フローチャートである。図３Ｂは、図３Ａに示す堆積方法を例示する概略時系列図である。図３Ａ及び図３Ｂを参照すれば、この堆積方法は、堆積装置１００及び堆積装置１００Ａ～１００Ｇのいずれかによって実行することができる。

【0035】

具体的には、第１実施形態によって提供される堆積方法は、図３Ａ及び図３Ｂに示すように第１反応ステップ及び第２反応ステップを含み：
第１反応ステップでは、前半の反応ステップＳ１（第１前駆体２０を第１方向Ｄ１に沿って注入し、バイアス電源１３０をオン状態にする）及び第２パージステップＳ２（第２不活性ガス３１を第２方向Ｄ２に沿って注入し、バイアス電源１３０をオフ状態にする）を、この順に実行する；
第２反応ステップでは、後半の反応ステップＳ３（第２前駆体３０を第２方向Ｄ２に沿って注入し、バイアス電源１３０をオン状態にする）及び第１パージステップＳ４（第１不活性ガス２１を第１方向Ｄ１に沿って注入し、バイアス電源１３０をオフ状態にする）を、この順に実行する。

【0036】

図３Ａ及び図３Ｂに示すように、本発明の第１実施形態において提供される堆積方法は、第１反応ステップと第２反応ステップとを交互に実行することを含む。即ち、前半の反応ステップＳ１、第２パージステップＳ２、後半の反応ステップＳ３、及び第１パージステップＳ４を、この順に実行して、前半の反応ステップＳ１、第２パージステップＳ２、後半の反応ステップＳ３、及び第１パージステップＳ４を、この順に再度実行する。最後に、パージステップ及びエアポンプ排出ステップ（即ち、洗浄（クリーニング）ステップＳ５）を実行する。洗浄ステップＳ５では、不活性ガス（例えば、第１不活性ガス２１または第２不活性ガス３１）を注入して、第１前駆体２０の不要部分、第２前駆体３０の不要部分、及び／または他の副生成物をパージし、エアポンプ排出ステップをチャンバ１１０に対して実行して、第１前駆体２０の不要部分、第２前駆体３０の不要部分、及び／または他の副生成物をチャンバ１１０からポンプで排出する。ここで洗浄ステップＳ５は省略することができ、本発明における限定として解釈するべきでない。

【0037】

図４Ａは、本発明の第２実施形態による堆積方法の概略フローチャートである。図４Ｂは、図４Ａに示す堆積方法を例示する概略時系列図である。図４Ａ及び図４Ｂを参照すれば、堆積方法は、堆積装置１００及び堆積装置１００Ａ～１００Ｇのいずれかによって実行することができる。

【0038】

具体的には、第２実施形態において提供される堆積方法は、図４Ａ及び図４Ｂに示すように第１反応ステップ及び第２反応ステップを含み：
第１反応ステップでは、前半の反応ステップＳ１（第１前駆体２０を第１方向Ｄ１に沿って注入し、バイアス電源１３０をオン状態にする）及び第２パージステップＳ２（第２不活性ガス３１を第２方向Ｄ２に沿って注入し、バイアス電源１３０をオフ状態にする）をこの順に実行する；
第２反応ステップでは、後半の反応ステップＳ３（第２前駆体３０を第２方向Ｄ２に沿って注入し、バイアス電源１３０をオン状態にする）及び第１パージステップＳ４（第１不活性ガス２１を第１方向Ｄ１に沿って注入し、バイアス電源１３０をオフ状態にする）をこの順に実行する。

【0039】

図４Ａ及び図４Ｂに示すように、本発明の第２実施形態において提供される堆積方法は、第１反応ステップを２回実行し、次に第２反応ステップを２回実行することを含む。即ち、前半の反応ステップＳ１、第２パージステップＳ２、前半の反応ステップＳ１、及び第２パージステップＳ２をこの順に実行する。最後に、上記パージステップ及びエアポンプ排出ステップ（即ち、洗浄ステップＳ５）を実行する。洗浄ステップＳ５では、不活性ガス（例えば、第１不活性ガス２１または第２不活性ガス３１）を注入して、第１前駆体２０の不要部分、第２前駆体３０の不要部分、及び／または他の副生成物をパージし、エアポンプ排出ステップをチャンバ１１０に対して実行して、第１前駆体２０の不要部分、第２前駆体３０の不要部分、及び／または他の副生成物をチャンバ１１０から除去する。ここで洗浄ステップＳ５は省略することができ、本発明における限定として解釈するべきでない。

【0040】

図５Ａは、本発明の第３実施形態による堆積方法の概略フローチャートである。図５Ｂは、図５Ａに示す堆積方法を例示する概略時系列図である。図５Ａ及び図５Ｂを参照すれば、この堆積方法は堆積装置１００及び堆積装置１００Ａ～１００Ｇのいずれかによって実行することができる。

【0041】

具体的には、第３実施形態において提供される堆積方法は、図５Ａ及び図５Ｂに示すように第１反応ステップ及び第２反応ステップを含み：
第１反応ステップでは、前半の反応ステップ（第１前駆体２０を第１方向Ｄ１に沿って注入し、バイアス電源１３０をオン状態にする）及び第１パージステップＳ４（第１不活性ガス２１を第１方向に沿って注入し、バイアス電源１３０をオフ状態にする）を、この順に実行する；
第２反応ステップでは、後半の反応ステップＳ３（第２前駆体を第２方向Ｄ２に沿って注入し、バイアス電源１３０をオン状態にする）及び第２パージステップＳ２（第２不活性ガス３１を第２方向Ｄ２に沿って注入し、バイアス電源１３０をオフ状態にする）を、この順に実行する。

【0042】

図５Ａ及び図５Ｂに示すように、本発明の第３実施形態において提供される堆積方法は、第１反応ステップと第２反応ステップとを交互に２回実行することを含む。即ち、前半の反応ステップＳ１、第１パージステップＳ４、後半の反応ステップＳ３、及び第２パージステップＳ２を、この順に実行し、前半の反応ステップＳ１、第１パージステップＳ４、後半の反応ステップＳ３、及び第２パージステップＳ２を、再度この順に実行する。最後に、パージステップ及びエアポンプ排出ステップ（即ち、洗浄ステップＳ５）を実行する。洗浄ステップＳ５では、不活性ガス（例えば、第１不活性ガス２１または第２不活性ガス３１）を注入して、第１前駆体２０の不要部分、第２前駆体３０の不要部分、及び／または他の副生成物をパージし、エアポンプ排出ステップをチャンバ１１０に対して実行して、第１前駆体２０の不要部分、第２前駆体３０の不要部分、及び／または他の副生成物をチャンバ１１０からポンプで排出する。ここで洗浄ステップＳ５は省略することができ、本発明における限定として解釈するべきでない。

【0043】

図６Ａは、本発明の第４実施形態による堆積方法の概略フローチャートである。図６Ｂは、図６Ａに示す堆積方法を例示する概略時系列図である。この堆積方法は堆積装置１００及び堆積装置１００Ａ～１００Ｇのいずれかによって実行することができる。

【0044】

具体的には、第４実施形態において提供される堆積方法は、図６Ａ及び図６Ｂに示すように第１反応ステップ～第４反応ステップを含み：
第１反応ステップでは、前半の反応ステップＳ１（第１前駆体２０を第１方向Ｄ１に沿って注入し、バイアス電源１３０をオン状態にする）及び第１パージステップＳ４（第１不活性ガス２１を第１方向Ｄ１に沿って注入し、バイアス電源１３０をオフ状態にする）を、この順に実行する；
第２反応ステップでは、後半の反応ステップＳ３（第２前駆体３０を第２方向Ｄ２に沿って注入し、バイアス電源１３０をオン状態にする）及び第１パージステップＳ４を、この順に実行する；
第３反応ステップでは、前半の反応ステップＳ１及び第２パージステップＳ２（第２不活性ガス３１を第２方向Ｄ２に沿って注入し、バイアス電源１３０をオフ状態にする）を、この順に実行する；
第４反応ステップでは、後半の反応ステップＳ３及び第２パージステップＳ２を、この順に実行する。

【0045】

本発明の第４実施形態において提供される堆積方法は、第１反応ステップ～第４反応ステップを、この順に実行することを含む。図６Ｂに示すように、前半の反応ステップＳ１及び第１パージステップＳ４を、この順に実行し、後半の反応ステップＳ３及び第１パージステップＳ４を実行し、前半の反応ステップＳ１及び第２パージステップＳ２を実行し、そして後半の反応ステップＳ３及び第２パージステップＳ２を実行する。最後に、パージステップ及びエアポンプ排出ステップ（即ち、洗浄ステップＳ５）を実行する。洗浄ステップＳ５では、不活性ガス（例えば、第１不活性ガス２１または第２不活性ガス３１）を注入して、第１前駆体２０の不要部分、第２前駆体３０の不要部分、及び／または他の副生成物をパージし、エアポンプ排出ステップをチャンバ１１０に対して実行して、第１前駆体２０の不要部分、第２前駆体３０の不要部分、及び／または他の副生成物をチャンバ１１０からポンプで排出する。ここで洗浄ステップＳ５は省略することができ、本発明における限定として解釈するべきでない。

【0046】

図７Ａは、本発明の第５実施形態による堆積方法の概略フローチャートである。図７Ｂは、図７Ａに示す堆積方法を例示する概略時系列図である。

【0047】

具体的には、第５実施形態において提供される堆積方法は、図７Ａ及び図７Ｂに示すように第１反応ステップ及び第２反応ステップを含み：
第１反応ステップでは、前半の反応ステップＳ１（第１前駆体２０を第１方向Ｄ１に沿って注入し、バイアス電源１３０をオン状態にする）及び第１パージステップＳ４（第１不活性ガス２１を第１方向Ｄ１に沿って注入し、バイアス電源１３０をオフ状態にする）を、この順に実行する；
第２反応ステップでは、後半の反応ステップＳ３（第２前駆体３０を第２方向Ｄ２に沿って注入し、バイアス電源１３０をオン状態にする）及び第２パージステップＳ２（第２不活性ガス３１を第２方向Ｄ２に沿って注入し、バイアス電源１３０をオフ状態にする）を、この順に実行する。

【0048】

本発明の第５実施形態において提供される堆積方法は、第１反応ステップを２回実行し、次に第２反応ステップを２回実行することを含む。図７Ｂに示すように、前半の反応ステップＳ１、第１パージステップＳ４、前半の反応ステップＳ１、及び第１パージステップＳ４を、この順に実行し、次に後半の反応ステップＳ３、第２パージステップＳ２、後半の反応ステップＳ３、及び第２パージステップＳ２を、この順に実行する。最後に、パージステップ及びエアポンプ排出ステップ（即ち、洗浄ステップＳ５）を実行する。洗浄ステップＳ５では、不活性ガス（例えば、第１不活性ガス２１または第２不活性ガス３１）を注入して、第１前駆体２０の不要部分、第２前駆体３０の不要部分、及び／または他の副生成物をパージし、エアポンプ排出ステップをチャンバ１１０に対して実行して、第１前駆体２０の不要部分、第２前駆体３０の不要部分、及び／または他の副生成物をチャンバ１１０からポンプで排出する。ここで洗浄ステップＳ５は省略することができ、本発明における限定として考えるべきでない。

【0049】

要約すれば、本発明において提供される堆積装置及び堆積方法では、第１前駆体及び第２前駆体を互いに垂直な２つの方向に沿ってチャンバ内に注入し、第１前駆体は基板に向かって（例えば、垂直方向に）流れる下降流を形成し、次に第２前駆体は基板を通って（例えば、水平方向に）流れる直交流を形成する。下降流と直交流とが交互する動作は、垂直方向の薄膜の成長速度の加速につながるだけでなく、高アスペクト比構造内に形成される薄膜の均一性の改善にもつながる。他の態様では、下降流と直交流とが交互する動作中に、バイアス電源をオン状態にして、プラットフォーム及びその上の基板にバイアスを印加する。バイアスの作用下で、第１及び第２前駆体が基板へ誘引されて高アスペクト比構造内へ移動し、このことはコーティングの効率及び均一性の改善につながる。

【0050】

本発明の範囲または精神から逸脱することなしに、開示した実施形態の構造に種々の変更及び変形を加えることができることは、当業者にとって明らかである。以上のことを考慮して、本発明の変更及び変形が以下の特許請求の範囲及びその等価物に含まれるものとすれば、本発明はこれらの変更及び変形をカバーすることを意図している。

【産業上の利用可能性】

【0051】

本発明の堆積装置及び堆積方法は、コーティングの効率及び均一性の改善につながる。

【符号の説明】

【0052】

参照符号リスト
１０：基板
１１：高アスペクト比構造
２０：第１前駆体
２１：第１不活性ガス
２５：シャワーヘッド
３０：第２前駆体
３１：第２不活性ガス
４０：ポンプ空気流
５０：薄膜
１００・１００Ａ～１００Ｇ：堆積装置
１０１：低圧チャンバ
１０２：バルブ
１１０：チャンバ
１１１：空気供給路
１１２：エアポンプ流路
１２０：プラットフォーム
１３０：バイアス電源
１４０：第１注入装置
１５０：第２注入装置
１６０：無線周波数（ＲＦ）電源
１７０：エアポンプ装置
１８０：第１ヒータ
１８１：第２ヒータ
Ｄ１：第１方向
Ｄ２：第２方向
Ｓ１：前半の反応ステップ
Ｓ２：第２パージステップ
Ｓ３：後半の反応ステップ
Ｓ４：第１パージステップ
Ｓ５：洗浄ステップ

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図1D】

【図1E】

【図1F】

【図1G】

【図1H】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図2D】

【図2E】

【図3A】

【図3B】

【図4A】

【図4B】

【図5A】

【図5B】

【図6A】

【図6B】

【図7A】

【図7B】