▶ ネーデルランツ オルガニサティー フォール トゥーゲパスト‐ナトゥールヴェテンシャッペリーク オンデルズーク テーエンオーの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-04-26
(54)【発明の名称】半導体薄膜デバイスの製造方法
(51)【国際特許分類】
H01L 21/336 20060101AFI20230419BHJP
H01L 21/316 20060101ALI20230419BHJP
【ＦＩ】
H01L29/78 627C
H01L21/316 X
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022555769
(86)(22)【出願日】2021-03-17
(85)【翻訳文提出日】2022-11-14
(86)【国際出願番号】 NL2021050182
(87)【国際公開番号】W WO2021187982
(87)【国際公開日】2021-09-23
(31)【優先権主張番号】20164000.0
(32)【優先日】2020-03-18
(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】515124288
【氏名又は名称】ネーデルランツ オルガニサティー フォール トゥーゲパスト‐ナトゥールヴェテンシャッペリーク オンデルズーク テーエンオー
(74)【代理人】
【識別番号】110000442
【氏名又は名称】弁理士法人武和国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】マメリ，アルフレド
(72)【発明者】
【氏名】クロネメイイェル，アウケ ジスク
(72)【発明者】
【氏名】ローゼボーム，フレディ
【テーマコード（参考）】
5F058
5F110
【Ｆターム（参考）】
5F058BA20
5F058BB01
5F058BC02
5F058BD04
5F058BE10
5F058BF07
5F058BF27
5F058BF29
5F058BJ04
5F110AA16
5F110CC01
5F110DD02
5F110DD13
5F110DD17
5F110EE04
5F110EE08
5F110FF02
5F110GG01
5F110HK04
5F110HK08
5F110NN23
5F110NN33
(57)【要約】
【解決手段】本開示は、薄膜デバイス（１００）の製造方法に関する。マルチレベル・ナノインプリント・リソグラフィ用テンプレート（２０）は、電極層（１１）および電極層を覆うブランケット犠牲層（１２）を備える、薄膜積層体に転写される。テンプレートが転写され、これにより、デバイス（１００）をパターン化し、電極の所定の電気的コンタクト領域（Ａ１）を覆う犠牲層の残りの部分（１２ａ）を維持しながら、電極の所定の絶縁領域（Ａ２）を露出させる。領域選択的ＡＬＤプロセスが実行され、電極層の露出した領域を被覆層で選択的に覆う。犠牲層（１２）の残りの部分（１２ａ）を除去した後に、さらなる処理のために、電極層（１１）の電気的コンタクト領域（Ａ１）が露出される。
【選択図】図７
【選択図】図７
【特許請求の範囲】
【請求項1】
半導体薄膜デバイス（１００）を製造する方法であって、電極層（１１）を備える、薄膜積層体（１０）を準備するステップ、
前記電極層（１１）を覆う、ブランケット犠牲層（１２）を堆積するステップ、
前記ブランケット犠牲層（１２）上に、マルチレベル・ナノインプリント・リソグラフィ用テンプレート（２０）を配置するステップであって、前記マルチレベル・ナノインプリント・リソグラフィ用テンプレート（２０）が、
前記電極層（１１）の所定の電気的コンタクト領域（Ａ１）に対応する、第１のレベル（Ｌ１）の少なくとも第１の部分（Ｐ１）と、
前記電極層（１１）の所定の絶縁領域（Ａ２）に対応する、前記第１のレベルとは相異なる第２のレベル（Ｌ２）の第２の部分（Ｐ２）と
を備える、ステップ、
前記マルチレベル・ナノインプリント・リソグラフィ用テンプレート（２０）を前記薄膜積層体（１０）に転写（Ｔ）し、これにより、前記薄膜デバイス（１００）をパターン化し、前記電極層（１１）の前記所定の電気的コンタクト領域（Ａ１）を覆う、前記ブランケット犠牲層（１２）の残りの部分（１２ａ）を維持しながら、前記電極層の前記所定の絶縁領域（Ａ２）を露出させるステップ、
前記電極層（１１）の前記露出した領域を、被覆材料（３０ｍ）の被覆層（３０）で選択的に覆うために、領域選択的ＡＬＤプロセス（ＡＳ－ＡＬＤ）を実行するステップであって、前記領域選択的ＡＬＤプロセスが、前記ブランケット犠牲層（１２）上よりも前記電極層（１１）上で、比較的速い前記被覆材料（３０ｍ）の堆積速度を有するよう調整される、ステップ、ならびに
前記ブランケット犠牲層（１２）の前記残りの部分（１２ａ）を除去して、前記電極層（１１）の前記電気的コンタクト領域（Ａ１）を露出させるステップ
を含む、方法。
【請求項2】
前記準備された薄膜積層体（１０）が、埋め込まれた別の電極層（１７）、および前記電極層（１１）を前記別の電極層（１７）と分離する絶縁体層１８を備え、前記マルチレベル・ナノインプリント・リソグラフィ用テンプレート（２０）が、前記別の電極層（１７）の所定のコンタクト領域（Ａ３）に対応する、前記第１のレベルおよび第２のレベルとは異なる、別のレベル（Ｌ３）の別の部分（Ｐ３）を備え、転写時に、前記別の電極層（１７）の前記所定のコンタクト領域（Ａ３）が露出される、
請求項１に記載の方法。
【請求項3】
電極材料（１１ｍ）上への前記被覆材料（３０ｍ）の前記堆積速度が、前記別の電極層（１７）上への前記堆積速度よりも比較的速い、請求項２に記載の方法。
【請求項4】
前記方法が、前記堆積された被覆材料（３０ｍ）の一部を除去する、１回または複数のバックエッチング・プロセスのステップをさらに含む、請求項１から３のいずれかに記載の方法。
【請求項5】
前記方法が、金属化プロセスを実行して、前記電極層（１１）の前記露出したコンタクト領域（Ａ１）上に導電性コンタクト・パッド（４１）を形成するステップを含む、請求項１から４のいずれかに記載の方法。
【請求項6】
前記領域選択的ＡＬＤプロセス（ＡＳ－ＡＬＤ）が、領域選択的空間分解式ＡＬＤプロセスである、請求項１から５のいずれかに記載の方法。
【請求項7】
前記方法が、金属化プロセスを実行して、前記電極層および前記別の電極層（１１、１７）の両方の前記露出したコンタクト領域（Ａ１、Ａ３）上に、導電性コンタクト・パッド（４１、４２）を形成するステップを含む、請求項１から６のいずれかに記載の方法。
【請求項8】
前記方法が、トランジスタ・デバイスを製造するよう調整され、前記電極層（１１）および前記電極層（１７）のうちの一方が、ゲート（１１０）を形成するよう調整され、他方が、半導体電荷キャリア層（１７０）を形成するよう調整され、
前記絶縁体層（１８）が、ゲート絶縁体（１８０）を形成するよう調整される、
請求項２から７のいずれかに記載の方法。
【請求項9】
前記方法が、ＴＦＴデバイス（１０００）を製造するよう調整され、前記電極層（１１）および前記別の電極層（１７）のうちの一方が、本質的に金属、たとえばモリブデンからなり、
前記電極層（１１）および前記別の電極層（１７）のうちの他方が、本質的に酸化インジウムガリウム亜鉛からなり、
前記ゲート絶縁体層（１８）が、本質的に酸化ケイ素からなる、
請求項２から８のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、半導体薄膜デバイスの製造方法に関する。本開示は、より詳細には、マルチレベル・ナノインプリント・リソグラフィ用テンプレートおよび領域選択的ＡＬＤプロセスの使用を含む、方法に関する。
【背景技術】
【0002】
より小型でより高性能な半導体デバイスに対する需要が、ますます高まっている。半導体薄膜デバイスの製造では、典型的には、それぞれが典型的には１回または複数の堆積、リソグラフィ、および／またはエッチング工程を含む、多数のパターン化工程が必要となる。デバイスの複雑さ、たとえばトランジスタの数が増加するにつれて、パターン化方法についての制約が、たとえば解像度に関して、厳しくなっている。同時に、製造方法の複雑さ、および／または半導体デバイスの製造に必要な処理工程の総数を減らすための、継続的な動きがある。（３次元の）相互接続構造体の製造では、典型的には、たとえば、電極層とのコンタクト領域を選択的に開口するために、複数回のフォトリソグラフィおよびエッチング工程が必要となる。たとえば、ＴＦＴの典型的なプロセス・フローは、第１のマスクを使用し、ゲート構造体を画定する、第１のパターン化手順から開始することができる。その上に、たとえば絶縁体層、半導体層、およびソース／ドレインのコンタクト層を含む、機能層が堆積される。ソース－ドレインのコンタクト構造体の製造は、典型的には、別のパターン化工程、たとえばフォトリソグラフィを必要とする。続いて、チャネル幅の画定およびコンタクト・ホールの形成には、さらなるパターン化工程が必要であり、通常、さらに別のフォトレジスト層の堆積およびさらに別のマスクの使用が必要となる。
【0003】
米国特許出願公開第２０１７０３３０７９４Ａ１号（特許文献１）は、ビア遮断層の使用に関する。遮断層を使用して、所与の相互接続層内の選択されたビアを絶縁するので、その上に堆積される導電経路は、そうして選択され、絶縁されたビアをとばすことができる。堆積された導電経路層が、選択され絶縁されたビアをとばす機能は、選択されたビアの金属コンタクト上への、絶縁体層の原子層堆積によって成し遂げられる。側壁への絶縁体層の堆積を防止するために、これらの壁は遮断層で覆われる。この方法では、選択されたビアだけを遮断するため、遮断層および／または絶縁体層の堆積プロセスから、他の構成要素、たとえば他のビアをシールドする、第１の専用パターン化工程が必要となる。さらに、遮断層堆積プロセスは、ブランケット遮断層の、領域選択的組立プロセスおよび／または領域を選択しない堆積によって変わり、続いてブランケット遮断層の選択された領域を開口する、リソグラフィ・プロセスによって変わり得る。米国特許出願公開第２０１７０３３０７９４Ａ１号の方法は、遮断層が配置される手法によっては、必要な処理工程の数、具体的には必要なパターン化、たとえばマスキング工程の数に関して、程度の差はあれ、削減できない。したがって、処理工程数の削減によって恩恵を受ける、同じ構成物（ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）の別個のターゲット領域上への材料の選択的堆積に好適な、薄膜デバイスを製造する方法について、依然としてニーズがある。
【0004】
米国特許第１０２４３０８０Ｂ２号（特許文献２）は、半導体デバイスの犠牲遮断層を利用する選択的堆積に関し、より詳細には、酸化膜の選択的堆積に関する。米国特許第１０２４３０８０Ｂ２号の方法は、米国特許出願公開第２０１７０３３０７９４Ａ１号と同様に、たとえば遮断層が適用されることになる窓を形成するために、遮断層を適用させる前に多くの処理工程が必要となる。酸化物の選択的堆積は、さらに、犠牲遮断層を選択的に堆積させる第１の選択的堆積プロセスと、酸化膜を堆積させる第２の選択的堆積プロセスとを含む。したがって、米国特許第１０２４３０８０Ｂ２号では、必要な処理工程数を減らすことができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】米国特許出願公開第２０１７０３３０７９４Ａ１号
【特許文献2】米国特許第１０２４３０８０Ｂ２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
したがって、薄膜デバイス、具体的には多層薄膜デバイスを製造する、より効果的で、より時間がかからない、かつ／またはより簡単で、したがってよりコストのかからない方法について、依然としてニーズがある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本開示の態様は、半導体薄膜デバイスを製造する方法に関する。この方法は、薄膜、たとえばデバイス層の積層体を提供することを含む。積層体は、少なくとも電極層を備える。いくつかの実施形態では、積層体は、１つまたは複数のさらに下にあるデバイス層を備える。積層体は、デバイスの製造の基礎を形成する。電極層をパターン化する前に、ブランケット犠牲層が積層体上に堆積され、電極層を覆うことが好ましい。後に続く工程では、マルチレベル・ナノインプリント・リソグラフィ用テンプレートが、ブランケット犠牲層上に配置される。マルチレベル・ナノインプリント・リソグラフィ用テンプレートは、パターン転写時に、下にある犠牲層および電極層の少なくとも一部をパターン化するよう調整される。いくつかの実施形態では、マルチレベル・ナノインプリント・リソグラフィ用テンプレートはさらに、パターン化するときに、さらに下にあるデバイス層の少なくとも一部もパターン化するよう調整される。マルチレベル・ナノインプリント・リソグラフィ用テンプレートは、電極層をパターン化するために、少なくとも第１のレベルの第１の部分と、第１レベルとは相異なる第２のレベルの第２の部分とを備える。第１の部分は、電極層の所定の電気的コンタクト領域に対応する。第２の部分は、電極層の所定の絶縁領域に対応する。
【0008】
いくつかの実施形態では、準備された薄膜積層体は、埋め込まれた別の電極層、および電極層を別の電極層と分離する絶縁体層を備える。マルチレベル・ナノインプリント・リソグラフィ用テンプレートは、それに応じて、第１および第２のレベルとは相異なる、別のレベルの別の部分を備えることが好ましい。別の部分は、別の電極層の所定のコンタクト領域に対応する。別の部分のレベルは、転写時に、別の電極層の所定のコンタクト領域が曝露されるよう調整される。別のレベルの別の部分を備えるマルチレベル・ナノインプリント・リソグラフィ用テンプレートを配置することによって、デバイスのより複雑な部分、たとえば上部の電極および下にあるデバイス層を、ただ１回のパターン転写工程で画定することができる。マルチレベル・ナノインプリント・リソグラフィ用テンプレートは、コンタクト領域および非コンタクト領域を有する薄膜デバイスの電極を含む、薄膜デバイスを画定するよう調整されることが好ましい。別のレベルを有するマルチレベル・ナノインプリント・リソグラフィ用テンプレートを使用すると、たとえば、露出した電極層上にコンタクト窓を画定するための、別個のフォトリソグラフィでのパターン化プロセスを含むプロセスと比較して、パターン化工程の数を減らして、複雑なマルチレベル薄膜デバイスを画定することができるので有利である。したがって、パターン化工程の数を最小限に抑え、たとえば、プロセス時間および／または製造プロセスのコストを削減することができる。
【0009】
マルチナノインプリント・リソグラフィ用テンプレートは、薄膜積層体に転写、たとえばエッチングされ、これにより、薄膜デバイスをパターン化する。パターン化は、電極層の所定の電気的コンタクト領域を覆うブランケット犠牲層の残りの部分を維持しながら、電極層の所定の絶縁領域と、存在する場合、より深くに位置する別の電極の所定のコンタクト領域とを露出させる。電極の所定の電気的コンタクト領域を覆うブランケット犠牲層の一部を保持しながら、電極層の所定の絶縁領域に属する電極層の一部を露出させることは、パターン化プロセスを適時に終了することで成し遂げられ得る。パターン化の時間は、パターン化速度、たとえば、マルチレベル・ナノインプリント・リソグラフィ用テンプレートの厚さと共に、エッチング速度によって変わり得る。パターン化プロセスを適時に終了させることは、実験的に、たとえば見た目で判断することができる。いくつかの実施形態では、積層体には、積層体内の対応する深さに置かれるマーカ、たとえば、視覚的または電気的マーカが設けられる。
【0010】
パターン転写（パターン化）の後、被覆材料の被覆層が、電極層の露出した領域上に選択的に堆積される。選択的堆積とは、対象とされるターゲット領域上への優先的堆積、および他のターゲットでない領域上への比較的少ない堆積、好ましくは本質的に堆積がないことが、同時に起こるものと理解することができる。好ましい実施形態では、被覆材料は、領域選択的ＡＬＤプロセス（ＡＳ－ＡＬＤ：ａｒｅａ ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ＡＬＤ ｐｒｏｃｅｓｓ）を使って堆積される。領域選択的ＡＬＤプロセスは、比較的速い、たとえば電極層上で犠牲層上よりも速く、かつ／または別の電極上よりも速い、被覆材料の堆積速度を有するよう調整される。したがって、パターン化された犠牲層により、第１の構成物の基板の露出された領域上へ、同じ基板上の相異なる構成物の他の少なくとも２つの露出された領域よりも、所与の材料を選択的に堆積することを可能にする方法を、提供することができる。犠牲層の使用は、各層の個別のパターン化および／または保護を別個に必要とすることなく、多層薄膜デバイス１００の複数の層の同時処理を可能にする、領域選択的ＡＬＤプロセスのための化学的差異を実現するものと理解することができる。したがって、たとえば、選択的堆積が、他の１つの材料の上の第１の構成物の材料に限定される、米国特許出願公開第２０１７０３３０７９４Ａ１号および米国特許第１０２４３０８０Ｂ２号で説明されているような、既知の製造プロセスで一般的に使用される、さらなるパターン化またはシールド工程の必要性を低減する。
【0011】
マルチレベル・ナノインプリント・リソグラフィ用テンプレートを使用することのさらなる利点は、本明細書で説明されているように、パターンの画定が、もはや（大面積の）フォトリソグラフィ・ツールに依存しないことである。パターンの画定は、そうではなくて、たとえば他のリソグラフィ手段を使って別個に実現できる、再利用可能なマスタに依存する。したがって、この方法は、大面積リソグラフィ・ツールの必要性および／または負荷を低減し、標準的な光学パターン化ツールに依存する方法と比較して、スループットを高め、かつ／または製造コストを削減しながらも、依然として、達成可能な高いパターンの解像度による恩恵を受ける。したがって、さらに、低コストの製造ツールを使用しての、高解像度の、たとえばより小型および／またはより高密度のデバイスの製造が可能となる。
【0012】
好ましい実施形態では、被覆層は、電気絶縁被覆材料からなる。電気絶縁被覆層を設けることにより、使用時に、下にある電極の一部（たとえば、電極の所定の絶縁領域）を、望ましからざるコンタクトから保護することができる。
【0013】
被覆材料の領域選択的堆積に続いて、犠牲層の残りの部分が除去される。犠牲層の残りの部分を除去することにより、電極層の電気的コンタクト領域が露出される。犠牲層が除去されるとき、被覆層の少なくとも一部が残ることが好ましく、これにより、電極層の所定の絶縁領域が被覆されたまま残る。
【0014】
テンプレートに少なくとも第１の部分および第２の部分を設けることにより、転写時に、第１の部分が電極の第１の部分に対応し、第２の部分が第２の、たとえば隣り合う電極の部分に対応する、複雑な電極の全体的な形状を画定することができる。テンプレートに相異なるレベルを設けることにより、たとえば下にある薄膜積層体内の膜の高さを、相異なるレベルに画定する、たとえばエッチングすることができる。テンプレートに、少なくとも第１のレベルの第１の部分、および第１のレベルとは高さが相異なる第２レベルの第２の部分を設けることにより、リソグラフィ・テンプレートを薄膜積層体１０内に画定、たとえばエッチングし、これにより薄膜デバイス１００をパターン化し、電極層の所定の電気的コンタクト領域を覆うブランケット犠牲層の残りの部分を維持しながらも、電極層の所定の絶縁領域を露出させることができる。
【0015】
少なくとも第１の部分、第２の部分、および別の部分を有するテンプレートを使った積層体のパターン化を、領域選択的ＡＬＤプロセスの使用と組み合わせて、コンタクト領域および非コンタクト領域を有する電極、ならびに半導体層のコンタクト領域を含む薄膜デバイスの、少ない製造工程数での製造を可能にすることができる。これにより、電極層のコンタクト領域および非コンタクト領域を画定するための個別のマスキングおよび／またはパターン化工程、たとえばフォトリソグラフィ工程の必要性が低減される。
【0016】
いくつかの実施形態では、この方法は、金属化プロセスを実行して、電極層の露出したコンタクト領域上に導電性コンタクト・パッドを形成することを含む。加えて、この方法は、金属化プロセスを実行して、別の電極層、たとえば半導体層の露出したコンタクト領域上に、導電性コンタクト・パッドを形成することを含むことができる。電極層および別の電極層上の導電性コンタクト・パッドが、単一の金属化工程で形成されることが好ましい。
【0017】
本開示のさらなる態様は、薄膜デバイスの製造、具体的には薄膜トランジスタ、たとえばＦＥＴまたはＭＯＳＦＥＴデバイスの製造における、本発明による方法の使用に関する。
【0018】
本開示の装置、システム、および方法のこうした特徴、態様、および利点、ならびに他の特徴、態様、および利点は、以下の説明、添付の特許請求の範囲、および添付図面から、よりよく理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1A】様々なステージにおける薄膜デバイスの製造方法の、一実施形態を概略的に示す図である。
【図1B】様々なステージにおける薄膜デバイスの製造方法の、一実施形態を概略的に示す図である。
【図1C】様々なステージにおける薄膜デバイスの製造方法の、一実施形態を概略的に示す図である。
【図1D】様々なステージにおける薄膜デバイスの製造方法の、一実施形態を概略的に示す図である。
【図2A】様々なステージにおける薄膜デバイスの製造方法の、一実施形態を概略的に示す図である。
【図2B】様々なステージにおける薄膜デバイスの製造方法の、一実施形態を概略的に示す図である。
【図2C】様々なステージにおける薄膜デバイスの製造方法の、一実施形態を概略的に示す図である。
【図3A】様々なステージにおける薄膜デバイスの製造方法の、さらなる実施形態を概略的に示す図である。
【図3B】様々なステージにおける薄膜デバイスの製造方法の、さらなる実施形態を概略的に示す図である。
【図4A】様々なステージにおける薄膜デバイスの製造方法の、さらなる実施形態を概略的に示す図である。
【図4B】様々なステージにおける薄膜デバイスの製造方法の、さらなる実施形態を概略的に示す図である。
【図5】領域選択的ＡＬＤプロセスを、概略的に示す図である。
【図6A】領域選択された成長速度を示すグラフである。
【図6B】領域選択された成長速度を示すグラフである。
【図7】ＴＦＴデバイスの製造に適用された本方法の、実施形態の様々なステージを示す図である。
【図8】ＴＦＴデバイスの製造に適用された本方法の、実施形態の様々なステージを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0020】
特定の実施形態を説明するために使用される用語は、本発明を限定することを意図するものではない。単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、本明細書で使用されている場合、文脈上明らかにそうでないと示していない限り、複数の形態も同様に含むことを意図する。「ａｎｄ／ｏｒ」という用語は、関連する列挙された項目のうちの１つまたは複数の、ありとあらゆる組合せを含む。「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ」および／または「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」という用語は、記載された特徴の存在を特定するが、１つまたは複数の他の特徴の存在または追加を排除するものではないことが理解されよう。方法の特定のステップが、別のステップの後に続くと言及される場合、別段の指定がない限り、該他のステップに直接続くことができるか、または特定のステップを実行する前に、１つまたは複数の中間ステップが実行されてもよいことが、さらに理解されよう。同様に、構造体または構成要素間の接続が説明されている場合、この接続は、別段の指定がない限り、直接または中間の構造体もしくは構成要素を介して、確立され得ることが理解されよう。
【0021】
「ブランケット層」という用語は、本明細書で使用される場合、１つまたは複数の下にある層を覆う層を含むと、理解することができる。「ブランケット層」という用語は、具体的には、該下にある層がパターン化されることになる、１つまたは複数の所定の領域を覆う層も含むと、理解することができる。
【0022】
「電極層の所定の絶縁領域」という句は、本明細書で使用される場合、図１Ａ～図２Ｃ、図３Ａ～図４Ｂ、および図７～図８に示されるように、最終的なデバイスにおいて電気的に絶縁される、すなわち、被覆材料の層で覆われることになる、電極層の所定の領域（または部分）に相当する、電極層の領域に関係することが理解されよう。
【0023】
電極層は、本明細書で使用される場合、高い電気抵抗率を有する電気絶縁層とは対照的に、低い電気抵抗率ρを有することを特徴とすることができる。電極層は、典型的には、摂氏２０度で約１μΩ・ｃｍ未満、好ましくはより低い、たとえば０．１、またはさらには０．０１μΩ・ｃｍ未満の電気抵抗率を有する電極材料で形成され、電気絶縁材料（低κ誘電体または高κ誘電体）は、対照的に、２０℃で１０ＭΩ・ｍを超える、好ましくはより高い、たとえば１０１０Ω・ｍを超える、またはより高い、たとえば１０１３または１０１４Ω・ｍを超える、たとえば１０１３Ω・ｍから１０１５Ω・ｍの範囲の、電気抵抗ρを有することを特徴とする。
【0024】
本発明は、これ以降で、本発明の実施形態が示された添付図面を参照しながら、より十分に説明される。図面において、システム、構成要素、層、および区域の絶対的サイズおよび相対的サイズが、明確にするために、たとえば縮尺通りではなく、誇張されている場合がある。実施形態は、場合によっては本発明の理想化された実施形態および中間構造体の、概略図および／または断面図を参照しながら説明され得る。説明および図面において、同じ番号は、全体を通して同じ要素を指す。相対的な用語ばかりでなくその派生語も、そのときに説明されている、または議論中の図面に示されている向きを指すと解釈されるべきである。こうした相対的な用語は、説明の便宜上のものであり、別段の記載がない限り、システムを特定の向きで構築または操作する必要はない。
【0025】
【0026】
薄膜デバイス１００の製造方法の最初の段階における、薄膜積層体１０の概略側断面図を、図１Ａに示す。積層体は、電極材料１１ｍの１つの電極層１１を備える。１つまたは複数の追加層１６、たとえば絶縁層が、電極層１１の下に示されている。本明細書で説明されているように、電極層１１は、薄膜デバイス１００に備えられる電極を形成するようパターン化され得る。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の追加層１６は、電極材料１１と共にパターン化される。いくつかの実施形態では、電極１１は、約１ｍΩ・ｃｍ以下、たとえば０．１ｍΩ・ｃｍ未満の電気抵抗率を有する、たとえば金属の、電極材料１１ｍで形成され得る。他の実施形態では、電極層１１は、半導体電極材料１１ｍ、たとえばドープされた半導体材料で形成されてもよい。電極層１１の厚さは、典型的には、薄膜デバイス１００が備える電極の厚さと一致する。電極層１１は、典型的には、約１００または２００ナノメートルから１００マイクロメートルの範囲の、たとえば、５００ナノメートルから１０マイクロメートルの範囲の、たとえば、約１または約５マイクロメートルの、厚さを有する。
【0027】
ブランケット犠牲層１２が、電極層１１上に堆積される。ブランケット層は、図示のように、電極層１１が下にあり、該下にある層でパターン化されることになる、１つまたは複数の所定の領域を含む（たとえば、図１Ｄ参照）。犠牲層は、犠牲材料１２ｍまたはかかる材料１２ｍの組み合わせで形成することができる。犠牲層１２および犠牲材料１２ｍは、エッチングなどの標準的な薄膜製造プロセスを使用して、選択的に除去できる機能を特徴とすることができる。犠牲層１２は、図示のように、薄膜積層体１０上に堆積されるが、犠牲層１２が、本発明による方法を使用して製造される最終製品、たとえばＴＦＴデバイスのＭＯＳＦＥＴなどの薄膜デバイス１００に、必ずしも備えられるものではないことが理解されよう。犠牲材料の除去（たとえば、図２Ｂに関して説明されるような）は、選択的エッチング、たとえば選択的湿式エッチングによって達成することができる。たとえば、酸化アルミニウムの犠牲層１２に、選択的湿式エッチング剤を用いる。ブランケット犠牲層１２は、任意の好適な堆積方法、たとえば蒸着または原子層堆積（ＡＬＤ：ａｔｏｍｉｃ ｌａｙｅｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を使用して、堆積することができる。犠牲層１２の堆積は、本明細書で説明されるように、高解像度パターン化技法を必要としないので有利である。犠牲層の厚さは、製造されるデバイスのタイプによって変わる可能性がある。犠牲層１２は、約５ナノメートルまたは１００ナノメートルの下限値、および最大数マイクロメートル、たとえば１０マイクロメートルの上限値の範囲の厚さを有する。厚さは、典型的には、１０ナノメートルから１００または２００ナノメートルの範囲である。
【0028】
犠牲層１２上に、マルチレベル・ナノインプリント・リソグラフィ用テンプレートが配置される。たとえば図１Ｃに示されているような、テンプレート材料のマルチレベル・ナノインプリント・リソグラフィ用テンプレート２０は、少なくとも第１のレベルＬ１の第１の部分Ｐ１と、第１のレベルＬ１とは相異なる第２のレベルＬ２の第２の部分Ｐ２とを備える。部分Ｐ１は、電極層１１の所定の電気的コンタクト領域（Ａ１、たとえば図１Ｄ参照）に対応する。部分Ｐ２は、電極層１１の所定の絶縁領域（Ａ２、図１Ｄ参照）に対応する。ナノインプリント・リソグラフィ用テンプレートを配置する方法は、それ自体知られているかもしれない。説明された部分を含むマルチレベル・ナノインプリント・リソグラフィ用テンプレートは、下の層の積層体へのテンプレートの確実な転写を可能にする構成物で形成されることが好ましい。転写は、任意の既知のナノインプリント・リソグラフィ法、典型的にはエッチング、好ましくは均一エッチング手順で実行することができ、テンプレートは、レジストと隣り合う層の材料がエッチングされる間に、テンプレートで覆われる場所でエッチングを抑制するレジストとして機能する。好ましい実施形態では、転写は、一般に、乾式エッチング手順、たとえば反応性イオン・エッチングで実行される。
【0029】
マルチレベル・ナノインプリント・リソグラフィ用テンプレート２０を配置することは、典型的には、たとえば、薄膜積層体１０上にインプリント・レジストのコーティングを施すことを含む。続いて、所定の３Ｄ構造体を有するインプリントの型がインプリント・レジスト層に押し込まれ、これにより型の３Ｄパターンが、インプリント・レジスト内に転写される。インプリント・レジストのコーティングを施す前に、任意選択で、接着促進剤層（図示せず）または酸素プラズマ処理などの接着促進工程を設けて、マルチレベル・ナノインプリント・リソグラフィ用テンプレート２０の接着力を高めることができる。
【0030】
形成された３Ｄパターンは、配置されたデバイス層のブランケット犠牲層１２を含む、下にあるデバイス層をパターン化するためのテンプレートを形成する。マルチレベル・ナノインプリント・リソグラフィ用テンプレート２０の厚さおよびそのレベルは、下にあるデバイス層の厚さに対応する。テンプレートは、パターン転写Ｔを行うと、図１Ｄに示されているように、下にある層に転写される。これにより、薄膜デバイス１００を積層体１０からパターン化し、電極層１１の所定の電気的コンタクト領域Ａ１を覆うブランケット犠牲層１２の残りの部分１２ａを維持しながら、電極層の所定の絶縁領域Ａ２を露出させる。
【0031】
テンプレートに少なくとも第１の部分Ｐ１および第２の部分Ｐ２を設けることにより、第１の部分が電極の第１の部分に対応し、第２の部分が第２の、たとえば隣り合う電極の部分に対応する、電極の全体的な形状の画定、たとえば、エッチングが可能となる。テンプレートに相異なるレベルを設けることにより、たとえば下にある薄膜積層体内の膜の高さを、相異なるレベルに画定する、たとえばエッチングすることができる。テンプレートに、少なくとも第１のレベルＬ１の第１の部分Ｐ１、および第１のレベルとは高さが相異なる第２レベルのＬ２の第２の部分Ｐ２を設けることにより、リソグラフィ・テンプレート２０を薄膜積層体１０内に画定する、たとえばエッチングすることができ、マルチレベル・ナノインプリント・リソグラフィ用テンプレート２０は、電極層１１の所定の電気的コンタクト領域Ａ１を覆うブランケット犠牲層１２の残りの部分を維持しながら、電極層の所定の絶縁領域Ａ２を露出させることを含む、単一の転写工程で薄膜デバイス１００をパターン化するよう調整することができるので、必要な処理工程の数を最小限に抑えることができる。
【0032】
パターン化された積層体は、領域選択的堆積プロセスに曝露される。図２Ａは、領域選択的ＡＬＤプロセス（ＡＳ－ＡＬＤ）を実行した後、電極層１１の露出した絶縁領域Ａ２上に、被覆材料３０ｍの被覆層３０がある、図１Ｄに示されたパターン化された積層体を概略的に示す。領域選択的ＡＬＤプロセスは、犠牲層１２上よりも電極層１１上で比較的速い、被覆材料３０ｍの堆積速度を有するよう調整される。領域選択的ＡＬＤプロセスはさらに、任意選択で、追加層１６（図示せず）上よりも電極層１１上で比較的速い、被覆材料３０ｍの堆積速度を有するよう調整することができる。ＡＳ－ＡＬＤプロセスは、堆積されることになる材料が、ある材料上に、１つまたは複数の他の材料よりも優先的に堆積されるＡＬＤプロセスに関すると、理解することができる。領域選択的堆積または優先的堆積は、堆積されることになる材料、たとえば、被覆材料３０ｍの堆積速度が、ターゲットの堆積領域上で、ターゲットの非堆積領域よりも比較的速い堆積に関すると、理解することができる。ＡＳ－ＡＬＤでは、プロセス条件、堆積されることになる材料に対する阻害剤、前駆体、および共反応体のうちの１つまたは複数が、相互に選択され、たとえば所与の構成物の層の上に、他の所与の構成物の層よりも、被覆材料を選択的に堆積できるよう調節される。ターゲット材料上の被覆材料３０ｍの相対堆積速度は、好ましくは、非ターゲット領域上の速度よりも少なくとも３倍速く、より好ましくは、堆積速度は少なくとも５倍以上、たとえば１０倍速い。相対的な差がより大きいほど、たとえば、所与の数のＡＬＤ堆積サイクルごとに、一層選択的な堆積が可能になる。ターゲット材料上の被覆材料３０ｍの絶対堆積速度は、ＡＬＤサイクル当たり０．１ｎｍ程度であることが好ましい。非ターゲット領域上への堆積は、無視できることが好ましい。犠牲層１２上への被覆材料３０ｍの堆積は、犠牲層の残りの部分１２ａの今後の除去を、不利になるように妨げる可能性がある。したがって、犠牲層１２、電極層１１、および任意選択で追加層１６は、被覆材料３０ｍの犠牲層１２上への堆積速度が、電極層１１上への堆積速度より比較的遅くなるよう選択されると理解することができる。好ましい実施形態では、被覆層３０は、電気絶縁性の被覆層、たとえば二酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）である。電気絶縁性の被覆層を設けることにより、薄膜デバイス１００の電極を、たとえば使用中の望ましからざるコンタクトから保護することができる。ＡＳ－ＡＬＤに関する詳細は、図５に関連して後の方で、より詳細に説明することにする。
【0033】
被覆層３０を堆積させた後、犠牲層１２の残りの部分１２ａを除去して、電極層１１の電気的コンタクト領域Ａ１を露出させる。図２Ｂは、犠牲層１２を除去した後の状態にある積層体を概略的に示す。犠牲材料１２ｍの除去は、説明されたように、湿式エッチングなどの任意の好適な方法で実行される。犠牲層１２および被覆層３０は、図示のように、犠牲層１２を選択的に除去できるよう選択されることが好ましい。たとえば、犠牲層１２および被覆層３０のうちの一方は、ＡｌＯｘベースとすることができ、他方はＳｉＯｘベースとすることができる。
【0034】
いくつかの実施形態では、この方法は、たとえば図２Ｃに示されているように、金属化プロセスを実行して、電極層１１の露出されたコンタクト領域Ａ１上に導電性コンタクト・パッド４０を形成することを含む。金属化は、導電性材料４０ｍ、たとえば金属の、電着を含むことができる。絶縁領域Ａ２は露出されていないので、絶縁領域上へのコンタクト・パッドの堆積を回避することができる。任意選択または追加で、（たとえば図４Ｂに示されているように）この方法は、金属化プロセスを実行して、別の電極層、たとえばより深くに位置する電極層１７の露出されたコンタクト領域上に、導電性コンタクト・パッド４２を形成することを含むことができる。電極層１１および別の電極層１７上の導電性コンタクト・パッドが、単一の金属化プロセスで形成できるので有利である。
【0035】
他の実施形態またはさらなる実施形態では、薄膜積層体は、別の追加層１６を備える（設けられる）。いくつかの実施形態では、積層体１０は、たとえば図３Ａに示されているように、埋め込まれた別の電極層１７、および電極層１１を別の電極層１７と分離する絶縁体層１８を備える。積層体は、任意選択で、緩衝材料１９ｍの緩衝層１９および／またはキャリア１６ｃなどの、別の層を備えることができる。犠牲層１２には、別の部分、たとえば第１および第２のレベルとは相異なる別のレベルＬ３の、第３の部分Ｐ３を備える、マルチレベル・ナノインプリント・リソグラフィ用テンプレート２０が配置される。マルチレベルのスタンプ、たとえば３つのレベルのＮＩＬ用テンプレートを使って、単一の処理工程で複数の層の情報をエンコードして転送することができる。たとえば、２つのレベルのスタンプが、単一のデバイス層しかエンコードしてパターン化できないのと対照的に、３つのレベルのスタンプは、２つのデバイス層をエンコードすることができる。第３の部分は、別の電極層１７の所定のコンタクト領域Ａ３に対応する。対応する第３の部分は、転写時に、別の電極層１７の所定のコンタクト領域Ａ３が露出されるような厚さ（レベル）を有する（図３Ｂ参照）。したがって、第３の部分を含むマルチレベル・ナノインプリント・リソグラフィ用テンプレート２０は、コンタクト領域および非コンタクト領域を有する薄膜デバイスの電極を含む、薄膜デバイス１００を画定するよう調整されると理解することができる。別のレベルを有するマルチレベル・ナノインプリント・リソグラフィ用テンプレート２０を使用することにより、削減された、好ましくはただ１度のパターン転写工程で、複雑なマルチレベルの薄膜デバイス１００を画定することができるので有利である。したがって、薄膜デバイス１００の製造におけるパターン化工程の総数を最小限に抑え、たとえば、プロセス時間および／または製造コストを削減することができる。好ましい実施形態では、電極層１１、１７のうちの一方が、半導体材料、たとえばドープされた半導体材料で形成されるのに対して、他方は、１ｍΩ・ｃｍ未満、たとえば０．１ｍΩ・ｃｍ未満の電気抵抗率を有する材料、たとえば金属で形成される。したがって、この方法は、複雑さおよび／またはコストを削減して、トランジスタ、たとえばＦＥＴまたはＭＯＳＦＥＴデバイスの製造に、適用することができる。
【0036】
好ましい実施形態では、電極材料１１ｍ上への被覆材料３０ｍの堆積速度は、別の電極層１７上への堆積速度よりも比較的速い。図４Ａは、製造段階において、被覆材料３０ｍの被覆層３０を選択的に堆積した後の薄膜デバイス１００を概略的に示す。電極材料１１ｍ上への被覆材料３０ｍの堆積速度が、別の電極層１７上への堆積速度より比較的速いので、犠牲層の残りの部分１２ａ上および別の電極層１７のコンタクト領域Ａ３上への被服材料３０ｍの堆積を削減、好ましくは本質的に回避することができる。別の電極層１７のコンタクト領域Ａ３上の、被覆材料３０ｍ、具体的には電気絶縁性の被覆材料の層の存在は、別の電極層１７上への導電性のコンタクト・パッド４２（図４Ｂ参照）の形成を、不利となるように阻止するであろう。
【0037】
したがって、犠牲層１２、電極層１１、および別の電極層１７は、被覆材料が、犠牲層１２および別の電極層１７の露出した部分よりも優先的に、電極層１１上に堆積されるよう選択されると理解することができる。言い換えると、犠牲層１２、電極層１１、および別の電極層１７は、被覆材料３０ｍの犠牲層１２および別の電極層１７上への堆積速度が、電極層１１上への堆積速度より比較的遅くなるよう選択されると理解することができる。
【0038】
単一のパターン転写工程の使用を、領域選択的ＡＬＤプロセス（ＡＳ－ＡＬＤ）の使用と組み合わせることにより、電極層１１のコンタクト領域と非コンタクト領域を画定するための別個のマスキングおよび／またはパターン化工程、たとえばフォトリソグラフィ工程の必要性を低減し、製造工程数を削減した状態で、コンタクト領域Ａ１および非コンタクト領域Ａ２、ならびに半導体層１７のコンタクト領域Ａ３を有する薄膜デバイスの電極を含む、薄膜デバイス１００を画定することができるので有利である。
【0039】
この方法は、図２Ｃに関して説明されたように、いくつかの実施形態では、金属化プロセスを実行することを含む。金属化、たとえば導電性材料の電着により、電極層および別の電極層の露出したコンタクト領域上に、導電性コンタクト・パッド４１、４２を形成することが好ましい。
【0040】
ＡＳ－ＡＬＤは、従来の原子層堆積法とは対照的であり得る。ＡＬＤ自体は、ターゲット材料の層を堆積する方法として知られている。原子層堆積は、原子層堆積が少なくとも２つのプロセス・サイクルを要するという点で、たとえば化学気相堆積と相異なる。これらのサイクルのうちの最初のサイクルは、典型的には、前駆体部分の、ターゲット基板の表面上への自己停止（ｓｅｌｆ－ｌｉｍｉｔｉｎｇ）結合または化学吸着を含む。前駆体の吸着に続いて、基板は、前駆体と反応し、ターゲット材料の第１の吸着層を形成する、共反応体に対して基板を曝露する、第２のサイクルに曝露される。層の厚さは、基板をプロセス・サイクルに繰り返し曝露することにより、増大させることができる。前駆体と共反応体との間の気相反応を低減、好ましくは本質的に回避するために、曝露が、分離されることが好ましい。プロセス・サイクルは、空間的ＡＬＤ（ｓＡＬＤ：ｓｐａｔｉａｌ ＡＬＤ）などで、時間的に分離、かつ／または空間的に分離することができる。既知のＡＬＤ法は、優れた適合性でターゲット層を堆積させることができるが、堆積領域を空間的に制御する機能に欠けており、したがって、特に大規模な、または高スループットの堆積法と組み合わせたターゲット材料層の領域選択的堆積にはあまり適していない。ＡＣＳ Ｎａｎｏ、１１月、９３０３～９３１１頁（２０１７年）において、Ａ．Ｍａｍｅｌｉ等は、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、およびＨｆＯ２の表面が存在する場合に、阻害剤としてアセチルアセトン、前駆体としてＢＤＥＡＳ（Ｈ２Ｓｉ（Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２）２）、共反応体としてＯ２プラズマを使用して、ＧｅＯ２、ＳｉＮｘ、ＳｉＯ２、およびＷＯ３上へのＳｉＯ２の選択的堆積を可能にする、いわゆる枚葉式プロセスについて報告している。報告されたプロセスは、基板がこれらの３つの曝露工程に順次曝露される、容器タイプの真空リアクタに依存する。したがって、報告されたプロセスは、領域選択的ＡＬＤ（ＡＳ－ＡＬＤ）の時間的に分離された実施形態と呼ばれ得る。欧州特許出願第１９２０８８６１．５号は、空間的に分離された一連の投与ユニットに沿って基板が搬送される、領域選択的ＡＬＤプロセスの空間的に分離された実施形態について開示している。両方のレポート（Ｍａｍｅｌｉ等および欧州特許出願第１９２０８８６１．５号）が、参照により本明細書に組み込まれる。
【0041】
ここで、図５および図６に関して、領域選択的ＡＬＤプロセス、ＡＳ－ＡＬＤについて説明することにする。図５（上）に示されているのは、電極層１１の露出した部分、犠牲層１２、および埋め込まれた追加層１６を備える基板の概略側面図である。基板は、最初の処理工程７０Ｆにおいて、阻害剤部分７０に対して曝露される。阻害剤部分７０は、たとえば、欧州特許出願第１９２０８８６１．５号に説明されているように、阻害層７１が犠牲層の上に形成されるように、犠牲層１２に対する吸着選択性を有するよう選択される。阻害剤部分７０および電極層１１が低い相互親和性を有するよう選択されるので、電極層１１上への阻害層の形成を回避することができる。基板は、阻害工程７０Ｆに続いて、８０Ｆで、前駆体部分８０のフローに対して曝露される。前駆体部分８０は、電極層１１の露出した部分に化学吸着し、電極層の上に層を形成する。反応は、典型的には自己停止するので、過剰な前駆体部分８０は、たとえばキャリア・ガス（図示せず）を用いて除去することができる。前駆体部分８０で覆われた領域は、続いて８１Ｆで、吸着された前駆体部分８０と反応して、被覆層３０を構成する被覆材料の第１の吸着層を形成する、共反応体８１のフローに対して曝露される。
【0042】
この分野で知られているように、被覆層３０の厚さを増大させるために、工程８０Ｆおよび８１Ｆが複数回、たとえばｎ回、繰り返され得る。阻害層は、前駆体部分の吸着を阻害し、したがって、１回または複数のその後の前駆体および共反応体への曝露サイクルの結果形成される、被覆材料３０ｍの堆積速度を局所的に低下させると考えられる。したがって、阻害層は、被覆材料３０ｍの堆積場所に関して、化学的差異を実現する手段を形成すると、理解することができる。阻害層がその上に形成される材料は、被覆材料３０ｍの堆積速度が遅く、一方、阻害層が形成されない材料は、堆積速度が速い。
【0043】
工程７０Ｆは、任意選択で、ｍ回（１≦ｍ≦ｎ）ごとに繰り返されてもよい。阻害を繰り返すことにより、（部分的に）劣化した阻害層７１を回復させることができる。具体的には、共反応体が高反応性プラズマ種を含む実施形態では、阻害工程は、より頻繁に、たとえばそれぞれの前駆体への曝露の前に、実行することができる。
【0044】
領域選択的ＡＬＤプロセス（ＡＳ－ＡＬＤ）に含まれる工程７０Ｆ、８０Ｆ、および／または８１Ｆは、たとえば単一の反応チャンバ内で、基板、たとえば薄膜積層体１０が続いて処理工程に曝露される、時間分解方式で実行でき、これにより処理工程間にチャンバを不活性ガスでパージし、かつ／または排気して、前の曝露からの影響を除去できることが理解されよう。領域選択的ＡＬＤプロセスは、空間分解式ＡＬＤツール、たとえば欧州特許出願第１９２０８８６１．５号に開示されているデバイスで実行されることが好ましい。空間分解式の領域選択的ＡＬＤツールは、有利なことに、バッチ式の、またはウェーハごとの製造プロセスとは対照的に、連続製造プロセスに組み込むことができ、これにより製造時間を短縮し、スループットを高め、かつ／または製造コストを削減する。
【0045】
いくつかの実施形態では、基板、たとえば薄膜積層体１０は、パターン転写後に、一連の空間的に分離された堆積またはプロセス空間に沿って、移送、たとえば移動され得る。空間的に分離されたプロセス空間には、第１の処理空間が含まれ、基板、たとえばパターン化された薄膜積層体１０は、ステップ７０Ｆで、阻害剤部分を含むプロセス・フローに対して曝露される。空間的に分離されたプロセス空間には、第２のプロセス空間が含まれ、基板、たとえば、パターン化された薄膜積層体１０は、工程８０Ｆで、前駆体部分８０を含むプロセス・フローに対して曝露される。空間的に分離されたプロセス空間には、第３のプロセス空間が含まれ、基板、たとえばパターン化された薄膜積層体１０は、ステップ８１Ｆで、共反応体部分８１を含むプロセス・フローに対して曝露される。空間的に分離されたプロセス空間とプロセス空間との間に、薄膜積層体１０を不活性プロセス・ガス、たとえば窒素のセパレータのフローに対して曝露できるセパレータ空間を設け、隣り合うプロセス空間でプロセス・フローを分離することが好ましい。プロセス空間を分離することにより、たとえば共反応体部分と前駆体部分との間の気相反応を低減、好ましくは本質的に回避することができるので有利である。したがって、一実施形態では、領域選択的ＡＬＤプロセス（ＡＳ－ＡＬＤ）を実行することは、薄膜積層体１０と複数の堆積空間との間の相対移動を実現することを含む。複数の堆積空間は、少なくとも、阻害剤の供給が行われ、薄膜積層体１０を、阻害剤部分７０を含むプロセス・フローに対して曝露する第１の堆積空間と、前駆体の供給が行われ、薄膜積層体１０を、前駆体部分８０を含むプロセス・フローに対して曝露する第２の堆積空間と、共反応体の供給が行われ、薄膜積層体１０を、共反応体部分８１を含むプロセス・フローに対して曝露する第３の堆積空間とを含み、複数の堆積空間のうちの堆積空間のそれぞれが、薄膜積層体１０をセパレータのフローに対して曝露するための、不活性ガスの供給を含むセパレータ空間によって、複数の堆積空間のうちの隣り合う堆積空間から空間的に分離される。層の厚さを増大させるために、たとえば往復移動を行うことによって、サンプルをプロセス・フローに対して繰り返し曝露することができる。
【0046】
いくつかの実施形態では、阻害剤を含むプロセス・フローは、セパレータのフロー、前駆体部分８０を含むプロセス・フロー、および共反応体部分８１を含むプロセス・フローのうちの１つに含まれてもよい。阻害剤を他のフローのうちの１つに含めることにより、ＡＬＤツールの接地面積を削減し、かつ／またはプロセス時間を短縮することができる。
【0047】
別の実施形態またはさらなる実施形態では、図６Ｂに関してより詳細に説明されるように、領域選択的ＡＬＤプロセス（ＡＳ－ＡＬＤ）には、バックエッチング工程が含まれ得る。したがって、薄膜積層体１０をエッチング剤のフローに対して曝露するための、エッチング剤の供給を含むエッチング空間を含めることができる。
【0048】
前駆体または前駆体部分は、本明細書で使用される場合、表面上の反応基（たとえば、サイト）との自己停止反応に関与できる任意の化合物、たとえば分子を含むと理解することができる。この分野で知られているように、かかる前駆体部分は、典型的には、配位子に囲まれた中心金属イオンを含む金属種である。塩化アルミニウムおよび塩化ハフニウムなどの金属－ハロゲン化物、ならびにトリメチルアルミニウムおよびジエチル亜鉛などの金属－アルキルを含むがこれらに限定されるものではない金属－有機種、鉄（０）ペンタカルボニルなどの－カルボニル、チタン（ＩＶ）イソプロポキシドなどの－アルコキシド、ペンタキス（ジメチルアミノ）タンタル（Ｖ）などの－アルキルアミド、コバルトセンなどの－シクロペンタジエニル、－β－ジケトネート、－アミジナート、ならびにビス（ｔ－ブチルアセトアセタト）銅（ＩＩ）、ビス（Ｎ，Ｎ’－ジ－ｓｅｃ－ブチルアセトアミジナト）ジ銅（Ｉ）、およびトリス（１，３－ジイソプロピル－２－ジメチルアミノグアジナト）ガドリニウム（ＩＩＩ）を含む－グアジネートを含むがこれらに限定されるものではない、多種多様な前駆体化合物がこの分野で知られている。
【0049】
共反応体は、本明細書で使用される場合、たとえばＡＬＤの分野で知られているように、吸着された前駆体部分と反応する任意の部分を含むと理解することができる。かかる部分は、この分野では通常、共反応体ガス・フロー（Ｂ）を形成するために、１種または複数の不活性キャリア・ガスのストリームに含まれる蒸気またはガスの状態で供給され得る。共反応体部分には、吸着された前駆体部分に、たとえば配位子交換反応で反応できる、水および／または酸素などの分子種が含まれる。代替的または追加的に、共反応体は、反応性プラズマ種を含むと理解することができる。プラズマは、遠隔で生成される、たとえば上流位置で生成され、キャリア・フローによって反応空間に運ばれるプラズマであり得る。前駆体および／または共反応体は、それぞれ前駆体部分、共反応体部分の混合物で構成され得ることが理解されよう。
【0050】
どの阻害剤がどの表面上で機能するかの選択は、主に、表面の酸度および塩基度、ならびに阻害剤の塩基性／酸性の特性によって規定される。詳細については、参照により本明細書に組み込まれる、欧州特許出願第１９２０８８６１．５号および刊行物である、Ａ．Ｍａｍｅｌｉ等によるＡＣＳ Ｎａｎｏ、１１月、９３０３～９３１１頁（２０１７年）を参照されたい。発明者等は、酸化物表面の場合、表面と可能性のある阻害剤分子との間の相互作用が、酸化物中の陽イオンの電気陰性度（たとえば、Ｌｉｎｕｓ Ｐａｕｌｉｎｇによって定義された）および典型的には阻害剤分子の配位子基に組み込まれた、結合の分極率から導き出すことができる、表面と阻害剤分子との化学的親和性によって決定されることを発見した。これは、元素または化合物のブレンステッド酸度（陽子の引力もしくは斥力に基づく）またはルイス酸度（電子の引力または斥力に基づく）に変換することができる。発明者等は、以下のクラスの阻害剤を選択できることを発見した。ケトン、たとえばアセトン、アセトフェノン、メチルプロピルケトンなど、ベータジケトン、好ましくはジアセチルなどの１－２ジケトン、アセチルアセトン、ヘキサフルオロアセチルアセトンなど、第１級、第２級、および第３級アルコールであるが、好ましくは第３級アルコール、エチル酪酸、およびトリメチル酢酸などのカルボン酸、メチルアミン、ジメチルアミン、およびトリメチルアミンなどの第１級、第２級、および第３級アミン、エタンジアミンなどのジアミン、ならびにエタンジチオールなどの小さいアルキル鎖（１＜ｎ＜６であるＣｎ）チオール。
【0051】
ＡＬＤプロセスでは、前駆体および／または共反応体部分は、典型的には、本質的に、それぞれ所定量（分圧）の前駆体部分、共反応体部分と混合された、不活性キャリア・ガスで形成されたフロー、すなわち前駆体のフローまたは共反応体のフローの形で供給される。
【0052】
好適な不活性ガスには、典型的には、ＡＬＤプロセスの性質に応じて、ジ窒素、アルゴン、他の希ガス、またはこれらの混合物が含まれる。共反応体が、反応性プラズマ、たとえば酸素プラズマ、希ガス、またはこれらの混合物であるＡＬＤプロセスでは、キャリアおよび分離ガスのストリームとして使用されることが好ましい。
【0053】
ここで図６Ａおよび図６Ｂを参照すると、空間的ＡＬＤの設定（ｓＡＬＤ）を使用して、酸化亜鉛（ＺｎＯ）および酸化ケイ素（ＳｉＯ２）で終端をなす表面領域を有する例示的な基板上への、被覆材料３０（ＳｉＯ２）の層の領域選択的堆積の、実験的証拠が提示されている。ＺｎＯで終端をなす領域上への堆積を回避するために、ＺｎＯに選択的に結合する阻害剤部分７０を使用した。堆積領域（ＳｉＯ２）上のＳｉＯ２層の厚さは、ＡＬＤサイクル数の増加と共に着実に増大することが判明した。約６５プロセス・サイクルまで、非堆積領域（ＺｎＯ）上に、ターゲット材料は観察されなかった。この時点で、堆積したＳｉＯ２の総厚さは、約７ｎｍに達した。約８０プロセス・サイクルの後、ＺｎＯで終端をなす領域上にも同様に、ＳｉＯ２が堆積することが判明した。
【0054】
図６Ｂは、同様の実験に関するものであるが、約１１０プロセス・サイクルごとに（１１０、２２０、３３０、および４４０）、エッチング剤に対して曝露することを含んでいる。各エッチング剤の工程は、堆積されたＳｉＯ２層の厚さを、約４ｎｍ減少させた。これにより、ＺｎＯで終端をなす表面領域上に堆積したＳｉＯ２の厚さが、検出限界未満になった。図示のように、エッチング剤の工程を含めることにより、エッチング工程を含まない方法で領域を選択しない堆積が生じるレベルを超えて、厚さを増大させながら、被覆材料３０ｍの領域選択的堆積が可能となる。したがって、この方法は、いくつかの実施形態では、１回または複数のバックエッチング工程を含む。バックエッチングは、堆積された被覆材料３０ｍの一部を除去するよう調整された。１回または複数のバックエッチング処理工程を組み込むことにより、非選択的に堆積された被覆材料３０ｍ、たとえば前駆体種と共反応体との間の望ましからざる気相反応の結果堆積した被覆材料３０ｍを、除去することができるので有利である。かかる望ましからざる気相反応は、化学気相堆積（ＣＶＤ：ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）の副反応と呼ばれることがあり、具体的には、空間的ＡＬＤ堆積ツールでの領域選択的ＡＬＤプロセスの際の、理想的でないプロセス条件に起因して生じる可能性がある。好ましい実施形態では、領域選択的ＡＬＤプロセスは、１０、５０、またはそれを上回る、たとえば１００または２００のＡＬＤ堆積プロセス・サイクルごとに１回または複数の、バックエッチング処理工程を含む。バックエッチングは、任意選択で、たとえば、領域選択的ＡＬＤプロセス間で、犠牲層１２を除去する前の工程として、専用のツールで実行することができる。１回または複数のバックエッチング・プロセスは、領域選択的ＡＬＤプロセス（ＡＳ－ＡＬＤ）が実行される同じツール、たとえば、同じ空間分解式の領域選択的ＡＬＤツール（ＡＳ－ＡＬＤ）で実行されることが好ましい。したがって、いくつかの実施形態では、空間的に分離されたプロセス空間は、さらなるプロセス空間、たとえば、エッチング空間を含む。空間的に分離されたプロセス空間は、基板、たとえばパターン化された薄膜積層体１０がエッチング剤を含むプロセス・フローに対して曝露される、第３のプロセス空間を含む。
【0055】
本発明による方法がトランジスタ・デバイス１００の製造に適用されるいくつかの実施形態では、電極層１１および電極層１７のうちの一方が、ゲートを形成するよう調整され、他方が半導体電荷キャリア層を形成するよう調整される。ここで、図７～図８を参照して、ＴＦＴデバイス１００を製造する方法を説明することにする。図７（上）に示されているように、ガラス・キャリア１６ｃに、障壁層１６ｂ、緩衝層１６ａ、別の電極層を形成するドープされた半導体層１７、ゲート絶縁体層１８、および第１の電極層を形成するゲート電極層１１を（下から上へ順に）備える、薄膜積層体が設けられる。ブランケット犠牲層１２およびマルチレベル・ナノインプリント・リソグラフィ用テンプレート２０が、積層体上に配置される。テンプレートは、それぞれ相異なるレベルＬ１～Ｌ３の、３つの部分Ｐ１～Ｐ３を有する。図３～図４に即して、部分Ｐ１の領域は、ＴＦＴデバイス１００の電極の電気的コンタクト領域Ａ１に対応する。部分Ｐ２は、ＴＦＴデバイス１００の電極の絶縁領域Ａ２に対応する。領域Ｐ３は、半導体層１７のコンタクト領域Ａ３に対応する。Ｐ３の部分のレベル（厚さ）は、下にある層の厚さと一致する。図７（下）は、パターン転写後の積層体を示しており、絶縁体層１８によって分離されたゲート層１１および半導体層１７によって形成されることになる、トランジスタ・デバイスの形成を既に示している。領域Ａ１およびＡ２が示されており（図７（下）の点線および一点鎖線）、領域Ａ３（示されていない）は、半導体層１７の露出した上面で形成されている。上記で説明されたように、犠牲層１２の残りの部分１２ａは、後に続くＡＳ－ＡＬＤ工程で、下にある領域Ａ１を保護する。図８（上）は、被覆層３０堆積後の製造中のステージにおけるデバイスを概略的に示している。被覆層３０は、堆積速度の相対的な違いにより、電極層１１の絶縁領域Ａ２上およびパターン化されていない緩衝層１６ａ上に、選択的に堆積されている。犠牲層の残りの部分１２ａ（領域Ａ１に対応する）および半導体層の露出した部分（領域Ａ３）は、覆われないままである。図８（下）は、犠牲層の残りの部分を除去した後の、金属化プロセスに続く、電極層１１のコンタクト領域および半導体層１７上への、導電性金属コンタクト・パッド４２、４３の形成を概略的に示している。
【0056】
前述のように、好適な材料の組み合わせは、文献によって知るか、かつ／または実験的に特定することができる。ＴＦＴデバイスの製造の例示的な実施形態では、電極層１１および別の電極層１７のうちの一方が、金属、たとえばモリブデンを含み、好ましくは本質的にモリブデンからなり、電極層１１および別の電極層１７のうちの他方が、酸化インジウムガリウム亜鉛（ＩＧＺＯ）を含み、好ましくは本質的にＩＧＺＯからなる。ゲート絶縁体層１８および／または緩衝層１６ａはそれぞれ、金属または半導体酸化物、たとえば、酸化ケイ素を含む（本質的に金属または半導体酸化物からなる）ことができる。好ましい実施形態では、犠牲層１２は、ＡｌＯｘ １２ｍの層である。他の実施形態またはさらなる好ましい実施形態では、被覆材料３０ｍの被覆層３０は、ＳｉＯｘ ３０ｍの層である。
【0057】
表Ｉは、領域選択的ＡＬＤプロセス、ＡＳ－ＡＬＤへの曝露後に観察された、様々な材料上の層の堆積をまとめたものである。
表Ｉ 基板上へのＳｉＯｘの層の選択的堆積
表Ｉ 基板上へのＳｉＯｘの層の選択的堆積
【0058】
【表1】
【0059】
本発明のさらなる態様は、上記に即して、領域選択的ＡＬＤプロセスと組み合わせた、薄膜積層体上でのパターン転写プロセスの使用に関する。具体的には、電極層１１を覆うブランケット犠牲層を備える、薄膜積層体上でのパターン転写プロセスの使用において、電極層１１の所定の部分を覆う、パターン化された犠牲層１２を形成する。パターン化された構造体は、後に続く領域選択的ＡＬＤプロセスにおいて化学的差異を実現するので有利である。いくつかの実施形態では、領域選択的ＡＬＤプロセスと組み合わせた薄膜積層体上でのパターン転写プロセスの使用は、トランジスタ、たとえば、ＭＯＳＦＥＴデバイスまたはＴＦＴデバイスの製造に使用される。
【0060】
特徴は、明瞭かつ簡潔に説明するために、同じまたは別個の実施形態の一部として本明細書で説明されているが、本発明の範囲には、説明されている特徴のすべてまたは一部の組合せを有する実施形態が、含まれ得ることが理解されよう。もちろん、上記の実施形態またはプロセスのうちのいずれか１つを、１つまたは複数の他の実施形態またはプロセスと組み合わせて、設計および利点を発見して適合させる、さらに別の諸改善を実現できることを理解されたい。この開示は、複雑なマイクロ電子デバイスの製造に特定の利点を提供し、概して、材料の領域選択的堆積から恩恵を受ける任意の用途、具体的には、さもなければ機能層をパターン化するための追加のパターン化工程、たとえば、電極にコンタクト可能な領域を設けるためのフォトリソグラフィのパターン化工程が必要となるデバイスに、適用できることが理解される。この方法は、さらに、２つのレベルのインプリント・リソグラフィ用テンプレートにも、２つのインプリント・レベルを有する３つのレベル（層）にも限定されないものと、解釈されるべきであることが理解されよう。この方法を、それどころか、３つを超える、たとえば多数のレベルを有するインプリント・リソグラフィ用テンプレートを使用する、より広範な方法で使用して、同等の利点を得ることができる。この方法は、たとえば、１０以上のレベルを有するナノインプリント・リソグラフィ用テンプレートを使用して、光学構造体の製造に適用することができる。この方法は、同様に、複数の、たとえばその後のインプリント・リソグラフィ用テンプレート化工程を使用する方法で、同等の利点を得るように使用することができる。
【0061】
添付の特許請求の範囲を解釈するに当たって、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」という単語が、提示された請求項に列挙された要素または行為以外の要素または行為の存在を排除するものではないこと、要素に先行する単語「ａ」または「ａｎ」が、複数のかかる要素の存在を排除するものではないこと、特許請求の範囲内のどの参照符号も、特許請求の範囲を限定するものではないこと、いくつかの「手段」が、同じまたは相異なるアイテム、または実装された構造体もしくは機能で表すことができること、開示されたデバイスまたはデバイスの部分のいずれも、特に記載されていない限り、別の部分と一体に組み合わせるか、または分離できることを理解されたい。ある請求項が別の請求項を参照している場合、これは、それぞれの特徴の組合せによって実現する、相乗作用による利点を示している場合がある。しかし、特定の手段が、互いに相異なる請求項に列挙されているという単なる事実は、これらの手段の組合せもまた、有利に使用できないことを示すものではない。したがって、本実施形態は、請求項のすべての実用的な組合せを含むことができ、文脈によって明確に除外されない限り、各請求項が、原則として、先行するどの請求項をも参照できる。
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図1D】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図3A】
【図3B】
【図4A】
【図4B】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図7】
【図8】
【国際調査報告】