特表 2024-511818 プラズマ増強原子層堆積装置及び方法

(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】2024-03-15

(54)【発明の名称】プラズマ増強原子層堆積装置及び方法

(51)【国際特許分類】

   C23C 16/455 20060101AFI20240308BHJP

   H01L 21/31 20060101ALI20240308BHJP

【ＦＩ】

C23C16/455

H01L21/31 C

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023560057

(86)(22)【出願日】2022-04-06

(85)【翻訳文提出日】2023-09-28

(86)【国際出願番号】 CN2022085234

(87)【国際公開番号】W WO2022213961

(87)【国際公開日】2022-10-13

(31)【優先権主張番号】202110380765.2

(32)【優先日】2021-04-09

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】510182294

【氏名又は名称】北京北方華創微電子装備有限公司

【氏名又は名称原語表記】ＢＥＩＪＩＮＧ ＮＡＵＲＡ ＭＩＣＲＯＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＥＱＵＩＰＭＥＮＴ ＣＯ．， ＬＴＤ．

【住所又は居所原語表記】ＮＯ．８ Ｗｅｎｃｈａｎｇ Ａｖｅｎｕｅ Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｅｃｏｎｏｍｉｃ－Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ａｒｅａ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １００１７６， Ｃｈｉｎａ

(74)【代理人】

【識別番号】110001771

【氏名又は名称】弁理士法人虎ノ門知的財産事務所

(72)【発明者】

【氏名】チン ハイフォン

(72)【発明者】

【氏名】ヂォン ブォ

(72)【発明者】

【氏名】シー シァォピン

(72)【発明者】

【氏名】ラン ユンフォン

(72)【発明者】

【氏名】ヂャン ウェンチィァン

(72)【発明者】

【氏名】ワン ハオ

(72)【発明者】

【氏名】レン シァォイェン

【テーマコード（参考）】

4K030

5F045

【Ｆターム（参考）】

4K030AA06

4K030AA09

4K030AA14

4K030BA44

4K030CA12

4K030DA06

4K030EA01

4K030FA01

4K030FA10

4K030HA01

4K030KA08

4K030KA30

4K030KA39

4K030KA41

5F045AA08

5F045AA15

5F045AB32

5F045AC07

5F045AC11

5F045AD01

5F045AE01

5F045AF01

5F045BB08

5F045DP03

5F045DP11

5F045DQ10

5F045EB02

5F045EB06

5F045EE02

5F045EE17

5F045EE19

5F045EG02

5F045EH13

5F045EH18

(57)【要約】

本発明の実施例は、プラズマ増強原子層堆積装置及び方法を提供し、当該装置は、２つのプロセスチャンバの吸気構造に連通しており、前駆体又はパージガスを２つのプロセスチャンバのうちの少なくとも１つに選択的に供給するための前駆体供給装置と、２つのプロセスチャンバの吸気構造に連通しており、反応ガスを２つのプロセスチャンバのうちの少なくとも１つに選択的に供給するための反応ガス供給装置と、２つのプロセスチャンバに接続され、ＲＦ電力を２つのプロセスチャンバのうちの少なくとも１つに選択的に出力するＲＦ装置と、２つのプロセスチャンバの排気口に連通しており、それぞれ独立して２つのプロセスチャンバのチャンバ圧力を制御するための圧力調整装置と、を含む。本発明の実施例に係るプラズマ増強原子層堆積装置及び方法は、プロセスのデバッグ手段を増加させ、しかも各チャンバに前駆体供給装置を配置する必要がなく、それにより装置コストを低減する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

プラズマ増強原子層堆積装置であって、
２つのプロセスチャンバと、
２つの前記プロセスチャンバの吸気構造に連通しており、前駆体又はパージガスを２つの前記プロセスチャンバのうちの少なくとも１つに選択的に供給するための前駆体供給装置と、
２つの前記プロセスチャンバの吸気構造に連通しており、反応ガスを２つの前記プロセスチャンバのうちの少なくとも１つに選択的に供給するための反応ガス供給装置と、
２つの前記プロセスチャンバに接続され、ＲＦ電力を２つの前記プロセスチャンバのうちの少なくとも１つに選択的に出力するためのＲＦ装置と、
２つの前記プロセスチャンバの排気口に連通しており、２つの前記プロセスチャンバのチャンバ圧力をそれぞれ独立して制御するための圧力調整装置と、を含むことを特徴とするプラズマ増強原子層堆積装置。

【請求項2】

前記前駆体供給装置は、前駆体ソースと、吸気管路群と、切替管路群と、抽気装置とを含み、
前記前駆体ソースは前記切替管路群を介して前記吸気管路群に連通しており、前記吸気管路群は２つの前記プロセスチャンバの吸気構造に連通しており、
前記前駆体ソースは、前記前駆体又はパージガスを供給するためのものであり、
前記切替管路群は、前記前駆体ソースを前記吸気管路群又は前記抽気装置に選択的に連通させるためのものであり、
前記吸気管路群は、前記前駆体ソースを２つの前記プロセスチャンバのうちの少なくとも１つに選択的に連通させるためのものである、ことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ増強原子層堆積装置。

【請求項3】

前記吸気管路群は、第１吸気分岐路及び第２吸気分岐路を含み、前記第１吸気分岐路及び第２吸気分岐路の排気端は、それぞれ２つの前記プロセスチャンバの吸気構造に連通し、前記第１吸気分岐路及び第２吸気分岐路の吸気端は、いずれも前記切替管路群に連通しており、且つ、前記第１吸気分岐路及び第２吸気分岐路には、それぞれ第１開閉弁及び第２開閉弁が設けられている、ことを特徴とする請求項２に記載のプラズマ増強原子層堆積装置。

【請求項4】

前記吸気管路群は、第１希釈分岐路及び第２希釈分岐路をさらに含み、前記第１希釈分岐路及び第２希釈分岐路の吸気端は、いずれも希釈ガスを供給するための希釈ガスソースに連通しており、前記第１希釈分岐路及び第２希釈分岐路の排気端は、それぞれ第１吸気分岐路及び第２吸気分岐路に連通しており、且つ、前記第１希釈分岐路及び第２希釈分岐路には、それぞれ第１流量コントローラー及び第２流量コントローラーが設けられている、ことを特徴とする請求項３に記載のプラズマ増強原子層堆積装置。

【請求項5】

前記吸気管路群は、２つのガス混合構造をさらに含み、２つの前記ガス混合構造は、いずれも第１吸気端、第２吸気端及び排気端を有し、２つの前記ガス混合構造の前記第１吸気端は、それぞれ前記第１吸気分岐路及び第２吸気分岐路の排気端に連通しており、２つの前記ガス混合構造の前記排気端は、それぞれ２つの前記プロセスチャンバの吸気構造に連通しており、２つの前記ガス混合構造の前記第２吸気端は、平衡ガスを供給する平衡ガスソース及び前記反応ガス供給装置に連通するためのである、ことを特徴とする請求項３に記載のプラズマ増強原子層堆積装置。

【請求項6】

各前記ガス混合構造は、いずれもガス混合ブロック及びガス混合管路を含み、前記ガス混合ブロックにはガス混合キャビティが設けられており、前記ガス混合ブロックの外面に前記第１吸気端及び前記第２吸気端が形成され、前記ガス混合ブロックの外面には、前記ガス混合管路の吸気端に連通している排気端がさらに形成され、前記ガス混合管路の排気端は、前記ガス混合構造の排気端として使用されて前記プロセスチャンバの吸気構造に連通している、ことを特徴とする請求項５に記載のプラズマ増強原子層堆積装置。

【請求項7】

前記切替管路群は第１切替分岐路及び第２切替分岐路を含み、前記第１切替分岐路の両端は、それぞれ前記前駆体ソース及び前記吸気管路群に連通しており、前記第２切替分岐路の両端は、それぞれ前記第１切替分岐路及び前記抽気装置に連通しており、且つ、前記第１切替分岐路及び第２切替分岐路には、それぞれ第３開閉弁及び第４開閉弁が設けられている、ことを特徴とする請求項２～６のいずれか１項に記載のプラズマ増強原子層堆積装置。

【請求項8】

前記前駆体ソースは、キャリアガス主路、ソースボトル、第１キャリアガス分岐路及び第２キャリアガス分岐路を含み、前記キャリアガス主路の吸気端は、キャリアガスを供給するキャリアガスガスソースに連通するためのものであり、前記キャリアガス主路の排気端は前記切替管路群に連通しており、且つ、前記キャリアガス主路には第５開閉弁及び第３質量流量コントローラーが設けられており、
前記第１キャリアガス分岐路の吸気端と前記キャリアガス主路は前記第５開閉弁の上流位置で連通しており、前記第１キャリアガス分岐路の排気端は前記ソースボトルの吸気端に連通しており、前記第２キャリアガス分岐路の排気端と前記キャリアガス主路は前記第５開閉弁の下流位置で連通しており、前記第２キャリアガス分岐路の吸気端は前記ソースボトルの排気端に連通しており、且つ、前記第１キャリアガス分岐路及び第２キャリアガス分岐路にはそれぞれ第６開閉弁及び第７開閉弁が設けられており、
前記ソースボトルは、前駆体を貯蔵するためのものである、ことを特徴とする請求項２～６のいずれか１項に記載のプラズマ増強原子層堆積装置。

【請求項9】

前記ＲＦ装置は、第１整合器、第２整合器、第１ＲＦ電源及び第２ＲＦ電源を含み、前記第１ＲＦ電源は前記第１整合器を介して１つの前記プロセスチャンバに電気的に接続され、前記第２ＲＦ電源は前記第２整合器を介して別の前記プロセスチャンバに電気的に接続される、ことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ増強原子層堆積装置。

【請求項10】

前記圧力調整装置は、第１排気分岐路及び第２排気分岐路を含み、前記第１排気分岐路及び第２排気分岐路の吸気端は、それぞれ２つの前記プロセスチャンバの排気口に連通しており、前記第１排気分岐路及び第２排気分岐路の排気端は、いずれも抽気装置に連通しており、且つ、前記第１排気分岐路及び第２排気分岐路には、それぞれ第１遮断弁及び第２遮断弁が設けられており、前記第１排気分岐路及び第２排気分岐路には、それぞれ第１流量調整弁及び第２流量調整弁がさらに設けられている、ことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ増強原子層堆積装置。

【請求項11】

遠隔プラズマ洗浄装置、第１洗浄管路及び第２洗浄管路をさらに含み、２つの前記ガス混合構造はいずれも第３吸気端を有し、前記第１洗浄管路及び第２洗浄管路の吸気端は、いずれも前記遠隔プラズマ洗浄装置に連通しており、前記第１洗浄管路及び第２洗浄管路の排気端は、それぞれ２つの前記第３吸気端に連通しており、且つ、前記第１洗浄管路及び第２洗浄管路には、それぞれ第３遮断弁及び第４遮断弁が設けられており、
前記遠隔プラズマ洗浄装置は、前記プロセスチャンバを洗浄可能なプラズマを供給するためのものである、ことを特徴とする請求項５又は６に記載のプラズマ増強原子層堆積装置。

【請求項12】

プラズマ増強原子層堆積方法であって、請求項１～１１のいずれか１項に記載のプラズマ増強原子層堆積装置を用いて、膜層を２つのウェハ上に同時に堆積し、
前記前駆体を２つの前記プロセスチャンバのうちの第１プロセスチャンバに導入し、及び前記反応ガスを２つの前記プロセスチャンバのうちの第２プロセスチャンバに導入し、ＲＦ電力を前記第２プロセスチャンバに出力するステップＳ１と、
前記前駆体供給装置及び２つの前記プロセスチャンバをパージするステップＳ２と、
前記前駆体を前記第２プロセスチャンバに導入し、及び前記反応ガスを前記第１プロセスチャンバに導入し、ＲＦ電力を前記第１プロセスチャンバに出力するステップＳ３と、
前記前駆体供給装置及び２つの前記プロセスチャンバをパージするステップＳ４と、を含み、
２つの前記ウェハ上に堆積された前記膜層の厚さが目標厚さに達すまで、前記ステップＳ１～前記ステップＳ４を繰り返し行うことを特徴とするプラズマ増強原子層堆積方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体製造の分野に関し、特にプラズマ増強原子層堆積装置及び方法に関する。

【背景技術】

【0002】

原子層堆積（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、以下ＡＬＤと略称する）は、１種の膜層堆積の方法として、良好な共形性、精密な厚さ制御能力及び高いアスペクト比の図形構造に対する優れた被覆能力などの優位性を有しているが、プラズマ増強原子層堆積（Ｐｌａｓｍａ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、以下ＰＥＡＬＤと略称する）は、比較的高いプロセス温度の採用を避けることができ、しかも前駆体の選択範囲は比較的広く、ＡＬＤ方法についてよく補足する。

【0003】

しかし、ＡＬＤ装置もＰＥＡＬＤ装置も生産能力の低さという顕在化した問題を抱えている。ＰＥＡＬＤ装置の生産能力を向上させるために、従来の方法としては、２つのプロセスチャンバを用いて２つのウェハに対して同時にプロセスを行うことであるが、各プロセスチャンバがプロセス要件を満すことに加えて、２つのプロセスチャンバ間のプロセスの繰り返し性（薄膜の厚さ、厚さの均一性、薄膜の緻密性などを含む）が求められている。例えば、２つのプロセスチャンバで同時に堆積される薄膜の厚さの差が設定された閾値（例えば１オングストローム未満）未満である必要がある。

【0004】

しかし、実際の使用では２つのプロセスチャンバを備えた従来のＰＥＡＬＤ装置は、以下の問題が避けられない。

【0005】

第１に、２つのプロセスチャンバの圧力、ＲＦ関連パラメータはすべて、個別に制御することができず、プロセスのデバッグの限定性をもたらす。例えば、２つのプロセスチャンバで成膜される薄膜の厚さなどに差がある場合、各プロセスチャンバのチャンバ圧力及びＲＦ関連パラメータ（例えば、ＲＦ電力、周波数、点灯時間など）を個別に調整することにより、上記差を解消することができず、その結果、プロセスのデバッグ手段の柔軟性が低下する。

【0006】

第２に、２つのプロセスチャンバでプラズマ反応ステップを同時に行わなければならないため、他のステップ（前駆体の導入、パージなど）も同期して行わなければならず、その結果、プロセス形態が単一であり、チャンバ間のプロセス整合性が悪くなってしまう。 しかも、２つのプロセスチャンバへの前駆体の同期的な導入を実現するために、各チャンバに個別に前駆体ソース（ソースボトルなど）を配置する必要があるが、これは前駆体ソースのコストとチャンバ構造の複雑さを増加させる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明は、従来技術に存在する技術的課題の少なくとも１つを解決するために、各プロセスチャンバのチャンバ圧力及びＲＦ関連パラメータを個別に調整できるため、プロセスのデバッグ手段を増加させ、プロセス整合性及びプロセス形態がより多様化し、各チャンバに前駆体供給装置を配置する必要がなく、装置コストが低減するプラズマ増強原子層堆積装置及び方法を提案することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の目的を達成するために、２つのプロセスチャンバと、
２つの前記プロセスチャンバの吸気構造に連通しており、前駆体又はパージガスを２つの前記プロセスチャンバのうちの少なくとも１つに選択的に供給するための前駆体供給装置と、
２つの前記プロセスチャンバの吸気構造に連通しており、反応ガスを２つの前記プロセスチャンバのうちの少なくとも１つに選択的に供給するための反応ガス供給装置と、
２つの前記プロセスチャンバに接続され、ＲＦ電力を２つの前記プロセスチャンバのうちの少なくとも１つに選択的に出力するためのＲＦ装置と、
２つの前記プロセスチャンバの排気口に連通しており、２つの前記プロセスチャンバのチャンバ圧力をそれぞれ独立して制御するための圧力調整装置と、を含むプラズマ増強原子層堆積装置を提供する。

【0009】

任意選択的に、前記前駆体供給装置は、前駆体ソースと、吸気管路群と、切替管路群と、抽気装置とを含み、前記前駆体ソースは前記切替管路群を介して前記吸気管路群に連通しており、前記吸気管路群は２つの前記プロセスチャンバの吸気構造に連通しており、
前記前駆体ソースは、前記前駆体又はパージガスを供給するためのものであり、
前記切替管路群は、前記前駆体ソースを前記吸気管路群又は前記抽気装置に選択的に連通させるためのものであり、
前記吸気管路群は、前記前駆体ソースを２つの前記プロセスチャンバのうちの少なくとも１つに選択的に連通させるためのものである。

【0010】

任意選択的に、前記吸気管路群は、第１吸気分岐路及び第２吸気分岐路を含み、前記第１吸気分岐路及び第２吸気分岐路の排気端は、それぞれ２つの前記プロセスチャンバの吸気構造に連通し、前記第１吸気分岐路及び第２吸気分岐路の吸気端は、いずれも前記切替管路群に連通しており、且つ、前記第１吸気分岐路及び第２吸気分岐路には、それぞれ第１開閉弁及び第２開閉弁が設けられている。

【0011】

任意選択的に、前記吸気管路群は、第１希釈分岐路及び第２希釈分岐路をさらに含み、前記第１希釈分岐路及び第２希釈分岐路の吸気端は、いずれも希釈ガスを供給するための希釈ガスソースに連通しており、前記第１希釈分岐路及び第２希釈分岐路の排気端は、それぞれ第１吸気分岐路及び第２吸気分岐路に連通しており、且つ、前記第１希釈分岐路及び第２希釈分岐路には、それぞれ第１流量コントローラー及び第２流量コントローラーが設けられている。

【0012】

任意選択的に、前記吸気管路群は、２つのガス混合構造をさらに含み、２つの前記ガス混合構造は、いずれも第１吸気端、第２吸気端及び排気端を有し、２つの前記ガス混合構造の前記第１吸気端は、それぞれ前記第１吸気分岐路及び第２吸気分岐路の排気端に連通しており、２つの前記ガス混合構造の前記排気端は、それぞれ２つの前記プロセスチャンバの吸気構造に連通しており、２つの前記ガス混合構造の前記第２吸気端は、平衡ガスを供給する平衡ガスソース及び前記反応ガス供給装置に連通するためのである。

【0013】

任意選択的に、各前記ガス混合構造は、いずれもガス混合ブロック及びガス混合管路を含み、前記ガス混合ブロックにはガス混合キャビティが設けられており、前記ガス混合ブロックの外面に前記第１吸気端及び前記第２吸気端が形成され、前記ガス混合ブロックの外面には、前記ガス混合管路の吸気端に連通している排気端がさらに形成され、前記ガス混合管路の排気端は、前記ガス混合構造の排気端として使用されて前記プロセスチャンバの吸気構造に連通している。

【0014】

任意選択的に、前記切替管路群は第１切替分岐路及び第２切替分岐路を含み、前記第１切替分岐路の両端は、それぞれ前記前駆体ソース及び前記吸気管路群に連通しており、前記第２切替分岐路の両端は、それぞれ前記第１切替分岐路及び前記抽気装置に連通しており、且つ、前記第１切替分岐路及び第２切替分岐路には、それぞれ第３開閉弁及び第４開閉弁が設けられている。

【0015】

任意選択的に、前記前駆体ソースは、キャリアガス主路、ソースボトル、第１キャリアガス分岐路及び第２キャリアガス分岐路を含み、前記キャリアガス主路の吸気端は、キャリアガスを供給するキャリアガスガスソースに連通するためのものであり、前記キャリアガス主路の排気端は前記切替管路群に連通しており、且つ、前記キャリアガス主路には第５開閉弁及び第３質量流量コントローラーが設けられており、
前記第１キャリアガス分岐路の吸気端と前記キャリアガス主路は前記第５開閉弁の上流位置で連通しており、前記第１キャリアガス分岐路の排気端は前記ソースボトルの吸気端に連通しており、前記第２キャリアガス分岐路の排気端と前記キャリアガス主路は前記第５開閉弁の下流位置で連通しており、前記第２キャリアガス分岐路の吸気端は前記ソースボトルの排気端に連通しており、且つ、前記第１キャリアガス分岐路及び第２キャリアガス分岐路にはそれぞれ第６開閉弁及び第７開閉弁が設けられており、
前記ソースボトルは、前駆体を貯蔵するためのものである。

【0016】

任意選択的に、前記ＲＦ装置は、第１整合器、第２整合器、第１ＲＦ電源及び第２ＲＦ電源を含み、前記第１ＲＦ電源は前記第１整合器を介して１つの前記プロセスチャンバに電気的に接続され、前記第２ＲＦ電源は前記第２整合器を介して別の前記プロセスチャンバに電気的に接続される。

【0017】

任意選択的に、前記圧力調整装置は、第１排気分岐路及び第２排気分岐路を含み、前記第１排気分岐路及び第２排気分岐路の吸気端は、それぞれ２つの前記プロセスチャンバの排気口に連通しており、前記第１排気分岐路及び第２排気分岐路の排気端は、いずれも抽気装置に連通しており、且つ、前記第１排気分岐路及び第２排気分岐路には、それぞれ第１遮断弁及び第２遮断弁が設けられており、前記第１排気分岐路及び第２排気分岐路には、それぞれ第１流量調整弁及び第２流量調整弁がさらに設けられている。

【0018】

任意選択的に、前記プラズマ増強原子層堆積装置は、遠隔プラズマ洗浄装置、第１洗浄管路及び第２洗浄管路をさらに含み、２つの前記ガス混合構造はいずれも第３吸気端を有し、前記第１洗浄管路及び第２洗浄管路の吸気端は、いずれも前記遠隔プラズマ洗浄装置に連通しており、前記第１洗浄管路及び第２洗浄管路の排気端は、それぞれ２つの前記第３吸気端に連通しており、且つ、前記第１洗浄管路及び第２洗浄管路には、それぞれ第３遮断弁及び第４遮断弁が設けられており、
前記遠隔プラズマ洗浄装置は、前記プロセスチャンバを洗浄可能なプラズマを供給するためのものである。

【0019】

別の技術的解決手段として、本発明の実施例は、プラズマ増強原子層堆積方法をさらに提供し、本発明の実施例に係る上記プラズマ増強原子層堆積装置を用いて２つのウェハ上に同時に膜層を堆積し、前記プラズマ増強原子層堆積方法は、
前記前駆体を２つの前記プロセスチャンバのうちの第１プロセスチャンバに導入し、及び前記反応ガスを２つの前記プロセスチャンバのうちの第２プロセスチャンバに導入し、ＲＦ電力を前記第２プロセスチャンバに出力するステップＳ１と、
前記前駆体供給装置及び２つの前記プロセスチャンバをパージするステップＳ２と、
前記前駆体を前記第２プロセスチャンバに導入し、及び前記反応ガスを前記第１プロセスチャンバに導入し、ＲＦ電力を前記第１プロセスチャンバに出力するステップＳ３と、
前記前駆体供給装置及び２つの前記プロセスチャンバをパージするステップＳ４と、を含み、
２つの前記ウェハ上に堆積された前記膜層の厚さが目標厚さに達すまで、前記ステップＳ１～前記ステップＳ４’を繰り返し行う。

【発明の効果】

【0020】

本発明は以下の有益な効果を有する。
本発明の実施例に係るプラズマ増強原子層堆積装置及び方法では、２つのプロセスチャンバの排気口に連通している圧力調整装置を利用して、それぞれ独立して２つのプロセスチャンバのチャンバ圧力を制御することができ、且つ、２つのプロセスチャンバに接続されたＲＦ装置を利用して、ＲＦ電力を２つのプロセスチャンバのうちの少なくとも１つプロセスチャンバに選択的に出力することによって、各プロセスチャンバのＲＦ関連パラメータを個別に調整することができ、それによりプロセスのデバッグ手段を増加させ、プロセス整合性を向上させるだけでなく、２つのプロセスチャンバは各プロセスのステップを同期して行う必要がなく、それによりプロセス形態はより多様化し、しかも各チャンバに前駆体供給装置を配置する必要がなく、すなわち、前駆体供給装置と２つのプロセスチャンバの吸気構造との連通により、前駆体又はパージガスを２つのプロセスチャンバのうちの少なくとも１つプロセスチャンバに選択的に供給し、それにより装置コストを低減する。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1A】図１Ａは従来のプラズマ増強原子層堆積装置の構造図である。

【図1B】図１Ｂは図１Ａのプラズマ増強原子層堆積装置の堆積方法のフローブロック図である。

【図2】図２は本発明の実施例に係るプラズマ増強原子層堆積装置の原理ブロック図である。

【図3】図３は本発明の実施例に係るプラズマ増強原子層堆積装置の構造図である。

【図4】図４は本発明の実施例に用いた前駆体ソースの拡大図である。

【図5】図５は本発明の実施例に用いた吸気管路群の拡大図である。

【図6】図６は本発明の実施例に係るプラズマ増強原子層堆積方法の１種のフローブロック図である。

【図7】図７は本発明の実施例に係るプラズマ増強原子層堆積方法の別種のフローブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

当業者が本発明の技術的手段をよりよく理解するために、以下、図面を参照して本発明の実施例に係るプラズマ増強原子層堆積装置及び方法を詳細に説明する。

【0023】

図１Ａを参照して、従来のプラズマ増強原子層堆積（Ｐｌａｓｍａ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、以下ＰＥＡＬＤと略称する）装置は、ウェハに対して堆積プロセスを同時に行う２つのプロセスチャンバ（１ａ、１ｂ）を含んでもよく、２つのプロセスチャンバ（１ａ、１ｂ）からそれぞれ排出された排気ガスは、主排気管路１１内に合流し、当該主排気管路１１によって排気ガスを抽気装置（図示せず）に輸送する。且つ、主排気管路１１には、主排気管路１１をオンオフにするための遮断弁１２、及び主排気管路１１のうちのガス流量を調整するための流量調整弁１３がさらに設けられることより、２つのプロセスチャンバ（１ａ、１ｂ）のうちのガス圧力を同時に制御することを実現する。

【0024】

しかも、２つのプロセスチャンバ（１ａ、１ｂ）は、その吸気管路によってガス供給装置１６及び遠隔プラズマ洗浄装置１７にそれぞれ連通しており、ガス供給装置１６は、プロセスガス（前駆体、反応ガス及びパージガスを含むが、これらに限定されない）を２つのプロセスチャンバ（１ａ、１ｂ）に同時に供給するためのものであり、遠隔プラズマ洗浄装置１７は、２つのプロセスチャンバ（１ａ、１ｂ）内の薄膜の累積厚さが一定の厚さになった後に、プロセスチャンバを洗浄可能なプラズマ（例えばＮＦ３ガスのイオン化によるプラズマ）を２つのプロセスチャンバ（１ａ、１ｂ）に同時に供給するためのものである。

【0025】

また、２つのプロセスチャンバ（１ａ、１ｂ）は、１つの整合器１４及びＲＦ電源１５を共用し、当該ＲＦ電源１５は、同時に整合器１４を介してＲＦ電力を２つのプロセスチャンバ（１ａ、１ｂ）に印加し、これにより２つのプロセスチャンバ（１ａ、１ｂ）のうちの反応ガスを励起してプラズマを形成する。

【0026】

上記プラズマ増強原子層堆積装置は、実際の使用で以下の問題が避けられない。

【0027】

第一に、２つのプロセスチャンバ（１ａ、１ｂ）が１つの遮断弁１２及び流量調整弁１３を共用するため、２つのプロセスチャンバ（１ａ、１ｂ）のチャンバ圧力を個別に制御することができず、プロセスのデバッグの限定性をもたらす。例えば、２つのプロセスチャンバで堆積された薄膜の厚さなどに差がある場合、各プロセスチャンバのチャンバ圧力を個別に調整することにより上記差を解消することができず、それによりプロセスのデバッグ手段のフレキシビリティを低減する。また、遮断弁１２が開く際に、２つのプロセスチャンバ（１ａ、１ｂ）は、依然として排気管路を介して互いに連通する可能性があり、それにより、本当の意味での物理的分離が実現されず、１つのプロセスチャンバに破片が発生したり、粒子数が増加したりするなどの異常場合には、別のプロセスチャンバに悪影響を与える可能性が高い。

【0028】

第二に、２つのプロセスチャンバ（１ａ、１ｂ）は、１つの整合器１４及びＲＦ電源１５を共用するため、２つのプロセスチャンバで堆積された薄膜の厚さなどに差がある場合、各プロセスチャンバのＲＦ関連パラメータ（例えば電力、周波数、点灯時間など）を個別に調整することにより上記差を解消することができず、それによりプロセスのデバッグ手段のフレキシビリティを低減する。また、図１Ｂに示すように、２つのプロセスチャンバ（１ａ、１ｂ）はプラズマ反応ステップを同時に行わなければならないため、他のステップ（前駆体、パージなどを導入する）も同期して行わなければならず、それによりプロセス形態が単一であり、しかもチャンバ間のプロセス整合性が悪くなる。しかも、２つのプロセスチャンバのプロセス整合性が要件を満たすために、各チャンバに１つの前駆体ソース（例えばソースボトル）を個別に配置する必要があり、これにより前駆体を２つのプロセスチャンバ（１ａ、１ｂ）に同期して導入し、しかし前駆体ソースのコスト及びチャンバ構造の複雑さを増加させる。

【0029】

第三に、２つのプロセスチャンバ（１ａ、１ｂ）と遠隔プラズマ洗浄装置１７との間に切替制御構造が設けられていないため、２つのプロセスチャンバ（１ａ、１ｂ）を同時に洗浄するしかなく、個別に洗浄ことができず、それにより洗浄方式が単一である。また、遠隔プラズマ洗浄装置１７とガス供給装置１６との間に同一の吸気管路を共用し、両者間に物理的分離が行われていないため、プロセスガスが遠隔プラズマ洗浄装置１７に拡散する恐れがあり、それによりプロセス制御の難しさを増加させる。

【0030】

上記ＰＥＡＬＤ装置に存在している少なくとも１つの問題を解決するために、図２及び図３を併せて参照して、本発明の実施例は、プラズマ増強原子層堆積装置をさらに提供し、それは２つのプロセスチャンバ（２ａ、２ｂ）、前駆体供給装置３、反応ガス供給装置６、ＲＦ装置８及び圧力調整装置７を含み、２つのプロセスチャンバ（２ａ、２ｂ）はいずれも物理的に分離された独立したチャンバであり、各プロセスチャンバはいずれも吸気構造２１を有し、当該吸気構造２１は、例えばチャンバの上部に設けられたガス分配装置であり、プロセスガスをチャンバ内部に均一に輸送するためのものであり、且つ、各プロセスチャンバには、ウェハＳを載置し、ウェハＳの温度を制御するためのベース２２がさらに設けられている。

【0031】

上記前駆体供給装置３は、２つのプロセスチャンバ（２ａ、２ｂ）の吸気構造２１に接続され、前駆体又はパージガスを２つのプロセスチャンバ（２ａ、２ｂ）のうちの少なくとも１つに選択的に供給するためのものである。つまり、２つのプロセスチャンバ（２ａ、２ｂ）は１つの前駆体供給装置３を共用する。実際の使用では、上記前駆体は、堆積対象膜層材料の成分及び特性に応じて選択され、キャリアガスを使用するか又は使用しない場合、当該前駆体は、ガス状でプロセスチャンバに輸送することができる。例えば、堆積対象膜層材料がシリカ（ＳｉＯ２）である場合、前駆体としてＳＡＭ２４（ビス（ジエチルアミン）シラン）を選択することができる。

【0032】

本実施例では、任意選択的に、上記前駆体供給装置３は、前駆体ソース３０、吸気管路群５、切替管路群４及び抽気装置１０ｂを含み、前駆体ソース３０は切替管路群４を介して吸気管路群５に連通しており、当該吸気管路群５は２つのプロセスチャンバ（２ａ、２ｂ）の吸気構造２１に連通しており、前駆体ソース３０は上記前駆体又はパージガスを供給するためのものであり、切替管路群４は、前駆体ソース３０を吸気管路群５又は抽気装置１０ｂに選択的に連通させるためのものであり、吸気管路群５は、前駆体ソース３０を２つのプロセスチャンバ（２ａ、２ｂ）のうちの少なくとも１つに選択的に連通させるためのものである。

【0033】

切替管路群４によって前駆体ソース３０を吸気管路群５に連通させる場合、前駆体ソース３０によって供給された前駆体は、吸気管路群５に輸送され得るとともに、吸気管路群５を介して２つのプロセスチャンバ（２ａ、２ｂ）のうちの少なくとも１つに輸送され得、切替管路群４によって前駆体ソース３０を抽気装置１０ｂに連通させる場合、前駆体ソース３０によって供給された前駆体は、いずれかのプロセスチャンバを流れることなく、抽気装置１０ｂに直接放出される。

【0034】

本実施例では、任意選択的に、図３に示すように、切替管路群４は、第１切替分岐路４１ａ及び第２切替分岐路４１ｂを含み、第１切替分岐路４１ａの両端は、それぞれ前駆体ソース３０及び吸気管路群５に連通しており、第２切替分岐路４１ｂの両端は、それぞれ第１切替分岐路４１ａ及び抽気装置１０ｂに連通しており、且つ、第１切替分岐路４１ａ及び第２切替分岐路４１ｂには、それぞれ第３開閉弁４２ａ及び第４開閉弁４２ｂが設けられている。第３開閉弁４２ａが開くとともに、第４開閉弁４２ｂが閉じる際に、第１切替分岐路４１ａはオンになり、第２切替分岐路４１ｂはオフになり、この際に、前駆体ソース３０から送り出される前駆体は第１切替分岐路４１ａを通して吸気管路群５に流入し、第３開閉弁４２ａが閉じるとともに、第４開閉弁４２ｂが開く際に、第１切替分岐路４１ａはオフになり、第２切替分岐路４１ｂはオンになり、この際に、前駆体ソース３０から送り出される前駆体は第２切替分岐路４１ｂを通して抽気装置１０ｂに流入する。

【0035】

本実施例では、任意選択的に、図４に示すように、上記前駆体ソース３０は、キャリアガス主路３１、ソースボトル３２、第１キャリアガス分岐路３５ａ及び第２キャリアガス分岐路３５ｂを含み、キャリアガス主路３１の吸気端（図４には左側に向き）は、キャリアガスＣ１を供給するキャリアガスガスソース（図示せず）に連通するためのものであり、キャリアガス主路３１の排気端（図４には右側に向き）は、上記切替管路群４（すなわち、図３に示される第１切替分岐路４１ａの吸気端）に連通しており、且つ、キャリアガス主路３１には第５開閉弁３３及び第３質量流量コントローラー３４が設けられており、第５開閉弁３３はキャリアガス主路３１をオンオフにするためのものであり、第３質量流量コントローラー３４は、キャリアガス主路３１のうちのキャリアガスＣ１の流量を制御するためのものである。

【0036】

第１キャリアガス分岐路３５ａの吸気端とキャリアガス主路３１は第５開閉弁３３の上流位置で連通しており、第１キャリアガス分岐路３５ａの排気端はソースボトル３２の吸気端に連通しており、第２キャリアガス分岐路３５ｂの排気端とキャリアガス主路３１は第５開閉弁３３の下流位置で連通しており、第２キャリアガス分岐路３５ｂの吸気端はソースボトル３２の排気端に連通しており、且つ、第１キャリアガス分岐路３５ａ及び第２キャリアガス分岐路３５ｂにはそれぞれ第６開閉弁３６及び第７開閉弁３７が設けられている。第６開閉弁３６は第１キャリアガス分岐路３５ａをオンオフにするためのものであり、第７開閉弁３７は第２キャリアガス分岐路３５ｂをオンオフにするためのものである。

【0037】

ソースボトル３２は前駆体を貯蔵するためのものである。ソースボトル３２に貯蔵される前駆体の初期状態は、液体、固体、又はガスであってもよく、プロセスを行う際に、ソースボトル３２のうちの前駆体は、キャリアガスを使用するか使用しない場合でガス状で送り出される。具体的には、第５開閉弁３３が開くとともに、第６開閉弁３６及び第７開閉弁３７が閉じる際に、キャリアガス主路３１はオンになり、第１キャリアガス分岐路３５ａ及び第２キャリアガス分岐路３５ｂはオフになり、この際に、キャリアガスＣ１は、ソースボトル３２を通過せずに、キャリアガス主路３１を介して切替管路群４に向けて流れ、すなわち、ソースボトル３２のうちの前駆体は送り出されない。この状態で、キャリアガスＣ１を利用してそれが通過する管路及びプロセスチャンバをパージし、この際に、キャリアガスＣ１は上記パージガスとして使用される。

【0038】

第５開閉弁３３が閉じるとともに、第６開閉弁３６及び第７開閉弁３７が開く際に、キャリアガス主路３１はオフになり、第１キャリアガス分岐路３５ａ及び第２キャリアガス分岐路３５ｂはオンになり、この際に、キャリアガスＣ１は、キャリアガス主路３１の第５開閉弁３３の上流に位置する前部及び第１キャリアガス分岐路３５ａを介してソースボトル３２に向けて流れ、すなわち、キャリアガスＣ１は、ソースボトル３２を通過して、ソースボトル３２のうちの前駆体を搬送し、第２キャリアガス分岐路３５ｂ及びキャリアガス主路３１の第５開閉弁３３の下流に位置する後部を介して送り出され得る。この状態で、切替管路群４によって前駆体ソース３０を吸気管路群５に連通させる場合、前駆体を搬送しているキャリアガスＣ１は、吸気管路群５内に輸送され得るとともに、吸気管路群５を介して２つのプロセスチャンバ（２ａ、２ｂ）のうちの少なくとも１つに輸送され得る。

【0039】

任意選択的に、対応する管路の高速開閉を実現するように、上記第５開閉弁３３、第６開閉弁３６及び第７開閉弁３７は、いずれも高速オンオフ弁である。もちろん、実際の使用では、異なるプロセス要件に応じて、他の開閉弁を用いることもでき、本発明の実施例はこれに特に限定されない。

【0040】

任意選択的に、第１キャリアガス分岐路３５ａと第２キャリアガス分岐路３５ｂとの間に中間管路３５ｃが接続され、且つ、当該中間管路３５ｃに第１自動開閉弁３９ｃが設けられており、第１自動開閉弁３９ｃが開く際に、中間管路３５ｃはオンになり、この場合、第６開閉弁３６及び第７開閉弁３７が開く際に、キャリアガスＣ１はソースボトル３２を通過しないが、ソースボトル３２のうちの前駆体は送り出され、切替管路群４に向けて流れ得る。また、任意選択的に、第１キャリアガス分岐路３５ａ及び第２キャリアガス分岐路３５ｂにおいて、それぞれソースボトル３２の送り込み端及び送り出し端に近い位置にそれぞれ第２自動開閉弁３９ａ及び第３自動開閉弁３９ｂが設けられることで、第１キャリアガス分岐路３５ａ及び第２キャリアガス分岐路３５ｂの自動御御を実現することもできる。第１キャリアガス分岐路３５ａ及び第２キャリアガス分岐路３５ｂには、それぞれ第１手動弁３８ａ及び第２手動弁３８ｂが設けられてもよい。上記自動開閉弁及び手動弁の設置はいずれも制御のフレキシビリティ及び信頼性の向上に有利である。上記第１自動開閉弁３９ｃ、第２自動開閉弁３９ａ及び第３自動開閉弁３９ｂは例えば空気圧弁である。

【0041】

本実施例では、任意選択的に、ソースボトル３２に十分な前駆体が存在することを確保し、プロセスの要件を満たすために、ソースボトル３２は、液体の前駆体を補充する液体輸送システムに接続するための注入端をさらに有し、具体的には、上記注入端は、例えば、注入管路３２１を介して液体輸送システム（図示せず）に接続され、且つ、当該注入管路３２1の注入端に近い箇所には、第８開閉弁３２２が設けられている。

【0042】

なお、本実施例では、上記前駆体ソース３０はソースボトル３２及びキャリアガスＣ１を利用して前駆体の供給を実現するが、本発明の実施例はこれに限定されるものではなく、実際の使用では、前駆体ソースは、ガスホルダーなどの他の任意のガス供給構造を用いてもよい。

【0043】

本実施例では、任意選択的に、図５に示すように、吸気管路群５は、第１吸気分岐路５１ａ及び第２吸気分岐路５１ｂを含み、第１吸気分岐路５１ａ及び第２吸気分岐路５１ｂの排気端は、それぞれ２つのプロセスチャンバ（２ａ、２ｂ）の吸気構造２１に連通しており、具体的には、２つのガス混合構造（５５ａ、５５ｂ）を介して２つのプロセスチャンバ（２ａ、２ｂ）の吸気構造２１に連通していてもよく、当該２つのガス混合構造（５５ａ、５５ｂ）は、前駆体（及び／又はキャリアガス）及び他のガス（例えば希釈ガス、平衡ガスなど）を輸送するための管路に連通しており、これらのガスを個別で、又は混合後、２つのプロセスチャンバ（２ａ、２ｂ）にそれぞれ導入するためのものである。もちろん、実際の使用では、特定の場合に応じて、上記ガス混合構造が設けられなくてもよく、この場合、第１吸気分岐路５１ａ及び第２吸気分岐路５１ｂの排気端は２つのプロセスチャンバ（２ａ、２ｂ）の吸気構造２１に直接連通することができる。

【0044】

第１吸気分岐路５１ａ及び第２吸気分岐路５１ｂの吸気端は、いずれも切替管路群４（すなわち、図３に示される第１切替分岐路４１ａ）の排気端に連通しており、且つ、図５に示すように、第１吸気分岐路５１ａ及び第２吸気分岐路５１ｂにはそれぞれ第１開閉弁５２ａ及び第２開閉弁５２ｂが設けられている。第１開閉弁５２ａ及び第２開閉弁５２ｂのうちの少なくとも１つを選択的に開くことにより、第１吸気分岐路５１ａ及び第２吸気分岐路５１ｂのうちの少なくとも１つをオンにすることができ、それにより前駆体ソース３０を２つのプロセスチャンバ（２ａ、２ｂ）のうちの少なくとも１つに連通させることを実現する。

【0045】

本実施例では、任意選択的に、上記２つのガス混合構造（５５ａ、５５ｂ）は、いずれも第１吸気端、第２吸気端及び排気端を有し、２つのガス混合構造（５５ａ、５５ｂ）の第１吸気端は、それぞれ第１吸気分岐路５１ａ及び第２吸気分岐路５１ｂの排気端に連通しており、２つのガス混合構造（５５ａ、５５ｂ）の排気端は、それぞれ２つのプロセスチャンバ（２ａ、２ｂ）の吸気構造２１に連通しており、２つのガス混合構造（５５ａ、５５ｂ）の第２吸気端は、平衡ガスを供給する平衡ガスソース及び反応ガス供給装置６に接続するためのものである。

【0046】

具体的には、２つのガス混合構造（５５ａ、５５ｂ）の第２吸気端は、それぞれ２つの平衡ガス輸送ユニット（１８ａ、１８ｂ）を介して当該平衡ガスソースに接続され、２つの平衡ガス輸送ユニット（１８ａ、１８ｂ）は、それぞれ独立して平衡ガスを２つのプロセスチャンバ（２ａ、２ｂ）に輸送するためのものである。前駆体を２つのプロセスチャンバ（２ａ、２ｂ）内に交互に輸送する形態で堆積プロセスを行う場合、２つのプロセスチャンバを切り替える時点に、前駆体の輸送を停止するプロセスチャンバのうちの吸気量に大きな変動が生じ、その結果、チャンバ圧力に大きな変動が生じるとともに、プロセスガスの安定性が悪くなり、そのため、２つのプロセスチャンバを切り替える時に、平衡ガスを、前駆体の輸送を停止したプロセスチャンバに輸送し始め、且つ、当該平衡ガスの吸気量が前駆体的吸気量に相当するようにし、それにより、吸気量に変動が生じることによるチャンバ圧力に大きな変動が生じることを回避し、プロセスガスの流れ場の安定性を向上させることができる。平衡ガスは、例えばアルゴンガス（Ａr）又は他の不活性ガスである。

【0047】

図３及び図５には、２つの平衡ガス輸送ユニット（１８ａ、１８ｂ）のみを概略的に示しており、両者の特定の構造を示しておらず、当該特定の構造は、例えば平衡ガス吸気管路及び当該平衡ガス吸気管路に設けられる開閉弁を含み、平衡ガス吸気管路の吸気端は、平衡ガスソースに接続するためのものであり、平衡ガス吸気管路の排気端は、対応するガス混合構造に接続される。また、平衡ガス吸気管路のうちのガス流量を制御するように、平衡ガス吸気管路に流量コントローラーが設けられてもよい。もちろん、実際の使用では、上記２つの平衡ガス輸送ユニット（１８ａ、１８ｂ）は、ガス混合構造（５５ａ、５５ｂ）を介さずにそれぞれ２つのプロセスチャンバ（２ａ、２ｂ）の吸気構造２１に直接接続されてもよい。

【0048】

本実施例では、図３に示すように、上記反応ガス供給装置６は、２つのプロセスチャンバ（２ａ、２ｂ）の吸気構造２１に連通しており、同時に或いはそれぞれ反応ガスを２つのプロセスチャンバ（２ａ、２ｂ）に選択的に供給するためのものである。当該反応ガスで形成されたプラズマ（遊離基を含むがこれに限定されない）は、ウェハＳに吸着された前駆体と化学反応し、それによりウェハＳの表面上に必要な膜層を形成することができる。例えば、堆積対象膜層材料がシリカ（ＳｉＯ２）であり、ＳＡＭ２４（ビス（ジエチルアミン）シラン）を前駆体とすると、反応ガスとして酸素（Ｏ２）を選択することができる。

【0049】

本実施例では、任意選択的に、反応ガス供給装置６は、第１反応ガス輸送ユニット６ａ及び第２反応ガス輸送ユニット６ｂを含み、両者は、２つのガス混合構造（５５ａ、５５ｂ）を介して２つのプロセスチャンバ（２ａ、２ｂ）の吸気構造２１に連通することがき、それぞれ独立して反応ガスを２つのプロセスチャンバ（２ａ、２ｂ）に輸送するためのものである。図３及び図５には、第１反応ガス輸送ユニット６ａ及び第２反応ガス輸送ユニット６ｂのみを概略的に示しており、両者の特定の構造を示しておらず、当該特定の構造は、例えば反応ガス吸気管路及び当該反応ガス吸気管路に設けられる開閉弁を含み、反応ガス吸気管路の吸気端は、反応ガスソースに連通するためのものであり、反応ガス吸気管路の排気端は、対応するガス混合構造に連通している。また、反応ガス吸気管路のうちのガス流量を制御するように、反応ガス吸気管路に流量コントローラーが設けられてもよい。もちろん、実際の使用では、上記第１反応ガス輸送ユニット６ａ及び第２反応ガス輸送ユニット６ｂは、ガス混合構造（５５ａ、５５ｂ）を介さずに２つのプロセスチャンバ（２ａ、２ｂ）の吸気構造２１に直接連通していてもよい。

【0050】

各ガス混合構造は、様々であってもよく、例えば、本実施例では、図５に示すように、各ガス混合構造は、いずれもガス混合ブロック５５１及びガス混合管路５５２を含み、ガス混合ブロック５５１内においてガス混合キャビティ（図示せず）が設けられており、当該ガス混合ブロック５５１の外面に上記第１吸気端、第２吸気端及び排気端が形成され、当該排気端はガス混合管路５５２の吸気端に連通しており、ガス混合管路５５２の排気端は、ガス混合構造の排気端として使用されてプロセスチャンバの吸気構造２１に連通している。なお、上記ガス混合構造の吸気端の数は、プロセスチャンバに導入する必要があるプロセスガスの数に対応する。実際の使用では、特定のニーズに応じて、上記ガス混合構造を通過することなく、上記平衡ガス及び／又は反応ガスを導入する。

【0051】

本実施例では、任意選択的に、図５に示すように、吸気管路群５は、第１希釈分岐路５３ａ及び第２希釈分岐路５３ｂをさらに含み、第１希釈分岐路５３ａ及び第２希釈分岐路５３ｂの吸気端は、いずれも希釈ガスを供給するための希釈ガスソース（図示せず）に連通しており、第１希釈分岐路５３ａ及び第２希釈分岐路５３ｂの排気端は、それぞれ第１吸気分岐路５１ａ及び第２吸気分岐路５１ｂに連通しており、且つ、第１希釈分岐路５３ａ及び第２希釈分岐路５３ｂには、第１希釈分岐路５３ａ及び第２希釈分岐路５３ｂのうちのガス流量をそれぞれ制御する第１流量コントローラー５４ａ及び第２流量コントローラー５４ｂがそれぞれ設けられている。希釈ガスソースから送り出された希釈ガスは、希釈作用を発揮するように、それぞれ第１希釈分岐路５３ａ及び第２希釈分岐路５３ｂを介して第１吸気分岐路５１ａ及び第２吸気分岐路５１ｂ内に流入し、前駆体と混合することができる。希釈ガスは、例えばアルゴンガス（Ａｒ）又は他の不活性ガスである。

【0052】

ＲＦ装置８は、２つのプロセスチャンバ（２ａ、２ｂ）に接続され、ＲＦ電力を２つのプロセスチャンバ（２ａ、２ｂ）のうちの少なくとも１つのプロセスチャンバに選択的に出力するためのものである。具体的には、本実施例では、図３に示すように、ＲＦ装置８は、第１整合器８１ａ、第２整合器８１ｂ、第１ＲＦ電源８２ａ及び第２ＲＦ電源８２ｂを含み、第１ＲＦ電源８２ａは、第１整合器８１ａを介して１つのプロセスチャンバ（すなわち、第１プロセスチャンバ２ａ）に電気的に接続され、第２ＲＦ電源８２ｂは、第２整合器８１ｂを介して別つのプロセスチャンバ（すなわち、第２プロセスチャンバ２ｂ）に電気的に接続される。

【0053】

２つのプロセスチャンバ（２ａ、２ｂ）に整合器及びＲＦ電源を個別に配置することにより、２つのプロセスチャンバ（２ａ、２ｂ）のＲＦ関連パラメータ（例えばＲＦ電力、周波数、点灯時間など）を個別に調整することができ、それによりプロセスのデバッグ手段を増加させ、プロセス整合性を向上させる。しかも、異なる時点に２つのプロセスチャンバ（２ａ、２ｂ）それぞれのＲＦ電源をオンにすることができるため、２つのプロセスチャンバ（２ａ、２ｂ）は各プロセスステップを同期して行う必要がなく、それによりプロセス形態はより多様化する。しかも、各チャンバに前駆体供給装置を配置する必要がなく、本実施例に用いた上記前駆体供給装置を利用して異なる時点に前駆体を対応する１つのプロセスチャンバに導入し、すなわち、前駆体を２つのプロセスチャンバ（２ａ、２ｂ）に交互に輸送することができ、プロセス整合性の要件を満たすとともに、装置コストを低減することができる。

【0054】

なお、本実施例では、２つのプロセスチャンバ（２ａ、２ｂ）に整合器及びＲＦ電源を個別に配置するが、本発明の実施例は、これに限定されるものではなく、実際の使用では、１つの整合器及びＲＦ電源のみを設け、対応するスイッチング装置を設けることにより、整合器及びＲＦ電源をそのうちの１つのプロセスチャンバに選択的に接続し、同様に、異なる時点に２つのプロセスチャンバ（２ａ、２ｂ）にＲＦ電力を印加することができ、２つのプロセスチャンバ（２ａ、２ｂ）は、同期に各プロセスステップを行う必要がなく、それによりプロセス形態はより多様化する。

【0055】

圧力調整装置７は、２つのプロセスチャンバ（２ａ、２ｂ）の排気口に連通しており、それぞれ独立して２つのプロセスチャンバ（２ａ、２ｂ）のチャンバ圧力を制御するためのものである。このように、２つのプロセスチャンバ（２ａ、２ｂ）の堆積した薄膜の厚さなどに差がある場合、圧力調整装置７によって各プロセスチャンバのチャンバ圧力を個別に調整することにより、上記差を解消することができ、それによりプロセスのデバッグ手段のフレキシビリティを向上させる。

【0056】

具体的には、本実施例では、圧力調整装置７は、第１排気分岐路７１ａ及び第２排気分岐路７１ｂを含み、第１排気分岐路７１ａ及び第２排気分岐路７１ｂの吸気端は、それぞれ２つのプロセスチャンバ（２ａ、２ｂ）の排気口に連通しており、第１排気分岐路７１ａ及び第２排気分岐路７１ｂの排気端は、いずれも抽気装置１０ａに連通しており、且つ、第１排気分岐路７１ａ及び第２排気分岐路７１ｂには、第１排気分岐路７１ａ及び第２排気分岐路７１ｂの開閉をそれぞれ独立して制御するための第１遮断弁７２ａ及び第２遮断弁７２ｂがそれぞれ設けられており、第１排気分岐路７１ａ及び第２排気分岐路７１ｂには、第１排気分岐路７１ａ及び第２排気分岐路７１ｂのうちのガス流量をそれぞれ独立して調整するための第１流量調整弁７３ａ及び第２流量調整弁７３ｂがそれぞれ設けられている。

【0057】

第１排気分岐路７１ａ及び第２排気分岐路７１ｂには第１遮断弁７２ａ及び第２遮断弁７２ｂがそれぞれ設けられることにより、２つのプロセスチャンバ（２ａ、２ｂ）の物理的分離を確かに実現することができ、それにより１つのプロセスチャンバに破片が発生したり、粒子数が増加したりするなどの異常場合には、別のプロセスチャンバに悪影響を与えることを回避することができる。同時に、第１排気分岐路７１ａ及び第２排気分岐路７１ｂには第１流量調整弁７３ａ及び第２流量調整弁７３ｂがそれぞれ設けられることにより、２つのプロセスチャンバ（２ａ、２ｂ）の排気速度を独立して制御することができ、このように、２つのプロセスチャンバ（２ａ、２ｂ）の堆積した薄膜の厚さなどに差がある場合、第１流量調整弁７３ａ及び第２流量調整弁７３ｂを個別に調整することにより、各プロセスチャンバのチャンバ圧力への独立制御を実現することができ、上記差を解消し、それにより、プロセスのデバッグ手段のフレキシビリティを向上させ、さらに２つのプロセスチャンバ（２ａ、２ｂ）のプロセス整合性を向上させる。

【0058】

なお、圧力調整装置７は、上記実施例に係る手段に限定されるものではなく、実際の使用では、各プロセスチャンバのチャンバ圧力への独立制御を実現するために、他の任意構造を用いてもよい。

【0059】

さらに、なお、実際の使用では、上記抽気装置１０ａ及び抽気装置１０ｂは、同一の抽気装置であってもよく、すなわち、切替管路群４は、２つのプロセスチャンバ（２ａ、２ｂ）とともに同一の抽気装置を共有する。当該抽気装置は例えば真空ポンプである。

【0060】

本実施例では、プラズマ増強原子層堆積装置は、遠隔プラズマ洗浄装置９、第１洗浄管路９１ａ及び第２洗浄管路９１ｂをさらに含み、２つのガス混合構造（５５ａ、５５ｂ）はいずれも第３吸気端をさらに有し、第１洗浄管路９１ａ及び第２洗浄管路９１ｂの吸気端は、いずれも遠隔プラズマ洗浄装置９に連通しており、第１洗浄管路９１ａ及び第２洗浄管路９１ｂの排気端は、それぞれ２つのガス混合構造（５５ａ、５５ｂ）の上記第３吸気端に連通している。もちろん、実際の使用では、特定の場合に応じて、第１洗浄管路９１ａ及び第２洗浄管路９１ｂの排気端は、２つのプロセスチャンバ（２ａ、２ｂ）の吸気構造２１に直接連通するようにしてもよい。

【0061】

且つ、第１洗浄管路９１ａ及び第２洗浄管路９１ｂの排気端には、第３遮断弁９２ａ及び第４遮断弁９２ｂがそれぞれ設けられており、遠隔プラズマ洗浄装置９は、２つのプロセスチャンバ（２ａ、２ｂ）内の薄膜の累積厚さが一定の厚さになった後に、プロセスチャンバを洗浄可能なプラズマ（例えばＮＦ３ガスのイオン化によって形成されたプラズマ）を２つのプロセスチャンバ（２ａ、２ｂ）のうちの少なくとも１つのプロセスチャンバに供給するためのものである。

【0062】

上記第３遮断弁９２ａ及び第４遮断弁９２ｂを利用して、いずれかのプロセスチャンバを個別に洗浄したり、２つのプロセスチャンバを同時に洗浄したりすることを実現でき、それにより洗浄方式のフレキシビリティを向上させることができる。同時に、堆積プロセスを行う場合、上記第３遮断弁９２ａ及び第４遮断弁９２ｂを閉じることにより、プロセスガスの遠隔プラズマ洗浄装置９への拡散を阻止することができ、それによりプロセスガスの利用率を向上させ、プロセスガスの安定性を改善する。

【0063】

なお、実際の使用では、実際の状況に応じて、上記遠隔プラズマ洗浄装置９が設けられなくてもよい。

【0064】

別の技術的手段として、本発明の実施例は、プラズマ増強原子層堆積方法をさらに提供し、該方法は、本発明の実施例に係る上記プラズマ増強原子層堆積装置を用いて、２つのウェハ上に同時に膜層を堆積する。

【0065】

具体的には、図３に示されるプラズマ増強原子層堆積装置を例にして、図６に示すように、プラズマ増強原子層堆積方法は、ステップＳ１～ステップＳ４を含み、

【0066】

ステップＳ１、２つのプロセスチャンバ（２ａ、２ｂ）はそれぞれステップＳ１１及びステップＳ１２を行い、両者は同期してもよいし、異なる時点にそれぞれ実行されてもよい。

【0067】

ステップＳ１１、前駆体を第１プロセスチャンバ２ａに導入し、前駆体吸をウェハＳの表面に吸着させる。

【0068】

ステップＳ１２、反応ガスを励起してプラズマを形成するように、反応ガスを第２プロセスチャンバ２ｂに導入し、ＲＦ電力を第２プロセスチャンバ２ｂに出力し、当該プラズマは、ウェハＳの表面上に吸着された前駆体と反応して、ウェハＳの表面上に必要な膜層を形成することができる。

【0069】

具体的には、図２～図５に示されるプラズマ増強原子層堆積装置を例にして、ステップＳ１１及びステップＳ１２を行う過程において、第４開閉弁４２ｂ、第５開閉弁３３及び第２開閉弁５２ｂを閉じるとともに、第３開閉弁４２ａ、第６開閉弁３６、第７開閉弁３７及び第１開閉弁５２ａを開くことにより、前駆体（キャリアガスＣ１によって搬送される）を第１プロセスチャンバ２ａに個別に導入することを実現する。なお、上記ステップＳ１１を行う過程において、前駆体を第１プロセスチャンバ２ａに導入することにかかる時間が一般的に短く、ステップＳ１１のプロセス時間よりも短く、この場合、第３開閉弁４２ａは、ステップＳ１１を行う過程においてつねに開いたままではなく、例えば、ステップＳ１１を開始する際に、第３開閉弁４２ａが開くとともに、第４開閉弁４２ｂが閉じ、この際に、前駆体を第１プロセスチャンバ２ａに導入し、一定の時間を経た後（ステップＳ１１のプロセス時間に達していない）に、第３開閉弁４２ａが閉じるとともに、第４開閉弁４２ｂが開き、この際に、前駆体が第２切替分岐路４１ｂを通して抽気装置１０ｂに流入する。もちろん、実際の使用では、様々なニーズに応じて第３開閉弁４２ａがステップＳ１１を行う過程においてつねに開いたままにしてもよく、本発明の実施例は、これに特に限定されない。

【0070】

それと同時に、任意選択的に、第１希釈分岐路５３ａ及び第２希釈分岐路５３ｂを利用して希釈ガスを２つのプロセスチャンバ（２ａ、２ｂ）に同時に導入し、平衡ガス輸送ユニット１８ｂを利用して平衡ガスを第２プロセスチャンバ２ｂに導入し、これにより２つのプロセスチャンバ（２ａ、２ｂ）の吸気量が同じくらいであることを確保し、第２反応ガス輸送ユニット６ｂを利用して反応ガスを第２プロセスチャンバ２ｂに導入し、第２ＲＦ電源８２ｂを開き、これにより第２整合器８１ｂを介してＲＦ電力を第２プロセスチャンバ２ｂに印加し、それにより反応ガスを励起してプラズマを形成する。

【0071】

ステップＳ２、２つのプロセスチャンバ（２ａ、２ｂ）はそれぞれステップＳ２１及びステップＳ２２を行い、両者は同期してもよいし、異なる時点にそれぞれ実行されてもよい。

【0072】

ステップＳ２１及びステップＳ２２は、いずれもプラズマ増強原子層堆積装置のうちの前駆体供給装置及び２つのプロセスチャンバ（２ａ、２ｂ）をパージするためのである。

【0073】

具体的には、図２～図５に示されるプラズマ増強原子層堆積装置を例にして、ステップＳ２１及びステップＳ２２を行う過程において、第４開閉弁４２ｂ、第５開閉弁３３、第１開閉弁５２ａ、第２開閉弁５２ｂ、第３開閉弁４２ａを開くとともに、第６開閉弁３６及び第７開閉弁３７を閉じ、これにより管路及び２つのプロセスチャンバ（２ａ、２ｂ）をパージすることを実現する。

【0074】

それと同時に、任意選択的に、第１希釈分岐路５３ａ及び第２希釈分岐路５３ｂを利用して同時に希釈ガスを２つのプロセスチャンバ（２ａ、２ｂ）に導入することは、パージ役割を果たすこともでき、２つの平衡ガス輸送ユニット（１８ａ、１８ｂ）を利用して平衡ガスをそれぞれ第１プロセスチャンバ２ａ及び第２プロセスチャンバ２ｂに同時に導入することは、同様に、パージ役割を果たすこともでき、反応ガスを第２プロセスチャンバ２ｂに導入することを停止する。

【0075】

ステップＳ３、２つのプロセスチャンバ（２ａ、２ｂ）はそれぞれステップＳ３１及びステップＳ３２を行い、両者は同期してもよいし、異なる時点にそれぞれ実行されてもよい。

【0076】

ステップＳ３１、反応ガスを励起してプラズマを形成するように、反応ガスを第１プロセスチャンバ２ａに導入し、ＲＦ電力を第１プロセスチャンバ２ａに出力し、当該プラズマは、ウェハＳの表面上に吸着された前駆体と反応して、ウェハＳの表面上に必要な膜層を形成することができる。

【0077】

ステップＳ３２、前駆体を第２プロセスチャンバ２ｂに導入し、前駆体をウェハＳの表面に吸着させる。

【0078】

具体的には、図２～図５に示されるプラズマ増強原子層堆積装置を例にして、ステップＳ３１及びステップＳ３２を行う過程において、第４開閉弁４２ｂ、第５開閉弁３３及び第１開閉弁５２ａを閉じるとともに、第３開閉弁４２ａ、第６開閉弁３６、第７開閉弁３７及び第２開閉弁５２ｂを開き、これにより前駆体を第２プロセスチャンバ２ｂに個別に導入することを実現する（キャリアガスＣ１によって搬送される）。

【0079】

それと同時に、任意選択的に、第１希釈分岐路５３ａ及び第２希釈分岐路５３ｂを利用して希釈ガスを２つのプロセスチャンバ（２ａ、２ｂ）に同時に導入し、平衡ガス輸送ユニット１８ａを利用して平衡ガスを第１プロセスチャンバ２ａに導入し、これにより２つのプロセスチャンバ（２ａ、２ｂ）の吸気量が同じくらいであることを確保し、第１反応ガス輸送ユニット６ａを利用して反応ガスを第１プロセスチャンバ２ａに導入し、第１ＲＦ電源８２ａを開き、これにより第１整合器８１ａを介してＲＦ電力を第１プロセスチャンバ２ａに印加し、それにより反応ガスを励起してプラズマを形成する。

【0080】

ステップＳ４、２つのプロセスチャンバ（２ａ、２ｂ）はそれぞれステップＳ４１及びステップＳ４２を行い、両者は同期してもよいし、異なる時点にそれぞれ実行されてもよい。

【0081】

ステップＳ４１及びステップＳ４２は、上記ステップＳ２１及びステップＳ２２と同様であり、ここで繰り返し説明しない。

【0082】

２つのウェハ上に堆積された膜層の厚さが目標厚さに達すまで、上記ステップＳ１～ステップＳ４を繰り返し行う。

【0083】

本発明の実施例に係るプラズマ増強原子層堆積方法では、２つのプロセスチャンバ（２ａ、２ｂ）は、各プロセスのステップを同期して行う必要がなく、それによりプロセス形態はより多様化する。しかも、各チャンバに前駆体供給装置を配置する必要がなく、本実施例に用いた上記前駆体供給装置を利用して異なる時点に前駆体を対応する１つのプロセスチャンバに導入し、すなわち、前駆体を２つのプロセスチャンバ（２ａ、２ｂ）に交互に輸送することができ、プロセス整合性の要件を満たすとともに、装置コストを低減することができる。

【0084】

本発明の実施例は、プラズマ増強原子層堆積方法をさらに提供し、具体的には、図７に示すように、当該方法は、ステップＳ１’～ステップＳ４’を含み、

【0085】

ステップＳ１’、２つのプロセスチャンバ（２ａ、２ｂ）はそれぞれステップＳ１１’及びステップＳ１２’を行い、両者は同期してもよいし、異なる時点にそれぞれ実行されてもよい。

【0086】

ステップＳ１１’、反応ガスを励起してプラズマを形成するように、反応ガスを第１プロセスチャンバ２ａに導入し、ＲＦ電力を第１プロセスチャンバ２ａに出力し、当該プラズマはウェハＳの表面上に吸着された前駆体と反応して、ウェハＳの表面上に必要な膜層を形成することができる。

【0087】

ステップＳ１２’、前駆体を第２プロセスチャンバ２ｂに導入し、前駆体をウェハＳの表面に吸着させる。

【0088】

具体的には、図２～図５に示されるプラズマ増強原子層堆積装置を例にして、ステップＳ１１’及びステップＳ１２’を行う過程において、第４開閉弁４２ｂ、第５開閉弁３３及び第１開閉弁５２ａを閉じるとともに、第３開閉弁４２ａ、第６開閉弁３６、第７開閉弁３７及び第２開閉弁５２ｂを開き、これにより第２プロセスチャンバ２ｂに前駆体を個別に導入することを実現する（キャリアガスＣ１によって搬送される）。

【0089】

それと同時に、任意選択的に、第１希釈分岐路５３ａ及び第２希釈分岐路５３ｂを利用して希釈ガスを２つのプロセスチャンバ（２ａ、２ｂ）に同時に導入し、平衡ガス輸送ユニット１８ａを利用して平衡ガスを第１プロセスチャンバ２ａに導入し、これにより２つのプロセスチャンバ（２ａ、２ｂ）の吸気量が同じくらいであることを確保し、第１反応ガス輸送ユニット６ａを利用して反応ガスを第１プロセスチャンバ２ａに導入し、第１ＲＦ電源８２ａを開き、これにより第１整合器８１ａを介してＲＦ電力を第１プロセスチャンバ２ａに印加し、それにより反応ガスを励起してプラズマを形成する。

【0090】

ステップＳ２’、２つのプロセスチャンバ（２ａ、２ｂ）はそれぞれステップＳ２１’及びステップＳ２２’を行い、両者は同期してもよいし、異なる時点にそれぞれ実行されてもよい。

【0091】

ステップＳ２１’及びステップＳ２２’は、いずれもプラズマ増強原子層堆積装置のうちの前駆体供給装置及び２つのプロセスチャンバ（２ａ、２ｂ）をパージするためのものである。

【0092】

具体的には、図２～図５に示されるプラズマ増強原子層堆積装置を例にして、ステップＳ２１’及びステップＳ２２’を行う過程において、第４開閉弁４２ｂ、第５開閉弁３３、第１開閉弁５２ａ、第２開閉弁５２ｂ、第３開閉弁４２ａが開くとともに、第６開閉弁３６及び第７開閉弁３７を閉じ、これにより管路及び２つのプロセスチャンバ（２ａ、２ｂ）をパージすることを実現する。

【0093】

それと同時に、任意選択的に、第１希釈分岐路５３ａ及び第２希釈分岐路５３ｂを利用して同時に希釈ガスを２つのプロセスチャンバ（２ａ、２ｂ）に導入することは、パージ役割を果たすこともでき、２つの平衡ガス輸送ユニット（１８ａ、１８ｂ）を利用して平衡ガスをそれぞれ第１プロセスチャンバ２ａ及び第２プロセスチャンバ２ｂに同時に導入することは、同様にパージ役割を果たすこともでき、反応ガスを第２プロセスチャンバ２ｂに導入することを停止する。

【0094】

ステップＳ３’、２つのプロセスチャンバ（２ａ、２ｂ）はそれぞれステップＳ３１’及びステップＳ３２’を行い、両者は同期してもよいし、異なる時点にそれぞれ実行されてもよい。

【0095】

ステップＳ３１’、前駆体を第１プロセスチャンバ２ａに導入し、前駆体をウェハＳの表面に吸着させる。

【0096】

ステップＳ３２’、反応ガスを励起してプラズマを形成するように、反応ガスを第２プロセスチャンバ２ｂに導入し、ＲＦ電力を第２プロセスチャンバ２ｂに出力し、当該プラズマはウェハＳの表面上に吸着された前駆体と反応して、ウェハＳの表面上に必要な膜層を形成することができる。

【0097】

具体的には、図２～図５に示されるプラズマ増強原子層堆積装置を例にして、ステップＳ３１’及びステップＳ３２’を行う過程において、第４開閉弁４２ｂ、第５開閉弁３３及び第２開閉弁５２ｂを閉じるとともに、第３開閉弁４２ａ、第６開閉弁３６、第７開閉弁３７及び第１開閉弁５２ａを開き、これにより第１プロセスチャンバ２ａに前駆体を個別に導入することを実現する（キャリアガスＣ１によって搬送される）。

【0098】

それと同時に、任意選択的に、第１希釈分岐路５３ａ及び第２希釈分岐路５３ｂを利用して希釈ガスを２つのプロセスチャンバ（２ａ、２ｂ）に同時に導入し、平衡ガス輸送ユニット１８ｂを利用して平衡ガスを第２プロセスチャンバ２ｂに導入し、これにより２つのプロセスチャンバ（２ａ、２ｂ）の吸気量が同じくらいであることを確保し、第２反応ガス輸送ユニット６ｂを利用して反応ガスを第２プロセスチャンバ２ｂに導入し、第２ＲＦ電源８２ｂを開き、これにより第２整合器８１ｂを介してＲＦ電力を第２プロセスチャンバ２ｂに印加し、それにより反応ガスを励起してプラズマを形成する。

【0099】

ステップＳ４’、２つのプロセスチャンバ（２ａ、２ｂ）はそれぞれステップＳ４１’及びステップＳ４２’を行い、両者は同期してもよいし、異なる時点にそれぞれ実行されてもよい。

【0100】

ステップＳ４１’及びステップＳ４２’は、上記ステップＳ２１’及びステップＳ２２’と同様であり、ここで繰り返し説明しない。

【0101】

２つのウェハ上に堆積された膜層の厚さが目標厚さに達すまで、上記ステップＳ１’～ステップＳ４’を繰り返し行う。

【0102】

要するに、本発明の実施例に係るプラズマ増強原子層堆積装置及び方法では、２つのプロセスチャンバの排気口に連通している圧力調整装置を利用して、それぞれ独立して２つのプロセスチャンバのチャンバ圧力を制御することができ、且つ、２つのプロセスチャンバに接続されたＲＦ装置を利用して、ＲＦ電力を２つのプロセスチャンバのうちの少なくとも１つプロセスチャンバに選択的に出力することによって、各プロセスチャンバのＲＦ関連パラメータを個別に調整することができ、それによりプロセスのデバッグ手段を増加させ、プロセス整合性を向上させるだけでなく、２つのプロセスチャンバは各プロセスのステップを同期して行う必要がなく、それによりプロセス形態はより多様化し、しかも各チャンバに前駆体供給装置を配置する必要がなく、すなわち、前駆体供給装置と２つのプロセスチャンバの吸気構造との連通により、前駆体又はパージガスを２つのプロセスチャンバのうちの少なくとも１つプロセスチャンバに選択的に供給し、それにより装置コストを低減する。

【0103】

理解できるように、以上の実施形態は、本発明の原理を説明するために採用された例示的な実施形態に過ぎず、本発明はこれに限定されるものではない。当業者にとっては、本発明の原理を逸脱せずに種々の改良や修飾を行うことができ、これらの改良や修飾も本発明の保護範囲に属すると見なすべきである。

【図1A】

【図1B】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【国際調査報告】