(57)【要約】原子層堆積方法は、原子層堆積反応室内へ半導体基板を位置決めする過程を含む。基板上に第１単分子層を形成するのに有効なように、原子層堆積反応室内の基板に第１前駆ガスが流される。第１単分子層の形成後、反応中間ガスが堆積反応室内の基板に流される。反応中間ガスが流れている状態の下で、反応中間ガスは、第１前駆体の流体からの中間反応体の副生成物と反応可能である。反応中間ガスを流した後、第１単分子層の上に第２単分子層を形成するのに有効なように、堆積反応室内の基板に第２前駆ガスが流される。他の態様及び実施例も検討されている。
2005533183.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子層堆積方法は、
原子層堆積反応室内に半導体基板を位置決めする過程と、
基板上に第１単分子層を形成するのに有効なように、原子層堆積反応室内の基板に第１前駆ガスを流す過程と、
第１単分子層を形成した後に、堆積反応室内の基板に反応中間ガスを流す過程であって、反応中間ガスが、反応中間ガスが流れている状態の下で第１前駆体の流れからの中間反応副生成物と反応可能である、反応中間ガスを流す過程と、
反応中間ガスを流した後に、第１単分子層上に第２単分子層を形成するのに有効なように、堆積反応室内の基板に第２前駆ガスを流す過程と、
を具備することを特徴とする原子層堆積方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、該方法は、第１前駆ガスを流している間に中間反応副生成物を形成する過程と、反応中間ガスを流している間に反応中間ガスを中間反応副生成物に反応させる過程と、を具備することを特徴とする原子層堆積方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法において、第２前駆体は、第１前駆体と組成が異なることを特徴とする原子層堆積方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法において、第１前駆ガスの流れと反応中間ガスの流れの間に、反応室にガスが供給されない間隔があることを特徴とする原子層堆積方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法において、反応中間ガスの流れと第２前駆ガスの流れの間に、反応室にガスが供給されない間隔があることを特徴とする原子層堆積方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法において、
第１前駆ガスの流れと反応中間ガスの流れの間に、反応室にガスが供給されない第１の間隔があり、
反応中間ガスの流れと第２前駆ガスの流れの間に、反応室にガスが供給されない第２の間隔がある、
ことを特徴とする原子層堆積方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法において、反応中間ガスがＣｌ２からなることを特徴とする原子層堆積方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法において、反応中間ガスがＨ２からなることを特徴とする原子層堆積方法。
【請求項９】
請求項１に記載の方法において、反応中間ガスが前記状態の下において、第１前駆体と反応しないことを特徴とする原子層堆積方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の方法において、反応中間ガスが前記状態の下において、第２前駆体と反応しないことを特徴とする原子層堆積方法。
【請求項１１】
請求項１に記載の方法において、第１前駆体がＴｉＣｌ４からなり、第２前駆体がＮＨ３からなり、反応中間ガスがＨ２とＣｌ２の少なくとも１つからなることを特徴とする原子層堆積方法。
【請求項１２】
請求項１に記載の方法において、第１前駆体がＮＨ３からなり、第２前駆体がＴｉＣｌ４からなり、反応中間ガスがＨ２とＣｌ２の少なくとも１つからなることを特徴とする原子層堆積方法。
【請求項１３】
請求項１に記載の方法であって、該方法は、第１前駆体の流れと第２前駆体の流れの間に、堆積反応室内の基板に複数の時間的に間隔を開けられた不活性パージガスのパルス出力を流す過程を有することを特徴とする原子層堆積方法。
【請求項１４】
請求項１に記載の方法において、第１前駆ガスの流れと反応中間ガスの流れと第２前駆ガスの流れは、堆積反応室内の基板への複数の時間的に間隔を開けられたガスのパルス出力を集合的に構成することを特徴とする原子層堆積方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の方法であって、該方法は、前記反応中間ガスの流れを除いて反応室へガスが供給されないことにより特徴付けられる、第１前駆体の供給と第２前駆体の供給の間の総時間を有することを特徴とする原子層堆積方法。
【請求項１６】
請求項１に記載の方法において、反応中間ガスの流れは、プラズマ増強されることを特徴とする原子層堆積方法。
【請求項１７】
請求項１に記載の方法において、反応中間ガスの流れは、反応室内のプラズマ発生によりプラズマ増強されることを特徴とする原子層堆積方法。
【請求項１８】
請求項１に記載の方法において、反応中間ガスの流れは、反応室とは離れたプラズマ発生によりプラズマ増強されることを特徴とする原子層堆積方法。
【請求項１９】
原子層堆積方法は、
原子層堆積反応室内に半導体基板を位置決めする過程と、
基板上に第１単分子層を形成するのに有効なように、原子層堆積反応室内の基板に第１前駆ガスを流す過程と、
第１単分子層を形成した後に、堆積反応室内の基板に反応中間ガスを流す過程であって、反応中間ガスが、反応中間ガスが流れている状態の下で第１前駆体の流れからの中間反応副生成物と反応可能であり且つ前記状態の下で第１単分子層とは反応しない、反応中間ガスを流す過程と、
反応中間ガスを流した後に、第１単分子層上に第２単分子層を形成するのに有効なように、第１前駆ガスとは組成が異なる第２前駆ガスを堆積反応室内の基板に流す過程と、
を具備することを特徴とする原子層堆積方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法において、反応中間ガスは、反応中間ガスが流れている状態の間に、基板の露出した如何なる部分とも反応できない、すなわち反応しないことを特徴とする原子層堆積方法。
【請求項２１】
請求項１９に記載の方法において、反応中間ガスは、前記状態の下において、第１前駆体と反応しないことを特徴とする原子層堆積方法。
【請求項２２】
請求項１９に記載の方法において、反応中間ガスは、前記状態の下において、第２前駆体と反応しないことを特徴とする原子層堆積方法。
【請求項２３】
請求項１９に記載の方法であって、該方法は、第１前駆ガスの流れの間に中間反応副生成物を形成する過程と、反応中間ガスの流れの間に反応中間ガスを中間反応副生成物と反応させる過程とを具備することを特徴とする原子層堆積方法。
【請求項２４】
請求項１９に記載の方法であって、該方法は、第１前駆ガスの流れの間に中間反応副生成物を形成する過程と、反応中間ガスの流れの間に反応中間ガスを中間反応副生成物と反応させる過程とを具備し、
反応中間ガスが、反応中間ガスが流れている状態の間に、基板の露出した如何なる部分とも反応できない、すなわち反応しないことを特徴とする原子層堆積方法。
【請求項２５】
請求項２４に記載の方法において、反応中間ガスは、前記状態の下において、第１前駆体と反応しないことを特徴とする原子層堆積方法。
【請求項２６】
請求項２４に記載の方法において、反応中間ガスは、前記状態の下において、第２前駆体と反応しないことを特徴とする原子層堆積方法。
【請求項２７】
請求項２４に記載の方法において、反応中間ガスは、前記状態の下において、第１前駆体と第２前駆体の何れとも反応しないことを特徴とする原子層堆積方法。
【請求項２８】
請求項２４に記載の方法であって、該方法は、第１前駆体の流れと第２前駆体の流れの間に、堆積反応室内の基板に複数の時間的に間隔を開けられた不活性パージガスのパルス出力を流す過程を有することを特徴とする原子層堆積方法。
【請求項２９】
請求項２４に記載の方法において、第１前駆ガスの流れと反応中間ガスの流れと第２前駆ガスの流れは、堆積反応室内の基板への複数の時間的に間隔を開けられたガスのパルス出力を集合的に構成することを特徴とする原子層堆積方法。
【請求項３０】
原子層堆積方法は、
原子層堆積反応室内に半導体基板を位置決めする過程と、
基板上に第１単分子層を形成するのに有効なように、原子層堆積反応室内の基板に第１前駆ガスを流す過程と、
第１単分子層を形成した後に、堆積反応室内の基板に反応中間ガスを流す過程であって、反応中間ガスが、反応中間ガスが流れている状態の下で第１前駆体の流れからの中間反応副生成物と反応可能である、反応中間ガスを流す過程と、
反応中間ガスを流した後に、堆積反応室内の基板に不活性パージガスを流す過程と、
不活性パージガスを流した後に、第１単分子層上に第２単分子層を形成するのに有効なように、第２前駆ガスを堆積反応室内の基板に流す過程と、
を具備することを特徴とする原子層堆積方法。
【請求項３１】
請求項３０に記載の方法において、反応中間ガスは、反応中間ガスが流れている状態の下で、基板の露出した如何なる部分とも反応できない、すなわち反応しないことを特徴とする原子層堆積方法。
【請求項３２】
請求項３０に記載の方法において、反応中間ガスは、前記状態の下において、第１前駆体と反応しないことを特徴とする原子層堆積方法。
【請求項３３】
請求項３０に記載の方法において、反応中間ガスは、前記状態の下において、第２前駆体と反応しないことを特徴とする原子層堆積方法。
【請求項３４】
請求項３０に記載の方法であって、該方法は、第１前駆ガスの流れの間に中間反応副生成物を形成する過程と、反応中間ガスの流れの間に反応中間ガスを中間反応副生成物と反応させる過程とを具備することを特徴とする原子層堆積方法。
【請求項３５】
請求項３０に記載の方法において、不活性パージガスの流れは、他のすべてのガスの流れから時間的に間隔を開けられるパルス状であり、第１前駆体の流れと第２前駆体の流れの間に複数の不活性パージガスのパルス出力を行なう過程を有することを特徴とする原子層堆積方法。
【請求項３６】
請求項３０に記載の方法において、第１前駆ガスの流れと反応中間ガスの流れと不活性ガスの流れと第２前駆ガスの流れは、堆積反応室内の基板への複数の時間的に間隔を開けられたガスのパルス出力を集合的に構成することを特徴とする原子層堆積方法。
【請求項３７】
原子層堆積方法は、
原子層堆積反応室内に半導体基板を位置決めする過程と、
基板上に第１単分子層を形成するのに有効なように、原子層堆積反応室内の基板に第１前駆ガスを流す過程と、
第１単分子層を形成した後に、堆積反応室内の基板に不活性パージガスを流す過程と、
反応中間ガスを流した後に、堆積反応室内の基板に反応中間ガスを流す過程であって、反応中間ガスが、反応中間ガスが流れている状態の下で第１前駆体の流れからの中間反応副生成物と反応可能である、反応中間ガスを流す過程と、
不活性パージガスを流した後に、第１単分子層上に第２単分子層を形成するのに有効なように、第２前駆ガスを堆積反応室内の基板に流す過程と、
を具備することを特徴とする原子層堆積方法。
【請求項３８】
請求項３７に記載の方法において、反応中間ガスは、反応中間ガスの流れている状態の下で、基板の露出した如何なる部分とも反応できない、すなわち反応しないことを特徴とする原子層堆積方法。
【請求項３９】
請求項３７に記載の方法において、反応中間ガスは、前記状態の下において、第１前駆体と反応しないことを特徴とする原子層堆積方法。
【請求項４０】
請求項３７に記載の方法において、反応中間ガスは、前記状態の下において、第２前駆体と反応しないことを特徴とする原子層堆積方法。
【請求項４１】
請求項３７に記載の方法であって、該方法は、第１前駆ガスの流れの間に中間反応副生成物を形成する過程と、反応中間ガスの流れの間に反応中間ガスを中間反応副生成物と反応させる過程とを具備することを特徴とする原子層堆積方法。
【請求項４２】
請求項３７に記載の方法において、不活性パージガスの流れは、他のすべてのガスの流れから時間的に間隔を開けられるパルス状であり、第１前駆体の流れと第２前駆体の流れの間に複数の不活性パージガスのパルス出力を行なう過程を有することを特徴とする原子層堆積方法。
【請求項４３】
請求項３７に記載の方法において、第１前駆ガスの流れと不活性ガスの流れと反応中間ガスの流れと第２前駆ガスの流れは、堆積反応室内の基板への複数の時間的に間隔を開けられたガスのパルス出力を集合的に構成することを特徴とする原子層堆積方法。
【請求項４４】
原子層堆積方法は、
原子層堆積反応室内に半導体基板を位置決めする過程と、
基板上に第１単分子層を形成するのに有効なように、原子層堆積反応室内の基板に第１前駆ガスを流す過程と、
第１単分子層を形成した後に、堆積反応室内の基板に複数の不活性パージガスのパルス出力を流す過程であって、複数の不活性パージガスのパルス出力は、反応室にガスを供給しないときに少なくとも２つの隣接する不活性パージガスのパルス出力の間の少なくともある期間を含む、複数の不活性パージガスのパルス出力を流す過程と、
前記複数の不活性パージガスのパルス出力の後に、第１単分子層上に第２単分子層を形成するのに有効なように、第２前駆ガスを堆積反応室内の基板に流す過程と、
を具備することを特徴とする原子層堆積方法。
【請求項４５】
請求項４４に記載の方法において、複数とは、２つであることを特徴とする原子層堆積方法。
【請求項４６】
請求項４４に記載の方法において、複数とは、２つよりも多いことを特徴とする原子層堆積方法。
【請求項４７】
請求項４４に記載の方法において、複数とは、前記複数のすべての共通の不活性パージガスの組成により特徴付けられていることを特徴とする原子層堆積方法。
【請求項４８】
請求項４４に記載の方法であって、該方法は、前記複数の不活性パージガスのパルスを除いて反応室へガスが供給されないことにより特徴付けられる、第１前駆体の供給と第２前駆体の供給の間の総時間を有することを特徴とする原子層堆積方法。
【請求項４９】
請求項４４に記載の方法であって、該方法は、前記総時間の間に反応室へガスが供給されないことにより特徴付けられる、前記２つの隣接する不活性パージガスのパルス出力の間の総時間を有することを特徴とする原子層堆積方法。
【請求項５０】
請求項４４に記載の方法であって、該方法は、前記２つの隣接する不活性パージガスのパルス出力の間の総時間を有し、総時間は、堆積反応室内の基板に反応中間ガスを流す過程を含み、反応中間ガスは、反応中間ガスが流れている状態の下で第１前駆体の流れからの中間反応副生成物と反応可能である、ことを特徴とする原子層堆積方法。
【請求項５１】
請求項５０に記載の方法において、反応中間ガスは、反応中間ガスが流れている状態の下で、基板の露出した如何なる部分とも反応できない、すなわち反応しないことを特徴とする原子層堆積方法。
【請求項５２】
請求項５０に記載の方法であって、該方法は、第１前駆ガスの流れの間に中間反応副生成物を形成する過程と、反応中間ガスが流れている状態の間に反応中間ガスを中間反応副生成物と反応させる過程とを具備することを特徴とする原子層堆積方法。
【請求項５３】
請求項５０に記載の方法であって、該方法は、第１前駆ガスの流れの間に中間反応副生成物を形成する過程と、反応中間ガスが流れている状態の間に反応中間ガスを中間反応副生成物と反応させる過程とを具備し、
反応中間ガスは、反応中間ガスが流れている状態の下で、基板の露出した如何なる部分とも反応できない、すなわち反応しないことを特徴とする原子層堆積方法。
【請求項５４】
請求項４４に記載の方法において、第２前駆体は、第１前駆体と組成が異なることを特徴とする原子層堆積方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は原子層堆積方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子層堆積法（ＡＬＤ）は、典型的には大気圧より低い圧力に維持された堆積反応室内の基板上に、複数の単分子層を堆積することを伴う。このような方法の典型例には、反応室中に受容される基板上に第１単分子層を形成するのに有効なように、単一気化前駆体を堆積反応室に供給することが含まれる。その後、第１堆積前駆体の流れを停止し、基板に吸着しないで残った第１前駆体のすべてを反応室から除去するのに有効なように、不活性パージガスが反応室を通して流される。その後、第１単分子層の上に、又は第１単分子層と共に第２単分子層を形成するのに有効なように、第１前駆体と異なる第２気化前駆体が反応室に流される。更なる前駆体は更なる単分子層を形成することが可能であり、また、上記の過程を所望の厚さになるまで繰り返すことも可能であり、そして合成又は複合層が基板上に形成されることになる。
【０００３】
次の前駆体のための基板上にきれいな反応表面を提供するために、基板に吸着されなかったガス分子又は反応しなかったガス又は反応副生成物を反応室から除去することは、パージすることに望まれる目的又は効果である。本明細書中において、反応副生成物とは、反応室に流れるあらゆる堆積前駆体の反応から生じ、基板上に堆積されることが望まれないあらゆる物質（ガス、液体、固体又はそれらの混合物を問わない）のことである。さらに本明細書中において、中間反応副生成物又は反応中間副生成物とは、基板上に所望の単分子層を形成するための前駆体が完全に反応しないことにより形成された反応副生成物のことである。トポグラフィに大きな変化がある場合、及び／又は基板上に高アスペクト比の構成要素がある場合、未反応ガス又は反応副生成物を反応室から最終的に除去するために、開口内の深くから移動させることは困難である。さらに、ある種の反応副生成物、特に中間反応副生成物は気体状ではないこともあり、典型的な前駆体のパルス出力の短い時間内では、気体状反応副生成物を形成するようには十分に反応しないこともあった。したがって、パージガスのパルス出力は、基板及び反応室からこのような中間反応副生成物を除去することに対しては効果的又は十分ではなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば、ＴｉＣｌ４及びＮＨ３を用いる窒化チタンの原子層堆積について考えると、所望の堆積生成物は、所望の本質的に気体状の副生成物であるＨＣｌガスを伴ったＴｉＮである。また、気体状であっても基板の開口から除去するのは困難である反応中間副生成物が存在するかもしれないことも考慮しなければならない。さらに、ＨＣｌ形成の前に反応中間副生成物が固相及び／又は液相である場合、ＴｉＮとＨＣｌへの完全な反応が起こる前のところでは、完全な除去はいっそう多くの問題をはらんでいる。
【０００５】
また、他の堆積前駆体として、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）及びオゾンを用いるＡｌ２Ｏ３の原子層堆積について考える。おそらくこの堆積法では、有効なオゾン前駆体の供給を達成することは、反応室内でのオゾンの限られた存続時間に起因して、幾分困難であるかもしれない。具体的には、オゾン分子は、３つのＯ２分子を形成するために急速分解及び／又は他のオゾン分子と化合する、酸素の本質的に不安定な反応形態である。それとは関係なく、オゾンの供給における所望の目標は、排除されるべき反応副生成物としてＯ２を伴った、基板の表面へのＯ３からの酸素原子の吸着である。勿論、基板に吸着する酸素原子の完全な単分子層を形成するために開口内により多くのＯ３が入る必要があると同時に、基板上の開口内の深くに生じるＯ２は、そこから除去されなければならない。換言すると、より多くのＯ３が入ると同時に、生じるＯ２は出ていかなければならない。
【０００６】
本発明は、上記の問題を解決するためになされ、上述の問題点を改良したものであるが、これに限定されるものではない。本発明は、（上述の背景技術の説明や明細書の他の部分、又は図面についての解釈又は他の限定的な参照なしに）文字通り表わされた添付の特許請求の範囲によって、及び均等論に従ってのみ限定されるものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明には、原子層堆積方法が含まれる。一実施例において、原子層堆積方法には、原子層堆積反応室内に半導体基板を位置決めする過程が含まれる。基板上に第１単分子層を形成するのに有効なように、原子層堆積反応室内の基板に第１前駆ガスが流される。第１単分子層が形成された後、反応中間ガスが堆積反応室内の基板に流される。反応中間ガスが流れている状態の下で、反応中間ガスは、第１前駆体の流れからの中間反応副生成物と反応可能である。反応中間ガスを流した後、第１単分子層の上に第２単分子層を形成するのに有効なように、堆積反応室内の基板に第２前駆ガスが流される。
【０００８】
一実施例において、原子層堆積方法には、原子層堆積反応室内に半導体基板を位置決めする過程が含まれる。基板上に第１単分子層を形成するのに有効なように、原子層堆積反応室内の基板に第１前駆ガスが流される。第１単分子層が形成された後、反応室にガスが供給されていないときに少なくとも２つの隣接する不活性パージガスのパルス出力の間の少なくともある期間において複数の不活性パージガスのパルス出力が含まれる状態で、複数の不活性パージガスのパルス出力が堆積反応室内の基板に流される。複数の不活性パージガスのパルス出力の後、第１単分子層上に第２単分子層を形成するのに有効なように、堆積反応室内の基板に第２前駆ガスが流される。
【０００９】
他の態様及び実施例も検討されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の好適実施例を添付の図面を参照して以下に説明する。本発明の一態様による原子層堆積方法には、原子層堆積反応室内に半導体基板を位置決めする過程が含まれる。本明細書中において、用語「半導体基板」又は「半導性の基板」は、半導体ウェーハ（単体又はその上に他の材料を含む組立体のいずれか）、及び半導体材料層（単体又は他の材料を含む組立体のいずれか）のようなバルク半導体材料を含むがこれに限定されない半導体材料を含むあらゆる構造体を意味するものと定義される。用語「基板」は、上述の半導体基板を含むがこれに限定されないあらゆる支持構造体のことを言う。
【００１１】
基板上に第１単分子層を形成するのに有効なように、原子層堆積反応室内の基板に第１前駆ガスが流される。第１前駆ガスは、現存するもの又はこれから開発されるものに関わらず、あらゆるものが考えられる。単なる一例としては、所望の最終的な堆積生成物又は層がＴｉＮである場合、第１前駆体の一例は、ＴｉＣｌ４又はＮＨ３であろう。さらに単なる一例としては、形成される最終的な層又は生成物がＡｌ２Ｏ３であれば、典型的な第１前駆ガスには、トリメチルアルミニウム及びオゾンが含まれる。単なる一例としては、ＴｉＣｌ４を用いる典型的な第１単分子層には、チタン又はチタン錯体が含まれるが、ＮＨ３に関しては窒素が少なくとも含まれる。トリメチルアルミニウムに関しては、典型的には酸素原子に吸着したオゾンと共に、第１単分子層にはアルミニウム錯体が含まれる。勿論、プラズマを用いても又は用いなくても、あらゆる適当な温度、圧力、流速、又は他の動作パラメータは、特定のこれらの組み合わせが好ましいわけではなく、又は本発明の一部を構成することなく、当業者により適当に選択され最適化され得る。
【００１２】
第１単分子層の形成後、堆積反応室内の基板に反応中間ガスが流される。本明細書中において、「反応中間ガス」とは、反応中間ガスが流れている状態の下で、第１前駆体の流れからの中間反応副生成物と反応することが可能なガスのことである。さらに好ましくは、反応中間ガスは、反応中間ガスが流れている状態の下で、第１単分子層や、反応中間ガスが流れている状態の下で反応器内に残っているいかなる第１前駆体とも反応しないものである。さらに、好適な実施例においては、反応中間ガスは、反応中間ガスが流れている状態の下で、基板の露出した如何なる部分とも反応することが不可能、且つ反応しない。
【００１３】
一態様において、本発明は、第１前駆ガスが流れる間に中間反応副生成物が実際に生じるか否かに関わらず、反応中間ガスの流れを考慮している。さらに他の好適な態様においては、本発明はまた、第１前駆ガスが流れる間にいくらかの中間反応副生成物が形成され、そして反応中間ガスが流れる間に反応中間ガスを中間反応副生成物と反応させることを考慮している。
【００１４】
堆積反応室内の基板への反応中間ガスの流れの条件（すなわち温度、圧力、流速等）は、当業者によって最適化されるものであるが、本発明のあらゆる態様に対して特に直接関係があるわけでも、また特に好ましい値があるわけでもない。単なる一例としては、その条件は、第１前駆ガスの流れ、第２前駆ガスの流れ及び／又は不活性パージガスの流れの何れかの条件と同じか又は異なるものであろう。一つの好ましい態様において、反応ガスの流れは、例えば反応室内のプラズマ発生及び反応室とは離れたプラズマ発生の一つ又は両方によって、プラズマ増強される。
【００１５】
単一構成か混合構成に関わらず、選択された特定の反応中間ガスは、反応中間ガスが流れている状態の下で反応中間ガスが反応することが可能な、第１前駆体の流れから生じる少なくとも一つの中間反応副生成物に最低でも依存する。単なる一例として、考えられる中間反応ガスの２つの構成要素としてはＣｌ２及びＨ２が含まれ、これらはＴｉＣｌ４及びＮＨ３前駆体の一方又は両方に特に有用であると考えられる。例えば、ＴｉＣｌ４及びＮＨ３の反応副生成物に関しては、これらにはＴｉＣｌ２、ＴｉＣｌ３及びＮＨ３の錯体が含まれる。Ｃｌ２及び／又はＨ２は、それの最終的な化学量論的等化反応副生成物（すなわち気体状のＨＣｌ）への変化を促進するために、これらの反応副生成物と反応するのに有用となるように、又は、反応中間ガスの流れによって、他のガスによって、若しくはガスの流れ以外によって反応器からより簡単に一掃でき得る他の生成物を形成するために反応するのに有用となるように、反応器に提供され得る。
【００１６】
反応中間ガスを流した後、第１単分子層の上に第２単分子層を形成するのに有効なように、堆積反応室内の基板に第２前駆ガスが流される。ここで、「上に」とは勿論、少なくとも部分的に直接物理的に第１単分子層と接触していることを意味する。第２前駆体は、典型的には第１前駆体とは組成が異なることが好ましい。さらに好ましくは、反応中間ガスは、反応中間ガスが流れている状態の下で、第２前駆体と反応する可能性がないように選択される。単なる一例として、典型的な第２前駆体には、上述されたそれぞれの典型的な堆積反応において、上記のＴｉＣｌ４、ＮＨ３、ＴＭＡ及びオゾンの何れかが含まれる。現存する又はこれから開発されるあらゆる原子層堆積方法によると、それによって本質的に所望な堆積生成物（すなわちＴｉＮ又はＡｌ２Ｏ３、それぞれの前駆体については上記参照）を形成するために、又は下層の第１単分子層と本質的に必ずしも反応しない第２単分子層を形成するために、形成された第２単分子層は、第１単分子層と結合し得る。第２前駆体の流れの特定の条件は、当業者によって最適化され得るが、勿論ここに開示する本発明の材料又は好適態様を構成するものではない。
【００１７】
単なる一例としては、図１は本発明の一態様による、単に一処理の時間に対する流速のグラフを表わす。図１において、Ｐ１は第１前駆体が反応室に流れる間の時間を示し、ＲＩは反応中間ガスが基板に流れる間の時間を示し、Ｐ２は第２前駆体が反応室に流れる間の時間を示す。すなわち、図１は、第１前駆ガスの流れ、反応中間ガスの流れ、及び第２前駆ガスの流れが、堆積反応室内の基板への複数の時間的に間隔を開けられたガスのパルス出力を集合的に構成している好適実施例を表わす。ある好適実施例において、場所１０に例示されるように、第１前駆ガスの流れと反応中間ガスの流れの間に、その間反応室にガスが供給されないある時間間隔がある。さらに好適実施例においては、参照符号２０で単に一例として示されるように、反応中間ガスの流れと第２前駆ガスの間に、反応室にガスが供給されない期間がある。それぞれの流れ及びその間の時間の具体的な長さ及び速度は、当業者により最適化され、勿論ここに開示される本発明の材料及び好適態様を構成するものではない。さらに、第１前駆ガスのパルス出力及び第２前駆ガスのパルス出力は、時間的にのみ規定され又は関連するものであり、勿論、第１に規定された前駆ガスの流れ又はパルス出力が、常に反応室への第１前駆体の流れである必要はない。したがって同様に、図を見ている者が時間軸のどこの部分を見ているかによって、第２前駆ガスのパルス出力が第１前駆ガスのパルス出力としても考え得るし、その逆もあり得る。
【００１８】
図１は、第１前駆体の供給時間Ｐ１と第２前駆体の供給時間Ｐ２との間の総時間Ａが存在する実施例を表わす。総時間Ａは、総時間の間に、反応中間ガスの流れＲＩを除いてガスが反応室に供給されないことによって特徴付けられる。しかしながら、本発明はまた、第１前駆体の供給及び第２前駆体の供給の中間の他のガスの流れをも考慮するものである。単なる一例としては、これらはある態様として図２−５に示される。図２は、反応中間ガスのパルス出力ＲＩを流した後に堆積反応室内の基板に流す他のすべてのガスから時間的に間隔を開けられた、不活性ガスのパルス（ＩＮ）状の不活性パージガスの流れを表わす。すなわち、単なる一例として、典型的な図２の線図で示した工程は、単に反応中間ガスの流れＲＩだけによる時間以上の、第１前駆体の供給時間Ｐ１と第２前駆体の供給時間の間の総時間Ｂを有することを示している。
【００１９】
図３は、図２の実施例に対して、第１前駆体の流れと第２前駆体の流れの間の不活性ガスのパルス出力と反応中間ガスのパルス出力の順番が逆となっている、図２の実施例に類似した他の実施例を表わす。
【００２０】
図４は、ある態様では、上述のような何れの反応中間ガスの流れには依存しない、他の典型的な原子層堆積方法を表わしている。具体的に単なる一例としては、図４は、前駆体の流れＰ１から第１単分子層を形成後、反応室にガスが供給されていないときに少なくとも２つの隣接する不活性パージガスのパルス出力ＩＮの間に少なくとも幾らかの時間（すなわち、期間５０）が存在するように、不活性パージガスのパルス出力が時間的に間隔を開けられた状態での、堆積反応室内の基板への複数の不活性パージガスのパルス出力ＩＮの流れを表わしている。単なる一例としてかつ限定はされないが、このような複数の時間的に間隔を開けられた不活性パージガスのパルス出力は、特に基板上の高アスペクト比の開口内から、反応中間副生成物を除去するのを容易にし得る。本明細書中において、「２つの隣接する不活性パージガスのパルス出力」とは、その間に他のパージガスのパルス出力を有さない２つの不活性パージガスのパルス出力のことを言う。表現「２つの直接隣接する不活性パージガスのパルス出力」とは、その間にガスのパルス出力を有さない２つの不活性パージガスのパルス出力のことを言う。
【００２１】
図４は、第１前駆体の流れと第２前駆体の流れの間の複数の不活性パージガスのパルス出力が、合計２つの場合の典型的な実施例を表わす。勿論、反応室へのパージガスのパルス出力の数は合計で２つよりも多くても良い。さらに、不活性パージガスのパルス出力は、図示された又は複数のパージガスのパルス出力のすべての範囲内で、同じ又は共通の不活性パージガスの組成のものであっても良く、又はある程度異なる組成のものであっても良い。また、図４は、第１前駆体の供給と第２前駆体の供給の間に総時間Ｃがある、単なる一つの好適実施例を表わしている。総時間Ｃは、このような総時間の間に、複数の不活性パージガスのパルス出力ＩＮを除いて反応室へのガスの供給がないことによって特徴付けられる。さらに検討すると、単なる一例としては、示された典型的な図４の処理は、図示された２つの直接隣接する不活性パージガスのパルス出力ＩＮの間の総時間Ｄを図示している。この総時間Ｄは、この総時間Ｄの間に反応室へのガスの供給がないことによって特徴付けられる。
【００２２】
単なる一例として、図５は、例えば最初に説明した実施例に従って、堆積反応室内の基板への反応中間ガスの流れＲＩによって特徴付けられる又は反応中間ガスの流れＲＩを含む２つの隣接する不活性パージガスのパルス出力ＩＮの間の総時間Ｄ’を有する、他の典型的な処理を示している。すなわち、単なる一例として、図５は最初に説明した実施例に従って、第１前駆体の流れと第２前駆体の流れの間の、堆積反応室内の基板への時間的に間隔を開けられた複数の不活性パージガスの流れを示している。勿論、ＩＮ及びＲＩのパルス出力は、第１前駆体の流れと第２前駆体の流れの間において、又は第１前駆体の流れＰ１と第２前駆体の流れＰ２の間のそれぞれに追加される、他の不活性ガスのパルス出力、反応中間ガスのパルス出力、又は他のガスのパルス出力の間において、どのような順番であっても良い。さらに、図１−５に示される処理の前か後の何れかに、基板に対してどのような処理が行なわれても良く、また、原子層堆積により基板上へ所望な厚さの堆積層が得られるように、図示された処理が、当業者の選択により典型的には繰り返されることが好ましい。
【００２３】
本発明は、これに限定されるものではないが、高アスペクト比の開口内に形成される半球状粒子ポリシリコン容器コンデンサの形成に特に適用性を有するものである。
【００２４】
法令にしたがって、本発明は構造的及び方法的な特徴についておおよそ具体的に言葉で説明された。しかしながら、ここで開示されたものは発明が効果的に発揮されるような好ましい状態のものであるため、本発明は示され説明された特定の特徴部分に限定されるものではないことが理解されるべきである。したがって、本発明は均等論に従い適当に解釈される添付の特許請求の範囲の文字通りの意味の範囲内で、あらゆる形態又は修正に対して請求されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は、本発明の一態様によるある原子層堆積処理の時間に対する流れの概略図である。
【図２】図２は、本発明の一態様によるある原子層堆積処理の時間に対する流れの概略図である。
【図３】図３は、本発明の一態様によるある原子層堆積処理の時間に対する流れの概略図である。
【図４】図４は、本発明の一態様によるある原子層堆積処理の時間に対する流れの概略図である。
【図５】図５は、本発明の一態様によるある原子層堆積処理の時間に対する流れの概略図である。
【図１】
2005533183.tif 000003
【図２】
2005533183.tif 000004
【図３】
2005533183.tif 000005
【図４】
2005533183.tif 000006
【図５】
2005533183.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成17年1月13日(2005.1.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子層堆積方法は、
原子層堆積反応室内に半導体基板を位置決めする過程と、
基板上に第１単分子層を形成するのに有効なように、原子層堆積反応室内の基板に第１前駆ガスを流す過程と、
第１単分子層を形成した後に、堆積反応室内の基板に反応中間ガスを流す過程であって、反応中間ガスが、反応中間ガスが流れている状態の下で第１前駆体の流れから生ずる中間反応副生成物と反応可能である、反応中間ガスを流す過程と、
反応中間ガスを流した後に、第１単分子層上に第２単分子層を形成するのに有効なように、堆積反応室内の基板に第２前駆ガスを流す過程と、
を具備することを特徴とする原子層堆積方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、該方法は、第１前駆ガスを流している間に中間反応副生成物を形成する過程と、反応中間ガスを流している間に反応中間ガスを中間反応副生成物と反応させる過程と、を具備することを特徴とする原子層堆積方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法において、第２前駆体は、第１前駆体と組成が異なることを特徴とする原子層堆積方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法において、第１前駆ガスの流れと反応中間ガスの流れの間に、反応室にガスが供給されない間隔があることを特徴とする原子層堆積方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法において、反応中間ガスの流れと第２前駆ガスの流れの間に、反応室にガスが供給されない間隔があることを特徴とする原子層堆積方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法において、
第１前駆ガスの流れと反応中間ガスの流れの間に、反応室にガスが供給されない第１の間隔があり、
反応中間ガスの流れと第２前駆ガスの流れの間に、反応室にガスが供給されない第２の間隔がある、
ことを特徴とする原子層堆積方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法において、反応中間ガスがＣｌ２からなることを特徴とする原子層堆積方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法において、反応中間ガスがＨ２からなることを特徴とする原子層堆積方法。
【請求項９】
請求項１に記載の方法において、反応中間ガスが前記状態の下において、第１前駆体と反応しないことを特徴とする原子層堆積方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の方法において、反応中間ガスが前記状態の下において、第２前駆体と反応しないことを特徴とする原子層堆積方法。
【請求項１１】
請求項１に記載の方法において、第１前駆体がＴｉＣｌ４からなり、第２前駆体がＮＨ３からなり、反応中間ガスがＨ２とＣｌ２の少なくとも１つからなることを特徴とする原子層堆積方法。
【請求項１２】
請求項１に記載の方法において、第１前駆体がＮＨ３からなり、第２前駆体がＴｉＣｌ４からなり、反応中間ガスがＨ２とＣｌ２の少なくとも１つからなることを特徴とする原子層堆積方法。
【請求項１３】
請求項１に記載の方法であって、該方法は、第１前駆体の流れと第２前駆体の流れの間に、堆積反応室内の基板に複数の時間的に間隔を開けられた不活性パージガスのパルス出力を流す過程を有することを特徴とする原子層堆積方法。
【請求項１４】
請求項１に記載の方法において、第１前駆ガスの流れと反応中間ガスの流れと第２前駆ガスの流れは、堆積反応室内の基板への複数の時間的に間隔を開けられたガスのパルス出力を集合的に構成することを特徴とする原子層堆積方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の方法であって、該方法は、前記反応中間ガスの流れを除いて反応室へガスが供給されないことにより特徴付けられる、第１前駆体の供給と第２前駆体の供給の間の総時間を有することを特徴とする原子層堆積方法。
【請求項１６】
請求項１に記載の方法において、反応中間ガスの流れは、プラズマ増強されることを特徴とする原子層堆積方法。
【請求項１７】
請求項１に記載の方法において、反応中間ガスの流れは、反応室内のプラズマ発生によりプラズマ増強されることを特徴とする原子層堆積方法。
【請求項１８】
請求項１に記載の方法において、反応中間ガスの流れは、反応室とは離れたプラズマ発生によりプラズマ増強されることを特徴とする原子層堆積方法。
【請求項１９】
請求項１に記載の方法において、反応中間ガスは反応中間ガスが流れている状態の下では第１単分子層と反応せず、且つ第２前駆ガスは第１前駆ガスとは組成が異なることを特徴とする原子層堆積方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法において、反応中間ガスは、前記状態の下において、第１前駆体と反応しないことを特徴とする原子層堆積方法。
【請求項２１】
請求項１９に記載の方法において、反応中間ガスは、前記状態の下において、第２前駆体と反応しないことを特徴とする原子層堆積方法。
【請求項２２】
請求項１９に記載の方法であって、該方法は、第１前駆ガスの流れの間に中間反応副生成物を形成する過程と、反応中間ガスの流れの間に反応中間ガスを中間反応副生成物と反応させる過程とを具備することを特徴とする原子層堆積方法。
【請求項２３】
請求項１に記載の方法であって、該方法は、反応中間ガスを流した後であって第２前駆ガスを流す前に、堆積反応室内の基板に不活性パージガスを流す過程と、
不活性パージガスを流した後に、前記第２前駆ガスを基板に流す過程とを具備することを特徴とする原子層堆積方法。
【請求項２４】
請求項１に記載の方法であって、該方法は、第１単分子層を形成した後であって反応中間ガスを流す前に、堆積反応室内の基板に不活性パージガスを流す過程と、
不活性パージガスを流した後に、前記反応中間ガスを基板に流す過程とを具備することを特徴とする原子層堆積方法。
【請求項２５】
請求項２４に記載の方法において、不活性パージガスの流れは、他のすべてのガスの流れから時間的に間隔を開けられるパルス状であり、第１前駆体の流れと第２前駆体の流れの間に複数の不活性パージガスのパルス出力を行なう過程を有することを特徴とする原子層堆積方法。
【請求項２６】
原子層堆積方法は、
原子層堆積反応室内に半導体基板を位置決めする過程と、
基板上に第１単分子層を形成するのに有効なように、原子層堆積反応室内の基板に第１前駆ガスを流す過程と、
第１単分子層を形成した後に、堆積反応室内の基板に複数の不活性パージガスのパルス出力を流す過程であって、複数の不活性パージガスのパルス出力は、反応室にガスを供給しないときに少なくとも２つの隣接する不活性パージガスのパルス出力の間の少なくともある期間を含む、複数の不活性パージガスのパルス出力を流す過程と、
前記複数の不活性パージガスのパルス出力の後に、第１単分子層上に第２単分子層を形成するのに有効なように、第２前駆ガスを堆積反応室内の基板に流す過程と、
を具備することを特徴とする原子層堆積方法。
【請求項２７】
請求項２６に記載の方法において、複数とは、２つであることを特徴とする原子層堆積方法。
【請求項２８】
請求項２６に記載の方法において、複数とは、２つよりも多いことを特徴とする原子層堆積方法。
【請求項２９】
請求項２６に記載の方法において、複数のパルス出力は、前記複数のパルス出力すべてに共通の不活性パージガスの組成により特徴付けられることを特徴とする原子層堆積方法。
【請求項３０】
請求項２６に記載の方法であって、該方法は、前記複数の不活性パージガスのパルスを除いて反応室へガスが供給されないことにより特徴付けられる、第１前駆体の供給と第２前駆体の供給の間の総時間を有することを特徴とする原子層堆積方法。
【請求項３１】
請求項２６に記載の方法であって、該方法は、反応室へガスが供給されないことにより特徴付けられる、前記２つの隣接する不活性パージガスのパルス出力の間の総時間を有することを特徴とする原子層堆積方法。
【請求項３２】
請求項２６に記載の方法であって、該方法は、前記２つの隣接する不活性パージガスのパルス出力の間の総時間を有し、総時間は、堆積反応室内の基板に反応中間ガスを流す過程を含み、反応中間ガスは、反応中間ガスが流れている状態の下で第１前駆体の流れから生ずる中間反応副生成物と反応可能である、ことを特徴とする原子層堆積方法。
【請求項３３】
請求項３２に記載の方法において、反応中間ガスは、反応中間ガスが流れている状態の下で、基板の露出した如何なる部分とも反応できない、すなわち反応しないことを特徴とする原子層堆積方法。
【請求項３４】
請求項３２に記載の方法であって、該方法は、第１前駆ガスの流れの間に中間反応副生成物を形成する過程と、反応中間ガスが流れている状態の下で反応中間ガスを中間反応副生成物と反応させる過程とを具備することを特徴とする原子層堆積方法。
【請求項３５】
請求項３２に記載の方法であって、該方法は、第１前駆ガスの流れの間に中間反応副生成物を形成する過程と、反応中間ガスが流れている状態の下で反応中間ガスを中間反応副生成物と反応させる過程とを具備し、
反応中間ガスは、反応中間ガスが流れている状態の下で、基板の露出した如何なる部分とも反応できない、すなわち反応しないことを特徴とする原子層堆積方法。
【請求項３６】
請求項２６に記載の方法において、第２前駆体は、第１前駆体と組成が異なることを特徴とする原子層堆積方法。
【国際調査報告】
2005533183.tif 000008
2005533183.tif 000009
2005533183.tif 000010
2005533183.tif 000011
2005533183.tif 000012