(57)【要約】      （修正有）【課題】気相堆積プロセス中の堆積速度の安定性および基板上の堆積材料の均一性を高めるとともに、プロセッシングチャンバ内の汚染物質を減少または排除する堆積方法の提供。【解決手段】前処理プロセス後に、気相堆積プロセスを行う堆積方法で、前処理プロセスは、水素化配位子化合物を含む処理ガスに、プロセッシングチャンバの内面および前記プロセッシングチャンバ内の基板をさらす。前記処理ガスは円形ガスフローとして回転して流れ、前記水素化配位子化合物のコーティングが、前記プロセッシングチャンバ内面に形成される。続く気相堆積プロセスで、第一前駆体ガスにさらして前記基板上に材料を堆積させる方法、前記第一前駆体はＭＬ’Ｘの化学式を有し、ＭがＴａ等の元素で、Ｌ’がそれぞれ独立にアルキルアミノ等の配位子で、Ｘが１以上とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバを処理し、基板表面上に材料を堆積させる方法であって、
前処理プロセス中に、アルキルアミン化合物を含む処理ガスに、プロセッシングチャンバの内面および前記プロセッシングチャンバ内の基板をさらすことであって、前記処理ガスは円形ガスフローとして回転して流れ、前記アルキルアミン化合物のコーティングが、前記前処理プロセス中に、前記プロセッシングチャンバ内面に形成されることと、
原子層堆積プロセス中に前記基板上に材料を堆積させながら、アルキルアミノ金属前駆体ガスおよび少なくとも第２前駆体ガスに前記基板を順次さらすことと、
を含む方法。
【請求項２】
前記アルキルアミン化合物が、Ｈ２ＮＲまたはＨＮＲ’Ｒ”の化学式を有し、式中、Ｒ、Ｒ’、およびＲ”が、それぞれ独立に、メチル、エチル、プロピル、ブチル、アミル、フェニル、アリール、これらの異性体、これらの誘導体、およびこれらの組合せからなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記プロセッシングチャンバの前記内面がリッドアセンブリ内面およびチャンバボディ内面を含み、これらの内面が、前記前処理プロセス中、３０℃から１００℃までの範囲内の温度に加熱され、かつ５秒から６０秒までの範囲内の時間、前記処理ガスにさらされる、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
チャンバを処理し、基板表面上に材料を堆積させる方法であって、
前処理プロセス中に、プロセッシングチャンバの内面および前記プロセッシングチャンバ内に配置された基板を、水素化配位子化合物を含む処理ガスにさらすことであって、前記処理ガスは円形ガスフローとして回転して流れ、前記水素化配位子化合物がＨＬの化学式を有し、式中、Ｌが、アルキルアミノ、アルキルイミノ、アルコキシ、アルキル、アルケン、アルキン、シクロペンタジエニル、アルキルシクロペンタジエニル、ペンタジエニル、ピロリル、およびこれらの誘導体からなる群から選択される配位子であり、前記水素化配位子化合物のコーティングが、前記前処理プロセス中に、前記プロセッシングチャンバ内面に形成されることと、
気相堆積プロセス中に、前記基板を第１前駆体ガスにさらして前記基板上に材料を堆積させることであって、前記第１前駆体ガスが、ＭＬ’Ｘの化学式を有する第１前駆体を含み、式中、ｘが１、２、３、４、５、６、またはこれより大きく、Ｍが、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｒｕ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐ、Ａｓ、およびＳｂからなる群から選択される元素であり、Ｌ’が、それぞれ独立に、アルキルアミノ、アルキルイミノ、アルコキシ、アルキル、アルケン、アルキン、シクロペンタジエニル、アルキルシクロペンタジエニル、ペンタジエニル、ピロリル、水素、ハロゲン、これらの誘導体、およびこれらの組合せからなる群から選択される配位子であることと、
を含む方法。
【請求項５】
前記水素化配位子化合物が、Ｈ２ＮＲまたはＨＮＲ’Ｒ”の化学式を有するアルキルアミン化合物であり、式中、Ｒ、Ｒ’、およびＲ”は、それぞれ独立に、メチル、エチル、プロピル、ブチル、アミル、フェニル、アリール、これらの異性体、これらの誘導体、およびこれらの組合せからなる群から選択される、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記アルキルアミン化合物が、メチルアミン、ジメチルアミン、エチルアミン、ジエチルアミン、メチルエチルアミン、プロピルアミン、ジプロピルアミン、ブチルアミン、ジブチルアミン、これらの異性体、これらの誘導体、およびこれらの組合せからなる群から選択される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記第１前駆体が、Ｎ（ＣＨ３）２、Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２、Ｎ（Ｃ３Ｈ７）２、Ｎ（Ｃ４Ｈ９）２、Ｎ（ＣＨ３）（Ｃ２Ｈ５）、これらの異性体、これらの誘導体、およびこれらの組合せからなる群から選択されるアルキルアミノ配位子を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項８】
前記元素ＭがＴａであり、ｘが４または５である、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記第１前駆体がペンタキス（ジメチルアミノ）タンタルであり、前記アルキルアミン化合物ガスがメチルアミンまたはジメチルアミンを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記元素ＭがＳｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、またはＨｆであり、ｘが４である、請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
前記水素化配位子化合物がＲＯＨの化学式を有するアルコール化合物であり、式中、Ｒがメチル、エチル、プロピル、ブチル、アミル、これらの異性体、これらの誘導体、およびこれらの組合せからなる群から選択される、請求項４に記載の方法。
【請求項１２】
前記アルコール化合物が、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、これらの異性体、これらの誘導体、およびこれらの組合せからなる群から選択される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１前駆体が、ＯＣＨ３、ＯＣ２Ｈ５、ＯＣ３Ｈ７、ＯＣ４Ｈ９、これらの異性体、これらの誘導体、およびこれらの組合せからなる群から選択されるアルコキシ配位子を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記水素化配位子化合物の前記配位子Ｌが、シクロペンタジエニル、アルキルシクロペンタジエニル、ペンタジエニル、ピロリル、これらの異性体、これらの誘導体、およびこれらの組合せからなる群から選択され、前記第１前駆体の前記配位子Ｌ’が、シクロペンタジエニル、アルキルシクロペンタジエニル、ペンタジエニル、ピロリル、これらの異性体、これらの誘導体、およびこれらの組合せからなる群から選択される、請求項４に記載の方法。
【請求項１５】
チャンバを処理し、基板表面上に材料を堆積させる方法であって、
プロセッシングチャンバの内面および前記プロセッシングチャンバ内に配置された基板を、連続フローを有するキャリアガスにさらすことと、
前処理プロセス中に、ジメチルアミンを含む処理ガスを前記キャリアガスに導入して、前記プロセッシングチャンバの前記内面および前記基板を前記処理ガスにさらすことであって、前記処理ガスは円形ガスフローとして回転して流れ、前記ジメチルアミンのコーティングが、前記前処理プロセス中に、前記プロセッシングチャンバ内面に形成されることと、
原子層堆積プロセス中に前記基板上に窒化タンタル材料を堆積させながら、前記基板をタンタル前駆体ガスおよび窒素前駆体ガスに順次さらすことであって、前記タンタル前駆体ガスがペンタキス（ジメチルアミノ）タンタルを含み、前記原子層堆積プロセスが、前記連続フローを有する前記キャリアガス中へ前記タンタル前駆体ガスおよび前記窒素前駆体ガスを順次パルス的に送って、前記窒化タンタル材料を堆積させることを含むことと、
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、一般に、半導体および他の電子デバイスプロセッシングに関し、より詳細には、気相堆積プロセス前に、プロセッシングチャンバの表面およびその内部にある基板を処理する改良方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子デバイス産業および半導体産業は、表面積が益々大きくなる基板上に堆積させる層の均一性を向上させつつ、より高い製造歩留りを求めて努力し続けている。さらに、これらのファクターを新素材と組み合わせることにより、基板上の単位面積当たりの回路集積化がより高いものとなる。より高い均一性、堆積速度、および層特性に関するプロセス制御の必要性は、高度回路集積化の要求とともに高くなっている。マルチレベル集積回路に、タンタル、窒化タンタル、および窒化タンタルシリコンなどのタンタル含有層を形成することは、特に接触の形成に関して、プロセス制御に多くの難題を投げかける。
【０００３】
スパッタタンタルおよび反応性スパッタ窒化タンタルから形成されたバリア層は、銅拡散の制御での使用に好適な実証された特性を有する。例示的な特性としては、高導電性、高い熱的安定性、および異種原子の拡散に対する抵抗性が挙げられる。物理気相堆積（ＰＶＤ）および原子層堆積（ＡＬＤ）の両プロセスとも、小サイズ（例えば、幅約９０ｎｍ）および約５：１の高アスペクト比のフィーチャに、タンタルまたは窒化タンタルを堆積させるために使用される。しかし、ＰＶＤプロセスはこのサイズおよびアスペクト比で限界に達している可能性があると考えられており、一方、ＡＬＤプロセスは他の問題を抱えている。
【０００４】
ＡＬＤプロセス中に遭遇する共通の問題としては、同一のＡＬＤプロセッシングチャンバ内で複数の運転を終了した後、堆積速度および不均一性の性能の安定性が失われることが挙げられる。プロセッシングチャンバ（内部のプロセスキットを含む）のエージングは、堆積回数とプロセッシングチャンバの内面に堆積した膜の種類の関数である。プロセッシングチャンバの内面に堆積した膜は、二次反応を持ち込むことによりＡＬＤプロセスの堆積特性に著しい影響を与える。二次反応は、ＡＬＤチャンバ内で処理（ｐｒｏｃｅｓｓ）される基板の数の増加とともに、堆積速度および不均一性の性能のドリフトをもたらす。さらに、プロセッシングチャンバの内面に堆積した膜がはがれて微粒子を形成し、これが最後には基板表面を汚染する恐れがある。
【０００５】
したがって、気相堆積プロセス中の堆積速度の安定性および基板上の堆積材料の均一性を高める必要があるとともに、プロセッシングチャンバ内の汚染物質を減少または排除する必要がある。
【発明の概要】
【０００６】
一実施形態では、チャンバを処理し、基板表面上に材料を堆積させる以下の方法が提供される。この方法は、前処理プロセス中に、プロセッシングチャンバの内面および前記プロセッシングチャンバ内に配置された基板を、水素化配位子化合物を含む処理ガスにさらすことと、続いて、気相堆積プロセス中に、前記基板を第１前駆体ガスにさらして前記基板上に材料を堆積させることと、を含む。前記基板は、原子層堆積（ＡＬＤ）プロセスまたは化学気相堆積（ＣＶＤ）プロセスなどの気相堆積プロセス中に、第１前駆体および少なくとも第２前駆体ガスに順次または同時にさらすことができる。
【０００７】
多くの例において、処理ガス内の水素化配位子化合物はＨＬの化学式を有しており、式中、Ｌは、アルキルアミノ、アルキルイミノ、アルコキシ、アルキル、アルケン、アルキン、シクロペンタジエニル、アルキルシクロペンタジエニル、ペンタジエニル、ピロリル、またはこれらの誘導体などの配位子である。前記第１前駆体ガスは、ＭＬ’Ｘの化学式を有する第１前駆体を含むことができ、式中、ｘは、１、２、３、４、５、６、またはこれより大きく、Ｍは、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｒｕ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐ、Ａｓ、またはＳｂなどの元素であり、 Ｌ’は、それぞれ独立に、アルキルアミノ、アルキルイミノ、アルコキシ、アルキル、アルケン、アルキン、シクロペンタジエニル、アルキルシクロペンタジエニル、ペンタジエニル、ピロリル、水素、ハロゲン、これらの誘導体、またはこれらの組合せなどの配位子である。
【０００８】
いくつかの実施形態では、前記方法は、気相堆積プロセスがＡＬＤプロセスであること、基板が、ＡＬＤプロセス中に、アルキルアミノ金属前駆体ガスおよび第２前駆体ガスに順次さらされることを提供する。他の実施形態では、気相堆積プロセスはＣＶＤプロセスであり、基板は、ＣＶＤプロセス中に、アルキルアミノ金属前駆体ガスおよび第２前駆体ガスに同時にさらされる。一例では、チャンバを処理し、基板表面上に材料を堆積させる以下の方法が提供される。この方法は、前処理プロセス中に、アルキルアミン化合物を含む処理ガスに、プロセッシングチャンバの内面および前記プロセッシングチャンバ内の基板をさらすことと、ＡＬＤプロセス中に、アルキルアミノ金属前駆体ガスおよび少なくとも第２前駆体ガスに前記基板を順次さらして、基板上に材料を堆積させることと、を含む。一例では、第２の前駆体ガスはアンモニアなどの窒素前駆体を含んでおり、これは、窒化タンタルなどの金属窒化物材料を堆積させるために使用される。
【０００９】
いくつかの例では、処理ガスは、Ｈ２ＮＲまたはＨＮＲ’Ｒ”の化学式を有するアルキルアミン化合物などの水素化配位子化合物を含み、式中、Ｒ、Ｒ’、およびＲ”は、それぞれ独立に、メチル、エチル、プロピル、ブチル、アミル、フェニル、アリール、これらの異性体、これらの誘導体、またはこれらの組合せである。アルキルアミン化合物は、メチルアミン、ジメチルアミン、エチルアミン、ジエチルアミン、メチルエチルアミン、プロピルアミン、ジプロピルアミン、ブチルアミン、ジブチルアミン、これらの異性体、これらの誘導体、またはこれらの組合せとすることができる。処理ガスは、さらに、アンモニア、水素、窒素、アルゴン、ヘリウムまたはこれらの組合せなどの少なくとも１種のキャリアガスを含むことができる。一例では、処理ガスは、ジメチルアミン、アンモニア、およびアルゴンなどの別のキャリアガスを含む。
【００１０】
いくつかの実施形態では、アルキルアミノ金属前駆体ガスは、ＭＬ’Ｘの化学式を有するアルキルアミノ金属前駆体を含んでおり、式中、ｘは、１、２、３、４、５、６、またはこれより大きく、Ｍは、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、またはＳｉなどの、金属または他の元素とすることができ、配位子Ｌ’は、それぞれ独立に、アルキルアミノ配位子などの配位子であり、これには、Ｎ（ＣＨ３）２、Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２、Ｎ（Ｃ３Ｈ７）２、Ｎ（Ｃ４Ｈ９）２、Ｎ（ＣＨ３）（Ｃ２Ｈ５）、これらの異性体、これらの誘導体、またはこれらの組合せが含まれる。いくつかの例では、前記金属または元素Ｍは、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、またはＨｆとすることができ、ｘは通常４である。他の例では、アルキルアミノ金属前駆体はタンタル前駆体であり、金属ＭはＴａであり、ｘは通常４または５である。タンタル前駆体の例としては、ペンタキス（ジメチルアミノ）タンタル（ＰＤＭＡＴ）、ペンタキス（ジエチルアミノ）タンタル、ペンタキス（エチルメチルアミノ）タンタル、ｔｅｒｔ−ブチルイミノトリス（ジメチルアミノ）タンタル、ｔｅｒｔ−ブチルイミノトリス（ジエチルアミノ）タンタル、ｔｅｒｔ−ブチルイミノトリス（エチルメチルアミノ）タンタル、ｔｅｒｔ−アミルイミノ−トリス（ジメチルアミノ）タンタル、ｔｅｒｔ−アミルイミノ−トリス（ジエチルアミノ）タンタル、ｔｅｒｔ−アミルイミノ−トリス（エチルメチルアミノ）タンタル、またはこれらの誘導体が挙げられる。一例では、タンタル前駆体はＰＤＭＡＴであり、アルキルアミン化合物ガスはメチルアミンまたはジメチルアミンを含んでいる。
【００１１】
他の例では、処理ガス中の水素化配位子化合物はＲＯＨの化学式を有するアルコール化合物とすることができ、式中、Ｒは、メチル、エチル、プロピル、ブチル、アミル、これらの異性体、またはこれらの誘導体である。アルコール化合物は、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、これらの異性体、これらの誘導体、またはこれらの組合せとすることができる。水素化配位子化合物がアルコールである例では、第１前駆体は、ＯＣＨ３、ＯＣ２Ｈ５、ＯＣ３Ｈ７、ＯＣ４Ｈ９、これらの異性体、またはこれらの誘導体などのアルコキシ配位子を有することができる。他の例では、水素化配位子化合物の配位子Ｌは、シクロペンタジエニル、アルキルシクロペンタジエニル、ペンタジエニル、ピロリル、これらの異性体、またはこれらの誘導体とすることができ、また、第１前駆体の配位子Ｌ’は、シクロペンタジエニル、アルキルシクロペンタジエニル、ペンタジエニル、ピロリル、これらの異性体、またはこれらの誘導体とすることができる。
【００１２】
プロセッシングチャンバは、一般に、リッドアセンブリおよびチャンバボディを有しており、これらを、前処理プロセス中に、独立に、約３０℃から約１００℃まで、好ましくは約４０℃から約８０℃までの範囲内の温度に加熱することができる。リッドアセンブリとチャンバボディの内面を、前処理プロセス中に、アルキルアミン化合物ガスにさらすことができる。前処理プロセスは、約５秒から約６０秒まで、好ましくは約１５秒から約４０秒まで、より好ましくは約１０秒から約３０秒までの範囲内の時間続けることができる。
【００１３】
前処理プロセス中のプロセッシングチャンバの内部面の処理は、基板表面全体にわたる堆積材料の均一性を高める（または不均一性を低下させる）のに役立つ−この状態は前処理プロセスを行わない状態とは対照的である。基板表面全体にわたる堆積材料の不均一性は、約１２％以下、好ましくは約１０％以下、より好ましくは約８％以下、例えば約６％以下とすることができる。
【００１４】
一例では、チャンバを処理し、基板表面上に材料を堆積させる以下の方法が提供される。この方法は、プロセッシングチャンバの内面および前記プロセッシングチャンバ内に配置された基板を、連続フローを有するキャリアガスにさらすことと、前処理プロセス中に、メチルアミンまたはジメチルアミンを含む処理ガスを連続的に流れるキャリアガスに導入して、前記プロセッシングチャンバの内面および前記基板を前記処理ガスにさらすことと、を含む。この方法は、ＡＬＤプロセス中に、連続的に流れるキャリアガスへタンタル前駆体ガスおよび窒素前駆体ガスを交互にまたは順次パルス的に送ってタンタル前駆体ガスおよび窒素前駆体ガスに基板を順次さらし、基板上に窒化タンタル材料を堆積させることをさらに提供する。一例では、タンタル前駆体ガスはＰＤＭＡＴを含んでおり、窒素前駆体ガスはアンモニアを含んでいる。
【００１５】
本発明の上記特徴が詳細に理解され得るように、上で簡単に纏めた本発明のより詳しい説明は実施形態によって参照することができ、その一部は添付の図面に示されている。しかし、添付の図面は本発明の典型的な実施形態を示すだけであり、したがって、本発明は他の同等に有効な実施形態を認めることができるので、その範囲の限定とみなすべきではないことに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本明細書に記載された一実施形態に従って窒化タンタル材料を堆積させる方法を示すフローダイヤグラムである。
【図２】本明細書に記載された別の実施形態に従って窒化タンタル材料を堆積させる方法を示すフローダイヤグラムである。
【図３Ａ】本明細書の別の実施形態に記載されているＡＬＤ用に作られた、リッドアセンブリおよびガス送達装置を含むプロセッシングチャンバの概略断面図である。
【図３Ｂ】本明細書の別の実施形態に記載されているＡＬＤ用に作られた、リッドアセンブリおよびガス送達装置を含むプロセッシングチャンバの概略断面図である。
【図３Ｃ】本明細書の別の実施形態に記載されているＡＬＤ用に作られた、リッドアセンブリおよびガス送達装置を含むプロセッシングチャンバの概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の実施形態は、気相堆積プロセス中に、インサイチュでプロセッシングチャンバの内面を処理し、プロセッシングチャンバ内の基板上に材料を堆積させる方法を提供する。基板は、原子層堆積（ＡＬＤ）または化学気相堆積（ＣＶＤ）などの気相堆積プロセス中に、第１前駆体および第２前駆体ガスに順次または同時にさらすことができる。一実施形態では、プロセッシングチャンバの内面および基板は、前処理プロセス中に、水素化配位子化合物などの試薬を含む処理ガスにさらすことができる。この水素化配位子化合物は、次の気相堆積プロセス中に使用される有機金属前駆体から形成される遊離配位子と同じ配位子とすることができる。この遊離配位子は、通常、堆積プロセス中に水素化または熱分解によって形成される。一例では、プロセッシングチャンバおよび基板は、ペンタキス（ジメチルアミノ）タンタル（ＰＤＭＡＴ、（（ＣＨ３）２Ｎ）５Ｔａ）などのアルキルアミノ配位子を有することができる有機金属化学前駆体を利用した気相堆積プロセスを行う前に、前処理プロセス中に、アルキルアミン化合物（例えば、ジメチルアミン）にさらされる。
【００１８】
多くの例では、処理ガスは、ＨＬの化学式を有する水素化配位子化合物を含んでおり、式中、Ｌは、アルキルアミノ、アルキルイミノ、アルコキシ、アルキル、アルケン、アルキン、シクロペンタジエニル、アルキルシクロペンタジエニル、ペンタジエニル、ピロリル、またはこれらの誘導体などの配位子である。この化学的前駆体ガスは、ＭＬ’Ｘの化学式を有する化学的前駆体を含んでおり、式中、ｘは、１、２、３、４、５、６、またはこれより大きく、Ｍは、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｒｕ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐ、Ａｓ、またはＳｂなどの元素であり、Ｌ’は、それぞれ独立に、アルキルアミノ、アルキルイミノ、アルコキシ、アルキル、アルケン、アルキン、シクロペンタジエニル、アルキルシクロペンタジエニル、ペンタジエニル、ピロリル、水素、ハロゲン、これらの誘導体、またはこれらの組合せなどの配位子である。
【００１９】
いくつかの実施形態では、前記方法は、気相堆積プロセスがＡＬＤプロセスであること、基板が、ＡＬＤプロセス中に、アルキルアミノ金属前駆体ガスおよび別の化学的前駆体ガスに順次さらされることを提供する。他の実施形態では、気相堆積プロセスはＣＶＤプロセスであり、基板は、ＣＶＤプロセス中に、アルキルアミノ金属前駆体ガスおよび別の化学的前駆体ガスに同時にさらされる。一例では、この方法は、前処理プロセス中に、アルキルアミン化合物を含む処理ガスに、プロセッシングチャンバの内面および前記プロセッシングチャンバ内の基板をさらすことと、ＡＬＤプロセス中に、アルキルアミノ金属前駆体ガスおよび少なくとも１種の追加の化学的前駆体ガスに前記基板を順次さらして、基板上に材料を堆積させることと、を提供する。一例では、この追加の化学的前駆体ガスはアンモニアなどの窒素前駆体を含んでおり、これは、窒化タンタルなどの金属窒化物材料を堆積させるために使用される。
【００２０】
いくつかの例では、処理ガスは、Ｈ２ＮＲまたはＨＮＲ’Ｒ”の化学式を有するアルキルアミン化合物を含んでおり、式中、Ｒ、Ｒ’、およびＲ”は、それぞれ独立に、メチル、エチル、プロピル、ブチル、アミル、フェニル、アリール、これらの異性体、これらの誘導体、またはこれらの組合せである。アルキルアミン化合物は、メチルアミン、ジメチルアミン、エチルアミン、ジエチルアミン、メチルエチルアミン、プロピルアミン、ジプロピルアミン、ブチルアミン、ジブチルアミン、これらの異性体、これらの誘導体、またはこれらの組合せとすることができる。処理ガスは、さらに、アンモニア、水素、窒素、アルゴン、ヘリウム、またはこれらの組合せなどの少なくとも１種のキャリアガスを含むことができる。一例では、処理ガスは、ジメチルアミン、アンモニア、およびアルゴンなどの別のキャリアガスを含む。
【００２１】
いくつかの実施形態では、アルキルアミノ金属前駆体ガスは、ＭＬ’Ｘの化学式を有するアルキルアミノ金属前駆体を含んでおり、式中、ｘは、１、２、３、４、５、６、またはこれより大きく、Ｍは、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、またはＳｉなどの、金属または他の元素とすることができ、配位子Ｌ’は、それぞれ独立に、アルキルアミノ配位子などの配位子であり、これには、Ｎ（ＣＨ３）２、Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２、Ｎ（Ｃ３Ｈ７）２、Ｎ（Ｃ４Ｈ９）２、Ｎ（ＣＨ３）（Ｃ２Ｈ５）、これらの異性体、これらの誘導体、またはこれらの組合せが含まれる。いくつかの例では、前記金属または元素Ｍは、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、またはＨｆとすることができ、ｘは通常４である。他の例では、アルキルアミノ金属前駆体はタンタル前駆体であり、金属ＭはＴａであり、ｘは通常４または５である。タンタル前駆体の例としては、ペンタキス（ジメチルアミノ）タンタル、ペンタキス（ジエチルアミノ）タンタル、ペンタキス（エチルメチルアミノ）タンタル、ｔｅｒｔ−ブチルイミノトリス（ジメチルアミノ）タンタル、ｔｅｒｔ−ブチルイミノトリス（ジエチルアミノ）タンタル、ｔｅｒｔ−ブチルイミノトリス（エチルメチルアミノ）タンタル、ｔｅｒｔ−アミルイミノ−トリス（ジメチルアミノ）タンタル、ｔｅｒｔ−アミルイミノ−トリス（ジエチルアミノ）タンタル、ｔｅｒｔ−アミルイミノ−トリス（エチルメチルアミノ）タンタル、またはこれらの誘導体が挙げられる。一例では、タンタル前駆体はＰＤＭＡＴであり、アルキルアミン化合物ガスはメチルアミンまたはジメチルアミンを含んでいる。
【００２２】
他の例では、処理ガス中の水素化配位子化合物はＲＯＨの化学式を有するアルコール化合物とすることができ、式中、Ｒは、メチル、エチル、プロピル、ブチル、アミル、これらの異性体、またはこれらの誘導体である。アルコール化合物は、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、これらの異性体、これらの誘導体、またはこれらの組合せとすることができる。水素化配位子化合物がアルコールである例では、化学的前駆体は、ＯＣＨ３、ＯＣ２Ｈ５、ＯＣ３Ｈ７、ＯＣ４Ｈ９、これらの異性体、またはこれらの誘導体などのアルコキシ配位子を有することができる。他の例では、水素化配位子化合物の配位子Ｌは、シクロペンタジエニル、アルキルシクロペンタジエニル、ペンタジエニル、ピロリル、これらの異性体、またはこれらの誘導体とすることができ、また、化学的前駆体の配位子Ｌ’は、シクロペンタジエニル、アルキルシクロペンタジエニル、ペンタジエニル、ピロリル、これらの異性体、またはこれらの誘導体とすることができる。
【００２３】
プロセッシングチャンバは、一般に、リッドアセンブリおよびチャンバボディを有しており、これらを、前処理プロセス中に、独立に、約３０℃から約１００℃まで、好ましくは約４０℃から約８０℃までの範囲内の温度に加熱することができる。リッドアセンブリとチャンバボディの内面を、前処理プロセス中に、アルキルアミン化合物ガスにさらすことができる。前処理プロセスは、約５秒から約６０秒まで、好ましくは約１５秒から約４０秒まで、より好ましくは約１０秒から約３０秒までの範囲内の時間続けることができる。
【００２４】
一例では、チャンバを処理し、基板表面上に材料を堆積させる以下の方法が提供される。この方法は、プロセッシングチャンバの内面および前記プロセッシングチャンバ内に配置された基板を、連続フローを有するキャリアガスにさらすことと、前処理プロセス中に、メチルアミンまたはジメチルアミンを含む処理ガスを連続的に流れるキャリアガスに導入して、前記プロセッシングチャンバの内面および前記基板を前記処理ガスにさらすことと、を含む。この方法は、ＡＬＤプロセス中に、連続的に流れるキャリアガスへタンタル前駆体ガスおよび窒素前駆体ガスを交互にまたは順次パルス的に送ってタンタル前駆体ガスおよび窒素前駆体ガスに基板を順次さらし、基板上に窒化タンタル材料を堆積させることをさらに提供する。一例では、タンタル前駆体ガスはＰＤＭＡＴを含んでおり、窒素前駆体ガスはアンモニアを含んでいる。
【００２５】
図１は、本明細書に記載された一実施形態に従って窒化タンタル材料を堆積させるＡＬＤプロセス１００のシーケンスのフローチャートを示す。ＡＬＤプロセス１００は、プロセッシングチャンバ内へ投与され、プロセッシングチャンバ内の基板に当たる一定の流量のキャリアガスを提供する。ステップ１０２では、プロセッシングチャンバを、所定の温度および圧力に加熱および加圧することができる。さらに、ステップ１０２中に、プロセッシングチャンバおよび／または基板を前処理プロセスにさらすことができる。前処理プロセスは、プロセッシングチャンバの内面および基板を、水素化配位子化合物、好ましくはメチルアミン、ジメチルアミン、またはこれらの誘導体などのアルキルアミン化合物、を含む処理ガスにさらすことを提供する。
【００２６】
水素化配位子化合物を含む処理ガスを、キャリアガスとともにまたはキャリアガスなしで、プロセッシングチャンバの内面または基板に当てることができる。多くの例では、処理ガスは、水素化配位子化合物に加えて少なくとも１種のキャリアガスも含む。処理ガスのキャリアガスは、アンモニア、アルゴン、窒素、水素、ヘリウム、またはこれらの混合物とすることができる。他の実施形態、例えば酸化物または他の材料を形成するための実施形態では、処理ガスのキャリアガスとしては、酸素、亜酸化窒素、または空気を挙げることができる。
【００２７】
プロセッシングチャンバおよび基板を、ステップ１０２中に、約０．５ｓｌｍから約２０ｓｌｍまで、好ましくは約１ｓｌｍから約１６ｓｌｍまで、より好ましくは約２ｓｌｍから約８ｓｌｍまでの範囲内、例えば約４ｓｌｍのガス流量を有する処理ガスにさらすことができる。処理ガスは、水素化配位子化合物を含むアンプルまたはバブラー中にキャリアガスを流すことにより形成することができる。あるいは、処理ガスは、水素化配位子化合物とキャリアガスを同時に流すことにより形成することもできる。水素化配位子化合物は、約５ｓｃｃｍから約１，０００ｓｃｃｍまで、好ましくは約２５ｓｃｃｍから約５００ｓｃｃｍまで、より好ましくは約５０ｓｃｃｍから約１５０ｓｃｃｍまでの範囲内、例えば約１００ｓｃｃｍのガス流量を有することができる。一例では、処理ガスは、メチルアミン、ジメチルアミン、またはこれらの誘導体などのアルキルアミン化合物、ならびに少なくとも１種のキャリアガスを含んでいる。一例では、処理ガスは、約１００ｓｃｃｍの流量を有するジメチルアミンおよび約４ｓｌｍの流量を有するアルゴンを含むことができる。別の例では、処理ガスは、約２０ｓｃｃｍの流量を有するジメチルアミン、約１ｓｌｍの流量を有するアンモニア、および約８ｓｌｍの流量を有するアルゴンを含むことができる。プロセッシングチャンバおよび／または基板は、約２秒から約１２０秒まで、好ましくは約５秒から約６０秒までの範囲内の時間、例えば約２０秒または約４０秒間、水素化配位子または他の試薬を含む処理ガスにさらすことができる。
【００２８】
前処理プロセスおよび堆積プロセス中、プロセッシングチャンバおよび基板は、ＰＤＭＡＴなどの選択された化学的前駆体の略熱分解温度未満に保持することができる。前処理プロセスおよび堆積プロセス中のプロセッシングチャンバ、基板、および／または基板台座の例示的な温度は、約１００℃から約５００℃まで、好ましくは約２００℃から約４００℃まで、より好ましくは約２５０℃から約３００℃までの範囲内とすることができる。プロセッシングチャンバは、チャンバボディおよびチャンバリッドを有することができ、これらは、それぞれ独立に、約２５℃から約３００℃まで、好ましくは約３０℃から約１００℃まで、より好ましくは約４０℃から約８０℃までの範囲内の温度に加熱することができる。プロセッシングチャンバは、約１ミリトルから約１００トルまで、好ましくは約１トルから約５０トルまで、より好ましくは約５トルから約２０トルまでの範囲内、例えば約１０トルの内部圧力を有することができる。
【００２９】
窒化タンタル層の形成は、ステップ１０４で、プロセッシングチャンバの中へ基板全体にわたってキャリアガスを流すことから始まると言える。ステップ１０６で、タンタル前駆体のパルスをプロセッシングチャンバへ投与する。タンタル前駆体は、キャリアガスの流れへパルス的に送られる。タンタル前駆体の単分子層が基板上に吸着される。残ったタンタル前駆体は、パージガスのフローおよび／または真空システムの吸引によって除去することができる。ステップ１０８中に、キャリアガスを基板に連続的に当て、窒素前駆体のパルスをキャリアガスへ加える。アンモニアなどの窒素前駆体は、吸着したタンタル前駆体と反応して基板上に窒化タンタル層を形成する。残った窒素前駆体および任意の副生成物（例えば、有機化合物）は、パージガスのフローおよび／または真空システムの吸引によって除去することができる。ステップ１１０で、所望の窒化タンタル層厚みが得られた場合は、堆積プロセスはステップ１１２で終了する。しかし、一般には、ステップ１０４〜１１０のサイクルを複数回繰り返した後、所望の窒化タンタル層厚みが得られる。一例では、約２０Åの厚みを有する膜を堆積させるために、ＰＤＭＡＴおよびアンモニアが４０サイクル順次パルス的に送られる。
【００３０】
プロセス１００の別法としては、窒化タンタル層の形成は、基板上に窒素前駆体の単分子層を吸着させ、その後タンタル前駆体の単分子層を吸着させることから始めることができる。さらに、他の例では、反応物ガスの混合を防ぐために、反応物ガスおよび／またはパージガスのパルス間でポンプ排気を単独で使用することができる。
【００３１】
ＰＤＭＡＴ前駆体は、ＡＬＤプロセッシングチャンバに流す前に、アンプル、気化器、バブラー、または同様の容器内で加熱することができる。ＰＤＭＡＴは、少なくとも３０℃、好ましくは約４５℃から約９０℃まで、より好ましくは約５０℃から約８０℃までの範囲内の温度に、例えば約７３℃に加熱することができる。あらかじめ加熱されたＰＤＭＡＴ前駆体は、ＰＤＭＡＴ前駆体が室温（約２０℃）にある場合より、キャリアガス中により完全に保持される。ＰＤＭＡＴ前駆体を所望の温度に加熱するためには、アンプル、送達ライン、ならびにアンプルおよび／または送達ライン上のバルブは、それぞれ独立に、約２５℃から約３００℃まで、好ましくは約５０℃から約１５０℃まで、より好ましくは約７０℃から約１２０℃までの範囲内の温度に加熱することができる。一例では、アンプルの側壁部は約８５℃に加熱することができ、送達ラインは約１００℃に加熱することができ、かつ、バルブは約９５℃に加熱することができる。
【００３２】
説明を明瞭かつ容易にするために、ＡＬＤプロセスを使用した窒化タンタルバリア層の堆積に関して、本方法を詳細に説明することとする。ＰＤＭＡＴなどのタンタル前駆体またはタンタル含有化合物のパルスを、プロセッシングチャンバへ導入することができる。タンタル前駆体はキャリアガスまたはパージガスの支援を受けて供給することができる。キャリアガスまたはパージガスとしては、それだけに限らないが、ヘリウム、アルゴン、窒素、水素、成膜ガス、またはこれらの混合物が挙げられる。アンモニアなどの窒素前駆体または窒素含有化合物のパルスも、プロセッシングチャンバへ導入される。キャリアガスを使用して窒素前駆体を送達することができる。一態様では、ガス源（例えば、タンクまたはインハウス）からパージガスのフローを連続的に供給することができ、これは、タンタル前駆体のパルス間と窒素前駆体のパルス間のパージガスとしての役割を果たし、かつ、タンタル前駆体と窒素前駆体のパルス中のキャリアガスとしての役割を果たす。他の態様では、タンタル前駆体の各パルスと窒素前駆体の各パルスを送った後、パージガスのパルスを供給することができる。さらに、一定のパージまたはキャリアガスを、各々の堆積ステップまたは半反応中にプロセッシングチャンバを通して流すこともできる。
【００３３】
一例では、基板を約２５０℃から約３００℃までの範囲内の温度に加熱することができ、チャンバの内圧を約５トルから約１５トルの範囲内とすることができる。基板を、約１，０００ｓｃｃｍから約３，０００ｓｃｃｍまでの範囲内、好ましくは約１，５００ｓｃｃｍの流量を有するアルゴンキャリアガスにさらすことができる。タンタル前駆体ガスは、あらかじめ加熱したＰＤＭＡＴのアンプルを通して、約２００ｓｃｃｍから約２，０００ｓｃｃｍまで、好ましくは約５００ｓｃｃｍの速度でアルゴンキャリアガスを流すことにより形成される。ＰＤＭＡＴは約７３℃に保持される。ＰＤＭＡＴを含むプロセスガスは、約０．１秒から約３．０秒まで、好ましくは約０．５秒から約１．５秒までの範囲内の時間、例えば約１秒間、基板表面に投与される。
【００３４】
基板をＰＤＭＡＴのパルスにさらした後、アルゴンキャリアガスのフローは、約０．２秒から約５．０秒まで、好ましくは約０．２５秒から約１．５秒までの範囲内の時間、例えば約０．５秒間、パージし続けることができる。真空システムは、このパージステップ中にすべての残ったＰＤＭＡＴを除去する。続いて、アンモニアを含む窒素含有プロセスガスのパルスを基板表面に投与する。プロセスガスは、キャリアガス中に窒素前駆体を含めることができ、あるいは窒素前駆体単独とすることができる。一例では、プロセスガスはアンモニアおよび窒素を含有している。アンモニアを含有するプロセスガスは、約１，０００ｓｃｃｍから約３，０００ｓｃｃｍまで、好ましくは約１，５００ｓｃｃｍの速度で送達され、約０．１秒から約３．０秒まで、好ましくは約０．５秒から約１．５秒までの範囲内の時間、例えば１秒間、基板表面に投与される。アンモニアを含有するプロセスガスのパルスの後、アルゴンキャリアガスのフローは、約０．２秒から約５．０秒まで、好ましくは約０．２５秒から約１．５秒までの範囲内の時間、例えば約０．５秒間、続けることができる。真空システムは、すべての残った窒素前駆体および／または反応中に生成したすべての副生成物を除去する。
【００３５】
ＡＬＤサイクルは、バリア層用の窒化タンタルなどの堆積材料の所定の厚み、例えば、約５Åから約２００Åまで、好ましくは約１０Åから約３０Åまでの範囲内、例えば約２０Åの厚みが得られるまで繰り返される。前処理プロセス中のプロセッシングチャンバの内部面の処理は、基板表面全体にわたる堆積材料の均一性を高める（または不均一性を低下させる）のに役立つ−この状態は前処理プロセスを行わない状態とは対照的である。基板表面全体にわたる堆積材料の不均一性は、約１２％以下、好ましくは約１０％以下、より好ましくは約８％以下、例えば約６％以下とすることができる。
【００３６】
図２は、本明細書に記載された一実施形態に従って窒化タンタル材料を堆積させるＡＬＤプロセス２００のシーケンスのフローチャートを示す。ＡＬＤプロセス２００は、プロセッシングチャンバ内へ投与され、プロセッシングチャンバ内の基板に当たる一定の流量のキャリアガスを提供する。ステップ２０２では、プロセッシングチャンバを、所定の温度および圧力に加熱および加圧することができる。ステップ２０２中に、プロセッシングチャンバおよび／または基板を前処理プロセスにさらすことができる。前処理プロセスは、プロセッシングチャンバの内面および基板を、水素化配位子化合物、好ましくはメチルアミン、ジメチルアミン、またはこれらの誘導体などのアルキルアミン化合物、を含む処理ガスにさらすことを提供する。
【００３７】
水素化配位子化合物を含む処理ガスに、キャリアガスとともにまたはキャリアガスなしで、プロセッシングチャンバの内面または基板をさらすことができる。多くの例では、処理ガスは、水素化配位子化合物に加えて少なくとも１種のキャリアガスも含む。処理ガスのキャリアガスは、アンモニア、アルゴン、窒素、水素、ヘリウム、またはこれらの混合物とすることができる。他の実施形態、例えば酸化物または他の材料を形成するための実施形態では、処理ガスのキャリアガスとしては、酸素、亜酸化窒素、または空気を挙げることができる。
【００３８】
プロセッシングチャンバおよび基板を、ステップ２０２中に、約０．５ｓｌｍから約２０ｓｌｍまで、好ましくは約１ｓｌｍから約１６ｓｌｍまで、より好ましくは約２ｓｌｍから約８ｓｌｍまでの範囲内、例えば約４ｓｌｍのガス流量を有する処理ガスにさらすことができる。処理ガスは、水素化配位子化合物を含むアンプルまたはバブラー中にキャリアガスを流すことにより形成することができる。あるいは、処理ガスは、水素化配位子化合物とキャリアガスを同時に流すことにより形成することができる。水素化配位子化合物は、約５ｓｃｃｍから約１，０００ｓｃｃｍまで、好ましくは約２５ｓｃｃｍから約５００ｓｃｃｍまで、より好ましくは約５０ｓｃｃｍから約１５０ｓｃｃｍまでの範囲内、例えば約１００ｓｃｃｍのガス流量を有することができる。一例では、処理ガスは、メチルアミン、ジメチルアミン、またはこれらの誘導体などのアルキルアミン化合物、ならびに少なくとも１種のキャリアガスを含んでいる。一例では、処理ガスは、約１００ｓｃｃｍの流量を有するジメチルアミンおよび約４ｓｌｍの流量を有するアルゴンを含むことができる。別の例では、処理ガスは、約２０ｓｃｃｍの流量を有するジメチルアミン、約１ｓｌｍの流量を有するアンモニア、および約８ｓｌｍの流量を有するアルゴンを含むことができる。プロセッシングチャンバおよび／または基板を、約２秒から約１２０秒まで、好ましくは約５秒から約６０秒までの範囲内、例えば約２０秒間または約４０秒間、水素化配位子または他の試薬を含む処理ガスにさらすことができる。
【００３９】
一実施形態では、ステップ２０４中に、パージガスの第１パルスがプロセッシングチャンバ内へ基板全体にわたって投与される。ステップ２０４および２０８中に、真空システムがプロセッシングチャンバからガスを除去する。ステップ２０６中に、基板はタンタル前駆体のパルスにさらされる。ＰＤＭＡＴは基板に吸着して単分子層を形成する。ステップ２０８中に、パージガスの第２パルスが、過剰のＰＤＭＡＴとすべてのガス状汚染物を除去する。ステップ２１０中に、窒素前駆体が、チャンバ内へ基板全体にわたってパルス的に送られる。窒素前駆体は、吸着されたＰＤＭＡＴと反応して、窒化タンタルなどのタンタル含有材料を形成する。ステップ２１２で所望の窒化タンタル層厚みが得られた場合は、堆積プロセスはステップ２１４で終了する。しかし、一般には、ステップ２０４〜２１２のサイクルを複数回繰り返した後、所望の窒化タンタル層厚みが得られる。一例では、約１０Åの厚みを有する膜を堆積させるために、ＰＤＭＡＴおよびアンモニアが２０サイクル順次パルス的に送られる。
【００４０】
前処理プロセスおよび堆積プロセス中、プロセッシングチャンバおよび基板は、ＰＤＭＡＴなどの選択された化学的前駆体の略熱分解温度未満に保持することができる。前処理プロセスおよび堆積プロセス中のプロセッシングチャンバ、基板、および／または基板台座の例示的な温度は、約１００℃から約５００℃まで、好ましくは約２００℃から約４００℃まで、より好ましくは約２５０℃から約３００℃までの範囲内とすることができる。プロセッシングチャンバは、チャンバボディおよびチャンバリッドを有することができ、これらは、それぞれ独立に、約２５℃から約３００℃まで、好ましくは約３０℃から約１００℃まで、より好ましくは約４０℃から約８０℃までの範囲内の温度に加熱することができる。プロセッシングチャンバは、約１ミリトルから約１００トルまで、好ましくは約１トルから約５０トルまで、より好ましくは約５トルから約２０トルまでの範囲内、例えば約１０トルの内部圧力を有することができる。
【００４１】
タンタル前駆体ガスは、上記のように、あらかじめ加熱されたＰＤＭＡＴのアンプルを通してアルゴンキャリアガスを流すことにより形成することができる。基板を、約０．１秒から約３．０秒まで、好ましくは約０．５秒から約１．５秒までの範囲内の時間、より好ましくは約１秒間、ＰＤＭＡＴを含むタンタル前駆体ガスにさらすことができる。タンタル前駆体ガスのパルスの後、パージガスのパルスをプロセッシングチャンバ内に注入することができ、真空システムは、約０．２秒から約５．０秒まで、好ましくは約０．２５秒から約１．５秒までの範囲内の時間、より好ましくは約０．５秒間、プロセッシングチャンバの内部から様々なガスを除去する。続いて、基板は、窒素前駆体ガスまたはアンモニアを含む窒素含有プロセスガスのパルスにさらされる。窒素前駆体ガスは、キャリアガス中に窒素前駆体を含めることができ、あるいは窒素前駆体単独とすることができる。アンモニアを含む窒素前駆体ガスを、約１，０００ｓｃｃｍから約３，０００ｓｃｃｍまで、好ましくは約１，５００ｓｃｃｍの速度で送達することができ、約０．１秒から約３．０秒まで、好ましくは約０．５秒から約１．５秒までの範囲内の時間、より好ましくは１秒間、基板に当てることができる。窒素前駆体ガスのパルスの後、パージガスの別のパルスをプロセッシングチャンバ内に注入することができ、真空システムは、約０．２秒から約５．０秒まで、好ましくは約０．２５秒から約１．５秒までの範囲内の時間、より好ましくは約０．５秒間、プロセッシングチャンバの内部から様々なガスを除去する。ＡＬＤサイクルは、窒化タンタルなどのタンタル含有層の所定の厚みが得られるまで、例えば、約５Åから約２００Åまで、好ましくは約１０Åから約３０Åまでの範囲内、例えば約２０Åの厚みが得られるまで繰り返される。
【００４２】
タンタル含有ガスのパルス、窒素含有ガスのパルス、およびこれら反応物のパルス間のパージガスのそれぞれのパルスの持続時間は変更可能であり、使用される堆積チャンバならびにこれに結合された真空システムの容積容量によって決まる。例えば、（１）ガスのより低いチャンバ圧力は、より長いパルス時間を必要とする；（２）より少ないガス流量は、チャンバ圧力が上昇し安定するのにより長い時間を必要とし、より長いパルス時間を必要とする；かつ（３）大容積チャンバは、満たすのにより長くかかり、チャンバ圧力が安定するのにより長くかかり、したがってより長いパルス時間を必要とする。同様に、それぞれのパルスの間の時間も変更可能であり、プロセッシングチャンバの容積容量ならびにこれに結合された真空システムによって決まる。一般に、タンタル含有ガスまたは窒素含有ガスのパルスの持続時間は、化合物の単分子層を吸着または反応させるのに十分に長いことが望ましい。一態様では、窒素含有ガスのパルスが入るとき、タンタル含有ガスのパルスは引き続きチャンバ内にあってもよい。一般に、パージガスおよび／またはポンプ排気の持続時間は、タンタル含有ガスと窒素含有ガスのパルスが反応ゾーンで混合するのを防ぐように十分に長いことが望ましい。
【００４３】
別の実施形態では、基板上に他の材料を形成する前に、前処理プロセス中に、プロセッシングチャンバを処理ガスにさらすことができる。一例では、水素化配位子化合物は、メチルアミンまたはジメチルアミンなどのアルキルアミン化合物とすることができ、一方、ＰＤＭＡＴをタンタル前駆体として使用して、他のタンタル含有材料、例えば、酸化タンタル、窒化シリコンタンタル、窒化ホウ素タンタル、窒化リンタンタル、酸窒化タンタル、またはケイ酸タンタルなどを形成することができる。三元または四元系元素のタンタル含有材料を形成するプロセスのより詳細な説明が、本発明の譲受人に譲渡された米国特許第７，０８１，２７１号に記載されている。この特許の全体を参照により本明細書に組み込む。
【００４４】
プロセス１００および２００は、三元系タンタル含有材料を得るために修正することができる。例えば、タンタル前駆体ガスおよび窒素前駆体のパルスを含むＡＬＤサイクルの追加のステップとして、基板をシリコン前駆体のパルスにさらすと、窒化シリコンタンタル材料を形成することができる。同様に、タンタル前駆体ガスおよび窒素前駆体のパルスを含むＡＬＤサイクルの追加のステップとして、基板を酸素前駆体のパルスにさらすと、酸窒化タンタル材料を形成することができる。別の例では、ＡＬＤサイクル中に、基板を、タンタル前駆体ガスのパルス、シリコン前駆体のパルス、および酸素前駆体のパルスにさらすと、ケイ酸タンタル材料を形成することができる。別の例では、ＡＬＤサイクル中に、基板を、タンタル前駆体ガスのパルスおよび酸素前駆体のパルスにさらすと、酸化タンタル材料を形成することができる。別の例では、ＡＬＤサイクル中に、基板を、タンタル前駆体ガスのパルス、窒素前駆体のパルス、およびリン前駆体（例えば、ホスフィン）のパルスにさらすと、窒化リンタンタル材料を形成することができる。別の例では、ＡＬＤサイクル中に、基板を、タンタル前駆体ガスのパルス、窒素前駆体のパルス、およびホウ素前駆体（例えば、ジボラン）のパルスにさらすと、窒化ホウ素タンタル材料を形成することができる。
【００４５】
一実施形態では、化学式ＴａＮＸを有する窒化タンタル材料を形成または堆積させることができる。式中、ｘは約０．４から約２．０までの範囲内にある。いくつかの例では、ＴａＮ、Ｔａ３Ｎ５、Ｔａ２Ｎ、またはＴａ６Ｎ２．５７の実験式を有する窒化タンタル材料を形成することができる。窒化タンタル材料は、非晶質または結晶材料として堆積させることができる。ＡＬＤプロセスは、窒化タンタル材料を堆積させる際の化学量論的な制御を提供する。化学量論は、例えば、Ｔａ３Ｎ５を熱アニールしてＴａＮを形成するなどに際し、堆積プロセス後に様々な手順によって変えることができる。堆積中の前駆体の比を変えて窒化タンタル材料の化学量論を制御することができる。
【００４６】
上記の例では、窒化タンタルなどの様々なタンタル材料を、タンタル前駆体ＰＤＭＡＴおよび水素化配位子化合物ジメチルアミンを利用したＡＬＤプロセスによって形成することができる。しかし、他の化学的前駆体および水素化配位子化合物も本発明の実施形態の範囲内である。
【００４７】
気相堆積プロセスで使用される化学的前駆体の重要な特性は、好都合な蒸気圧を有することである。化学的前駆体は、周囲温度および／または圧力で、気体状態、液体状態、または固体状態を有することができる。しかし、気相堆積系内では、前駆体は揮発してガスになってＡＬＤまたはＣＶＤプロセッシングチャンバに送達される。化学的前駆体は、通常プロセッシングチャンバへ送達される前に加熱される。
【００４８】
タンタル前駆体は、アルキルアミノ、アルキルイミノ、シクロペンタジエニル、アルキルシクロペンタジエニル、ペンタジエニル、アルキル、アルケン、アルキン、アルコキシル、これらの異性体、これらの誘導体、またはこれらの組合せなどの配位子を含むことができる。タンタル前駆体として使用されるアルキルアミノタンタル化合物は（ＲＲ’Ｎ）５Ｔａを含んでおり、式中、ＲまたはＲ’は、それぞれ独立に、水素、メチル、エチル、プロピル、またはブチルである。タンタル前駆体として使用されるアルキルイミノタンタル化合物は（ＲＮ）（Ｒ’Ｒ”Ｎ）３Ｔａを含んでおり、式中、Ｒ、Ｒ’、またはＲ”は、それぞれ独立に、水素、メチル、エチル、プロピル、ブチル、またはペンチル（アミル）である。
【００４９】
例示的なタンタル前駆体としては、ペンタキス（ジメチルアミノ）タンタル（ＰＤＭＡＴ、（Ｍｅ２Ｎ）５Ｔａ）、ペンタキス（ジエチルアミノ）タンタル（ＰＤＥＡＴ、（Ｅｔ２Ｎ）５Ｔａ）、ペンタキス（エチルメチルアミノ）タンタル（ＰＥＭＡＴ、（ＥｔＭｅＮ）５Ｔａ）、ｔｅｒｔ−ブチルイミノトリス（ジメチルアミノ）タンタル（ＴＢＴＤＭＴ、（ｔＢｕＮ）Ｔａ（ＮＭｅ２）３）、ｔｅｒｔ−ブチルイミノトリス（ジエチルアミノ）タンタル（ＴＢＴＤＥＴ、（ｔＢｕＮ）Ｔａ（ＮＥｔ２）３、ｔｅｒｔ−ブチルイミノトリス（エチルメチルアミノ）タンタル（ＴＢＴＥＭＴ、（ｔＢｕＮ）Ｔａ（ＮＭｅＥｔ）３）、ｔｅｒｔ−アミルイミノ−トリス（ジメチルアミノ）タンタル（ＴＡＩＭＡＴＡ、（ｔＡｍｙｌＮ）Ｔａ（ＮＭｅ２）３）、ｔｅｒｔ−アミルイミノ−トリス（ジエチルアミノ）タンタル（（ｔＡｍｙｌＮ）Ｔａ（ＮＥｔ２）３）、ｔｅｒｔ−アミルイミノ−トリス（エチルメチルアミノ）タンタル（（ｔＡｍｙｌＮ）Ｔａ（ＮＥｔＭｅ）３）、ビス（シクロペンタジエニル）タンタル三水素化物（Ｃｐ２ＴａＨ３）、ビス（メチルシクロペンタジエニル）タンタル三水素化物（（ＭｅＣｐ）２ＴａＨ３）、ビス（ペンタメチルシクロペンタジエニル）タンタル三水素化物（（Ｍｅ５Ｃｐ）２ＴａＨ３）、タンタルメトキシド（（ＭｅＯ）５Ｔａ）、タンタルエトキシド（（ＥｔＯ）５Ｔａ）、タンタルプロポキシド（（ＰｒＯ）５Ｔａ）、タンタルブトキシド（（ＢｕＯ）５Ｔａ）、これらの異性体、またはこれらの誘導体が挙げられる。
【００５０】
本明細書では、化学式（ｔＡｍｙｌＮ）Ｔａ（ＮＭｅ２）３を有するターシャリアミルイミノ−トリス（ジメチルアミノ）タンタルを説明するために、「ＴＡＩＭＡＴＡ」を使用する。式中、ｔＡｍｙｌは、ターシャリアミル（ｔｅｒｔ−アミル）基（Ｃ５Ｈ１１−またはＣＨ３ＣＨ２Ｃ（ＣＨ３）２−）である。一実施形態では、タンタル含有ガスは、気化器、バブラーまたはアンプル内の液状ＴＡＩＭＡＴＡ前駆体を、少なくとも３０℃の温度、好ましくは約５０℃から約８０℃までの範囲内の温度に加熱することにより形成することができる。加熱したＴＡＩＭＡＴＡの全体にわたってキャリアガスを流すまたはバブリングさせることによりタンタル含有ガスを形成することができる。
【００５１】
本明細書の実施形態に記載するように、タンタル前駆体に加えて、他の化学的前駆体も気相堆積プロセスの中で使用することができる。気相堆積（例えば、ＡＬＤまたはＣＶＤ）プロセスの中でさらに使用することができる例示的な化学的前駆体としては、チタン前駆体、タングステン前駆体、ハフニウム前駆体、ジルコニウム前駆体、アルミニウム前駆体、コバルト前駆体、ルテニウム前駆体、銅前駆体、シリコン前駆体、窒素前駆体、酸素前駆体、ならびに他の化学的前駆体が挙げられる。形成または堆積させることができる材料としては、様々な金属、窒化物、酸化物、ケイ化物が挙げられる。これらには、金属タンタル、窒化タンタル、酸化タンタル、酸窒化タンタル、ケイ化タンタル、ケイ窒化タンタル、金属チタン、窒化チタン、酸化チタン、酸窒化チタン、ケイ化チタン、ケイ窒化チタン、金属タングステン、窒化タングステン、酸化タングステン、ホウ窒化タングステン、ケイ化タングステン、ケイ窒化タングステン、ホウ化タングステン、金属ハフニウム、窒化ハフニウム、酸化ハフニウム、酸窒化ハフニウム、ケイ化ハフニウム、窒化シリコンハフニウム、ケイ酸ハフニウム、酸窒化シリコンハフニウム、金属ジルコニウム、窒化ジルコニウム、酸化ジルコニウム、酸窒化ジルコニウム、ケイ化ジルコニウム、窒化シリコンジルコニウム、ケイ酸ジルコニウム、酸窒化シリコンジルコニウム、金属アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸窒化アルミニウム、ケイ化アルミニウム、窒化シリコンアルミニウム、ケイ酸アルミニウム、酸窒化シリコンアルミニウム、金属コバルト、ケイ化コバルト、金属ルテニウム、金属銅、銅合金、これらの誘導体、これらの合金、またはこれらの組合せが含まれる。
【００５２】
別の実施形態では、処理ガスは、ＨＬの化学式を有する水素化配位子化合物を含んでいる。式中、Ｌは、アルキルアミノ、アルキルイミノ、アルコキシ、アルキル、アルケン、アルキン、シクロペンタジエニル、アルキルシクロペンタジエニル、ペンタジエニル、ピロリル、またはこれらの誘導体などの配位子である。金属前駆体がアルキルアミノ金属前駆体である場合など、いくつかの例では、処理ガスは水素化配位子化合物を含み、この化合物は、Ｈ２ＮＲまたはＨＮＲ’Ｒ”の化学式を有するアルキルアミン化合物とすることができる。式中、Ｒ、Ｒ’、およびＲ”は、それぞれ独立に、メチル、エチル、プロピル、ブチル、アミル、フェニル、アリール、これらの異性体、これらの誘導体、またはこれらの組合せである。アルキルアミン化合物は、メチルアミン、ジメチルアミン、エチルアミン、ジエチルアミン、メチルエチルアミン、プロピルアミン、ジプロピルアミン、ブチルアミン、ジブチルアミン、これらの異性体、これらの誘導体、またはこれらの組合せとすることができる。いくつかの例では、処理ガスは、さらに、アンモニア、水素、窒素、アルゴン、ヘリウムまたはこれらの組合せなどの少なくとも１種のキャリアガスを含む。一例では、処理ガスは、ジメチルアミン、アンモニア、およびアルゴンなどの別のキャリアガスを含む。
【００５３】
他の例では、処理ガスは水素化配位子化合物を含む。この化合物は、ＲＯＨの化学式を有するアルコール化合物とすることができ、式中、Ｒは、メチル、エチル、プロピル、ブチル、アミル、これらの異性体、またはこれらの誘導体である。アルコール化合物は、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、これらの異性体、これらの誘導体、またはこれらの組合せとすることができる。他の例では、化学的前駆体は、ＯＣＨ３、ＯＣ２Ｈ５、ＯＣ３Ｈ７、ＯＣ４Ｈ９、これらの異性体、またはこれらの誘導体などのアルコキシ配位子を含む。
【００５４】
他の実施形態では、前駆体ガスは、ＭＬ’Ｘの化学式を有する化学的前駆体を含んでおり、式中、ｘは、１、２、３、４、５、６、またはこれより大きく、Ｍは、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｒｕ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐ、Ａｓ、またはＳｂなどの元素であり、Ｌ’は、それぞれ独立に、アルキルアミノ、アルキルイミノ、アルコキシ、アルキル、アルケン、アルキン、シクロペンタジエニル、アルキルシクロペンタジエニル、ペンタジエニル、ピロリル、水素、ハロゲン、これらの誘導体、またはこれらの組合せなどの配位子である。
【００５５】
一実施形態では、水素化配位子化合物の配位子Ｌは、シクロペンタジエニル、アルキルシクロペンタジエニル、ペンタジエニル、ピロリル、これらの異性体、またはこれらの誘導体とすることができ、また、化学的前駆体の配位子Ｌ’は、シクロペンタジエニル、アルキルシクロペンタジエニル、ペンタジエニル、ピロリル、これらの異性体、またはこれらの誘導体とすることができる。
【００５６】
いくつかの例では、前駆体ガスは、アルキルアミノ金属前駆体ガスを含んでおり、このアルキルアミノ金属前駆体ガスは、ＭＬ’Ｘの化学式を有するアルキルアミノ金属前駆体を含んでいる。式中、ｘは、１、２、３、４、５、６、またはこれより大きく、Ｍは、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、またはＳｉなどの、金属または他の元素とすることができ、配位子Ｌ’は、それぞれ独立に、アルキルアミノ配位子などの配位子であり、これには、Ｎ（ＣＨ３）２、Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２、Ｎ（Ｃ３Ｈ７）２、Ｎ（Ｃ４Ｈ９）２、Ｎ（ＣＨ３）（Ｃ２Ｈ５）、これらの異性体、これらの誘導体、またはこれらの組合せが含まれる。いくつかの例では、金属／元素Ｍは、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、またはＨｆとすることができ、ｘは通常４である。他の例では、アルキルアミノ金属前駆体はタンタル前駆体であり、金属ＭはＴａであり、ｘは通常４または５である。
【００５７】
他の例では、水素化配位子化合物はＲＯＨの化学式を有するアルコール化合物とすることができ、式中、Ｒは、メチル、エチル、プロピル、ブチル、アミル、これらの異性体、またはこれらの誘導体である。アルコール化合物は、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、これらの異性体、これらの誘導体、またはこれらの組合せとすることができる。他の例では、第１前駆体は、ＯＣＨ３、ＯＣ２Ｈ５、ＯＣ３Ｈ７、ＯＣ４Ｈ９、これらの異性体、またはこれらの誘導体などのアルコキシ配位子を有する。他の例では、水素化配位子化合物の配位子Ｌは、シクロペンタジエニル、アルキルシクロペンタジエニル、ペンタジエニル、ピロリル、これらの異性体、またはこれらの誘導体とすることができ、また、第１前駆体の配位子Ｌ’は、シクロペンタジエニル、アルキルシクロペンタジエニル、ペンタジエニル、ピロリル、これらの異性体、またはこれらの誘導体とすることができる。
【００５８】
本明細書に記載された材料を堆積させるのに有用なチタン前駆体としては、テトラキス（ジメチルアミノ）チタン（ＴＤＭＡＴ）、テトラキス（エチルメチルアミノ）チタン（ＴＥＭＡＴ）、テトラキス（ジエチルアミノ）チタン（ＴＤＥＡＴ）、またはこれらの誘導体が挙げられる。
【００５９】
本明細書に記載された材料を堆積させるのに有用なタングステン前駆体としては、ビス（ｔｅｒｔ−ブチルイミノ）−ビス（ジメチルアミノ）タングステン（（ｔＢｕＮ）２Ｗ（ＮＭｅ２）２）、ビス（ｔｅｒｔ−ブチルイミノ）−ビス（ジエチルアミノ）タングステン（（ｔＢｕＮ）２Ｗ（ＮＥｔ２）２）、ビス（ｔｅｒｔ−ブチルイミノ）−ビス（エチルメチルアミノ）タングステン（（ｔＢｕＮ）２Ｗ（ＮＥｔＭｅ）２）、またはこれらの誘導体が挙げられる。
【００６０】
ハフニウム前駆体として有用なハフニウムアルキルアミノ化合物としては（ＲＲ’Ｎ）４Ｈｆが挙げられ、式中、ＲおよびＲ’は、それぞれ独立に、水素、メチル、エチル、プロピル、ブチル、アミル、またはこれらの異性体である。本明細書に記載された材料を堆積させるのに有用なハフニウム前駆体としては、テトラキス（ジエチルアミノ）ハフニウム（（Ｅｔ２Ｎ）４Ｈｆ、ＴＤＥＡＨ）、テトラキス（ジメチルアミノ）ハフニウム（（Ｍｅ２Ｎ）４Ｈｆ、ＴＤＭＡＨ）、テトラキス（エチルメチルアミノ）ハフニウム（（ＥｔＭｅＮ）４Ｈｆ、ＴＥＭＡＨ）、ハフニウムテトラメトキシド（ＭｅＯ）４Ｈｆ）、ハフニウムテトラエトキシド（（ＥｔＯ）４Ｈｆ）、ハフニウムテトラプロポキシド（（ＰｒＯ）４Ｈｆ）、ハフニウムテトラブトキシド（（ＢｕＯ）４Ｈｆ）、これらの異性体、またはこれらの誘導体が挙げられる。他のハフニウム前駆体としては、塩化ハフニウム（ＨｆＣｌ４）、ヨウ化ハフニウム（ＨｆＩ４）、（ｔＢｕＣ５Ｈ４）２ＨｆＣｌ２、（Ｃ５Ｈ５）２ＨｆＣｌ２、（ＥｔＣ５Ｈ４）２ＨｆＣｌ２、（Ｍｅ５Ｃ５）２ＨｆＣｌ２、（Ｍｅ５Ｃ５）ＨｆＣｌ３、（ｉＰｒＣ５Ｈ４）２ＨｆＣｌ２、（ｉＰｒＣ５Ｈ４）ＨｆＣｌ３、（ｔＢｕＣ５Ｈ４）２ＨｆＭｅ２、（ａｃａｃ）４Ｈｆ、（ｈｆａｃ）４Ｈｆ、（ｔｆａｃ）４Ｈｆ、（ｔｈｄ）４Ｈｆ、（ＮＯ３）４Ｈｆ、またはこれらの誘導体が挙げられる。
【００６１】
ジルコニウム前駆体として有用なジルコニウムアルキルアミノ化合物としては（ＲＲ’Ｎ）４Ｚｒが挙げられ、式中、ＲおよびＲ’は、それぞれ独立に、水素、メチル、エチル、プロピル、ブチル、アミル、またはこれらの異性体である。本明細書に記載された材料を堆積させるのに有用なジルコニウム前駆体としては、テトラキス（ジエチルアミノ）ジルコニウム（（Ｅｔ２Ｎ）４Ｚｒ）、テトラキス（ジメチルアミノ）ジルコニウム（（Ｍｅ２Ｎ）４Ｚｒ）、テトラキス（エチルメチルアミノ）ジルコニウム（（ＥｔＭｅＮ）４Ｚｒ）、ジルコニウムテトラメトキシド（（ＭｅＯ）４Ｚｒ）、ジルコニウムテトラエトキシド（（ＥｔＯ）４Ｚｒ）、ジルコニウムテトラプロポキシド（（ＰｒＯ）４Ｚｒ）、ジルコニウムテトラブトキシド（（ＢｕＯ）４Ｚｒ）、これらの異性体、またはこれらの誘導体が挙げられる。他のジルコニウム前駆体としては、塩化ジルコニウム（ＺｒＣｌ４）、ヨウ化ジルコニウム（ＺｒＩ４）、（ｔＢｕＣ５Ｈ４）２ＺｒＣｌ２、（Ｃ５Ｈ５）２ＺｒＣｌ２、（ＥｔＣ５Ｈ４）２ＺｒＣｌ２、（Ｍｅ５Ｃ５）２ＺｒＣｌ２、（Ｍｅ５Ｃ５）ＺｒＣｌ３、（ｉＰｒＣ５Ｈ４）２ＺｒＣｌ２、（ｉＰｒＣ５Ｈ４）ＺｒＣｌ３、（ｔＢｕＣ５Ｈ４）２ＺｒＭｅ２、（ａｃａｃ）４Ｚｒ、（Ｚｒａｃ）４Ｚｒ、（ｔｆａｃ）４Ｚｒ、（ｔｈｄ）４Ｚｒ、（ＮＯ３）４Ｚｒ、またはこれらの誘導体が挙げられる。
【００６２】
本明細書に記載された材料を堆積させるのに有用なアルミニウム前駆体としては、アルミニウムメトキシド（（ＭｅＯ）３Ａｌ）、アルミニウムエトキシド（（ＥｔＯ）３Ａｌ）、アルミニウムプロポキシド（（ＰｒＯ）３Ａｌ）、アルミニウムブトキシド（（ＢｕＯ）３Ａｌ）、またはこれらの誘導体が挙げられる。
【００６３】
本明細書に記載された材料を堆積させるのに有用なシリコン前駆体としては、シラン化合物、アルキルアミノシラン化合物、シラノール、またはアルコキシシラン化合物、ならびに他のシリコン含有化合物が挙げられる。シリコン前駆体として有用なアルキルアミノシラン化合物としては（ＲＲ’Ｎ）４−ｎＳｉＨｎが挙げられ、式中、ＲまたはＲ’は、独立に、水素、メチル、エチル、プロピル、ブチル、アミル、これらの異性体、またはこれらの誘導体であり、ｎは、０、１、２、または３である。アルコキシシラン化合物は一般化学式（ＲＯ）４−ｎＳｉＬｎによって記載することができ、式中、Ｒは、メチル、エチル、プロピル、ブチル、アミル、これらの異性体、またはこれらの誘導体であり、Ｌは、Ｈ、ＯＨ、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ、メチル、エチル、プロピル、ブチル、またはこれらの混合物であり、ｎは、０、１、２、または３である。シリコン前駆体としては、テトラキス（ジメチルアミノ）シラン（（Ｍｅ２Ｎ）４Ｓｉ、ＤＭＡＳ）、トリス（ジメチルアミノ）シラン（（Ｍｅ２Ｎ）３ＳｉＨ、トリス−ＤＭＡＳ）、ビス（ジメチルアミノ）シラン（（Ｍｅ２Ｎ）２ＳｉＨ２）、ジメチルアミノシラン（（Ｍｅ２Ｎ）ＳｉＨ３）、テトラキス（ジエチルアミノ）シラン（（Ｅｔ２Ｎ）４Ｓｉ）、トリス（ジエチルアミノ）シラン（（Ｅｔ２Ｎ）３ＳｉＨ）、テトラキス（メチルエチルアミノ）シラン（（ＭｅＥｔＮ）４Ｓｉ）、トリス（メチルエチルアミノ）シラン（（ＭｅＥｔＮ）３ＳｉＨ）、テトラメトキシシラン（（ＭｅＯ）４Ｓｉ）、テトラエトキシシラン（（ＥｔＯ）４Ｓｉ）、これらの異性体、これらの誘導体、またはこれらの組合せを挙げることができる。本明細書に記載された気相堆積プロセスの中で使用することができる他のシリコン前駆体としては、シラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ４）、ヘキサクロロジシラン（Ｓｉ２Ｃｌ６）、テトライソシアナートシラン（Ｓｉ（ＮＣＯ）４）、トリイソシアナートメチルシラン（ＭｅＳｉ（ＮＣＯ）３）、またはこれらの誘導体が挙げられる。
【００６４】
別の実施形態では、本明細書に記載された堆積プロセス中にルテニウム材料を形成するのに有用なルテニウム前駆体のファミリーとしては、ピロリルルテニウム前駆体が挙げられる。プロセッシングチャンバおよび／または基板の前処理プロセス中、処理ガス中の水素化配位子化合物を、水素化ピロリル配位子、ピリジン、またはこれらの誘導体とすることができる。一例では、ピロリルルテニウム前駆体は、ルテニウムと、少なくとも１種のピロリル配位子または少なくとも１種のピロリル誘導体配位子とを含んでいる。ピロリルルテニウム前駆体は、例えば、下記のピロリル配位子を有することができる。
2018048394.tif 000003
式中、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、およびＲ５は、それぞれ独立に、存在しない、水素、アルキル基（例えば、メチル、エチル、プロピル、ブチル、アミル、またはより高級のもの）、アミン基、アルコキシ基、アルコール基、アリール基、別のピロリル基（例えば、２、２’−ビピロリル）、ピラゾール基、これらの誘導体、またはこれらの組合せである。ピロリル配位子は、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、およびＲ５の任意の２個以上が化学基によって互いに接続されていてもよい。例えば、Ｒ２およびＲ３は、インドリル基またはその誘導体などの環構造の一部分であってもよい。本明細書で使用されるピロリルルテニウム前駆体とは、ルテニウムと、少なくとも１種のピロリル配位子または少なくとも１種のピロリル配位子の誘導体とを含む任意の化合物のことである。いくつかの例では、ピロリルルテニウム前駆体としては、ビス（テトラメチルピロリル）ルテニウム、ビス（２，５−ジメチルピロリル）ルテニウム、ビス（２，５−ジエチルピロリル）ルテニウム、ビス（テトラエチルピロリル）ルテニウム、ペンタジエニルテトラメチルピロリルルテニウム、ペンタジエニル２，５−ジメチルピロリルルテニウム、ペンタジエニルテトラエチルピロリルルテニウム、ペンタジエニル２，５−ジエチルピロリルルテニウム、１，３−ジメチルペンタジエニルピロリルルテニウム、１，３−ジエチルペンタジエニルピロリルルテニウム、メチルシクロペンタジエニルピロリルルテニウム、エチルシクロペンタジエニルピロリルルテニウム、２−メチルピロリルピロリルルテニウム、２−エチルピロリルピロリルルテニウム、またはこれらの誘導体を挙げることができる。
【００６５】
ピロリル配位子は、本明細書で使用する場合、「ｐｙ」と略記することができ、ピロリル誘導体配位子は「Ｒ−ｐｙ」と略記することができる。本明細書に記載された堆積プロセス中にルテニウム材料を形成するのに有用な例示的なピロリルルテニウム前駆体としては、アルキルピロリルルテニウム前駆体（例えば、（Ｒｘ−ｐｙ）Ｒｕ）、ビス（ピロリル）ルテニウム前駆体（例えば、（ｐｙ）２Ｒｕ）およびジエニルピロリルルテニウム前駆体（例えば、（Ｃｐ）（ｐｙ）Ｒｕ）が挙げられる。アルキルピロリルルテニウム前駆体の例としては、メチルピロリルルテニウム、エチルピロリルルテニウム、プロピルピロリルルテニウム、ジメチルピロリルルテニウム、ジエチルピロリルルテニウム、ジプロピルピロリルルテニウム、トリメチルピロリルルテニウム、トリエチルピロリルルテニウム、テトラメチルピロリルルテニウム、テトラエチルピロリルルテニウム、またはこれらの誘導体が挙げられる。ビス（ピロリル）ルテニウム前駆体の例としては、ビス（ピロリル）ルテニウム、ビス（メチルピロリル）ルテニウム、ビス（エチルピロリル）ルテニウム、ビス（プロピルピロリル）ルテニウム、ビス（ジメチルピロリル）ルテニウム、ビス（ジエチルピロリル）ルテニウム、ビス（ジプロピルピロリル）ルテニウム、ビス（トリメチルピロリル）ルテニウム、ビス（トリエチルピロリル）ルテニウム、ビス（テトラメチルピロリル）ルテニウム、ビス（テトラエチルピロリル）ルテニウム、メチルピロリルピロリルルテニウム、エチルピロリルピロリルルテニウム、プロピルピロリルピロリルルテニウム、ジメチルピロリルピロリルルテニウム、ジエチルピロリルピロリルルテニウム、ジプロピルピロリルピロリルルテニウム、トリメチルピロリルピロリルルテニウム、トリエチルピロリルピロリルルテニウム、テトラメチルピロリルピロリルルテニウム、テトラエチルピロリルピロリルルテニウム、またはこれらの誘導体が挙げられる。
【００６６】
ジエニルピロリルルテニウム前駆体は、少なくとも１種のジエニル配位子および少なくとも１種のピロリル配位子を含んでいる。ジエニル配位子は、少なくとも４個の炭素原子または多くとも約１０個の炭素原子、好ましくは約５個または６個の炭素原子を有する炭素主鎖を含むことができる。ジエニル配位子は、環構造（例えば、シクロペンタジエニル）を有してもよく、または開アルキル鎖（例えば、ペンタジエニル）であってもよい。さらに、ジエニル配位子は、アルキル基を含んでいなくても、１つのアルキル基を含んでいても、あるいは多くのアルキル基を含んでいてもよい。
【００６７】
一実施形態では、ジエニルピロリルルテニウム前駆体は、ペンタジエニル配位子またはアルキルペンタジエニル配位子を含んでいる。ペンタジエニルピロリルルテニウム前駆体の例としては、ペンタジエニルピロリルルテニウム、ペンタジエニルメチルピロリルルテニウム、ペンタジエニルエチルピロリルルテニウム、ペンタジエニルプロピルピロリルルテニウム、ペンタジエニルジメチルピロリルルテニウム、ペンタジエニルジエチルピロリルルテニウム、ペンタジエニルジプロピルピロリルルテニウム、ペンタジエニルトリメチルピロリルルテニウム、ペンタジエニルトリエチルピロリルルテニウム、ペンタジエニルテトラメチルピロリルルテニウム、ペンタジエニルテトラエチルピロリルルテニウム、またはこれらの誘導体が挙げられる。アルキルペンタジエニルピロリルルテニウム前駆体の例としては、アルキルペンタジエニルピロリルルテニウム、アルキルペンタジエニルメチルピロリルルテニウム、アルキルペンタジエニルエチルピロリルルテニウム、アルキルペンタジエニルプロピルピロリルルテニウム、アルキルペンタジエニルジメチルピロリルルテニウム、アルキルペンタジエニルジエチルピロリルルテニウム、アルキルペンタジエニルジプロピルピロリルルテニウム、アルキルペンタジエニルトリメチルピロリルルテニウム、アルキルペンタジエニルトリエチルピロリルルテニウム、アルキルペンタジエニルテトラメチルピロリルルテニウム、アルキルペンタジエニルテトラエチルピロリルルテニウム、またはこれらの誘導体が挙げられる。
【００６８】
別の実施形態では、ジエニルピロリルルテニウム前駆体は、シクロペンタジエニル配位子またはアルキルシクロペンタジエニル配位子を含んでいる。シクロペンタジエニルピロリルルテニウム前駆体の例としては、シクロペンタジエニルピロリルルテニウム、シクロペンタジエニルメチルピロリルルテニウム、シクロペンタジエニルエチルピロリルルテニウム、シクロペンタジエニルプロピルピロリルルテニウム、シクロペンタジエニルジメチルピロリルルテニウム、シクロペンタジエニルジエチルピロリルルテニウム、シクロペンタジエニルジプロピルピロリルルテニウム、シクロペンタジエニルトリメチルピロリルルテニウム、シクロペンタジエニルトリエチルピロリルルテニウム、シクロペンタジエニルテトラメチルピロリルルテニウム、シクロペンタジエニルテトラエチルピロリルルテニウム、またはこれらの誘導体が挙げられる。アルキルシクロペンタジエニルピロリルルテニウム前駆体の例としては、アルキルシクロペンタジエニルピロリルルテニウム、アルキルシクロペンタジエニルメチルピロリルルテニウム、アルキルシクロペンタジエニルエチルピロリルルテニウム、アルキルシクロペンタジエニルプロピルピロリルルテニウム、アルキルシクロペンタジエニルジメチルピロリルルテニウム、アルキルシクロペンタジエニルジエチルピロリルルテニウム、アルキルシクロペンタジエニルジプロピルピロリルルテニウム、アルキルシクロペンタジエニルトリメチルピロリルルテニウム、アルキルシクロペンタジエニルトリエチルピロリルルテニウム、アルキルシクロペンタジエニルテトラメチルピロリルルテニウム、アルキルシクロペンタジエニルテトラエチルピロリルルテニウム、またはこれらの誘導体が挙げられる。
【００６９】
別の実施形態では、ルテニウム前駆体は、ピロリル配位子またはピロリル誘導体配位子を含まなくてもよいが、代わりに、少なくとも１個の開鎖ジエニル配位子、例えばＣＨ２ＣＲＣＨＣＲＣＨ２を含んでいる。式中、Ｒは、独立に、アルキル基または水素である。ルテニウム前駆体は、ペンタジエニルまたはヘプタジエニルなどの２個の開鎖ジエニル配位子を有することができる。ビス（ペンタジエニル）ルテニウム化合物は、一般化学式（ＣＨ２ＣＲＣＨＣＲＣＨ２）２Ｒｕを有する。式中、Ｒは、独立に、アルキル基または水素である。通常、Ｒは、独立に、水素、メチル、エチル、プロピルまたはブチルである。したがって、ルテニウム前駆体としては、ビス（ジアルキルペンタジエニル）ルテニウム化合物、ビス（アルキルペンタジエニル）ルテニウム化合物、ビス（ペンタジエニル）ルテニウム化合物、またはこれらの組合せを挙げることができる。ルテニウム前駆体の例としては、ビス（２，４−ジメチルペンタジエニル）ルテニウム、ビス（２，４−ジエチルペンタジエニル）ルテニウム、ビス（２，４−ジイソプロピルペンタジエニル）ルテニウム、ビス（２，４−ジターシャリブチルペンタジエニル）ルテニウム、ビス（メチルペンタジエニル）ルテニウム、ビス（エチルペンタジエニル）ルテニウム、ビス（イソプロピルペンタジエニル）ルテニウム、ビス（ターシャリブチルペンタジエニル）ルテニウム、これらの誘導体、またはこれらの組合せが挙げられる。いくつかの実施形態では、他のルテニウム前駆体としては、トリス（２、２、６、６−テトラメチル−３、５−ヘプタンジオナト）ルテニウム、ジカルボニルペンタジエニルルテニウム、ルテニウムアセチルアセトナート、２，４−ジメチルペンタジエニルシクロペンタジエニルルテニウム、ビス（２、２、６、６−テトラメチル−３、５−ヘプタンジオナト）（１，５−シクロオクタジエン）ルテニウム、２，４−ジメチルペンタジエニルメチルシクロペンタジエニルルテニウム、１，５−シクロオクタジエンシクロペンタジエニルルテニウム、１，５−シクロオクタジエンメチルシクロペンタジエニルルテニウム、１，５−シクロオクタジエンエチルシクロペンタジエニルルテニウム、２，４−ジメチルペンタジエニルエチルシクロペンタジエニルルテニウム、２，４−ジメチルペンタジエニルイソプロピルシクロペンタジエニルルテニウム、ビス（Ｎ，Ｎ−ジメチル−１，３−テトラメチルジイミナト）−１，５−シクロオクタジエンルテニウム、ビス（Ｎ，Ｎ−ジメチル−１，３−ジメチルジイミナト）−１，５−シクロオクタジエンルテニウム、ビス（アリル）−１，５−シクロオクタジエンルテニウム、η６−Ｃ６Ｈ６−１，３−シクロヘキサジエンルテニウム、ビス（１，１−ジメチル−２−アミノエトキシラト）−１、５−シクロオクタジエンルテニウム、ビス（１，１−ジメチル−２−アミノエチルアミナト）−１、５−シクロオクタジエンルテニウム、ビス（シクロペンタジエニル）ルテニウム、ビス（メチルシクロペンタジエニル）ルテニウム、ビス（エチルシクロペンタジエニル）ルテニウム、およびビス（ペンタメチルシクロペンタジエニル）ルテニウム、またはこれらの誘導体が挙げられる。
【００７０】
本明細書に記載された材料を堆積させるのに有用なコバルト前駆体としては、コバルトカルボニル錯体、コバルトアミジナート化合物、コバルトセン化合物、コバルトジエニル錯体、コバルトニトロシル錯体、これらの誘導体、これらの錯体、これらのプラズマ、またはこれらの組合せが挙げられる。いくつかの実施形態では、コバルト材料は、本発明の譲受人に譲渡された米国特許第７，１１６４，８４６号および第７，４０４，９８５号に詳細に記載されたＣＶＤおよびＡＬＤプロセスによって堆積させることができる。これらの特許を参照により本明細書に組み込む。
【００７１】
いくつかの実施形態では、コバルトカルボニル化合物または錯体をコバルト前駆体として利用することができる。コバルトカルボニル化合物または錯体は、一般化学式（ＣＯ）ｘＣｏｙＬｚを有する。式中、Ｘは、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、または１２とすることができ、Ｙは、１、２、３、４、または５とすることができ、Ｚは、１、２、３、４、５、６、７、または８とすることができる。基Ｌは、存在しない、１個の配位子または複数個の配位子であり、これらは同じ配位子であっても異なる配位子であってもよく、これには、シクロペンタジエニル、アルキルシクロペンタジエニル（例えば、メチルシクロペンタジエニルまたはペンタメチルシクロペンタジエニル）、ペンタジエニル、アルキルペンタジエニル、シクロブタジエニル、ブタジエニル、エチレン、アリル（またはプロピレン）、アルケン、ジアルケン、アルキン、アセチレン、ブチルアセチレン、ニトロシル、アンモニア、あるいはこれらの誘導体が含まれる。
【００７２】
一実施形態では、堆積プロセス中に、ジコバルトヘキサカルボニルアセチル化合物を使用してコバルト材料（例えば、コバルト層２２０）を形成することができる。ジコバルトヘキサカルボニルアセチル化合物は（ＣＯ）６Ｃｏ２（ＲＣ≡ＣＲ’）の化学式を有することができる。式中、ＲおよびＲ’は、独立に、水素、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、ターシャリブチル、ペンタ、ベンジル、アリール、これらの異性体、これらの誘導体、またはこれらの組合せである。一例では、ジコバルトヘキサカルボニルブチルアセチレン（ＣＣＴＢＡ、（ＣＯ）６Ｃｏ２（ＨＣ≡ＣｔＢｕ））がコバルト前駆体である。ジコバルトヘキサカルボニルアセチル化合物の他の例としては、ジコバルトヘキサカルボニルメチルブチルアセチレン（（ＣＯ）６Ｃｏ２（ＭｅＣ≡ＣｔＢｕ））、ジコバルトヘキサカルボニルフェニルアセチレン（（ＣＯ）６Ｃｏ２（ＨＣ≡ＣＰｈ））、ヘキサカルボニルメチルフェニルアセチレン（（ＣＯ）６Ｃｏ２（ＭｅＣ≡ＣＰｈ））、ジコバルトヘキサカルボニルメチルアセチレン（（ＣＯ）６Ｃｏ２（ＨＣ≡ＣＭｅ））、ジコバルトヘキサカルボニルジメチルアセチレン（（ＣＯ）６Ｃｏ２（ＭｅＣ≡ＣＭｅ））、これらの誘導体、これらの錯体、これらのプラズマ、またはこれらの組合せが挙げられる。他の例示的なコバルトカルボニル錯体としては、シクロペンタジエニルコバルトビス（カルボニル）（ＣｐＣｏ（ＣＯ）２）、トリカルボニルアリルコバルト（（ＣＯ）３Ｃｏ（ＣＨ２ＣＨ＝ＣＨ２））、またはこれらの誘導体が挙げられる。
【００７３】
別の実施形態では、コバルトアミジナートまたはコバルトアミノ錯体をコバルト前駆体として利用することができる。コバルトアミノ錯体には一般化学式（ＲＲ’Ｎ）ＸＣｏを有する。式中、Ｘは、１、２、または３とすることができ、ＲおよびＲ’は、独立に、水素、メチル、エチル、プロピル、ブチル、アルキル、シリル、アルキルシリル、これらの誘導体、またはこれらの組合せである。いくつかの例示的なコバルトアミノ錯体としては、ビス（ジ（ブチルジメチルシリル）アミノ）コバルト（（（ＢｕＭｅ２Ｓｉ）２Ｎ）２Ｃｏ）、ビス（ジ（エチルジメチルシリル）アミノ）コバルト（（（ＥｔＭｅ２Ｓｉ）２Ｎ）２Ｃｏ）、ビス（ジ（プロピルジメチルシリル）アミノ）コバルト（（（ＰｒＭｅ２Ｓｉ）２Ｎ）２Ｃｏ）、ビス（ジ（トリメチルシリル）アミノ）コバルト（（（Ｍｅ３Ｓｉ）２Ｎ）２Ｃｏ）、トリス（ジ（トリメチルシリル）アミノ）コバルト（（（Ｍｅ３Ｓｉ）２Ｎ）３Ｃｏ）、またはこれらの誘導体が挙げられる。
【００７４】
いくつかの例示的なコバルト前駆体としては、メチルシクロペンタジエニルコバルトビス（カルボニル）（ＭｅＣｐＣｏ（ＣＯ）２）、エチルシクロペンタジエニルコバルトビス（カルボニル）（ＥｔＣｐＣｏ（ＣＯ）２）、ペンタメチルシクロペンタジエニルコバルトビス（カルボニル）（Ｍｅ５ＣｐＣｏ（ＣＯ）２）、ジコバルトオクタ（カルボニル）（Ｃｏ２（ＣＯ）８）、ニトロシルコバルトトリス（カルボニル）（（ＯＮ）Ｃｏ（ＣＯ）３）、ビス（シクロペンタジエニル）コバルト、（シクロペンタジエニル）コバルト（シクロヘキサジエニル）、シクロペンタジエニルコバルト（１，３−ヘキサジエニル）、（シクロブタジエニル）コバルト（シクロペンタジエニル）、ビス（メチルシクロペンタジエニル）コバルト、（シクロペンタジエニル）コバルト（５−メチルシクロペンタジエニル）、ビス（エチレン）コバルト（ペンタメチルシクロペンタジエニル）、ヨウ化コバルトテトラカルボニル、コバルトテトラカルボニルトリクロロシラン、塩化カルボニルトリス（トリメチルホスフィン）コバルト、コバルトトリカルボニル−ヒドロトリブチルホスフィン、アセチレンジコバルトヘキサカルボニル、アセチレンジコバルトペンタカルボニルトリエチルホスフィン、これらの誘導体、これらの錯体、これらのプラズマ、またはこれらの組合せが挙げられる。
【００７５】
窒素前駆体を使用して窒化物または窒素含有材料を堆積させることができる。本明細書に記載された材料を堆積させるのに有用な窒素前駆体としては、アンモニア（ＮＨ３）、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）、メチルヒドラジン（（ＣＨ３）ＨＮ２Ｈ２）、ジメチルヒドラジン（（ＣＨ３）２Ｎ２Ｈ２）、ｔ−ブチルヒドラジン（Ｃ４Ｈ９Ｎ２Ｈ３）、フェニルヒドラジン（Ｃ６Ｈ５Ｎ２Ｈ３）、他のヒドラジン誘導体、アミン、窒素プラズマ源（例えば、Ｎ２、原子状Ｎ、Ｎ２／Ｈ２、ＮＨ３、またはＮ２Ｈ４プラズマ）、２，２’−アゾターシャリブタン（（ＣＨ３）６Ｃ２Ｎ２）、メチルアジド（ＣＨ３Ｎ３）、エチルアジド（Ｃ２Ｈ５Ｎ３）、トリメチルシリルアジド（Ｍｅ３ＳｉＮ３）などの有機またはアルキルアジド、無機アジド（例えば、ＮａＮ３またはＣｐ２ＣｏＮ３）および他の好適な窒素源が挙げられる。Ｎ３、Ｎ２、Ｎ、ＮＨ、またはＮＨ２などのラジカル窒素化合物は、熱、ホットワイヤ、インサイチュプラズマ、または遠隔プラズマによって生成することができる。一例では、窒素前駆体はアンモニアである。別の例では、窒素前駆体は、インサイチュまたは遠隔プラズマシステムによって形成された窒素プラズマを含んでいる。
【００７６】
窒化タンタル、タンタル含有材料を含めて、様々な材料を堆積させるために使用することができる他の反応ガスとしては酸素源および還元剤が挙げられる。ケイ酸タンタル、酸化タンタル、または酸窒化タンタルなどのタンタル含有材料は、気相堆積（例えば、ＡＬＤまたはＣＶＤ）プロセスへ酸素源を添加することにより形成することができる。酸素源または酸素前駆体としては、原子状Ｏ、Ｏ２、Ｏ３、Ｈ２Ｏ、Ｈ２Ｏ２、有機過酸化物、これらの誘導体、またはこれらの組合せが挙げられる。還元性化合物を気相堆積プロセスに入れて、金属タンタル、窒化ホウ素タンタルまたは窒化リンタンタルなどのタンタル前駆体を形成することができる。還元性化合物としては、ボラン（ＢＨ３）、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）、アルキルボラン（例えば、Ｅｔ３Ｂ）、ホスフィン（ＰＨ３）、水素（Ｈ２）、これらの誘導体、またはこれらの組合せが挙げられる。
【００７７】
ＡＬＤチャンバなどのプロセッシングチャンバの詳細な説明は、本発明の譲受人に譲渡された米国特許第６，９１６，３９８号、ならびに、２００２年１０月２５日に出願され、米国特許出願公開第２００３−０１２１６０８号として公開された、米国特許出願第１０／２８１，０７９号に記載されている。これらの特許の全体を参照により本明細書に組み込む。一実施形態では、プラズマ助長型ＡＬＤ（ＰＥ−ＡＬＤ）プロセスを使用してタンタル材料を堆積させる。ＰＥ−ＡＬＤを行うチャンバおよびプロセスは、本発明の譲受人に譲渡された米国特許第６，９９８，０１４号に詳細に記載されている。この特許の全体を参照により本明細書に組み込む。ＰＤＭＡＴまたはＴＡＩＭＡＴＡなどの前駆体を予熱するための気化器またはアンプルの詳細な説明は、本発明の譲受人に譲渡された米国特許第６，９１５，５９２号および第７，１８６，３８５号に記載されている。これらの特許の全体を参照により本明細書に組み込む。ＰＤＭＡＴまたはＴＡＩＭＡＴＡなどの前駆体をプロセッシングチャンバに送達するためのシステムの詳細な説明は、本発明の譲受人に譲渡された米国特許第６，９５５，２１１号、ならびに、２００３年１１月３日に出願され、米国特許出願公開第２００５−００９５８５９号として公開された、米国特許出願第１０／７００，３２８号に記載されている。これらの特許の全体を参照により本明細書に組み込む。
【００７８】
カバレージ−発散リッドアセンブリ
図３Ａ〜３Ｃは、本明細書の実施形態に記載されている、ＡＬＤプロセス用に作られたガス送達システム１１３０を含むプロセッシングチャンバ１１００の概略図である。プロセッシングチャンバ１１００は、側壁部１１０４および底部１１０６を有するチャンバボディ１１０２を備えている。プロセッシングチャンバ１１００のスリットバルブ１１０８は、ロボット（図示せず）が、２００ｍｍまたは３００ｍｍの半導体ウェーハまたはガラス基板などの基板１１１０を、プロセッシングチャンバ１１００へ送達しそこから取り出すためのアクセスを提供する。本明細書に記載された前処理プロセスおよび堆積プロセスで使用することができるプロセッシングチャンバの詳細な開示は、本発明の譲受人に譲渡された米国特許第６，９１６，３９８号および第７，２０４，８８６号、ならびに、２００７年１０月２４日に出願され、米国特許出願公開第２００８−０１０２２０８号として公開された、米国特許出願第１１／９２３，５８３号に見出すことができる。これらの特許の全体を参照により本明細書に組み込む。
【００７９】
基板支持部１１１２が、プロセッシングチャンバ１１００の基板受け面１１１１上に基板１１１０を支持する。基板支持部１１１２は、基板支持部１１１２およびその上に配置された基板１１１０を上下させるためのリフトモーター１１１４に取り付けられている。リフトモーター１１１８に接続されたリフトプレート１１１６がプロセッシングチャンバ１１００に取り付けられ、基板支持部１１１２を通して移動可能に配置されたリフトピン１１２０を上下させる。リフトピン１１２０は、基板支持部１１１２の表面を覆う基板１１１０を上下させる。基板支持部１１１２は、堆積プロセス中に基板支持部１１１２へ基板１１１０を固定するための真空チャック（図示せず）、静電チャック（図示せず）またはクランプリング（図示せず）を備えることができる。
【００８０】
基板支持部１１１２の温度を調節して、その上に配置された基板１１１０の温度を制御することができる。例えば、基板支持部１１１２は、抵抗ヒーター（図示せず）などの埋込み型発熱体を使用して加熱することもできるし、あるいは、基板支持部１１１２上方に配置された加熱ランプ（図示せず）などの放射熱を使用して加熱することもできる。パージリング１１２２を基板支持部１１１２上に配置してパージチャネル１１２４を画定することができる。パージチャネル１１２４は、基板１１１０の周辺部分にパージガスを供給してその上の堆積を防止する。
【００８１】
ガス送達システム１１３０をチャンバボディ１１０２の上部に配置して、プロセスガスおよび／またはパージガスなどのガスをプロセッシングチャンバ１１００へ供給する。図３Ａ〜３Ｃは、少なくとも２種のガス源または化学的前駆体に基板１１１０をさらすように構成されたガス送達システム１１３０を示す。他の例では、ガス送達システム１１３０は、単一のガス源、あるいは３種以上のガス源または化学的前駆体に基板１１１０をさらすように再構成することができる。真空システム１１７８が、ポンピングチャネル１１７９と連通しており、プロセッシングチャンバ１１００からすべての所望のガスを排出するとともに、プロセッシングチャンバ１１００のポンピングゾーン１１６６内を所望の圧力または所望の圧力範囲に保持するのに役立っている。
【００８２】
一実施形態では、ガス送達システム１１３０はチャンバリッドアセンブリ１１３２を含み、このチャンバリッドアセンブリ１１３２は、その中央部分を通して延在するガス分散チャネル１１２８を有する。ガス分散チャネル１１２８は、基板受け面１１１１に垂直に延在するとともに、ガス分散チャネル１１２８の中心軸１１３３に沿ってリッドプレート１１７０の中を下面１１６０まで延在している。集束チャネル１１３４ａはガス分散チャネル１１２８の一部分であり、ガス分散チャネル１１２８の上部１１３７内で中心軸１１３３に向かってテーパが付けられている。発散チャネル１１３４ｂはガス分散チャネル１１２８の一部分であり、ガス分散チャネル１１２８の下部１１３５内で中心軸１１３３から離れるようにテーパが付けられている。スロットル１１３１は、集束チャネル１１３４ａと発散チャネル１１３４ｂを分離する狭い通路である。ガス分散チャネル１１２８は、下面１１６０を通って反応ゾーン１１６４内へさらに延在している。下面１１６０は、発散チャネル１１３４からチョーク１１６２まで延在している。下面１１６０は、基板支持部１１１２の基板受け面１１１１上に配置された基板１１１０を実質的に覆うようなサイズと形状を有する。
【００８３】
プロセスガスは、円形ガスフロー１１７４として、スロットル１１３１を通り抜けるときに、スロットル１１３１を持たない同様に構成されたプロセッシングチャンバよりも、ガス分散チャネル１１２８の中心軸１１３３のまわりにより多くの回転を作ることになる。円形ガスフロー１１７４としては、ボルテックスパターン、ヘリックスパターン、スパイラルパターン、回転パターン、ツイストパターン、コイルパターン、渦巻きパターン、またはこれらの派生形などのフローパターンを挙げることができる。円形ガスフロー１１７４は、ガス分散チャネル１１２８の中心軸１１３３のまわりに、少なくとも約１回転、好ましくは少なくとも約１．５回転、より好ましくは少なくとも約２回転、より好ましくは少なくとも約３回転、より好ましくは約４回転以上延在することができる。
【００８４】
ガス分散チャネル１１２８は、ガス導入口１１３６ａ、１１３６ｂを有し、同様の二対のバルブ１１４２ａ／１１５２ａ、１１４２ｂ／１１５２ｂからガスフローを供給する。これらは一緒におよび／または別々に供給することができる。一構成では、バルブ１１４２ａおよびバルブ１１４２ｂは、別々の反応物ガス源に結合されているが、同一のパージガス源に結合されていることが好ましい。例えば、バルブ１１４２ａは反応物ガス源１１３８に結合され、バルブ１１４２ｂは反応物ガス源１１３９に結合され、両バルブ１１４２ａ、１１４２ｂともパージガス源１１４０に結合されている。それぞれのバルブ１１４２ａ、１１４２ｂは、バルブシートアセンブリ１１４４ａ、１１４４ｂを有する送達ライン１１４３ａ、１１４３ｂを含んでおり、それぞれのバルブ１１５２ａ、１１５２ｂは、バルブシートアセンブリ１１４６ａ、１１４６ｂを有するパージライン１１４５ａ、１１４５ｂを含んでいる。送達ライン１１４３ａ、１１４３ｂは、反応物ガス源１１３８、１１４３と流体連通しており、かつ、ガス分散チャネル１１２８のガス導入口１１３６ａ、１１３６ｂと流体連通している。送達ライン１１４３ａ、１１４３ｂのバルブシートアセンブリ１１４４ａ、１１４４ｂは、反応物ガス源１１３８、１１４３からガス分散チャネル１１２８への反応物ガスのフローを制御している。パージライン１１４５ａ、１１４５ｂは、パージガス源１１４０と流体連通しており、送達ライン１１４３ａ、１１４３ｂのバルブシートアセンブリ１１４４ａ、１１４４ｂの下流で送達ライン１１４３ａ、１１４３ｂと交差している。パージライン１１４５ａ、１１４５ｂのバルブシートアセンブリ１１４６ａ、１１４６ｂは、パージガス源１１４０からガス分散チャネル１１２８へのパージガスのフローを制御している。キャリアガスを使用して反応物ガス源１１３８、１１４３から反応物ガスを送達する場合、キャリアガスおよびパージガスとして同一のガスを使用することができる（例えば、キャリアガスおよびパージガスとしてアルゴンを使用する）。
【００８５】
それぞれのバルブシートアセンブリ１１４４ａ、１１４４ｂ、１１４６ａ、１１４６ｂは、ダイアフラム（図示せず）およびバルブシート（図示せず）を有することができる。ダイアフラムは、それぞれ、付勢により開いたり閉じたりすることもでき、作動させて閉じたり開いたりすることもできる。ダイアフラムは、空気的に作動させてもよく、または電気的に作動させてもよい。空気作動バルブとしては、Ｆｕｊｉｋｉｎ、Ｉｎｃ．およびＶｅｒｉｆｌｏ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ、Ｐａｒｋｅｒ  Ｈａｎｎｉｆｉｎ、Ｃｏｒｐ．から市販されている空気作動バルブが挙げられる。電気作動バルブとしては、Ｆｕｊｉｋｉｎ、Ｉｎｃ．から市販されている電気作動バルブが挙げられる。例えば、使用することができるＡＬＤバルブは、Ｆｕｊｉｋｉｎ型番ＦＰＲ−ＵＤＤＦＡＴ−２１−６．３５−ＰＩ−ＡＳＮまたはＦｕｊｉｋｉｎ型番ＦＰＲ−ＮＨＤＴ−２１−６．３５−ＰＡ−ＡＹＴである。プログラマブルロジックコントローラ１１４８ａ、１１４８ｂをバルブ１１４２ａ、１１４２ｂに結合して、バルブ１１４２ａ、１１４２ｂのバルブシートアセンブリ１１４４ａ、１１４４ｂ、１１４６ａ、１１４６ｂのダイアフラムの作動を制御することができる。空気作動バルブは、約０．０２０秒もの短時間のガスのパルスを供給することができる。電気作動バルブは、約０．００５秒もの短時間のガスのパルスを供給することができる。電気作動バルブには、通常、バルブとプログラマブルロジックコントローラの間に結合されたドライバーの使用が必要である。
【００８６】
それぞれのバルブ１１４２ａ、１１４２ｂをゼロデッドボリュームバルブとすることにより、バルブシートアセンブリ１１４４ａ、１１４４ｂを閉じた場合、送達ライン１１４３ａ、１１４３ｂから反応物ガスのフラッシングを可能にすることができる。例えば、パージライン１１４５ａ、１１４５ｂは、送達ライン１１４３ａ、１１４３ｂのバルブシートアセンブリ１１４４ａ、１１４４ｂに隣接して配置することができる。バルブシートアセンブリ１１４４ａ、１１４４ｂを閉じた場合、パージライン１１４５ａ、１１４５ｂがパージガスを供給して送達ライン１１４３ａ、１１４３ｂをフラッシングすることができる。一実施形態では、バルブシートアセンブリ１１４４ａ、１１４４ｂが開いている場合にパージガスが直接この中に送達されないように、パージライン１１４５ａ、１１４５ｂは、送達ライン１１４３ａ、１１４３ｂのバルブシートアセンブリ１１４４ａ、１１４４ｂからわずかに間隔を置いて配置されている。本明細書で使用されるゼロデッドボリュームバルブとは、デッドボリュームが無視できる（例えば、必ずしもゼロデッドボリュームではない）バルブとして定義される。
【００８７】
それぞれのバルブ対１１４２ａ／１１５２ａ、１１４２ｂ／１１５２ｂは、反応物ガスとパージガスを組み合わせたガスフローの供給、ならびに／またはこれらのガス個別のガスフローを供給するように作ることができる。バルブ対１１４２ａ／１１５２ａに関して、反応物ガスとパージガスを組み合わせたガスフローの一例としては、パージガス源１１４０からパージライン１１４５ａを通るパージガスの連続フローと、反応物ガス源１１３８から送達ライン１１４３ａを通る反応物ガスのパルスとが挙げられる。パージガスの連続フローは、パージライン１１４５ａのバルブシートアセンブリ１１４６ａのダイアフラムを開にしておくことにより供給することができる。反応物ガス源１１３８からの反応物ガスのパルスは、送達ライン１１４３ａのバルブシートアセンブリ１１４４ａのダイアフラムを開閉することによって供給することができる。バルブ対１１４２ａ／１１５２ａに関して、反応物ガスとパージガスの個別のガスフローの一例としては、パージガス源１１４０からパージライン１１４５ａを通るパージガスのパルスと、反応物ガス源１１３８から送達ライン１１４３ａを通る反応物ガスのパルスとが挙げられる。パージガスのパルスは、パージライン１１４５ａのバルブシートアセンブリ１１４６ａのダイアフラムを開閉することによって供給することができる。反応物ガス源１１３８からの反応物ガスのパルスは、送達ライン１１４３ａのバルブシートアセンブリ１１４４ａのダイアフラムを開閉することによって供給することができる。
【００８８】
バルブ１１４２ａ、１１４２ｂの送達ライン１１４３ａ、１１４３ｂは、ガス導管１１５０ａ、１１５０ｂを通ってガス導入口１１３６ａ、１１３６ｂに結合させることができる。ガス導管１１５０ａ、１１５０ｂは、バルブ１１４２ａ、１１４２ｂと一体化してもよく、あるいは、これらから分離することもできる。一態様では、バルブ１１４２ａ、１１４２ｂは、バルブ１１４２ａ、１１４２ｂとガス導入口１１３６ａ、１１３６ｂの間の、送達ライン１１４３ａ、１１４３ｂおよびガス導管１１５０ａ、１１５０ｂのすべての不要な容積を減少させるために、ガス分散チャネル１１２８のすぐ近くに結合されている。
【００８９】
図３Ｃは、それぞれのガス導管１１５０ａおよび１１５０ｂならびにガス導入口１１３６ａおよび１１３６ｂを示しており、これらは、ガス分散チャネル１１２８の中心軸１１３３に対して様々な角度で配置されている。それぞれのガス導管１１５０ａ、１１５０ｂおよびガス導入口１１３６ａ、１１３６ｂは、中心軸１１３３に対して垂直（＋β、−β＝９０°）に配置するか、あるいは、中心軸１１３３に対して、ガス導管１１５０ａ、１１５０ｂの中心線１１７６ａおよび１１７６ｂから角度＋βまたは角度−β（０°＜＋β＜９０°または０°＜−β＜９０°）に配置することが好ましい。したがって、ガス導管１１５０ａ、１１５０ｂを、中心軸１１３３に垂直に、水平に配置することにより、および、角度＋βで下方へ傾けることにより、または角度−βで上方へ傾けることにより、ガスフローを基板１１１０に向かって直接下方へ供給するのではなく、ガス分散チャネル１１２８の壁部に向かって供給することができる。このことは、基板１１１０の表面上に吸着された反応物を吹き飛ばす可能性を低下させるのに役立つ。さらに、ガス導管１１５０ａ、１１５０ｂの直径を、バルブ１１４２ａ、１１４２ｂの送達ライン１１４３ａ、１１４３ｂからガス導入口１１３６ａ、１１３６ｂへと大きくして、ガス分散チャネル１１２８内へガスフローが入る前にその速度を低下させるのに役立てることができる。例えば、ガス導管１１５０ａ、１１５０ｂは、内径が徐々に大きくなるものであってもよく、あるいは、内径が大きくなる複数の導管が接続されていてもよい。
【００９０】
図３Ｃは、中心軸１１３３に沿って上部１１３７からスロットル１１３１まで、集束チャネル１１３４ａ内で内径が小さくなるガス分散チャネル１１２８を示す。さらに、ガス分散チャネル１１２８の内径は、中心軸１１３３に沿ってスロットル１１３１からチャンバリッドアセンブリ１１３２の下面１１６０に隣接する下部１１３５まで、発散チャネル１１３４ｂ内で大きくなる。一例では、直径１００ｍｍの基板を処理するように作られたプロセッシングチャンバ１１００は、以下の直径を有することができる。ガス分散チャネル１１２８の上部１１３７の直径は、約０．５インチから約２インチまで、好ましくは約０．７５インチから約１．５インチまで、より好ましくは０．８インチから約１．２インチまでの範囲内、例えば約１インチとすることができる。ガス分散チャネル１１２８のスロットル１１３１の直径は、約０．１インチから約１．５インチまで、好ましくは約０．３インチから約０．９インチまで、より好ましくは０．５インチから約０．８インチまでの範囲内、例えば約０．６６インチとすることができる。ガス分散チャネル１１２８の下部１１３５の直径は、約０．５インチから約２インチまで、好ましくは約０．７５インチから約１．５インチまで、より好ましくは０．８インチから約１．２インチまでの範囲内、例えば約１インチとすることができる。
【００９１】
一般に、上記の寸法は、約５００ｓｃｃｍから約２０ｓｌｍまでの範囲内のトータルガス流量を供給するように作られたガス分散チャネル１１２８に適用される。他の特定の実施形態では、これらの寸法は、ガス分散チャネルを通って流れる一定のガスフローに対応するように変えることができる。一般に、より大きなガスフローは、より大きな直径のガス分散チャネル１１２８を必要とすることになる。
【００９２】
理論に縛られることを望むものではないが、ガス分散チャネル１１２８の上部１１３７からスロットル１１３１まで徐々に小さくなり、スロットル１１３１からガス分散チャネル１１２８の下部１１３５まで大きくなっているガス分散チャネル１１２８の直径が、ガス分散チャネル１１２８内のガスの断熱膨張を少なくすることができ、これが、円形ガスフロー１１７４に含まれているプロセスガスの温度を制御するのに役立つと考えられる。例えば、ガス導入口１１３６ａ、１１３６ｂを通してガス分散チャネル１１２８内に送達されたガスの突然の断熱膨張はガス温度の低下をもたらす可能性があり、これが、ガスの結露および液滴の形成をもたらす恐れがある。一方、徐々にテーパを付けたガス分散チャネル１１２８は、ガスの断熱膨張が少ないと考えられる。したがって、より多くの熱がガスに、またはガスから移動することができ、したがって、ガスの温度は、ガスを取り囲む温度を制御する（例えば、チャンバリッドアセンブリ１１３２の温度を制御する）ことにより、より容易に制御することができる。ガス分散チャネル１１２８は、徐々にテーパを付けることができ、１つまたは複数のテーパを付けた内面、例えばテーパを付けたストレート面、凹面、凸面、またはこれらの組合せなどを有することができ、あるいは、１つまたは複数のテーパを付けた内面の区画（例えば、一部にテーパを付けてあり、一部にはテーパを付けていない）を有することもできる。
【００９３】
一実施形態では、ガス導入口１１３６ａ、１１３６ｂは、ガス分散チャネル１１２８の上部１１３７に隣接して設置されている。他の実施形態では、１つまたは複数のガス導入口１１３６ａ、１１３６ｂを、上部１１３７と下部１１３５の間のガス分散チャネル１１２８の全長に沿って設置することができる。
【００９４】
それぞれのガス導管１１５０ａおよび１１５０ｂを、ガス導管１１５０ａおよび１１５０ｂの中心線１１７６ａおよび１１７６ｂとガス分散チャネル１１２８の中心からの半径線とのなす角度αに配置することができるが、これは、それぞれのガス導管１１５０ａおよび１１５０ｂについて図３Ｃに示すように、それぞれのガス導管１１５０ａ、１１５０ｂは、ガス導管１１５０ａ、１１５０ｂの中心線とガス分散チャネル１１２８の半径線とのなす角度αに配置することができるのと同様である。好ましくは角度α（例えば、α＞０°の場合）に配置したガス導管１１５０ａ、１１５０ｂを通してガスを入れると、このガスは、円形ガスフロー１１７４で表される円形方向（図３Ｂ〜３Ｃ）に流れる。膨張チャネルの壁部に対して直接、直線的に供給する場合（例えば、α＝０°の場合）とは異なり、角度αでガスを供給することは、ガス分散チャネル１１２８を通して乱流ではなく、より層流を供給するのに役立つ。ガス分散チャネル１１２８内の層流は、ガス分散チャネル１１２８の内面およびチャンバリッドアセンブリ１１３２の他の表面のパージングを向上させると考えられる。それに比べて、乱流は、ガス分散チャネル１１２８の内面および他の表面の全体にわたって一様に流れない可能性があり、ガスフローがないデッドスポットまたは停滞スポットができる恐れがある。一態様では、ガス導管１１５０ａ、１１５０ｂおよび対応するガス導入口１１３６ａ、１１３６ｂは、互いに間隔を置いて配置され、フローを同一の円形方向（例えば、時計回りまたは反時計回り）に導く。
【００９５】
理論に縛られることを望むものではないが、図３Ｃは、チャンバリッドアセンブリ１１３２のガス分散チャネル１１２８の断面図であり、これを通って流れるガスフローの概略図を示す。ガス分散チャネル１１２８内の正確なフローパターンは知られていないが、円形ガスフロー１１７４（図３Ｂ〜３Ｃ）は、ボルテックスフロー、ヘリックスフロー、スパイラルフロー、スワールフロー、回転フロー、ツイストフロー、コイルフロー、らせん状フロー、カールフロー、渦巻きフロー、これらの派生形、またはこれらの組合せなどの円形フローパターンでガス分散チャネル１１２８内を移動する可能性があると考えられる。図３Ｃ示すように、円形フローは、基板１１１０から離れた区画ではなく、「プロセッシング領域」に供給することができる。一態様では、円形ガスフロー１１７４は、ガス分散チャネル１１２８の内面全体にわたるボルテックスフローパターンのスイーピング作用により、ガス分散チャネル１１２８のより効率的なパージを行うのに役立てることができる。
【００９６】
一実施形態では、図３Ｃは、ガス導入口１１３６ａ、１１３６ｂと基板１１１０の間の距離１１７５が十分に長く、円形ガスフロー１１７４が消えて下向きのフローになることを示しているが、これは、基板１１１０の表面全体にわたってスパイラルフローが流れることは望ましくない場合があるからである。円形ガスフロー１１７４は層流のかたちで進みチャンバリッドアセンブリ１１３２および基板１１１０の表面を効率的にパージすると考えられる。１つの特定の実施形態では、ガス分散チャネル１１２８の上部１１３７と基板１１１０の間の距離１１７５の長さは、約３インチから約８インチまで、好ましくは約３．５インチから約７インチまで、より好ましくは約４インチから約６インチまでの範囲内、例えば約５インチとすることができる。
【００９７】
距離１１７７ａは、リッドキャップ１１７２内のガス分散チャネル１１２８の上部１１３７とスロットル１１３１の間の中心軸１１３３に沿った集束チャネル１１３４ａの長さであり、距離１１７７ｂは、リッドキャップ１１７２内のスロットル１１３１とリッドキャップ１１７２の下面１１７３の間の中心軸１１３３に沿った発散チャネル１１３４ｂの長さである。一例では、距離１１７７ａは、約１インチから約４インチまで、好ましくは約１．２５インチから約３インチまで、より好ましくは約１．５インチから約２．５インチまでの範囲内、例えば約２インチの長さを有することができ、距離１１７７ｂは、約０．５インチから約４インチまで、好ましくは約１インチから約３インチまで、より好ましくは約１．２５インチから約１．７５インチまでの範囲内、例えば約１．５インチの長さを有することができる。
【００９８】
図３Ａは、チャンバリッドアセンブリ１１３２の下面１１６０の少なくとも一部分に、ガス分散チャネル１１２８からチャンバリッドアセンブリ１１３２の周辺部分までテーパを付けて、ガス分散チャネル１１２８から基板１１１０の表面全体にわたって（例えば、基板の中心から基板の縁部まで）のガスフローの速度プロフィルを向上させるのに役立つことができることを示している。下面１１６０は、ストレート面、凹面、凸面、またはこれらの組合せなどの、１つまたは複数のテーパ面を有することができる。一実施形態では、下面１１６０は漏斗の形状にテーパが付けられている。
【００９９】
一例では、下面１１６０は、チャンバリッドアセンブリ１１３２の下面１１６０と基板１１１０の間を移動するプロセスガスの速度の変動を低下させるのに役立つように下方へ傾斜して、基板１１１０の表面が反応物ガスに均一にさらされるように支援している。一実施形態では、チャンバリッドアセンブリ１１３２の下方へ傾斜する下面１１６０と基板１１１０の表面との間の、フロー断面の最大面積とフロー断面の最小面積との比は、約２未満、好ましくは約１．５未満、より好ましくは約１．３未満、より好ましくは約１である。
【０１００】
理論に縛られることを望むものではないが、基板１１１０の表面全体にわたってより均一な速度で移動するガスフローは、基板１１１０上にガスのより均一な堆積をもたらすのに役立つと考えられる。ガスの速度はガスの濃度に正比例し、このガス濃度は基板１１１０表面上のガスの堆積速度に正比例すると考えられる。したがって、基板１１１０の表面の第１領域におけるガスの速度が基板１１１０の表面の第２領域の速度と比べて高いと、第１領域上のガスの堆積が増加すると考えられる。下方へ傾斜する下面１１６０を有するチャンバリッドアセンブリ１１３２は、基板１１１０の表面全体にわたってガスのより均一な堆積をもたらすと考えられる。何故ならば、下面１１６０は、基板１１１０の表面全体にわたってより均一な速度をもたらし、したがってより均一なガス濃度をもたらすからである。
【０１０１】
図３Ａは、チャンバリッドアセンブリ１１３２の周辺部分に、基板１１１０の周囲に隣接して設置されたチョーク１１６２を示している。チョーク１１６２は、チャンバリッドアセンブリ１１３２を組み立てて基板１１１０のまわりにプロセッシングゾーンを形成するときに、基板１１１０の周囲に隣接する領域においてこれを通るガスのフローを制限する任意の部材を含む。
【０１０２】
１つの特定の実施形態では、チョーク１１６２と基板支持部１１１２の間の間隔は、約０．０４インチから約２．０インチまで、好ましくは約０．０４インチから約０．２インチまでの範囲内とすることができる。この間隔は、堆積中に送達されるガスおよびプロセス条件に応じて異なってもよい。チョーク１１６２は、ポンピングゾーン１１６６（図３Ａ）の不均一な圧力分布から反応ゾーン１１６４を分離することにより、チャンバリッドアセンブリ１１３２と基板１１１０の間に画定される容積または反応ゾーン１１６４内の圧力分布をより均一にするのに役立つ。
【０１０３】
図３Ａを参照すると、一態様では、反応ゾーン１１６４はポンピングゾーン１１６６から分離されているので、反応物ガスまたはパージガスに基板１１１０を確実に十分にさらすには、反応物ガスまたはパージガスが反応ゾーン１１６４を十分に満たすだけでよい。従来のＣＶＤでは、先行技術のチャンバには、反応物の共反応が基板１１１０の表面全体にわたって確実に均一に起こるように、基板の全表面に反応物を組み合わせたフローを同時に均一に供給することが必要とされる。ＡＬＤでは、プロセッシングチャンバ１１００は、基板１１１０の表面に反応物を順次導入して、基板１１１０の表面上に反応物の薄層を交互に吸収させる。結果として、ＡＬＤは、基板１１１０の表面に同時に到達する反応物のフローを必要としない。代わりに、基板１１１０の表面上に反応物の薄層を吸着させるのに十分な量の反応物のフローを与える必要がある。
【０１０４】
反応ゾーン１１６４の容積は従来のＣＶＤチャンバの内部容積と比較するとより小さい可能性があるので、本明細書の一実施形態に記載されているように、ＡＬＤシーケンスの特定のプロセス用の反応ゾーン１１６４を満たすのに必要なガスの量はより少量でよい。例えば、反応ゾーン１１６４の容積は、直径２００ｍｍの基板を処理するように作られたチャンバについて、約１，０００ｃｍ３以下、好ましくは約５００ｃｍ３以下、より好ましくは約２００ｃｍ３以下とすることができる。別の例では、反応ゾーン１１６４の容積は、直径１００ｍｍの基板を処理するように作られたチャンバについて、約３，０００ｃｍ３以下、好ましくは約１，５００ｃｍ３以下、より好ましくは約６００ｃｍ３以下とすることができる。別の実施形態では、基板支持部１１１２を上げ下げして、堆積のために反応ゾーン１１６４の容積を調節することができる。反応ゾーン１１６４の容積がより小さいので、プロセッシングチャンバ１１００へ流すガスは、堆積ガスまたはパージガスのいずれも少ない量でよい。したがって、プロセッシングチャンバ１１００の処理能力がより大きく、かつ、ガスの使用量がより少ないことにより廃棄物を最小限にできるので、運転費用を低下させることができる。
【０１０５】
図３Ａ〜３Ｃに示すように、チャンバリッドアセンブリ１１３２はリッドキャップ１１７２とリッドプレート１１７０とを有しており、リッドキャップ１１７２とリッドプレート１１７０とがガス分散チャネル１１２８を形成している。リッドプレート１１７０とリッドキャップ１１７２の間に、任意選択で追加のプレートを配置することができる。他の実施形態では、ガス分散チャネル１１２８は、単一の材料から一体的に作ることができる。
【０１０６】
チャンバリッドアセンブリ１１３２は、その中に送達される特定のガスに応じて、冷却要素および／または加熱要素を含むことができる。チャンバリッドアセンブリ１１３２の温度を制御して、チャンバリッドアセンブリ１１３２上のガスの分解、堆積、または結露を防ぐことができる。例えば、水チャネル（図１０Ａの冷却材チャネル１０９０など）をチャンバリッドアセンブリ１１３２に形成して、チャンバリッドアセンブリ１１３２を冷却することができる。別の例では、加熱要素（図示せず）を埋め込むか、加熱要素がチャンバリッドアセンブリ１１３２の構成要素を取り囲んで、チャンバリッドアセンブリ１１３２を加熱することができる。一実施形態では、チャンバリッドアセンブリ１１３２の構成要素を個々に加熱または冷却することができる。例えば、図３Ａを参照すると、チャンバリッドアセンブリ１１３２はリッドプレート１１７０とリッドキャップ１１７２とを有することができ、リッドプレート１１７０とリッドキャップ１１７２とがガス分散チャネル１１２８を形成している。リッドキャップ１１７２を１つの温度範囲に保持することができ、かつ、リッドプレート１１７０を別の温度範囲に保持することができる。例えば、リッドキャップ１１７２を、ヒーターテープで包んでまたは別の加熱装置を使用することにより加熱して反応物ガスの結露を防ぐことができ、かつ、リッドプレート１１７０を周囲温度で保持することができる。別の例では、リッドキャップ１１７２を加熱することができ、かつ、リッドプレート１１７０をその中に形成された水チャネルで冷却して、リッドプレート１１７０上での反応物ガスの熱分解を防ぐことができる。
【０１０７】
チャンバリッドアセンブリ１１３２の構成要素および部品は、ステンレス鋼、アルミニウム、ニッケルめっきアルミニウム、ニッケル、これらの合金、または他の好適な材料などの材料から構成することができる。一実施形態では、リッドキャップ１１７２およびリッドプレート１１７０は、独立に、アルミニウム、アルミニウム合金、鋼、ステンレス鋼、これらの合金、またはこれらの組合せなどの金属から、組立て、機械加工、鍛造、または他の方法により作ることができる。
【０１０８】
一実施形態では、ガス分散チャネル１１２８の内面（リッドプレート１１７０およびリッドキャップ１１７２の両内面を含む）ならびにチャンバリッドアセンブリ１１３２の下面１１６０は、チャンバリッドアセンブリ１１３２のガス分散チャネル１１２８および下面１１６０に沿ってガスの層流を作るのに役立つように鏡面研磨面を有することができる。別の実施形態では、ガス導管１１５０ａ、１１５０ｂの内面は、そこを通るガスの層流を作るのに役立つように電解研磨することができる。
【０１０９】
他の実施形態では、ガス分散チャネル１１２８の内面（リッドプレート１１７０およびリッドキャップ１１７２の両内面を含む）ならびにチャンバリッドアセンブリ１１３２の下面１１６０は、表面全体にわたってより大きい表面積を作るように粗面または機械加工面を有することができる。粗面は、リッドプレート１１７０およびリッドキャップ１１７２の内面ならびに下面１１６０上に蓄積される望ましくない材料の付着を改善する。この望ましくない膜は、通常、気相堆積プロセスを行なった結果として形成され、下面１１６０およびガス分散チャネル１１２８の内面から剥離し、あるいは薄片となってはがれ落ちて基板１１１０を汚染する恐れがある。一例では、下面１１６０および／またはガス分散チャネル１１２８の内面の平均粗さ（Ｒａ）は、少なくとも約１０μインチ、例えば、約１０μインチ（約０．２５４μｍ）から約２００μインチ（約５．０８μｍ）まで、好ましくは約２０μインチ（約０．５０８μｍ）から約１００μインチ（約２．５４μｍ）まで、より好ましくは約３０μインチ（約０．７６２μｍ）から約８０μインチ（約２．０３２μｍ）までの範囲内とすることができる。別の例では、下面１１６０および／またはガス分散チャネル１１２８の内面の平均粗さは、少なくとも約１００μインチ（約２．５４μｍ）、好ましくは約２００μインチ（約５．０８μｍ）から約５００μインチ（約１２．７μｍ）までの範囲内とすることができる。
【０１１０】
図３Ａは、プログラムドパーソナルコンピュータ、ワークステーションコンピュータなどの制御装置１１８０を示す。この装置は、プロセッシング条件を制御するためにプロセッシングチャンバ１１００に結合されている。例えば、制御装置１１８０は、基板プロセスシーケンスの様々な段階において、ガス源１１３８、１１４３、および１１４０からバルブ１１４２ａおよび１１４２ｂを介して流れる様々なプロセスガスおよびパージガスのフローを制御するように構成することができる。例示されているように、制御装置１１８０は、中央プロセッシング装置（ＣＰＵ）１１８２、サポート回路１１８４、および関連する制御ソフトウェア１１８３を有するメモリ１１８６を備えている。
【０１１１】
制御装置１１８０は、様々なチャンバおよびサブプロセッサを制御するための工業的設定に使用することができる、任意の形の汎用コンピュータプロセッサの１つとすることができる。ＣＰＵ１１８２は、任意の適切なメモリ１１８６、例えば、ランダムアクセスメモリ、読み出し専用メモリ、フロッピーディスクドライブ、ハードディスク、またはローカルまたはリモートの任意の他の形のデジタル記憶装置を使用することができる。プロセッシングチャンバ１１００をサポートするために、様々なサポート回路をＣＰＵ１１８２に結合することができる。制御装置１１８０は、個々のチャンバ構成要素に隣接して設けられた別のコントローラ、例えば、バルブ１１４２ａ、１１４２ｂのプログラマブルロジックコントローラ１１４８ａ、１１４８ｂに結合させることができる。制御装置１１８０とプロセッシングチャンバ１１００の様々な他の構成要素の間の双方向コミュニケーションは、一括して信号バス１１８８と呼ばれる多数の信号ケーブルを介して扱われる。これらのうちのいくつかを図３Ａに示す。ガス源１１３８、１１４３、１１４０からのプロセスガスおよびパージガスの制御、ならびにバルブ１１４２ａ、１１４２ｂのプログラマブルロジックコントローラ１１４８ａ、１１４８ｂの制御に加えて、制御装置１１８０は、ウェーハプロセッシングにおいて用いられるその他の動作（これらの中でも、ウェーハの移送、温度制御、チャンバの排気など）の自動制御にも責任を負うように構成することができる。これらの他の動作のいくつかは本明細書に別記されている。
【０１１２】
図３Ａ〜３Ｃを参照すると、運転時は、ロボット（図示せず）によって、スリットバルブ１１０８を通して基板１１１０をプロセッシングチャンバ１１００に送達する。基板１１１０は、リフトピン１１２０とロボットの協働により基板支持部１１１２に配置される。基板支持部１１１２は、チャンバリッドアセンブリ１１３２の下面１１６０に接近して対向するように基板１１１０を持ち上げる。バルブ１１４２ｂによりプロセッシングチャンバ１１００に注入される第２ガスフローと一緒にまたはこれとは別に、第１ガスフローを、バルブ１１４２ａによりプロセッシングチャンバ１１００のガス分散チャネル１１２８に注入することができる。第１ガスフローは、パージガス源１１４０からのパージガスの連続フローと、反応物ガス源１１３８からの反応物ガスのパルスとを含むことができ、あるいは、反応物ガス源１１３８からの反応物ガスのパルスと、パージガス源１１４０からのパージガスのパルスとを含むことができる。第２ガスフローは、パージガス源１１４０からのパージガスの連続フローと、反応物ガス源１１３９からの反応物ガスのパルスとを含むことができ、あるいは、反応物ガス源１１３９からの反応物ガスのパルスと、パージガス源１１４０からのパージガスのパルスとを含むことができる。円形ガスフロー１１７４は、ガス分散チャネル１１２８の内面全体にわたってスイーピング作用をもたらすボルテックスフローとして、ガス分散チャネル１１２８内を移動する。円形ガスフロー１１７４は消滅し基板１１１０の表面に向かって下向きのフローになる。ガスフローの速度は、ガスがガス分散チャネル１１２８内を移動するにつれて低下する。次いで、ガスフローは、基板１１１０の表面全体にわたって、かつチャンバリッドアセンブリ１１３２の下面１１６０全体にわたって移動する。チャンバリッドアセンブリ１１３２の下面１１６０は下方へ傾斜しており、基板１１１０の表面全体にわたるガスフローの速度の変動を低下させるのに役立つ。次いで、ガスフローは、チョーク１１６２を経由してプロセッシングチャンバ１１００のポンピングゾーン１１６６へ移動する。過剰のガス、副生成物などは、ポンピングチャネル１１７９に流れ込み、次いで真空システム１１７８によってプロセッシングチャンバ１１００から排出される。一態様では、ガスフローは、ガス分散チャネル１１２８内ならびに基板１１１０の表面とチャンバリッドアセンブリ１１３２の下面１１６０の間を層流のかたちで進む。この層流のかたちは、基板１１１０の表面を反応物ガスに均一にさらし、かつチャンバリッドアセンブリ１１３２の内面を効率的にパージする効果がある。
【０１１３】
図３Ａ〜３Ｃに示すように、プロセッシングチャンバ１１００は、いくつかの特徴の組合せを有するものとして本明細書に記述されている。一態様では、プロセッシングチャンバ１１００は、従来のＣＶＤチャンバと比較して、小さな容積を有する反応ゾーン１１６４を提供する。プロセッシングチャンバ１１００では、特定のプロセスのために反応ゾーン１１６４を満たすのに必要な反応物ガスまたはパージガスをなどのガスの量はより少量でよい。別の態様では、プロセッシングチャンバ１１００は、下方へ傾斜するまたは漏斗形の下面１１６０を有するチャンバリッドアセンブリ１１３２を提供して、チャンバリッドアセンブリ１１３２の底面と基板１１１０の間を移動するガスフローの速度プロフィルの変動を低下させる。さらに別の態様では、プロセッシングチャンバ１１００は、ガス分散チャネル１１２８を提供し、これを通って導入されるガスフローの速度を低下させる。さらに別の態様では、プロセッシングチャンバ１１００は、ガス分散チャネル１１２８の中心から角度αのガス導管を提供する。プロセッシングチャンバ１１００は、本明細書に別記されるような他の特徴を提供する。ＡＬＤ用に作ったチャンバの他の実施形態は、１つまたは複数のこれらの特徴を取り入れている。
【０１１４】
本発明の実施形態は、ＡＬＤプロセスなどの気相堆積プロセス中に材料を堆積させるために使用することができるチャンバ前処理および堆積プロセスを提供する。これらのプロセスは、膨張チャネルリッドアセンブリ、集束−発散リッドアセンブリ、複数注入リッドアセンブリ、または拡張キャップリッドアセンブリを有する、様々な気相堆積プロセッシングチャンバおよびガス送達システム内で使用することができる。他の実施形態は、ＡＬＤプロセス中にこれらのガス送達システムを使用して、材料を堆積させる方法を提供する。
【０１１５】
図３Ａ〜３Ｃに示すように、プロセッシングチャンバ１１００は、実施形態により本明細書に記載されたＡＬＤまたはＣＶＤプロセスを実行するのに好都合に使用することができる。明瞭にするために、ＡＬＤによる層の堆積を、プロセッシングチャンバ１１００を利用した窒化タンタル層のＡＬＤに関してより詳細に説明する。一態様では、窒化タンタルバリア層のＡＬＤは、プロセッシングチャンバ１１００にタンタル前駆体のパルスおよび窒素前駆体のパルスを順次供給することを含む。このとき、それぞれのパルスがパージガスのフローおよび／またはチャンバ排気によって分離され、すべての過剰反応物を除去して窒素前駆体とタンタル前駆体の気相反応を防ぎ、かつすべての反応副生成物を除去する。タンタル前駆体および窒素前駆体を順次供給することにより、タンタル前駆体の単分子層と窒素前駆体の単分子層の交互の吸収がもたらされ、パルスのサイクル毎に基板構造上に窒化タンタルの単分子層が形成され得る。基板構造という用語を、基板ならびにその上に形成された他の材料の層、例えば誘電体層を指すために使用する。
【０１１６】
タンタル前駆体および窒素前駆体などの反応物の単分子層を吸着させるために使用される吸着プロセスは、基板構造の表面の反応物を吸着させる部位の数が有限なので、所与のパルス中に１つの単分子層だけしか基板構造の表面上に吸着させることができないという点で自己制限的であると考えられる。有限数の部位が一旦タンタル前駆体または窒素前駆体などの反応物によって占められると、反応物のさらなる吸収は阻止されることになる。このサイクルは、所望厚さの窒化タンタル層まで繰り返すことができる。
【０１１７】
本発明の実施形態は、処理ガス中の水素化配位子化合物にプロセッシングチャンバ１１００の内面をさらす前処理プロセスを提供する。一実施形態では、処理ガスは、ガス源１１３８、１１３９、および／または１４０のいずれか１つからプロセッシングチャンバ１１００へ送達することができる。あるいは、別の実施形態では、処理ガスは、別のガス源（図示せず）からプロセッシングチャンバ１１００へ送達することができる。別の実施形態では、水素化配位子化合物を含む処理ガスは、リッドキャップ１１７２（図示せず）の導入口を通ってプロセッシングチャンバ１１００に入ることができる。プロセッシングチャンバ１１００に入ると、処理ガスは、ガス分散チャネル１１２８の下方へ、集束チャネル１１３４ａから、発散チャネル１１３４ｂを通って、下面１１６０に沿って、反応ゾーン１１６４へ移動することができる。集束チャネル１１３４ａ、発散チャネル１１３４ｂ、下面１１６０、および反応ゾーン１１６４の表面を含めて、プロセッシングチャンバ１１００の内面は、処理ガスからの水素化配位子化合物または他の試薬でコーティングすることができる。
【０１１８】
別の実施形態では、水素化配位子化合物または他の試薬を含む処理ガスは、図３Ｃに示すように、プロセッシングチャンバ１１００の内面をコーティングしながら、円形ガスフロー１１７４として、ガス分散チャネル１１２８の中心軸１１３３のまわりを回転して流れる。円形ガスフロー１１７４は、ボルテックスパターン、ヘリックスパターン、スパイラルパターン、回転パターン、ツイストパターン、コイルパターン、渦巻きパターン、またはこれらの派生形などのフローパターンを含むことができる。円形ガスフロー１１７４は、ガス分散チャネル１１２８の中心軸１１３３のまわりに、少なくとも約１回転、好ましくは少なくとも約１．５回転、より好ましくは少なくとも約２回転、より好ましくは少なくとも約３回転、より好ましくは約４回転以上延在することができる。
【０１１９】
ＰＤＭＡＴなどのタンタル前駆体のパルスは、バルブ１１４２ａを通ってガス源１１３８から導入することができる。タンタル前駆体は、キャリアガスの支援により供給することができる。キャリアガスとしては、それだけに限らないが、ヘリウム、アルゴン、窒素（Ｎ２）、水素（Ｈ２）、またはこれらの混合物が挙げられる。アンモニアなどの窒素前駆体のパルスは、バルブ１１４２ａを通ってガス源１１３９から導入することができる。窒素前駆体の送達に役立つように、キャリアガスを使用することもできる。アルゴンなどのパージガスは、バルブ１１４２ａを通っておよび／またはバルブ１１４２ｂを通ってガス源１１４０から導入することができる。一態様では、パージガスのフローは、タンタル前駆体のパルスと窒素前駆体のパルスの間のパージガスとしての役割を果たし、かつタンタル前駆体と窒素前駆体のパルス中のキャリアガスとしての役割を果たすように、バルブ１１４２ａ、１１４２ｂを通ってガス源１１４０から連続的に供給することができる。一態様では、２つのガス導管１１５０ａ、１１５０ｂを通してパージガスを送達することにより、ガス導管の一方１１５０ａまたは１１５０ｂを通って供給されるパージガスよりむしろ、反応ゾーン１１６４のより完全なパージが達成される。一態様では、反応物ガスは、ガス導管の一方１１５０ａまたは１１５０ｂを通して送達することができる。何故なら、タンタル前駆体または窒素前駆体などの反応物ガスのフローの均一性は、基板構造の表面上の反応物の自己制限的な吸収プロセスにより、パージガスの均一性ほど重要ではないからである。他の実施形態では、パージガスは、パルスで供給することができる。他の実施形態では、パージガスは、３つ以上のガスフローまたは１つのガスフローとして供給することができる。他の実施形態では、タンタル前駆体ガスは、単一のガスフローを超えるガスフロー（例えば、２つ以上のガスフロー）として供給することができる。他の実施形態では、窒素前駆体ガスは、単一のガスフローを超えるガスフロー（例えば、２つ以上のガスフロー）として供給することができる。
【０１２０】
窒化タンタル層の形成は、基板上にタンタル前駆体の単分子層を吸収させ、その後窒素前駆体の単分子層を吸収させることから始まると言える。あるいは、窒化タンタル層の形成は、基板上に窒素前駆体の単分子層を吸収させ、その後タンタル前駆体の単分子層が吸収させることから始めてもよい。さらに、他の実施形態では、反応物ガスの混合を防ぐために、反応物ガスのパルス間にポンプ排気のみを使用することもできる。
【０１２１】
タンタル前駆体の各パルスの持続時間、窒素前駆体の各パルスの持続時間、および反応物のパルス間のパージガスフローの持続時間は変更可能であり、これらは使用される堆積チャンバの容積容量ならびにこれに結合された真空システムによって決まる。例えば、（１）ガスのより低いチャンバ圧力は、より長いパルス時間を必要とする；（２）より少ないガス流量は、チャンバ圧力が上昇し安定するのにより長い時間を必要とし、より長いパルス時間を必要とする；かつ（３）大容積チャンバは、満たすのにより長くかかり、チャンバ圧力が安定するのにより長くかかり、したがってより長いパルス時間を必要とする。同様に、それぞれのパルス間の時間も変更可能であり、プロセッシングチャンバの容積容量ならびにこれに結合された真空システムによって決まる。一般に、タンタル前駆体または窒素前駆体のパルスの持続時間は、化合物の単分子層を吸収させるのに十分に長いことが望ましい。一態様では、窒素前駆体のパルスが入るとき、タンタル前駆体のパルスは引き続きチャンバ内にあってもよい。一般に、パージガスおよび／またはポンプ排気の持続時間は、タンタル前駆体と窒素前駆体のパルスが反応ゾーンで混合するのを防ぐように十分に長いことが望ましい。
【０１２２】
一般に、タンタル前駆体については約１．０秒以下のパルス時間、および窒素前駆体については約１．０秒以下のパルス時間が、通常、基板構造上に交互に単分子層を吸着させるのに十分である。タンタル前駆体のパルスと窒素前駆体のパルスの間を約１．０秒以下の時間にすれば、連続的なパージガスであってもパージガスのパルスであっても、通常、パージガスが、タンタル前駆体と窒素前駆体のパルスが反応ゾーンにおいて混合するのを防ぐには十分である。もちろん、タンタル前駆体および窒素前駆体を確実に吸収させるために、反応物のパルス時間をより長くすることができ、また、反応副生成物を確実に除去するために、反応物のパルス間の時間をより長くすることができる。
【０１２３】
一例では、プロセッシングチャンバ、基板、または基板支持部は、ＡＬＤプロセス中、選択されたタンタル前駆体の略熱分解温度未満に保持することができる。チャンバ圧力約１００トル未満、好ましくは５０トル未満において、本明細書で特定されるタンタル前駆体に用いる例示的なヒーター温度範囲は、約２０℃から約５００℃程度である。タンタル前駆体がＰＤＭＡＴである場合は、ヒーター温度は、好ましくは約１５０℃から約３５０℃まで、より好ましくは約２５０℃から３００℃までの範囲内にあり、プロセッシングチャンバの内圧は、約５トルから約２０トルまでの範囲内とすることができる。他の実施形態では、他の温度および圧力を使用することができることを理解されたい。例えば、熱分解温度を超える温度を使用することができる。しかし、この温度は、堆積作用の５０パーセント超が吸収プロセスによるものであるように選択することが望ましい。別の例では、熱分解温度を超える温度を使用することができるが、その温度は、それぞれの前駆体堆積中の分解量が限定されており、その成長モードがＡＬＤ成長モードに近いような温度である。
【０１２４】
一例では、プロセッシングチャンバ１１００は、前処理プロセスにさらされ、続いて、ＡＬＤプロセスにさらされ得る。このプロセスは、ガス源１１３８から、バルブ１１４２ａを通して、約１００ｓｃｃｍから約１，０００ｓｃｃｍまで、好ましくは約３００ｓｃｃｍから約７００ｓｃｃｍまでの範囲内の流量で、タンタル前駆体ガス（例えば、アルゴン中のＰＤＭＡＴ）のパルスを供給することができ、これらのパルスは、パルス時間が約１秒以下である。このプロセスは、ガス源１１３９から、バルブ１１４２ｂを通して、約２０ｓｃｃｍから約１，０００ｓｃｃｍまで、好ましくは約１００ｓｃｃｍから約３００ｓｃｃｍまでの範囲内の流量で、窒素前駆体ガス（例えば、アンモニア）のパルスをさらに供給することができ、これらのパルスは、パルス時間は約１秒以下である。アルゴンパージガスは、約１ｓｌｍから約１２ｓｌｍ  ｓｃｃｍまで、好ましくは約２ｓｌｍから約８ｓｌｍまでの範囲内の流量を有することができ、ガス源１１４０からバルブ１１４２ａ、１１４２ｂを通って、さらにプロセッシングチャンバ１１００の他の導入口を通って連続的に供給することができる。タンタル前駆体のパルスと窒素前駆体のパルスの間の時間は、約０．５秒以下とすることができる。
【０１２５】
一実施形態では、窒化タンタル層を、バイアまたは同様の開口部の側壁部に、約５０Å以下、好ましくは約２０Å以下、より好ましくは約１０Å以下の厚みで堆積させることができる。約１０Å以下の厚みを有する窒化タンタル層は、銅拡散を防ぐためのバリア層としての用途において十分な厚みであると考えられる。他の実施形態では、窒化タンタル層は、５０Åを超える厚みを有することができる。一態様では、本明細書に記載したプロセスで堆積させた窒化タンタルを含む薄いバリア層は、高アスペクト比（例えば、５対１を超える）を有するサブミクロン（例えば、０．１５μｍ未満）以下のフィーチャを満たすのに使用することができる。
【０１２６】
前処理プロセス中のプロセッシングチャンバの内部面の処理は、基板表面全体にわたる窒化タンタル層または他の堆積材料の均一性を高める（または不均一性を低下させる）のに役立つ−この状態は前処理プロセスを行わない状態とは対照的である。基板表面全体にわたる堆積材料の不均一性は、約１２％以下、好ましくは約１０％以下、より好ましくは約８％以下、例えば約６％以下とすることができる。
【０１２７】
「原子層堆積」（ＡＬＤ）とは、本明細書で使用した場合、２種以上の反応性化合物を順次導入して、基板表面上に材料の層を堆積させることを指す。２種、３種、またはより多くの反応性化合物を、プロセッシングチャンバの反応ゾーンまたはプロセス領域へ二者択一的に導入することができる。反応性化合物は、ガス、プラズマ、蒸気、流体の状態、または気相堆積プロセスに有用な他の物質状態とすることができる。通常、それぞれの反応性化合物は時間遅れによって分離され、それぞれの化合物が基板表面に付着すること、および／または基板表面で反応することを可能にする。一態様では、第１前駆体または化合物Ａが反応ゾーンへパルス的に送られた後、初回の時間遅れが続く。次に、第２前駆体または化合物Ｂが反応ゾーンへパルス的に送られた後、第２の遅れが続く。化合物Ａと化合物Ｂが反応して堆積材料を形成する。それぞれの時間遅れ中には、パージガスをプロセッシングチャンバへ導入して反応ゾーンをパージするか、または他の方法で、すべての残留反応性化合物または副生成物を反応ゾーンから除去する。あるいは、パージガスだけが反応性化合物のパルス間の時間遅れ中に流れるように、パージガスを堆積プロセスの始めから終わりまで連続的に流すことができる。反応性化合物は、堆積材料の所望の膜厚が基板表面上に形成されるまで、二者択一的にパルス的に送られる。どちらのシナリオでも、化合物Ａ、パージガスをパルス的に送る、化合物Ｂおよびパージガスをパルス的に送るというＡＬＤプロセスが１サイクルである。１サイクルは、化合物Ａまたは化合物Ｂのいずれかで始めることができ、所望の厚みを有する膜を得るまでサイクルのそれぞれの順序を継続することができる。他の実施形態では、化合物Ａを含む第１前駆体、化合物Ｂを含む第２前駆体、および化合物Ｃを含む第３前駆体が、それぞれ別々にプロセッシングチャンバへパルス的に送られる。あるいは、第１前駆体のパルスは第２前駆体のパルスと時間的に一部重なることができるが、一方、第３前駆体のパルスは第１および第２前駆体のどちらのパルスとも時間的に一部重なることはない。本明細書で使用される「プロセスガス」とは、単一のガス、複数のガス、プラズマを含むガス、単一もしくは複数のガスおよび／または単一もしくは複数のプラズマの組合せを指す。プロセスガスは、気相堆積プロセスのための少なくとも１種の反応性化合物を含んでもよい。反応性化合物は、ガス、プラズマ、蒸気、流体の状態、または気相堆積プロセスに有用な他の物質状態とすることができる。さらに、プロセスガスは、パージガスまたはキャリアガスを含んでもよいが、反応性化合物を含んではならない。
【０１２８】
「基板」または「基板表面」とは、本明細書で使用される場合、膜プロセッシングが行われる基板上に形成された任意の基板または材料表面を指す。例えば、その上でプロセッシングを行うことができる基板表面としては、用途に応じて、シリコン、シリコン酸化物、歪みシリコン、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）、炭素ドープシリコン酸化物、シリコン窒化物、ドープシリコン、ゲルマニウム、ヒ化ガリウム、ガラス、サファイア、石英などの材料、ならびに、金属、金属窒化物、金属合金、および他の導電性材料などの任意の他の材料が挙げられる。基板表面上のバリア層、金属または金属窒化物としては、チタン、窒化チタン、ケイ窒化チタン、タングステン、窒化タングステン、ケイ窒化タングステン、タンタル、窒化タンタル、またはケイ窒化タンタルを挙げることができる。基板は、直径２００ｍｍまたは３００ｍｍのウェーハ、ならびに長方形または正方形のペインなどの様々な寸法を有することができる。基板としては、半導体基板、ディスプレイ基板（例えば、ＬＣＤ）、ソーラーパネル基板、および他の種類の基板が挙げられる。特に断らない限り、本明細書に記載された実施形態および例は、好ましくは直径２００ｍｍまたは直径３００ｍｍ、より好ましくは直径３００ｍｍの基板上で行われる。本発明の実施形態が有用でありうる基板としては、それだけに限らないが、結晶シリコン（例えば、Ｓｉ＜１００＞またはＳｉ＜１１１＞）、酸化シリコン、ガラス、石英、歪みシリコン、シリコンゲルマニウム、ドープまたはアンドープポリシリコン、ドープまたはアンドープシリコンウェーハ、パターン化または非パターン化ウェーハなどの半導体ウェーハが挙げられる。基板を前処理プロセスにさらして、基板表面を研磨、エッチング、還元、酸化、ヒドロキシル化、アニール化、および／または加熱することができる。
【０１２９】
本発明は特定の実施形態によって説明されているが、当業者は、反応条件、例えば、温度、圧力、膜厚などへの様々な変化を行うことができ、これらが本明細書に包含されることを意味することを理解するであろう。さらに、堆積させるガスのシーケンスについても同様である。例えば、順次堆積プロセスの最初のシーケンスが変わってもよい。最初のシーケンスは、タンタル含有ガスがプロセッシングチャンバへ導入される前に、窒素含有ガスに基板をさらすことを含んでもよい。さらに、窒化タンタル層は、接触用拡散バリアとして機能することに加えて、回路の他の特徴にも使用することができる。したがって、本発明の範囲は前述の説明に基づくべきではない。もっと正確に言えば、本発明の範囲は、その均等物の全範囲を含めて、本明細書に列挙された特許請求の範囲に基づいて決められるべきである。
【０１３０】
前述は本発明の実施形態を対象とするものであるが、他のさらなる本発明の実施形態を、その基本的な範囲から逸脱することなく考案することができ、その範囲は以下の特許請求の範囲によって決められる。
【図１】
2018048394.tif 000004
【図２】
2018048394.tif 000005
【図３Ａ】
2018048394.tif 000006
【図３Ｂ】
2018048394.tif 000007
【図３Ｃ】
2018048394.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成29年8月29日(2017.8.29)
【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】
チャンバを処理し、基板表面上に材料を堆積させる方法であって、
前処理プロセス中に、水素化配位子化合物を含む処理ガスに対して、プロセッシングチャンバの内面とともにプロセッシングチャンバ内に配置された基板を同時にさらす処理ガス曝露工程であって、前記処理ガスは円形ガスフローとして回転して流れ、前記水素化配位子化合物がＨＬの化学式を有し、前記水素化配位子化合物の配位子Ｌが、シクロペンタジエニル、アルキルシクロペンタジエニル、ペンタジエニル、ピロリル、これらの異性体、これらの誘導体、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される配位子であり、前処理プロセス中に、前記水素化配位子化合物のコーティングが前記プロセッシングチャンバ内面に形成される処理ガス曝露工程と、
気相堆積プロセス中に、前記プロセッシングチャンバ内において、前記基板を第１前駆体ガスにさらして前記基板上に材料を堆積させる堆積工程であって、前記第１前駆体ガスが、ＭＬ’Ｘの化学式を有する第１前駆体を含み、式中、ｘが１、２、３、４、５、６、またはこれより大きく、Ｍが、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｒｕ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐ、Ａｓ、およびＳｂからなる群から選択される元素であり、Ｌ’が、それぞれ独立に、アルキルアミノ、アルキルイミノ、アルコキシ、アルキル、アルケン、アルキン、シクロペンタジエニル、アルキルシクロペンタジエニル、ペンタジエニル、ピロリル、水素、ハロゲン、これらの誘導体、およびこれらの組合せからなる群から選択される配位子である堆積工程と
を含む方法。
【請求項２】
第１前駆体の配位子Ｌ’が、シクロペンタジエニル、アルキルシクロペンタジエニル、ペンタジエニル、ピロリル、これらの異性体、これらの誘導体、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される配位子である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記プロセッシングチャンバ内面が、前記前処理プロセス中に、約３０℃から約１００℃に加熱されるリッドアセンブリ内面およびチャンバボディ内面を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記リッドアセンブリ内面およびチャンバボディ内面は、前記前処理プロセス中に、約５秒間から約６０秒間の範囲内の期間、前記処理ガスにさらされる、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記ＭはＴａであり、ｘは４または５である、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記ＭはＳｉ、Ｔｉ、ＺｒまたはＨｆであり、ｘは４である、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記気相堆積プロセスは、原子層堆積法によって、前記基板を、順次、第１前駆体ガスと第２前駆体ガスにさらすことをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記気相堆積プロセスは、化学気相堆積法によって、前記基板を、同時に第１前駆体ガスと第２前駆体ガスにさらすことをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記プロセッシングチャンバ内面の処理ガス曝露工程は、キャリアガスを用いてガス流を循環させることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記キャリアガスは、アンモニア、水素、窒素、アルゴン、ヘリウム、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項９に記載の方法。
【外国語明細書】
2018048394000001.pdf