(57)【要約】【課題】  原子層堆積を実行するための方法およびシステムを提供することである。【解決手段】  原子層堆積（ＡＬＤ）を実行するためのプラズマ処理システムは、処理チャンバと、処理チャンバ内で提供される基板ホルダと、処理チャンバに第１のガスおよび第２のガスを供給するように構成されたガス注入システムとを具備する。システムは、処理チャンバに連続的に第１のガス流れを流し、第１の時間に処理チャンバに第２のガス流れをパルス化して流すガス注入システムを制御するコントローラを含む。コントローラは、第２の時間に基板ホルダにＲＦ電力をパルス化する。【選択図】
2007530796.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理チャンバと；
前記処理チャンバの中で提供され、基板を支持するように構成された基板ホルダと；
前記処理チャンバに第１のプリカーサおよび第２のプリカーサを供給するように構成されたガス注入システムと；
前記処理チャンバに前記第１のプリカーサを連続的に流すように、および第１の時間で前記処理チャンバに前記第２のプリカーサをパルスで流すようにガス注入システムを制御するように構成され、シーケンシャルに基板上に少なくとも１つの単分子層を堆積させるために第２の時間に基板ホルダにＲＦ電力をパルス化するように構成されているコントローラとを具備する原子層堆積システム。
【請求項２】
前記ガス注入システムのガス注入プレートは、前記基板ホルダの基板受け表面と実質的に平行であり、
前記ガス注入プレートは、前記基板ホルダの前記基板受け表面に実質的に垂直の方向の前記処理チャンバに前記第１のガス流れ、および、前記第２のガス流れのうちの少なくとも１つを導入するように構成されている請求項１のシステム。
【請求項３】
前記コントローラは、前記ＲＦ電力パルスのパルス幅に実質的に同等である前記第２のガス流れのパルス幅を提供するように構成されている請求項１のシステム。
【請求項４】
前記コントローラは、前記ＲＦ電力パルスのパルス時間に実質的に同等である前記第２のガス流れのパルス時間を提供するように構成されている請求項１のシステム。
【請求項５】
前記コントローラは、前記ＲＦ電力パルスのパルスデューティーサイクルに実質的に同等である前記第２のガス流れのパルスデューティーサイクルを提供するように構成されている請求項１のシステム。
【請求項６】
前記コントローラは、前記第２のガス流れのパルスの前記第１の時間が実質的に前記ＲＦ電力のパルスの前記第２の時間に対応するように提供するように構成されている請求項１のシステム。
【請求項７】
前記コントローラは、前記第２のガス流れのパルスの前記第１の時間が前記ＲＦ電力のパルスの前記第２の時間からオフセットされて提供するように構成されている請求項１のシステム。
【請求項８】
前記コントローラは、前記処理チャンバのバックグラウンド圧力を調整するように構成されている請求項１のシステム。
【請求項９】
前記ＲＦ電力を提供するための前記基板ホルダに結合されている、ＲＦ信号を生じるオシレータを更に備えている請求項１のシステム。
【請求項１０】
前記オシレータに結合される増幅器を更に備えている請求項９のシステム。
【請求項１１】
前記増幅器は、線形増幅器である請求項１０のシステム。
【請求項１２】
前記増幅器を前記基板ホルダに接続しているインピーダンスマッチングネットワークを更に備えている請求項１０のシステム。
【請求項１３】
前記コントローラは、前記増幅器および前記インピーダンスマッチングネットワークに接続され、前記増幅器および前記インピーダンスマッチングネットワークを制御するように構成されている請求項１２のシステム。
【請求項１４】
入力信号を生じるように構成され、前記増幅器に結合される波形発生装置を更に具備し、
前記ＲＦ信号は、前記増幅器によって受けられ、
前記ＲＦ信号は、前記波形発生装置から前記増幅器によって受けられた前記入力信号を介して振幅変調の対象とされる請求項１０のシステム。
【請求項１５】
前記入力信号は、パルス波形である請求項１４のシステム。
【請求項１６】
前記コントローラは、前記波形発生装置に接続され、前記波形発生装置を制御するように構成されている請求項１４のシステム。
【請求項１７】
前記ガス注入システムは、マスフローコントローラに接続された第１のガス供給と、パルス化されたガス注入マニホールドに接続された第２のガス供給とを含んでいる請求項１のシステム。
【請求項１８】
前記パルス化されたガス注入マニホールドは、圧力調整器、パルス化されたガス注入バルブ、およびガス分配マニホールドを備えている請求項１７のシステム。
【請求項１９】
前記コントローラは、前記第１のガス供給、前記マスフローコントローラ、前記第２のガス供給、および、前記パルス化されたガス注入マニホールドに接続され、前記第１のガス供給、前記マスフローコントローラ、前記第２のガス供給、および、前記パルス化されたガス注入マニホールドを制御するように構成されている請求項１７のシステム。
【請求項２０】
前記ガス注入システムは、ＷＦ６、Ｗ（ＣＯ）６、ＴａＣｌ５、ＰＤＥＡＴ（ペンタキス（ジエチルアミド）タンタル）、ＰＥＭＡＴ（ペンタキス（エチルメチルアミド）タンタル）、ＴａＢｒ５、ＴＢＴＤＥＴ（ｔ−ブチルイミノトリス（ジエチルアミノ）タンタル）、モリブデン六フッ化物、Ｃｕ（ＴＭＶ）（ｈｆａｃ）、（トリメチルビニルシリル）ヘキサフルオロアセチルアセトナート銅Ｉ、ＣｕＣｌ、Ｚｒ（ＮＯ３）４、（ＺｒＣｌ４）、Ｈｆ（ＮＯ３）４、ＨｆＣｌ４、五塩化ニオブ、二塩化亜鉛、Ｓｉ（ＮＯ３）４、ＳｉＣｌ４、二塩化シラン、Ｔｉ（ＮＯ３）、ＴｉＣｌ４、ＴｉＩ４、テトラキス（ジエチルアミノ）チタン、テトラキス（ジメチルアミノ）チタン、三塩化アルミニウム、トリメチルアルミニウム、硝酸ガリウム、トリメチルガリウム、および、Ｃｒオキソ硝酸塩からなるグループから第１のプリカーサが選択されている請求項１のシステム。
【請求項２１】
前記ガス注入システムは、Ｈ２、Ｎ２、Ｏ２、Ｈ２Ｏ、ＮＨ３またはＨ２Ｏ２のうちの少なくとも１つとして第２のプリカーサを供給するように構成されている請求項１のシステム。
【請求項２２】
前記第１のプリカーサは、キャリヤガスを更に含んでいる請求項１のシステム。
【請求項２３】
前記キャリヤガスは、希ガスを含んでいる請求項２２のシステム。
【請求項２４】
前記第２のプリカーサは、キャリヤガスを更に含んでいる請求項１のシステム。
【請求項２５】
前記キャリヤガスは、希ガスを含んでいる請求項２４のシステム。
【請求項２６】
原子層堆積（ＡＬＤ）を使用して基板上に膜を堆積させるためのプラズマ処理システムを作動する方法であって、
ガス注入システムを使用して第１のプリカーサの第１のガス流れを流すことによって設定される処理チャンバのバックグラウンド圧力を調整することと；
処理チャンバのプロセスプラズマに点火することと；
第１の時間にガス注入システムを使用して第２のプリカーサの第２のガス流れをパルス化することと；
第２の時間に基板ホルダにＲＦ電力をパルス化することと；
シーケンシャルに前記第１のプリカーサ、および、前記第２のプリカーサを使用して前記膜の少なくとも１つの単分子層を堆積させることとを具備する方法。
【請求項２７】
前記第２のガス流れをパルス化することは、所定のパルス幅に対して実行される請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記第２のガス流れをパルス化することは、所定のパルス時間に対して実行される請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
前記第２のガス流れをパルス化することは、所定のパルスデューティーサイクルを達成するように実行される請求項２６に記載の方法。
【請求項３０】
前記ＲＦ電力をパルス化することは、所定のパルス幅に対して実行される請求項２６に記載の方法。
【請求項３１】
前記ＲＦ電力をパルス化することは、所定のパルス時間のために実行される。請求項２６に記載の方法。
【請求項３２】
前記ＲＦ電力をパルス化することは、所定のパルスデューティーサイクルを達成するように実行される請求項２６に記載の方法。
【請求項３３】
前記第２のガス流れをパルス化することは、第１のパルス幅に対して実行され、前記ＲＦ電力をパルス化することは、第２のパルス幅に対して実行され、
前記第１のパルス幅が前記第２のパルス幅に実質的に同等である請求項２６に記載の方法。
【請求項３４】
前記第２のガス流れをパルス化することは、第１のパルス時間に対して実行され、
前記ＲＦ電力をパルス化することは、第２のパルス時間に対して実行され、
前記第１のパルス時間が前記第２のパルス時間に実質的に同等である請求項２６に記載の方法。
【請求項３５】
前記第２のガス流れをパルス化することは、第１のパルスデューティーサイクルを達成するように実行され、
前記ＲＦ電力をパルス化することは、第２のパルスデューティーサイクルを達成するように実行され、
前記第１のパルスデューティーサイクルが前記第２のパルスデューティーサイクルに実質的に同等である請求項２６に記載の方法。
【請求項３６】
前記第２のガス流れのパルスの前記第１の時間は、実質的に前記ＲＦ電力のパルスの前記第２の時間に対応する請求項２６に記載の方法。
【請求項３７】
前記第２のガス流れのパルスの前記第１の時間は、前記ＲＦ電力のパルスの前記第２の時間からオフセットされる請求項２６に記載の方法。
【請求項３８】
処理チャンバおよび基板ホルダを有する原子層堆積システムであって；
前記処理チャンバのバックグラウンド圧力を調整するために前記処理チャンバに第１のガス流れを導入するための手段と；
前記処理チャンバにプラズマを生成するための手段と；
前記処理チャンバに第２のガス流れをパルス化するための手段と；
前記基板ホルダに対してＲＦ電力をパルス化するための手段とを具備するシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願は、２００４年２月２６日に出願された係属中の米国特許出願シリアル番号第１０／４８７，２３２号に関する。そして、それの全体の内容は、参照によってここに取り入れられる。
【０００２】
本発明は、プラズマ処理に関し、より詳しくは、本発明は改良されたプラズマ処理のための方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
一般的に、材料処理の間に、複合材料構造を製造するときに、プラズマは、材料膜の追加、および、除去を容易にするために使用される。例えば、半導体プロセスで、（ドライ）プラズマエッチングプロセスは、微細線に沿ってまたはシリコン基板に従って作られるビアまたはコンタクトの中で材料を除去するかまたはエッチングを行うために利用される。別の形態として、例えば、蒸着プロセスは、微細線に沿ってまたはシリコン基板上のビアまたはコンタクトの中で材料を堆積させるために利用される。後者において、蒸着プロセスは、化学気相成長（ＣＶＤ）、および、プラズマ増強化学的気相成長（ＰＥＣＶＤ）を含む。
【０００４】
ＰＥＣＶＤにおいて、プラズマは、膜堆積メカニズムを変更するかまたは改良するために利用される。例えば、プラズマ励起は、一般に、膜形成反応が一般的に、熱的に励起されたＣＶＤによる同様の膜を作成することを必要される温度より、非常に低い温度で進行することができる。加えて、プラズマ励起は、熱ＣＶＤにおいてエネルギー的にまたは動力学的に充足されない膜形成化学反応をアクティブにすることができる。ＰＥＣＶＤ膜の化学、および、物理的な特性は、したがって、プロセスパラメータを調整することによって、相対的に広い範囲を通じて変化することができる。
【０００５】
近年、原子層堆積（ＡＬＤ）、ＰＥＣＶＤまたはさらに一般的なＣＶＤの形成は、後工程（ＢＥＯＬ）オペレーションのメタライゼーションのための超極薄バリア層、および、シード層形成と同様に、前工程（ＦＥＯＬ）オペレーションの超極薄ゲート膜形成の候補として現れた。ＡＬＤにおいて、２つ以上のプロセスガスは、一度に材料膜の単分子層を形成するために、交互に、および、シーケンシャルに導入される。
【０００６】
形態のサイズが縮小するのに従って、集積回路（ＩＣ）製造の間に使用する堆積プロセスステップの数、および、複雑さが拡大し、このような形態の中で堆積材料の輸送を制御する能力は、より厳しくなる。
【０００７】
さらに、形態のサイズが次第に縮小するとき、それらは膜厚が縮小する速度より大きい速度で変化する。従って、形態アスペクト比（ｄｅｐｔｈ―ｔｏ―ｗｉｄｔｈ形態）は、サイズ（１０：１オーダーの）を縮小すると共に、非常に増加する。アスペクト比が増加させるとき、形態に対する局所的な種の輸送は形態の中で堆積の一様性を維持するためにますます重要になる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
１つの本発明の目的は、上記の問題のいくつかまたは全てを減らすかまたは取り除くことである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
別の本発明の目的は、改良された堆積特性を有する材料を堆積させる方法を提供することである。
【００１０】
さらにもう一つの本発明の目的は、高いアスペクト比形態の中で堆積層の一様性を改良する方法を提供することである。
【００１１】
これらおよび／または他の本発明の目的は、原子層堆積を実行するための方法およびシステムによって提供される。本発明の一態様では、原子層堆積システムは、処理チャンバと；処理チャンバの中で提供され、基板を支持するように構成された基板ホルダと；処理チャンバに第１のプリカーサおよび第２のプリカーサを供給するように構成されたガス注入システムとを具備する。コントローラは、処理チャンバに第１のプリカーサを連続的に流すように、第１の時間で処理チャンバに第２のプリカーサをパルスで流すようにガス注入システムを制御するように構成され、コントローラは、シーケンシャルに基板上に少なくとも１つの単分子層を堆積させるために第２の時間に基板ホルダにＲＦ電力をパルス化するように構成されている。
【００１２】
本発明の別の態様では、原子層堆積（ＡＬＤ）を使用して基板上に膜を堆積するためにプラズマ処理システムを操作する方法は；ガス注入システムを使用して第１のプリカーサの第１のガス流れを流すことによって決められる処理チャンバのバックグラウンド圧力を調整するステップと；処理チャンバのプロセスプラズマに点火するステップと；第１の時間にガス注入システムを使用して第２のプリカーサの第２のガス流れをパルス化するステップと；第２の時間に基板ホルダにＲＦ電力をパルス化するステップと；シーケンシャルに第１のプリカーサ、および、第２のプリカーサを使用して膜の少なくとも１つの単分子層を堆積させるステップとを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
特に高いアスペクト比形態の堆積特性を改良するために、本発明は、さらされた基板表面に局所的な化学輸送（ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｔｒａｎｓｐｏｒｔ）の改良に影響を及ぼすように、プラズマ処理システムおよび操作方法を改良する。さらされた基板表面は、材料堆積ステップにさらされ、そして、それの組合せは、さらされた基板表面の物質組成および／またはｔｏｐｏｇｒａｐｈｙを変更するのに役に立つ。例えば、堆積システムは、物理蒸着（ＰＶＤ）システム、プラズマ増強化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）システム、および、原子層堆積（ＡＬＤ）システムを含むことができる。例えば、ＡＬＤプロセスで、１つ以上のガスは、一度に金属、金属窒化、金属酸化物、窒化物、および酸化物の１つの単分子層の薄膜を形成するように、連続ガスの流量と共に、パルス化されることができる。材料堆積の一態様は、化学輸送であり、それは、低圧プロセスと関連している濃度不足、および、基板材料形態に対する化学輸送指向性の局所的な欠損による高いアスペクト比形態において特に限定されることができる。十分な化学輸送なしで、要求される単分子層堆積は、高いアスペクト比形態の輪郭にかなうことができない。方法は、基板近傍の化学輸送を改良に影響を及ぼすために、基板ホルダにＲＦ電力をパルス化することとともにガス流れを定期的にパルス化することがここで記載されている。
【００１４】
ガス流れをパルス化することは、基板の露出表面近傍のガス圧を増加させ、それ故、平均自由行程の局所的減少が生じる、すなわち衝突の確率が局所的に基板表面で増加される。基板ホルダにＲＦ電力をパルス化することは、シース厚さが拡大されるパルス幅の期間特性のためシース全体の電位降下を増加させる。シース厚さ未満の値に対する平均自由行程のその後の減少はイオン―ニュートラル衝突、いずれの電荷交換衝突もまたは単に運動量変換衝突のためのこの短い期間の間に非常により高い確率に至る。そして、それは、次に、基板表面へ直角入射の方向に、積極的に移動している指向性を有した中性種のより高い集団を作る。従って、質量、および、運動量の垂直のフラックスは、形態の入口で増加する。これは、原子層堆積を容易にする基板表面で改良された化学輸送をもたらし、および、高いアスペクト比形態の中で堆積の一様性を改良することが特にできる。以下、本発明に係るプラズマ処理システム、および、その操作方法について説明する。
【００１５】
本発明は、一般に、連続的にガス注入オリフィスの第１の配列を介して第１のプロセスガスを提供し、および、ガス注入オリフィスの第２の配列を介して第２のプロセスガスをパルス化することが可能なガス注入システムを含むプラズマ処理システムに関する。処理システムは、基板が載置される基板ホルダに適用されるＲＦバイアスを更に含む。基板は、基板への材料の追加（堆積）、あるいは、基板からの材料の除去（エッチング）を容易にするために、プラズマプロセスにさらされる。
【００１６】
図１に示されるプラズマ処理システム１は、プラズマ処理チャンバ１０を含み、そこにおいて、ガス注入システム１１のガス注入プレート１２が、基板１６の取り付けられる基板ホルダ１４に対向して直接配置される。ガス注入システム１１は、ガス注入プレート１２を介してプラズマ処理チャンバ１０に第１のガス流れ２０の連続注入、および、第２のガス流れ３０のパルス化された注入を容易にする。第１のガス流れ２０の連続流量は、ガスライン２２を介してマスフローコントローラ２４を介して第１のガス供給２６から生じる。第２のガス流れ３０のパルス化された流量は、ガスライン３２を介してパルス化されたガス注入マニホールド３４を介して、第２のガス供給３６から生じる。
【００１７】
図１の処理システム１は、オシレータ５０から生じ、インピーダンスマッチングネットワーク５２を介して基板ホルダ１４に印加されるＲＦバイアスを更に含む。増幅器５４は、波形信号発生器５６から出力される振幅変調ビア信号（ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  ｖｉａ  ｓｉｇｎａｌ）５８を前提としてオシレータ５０から出力されるＲＦバイアス信号の振幅を増加させる。増幅器５４は、増幅されたＲＦバイアス信号をインピーダンスマッチングネットワーク５２に送信する。
【００１８】
引き続き図１を参照し、基板ホルダ１４は、ＲＦ電力によってバイアスをかけられ、そこにおいて、オシレータ５０から生じているＲＦ信号は、インピーダンスマッチングネットワーク５２、および、増幅器５４を介して基板ホルダ１４に結合されている。信号増幅は、波形信号発生器５６から振幅変調ビア入力信号５８まで対象とされる。
【００１９】
増幅器５４は、波形信号発生器５６からオシレータ５０、および、振幅変調信号５８から発振器入力を受けることに適している線形のＲＦ増幅器であり得る。波形信号発生器５６から出力される信号５８の１つの実施例は、パルス波形である。増幅器５４、および、内部パルスジェネレータを含む例示システムは、こＤｒｅｓｓｉｅｒ（２５０１、Ｎｏｒｔｈ  Ｒｏｓｅ  Ｄｒｉｖｅ、Ｐｌａｃｅｎｔｉａ、ＣＡ  ９２６７０）から、市販の線形のＲＦ増幅器（モデルラインＬＰＰＡ）である。上記の増幅器は、１０から５００ＭＨｚまでの周波数範囲で４００から８０００ＷまでのＲＦ電力範囲でパルスモードと同様に連続モードにおいて動作することが可能である。さらに、上記の増幅器は、２０ミリ秒の短いパルス幅を達成することができる。
【００２０】
インピーダンスマッチングネットワーク５２は、反射パワーを最小にすることによって処理チャンバ１０のプラズマにＲＦ電力の伝送を最大にするのに役に立つ。この目的を達成するためのマッチングネットワークトポロジ（例えばＬ−タイプ、π−タイプ、Ｔ−タイプなど）は、知られている。内部の同調コンデンサＣ１、および、Ｃ２のマッチングネットワーク設定（例えばＬ−タイプ構成）は、スタート、および、ランタイム条件の間の制御ビアコントローラ７０である。望ましくは、自動マッチングネットワーク制御手順は、プロセスの全体にわたって最適のマッチを維持するために使用される。しかしながら、典型的なマッチングネットワークに対するレスポンスは、ほぼ１５０ミリ秒である。従って、従来の（機械的に、調整された）マッチングネットワークが最適にほぼ１５０ミリ秒を下回るパルス幅に反応することができるとは予想されない。このような場合、従来のマッチングネットワークは、連続流量プロセスガス条件に基づいてランされ、および、スタート設定点に対して設計されている。他方、数百ミリ秒を上回るパルス幅が使用され、従来のマッチングネットワークでは反応し、および、パルス化している期間の間にさえ最適のインピーダンス整合を提供するために、十分に高速である。更なる考察は、下で提供される。
【００２１】
加えて、図１の処理システム１は、プロセスガス、および、排ガスがプラズマ処理チャンバ１０から除去されることができる（または排気される）真空ポンプシステム４２を更に含む。真空ポンプシステム４２は、好ましくは、１秒あたり５０００リットル（および、より高い）までの排気速度、および、チャンバ圧力を抑えるためのゲートバルブが可能なターボ分子真空ポンプ（ＴＭＰ）を含む。ＴＭＰは、低圧プロセス（一般的に５０ｍＴｏｒｒ未満の）に対して有効である。より高い圧力で、ＴＭＰ排気速度は、劇的に低下する。高圧プロセス（すなわち１００ｍＴｏｒｒを超える）に対して、メカニカルブースターポンプ、および、ドライ荒引きポンプは、推奨される。
【００２２】
さらにまた、プラズマ処理システム１は、真空ポンプシステム４２、インピーダンスマッチングネットワーク５２、増幅器５４、および、波形信号発生器５６に組み合わせられたコントローラ７０を更に含む。加えて、コントローラ７０は、プラズマ処理システム１のガス注入パラメータの制御の目的として、マスフローコントローラ２４、第１のガス供給２６、第２のガス供給３６、および、パルス化されたガス注入マニホールド３４に組み合わせられる。
【００２３】
コントローラ７０は、マイクロプロセッサ、メモリ、および、ガス注入システム１１と通信し、および、ガス注入システム１１への入力をアクティブにするために十分な制御電圧を生成することが可能なデジタルＩ／Ｏポートを含む。さらに、コントローラ７０は、情報をインピーダンスマッチングネットワーク５２、増幅器５４、および、波形信号発生器５６と交換する。コントローラ７０は、状態データをガス供給２６および３６、マスフローコントローラ２４、および、パルス化されたガス注入マニホールド３４と交換する。加えて、コントローラ７０は、真空ポンプ５５へ／から制御信号を送受信する。例えば、ゲートバルブは、制御されることができる。メモリに格納されたプログラムは、必要に応じてバルブ、および、それぞれのガス流量をアクティブにするプロセスレシピを含む。コントローラ７０の１つの実施例は、Ｍｉｃｒｏ／ｓｙｓ社、３７３０  Ｐａｒｋ  Ｐｌａｃｅ、Ｇｌｅｎｄａｌｅ、ＣＡ  ９１０２０から商業的に入手できるモデル＃ＳＢＣ２４８６ＤＸ  ＰＣ／１０４  Ｅｍｂｅｄｄａｂｌｅコンピュータボードである。
【００２４】
プラズマ処理システム１のオペレーションの間、プロセスガスは、ガス注入システム１１を介してプラズマ処理チャンバ１０に連続的に流れる第１のガス流れ２０、および、パルス化される第２のガス流れ３０で導入される。それぞれ、第１および第２のガス流れ２０および３０は、ガス供給２６および３６から生じる。ガス供給２６および３６は、複数の圧縮したガスシリンダを収納するキャビネットを含み、安全なガスをプラクティスのために取り扱う圧力調整器を含むことができる。第１のガス流れ２０の連続した流れは、当業者にとって周知であるガスシャワーヘッド構成を介して達成されることができる。
【００２５】
好ましい実施態様において、第１のガス流れ２０の連続した流れは、ガス注入プレート１２を介して処理チャンバ１０に導入される。代わりの実施形態では、ガス流れ２０の連続した流れは、処理チャンバ１０のチャンバ壁を介して、処理チャンバ１０に導入される。好ましい実施態様において、マスフローコントローラ２４は、ガス供給２６によって供給されている第１のプロセスガスのマスフロー流量をモニタし、そして、制御する。第２のガス３０のパルシングは、パルス化されたガス注入マニホールド３４を介して達成される。パルス化されたガス注入マニホールド３４は、１つ以上の圧力調整器、１つ以上のパルス化されたガス注入バルブ、および、ガス分配マニホールドを含むことができる。典型的なパルス化されたガス注入システムは、２００１年３月２日に出願された係属中のアメリカ特許出願第６０／２７２，４５２号において更に詳細に記載されている。そして、それは全体として本願明細書に引用したものとする。好ましい実施態様において、第２のガス流れ３０のパルス化された流れは、ガス注入プレート１２を介して処理チャンバ１０に導入される。
【００２６】
代わりの実施形態において、ガス注入プレート１２はアルミニウムのような金属から機械加工されることができ、プラズマと接触するそれらの表面は、酸化アルミニウム保護コーティングを形成するように陽極酸化されるか、またはＹ２Ｏ３でスプレーコーティングされることができる。さらにまた、ガス射出プレート１２は、スカベンジングプレートの働きをするためにシリコンまたはカーボンから製造されることができ、または、より高い腐食耐性を促進する炭化珪素から製造されることができる。
【００２７】
基板１６は、当業者に十分に理解される手段によって、プラズマ処理チャンバ１０との間で移送される。さらにまた、基板１６は、静電クランプ（図示せず）を介して基板ホルダ１４に好ましくは固定され、および、裏面ガス（図示せず）は基板１６と、基板ホルダ１４との間の改良された熱伝導に提供されることができる。基板ホルダ１４は、基板１６の温度コントロールを容易にするために、加熱および冷却機構（図示せず）を更に含むことができる。
【００２８】
図２は、図１に記載された作動している実施形態の方法の概略図を示す。一般に１１０として示される第１のガス流れ２０の流量の第１の時間履歴は、示され、そこにおいて、流量１１２は、プロセスの長さの間の維持された定数である。一般に１２０として示される第２のガス流れ３０の流れ特性の第２の時間履歴は、示され、そこにおいて、流れ特性１２２は、望ましくは注入全圧である。注入全圧は、パルスの振幅１２２、パルス幅１２６、および、パルス時間１２４を有するパルス化されたガス注入マニホールド３４を介して調整されるパルスである。パルス時間１２４に対するパルス幅１２６の比率は、更にパルスデューティーサイクルと称することがあり得る。加えて、パルス化された流れ特性１２２は、第２のガス流れ３０のマスフロー流量であり得る。
【００２９】
第１および第２の時間履歴と一緒に、一般に１３０として示されるＲＦバイアスパワーの第３の時間履歴は、示され、そこにおいて、ＲＦバイアスパワーは、第１の電力レベル１３４と、第２の電力レベル１３２との間で調整されるパルスである。ＲＦバイアスパワーパルスは、パルス幅１３８、および、パルス時間１３６を有する。パルス時間１３６に対するパルス幅１３８の比率は、パルスデューティーサイクルと更に称することがあり得る。好ましい実施態様において、それぞれ、ＲＦ電力パルス幅１３８、および、パルス時間１３６は、第２のプロセスガスパルス幅１２２、および、パルス時間１２４に実質的に同等である。代わりの実施形態では、ＲＦ電力パルスデューティーサイクルは、第２のガス流れパルスデューティーサイクルに、実質的に同等である。代わりの実施形態では、第２のガス流れパルス幅は、ＲＦ電力パルス幅とは実質的に異なる。代わりの実施形態では、第２のガス流れパルス時間は、ＲＦ電力パルス時間とは実質的に異なる。代わりの実施形態では、第２のガス流れデューティーサイクルは、ＲＦ電力パルスデューティーサイクルとは実質的に異なる。更なる代わりの実施形態において、ＲＦ電力パルス波形は、時間１４０においてシフトされるかまたは第２のガス流れガスパルス波形に対して、オフセットされる。
【００３０】
第１のガス流れ２０の流量が１００から５０００ｓｃｃｍまで変動することができる（アルゴン流量相当）。チャンバ圧力は、１から１０００のｍＴｏｒｒまでの範囲である。第２のガス流れ３０の注入全圧は、５０から１０００Ｔｏｒｒまでの範囲である。パルス幅は、１０ミリ秒から１０秒までのパルス周期範囲を有する１から１０００ミリ秒まで変動することができる。
【００３１】
１つの実施形態において、図２に示される操作方法に係る原子層堆積（ＡＬＤ）プロセスは、ここに記載されている。第１のガス流れ２０は、キャリヤガスの有無にかかわらず第１のプリカーサを含むことができる。加えて、第２のガス流れ３０は、キャリヤガスの有無にかかわらず第２のプリカーサを含むことができる。例えば、キャリヤガスは、不活性ガス、例えば希ガス（すなわちＨｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｒｎ）を含むことができる。第１のプリカーサ、および、第２のプリカーサは、堆積する材料によって、選ばれることができる。
【００３２】
一つの実施例において、タングステンを堆積させるときに、第１のプリカーサは、ＷＦ６またはＷ（ＣＯ）６を含むことができ、および、第２のプリカーサは、Ｈ２を含むことができる。
【００３３】
他の例では、タングステン窒化物を堆積させるときに、第１のプリカーサは、ＷＦ６を含むことができ、および、第２のプリカーサは、ＮＨ３またはＮ２、および、Ｈ２を含むことができる。
【００３４】
他の例では、タンタルを堆積させるときに、第１のプリカーサはＴａＣｌ５を含むことができ、および、第２のプリカーサは、Ｈ２を含むことができる。
【００３５】
他の例では、五酸化タンタルを堆積させるときに、第１のプリカーサはＴａＣｌ５を含むことができ、および、第２のプリカーサは、Ｈ２ＯまたはＨ２、および、Ｏ２を含むことができる。
【００３６】
他の例では、タンタル窒化物（すなわちＴａＮｘ）を堆積させるときに、第１のプリカーサは、タンタルを含んでいるプリカーサ（例えばＴａＣｌ５、ＰＤＥＡＴ（ペンタキス（ジエチルアミド）タンタル）、ＰＥＭＡＴ（ペンタキス（エチルメチルアミド）タンタル）、ＴａＢｒ５またはＴＢＴＤＥＴ（ｔ−ブチルイミノトリス（ジエチルアミノ）タンタル））を含むことができる。第２のプリカーサは、Ｈ２、および、Ｎ２の混合物を含むことができる。
【００３７】
他の例では、モリブデンを堆積させるときに、第１のプリカーサは、モリブデン六フッ化物を含むことができ、および、第２のプリカーサは、Ｈ２を含むことができる。
【００３８】
他の例では、銅を堆積させるときに、第１のプリカーサは、有機金属化合物を含むことができて、Ｃｕ（ＴＭＶ）（ｈｆａｃ）のような、または（トリメチルビニルシリル）ヘキサフルオロアセチルアセトナート銅Ｉ、また、商品名ＣｕｐｒａＳｅｌｅｃｔ（登録商標）によって知られており、Ｓｃｈｕｍａｃｈｅｒ，  ａ  ｕｎｉｔ  ｏｆ  Ａｉｒ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ  ａｎｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ，  Ｉｎｃ．，  １９６９  Ｐａｌｏｍａｒ  Ｏａｋｓ  Ｗａｙ，  Ｃａｒｌｓｂａｄ，  Ｃａｌｉｆ．  ９２００９）から入手可能であり、または無機化合物（例えばＣｕＣｌ）である。第２のプリカーサは、Ｈ２、Ｏ２、Ｎ２、ＮＨ３またはＨ２Ｏのうちの少なくとも１つを含むことができる。ここで使用しているように、語「少なくとも１つの、Ａ，Ｂ、Ｃ、…またはＸ」は、記載されたエレメントのどれか１つまたは１つ以上の記載されたエレメントの何らかの組合せのどれでも参照する。
【００３９】
他の例では、ＺｒＯ２を堆積させるときに、第１のプリカーサがＺｒ（ＮＯ３）４またはＺｒＣｌ４を含むことができ、および、第２のプリカーサは、Ｈ２Ｏを含むことができる。
【００４０】
他の例では、ＨｆＯ２を堆積させるときに、第１のプリカーサがＨｆ（ＮＯ３）４またはＨｆＣｌ４を含むことができて、および、第２のプリカーサは、Ｈ２Ｏを含むことができる。
【００４１】
他の例では、Ｈｆを堆積させるときに、第１のプリカーサは、ＨｆＣｌ４を含むことができ、および、第２のプリカーサは、Ｈ２を含むことができる。
【００４２】
他の例では、ニオブを堆積させるときに、第１のプリカーサは、五塩化ニオブを含むことができ、および、第２のプリカーサは、Ｈ２を含むことができる。
【００４３】
他の例では、亜鉛を堆積させるときに、第１のプリカーサは、二塩化亜鉛を含むことができ、および、第２のプリカーサは、Ｈ２を含むことができる。
【００４４】
他の例では、ＳｉＯ２を堆積させるときに、第１のプリカーサがＳｉ（ＮＯ３）４含むことができ、および、第２のプリカーサは、Ｈ２Ｏを含むことができる。
【００４５】
他の例では、ＳｉＯ２を堆積させるときに、第１のプリカーサは、二塩化シランを含むことができ、および、第２のプリカーサは、Ｈ２を含むことができる。
【００４６】
他の例では、ＳｉＯ２を堆積させるときに、第１のプリカーサはＳｉＣｌ４を含むことができ、および、第２のプリカーサは、Ｈ２ＯまたはＨ２、および、Ｏ２を含むことができる。
【００４７】
他の例では、窒化シリコンを堆積させるときに、第１のプリカーサはＳｉＣｌ４または二塩化シランを含むことができ、および、第２のプリカーサは、ＮＨ３またはＮ２、および、Ｈ２を含むことができる。
【００４８】
他の例では、ＴｉＮを堆積させるときに、第１のプリカーサは、Ｔｉ（ＮＯ３）を含むことができ、および、第２のプリカーサは、ＮＨ３を含むことができる。
【００４９】
他の例では、Ｔｉを堆積させるときに、第１のプリカーサは四塩化チタンまたはチタンｔｅｔｒａｉｏｄｉｄｅを含むことができ、および、第２のプリカーサは、Ｈ２を含むことができる。
【００５０】
他の例では、酸化チタンを堆積させるときに、第１のプリカーサは、四塩化チタンまたはチタンｔｅｔｒａｉｏｄｉｄｅを含むことができ、および、第２のプリカーサは、Ｈ２ＯまたはＨ２、および、Ｏ２を含むことができる。
【００５１】
他の例では、ＴｉＮを堆積させるときに、第１のプリカーサは、四塩化チタンを含むことができ、および、第２のプリカーサは、ＮＨ３を含むことができる。
【００５２】
他の例では、Ｔｉを堆積させるときに、第１のプリカーサがテトラキス（ジエチルアミノ）チタン、またはテトラキス（ジメチルアミノ）チタンを含むことができ、および、第２のプリカーサは、Ｈ２を含むことができる。
【００５３】
ＴｉＮを堆積させるときに別の実施例において、第１のプリカーサは、テトラキス（ジエチルアミノ）チタンまたはテトラキス（ジメチルアミノ）チタンを含むことができ、および、第２のプリカーサは、ＮＨ３を含むことができる。
【００５４】
他の例では、アルミニウムを堆積させるときに、第１のプリカーサは、アルミニウム三塩化物またはトリメチルアルミニウムを含むことができ、および、第２のプリカーサは、Ｈ２を含むことができる。
【００５５】
他の例では、窒化アルミニウムを堆積させるときに、第１のプリカーサは、アルミニウム三塩化物またはトリメチルアルミニウムを含むことができ、および、第２のプリカーサは、ＮＨ３またはＮ２、および、Ｈ２を含むことができる。
【００５６】
他の例では、酸化アルミニウムを堆積させるときに、第１のプリカーサは、アルミニウム三塩化物またはトリメチルアルミニウムを含むことができ、および、第２のプリカーサは、Ｈ２ＯまたはＯ２、および、Ｈ２を含むことができる。
【００５７】
他の例では、ＧａＮを堆積させるときに、第１のプリカーサは、ガリウム硝酸塩またはトリメチルガリウムを含むことができ、および、第２のプリカーサは、ＮＨ３を含むことができる。
【００５８】
他の例では、Ｃｒを堆積させるときに、第１のプリカーサは、Ｃｒオキソ硝酸塩を含むことができ、および、第２のプリカーサは、Ｈ２を含むことができる。
【００５９】
第２のプリカーサは、例えば、Ｈ２、Ｏ２、Ｎ２、ＮＨ３、Ｈ２ＯまたはＨ２Ｏ２のうちの少なくとも１つであり得る。
【００６０】
この実施形態に係るチャンバ圧力は、キャリヤガスの有無にかかわらず、第１のプリカーサの連続した流れに対してセットされることができる。例えば、バックグラウンド圧力は、５から２００ｍＴｏｒｒまでの範囲とすることができ、例えば、排気ポートの、またはプロセス領域の外のチャンバ壁のチャンバ圧力を検出し、そして、真空ポンプシステムゲートバルブを調整することによる。第２のガス流れは、第２のプリカーサのパルス化された注入を含むことができる。適切な第２のガス流れに対してガス注入全圧は望ましくは大気圧（すなわちほぼ７６０Ｔｏｒｒ）である。および、最後に、パルス幅およびパルス時間は、第２のガス流れパルスおよびＲＦ電力パルスは、実質的に同等で、それぞれ、５〜２０ミリ秒および１０〜４０ミリ秒にセットされる。
【００６１】
この操作方法において、５〜２０ミリ秒のプロセスガスパルス幅は係属中の米国出願１０／４６９，５９２号に示されるガス注入構成を介して達成されることができる、および、５〜２０ミリ秒のＲＦ電力パルス幅は上記の通りに市販のＲＦ電力ソースを介して達成される。また、上記するように、ＲＦ電力パルス幅が従来のインピーダンスマッチングネットワーク（すなわちほぼ１５０ミリ秒）の応答時間未満のときに、代わりの技術は最適のインピーダンス整合を達成することを必要としてもよい。線形のＲＦ増幅器は、上記の通りで、ここでは周波数シフト同調を備えており、特に、それらは１．６〜４ＭＨｚ（Ｄｒｅｓｓｉｅｒ  ＲＦ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）の周波数に利用できる。商業的に現実的なオプションを上回る周波数に対して、択一解は２００２年１月１４日に出願された係属中のアメリカ出願第１０／０４３２７０号にて説明したように、フリーランニングオシレータのようなものが必要であることができる。そして、それは全体として本願明細書に引用したものとする。
【００６２】
図３において、図１において記載される作動している実施形態の方法は、示される。プラズマプロセスは、ステップ５００でプラズマ処理システム１で始められる。ステップ５１０において、コントローラ７０は、保存されたプロセスレシピに係るガス注入システム１１を介して第１のガス流れ２０に対する流量１１２で始められる。第１のガス流れ２０は、ステップ６３０のプロセスの終了まで、最初からステップ５００のプロセスの実質的に一定の質量流量１１２を有する処理チャンバ１０に、連続的に導入される。ステップ５２０において、真空ポンプシステム４２に組み合わせられるコントローラ７０は、保存されたプロセスレシピに係る処理チャンバ１０のバックグラウンド圧力を調整する。
【００６３】
第１のプロセスガス流量が決められ、および、一旦バックグラウンド圧力がセットされると、プロセスプラズマは、基板ホルダＲＦ電力を介して、コントローラ７０に保存されたプロセスレシピに係るステップ５３０で点火される。ステップ５４０において、コントローラ７０は、ステップ５５０の第２のガス流れパルス、および、ＲＦ電力がステップ５７０の位相遅れの有無にかかわらずステップ５８０においてパルス化するトリガーとなる。ＲＦ電力パルスがステップ５９０において終わる一方、第２のガス流れパルスはステップ５６０において終わり、および、プロセスパルスは、ステップ６００において完了される。
【００６４】
ステップ６１０において、プロセス終点は、終点検出方法、例えば光学発光分光法、インピーダンス整合ネットワーク要素モニタリングなどにより、評価される。もし終点が到達されるならば、プロセスはステップ６３０の終了に帰着する。もしプロセスが完了しないならば、第２のプロセスガスパルス、および、ＲＦ電力パルスに対するそれぞれのパルス時間と同等の時延（ｔｉｍｅ  ｄｅｌａｙ）はステップ６２０において実施される。その後、ステップ５４０〜６３０は、繰り返される。
【００６５】
本発明の特定の実施形態だけが上で詳述されたが、当業者は、本発明の新規進歩の事項から逸脱することなく実施形態において変更が可能である非常に多くの態様を容易に理解する。したがって、全てのこのような変更態様は、本発明の範囲内に含まれることを目的とする。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の１つの実施形態に係るプラズマ処理装置の概略図を記載する図である。
【図２】図１の実施形態に係るガス注入パルス化、およびＲＦバイアスパルス化に対するタイミングダイアグラムである。
【図３】図１の実施形態に係る、図１のシステムの操作に対する手順のアウトラインを示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
2007530796.tif 000006