(57)【要約】  基板が堆積チャンバー内に配置される。基板上にケイ素を含む第一の種の単層を化学吸着させるのに有効な条件で、チャンバーにトリメチルシランを流し、チャンバーに第一の不活性ガスを流す。第一の不活性ガスは第一の流量で流す。第一の種の単層を形成した後、酸化剤と化学吸着された第一の種とが反応し、基板上に二酸化ケイ素含有単層を形成するのに有効な条件で、チャンバーに酸化剤を流し、チャンバーに第二の不活性ガスを流す。第二の不活性ガス流は第一の流量未満である第二の流量を有する。基板上に二酸化ケイ素含有層を形成するのに有効となるように（ａ）トリメチルシラン及び第一の不活性ガス流及び（ｂ）酸化剤及び第二の不活性ガス流を連続的に繰り返す。他の態様や特徴が企図される。【選択図】  図１
2007506863.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に二酸化ケイ素含有層を形成する原子層堆積方法であって、
堆積チャンバー内に基板を配置し、
基板上にケイ素を含む第一の種の単層を化学吸着させるのに有効な条件で、チャンバーにトリメチルシランを流し、チャンバーに第一の不活性ガスを流し、ここで、第一の不活性ガス流は第一の流量を有し、
第一の種の単層を形成した後、酸化剤と化学吸着された第一の種とが反応し、基板上に二酸化ケイ素含有単層を形成するのに有効な条件で、チャンバーに酸化剤を流し、チャンバーに第二の不活性ガスを流し、ここで、第二の不活性ガス流は第一の流量未満である第二の流量を有し、
基板上に二酸化ケイ素含有層を形成するのに有効となるように（ａ）トリメチルシラン及び第一の不活性ガス流及び（ｂ）酸化剤及び第二の不活性ガス流を連続的に繰り返す、
ことを含む方法。
【請求項２】
第二の流量が第一の流量の５０％以下である、請求項１の方法。
【請求項３】
第二の流量が第一の流量の４０％以下である、請求項１の方法。
【請求項４】
第二の流量が第一の流量の２５％〜５０％である、請求項１の方法。
【請求項５】
第二の流量が第一の流量の２５％〜４０％である、請求項１の方法。
【請求項６】
第二の流量が第一の流量の３０％〜４０％である、請求項１の方法。
【請求項７】
第二の流量が第一の流量の３５％〜４０％である、請求項１の方法。
【請求項８】
第一及び第二の不活性ガスが同じである、請求項１の方法。
【請求項９】
第一及び第二の不活性ガスが異なる、請求項１の方法。
【請求項１０】
各二酸化ケイ素含有単層が少なくとも２オングストロームの平均厚さに形成される、請求項１の方法。
【請求項１１】
各二酸化ケイ素含有単層が少なくとも３オングストロームの平均厚さに形成される、請求項１の方法。
【請求項１２】
酸化剤が少なくとも２０００ｓｃｃｍの流量で反応器に流される、請求項１の方法。
【請求項１３】
酸化剤が少なくとも３０００ｓｃｃｍの流量で反応器に流される、請求項１の方法。
【請求項１４】
酸化剤が少なくとも４０００ｓｃｃｍの流量で反応器に流される、請求項１の方法。
【請求項１５】
酸化剤が少なくとも５０００ｓｃｃｍの流量で反応器に流される、請求項１の方法。
【請求項１６】
酸化剤を流すことがチャンバー内のプラズマを欠く、請求項１の方法。
【請求項１７】
第二の流量が第一の流量の３５％〜４０％であり、各二酸化ケイ素含有単層が少なくとも３オングストロームの平均厚さに形成され、酸化剤が少なくとも２０００ｓｃｃｍの流量で反応器に流される、請求項１の方法。
【請求項１８】
トリメチルシランを第一の時間流し、酸化剤を第二の時間流し、第二の時間が第一の時間よりも長い、請求項１の方法。
【請求項１９】
第二の時間が第一の時間の少なくとも２倍の長さである、請求項１８の方法。
【請求項２０】
第二の時間が２．５秒を超え、第一の時間が２．５秒以下である、請求項１８の方法。
【請求項２１】
基板上に二酸化ケイ素含有層を形成する原子層堆積方法であって、
堆積チャンバー内に基板を配置し、
（ａ）基板上にケイ素を含む第一の種の単層を化学吸着させるのに有効な条件で、チャンバーにトリメチルシランを流し、チャンバーに不活性ガスを流し、ここで、不活性ガス流は第一の流量を有し、
（ｂ）第一の種の単層を形成した後、チャンバーにトリメチルシランを流すのを止め、チャンバーからトリメチルシランをパージするのに有効となるようにチャンバーに不活性ガスを流し、
（ｃ）チャンバーからトリメチルシランをパージした後、酸化剤と化学吸着された第一の種とが反応し、基板上に二酸化ケイ素含有単層を形成するのに有効な条件で、チャンバーに酸化剤を流し、チャンバーに不活性ガスを流し、ここで、酸化剤を流している間の不活性ガス流は第一の流量未満である第二の流量を有し、
（ｄ）二酸化ケイ素含有単層を形成した後、チャンバーに酸化剤を流すのを止め、チャンバーから酸化剤をパージするのに有効となるようにチャンバーに不活性ガスを流し、
基板上に二酸化ケイ素含有層を形成するのに有効となるように（ａ）〜（ｄ）の流れを連続的に繰り返す、
ことを含む方法。
【請求項２２】
トリメチルシランをパージする間の不活性ガスの流れが第一の流量である、請求項２１の方法。
【請求項２３】
酸化剤をパージする間の不活性ガスの流れが第一の流量である、請求項２１の方法。
【請求項２４】
トリメチルシランをパージする間の不活性ガスの流れが第一の流量であり、酸化剤をパージする間の不活性ガスの流れが第一の流量である、請求項２１の方法。
【請求項２５】
各二酸化ケイ素含有単層が少なくとも２オングストロームの平均厚さに形成される、請求項２１の方法。
【請求項２６】
各二酸化ケイ素含有単層が少なくとも３オングストロームの平均厚さに形成される、請求項２１の方法。
【請求項２７】
第二の流量が第一の流量の５０％以下である、請求項２１の方法。
【請求項２８】
第二の流量が第一の流量の４０％以下である、請求項２１の方法。
【請求項２９】
第二の流量が第一の流量の２５％〜４０％である、請求項２１の方法。
【請求項３０】
第二の流量が第一の流量の３０％〜４０％である、請求項２１の方法。
【請求項３１】
第二の流量が第一の流量の３５％〜４０％である、請求項２１の方法。
【請求項３２】
酸化剤が少なくとも２０００ｓｃｃｍの流量で反応器に流される、請求項２１の方法。
【請求項３３】
第二の流量が第一の流量の３５％〜４０％であり、各二酸化ケイ素含有単層が少なくとも３オングストロームの平均厚さに形成され、酸化剤が少なくとも２０００ｓｃｃｍの流量で反応器に流される、請求項２１の方法。
【請求項３４】
酸化剤を流すことがチャンバー内のプラズマを欠く、請求項２１の方法。
【請求項３５】
（ａ）流れが第一の時間であり、（ｃ）流れが第二の時間であり、第二の時間が第一の時間よりも長い、請求項２１の方法。
【請求項３６】
第二の時間が第一の時間の少なくとも２倍の長さである、請求項３５の方法。
【請求項３７】
第二の時間が２．５秒を超え、第一の時間が２．５秒以下である、請求項３５の方法。
【請求項３８】
基板上に二酸化ケイ素含有層を形成する原子層堆積方法であって、
堆積チャンバー内に基板を配置し、
基板上にケイ素を含む第一の種の単層を化学吸着させるのに有効な条件でチャンバーにトリメチルシランを流し、
第一の種の単層を形成した後、酸化剤と化学吸着された第一の種とが反応し、基板上に二酸化ケイ素含有単層を形成するのに有効な条件でチャンバーに酸化剤を流し、ここで、酸化剤は少なくとも２０００ｓｃｃｍの流量でチャンバーに流し、
基板上に二酸化ケイ素含有層を形成するのに有効となるようにトリメチルシラン及び酸化剤の流れを連続的に繰り返す、
ことを含む方法。
【請求項３９】
酸化剤が少なくとも３０００ｓｃｃｍの流量で反応器に流される、請求項３８の方法。
【請求項４０】
酸化剤が少なくとも４０００ｓｃｃｍの流量で反応器に流される、請求項３８の方法。
【請求項４１】
酸化剤が少なくとも５０００ｓｃｃｍの流量で反応器に流される、請求項３８の方法。
【請求項４２】
酸化剤がＯ３及びＯ２の混合物である、請求項３８の方法。
【請求項４３】
酸化剤を流すことがチャンバー内のプラズマを欠く、請求項３８の方法。
【請求項４４】
酸化剤がＯ３及びＯ２の混合物であり、チャンバー内のプラズマを欠く、請求項３８の方法。
【請求項４５】
各二酸化ケイ素含有単層が少なくとも２オングストロームの平均厚さに形成される、請求項３８の方法。
【請求項４６】
各二酸化ケイ素含有単層が少なくとも３オングストロームの平均厚さに形成される、請求項３８の方法。
【請求項４７】
トリメチルシランの流れが第一の時間あり、酸化剤の流れが第二の時間あり、第二の時間が第一の時間よりも長い、請求項３８の方法。
【請求項４８】
第二の時間が第一の時間の少なくとも２倍の長さである、請求項４７の方法。
【請求項４９】
第二の時間が２．５秒を超え、第一の時間が２．５秒以下である、請求項４７の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の分野
本発明は二酸化ケイ素含有層を形成する原子層堆積方法に関する。
背景技術
集積回路の作製における半導体の加工は半導体基板上に層を堆積することを含む。加工の例としては、化学気相堆積（ＣＶＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）などがある。ＣＶＤ及びＡＬＤはウェハーホルダー又はサセプター（susceptor）上に単一の基板を保持するチャンバー内で行うことができる。複数の基板チャンバーも利用できるかもしれない。１以上の前駆体ガスは代表的には基板の外側表面に実質的に均質に反応体ガスを均一に与えることを意図したチャンバー内のシャワーヘッドに与えられる。前駆体は、基板の上面の適切な層の堆積において、反応するか或いはマニフェストされる。プラズマエンハンスメントを利用してもよいし、しなくてもよい。プラズマエンハンスメントが利用される場合、プラズマはチャンバー内に直接に或いはチャンバーから離れて発生させ保持されることができる。
【０００２】
半導体の作製において一般に利用される絶縁又は誘電性材料の一つは二酸化ケイ素である。
発明の概要
本発明は基板上に二酸化ケイ素含有層を形成する原子層堆積方法を含む。一つの態様において、堆積チャンバー内に基板を配置する。基板上にケイ素を含む第一の種の単層を化学吸着させるのに有効な条件で、チャンバーにトリメチルシランを流し、チャンバーに第一の不活性ガスを流す。第一の不活性ガス流は第一の流量を有する。第一の種の単層を形成した後、酸化剤と化学吸着された第一の種とが反応し、基板上に二酸化ケイ素含有単層を形成するのに有効な条件で、チャンバーに酸化剤を流し、チャンバーに第二の不活性ガスを流す。第二の不活性ガス流は第一の流量未満である第二の流量を有する。基板上に二酸化ケイ素含有層を形成するのに有効となるように（ａ）トリメチルシラン及び第一の不活性ガス流及び（ｂ）酸化剤及び第二の不活性ガス流を連続的に繰り返す。
【０００３】
一つの態様において、基板上に二酸化ケイ素含有層を形成する原子層堆積方法は堆積チャンバー内に基板を配置することを含む。基板上にケイ素を含む第一の種の単層を化学吸着させるのに有効な条件で、チャンバーにトリメチルシランを流す。第一の種の単層を形成した後、酸化剤と化学吸着された第一の種とが反応し、基板上に二酸化ケイ素含有単層を形成するのに有効な条件で、チャンバーに酸化剤を流す。酸化剤はチャンバーに少なくとも２０００ｓｃｃｍの流量で流す。基板上に二酸化ケイ素含有層を形成するのに有効となるようにトリメチルシラン及び酸化剤流を連続的に繰り返す。
【０００４】
他の態様及び特徴も企図される。
本発明の好適な態様が添付図面を参照して以下に説明される。
好適な態様の詳細な記述
本発明は基板、例えば半導体基板、上に二酸化ケイ素含有層を形成する原子層堆積方法を包含する。本明細書の記載内容において、「半導体基板」又は「半導電性基板」との用語は半導電性材料、例えば、これに限定されるものではないが、半導電性ウェハー（単独あるいはその上の他の材料を含むアセンブリのいずれも）、半導電性材料層（単独あるいはその上の他の材料を含むアセンブリのいずれも）などのバルク半導電性材料を含む全ての構造を意味するために定義される。「基板」との用語は、これに限定されるものではないが、上述した半導電性基板を含む全ての支持構造物を示す。本発明は二酸化ケイ素含有層を形成するＡＬＤ法に関する一方、本発明はＡＬＤ以外の方法によって形成された二酸化ケイ素含有層の一部として形成されたような層を排除するものではない。例えば、例としてにすぎないが、この方法は、本発明の特徴に従って、ＣＶＤによって堆積された二酸化ケイ素含有層の上に二酸化ケイ素含有層を形成するＡＬＤ法及び／又はＡＬＤによって形成された二酸化ケイ素含有層の上にＣＶＤによって形成された二酸化ケイ素含有層を形成する方法を企図する。言い換えれば、本発明はまた基板上に複合の又は均質な二酸化ケイ素含有層を形成することにおいてＣＶＤプロセスと本発明の方法的特徴とを組み合わせることを包含する。
【０００５】
ＡＬＤはまた時々原子層エピタキシー、原子層プロセッシングなどとして言及される。ＡＬＤは基板上に非常に薄い層を形成することが主に意図される場合に望ましい。ＡＬＤは、初期の基板を第一の化学種に暴露して基板上にその種を化学吸着することを達成することを含む。理論的にはその化学吸着は暴露された初期の基板の全体の上に均一に一つの原子又は分子の厚さで単層を形成する。言い換えれば、飽和した単層が好ましくは形成される。しかし、化学吸着は、不連続の単層が代表的には最初に形成されるように基板の全ての部分上に起こらないかもしれないし、典型的には起こらない。にもかかわらず、不完全な単層は本明細書における単層であり、当業者によってそのように認識されるといえる。多くの用途において単に実質的に飽和な単層は好適である。実質的に飽和な単層はそのような層に望まれる品質及び／又は性質を呈する堆積層を生成するものである。
【０００６】
第一の種に暴露した後、それは典型的には基板からパージされ、第二の化学種が第一の種の第一の単層の上に化学吸着される。第二の種はその後パージされ、これら工程が第一の種に第二の種の単層を暴露することで繰り返される。いくつかの場合において、二つの単層が同様な種からなるものとすることができる。また、第三の種又はそれを超える種が、第一及び第二の種について前述したように連続的に化学吸着され、パージされることができる。さらに、第一、第二及び第三の種の一以上が反応チャンバー内で圧力飽和を加速するために、又は他の目的で不活性ガスと混合されることができる。
【０００７】
パージは、これに限定されるものではないが、基板及び／又は化学吸着させる種と接触させる種の濃度を低減するために、キャリアガスと基板及び／又は単層を接触させること、及び／又は、堆積圧力以下に圧力を低下させることを含む。キャリアガスとしては、例えば、Ｎ２、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅなどが挙げられる。パージ工程は、副生成物を脱着することを可能にし、別の種を導入するに先立って種の濃度を低減する全ての物質と、基板及び／又は単層とを接触させることを含むことができる。パージの好適な量は当業者に知られているように実験的に決定することができる。パージ時間はフィルム成長速度を増加させるパージ時間に連続的に減少させることができる。フィルム成長速度の増加は非−ＡＬＤプロセスレジメ（regime）への変化の指標となるかもしれず、パージ時間の限度を確立することに使用されるかもしれない。
【０００８】
ＡＬＤはしばしば自己制限プロセスとして説明される。それは、数多くのサイトが基板上に存在し、その基板に対して第一の種が化学吸着されることができる。第二の種は第一の種とのみ結合するかもしれず、こうして自己制限的であるかもしれない。いったん基板上の数多くのサイトの全てが第一の種と結合すると、第一の種はしばしば基板に既に結合している第一の種以外のものに結合しない。しかし、ＡＬＤにおけるプロセス条件を変化させてそのような結合を促進し、ＡＬＤを自己制限的にしないようにすることができる。したがって、ＡＬＤはまた、一つの原子又は分子の厚さを超える層を形成する、種の積み重ねによって一度に一つの単層以外を形成する種を包含する。さらに注目すべきは、局部的化学反応がＡＬＤの間に起こりうる（例えば、入ってきた反応体分子は基板上に単層を形成するよりむしろ存在する表面から分子を取り除くことができる。）。そのような化学反応が起こる程度にそれはその表面の最上の単層内に一般に制限される。
【０００９】
ＡＬＤは、しばしば使用される温度及び圧力の範囲内で、一度に全ＡＬＤ層の一つの単層の望ましい形成を達成するために確立したパージ基準で起こることができる。ＡＬＤ条件は、当業者に知られている基準に従う特定の前駆体、層条件、堆積装置、及び他の要因に強く依存して変化する。温度、圧力及びパージングの従来の条件を維持することによって、単層の形成及び得られる全ＡＬＤ層の品質に影響しうる望ましくない反応を最小限にすることができる。したがって、従来の温度及び圧力範囲外で操業することは欠陥のある単層を形成する危険がある。
【００１０】
化学気相堆積（ＣＶＤ）の一般的な技術は、これに限定されないが、プラズマエンハンストＣＶＤ及びその他を含む様々なより多くの特定のプロセスを含む。ＣＶＤは基板上に完全に堆積された材料を非選択的に形成するために一般に使用される。典型的なＣＶＤプロセスの一つの特徴は、堆積チャンバーにおいて多数の種を同時に存在させてそれらを一緒に反応させて堆積材料を形成することである。そのような条件は、基板に化学吸着させるか又は基板上の前に堆積させた種に化学吸着させる単一の堆積種と基板とを接触させる従来のＡＬＤ用のパージ基準と対照的である。ＡＬＤプロセスのレジメはＣＶＤ反応が起こるよりはむしろＡＬＤ化学吸着が起こるようなタイプの、またはそのような条件下の、同時に接触させる複数の種を与えることができる。共に反応する代わりに、それら種は、基板に化学吸着させる、又は望ましい材料の完全な層を形成するために次の種を続いて化学吸着させる表面を与える前に堆積された種に化学吸着させることができる。
【００１１】
ほとんどのＣＶＤ条件下で、堆積は、下にある基板の組成又は表面の性質から大きく独立して起こる。対照的に、ＡＬＤにおける化学吸着速度は、基板又は化学吸着された種の組成、結晶構造及び他の性質によって影響されるかもしれない。
【００１２】
例示にすぎないが、例えば、本発明の特徴に従って基板上に二酸化ケイ素含有層を形成する方法としては、図１〜３に示されるものが挙げられる。形成される層は二酸化ケイ素を含んでもよいし、二酸化ケイ素から本質的になるものでもよいし、二酸化ケイ素からなるものでもよい。図１は、堆積チャンバー１０の概略図である。そのチャンバー内では、基板１２、例えば半導体基板１３が配置されている。堆積チャンバー１０はフィードストリームＡ、Ｂ及びＣを有するように概略的に示されている。もちろん、より多い或いはより少ないフィードストリームが供給されることができる。さらに、フィードストリームはチャンバー１０に供給される前に組み合わされ及び混合されることができる。シャワーヘッド又は他の分配デバイス（図示せず）も、もちろん、チャンバー１０内に設けることができる。例示的な真空制御ドローダウン／排気ライン１６がチャンバー１０から未反応ガス及び副生成物を基板から排出するために、及びチャンバー圧力を制御するために延びている。堆積条件は少なくとも１つ又は全ての前駆体のプラズマ発生を含むことができ、又は前駆体のいずれかのプラズマ発生を欠くことができる。さらに全てのそのようなプラズマ発生は堆積チャンバー１０内で及び／又はそこから離れて行うことができる。
【００１３】
一つの態様において、基板上にケイ素を含む第一の種の単層が化学吸着するのに有効な条件で、トリメチルシランをチャンバーに流し、第一の不活性ガスをチャンバーに流す。図２は、基板１３に結合した例示的な、ケイ素を含む第一の種の単層２０及び一以上の残存メチル基を示す。例示的な第一の不活性ガスはヘリウムを含む。もちろん、第一の不活性ガスは複数の不活性ガスの混合物を構成することもできる。例示に過ぎないが、例示的な好適な圧力条件は１Torr〜４００Torrを含む。例示的な好適な温度範囲は、例えば温度制御されたチャック（chuck）によって、２０℃〜１０００℃のいずれかを含む。
【００１４】
不活性ガス流はある第一の流量で行われ、本発明の第一の特徴に関して、その材料の実質性（materiality）は以下に議論することから本質的である。本発明は、内部体積５２００ｃｍ３を有する反応器／チャンバーにおいて実施化された（reduced-to-practice）。２秒間、トリメチルシランは１７５ｓｃｃｍの流量で流され、ヘリウムは８０００ｓｃｃｍの流量で流された。反応器圧力は１００Torr及びチャック温度は１２５℃であった。
【００１５】
第一の種の単層を形成した後、酸化剤と化学吸着された第一の種とが反応し基板上に二酸化ケイ素を含む単層が形成されるのに有効な条件で、酸化剤をチャンバーに流し、第二の不活性ガスをチャンバーに流す。一つの態様において、第二の不活性ガス流は第一の流量未満の第二の流量である。例示に過ぎないが、図３は図２のメチル基を酸化剤の酸素原子で排除又は置換することによって形成された二酸化ケイ素を含む単層２５を示す。
【００１６】
好ましくは、チャンバーに酸化剤を流す前に、反応器から非接着トリメチルシランをパージする。一つの例示的態様において、それは、チャンバーからトリメチルシランをパージするのに有効な時間チャンバーに第一の不活性ガスを流しながらトリメチルシランの流れを停止することによって起こる。トリメチルシランをパージする間のそのような不活性ガス流は初期の化学吸着の間の第一の不活性ガス流の流量と同じであるか、又は異なる流量とすることができる。
【００１７】
第一及び第二の不活性ガスは同じか或いは異なるものとすることができる。さらに、酸化剤流はチャンバー内のプラズマを欠き（be void of plasma）、チャンバー内にプラズマを含み、及び／又は、離れたプラズマによってチャンバーに供給される前に活性化／エネルギー付加されることができる。
【００１８】
酸化剤が流れている間の不活性ガス流の第二の流量は、トリメチルシランが流れている間のチャンバーへの第一の不活性ガス流の第一の流量の５０％以下であることが好ましく、より好ましくは、第一の流量の４０％以下である。さらに好ましくは、第二の流量は第一の流量の少なくとも２５％、より好ましくは第一の流量の少なくとも３０％、さらにより好ましくは第一の流量の少なくとも３５％である。
【００１９】
第一の不活性ガス流の第一の流量よりも低い第二の流量の不活性ガス流を伴うトリメチルシランを利用するＡＬＤによって二酸化ケイ素含有層を形成することは、二酸化ケイ素のより完全な／連続的な単層の形成を可能にすることができることが見出されている。例えば、基板上に形成された単層の飽和度を定量する一つの典型的な方法は、それぞれの反応性前駆体流の単一のサイクル後に単層の平均厚さを参照することによる。例えば、基板上に形成された二酸化ケイ素の１００％飽和単層は、約３オングストローム〜４オングストロームの厚さを有することが予想される。典型的な先行技術の二酸化ケイ素ＡＬＤプロセスは、基板にわたり、約１オングストローム以下の平均厚さを達成し、基板上に平均で１／３以下の被覆を示す。本発明の好適な特徴及び態様に従って、二酸化ケイ素含有単層の各々は少なくとも２オングストロームの平均厚さ、より好ましくは少なくとも３オングストロームの厚さに形成される。
【００２０】
一つの好適な態様において、トリメチルシランはある第一の時間流され、酸化剤は第一の時間よりも長いある第二の時間流される。一つの好適な態様において、第二の時間は第一の時間の少なくとも２倍長い。一つの態様において、第二の時間は２．５秒を超える一方、第一の時間は２．５秒以下である。例示に過ぎないが、例示的なトリメチルシラン流の時間は、１秒〜５秒であり、２秒が特に好ましい。さらに例示に過ぎないが、好ましい酸化剤流の時間は１秒〜１０秒であり、５秒が特に好ましい。
【００２１】
例えば、温度及び圧力などの酸化剤を流す間の条件は、トリメチルシランを流す間の条件と同じでもよいし異なってもよいし、例えば、上述したとおりである。一つの例示的な実施化（reduction-to-practice）例において、酸化剤は、５０００ｓｃｃｍの組み合わせ流量で流される１２体積％のＯ３及び８８体積％のＯ２の組み合わせを含んだ。不活性ガスは３０００ｓｃｃｍで流されるヘリウムだった。これは、トリメチルシランを流す間の不活性ガスの流量の３７．５体積％であった。基板又はチャック温度は１２５℃であり、内部反応器圧力は約１００Ｔｏｒｒで維持された。そのようなプロセスは５秒間続けた。もちろん、いずれの代替酸化剤を利用することもでき、現存しているか、まだ開発中であるかは問わない。例示に過ぎないが、例えば、酸素ラジカル、Ｈ２Ｏ、Ｈ２Ｏ２、ＮＯ、Ｎ２Ｏなどが挙げられる。
【００２２】
トリメチルシラン及び第一の不活性ガス流は、酸化剤及び第二の不活性ガス流と共に、基板上に二酸化ケイ素含有層を形成するのに有効となるように連続して繰り返される（例えば、図１中に示されている層３０）。
【００２３】
一つの好適な態様においてチャンバーのパージは、酸化剤で二酸化ケイ素含有単層が形成された後に行うのが好ましい。一つの好適な態様において、そのようなパージは酸化剤がチャンバーからパージされるのに有効となるようにチャンバーに第二の不活性ガスを流す一方でチャンバーに酸化剤を流すのを停止することによって行う。不活性ガスを流すために好適な時間は例えば１秒〜１０秒のいずれかであり、特に５秒である。もちろん、第一の流量でトリメチルシランをパージする間の第一の不活性ガスを流す時間は、酸化剤をパージする間の第二の不活性ガスを流す時間と同じでもよいし異なってもよい。
【００２４】
本発明の別の特徴に従って、上述したものとは独立して、本発明は、基板上にケイ素を含む第一の種を化学吸着するのに有効な条件でチャンバーにトリメチルシランを流すことを含む、基板上に二酸化ケイ素含有層を形成するＡＬＤ法を企図する。不活性ガスはトリメチルシランを流す間にチャンバーに流してもよいし流さなくてもよい。にもかかわらず、第一の種の単層を形成した後、酸化剤は、酸化剤と化学吸着された第一の種とを反応させ、基板上に二酸化ケイ素を含む単層を形成するのに有効な条件で、チャンバーに流される。不活性ガスは、酸化剤を流す間にチャンバーに流してもよいし流さなくてもよい。酸化剤は少なくとも２０００ｓｃｃｍの流量でチャンバーに流し、好ましくは少なくとも３０００ｓｃｃｍの流量で、より好ましくは少なくとも４０００ｓｃｃｍの流量で、最も好ましくは５０００ｓｃｃｍの流量で流す。そのようなトリメチルシラン及び酸化剤の流れは、基板上に二酸化ケイ素含有層を形成するのに有効となるように連続的に繰り返す。
【００２５】
二酸化ケイ素のＡＬＤプロセスの際のチャンバーへの従来技術の酸化剤の流量は、適切には２０００ｓｃｃｍ未満であり、特に１０００ｓｃｃｍ未満であると理解される。本明細書で説明されるように、酸化剤の流量を増大させると、反応器体積と独立して、基板上に形成される二酸化ケイ素のより完全な又は飽和した単層が可能になる。これはおそらく第一の態様に関して上述した特性とは独立している。しかし、好ましいプロセスは、さらに、本発明のこの後者の態様の好ましい特徴に従って、前述した第一の態様の各々に従う。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の特徴にしたがって使用される堆積チャンバーの概略図である。
【図２】本発明の特徴にしたがって加工される基板の概略断面図である。
【図３】図２に示された加工工程に続く加工工程での図２の基板の概略図である。
【図１】
2007506863.tif 000003
【図２】
2007506863.tif 000004
【図３】
2007506863.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成18年5月16日(2006.5.16)
【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】
基板上に二酸化ケイ素含有層を形成する原子層堆積方法であって、
堆積チャンバー内に基板を配置し、
基板上にケイ素を含む第一の種の単層を化学吸着させるのに有効な条件で、チャンバーにトリメチルシランを流し、チャンバーに第一の不活性ガスを流し、ここで、第一の不活性ガス流は第一の流量を有し、
第一の種の単層を形成した後、酸化剤と化学吸着された第一の種とが反応し、基板上に二酸化ケイ素含有単層を形成するのに有効な条件で、チャンバーに酸化剤を流し、チャンバーに第二の不活性ガスを流し、ここで、第二の不活性ガス流は第一の流量未満である第二の流量を有し、
基板上に二酸化ケイ素含有層を形成するのに有効となるように（ａ）トリメチルシラン及び第一の不活性ガス流及び（ｂ）酸化剤及び第二の不活性ガス流を連続的に繰り返す、
ことを含む方法。
【請求項２】
第二の流量が第一の流量の５０％以下である、請求項１の方法。
【請求項３】
第二の流量が第一の流量の４０％以下である、請求項１の方法。
【請求項４】
第一及び第二の不活性ガスが同じである、請求項１の方法。
【請求項５】
第一及び第二の不活性ガスが異なる、請求項１の方法。
【請求項６】
各二酸化ケイ素含有単層が少なくとも２オングストロームの平均厚さに形成される、請求項１の方法。
【請求項７】
各二酸化ケイ素含有単層が少なくとも３オングストロームの平均厚さに形成される、請求項１の方法。
【請求項８】
酸化剤が少なくとも２０００ｓｃｃｍの流量で反応器に流される、請求項１の方法。
【請求項９】
酸化剤を流すことがチャンバー内のプラズマを欠く、請求項１の方法。
【請求項１０】
トリメチルシランを第一の時間流し、酸化剤を第二の時間流し、第二の時間が第一の時間よりも長い、請求項１の方法。
【請求項１１】
第二の時間が第一の時間の少なくとも２倍の長さである、請求項１０の方法。
【請求項１２】
第二の時間が２．５秒を超え、第一の時間が２．５秒以下である、請求項１０の方法。
【請求項１３】
基板上に二酸化ケイ素含有層を形成する原子層堆積方法であって、
堆積チャンバー内に基板を配置し、
（ａ）基板上にケイ素を含む第一の種の単層を化学吸着させるのに有効な条件で、チャンバーにトリメチルシランを流し、チャンバーに不活性ガスを流し、ここで、不活性ガス流は第一の流量を有し、
（ｂ）第一の種の単層を形成した後、チャンバーにトリメチルシランを流すのを止め、チャンバーからトリメチルシランをパージするのに有効となるようにチャンバーに不活性ガスを流し、
（ｃ）チャンバーからトリメチルシランをパージした後、酸化剤と化学吸着された第一の種とが反応し、基板上に二酸化ケイ素含有単層を形成するのに有効な条件で、チャンバーに酸化剤を流し、チャンバーに不活性ガスを流し、ここで、酸化剤を流している間の不活性ガス流は第一の流量未満である第二の流量を有し、
（ｄ）二酸化ケイ素含有単層を形成した後、チャンバーに酸化剤を流すのを止め、チャンバーから酸化剤をパージするのに有効となるようにチャンバーに不活性ガスを流し、
基板上に二酸化ケイ素含有層を形成するのに有効となるように（ａ）〜（ｄ）の流れを連続的に繰り返す、
ことを含む方法。
【請求項１４】
トリメチルシランをパージする間の不活性ガスの流れが第一の流量である、請求項１３の方法。
【請求項１５】
酸化剤をパージする間の不活性ガスの流れが第一の流量である、請求項１３の方法。
【請求項１６】
トリメチルシランをパージする間の不活性ガスの流れが第一の流量であり、酸化剤をパージする間の不活性ガスの流れが第一の流量である、請求項１３の方法。
【請求項１７】
各二酸化ケイ素含有単層が少なくとも２オングストロームの平均厚さに形成される、請求項１３の方法。
【請求項１８】
各二酸化ケイ素含有単層が少なくとも３オングストロームの平均厚さに形成される、請求項１３の方法。
【請求項１９】
第二の流量が第一の流量の５０％以下である、請求項１３の方法。
【請求項２０】
酸化剤が少なくとも２０００ｓｃｃｍの流量で反応器に流される、請求項１３の方法。
【請求項２１】
酸化剤を流すことがチャンバー内のプラズマを欠く、請求項１３の方法。
【請求項２２】
（ａ）流れが第一の時間であり、（ｃ）流れが第二の時間であり、第二の時間が第一の時間よりも長い、請求項１３の方法。
【請求項２３】
第二の時間が第一の時間の少なくとも２倍の長さである、請求項２２の方法。
【請求項２４】
第二の時間が２．５秒を超え、第一の時間が２．５秒以下である、請求項２２の方法。
【請求項２５】
基板上に二酸化ケイ素含有層を形成する原子層堆積方法であって、
堆積チャンバー内に基板を配置し、
基板上にケイ素を含む第一の種の単層を化学吸着させるのに有効な条件でチャンバーにトリメチルシランを流し、
第一の種の単層を形成した後、酸化剤と化学吸着された第一の種とが反応し、基板上に二酸化ケイ素含有単層を形成するのに有効な条件でチャンバーに酸化剤を流し、ここで、酸化剤は少なくとも２０００ｓｃｃｍの流量でチャンバーに流し、
基板上に二酸化ケイ素含有層を形成するのに有効となるようにトリメチルシラン及び酸化剤の流れを連続的に繰り返す、
ことを含む方法。
【請求項２６】
酸化剤が少なくとも３０００ｓｃｃｍの流量で反応器に流される、請求項２５の方法。
【請求項２７】
酸化剤がＯ３及びＯ２の混合物である、請求項２５の方法。
【請求項２８】
酸化剤を流すことがチャンバー内のプラズマを欠く、請求項２５の方法。
【請求項２９】
酸化剤がＯ３及びＯ２の混合物であり、チャンバー内のプラズマを欠く、請求項２５の方法。
【請求項３０】
各二酸化ケイ素含有単層が少なくとも２オングストロームの平均厚さに形成される、請求項２５の方法。
【請求項３１】
各二酸化ケイ素含有単層が少なくとも３オングストロームの平均厚さに形成される、請求項２５の方法。
【請求項３２】
トリメチルシランの流れが第一の時間あり、酸化剤の流れが第二の時間あり、第二の時間が第一の時間よりも長い、請求項２５の方法。
【請求項３３】
第二の時間が第一の時間の少なくとも２倍の長さである、請求項３２の方法。
【請求項３４】
第二の時間が２．５秒を超え、第一の時間が２．５秒以下である、請求項３２の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
二酸化ケイ素のＡＬＤプロセスの際のチャンバーへの従来技術の酸化剤の流量は、適切には２０００ｓｃｃｍ未満であり、特に１０００ｓｃｃｍ未満であると理解される。本明細書で説明されるように、酸化剤の流量を増大させると、反応器体積と独立して、基板上に形成される二酸化ケイ素のより完全な又は飽和した単層が可能になる。これはおそらく第一の態様に関して上述した特性とは独立している。しかし、好ましいプロセスは、さらに、本発明のこの後者の態様の好ましい特徴に従って、前述した第一の態様の各々に従う。
本発明は以下の態様を含む。
［１］  基板上に二酸化ケイ素含有層を形成する原子層堆積方法であって、
堆積チャンバー内に基板を配置し、
基板上にケイ素を含む第一の種の単層を化学吸着させるのに有効な条件で、チャンバーにトリメチルシランを流し、チャンバーに第一の不活性ガスを流し、ここで、第一の不活性ガス流は第一の流量を有し、
第一の種の単層を形成した後、酸化剤と化学吸着された第一の種とが反応し、基板上に二酸化ケイ素含有単層を形成するのに有効な条件で、チャンバーに酸化剤を流し、チャンバーに第二の不活性ガスを流し、ここで、第二の不活性ガス流は第一の流量未満である第二の流量を有し、
基板上に二酸化ケイ素含有層を形成するのに有効となるように（ａ）トリメチルシラン及び第一の不活性ガス流及び（ｂ）酸化剤及び第二の不活性ガス流を連続的に繰り返す、
ことを含む方法。
上記［１］の方法において、
第二の流量が第一の流量の２５％〜５０％であること、
第二の流量が第一の流量の２５％〜４０％であること、
第二の流量が第一の流量の３０％〜４０％であること、
第二の流量が第一の流量の３５％〜４０％であること、
酸化剤が少なくとも３０００ｓｃｃｍの流量で反応器に流されること、
酸化剤が少なくとも４０００ｓｃｃｍの流量で反応器に流されること、
酸化剤が少なくとも５０００ｓｃｃｍの流量で反応器に流されること、
第二の流量が第一の流量の３５％〜４０％であり、各二酸化ケイ素含有単層が少なくとも３オングストロームの平均厚さに形成され、酸化剤が少なくとも２０００ｓｃｃｍの流量で反応器に流されること、
が好ましい。
［２］  基板上に二酸化ケイ素含有層を形成する原子層堆積方法であって、
堆積チャンバー内に基板を配置し、
（ａ）基板上にケイ素を含む第一の種の単層を化学吸着させるのに有効な条件で、チャンバーにトリメチルシランを流し、チャンバーに不活性ガスを流し、ここで、不活性ガス流は第一の流量を有し、
（ｂ）第一の種の単層を形成した後、チャンバーにトリメチルシランを流すのを止め、チャンバーからトリメチルシランをパージするのに有効となるようにチャンバーに不活性ガスを流し、
（ｃ）チャンバーからトリメチルシランをパージした後、酸化剤と化学吸着された第一の種とが反応し、基板上に二酸化ケイ素含有単層を形成するのに有効な条件で、チャンバーに酸化剤を流し、チャンバーに不活性ガスを流し、ここで、酸化剤を流している間の不活性ガス流は第一の流量未満である第二の流量を有し、
（ｄ）二酸化ケイ素含有単層を形成した後、チャンバーに酸化剤を流すのを止め、チャンバーから酸化剤をパージするのに有効となるようにチャンバーに不活性ガスを流し、
基板上に二酸化ケイ素含有層を形成するのに有効となるように（ａ）〜（ｄ）の流れを連続的に繰り返す、
ことを含む方法。
上記［２］の方法において、
第二の流量が第一の流量の４０％以下であること、
第二の流量が第一の流量の２５％〜４０％であること、
第二の流量が第一の流量の３０％〜４０％であること、
第二の流量が第一の流量の３５％〜４０％であること、
第二の流量が第一の流量の３５％〜４０％であり、各二酸化ケイ素含有単層が少なくとも３オングストロームの平均厚さに形成され、酸化剤が少なくとも２０００ｓｃｃｍの流量で反応器に流されること、
が好ましい。
［３］  基板上に二酸化ケイ素含有層を形成する原子層堆積方法であって、
堆積チャンバー内に基板を配置し、
基板上にケイ素を含む第一の種の単層を化学吸着させるのに有効な条件でチャンバーにトリメチルシランを流し、
第一の種の単層を形成した後、酸化剤と化学吸着された第一の種とが反応し、基板上に二酸化ケイ素含有単層を形成するのに有効な条件でチャンバーに酸化剤を流し、ここで、酸化剤は少なくとも２０００ｓｃｃｍの流量でチャンバーに流し、
基板上に二酸化ケイ素含有層を形成するのに有効となるようにトリメチルシラン及び酸化剤の流れを連続的に繰り返す、
ことを含む方法。
上記［３］の方法において、
酸化剤が少なくとも４０００ｓｃｃｍの流量で反応器に流されること、
酸化剤が少なくとも５０００ｓｃｃｍの流量で反応器に流されること、
が好ましい。
【手続補正書】
【提出日】平成18年6月13日(2006.6.13)
【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】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
基板上に二酸化ケイ素含有層を形成する原子層堆積方法であって、
堆積チャンバー内に基板を用意し、
基板上にケイ素を含む第一の種の単層を化学吸着させるのに有効な条件で、チャンバーにトリメチルシランを流し、チャンバーに第一の不活性ガスを流し、ここで、第一の不活性ガス流は第一の流量を有し、
第一の種の単層を形成した後、酸化剤と化学吸着された第一の種とが反応し、基板上に二酸化ケイ素含有単層を形成するのに有効な条件で、チャンバーに酸化剤を流し、チャンバーに第二の不活性ガスを流し、ここで、第二の不活性ガス流は第一の流量未満である第二の流量を有し、
基板上に二酸化ケイ素含有層を形成するのに有効となるように（ａ）トリメチルシラン及び第一の不活性ガス流及び（ｂ）酸化剤及び第二の不活性ガス流を連続的に繰り返す、
ことを含む方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１３】
基板上に二酸化ケイ素含有層を形成する原子層堆積方法であって、
堆積チャンバー内に基板を用意し、
（ａ）基板上にケイ素を含む第一の種の単層を化学吸着させるのに有効な条件で、チャンバーにトリメチルシランを流し、チャンバーに不活性ガスを流し、ここで、不活性ガス流は第一の流量を有し、
（ｂ）第一の種の単層を形成した後、チャンバーにトリメチルシランを流すのを止め、チャンバーからトリメチルシランをパージするのに有効となるようにチャンバーに不活性ガスを流し、
（ｃ）チャンバーからトリメチルシランをパージした後、酸化剤と化学吸着された第一の種とが反応し、基板上に二酸化ケイ素含有単層を形成するのに有効な条件で、チャンバーに酸化剤を流し、チャンバーに不活性ガスを流し、ここで、酸化剤を流している間の不活性ガス流は第一の流量未満である第二の流量を有し、
（ｄ）二酸化ケイ素含有単層を形成した後、チャンバーに酸化剤を流すのを止め、チャンバーから酸化剤をパージするのに有効となるようにチャンバーに不活性ガスを流し、
基板上に二酸化ケイ素含有層を形成するのに有効となるように（ａ）〜（ｄ）の流れを連続的に繰り返す、
ことを含む方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２５】
基板上に二酸化ケイ素含有層を形成する原子層堆積方法であって、
堆積チャンバー内に基板を用意し、
基板上にケイ素を含む第一の種の単層を化学吸着させるのに有効な条件でチャンバーにトリメチルシランを流し、
第一の種の単層を形成した後、酸化剤と化学吸着された第一の種とが反応し、基板上に二酸化ケイ素含有単層を形成するのに有効な条件でチャンバーに酸化剤を流し、ここで、酸化剤は少なくとも２０００ｓｃｃｍの流量でチャンバーに流し、
基板上に二酸化ケイ素含有層を形成するのに有効となるようにトリメチルシラン及び酸化剤の流れを連続的に繰り返す、
ことを含む方法。
【国際調査報告】
2007506863.tif 000006
2007506863.tif 000007
2007506863.tif 000008