(57)【要約】      （修正有）【課題】マルチステーション処理チャンバにおいて複数の半導体基板上に材料の膜を堆積させる方法を提供する。【解決手段】第１の基板が取扱ロボット２２６を通じてステーション２０１に搭載され、Ｎサイクルの堆積が実施され、カルーセル２９０が９０度回転されて第１の基板をステーション２０２に移送させ、ステーション２０１に第２の基板が搭載され、別のＮサイクルの堆積が実施され、以下同様に、第１の基板がプロセスステーション２０１、２０２、２０３、および２０４のそれぞれにおいてＮサイクルの堆積に見舞われるとともに第２の基板がステーション２０１、２０２、および２０３のそれぞれにおいてＮサイクルの堆積に見舞われてその次に２０４において堆積を施されるまで続けられる。【選択図】図２Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルチステーション処理チャンバにおいて複数の半導体基板上に材料の膜を堆積させる方法であって、
（ａ）１枚以上の基板の第１群の基板を前記処理チャンバ内の１つ以上のプロセスステーションの第１群のプロセスステーションに搭載することと、
（ｂ）厳密にＮサイクルの膜堆積を実施することによって、前記第１群のプロセスステーションにある前記第１群の基板上に膜材料を堆積させることと、
（ｃ）（ｂ）における堆積後、前記第１群の基板を前記第１群のプロセスステーションから、前記処理チャンバ内の１つ以上のプロセスステーションの第２群のプロセスステーションに、移送することと、
（ｄ）１枚以上の基板の第２群の基板を前記処理チャンバ内の前記第１群のプロセスステーションに搭載することと、
（ｅ）厳密にＮ’サイクルの膜堆積を実施することによって、前記第１群のプロセスステーションにある前記第２群の基板上に、および前記第２群のプロセスステーションにある前記第１群の基板上に、膜材料を堆積させることであって、Ｎ’は、Ｎに等しくない、ことと、
（ｆ）（ｅ）における堆積後、前記第１群の基板を前記処理チャンバから取り出すことと、
を備える方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、さらに、
（ｇ）前記第２群の基板を、前記第１群のプロセスステーションから前記第２群のプロセスステーションに、移送することと、
（ｈ）厳密にＮサイクルの膜堆積を実施することによって、前記第２群のプロセスステーションにある前記第２群の基板上に膜材料を堆積させることと、
を備える方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、
一サイクルの膜堆積は、
（ｉ）膜前駆体を、膜前駆体が前記基板上に吸着制限層を形成するように、前記基板上に吸着させることと、
（ｉｉ）前記吸着された前駆体を取り巻く空間から、吸着されなかった膜前駆体の少なくとも一部を除去することと、
（ｉｉｉ）（ｉｉ）において、吸着されなかった前駆体を除去した後に、吸着された膜前駆体を反応させて、前記基板上に膜層を形成させることと、
（ｉｖ）前記吸着された前駆体を反応させた後に存在する脱離した膜前駆体および／または反応の副生成物を、前記膜層を取り巻く空間から除去することと、
を含む、方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、
ＮとＮ’は、１だけ異なる、方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法であって、さらに、
前記堆積される膜の目標厚さＤを選択することと、
Ｄ／ｄに最も近い正の整数Ｍを奇数であると判定することであって、ｄは、一サイクルの膜堆積によって堆積される膜層の期待平均厚さである、判定と、
ＮおよびＮ’をＮ＋Ｎ’＝Ｍで、かつ｜Ｎ−Ｎ’｜＝１であるように選択することと、
を備える方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法であって、さらに、
前記堆積される膜の目標厚さＤを選択することと、
Ｎを（１／２）×（Ｄ／ｄ）に最も近い正の整数であるように選択することであって、ｄは、一サイクルの膜堆積によって堆積される膜層の期待平均厚さである、選択と、
Ｎ’をＮ−１またはＮ＋１のいずれかであるように選択することと、
を備える方法。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか一項に記載の方法であって、
前記処理チャンバは、４つのプロセスステーションを収容し、前記第１群のプロセスステーションおよび前記第２群のプロセスステーションは、それぞれ２つのプロセスステーションからなる、方法。
【請求項８】
請求項１ないし６のいずれか一項に記載の方法であって、
前記処理チャンバは、２つのプロセスステーションを収容し、前記第１群のプロセスステーションおよび前記第２群のプロセスステーションは、それぞれ１つのプロセスステーションからなる、方法。
【請求項９】
請求項１ないし６のいずれか一項に記載の方法であって、
前記処理チャンバは、偶数Ｓのプロセスステーションを収容し、前記第１群のプロセスステーションおよび前記第２群のプロセスステーションは、それぞれＳ／２のプロセスステーションからなる、方法。
【請求項１０】
請求項１ないし６のいずれか一項に記載の方法であって、
前記堆積された膜材料は、誘電体を含む、方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法であって、
前記誘電体は、１種以上のシリコン酸化物を含む、方法。
【請求項１２】
２つ以上のプロセスステーションを有する反応チャンバにおいて基板上に規定の厚さの膜を堆積させる方法であって、
（ａ）前記反応チャンバの第１のプロセスステーションに、少なくとも第１の基板を受け入れることと、
（ｂ）厳密にＮサイクルの循環堆積プロセスを実施することによって、少なくとも前記第１の基板上に前記膜の厚みの一部を堆積させることと、
（ｃ）少なくとも前記第１の基板を第２のプロセスステーションに移送することと、
（ｄ）（ｃ）後に、厳密にＮ’サイクルの循環堆積プロセスを実施することによって、少なくとも前記第１の基板上に前記膜厚の別の一部を堆積させることであって、Ｎは、Ｎ’に等しくなく、ＮおよびＮ’は、前記規定の厚さを達成するように選択される、堆積と、
（ｅ）少なくとも前記第１の基板を前記反応チャンバから取り出すことと、
を備える方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法であって、
Ｎ’は、Ｎ−１またはＮ＋１に等しい、方法。
【請求項１４】
請求項１２に記載の方法であって、
（ａ）は、前記反応チャンバ内の複数のプロセスステーションに、複数の基板を受け入れることを含む、方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の方法であって、
（ａ）は、２枚の基板を受け入れることを含み、
前記方法は、さらに、
規定の厚さＤを決定することと、
Ｄ／ｄに最も近い正の整数ＭがＸの倍数ではないと判定することであって、ｄは、一サイクルの膜堆積によって堆積される膜層の期待平均厚さである、判定と、
ＮおよびＮ’を、Ｎ＋Ｎ’＝Ｍで、かつＮがＮ’に等しくないように選択することと、
を備える方法。
【請求項１６】
請求項１４に記載の方法であって、
（ａ）は、４枚の基板を受け入れることを含み、
前記方法は、さらに、
規定の厚さＤを決定することと、
Ｎを（１／４）×Ｄ／ｄに最も近い正の整数Ｍであるように選択することであって、ｄは、一サイクルの膜堆積によって堆積される膜層の期待平均厚さである、選択と、
Ｎ’をＮ−１またはＮ＋１のいずれかであるように選択することと、
を備える方法。
【請求項１７】
請求項１２ないし１６のいずれか一項に記載の方法であって、さらに、（ｄ）後で、かつ（ｅ）前に、
（ｆ）少なくとも前記第１の基板を前記反応チャンバ内の第３のプロセスステーションに移送することと、
（ｇ）厳密にＮ”サイクルの循環堆積プロセスを実施することによって、少なくとも前記第１の基板上に前記膜厚の尚も別の一部を堆積させることであって、Ｎ”は、Ｎに等しくまたは等しくなく、Ｎ、Ｎ’は、Ｎ”は、前記規定の厚さを実現するように選択される、ことと、
を備える方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の方法であって、さらに、（ｇ）後で、かつ（ｅ）前に、
（ｈ）少なくとも前記第１の基板を前記反応チャンバ内の第４のプロセスステーションに移送することと、
（ｉ）厳密にＮ”’サイクルの循環堆積プロセスを実施することによって、少なくとも前記第１の基板上に前記膜厚のさらなる一部を堆積させることであって、Ｎ”’は、Ｎに等しくまたは等しくなく、Ｎ、Ｎ’、Ｎ”およびＮ”’は、前記規定の厚さを実現するように選択される、ことと、
を備える方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の方法であって、
前記反応チャンバ内の４つのプロセスステーションに、４枚の基板が受け入れられ、
前記方法は、さらに、
規定の厚さＤを選択することと、
Ｄ／ｄに最も近い正の整数Ｍが４の倍数ではないと判定することであって、ｄは、一サイクルの膜堆積によって堆積される膜層の期待平均厚さである、判定と、
ＮおよびＮ’をＮ＋Ｎ’＝Ｍで、かつＮがＮ’に等しくないように選択することと、
を備える方法。
【請求項２０】
請求項１２ないし１６のいずれか一項に記載の方法であって、
（ａ）において、前記反応チャンバ内の複数のプロセスステーションに、複数の基板が受け入れられ、
（ｂ）において、厳密にＮサイクルの循環堆積プロセスを実施することによって、前記複数の基板上に前記膜の厚みの一部が堆積され、
（ｃ）において、前記反応チャンバ内の異なるプロセスステーションに、前記複数の基板が移送され、
（ｄ）において、厳密にＮ’サイクルの循環堆積プロセスを実施することによって、前記複数の基板上に前記膜厚の別の一部が堆積される、方法。
【請求項２１】
請求項２０に記載の方法であって、
前記複数の基板は、少なくとも前記第１の基板と、第２の基板とを含み、（ｃ）は、さらに、前記第２の基板を前記第２のプロセスステーションから前記第１のプロセスステーションに移送することを含む、方法。
【請求項２２】
請求項１２ないし１６のいずれか一項に記載の方法であって、さらに、
（ｃ）後で、かつ（ｄ）前に、前記反応チャンバ内のプロセスステーションに、少なくとも１枚の追加の基板を受け入れることを備え、（ｄ）は、さらに、前記少なくとも１枚の追加の基板上に前記膜厚の別の一部を堆積させることを含む、方法。
【請求項２３】
請求項２２に記載の方法であって、
前記少なくとも１枚の追加の基板は、前記反応チャンバ内の前記第１のプロセスステーションに受け入れられる、方法。
【請求項２４】
複数の半導体基板上に材料の膜を堆積させるためのマルチステーション基板処理装置であって、
処理チャンバと、
前記処理チャンバに収容され、それぞれが基板ホルダを有する１つ以上のプロセスステーションの第１群のプロセスステーションと、
前記処理チャンバに収容され、それぞれが基板ホルダを有する１つ以上のプロセスステーションの第２群のプロセスステーションと、
前記プロセスステーションへの膜前駆体の流れを制御するための１つ以上の弁と、
前記処理チャンバに収容された前記プロセスステーションを取り巻く空間から膜前駆体を除去するための弁作動式真空源と、
基板を前記処理チャンバ内の前記プロセスステーションの１つ以上に搭載するための基板搭載機器と、
１枚以上の基板を、前記第１群のプロセスステーションから前記第２群のプロセスステーションに、移送するための基板移送機器と、
前記基板上に材料の膜を堆積させるために前記基板搭載機器、前記基板移送機器、前記１つ以上の弁、前記真空源を操作するための機械読み取り可能命令を含む１つ以上のコントローラであって、
（ａ）１枚以上の基板の第１群の基板を前記処理チャンバ内の前記第１群のプロセスステーションに搭載するための命令と、
（ｂ）厳密にＮサイクルの膜堆積を実施することによって、前記第１群のプロセスステーションにある前記第１群の基板上に膜材料を堆積させるための命令と、
（ｃ）（ｂ）における堆積後、前記第１群の基板を、前記第１群のプロセスステーションから前記第２群のプロセスステーションに、移送するための命令と、
（ｄ）１枚以上の基板の第２群の基板を前記処理チャンバ内の前記第１群のプロセスステーションに搭載するための命令と、
（ｅ）厳密にＮ’サイクルの膜堆積を実施することによって、前記第１群のプロセスステーションにある前記第２群の基板上に、および前記第２群のプロセスステーションにある前記第１群の基板上に、膜材料を堆積させるための命令であって、Ｎ’およびＮは、規定の総膜厚を提供するように選択される、命令と、
（ｆ）（ｅ）における堆積後、前記第１群の基板を前記処理チャンバから取り出すための命令と、
を含む、コントローラと、
を備える装置。
【請求項２５】
請求項２４に記載の装置であって、
前記１つ以上のコントローラは、さらに、
（ｇ）前記第２群の基板を、前記第１群のプロセスステーションから前記第２群のプロセスステーションに、移送するための機械読み取り可能命令と、
（ｈ）Ｎサイクルの膜堆積を実施することによって、前記第２群のプロセスステーションにある前記第２群の基板上に膜材料を堆積させるための機械読み取り可能命令と、
を含む、装置。
【請求項２６】
請求項２４に記載の装置であって、
一サイクルの膜堆積は、
（ｉ）膜前駆体を、膜前駆体が前記基板上に吸着制限層を形成するように、前記基板上に吸着させることと、
（ｉｉ）前記吸着された前駆体を取り巻く空間から、吸着されなかった膜前駆体の少なくとも一部を除去することと、
（ｉｉｉ）（ｉｉ）において、吸着されなかった前駆体を除去した後に、吸着された膜前駆体を反応させて、前記基板上に膜層を形成させることと、
（ｉｖ）前記吸着された前駆体を反応させた後に存在する脱離した膜前駆体および／または反応の副生成物を、前記膜層を取り巻く空間から除去することと、
を含む、装置。
【請求項２７】
請求項２４に記載の装置であって、
前記基板搭載機器は、１つ以上のプロセスステーションの前記基板ホルダ上に基板を載置するための基板取扱ロボットを含む、装置。
【請求項２８】
請求項２４に記載の装置であって、
前記基板移送機器は、複数の前記基板の面に実質的に垂直で、かつ複数の前記基板に対して実質的に等間隔な中心軸を中心として、複数の前記基板を回転させることによって動作するカルーセルを含む、装置。
【請求項２９】
請求項２４ないし２８のいずれか一項に記載の装置であって、
前記処理チャンバは、４つのプロセスステーションを収容し、前記第１群のプロセスステーションおよび前記第２群のプロセスステーションは、それぞれ２つのプロセスステーションからなる、装置。
【請求項３０】
請求項２４ないし２８のいずれか一項に記載の装置であって、
前記１つ以上のコントローラは、さらに、
前記堆積される膜の目標厚さＤを選択するための機械読み取り可能命令と、
Ｎを（１／２）×（Ｄ／ｄ）に最も近い正の整数であるように選択するための機械読み取り可能命令であって、ｄは、一サイクルの膜堆積によって堆積される膜層の期待平均厚さである、機械読み取り可能命令と、
Ｎ’をＮ−１またはＮ＋１のいずれかであるように選択するための機械読み取り可能命令と、
を含む、装置。
【請求項３１】
請求項３０に記載の装置であって、
前記１つ以上のコントローラは、さらに、
Δ＝２×ｄ×Ｎ−Ｄとして、｜Δ｜＜ｄ／２であるときに、Ｎ’をＮであるように選択するための機械読み取り可能命令と、
Δ＝２×ｄ×Ｎ−Ｄとして、｜Δ｜＞ｄ／２で、かつΔ＞０であるときに、Ｎ’をＮ−１であるように選択するための機械読み取り可能命令と、
Δ＝２×ｄ×Ｎ−Ｄとして、｜Δ｜＞ｄ／２で、かつΔ＜０であるときに、Ｎ’をＮ＋１であるように選択するための機械読み取り可能命令と、
を含む、装置。
【請求項３２】
複数の半導体基板上に材料の膜を堆積させるためのマルチステーション基板処理装置であって、
処理チャンバと、
前記処理チャンバに収容された第１のプロセスステーションと、
前記処理チャンバに収容された第２のプロセスステーションと、
前記複数のプロセスステーションへの膜前駆体の流れを制御するための１つ以上の弁と、
前記処理チャンバに収容された前記複数のプロセスステーションを取り巻く複数の空間から膜前駆体を除去するための弁作動式真空源と、
基板を処理チャンバ内の前記プロセスステーションの１つ以上に搭載するための基板搭載機器と、
１枚以上の基板を前記第１のプロセスステーションから前記第２のプロセスステーションに移送するための基板移送機器と、
前記基板上に材料の膜を堆積させるために前記基板搭載機器、前記基板移送機器、前記１つ以上の弁、および前記真空源を操作するための機械読み取り可能命令を含む１つ以上のコントローラであって、
（ａ）少なくとも第１の基板を処理チャンバ内の前記第１のプロセスステーションに搭載するための命令と、
（ｂ）厳密にＮサイクルの膜堆積を実施することによって、前記第１のプロセスステーションにある少なくとも前記第１の基板上に規定の膜厚の一部を堆積させるための命令と、
（ｃ）少なくとも前記第１の基板を前記第２のプロセスステーションに移送するための命令と、
（ｄ）（ｃ）後に、厳密にＮ’サイクルの循環膜堆積を実施することによって、少なくとも前記第１の基板上に前記規定の膜厚の別の一部を堆積させるための命令であって、Ｎは、Ｎ’に等しくなく、ＮおよびＮ’は、前記規定の膜厚を実現するように選択される、命令と、
（ｅ）少なくとも前記第１の基板を前記反応チャンバから取り出すための命令と、
を含む、１つ以上のコントローラと、
を備える装置。
【請求項３３】
請求項３２に記載の装置であって、
前記１つ以上のコントローラは、さらに、
（ａ）において、複数のプロセスステーションに複数の基板を搭載するための機械読み取り可能命令と、
（ｂ）において、厳密にＮサイクルの循環堆積プロセスを実施することによって、前記複数の基板上に前記規定の膜厚の一部を堆積させるための機械読み取り可能命令と、
（ｃ）において、前記複数の基板を前記反応チャンバ内の異なるプロセスステーションに移送するための機械読み取り可能命令と、
（ｄ）において、厳密にＮ’サイクルの循環堆積プロセスを実施することによって、前記複数の基板上に前記規定の膜厚の別の一部を堆積させるための機械読み取り可能命令と、
を含む、装置。
【請求項３４】
請求項３２に記載の装置であって、
前記１つ以上のコントローラは、さらに、（ｃ）後で、かつ（ｄ）前に、少なくとも１枚の追加の基板を前記反応チャンバ内のプロセスステーションに搭載するための機械読み取り可能命令を含み、（ｄ）は、さらに、前記少なくとも１枚の追加の基板上に前記膜厚の別の一部を堆積させることを含む、装置。
【請求項３５】
請求項３２に記載の装置であって、
一サイクルの膜堆積は、
（ｉ）膜前駆体を、膜前駆体が前記基板上に吸着制限層を形成するように、前記基板上に吸着させることと、
（ｉｉ）前記吸着された前駆体を取り巻く空間から、吸着されなかった膜前駆体の少なくとも一部を除去することと、
（ｉｉｉ）（ｉｉ）において、吸着されなかった膜前駆体を除去した後に、吸着された膜前駆体を反応させて、前記基板上に膜層を形成させることと、
（ｉｖ）前記吸着された前駆体を反応させた後に存在する脱離した膜前駆体および／または反応の副生成物を、前記膜層を取り巻く空間から除去することと、
を含む、装置。
【請求項３６】
請求項３２に記載の装置であって、
前記基板搭載機器は、前記プロセスステーションの少なくとも１つに基板を載置するための基板取扱ロボットを含む、装置。
【請求項３７】
請求項３２に記載の装置であって、
前記基板移送機器は、複数の前記基板の面に実質的に垂直で、かつ複数の前記基板に対して実質的に等間隔な中心軸を中心として、複数の前記基板を回転させることによって動作するカルーセルを含む、装置。
【請求項３８】
請求項３２ないし３７のいずれか一項に記載の装置であって、
前記処理チャンバは、４つのプロセスステーションを収容する、装置。
【請求項３９】
請求項３８に記載の装置であって、
前記１つ以上のコントローラは、さらに、
前記堆積される膜の目標厚さＤを選択するための機械読み取り可能命令と、
Ｎを（１／４）×（Ｄ／ｄ）に最も近い正の整数であるように選択するための機械読み取り可能命令であって、ｄは、一サイクルの膜堆積によって堆積される膜層の期待平均厚さである、機械読み取り可能命令と、
Ｎ’をＮ−１またはＮ＋１のいずれかであるように選択するための機械読み取り可能命令と、
を含む、装置。
【請求項４０】
請求項３９に記載の装置であって、
前記１つ以上のコントローラは、さらに、
Δ＝４×ｄ×Ｎ−Ｄとして、｜Δ｜＜ｄ／２であるときに、Ｎ’をＮであるように選択するための機械読み取り可能命令と、
Δ＝４×ｄ×Ｎ−Ｄとして、｜Δ｜＞ｄ／２で、かつΔ＞０であるときに、Ｎ’をＮ−１であるように選択するための機械読み取り可能命令と、
Δ＝４×ｄ×Ｎ−Ｄとして、｜Δ｜＞ｄ／２で、かつΔ＜０であるときに、Ｎ’をＮ＋１であるように選択するための機械読み取り可能命令と、
を含む、装置。
【請求項４１】
機械読み取り可能媒体であって、
（ａ）１枚以上の基板の第１群の基板を処理チャンバ内の１つ以上のプロセスステーションの第１群のプロセスステーションに搭載するための機械読み取り可能命令と、
（ｂ）Ｎサイクルの膜堆積を実施することによって、前記第１群のプロセスステーションにある前記第１群の基板上に膜材料を堆積させるための機械読み取り可能命令と、
（ｃ）（ｂ）における堆積後、前記第１群の基板を前記第１群のプロセスステーションから、前記処理チャンバ内の１つ以上のプロセスステーションの第２群のプロセスステーションに、移送するための機械読み取り可能命令と、
（ｄ）１枚以上の基板の第２群の基板を前記処理チャンバ内の前記第１群のプロセスステーションに搭載するための機械読み取り可能命令と、
（ｅ）Ｎ’サイクルの膜堆積を実施することによって、前記第１群のプロセスステーションにある前記第２群の基板上に、および前記第２群のプロセスステーションにある前記第１群の基板上に、膜材料を堆積させるための機械読み取り可能命令であって、Ｎ’は、Ｎに等しくない、機械読み取り可能命令と、
（ｆ）（ｅ）における堆積後、前記第１群の基板を前記処理チャンバから取り出すための機械読み取り可能命令と、
を有する機械読み取り可能媒体。
【請求項４２】
機械読み取り可能媒体であって、
（ａ）前記反応チャンバの第１のプロセスステーションに、少なくとも第１の基板を受け入れるための機械読み取り可能命令と、
（ｂ）厳密にＮサイクルの循環堆積プロセスを実施することによって、少なくとも前記第１の基板上に前記膜の厚みの一部を堆積させるための機械読み取り可能命令と、
（ｃ）少なくとも前記第１の基板を第２のプロセスステーションに移送するための機械読み取り可能命令と、
（ｄ）（ｃ）後に、厳密にＮ’サイクルの循環堆積プロセスを実施することによって、少なくとも前記第１の基板上に前記膜の厚みの別の一部を堆積させるための機械読み取り可能命令であって、Ｎは、Ｎ’に等しくなく、ＮおよびＮ’は、前記規定の厚みを達成するように選択される、機械読み取り可能命令と、
（ｅ）少なくとも前記第１の基板を前記反応チャンバから取り出すための機械読み取り可能命令と、
を有する機械読み取り可能媒体。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本出願は、２０１４年５月１５日に出願され発明の名称を「ＳＩＮＧＬＥ  ＡＬＤ  ＣＹＣＬＥ  ＴＨＩＣＫＮＥＳＳ  ＣＯＮＴＲＯＬ  ＩＮ  ＭＵＬＴＩ−ＳＴＡＴＩＯＮ  ＰＡＲＡＬＬＥＬ  ＳＵＢＳＴＲＡＴＥ  ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ  ＳＹＳＴＥＭＳ（マルチステーション並列基板堆積システムにおける一ＡＬＤサイクルの厚さ制御）」とする米国仮特許出願第６１／９９４，０２５号の優先権を主張する。該出願は、あらゆる目的のために、参照によって本明細書に組み込まれる。
【０００２】
半導体産業におけるデバイスおよび特徴のさらなる小型化、ならびに集積回路（ＩＣ）設計における３Ｄデバイス構造（例：ＩｎｔｅｌのＴｒｉ−Ｇａｔｅトランジスタアーキテクチャ）のさらなる普及にともなって、薄い共形膜（下にくる構造の形状に対して、たとえ平坦ではなくても厚さが一様な材料膜）を堆積させる能力の重要性が、ますます高まっている。原子層堆積（ＡＬＤ）の一サイクルが、薄い材料層を１枚のみ堆積させるという事実ゆえに、ＡＬＤは、共形膜の堆積に良く適した膜形成技術であり、その膜の厚さは、膜を形成する化学反応自体に先立ち基板表面上に吸着されえる（すなわち、吸着制限層を形成しえる）１種以上の膜前駆体反応物の量によって制限される。したがって、所望の厚さの膜を構築するためには、複数の「ＡＬＤサイクル」が使用されてよく、各層は、薄く、かつ共形であるゆえに、結果として得られる膜は、その下にくるデバイス構造の形状に実質的に一致する。
【０００３】
ＡＬＤには、しかしながら、ウエハ処理スループットに関連した課題がある。ＡＬＤの各サイクルは、１枚の薄い吸着制限層を堆積させるのみであるので、所望のかなりの厚さの膜を堆積させるためには、多数のＡＬＤサイクルが順次実施される必要があり、サイクルごとに時間がかかる。したがって、ウエハを並列に処理し、それによって半導体製造作業におけるウエハ／基板処理スループットを向上させるための、改良された方法および装置が求められている。
【発明の概要】
【０００４】
本明細書で開示されるのは、マルチステーション処理チャンバにおいて複数の半導体基板上に材料の膜を堆積させる方法である。幾つかの実施形態では、方法は、１枚以上の基板の第１群の基板を処理チャンバ内の１つ以上のプロセスステーションの第１群のプロセスステーションに搭載することと、Ｎサイクルの膜堆積を実施することによって、第１群のプロセスステーションにある第１群の基板上に膜材料を堆積させることと、を含んでいてよい。このような特定の実施形態の方法は、その後、第１群の基板を第１群のプロセスステーションから処理チャンバ内の１つ以上のプロセスステーションの第２群のプロセスステーションに移送することと、１枚以上の基板の第２群の基板を処理チャンバ内の第１群のプロセスステーションに搭載することと、Ｎ’サイクルの膜堆積を実施することによって、第１群のプロセスステーションにある第２群の基板上におよび第２群のプロセスステーションにある第１群の基板上に膜材料を堆積させることであって、Ｎ’は、Ｎに等しくない、堆積と、を含んでいてよい。さらに、特定の実施形態では、方法は、第１群および第２群の基板上に膜材料を堆積させた後に、第１群の基板を処理チャンバから取り出すことと、第２群の基板を第１群のプロセスステーションから第２群のプロセスステーションに移送することと、随意として、１枚以上の基板の第３群の基板を処理チャンバ内の第１群のプロセスステーションに搭載することと、Ｎサイクルの膜堆積を実施することによって、第２群のプロセスステーションにある第２群の基板上におよび随意として第１群のプロセスステーションにある第３群の基板上に膜材料を堆積させることと、を含んでいてよい。このような特定の実施形態では、ＮとＮ’は、１だけ異なっていてよい。この操作手順は、このようにして、処理されている基板バッチの最初から最後まで各堆積工程をＮサイクルとＮ’サイクルとで交替に繰り返し、基板バッチのなかの最後の２枚の基板それぞれ最後のＮサイクルまたはＮ’サイクルの膜堆積を経て処理チャンバから取り出されるまで続けることができる。
【０００５】
このような特定の実施形態では、（Ｎサイクルおよび／またはＮ’サイクルの）膜堆積の一サイクルが、膜前駆体を、それが基板上に吸着制限層を形成するように基板上に吸着させることと、吸着された前駆体を取り巻く空間から、吸着されなかった膜前駆体の少なくとも一部を除去することと、吸着されなかった前駆体を除去した後に、吸着された膜前駆体を反応させて、基板上に膜層を形成させることと、吸着された前駆体を反応させた後に存在する脱離した膜前駆体および／または反応の副生成物を、膜層を取り巻く空間から除去することと、を含んでいてよい。幾つかの実施形態では、堆積された膜材料は、誘電体材料または導電材料を含んでいてよく、このような特定の実施形態では、誘電体は、１種以上のシリコン酸化物、シリコン炭化物、またはシリコン窒化物を含んでいてよい。本明細書で開示される技術および装置は、ＡＬＤプロセスを通じたシリコン酸化物膜の堆積に効果的であるが、より一般的には、半導体製造に使用されマルチサイクル堆積を利用する任意の方法によって堆積されるあらゆるタイプの膜材料に適用されてよく、本明細書で説明される堆積方法および処理チャンバは、この目的に効果的である。
【０００６】
幾つかの実施形態では、膜堆積方法は、堆積膜の目標厚さＤを選択することと、Ｄ／ｄ（ここで、ｄは、一サイクルの膜堆積によって堆積される膜層の期待平均厚さである）に最も近い正の整数を奇数であると判定することと、ＮおよびＮ’をＮ＋Ｎ’＝Ｍで、かつ｜Ｎ−Ｎ’｜＝１であるように選択することと、を含んでいてよい。幾つかの実施形態では、膜堆積方法は、堆積膜の目標厚さＤを選択することと、Ｎを（１／２）×（Ｄ／ｄ）（ここで、ｄは、一サイクルの膜堆積によって堆積される膜層の期待平均厚さである）に最も近い正の整数であるように選択することと、Ｎ’をＮ−１またはＮ＋１のいずれかであるように選択することと、を含んでいてよい。
【０００７】
やはり本明細書で開示されるのは、マルチステーション処理チャンバにおいて複数の半導体基板上に材料の膜を堆積させる方法である。幾つかの実施形態では、方法は、（ａ）Ｘ枚の基板を処理チャンバ内のＸ個のプロセスステーションに搭載することと、（ｂ）（ａ）後に、Ｎサイクルの膜堆積を実施することによって、Ｘ枚の基板上に膜材料を堆積させることと、（ｃ）各基板を、（ａ）において各基板が搭載されたプロセスステーションとは異なるプロセスステーションへ回転させることと、（ｄ）（ｃ）における回転後に、Ｎ’サイクルの膜堆積を実施することによって、Ｘ枚の基板上に膜材料を堆積させることであって、少なくとも一サイクルの膜堆積を実施する各プロセスステーションは、各基板上に少なくともＮ−１サイクルの膜堆積を堆積させる、ことと、を含んでいてよい。幾つかの実施形態では、Ｘは、２以上の整数であってよく、処理チャンバ内の第１のプロセスステーションには、少なくとも第１の基板が搭載され、処理チャンバ内の第２のプロセスステーションには、少なくとも第２の基板が搭載される。
【０００８】
やはり本明細書で開示されるのは、マルチステーション処理チャンバにおいて複数の半導体基板上に材料の膜を堆積させる方法である。幾つかの実施形態では、方法は、（ａ）反応チャンバの第１のプロセスステーションに、少なくとも第１の基板を受け入れることと、（ｂ）Ｎサイクルの循環堆積プロセスを実施することによって、少なくとも第１の基板上に膜厚の一部を堆積させることと、（ｃ）少なくとも第１の基板を第２のプロセスステーションに移送することと、（ｄ）（ｃ）後に、Ｎ’サイクルの循環堆積プロセスを実施することによって、少なくとも第１の基板上に膜厚の別の一部を堆積させることであって、Ｎは、Ｎ’に等しくなく、ＮおよびＮ’は、規定の厚さを達成するように選択される、ことと、（ｅ）少なくとも第１の基板を反応チャンバから取り出すことと、を含んでいてよい。
【０００９】
このような特定の実施形態では、Ｎ’は、Ｎ、Ｎ−１、またはＮ＋１に等しくてよい。さらに、このような特定の実施形態では、反応チャンバ内の複数のプロセスステーションに、Ｘ枚の基板が受け入れられてよい。このようなさらなる特定の実施形態では、Ｘは、２に等しくてよく、方法は、さらに、規定の厚さＤを選択することと、Ｄ／ｄに最も近い正の整数ＭがＸの倍数ではないと判定することであって、ｄは、一サイクルの膜堆積によって堆積される膜層の期待平均厚さである、判定と、ＮおよびＮ’をＮ＋Ｎ’＝Ｍで、かつ｜Ｎ−Ｎ’｜＝１であるように選択することと、を含んでいてよい。尚もさらなるこのような実施形態では、Ｘは、４に等しくてよく、方法は、さらに、規定の厚さＤを選択することと、Ｎを（１／４）×（Ｄ／ｄ）に最も近い正の整数であるように選択することであって、ｄは、一サイクルの膜堆積によって堆積される膜層の期待平均厚さである、選択と、Ｎ’をＮ−１、Ｎ、またはＮ＋１のいずれかであるように選択することと、を含んでいてよい。
【００１０】
このような特定のさらなる実施形態では、方法は、さらに、（ｄ）後で、かつ（ｅ）前に、（ｆ）少なくとも第１の基板を反応チャンバ内の第３のプロセスステーションに移送することと、（ｇ）Ｎ”サイクルの循環堆積プロセスを実施することによって、少なくとも第１の基板上に膜厚の尚も別の一部を堆積させることであって、Ｎ”は、Ｎに等しくまたは等しくなく、Ｎ、Ｎ’、およびＮ”は、規定の厚さを実現するように選択される、ことと、を含んでいてよい。
【００１１】
このような特定のさらなる実施形態では、方法は、さらに、（ｇ）後で、かつ（ｅ）前に、（ｈ）少なくとも第１の基板を反応チャンバ内の第４のプロセスステーションに移送することと、（ｉ）Ｎ”’サイクルの循環堆積プロセスを実施することによって、少なくとも第１の基板上に膜厚のさらなる一部を堆積させることであって、Ｎ”’は、Ｎに等しくまたは等しくなく、Ｎ、Ｎ’、Ｎ”およびＮ”’は、規定の厚さを実現するように選択される、ことと、を含んでいてよい。このような特定のさらなる実施形態では、反応チャンバ内の４つのプロセスステーションに、４枚の基板が受け入れられてよく、方法は、さらに、規定の厚さＤを選択することと、Ｄ／ｄに最も近い正の整数Ｍが４の倍数ではないと判定することであって、ｄは、一サイクルの膜堆積によって堆積される膜層の期待平均厚さである、ことと、ＮおよびＮ’をＮ＋Ｎ’＝Ｍで、かつ｜Ｎ−Ｎ’｜＝１であるように選択することと、を含んでいてよい。
【００１２】
このようなさらなる特定の実施形態では、方法は、（ａ）において、反応チャンバ内の複数のプロセスステーションに複数の基板が受け入れられてよく、（ｂ）において、Ｎサイクルの循環堆積プロセスを実施することによって、複数の基板上に膜厚の一部が堆積されてよく、（ｃ）において、反応チャンバ内の異なるプロセスステーションに複数の基板が移送されてよく、（ｄ）において、Ｎ’サイクルの循環堆積プロセスを実施することによって、複数の基板上に膜厚の別の一部が堆積されてよい。このようなさらなる特定の実施形態では、複数の基板は、少なくとも第１の基板と、第２の基板とを含んでいてよく、（ｃ）は、さらに、第２の基板を第２のプロセスステーションから第１のプロセスステーションに移送することを含んでいてよい。
【００１３】
このような特定のさらなる実施形態では、方法は、さらに、（ｃ）後で、かつ（ｄ）前に、反応チャンバ内のプロセスステーションに少なくとも１枚の追加の基板を受け入れることを含んでいてよく、この場合は、（ｄ）は、さらに、上記少なくとも１枚の追加の基板上に膜厚の別の一部を堆積させることを含む。このような特定のさらなる実施形態では、少なくとも１枚の追加の基板は、反応チャンバ内の第１のプロセスステーションに受け入れられてよい。
【００１４】
やはり本明細書で開示されるのは、複数の半導体基板上に材料の膜を堆積させるためのマルチステーション基板処理装置である。幾つかの実施形態では、装置は、処理チャンバと、処理チャンバに収容され、それぞれが基板ホルダを有する１つ以上のプロセスステーションの第１群のプロセスステーションと、処理チャンバに収容され、それぞれが基板ホルダを有する１つ以上のプロセスステーションの第２群のプロセスステーションと、プロセスステーションへの膜前駆体の流れを制御するための１つ以上の弁と、処理チャンバに収容されたプロセスステーションを取り巻く空間から膜前駆体を除去するための弁作動式真空源および／またはガスパージ源と、基板を処理チャンバ内のプロセスステーションの１つ以上に搭載するための基板搭載機器と、１枚以上の基板を第１群のプロセスステーションから第２群のプロセスステーションに移送するための基板移送機器と、１つ以上のコントローラとを含んでいてよい。
【００１５】
このような特定の実施形態では、１つ以上のコントローラは、基板上に材料の膜を堆積させるために基板搭載機器、基板移送機器、１つ以上の弁、および真空源を操作するための機械読み取り可能命令を含んでいてよい。このような特定の実施形態では、機械読み取り可能命令は、１枚以上の基板の第１群の基板を処理チャンバ内の第１群のプロセスステーションに搭載するための命令と、Ｎサイクルの膜堆積を実施することによって、第１群のプロセスステーションにある第１群の基板上に膜材料を堆積させるための命令と、を含む。このような特定の実施形態では、機械読み取り可能命令は、さらに、その後、第１群の基板を第１群のプロセスステーションから第２群のプロセスステーションに移送するための命令と、１枚以上の基板の第２群の基板を処理チャンバ内の第１群のプロセスステーションに搭載するための命令と、Ｎ’サイクルの膜堆積を実施することによって、第１群のプロセスステーションにある第２群の基板上におよび第２群のプロセスステーションにある第１群の基板上に膜材料を堆積させるための命令と、を含んでいてよい。さらに、このような特定の装置の実施形態は、さらに、その後、処理チャンバから第１群の基板を取り出すための追加のコンピュータ読み取り可能命令と、第２群の基板を第１群のプロセスステーションから第２群のプロセスステーションに移送するための追加のコンピュータ読み取り可能命令と、１枚以上の基板の第３群の基板を処理チャンバ内の第１群のプロセスステーションに搭載するための追加のコンピュータ読み取り可能命令と、Ｎサイクルの膜堆積を実施することによって、第２群のプロセスステーションにある第２群の基板上におよび随意として第１群のプロセスステーションにある第３群の基板上に膜材料を堆積させるための追加のコンピュータ読み取り可能命令と、を含んでいてよい。
【００１６】
幾つかの実施形態では、マルチステーション基板処理装置は、１つ以上のプロセスステーションの（１つ以上の）基板ホルダ上に基板を載置するための基板取扱ロボットを含む基板搭載機器を含んでいてよい。幾つかの実施形態では、基板移送機器は、基板の面に実質的に垂直な中心軸を中心として、かつ基板間を実質的に等間隔として基板を回転させることによって動作するカルーセルを含んでいてよい。
【００１７】
幾つかの実施形態では、処理チャンバは、４つのプロセスステーションを収容しており、第１群および第２群のプロセスステーションは、それぞれ２つのプロセスステーションからなる。幾つかの実施形態では、処理チャンバは、２つのプロセスステーションを含み、第１群および第２群のプロセスステーションは、それぞれ１つのプロセスステーションからなる。幾つかの実施形態では、処理チャンバは、偶数Ｓのプロセスステーションを含み、第１群および第２群のプロセスステーションは、それぞれＳ／２のプロセスステーションからなる。幾つかの実施形態では、堆積される膜材料は、シリコン酸化物、シリコン窒化物、またはシリコン炭化物などの誘電体を含んでいてよい。幾つかの実施形態では、堆積される膜材料は、導体を含んでいてよい。
【００１８】
幾つかの実施形態では、マルチステーション基板処理装置の１つ以上のコントローラは、さらに、堆積膜の目標厚さＤを選択するための機械読み取り可能命令と、Ｎを（１／２）×（Ｄ／ｄ）（ここで、ｄは、一サイクルの膜堆積によって堆積される膜層の期待平均厚さである）に最も近い正の整数であるように選択するための機械読み取り可能命令と、Ｎ’をＮ−１、Ｎ、またはＮ＋１のいずれかであるように選択するための機械読み取り可能命令と、を含む。幾つかの実施形態では、１つ以上のコントローラは、さらに、Δ＝２×ｄ×Ｎ−Ｄとして、｜Δ｜＜ｄ／２であるときにＮ’をＮであるように選択するための命令と、Δ＝２×ｄ×Ｎ−Ｄとして、｜Δ｜＞ｄ／２で、かつΔ＞０であるときにＮ’をＮ−１であるように選択するための命令と、Δ＝２×ｄ×Ｎ−Ｄとして、｜Δ｜＞ｄ／２で、かつΔ＜０であるときにＮ’をＮ＋１であるように選択するための命令と、を含んでいてよい。
【００１９】
やはり本明細書で開示されるのは、複数の半導体基板上に材料の膜を堆積させるためのマルチステーション基板処理装置である。幾つかの実施形態では、装置は、処理チャンバと、処理チャンバに収容された第１のプロセスステーションと、処理チャンバに収容された第２のプロセスステーションと、プロセスステーションへの膜前駆体の流れを制御するための１つ以上の弁と、処理チャンバに収容されたプロセスステーションを取り巻く空間から膜前駆体を除去するための弁作動式真空源と、基板を処理チャンバ内のプロセスステーションの１つ以上に搭載するための基板搭載機器と、１枚以上の基板を第１のプロセスステーションから第２のプロセスステーションに移送するための基板移送機器と、基板上に材料の膜を堆積させるために基板搭載機器、基板移送機器、１つ以上の弁、および真空源を操作するための機械読み取り可能命令を含む１つ以上のコントローラとを含んでいてよい。命令は、（ａ）少なくとも第１の基板を処理チャンバ内の第１のプロセスステーションに搭載することと、（ｂ）Ｎサイクルの膜堆積を実施することによって、第１のプロセスステーションにある少なくとも第１の基板上に規定の膜厚の一部を堆積させることと、（ｃ）少なくとも第１の基板を第２のプロセスステーションに移送することと、（ｄ）（ｃ）後に、Ｎ’サイクルの循環膜堆積を実施することによって、少なくとも第１の基板上に規定の膜厚の別の一部を堆積させることであって、Ｎは、Ｎ’に等しくなく、ＮおよびＮ’は、規定の膜厚を実現するように選択される、ことと、（ｅ）少なくとも第１の基板を反応チャンバから取り出すことと、を含んでいてよい。
【００２０】
幾つかの実施形態では、命令は、さらに、（ａ）において、複数のプロセスステーションに複数の基板を搭載することと、（ｂ）において、Ｎサイクルの循環堆積プロセスを実施することによって、複数の基板上に規定の膜厚の一部を堆積させることと、（ｃ）において、複数の基板を反応チャンバ内の異なるプロセスステーションに移送することと、（ｄ）において、Ｎ’サイクルの循環堆積プロセスを実施することによって、複数の基板上に規定の膜厚の別の一部を堆積させることと、を含んでいてよい。
【００２１】
幾つかの実施形態では、１つ以上のコントローラは、さらに、（ｃ）後で、かつ（ｄ）前に、少なくとも１枚の追加の基板を反応チャンバ内のプロセスステーションに搭載するための機械読み取り可能命令を含んでいてよく、したがって、（ｄ）は、さらに、少なくとも１枚の追加の基板上に膜厚の別の一部を堆積させることを含む。
【００２２】
幾つかの実施形態では、一サイクルの膜堆積は、（ｉ）膜前駆体を、それが基板上に吸着制限層を形成するように基板上に吸着させることと、（ｉｉ）吸着された前駆体を取り巻く空間から、吸着されなかった膜前駆体の少なくとも一部を除去することと、（ｉｉｉ）（ｉｉ）において、吸着されなかった膜前駆体を除去した後に、吸着された膜前駆体を反応させて基板上に膜層を形成させることと、（ｉｖ）吸着された前駆体を反応させた後に存在する脱離した膜前駆体および／または反応の副生成物を、膜層を取り巻く空間から除去することと、を含んでいてよい。
【００２３】
幾つかの実施形態では、基板搭載機器は、プロセスステーションの少なくとも１つに基板を載置するための基板取扱ロボットを含んでいてよい。
【００２４】
幾つかの実施形態では、基板移送機器は、基板の面に実質的に垂直な中心軸を中心として、かつ基板間を実質的に等間隔として基板を回転させることによって動作するカルーセルを含んでいてよい。
【００２５】
幾つかの実施形態では、処理チャンバは、４つのプロセスステーションを収容していてよい。このような特定の実施形態では、１つ以上のコントローラは、さらに、堆積膜の目標厚さＤを選択するための機械読み取り可能命令と、Ｎを（１／４）×（Ｄ／ｄ）に最も近い正の整数であるように選択するための機械読み取り可能命令であって、ｄは、一サイクルの膜堆積によって堆積される膜層の期待平均厚さである、機械読み取り可能命令と、Ｎ’をＮ−１、Ｎ、またはＮ＋１のいずれかであるように選択するための機械読み取り可能命令と、を含んでいてよい。このような特定の実施形態では、１つ以上のコントローラは、さらに、Δ＝４×ｄ×Ｎ−Ｄとして、｜Δ｜＜ｄ／２であるときにＮ’をＮであるように選択するための機械読み取り可能命令と、Δ＝４×ｄ×Ｎ−Ｄとして、｜Δ｜＞ｄ／２で、かつΔ＞０であるときにＮ’をＮ−１であるように選択するための機械読み取り可能命令と、Δ＝４×ｄ×Ｎ−Ｄとして、｜Δ｜＞ｄ／２で、かつΔ＜０であるときにＮ’をＮ＋１であるように選択するための機械読み取り可能命令と、を含んでいてよい。
【００２６】
やはり本明細書で開示されるのは、本明細書で開示される操作のありとあらゆる様々な組み合わせを実施するための機械読み取り可能命令を有する機械読み取り可能媒体である。このような命令は、本明細書で開示されるマルチステーション基板処理装置の１つ以上のシステムコントローラによって読み出されてよいおよび／または実行されてよい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】プロセスステーションを１つ伴う処理チャンバを有する基板処理装置を示した概略図である。
【００２８】
【図２Ａ】２つのプロセスステーションに対して基板の搭載および取り出しを行うための基板取扱ロボットと、装置を操作するためのコントローラとを有する４ステーション基板処理装置を示した概略図である。
【００２９】
【図２Ｂ】１つのプロセスステーションに対して基板の搭載および取り出しを行うための基板取扱ロボットと、装置を操作するためのコントローラとを有する４ステーション基板処理装置を示した概略図である。
【００３０】
【図３Ａ】２×２モード（すなわち２×２「フレックス」モード）を表す操作手順の一例を示した図である。
【００３１】
【図３Ｂ】代表的な堆積モードを表す操作手順の一例を示した図である。
【００３２】
【図３Ｃ】順次モードを表す操作手順の一例を示した図である。
【００３３】
【図４Ａ】本明細書で開示される原理に基づいてマルチステーション処理チャンバにおいて複数の半導体基板上に材料の膜を堆積させるための手法の一例を示したフローチャートである。
【００３４】
【図４Ｂ】Ｎサイクルの堆積とＮ’サイクルの堆積とを交替で順繰りさせることによって１枚以上の基板からなる任意の数の基板群への堆積を行うための操作手順の一例を示したフローチャートである。
【００３５】
【図４Ｃ】ダマシンモデルに基づいてマルチステーション処理チャンバにおいて複数の半導体基板上に材料の膜を堆積させるための手法の一例を示したフローチャートである。
【００３６】
【図５Ａ】ＡＬＤプロセスを通じて基板上に材料の膜を形成するための操作手順の一例を示したフローチャートである。
【００３７】
【図５Ｂ】堆積プロセスを通じて基板上に材料の膜を形成するための基本的な操作手順を示したタイミング図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下の説明では、本発明の完全な理解を与えるために、数々の具体的詳細が明記されている。しかしながら、当業者にならば、本発明が、これらの詳細の一部または全部を伴わなくても実施可能であることが明らかである。また、本発明を不必要に不明瞭にしないために、周知のプロセス工程および／または構造の詳細な説明は、省略されている。本発明は、具体的な詳細な実施形態と併せて説明されているが、これらの具体的な詳細な実施形態は、本明細書で開示される発明概念の範囲を制限することを意図していないことが理解される。
【００３９】
本明細書で開示されるのは、それぞれが「個別の」膜厚を形成する複数の膜堆積サイクルを伴う半導体製造作業において、スループットを損なうことなく半導体基板上の薄膜の厚さの精度（目標厚さからのズレとして測定される）を向上させるための、方法および装置である。上で言及されたように、ＡＬＤは、このような膜堆積方法の１つであるが、順次繰り返すやり方で使用されて薄い膜層を沈着させるあらゆる技術が、複数サイクルの堆積を伴うものと見なされてよく、本明細書で開示される方法および装置は、このようなマルチサイクル堆積操作における膜厚を制御するために、一般的に使用することもできる。
【００４０】
膜堆積装置の概要
【００４１】
半導体基板上に膜を堆積させるための操作は、通常は、図１に示されるような基板処理装置において実施することができる。後ほどさらに詳しく説明される図１の装置１００は、真空ポンプ１１８によって真空に維持可能な内部空間内に１つの基板ホルダ１０８を伴う１つの処理チャンバ１０２を有する。チャンバには、（例えば）膜前駆体、キャリアおよび／またはパージおよび／または処理ガス、二次反応物などの供給のために、ガス供給システム１０１およびシャワーヘッド１０６も、流体連通可能なように結合されている。図１には、処理チャンバ内にプラズマを発生させるための設備も示されており、後ほどさらに詳しく説明される。いずれにせよ、図１に図示されている装置は、半導体基板に対してＡＬＤなどの膜堆積操作を実施するための基本的な設備を与えるものである。
【００４２】
膜堆積を加速させるための並列基板処理装置の概要
【００４３】
状況次第では、図１のような基板処理装置でも十分かもしれないが、時間がかかる膜堆積操作を伴うときは、複数の堆積操作を複数の半導体基板に対して並列に同時に実施することによって、基板処理のスループットを増加させると有利だろう。この目的のためには、図２Ａに図解されたようなマルチステーション基板処理装置が用いられてよい。図２Ａの基板処理装置２００は、やはり１つの基板処理チャンバ２１４を用いているが、処理チャンバの壁によって画定された１つの内部空間内に、複数の基板プロセスステーションがあり、各プロセスステーションは、そのプロセスステーションにおいてウエハホルダによって保持されている基板に対して処理操作を実施するために使用されてよい。この特定の実施形態では、マルチステーション基板処理装置２００は、４つのプロセスステーション２０１、２０１、２０３、および２０４を有するものとして示されている。その他の類似のマルチステーション基板処理装置は、実施形態と、例えば所望の並列ウエハ処理のレベル、サイズ／スペースの制限、コストの制約などとに応じ、さらに多いまたは少ないプロセスステーションを有していてもよい。また、後ほどさらに詳しく説明される図２Ａには、基板取扱ロボット１２６およびコントローラ１５０も示されており、これらもやはり、複数の基板に対して効率的に並列に堆積操作を実施するという目標の実現を助けるものである。
【００４４】
図２Ａに示されるようなマルチステーション基板処理装置の使用を通じて、設備コストおよび運転費用の両方に関して様々な効率化を実現することができる。例えば、４つ全てのプロセスステーション用に１つの高真空環境を形成するために、１つの真空ポンプ（図２Ａには示されていないが、図１では例えば１１８）が使用されてよく、４つ全てのプロセスステーションで消費された処理ガスを排出させることができる。実施形態によっては、各プロセスステーションは、ガス供給のための自身専用のシャワーヘッド（例えば図１の１０６を参照せよ）を有してよく、ただし、ガス供給システム（例えば図１の１０１）に関しては、同じものを共有してよい。同様に、プロセスステーションどうしでは、プラズマ発生器のうちの特定の構成要素（例えば電源）が共有されてよく、ただし、実施形態次第では（例えば、プラズマを発生させる電位を印加するためにシャワーヘッドが使用される場合などでは（以下の図１の議論を参照せよ））、特定の構成要素がプロセスステーョン特有ものであってよい。ただし、再度述べるが、このような効率性は、反応チャンバごとに２、３、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、または１６、またはさらに多くなどのように、１つの処理チャンバあたりでさらに多いまたは少ない数のプロセスステーションを使用することによって、実現の程度が増すまたは減るだろうことが理解される。
【００４５】
４ステーションチャンバにおける並列基板堆積操作手順
【００４６】
上記のように、共通の基板処理チャンバ内の複数のプロセスステーションにある複数の基板の処理は、様々なステーション間で共通の処理機器を用いるとともに複数の基板に対して同時に、かつ並列に膜堆積を進行可能にすることによって、スループットを向上させることができる。
【００４７】
図２Ａは、このような目的に適した処理装置の一例を示しており、ここでは、プロセスステーション２０１および２０２に基板を搭載するために、この場合は基板取扱ロボット２２６である基板搭載機器が使用され、様々なプロセスステーション２０１、２０２、２０３、および２０４の間で基板を移送するために、この場合は基板カルーセル２９０である基板移送機器が使用される。この構成のプロセスステーション、ならびに基板取扱機器および基板移送機器を与えられることによって、複数の基板間で例えばＮサイクルの膜堆積などの膜堆積を並列に発生可能にする多様な処理手順が可能になる。
【００４８】
例えば、アプローチの１つは、いわゆる「静的モード」と呼ばれる。「静的」モードでは、ポート２２０を通じてチャンバが開かれ、４つ全てのプロセスステーションにウエハが搭載され、チャンバは閉じられ、４枚全てのウエハに対してＮ堆積サイクルが実施され、堆積サイクルは終結し、チャンバは開かれ、４枚のウエハは取り出される。
【００４９】
図２Ａに示された実施形態では、基板搭載機器は、基板操作のための２本のアームを有する基板取扱ロボット２２６として描かれており、したがって、図に示されるように、ロボット２２６は、ステーション２０１および２０２の両方に基板を搭載する（同時かもしれないし、または順次かもしれない）ことができるだろう。ステーション２０１および２０２への搭載後、基板移送機器、すなわち図２Ａに図示されたカルーセル２９０は、次いで、それら２枚の基板をプロセスステーション２０１および２０２からプロセスステーション２０３および２０４に移送するために、基板の面に実質的に垂直な（ページから突き出している）その中心軸を中心として、かつ基板間を実質的に等間隔として１８０度の回転を行うことができる。この時点で、取扱ロボット２２６は、新しい２枚の基板をステーション２０１および２０２に搭載し、搭載プロセスを完了させることができる。取り出しのためには、これらの工程を逆転させればよく、ただし、もし４枚のウエハからなるウエハ群が複数処理される場合は、取扱ロボット２２６によって２枚の基板が取り出されるたびに、移送カルーセル２９０の１８０度の回転に先立って新しい２枚の基板が搭載することができる。同様に、例えば２０１などの１つのステーションのみに基板を載置するように構成された１本アームの取扱ロボットの場合は、４つ全てのステーションに基板を搭載するためにカルーセル２９０が９０度ずつ４回回転する４工程の搭載プロセスで使用されると考えられる。
【００５０】
いずれにせよ、今説明されたようないわゆる「静的モード」では、各基板は、４つのプロセスステーションのうちの１つのステーションにおいて、その全ての膜堆積（Ｎサイクル全て）を施される。しかしながら、もし、各基板が処理チャンバ内の複数のプロセスステーションを経るならば、すなわち、もし、各基板が或るステーションではその膜の一部を堆積され、１つ以上の別のステーションではその膜の別の一部を堆積されるならば、異なる基板どうしの間でさらに一貫性のある膜堆積が実現されるだろうことが、しばしば見出された。これは、結果として、異なるステーションで発生する堆積間における、システム上の相違を平均化する。
【００５１】
このような、ステーション間における堆積の平均化は、今説明されたような基本的な「静的」モードとは異なる様々な処理手順を使用して実現することができる。例えば、「順次モード」と呼ばれる１つの操作方式では、処理チャンバにおいて、移送カルーセルによる９０度の回転を伴ってＮサイクルの堆積が交替で実施されるので、各ウエハは、４つのステーションのそれぞれにおいてＮサイクルの堆積に見舞われる。詳述すると、この操作モードでは、第１の基板が取扱ロボット２２６を通じてステーション２０１に搭載され、Ｎサイクルの堆積が（この第１の基板に対してのみ）実施され、カルーセル２９０が９０度回転されて第１の基板をステーション２０２に移送させ、ステーション２０１に第２の基板が搭載され、別のＮサイクルの堆積が（今回は第１および第２の基板の両方に対して）実施され、以下同様に、第１の基板がプロセスステーション２０１、２０２、２０３、および２０４のそれぞれにおいてＮサイクルの堆積に見舞われるとともに第２の基板がステーション２０１、２０２、および２０３のそれぞれにおいてＮサイクルの堆積に見舞われてその次に２０４において堆積を施されるまで続けられ、以下同様である。なお、合計すると、各基板は、こうして、全部で４Ｎサイクルの膜堆積を施される。
【００５２】
「静的モード」と比較すると、「順次モード」は、各ウエハが各ステーションを同じ程度経るという意味では有益であるが、その他の特性が、この操作モードをあまり魅力的でないものにしている。先ず挙げられるのは、順次モードは、基板の搭載／取り出し、ならびに「順次送り」、すなわち１つのプロセスステーションから別のプロセスステーションへの基板の移送、ならびに処理チャンバポート２２０の開／閉を、多く伴うことである。具体的に言うと、或る基板が、自身に割り当てられた４Ｎ回の堆積を４つのステーションにわたって施されるためには、処理チャンバは、搭載／取り出し操作のために４回開閉されなくてはならず、そのたびに、チャンバ内部の環境を堆積に適した環境条件（例えば温度、圧力、流量など）を回復させることが伴う。静的モードでは、搭載操作のために１つのステーションを使用する場合、４枚のウエハを堆積用の位置に持ってくるために、９０度の移送回転を使用して同じ回数の順次送りを伴うだろうが、移送回転間で堆積が介在することがないゆえに、チャンバの開閉は、一度のみですむ。したがって、堆積に先立って、マルチステーションチャンバに４枚全てのウエハを搭載することも可能である。ただし、追加となる順次送り工程によって、オーバーヘッドタイムが大幅に長くなる結果にもなる。
【００５３】
４ステーションチャンバにおけるダマシンモードの基板堆積操作手順
【００５４】
その他に考えられる堆積操作方式は、「ダマシンモード」と呼ぶことができる。ダマシンモードは、各ウエハが各ステーションを同じ程度経ることを可能にするとともに、搭載／取り出し操作のために処理チャンバが繰り返し開閉される事態を回避する方式である。
【００５５】
図２Ｂは、順次モードまたはダマシンモードに適した処理装置の一例を示している。図２Ｂにおいて、マルチステーション基板処理装置２００Ａは、図２に示されたマルチステーション基板処理装置２００に類似している。しかしながら、図２Ｂに図示された取扱ロボット２２６Ａは、基板を操作するためのアームが１本であるという点で、取扱ロボット２００とは異なる。その他に考えられる実施形態では、取扱ロボット２２６Ａは、基板を操作するためのアームが複数本であってもよい。図２Ｂにおける取扱ロボット２２６Ａは、１枚から４枚までの基板をステーション２０１〜２０４に搭載することができる。
【００５６】
順次モードとダマシンモードとの間の相違は、順次モードでは、最初は１枚の基板のみが搭載され、堆積サイクル間における順次送り後にさらなる基板が搭載されることである。ダマシンモードでは、一群の基板が処理される前に、その基板群のなかの全ての基板が処理チャンバに搭載されてよい。基板がステーションに搭載された後は、Ｎサイクルの堆積を実施することができる。Ｎサイクルの堆積が実施された後は、カルーセル２９０が９０度回転されてよく、次いで、Ｎ’サイクルの堆積が実施されてよく、以下同様に、４枚の基板のそれぞれが各プロセスステーション２０１、２０２、２０３、および２０４のそれぞれにおいてＮ、Ｎ’、Ｎ”、およびＮ”’サイクルの堆積を施されるまで続けることができる。特定の目標膜厚では、Ｎ、Ｎ’、Ｎ”、およびＮ”’が全て同じ数であってよいが、多くの厚さでは、Ｎ’、Ｎ”、およびＮ”’の一部または全部がＮと異なる値であってよい。一般的に、Ｎ’、Ｎ”、およびＮ”’は、Ｎ、Ｎ＋１、またはＮ−１の値を有してよく、ただし、実装形態によっては、Ｎ’、Ｎ”、およびＮ”’の値がＮと大きく異なっていてもよい。例えば、特定の実施形態では、Ｎ’、Ｎ”、およびＮ”’の値がＮ、Ｎ＋１、Ｎ＋２、Ｎ＋３、Ｎ−１、Ｎ−２、またはＮ−３であってよい。
【００５７】
２×２モードの基板堆積
【００５８】
尚も別の操作方式は、いわゆる「２×２モード」である。２×２モードでは、順次モードによく似て搭載工程と堆積工程とが交互に行われるが、搭載／取り出しを２つのプロセスステーションにおいて同時に行うために、図２Ａに示された基板取扱ロボット２２６のような２基板搭載機器が使用される。こうすることで、搭載／取り出し工程およびチャンバ開閉の回数が半減され、順次送りの回数もまた、プロセスステーション間における１８０度の移送回転ゆえに半減される。したがって、２×２モードは、２枚の基板を一度に搭載すること、および各基板を２回の堆積手順で処理することを伴う（したがって「２×２」）。
【００５９】
図に示された２×２モードの基板堆積例
【００６０】
２×２モードの操作手順の一例が、図３Ａに示されている。なお、図３Ａでは、簡単のために、ステーション９０１〜９０４がＡ〜Ｄで表示しなおしてあることに留意されたい。図３Ａを参照すると、工程１では、基板搭載機器（不図示）によって、ステーションＡおよびステーションＤに基板１および基板２が搭載され、工程２では、基板１上および基板２上にＮ枚の膜層（例えば誘電体膜）を堆積させるために、Ｎサイクル（例えばＡＬＤサイクル）の堆積が実施される。工程３では、基板１および基板２は、基板移送機器（不図示）によってそれぞれ位置Ｃおよび位置Ｂへ１８０度（回転矢印によって示されるように）回転され（順次送りされ）、次いで、Ｎ’サイクルの膜堆積が実施され、基板１、２、３、および４のそれぞれの上に材料が堆積される。通常は、工程２および工程４で実施される堆積サイクルの数は、同じであると考えられ、工程４の終結時には、基板１および基板２には２Ｎ枚の膜層が堆積され、基板３および基板４にはＮ枚の膜層が堆積されている。しかしながら、幾つかの実施形態では、後ほどさらに詳しく説明されるように、ＮおよびＮ’は、異なるように選択される。いずれにせよ、工程５では、基板３および基板４は、それぞれステーションＣおよびステーションＢへ回転され、基板１および基板２は、新しい基板５および基板６に交換される（すなわち、１および２が取り出され、５および６がステーションＡおよびステーションＤに搭載される）。最後に、工程６では、基板３および基板４は、そのそれぞれの、今回はＮサイクルである２順目の堆積を施され、その一方で、新しい基板５および基板６は、そのそれぞれの、やはりＮサイクルである１順目の堆積を施される。なお、このプロセスは、所望のペア数の基板を処理するために無期限に続けられてよいことに留意されたい。また、再度述べるが、完全に処理された各ウエハは、ＡとＣ、またはＤとＢの、いずれか２つのプロセスステーションにおいて膜堆積を施されていることにも留意されたい。したがって、２×２モードは、処理速度と、複数のプロセスステーション間における堆積の平均化との、効率的で、かつ実行可能な妥協策を表すものである。
【００６１】
図に示された順次モードの基板堆積例
【００６２】
順次モードを表す操作手順の一例が、図３Ｂに示されている。図３Ａと同様に、図３Ｂでは、簡単のために、ステーション９０１〜９０４がＡ〜Ｄで表示しなおしてある。図３Ｂを参照すると、工程１では、基板１が、基板搭載機器（不図示）によってステーションＡに搭載され、Ｎサイクルの堆積が、基板１上にＮ枚の膜層を堆積させるために実施される。工程２では、基板１は、位置Ｂへ９０度（回転矢印によって示されるように）回転され（順次送りされ）、基板２が、基板搭載機器によってステーションＡに搭載される。基板１が回転され、基板２が搭載された後は、Ｎサイクルの膜堆積が実施され、基板１および基板２のそれぞれの上に材料が堆積される。工程３では、基板１および基板２は、それぞれステーションＣおよびステーションＢへ回転され、基板３が、基板１、２、および３のそれぞれに対してＮサイクルの膜堆積が実施される前に基板搭載機器によってステーションＡに搭載される。工程４では、基板１、２、および３は、それぞれステーションＤ、Ｃ、およびＢへ回転され、基板４が、基板１、２、３、および４のそれぞれに対してＮサイクルの膜堆積が実施される前に基板搭載機器によってステーションＡに搭載される。工程５では、基板は、基板１、２、３、および４がそれぞれステーションＡ、Ｄ、Ｃ、およびＢにくるように、さらに９０度回転される。回転後、基板１は、基板５がステーションＡに搭載されてＮサイクルの膜堆積が実施される前に、基板搭載機器によってステーションＡから取り出される。プロセスは、次いで、基板のさらなる順次送り、搭載、および取り出し、ならびに膜堆積サイクルを続けてよい。プロセスは、所望の枚数の基板を処理するために無期限に続けられてよい。
【００６３】
特定の実施形態の順次モードでは、工程１〜４の各工程で実施される堆積サイクルの数が、異なる値であってよい。例えば、工程１で実施される堆積サイクルの数は、Ｎであってよく、工程２で実施される堆積サイクルの数は、Ｎ’であってよく、工程３で実施される堆積サイクルの数は、Ｎ”であってよく、工程４で実施される堆積サイクルの数は、Ｎ’”であってよい。本開示の別の箇所で説明されたのと同様に、Ｎ、Ｎ’、Ｎ”、およびＮ”’は、異なっていてよい。開示されたアプローチは、膜の目標厚さに合わせて堆積を調整するための、少なくとも２つの選択肢、すなわち（ａ）Ｎ’、Ｎ”、および／またはＮ”’の選択、ならびに（ｂ）堆積サイクルの数がＮではないステーションの数を可能にする。例えば、（Ｎに等しくない）Ｎ’サイクルは、４つのステーションリアクタのうちの１つ、２つ、または３つのステーションで使用することができる。
【００６４】
順次モードは、各基板が各ステーションで同数の堆積サイクルを経ることを可能にする。しかしながら、上記のように、順次モードは、基板の搭載／取り出し、順次送り、および／または処理チャンバの開／閉を多く伴う。
【００６５】
図に示されたダマシンモードの基板堆積例
【００６６】
ダマシンモードを表す操作手順の一例が、図３Ｃに示されている。図３Ａと同様に、図３Ｃでは、簡単のために、ステーション９０１〜９０４がＡ〜Ｄで表示しなおしてある。図３Ｃを参照すると、工程１では、全ての基板１、２、３、および４が、基板搭載機器（不図示）によってそれぞれステーションＡ、Ｂ、Ｃ、およびＤに搭載される。工程２では、Ｎサイクルの堆積が、基板１、２、３、および４上にＮ枚の膜層を堆積させるために実施される。工程３では、基板１、２、３、および４は、それぞれ位置Ｄ、Ａ、Ｂ、およびＣへ９０度（回転矢印によって示されるように）回転され（順次送りされ）る。工程４では、Ｎ’サイクルの堆積が、基板１、２、３、および４上にＮ’枚の膜層を堆積させるために実施される。工程５では、基板１、２、３、および４は、それぞれステーションＣ、Ｄ、Ａ，およびＢへ９０度回転される。工程６では、Ｎ”サイクルの堆積が、基板１、２、３、および４上にＮ”枚の膜層を堆積させるために実施される。工程７では、基板１、２、３、および４は、それぞれステーションＢ、Ｃ、Ｄ、およびＡへ９０度回転される。工程８では、Ｎ”’サイクルの堆積が、基板１、２、３、および４上にＮ”’枚の膜層を堆積させるために実施される。工程９では、基板１、２、３、および４は、処理チャンバから取り出され、新しい一群の基板、すなわち基板５、６、７、および８が、処理チャンバに搭載される。プロセスは、次いで、基板５、６、７、および８に対して繰り返されてよく、所望の枚数の基板を処理するために無期限に続けられてよい。
【００６７】
ダマシンモードは、実施されるサイクル総数の柔軟性を可能にする。特定の半導体処理モードでは、サイクルの総数が、堆積の際に基板が経るステーションの数の倍数に限定されるだろう。このような場合、もし、例えば、各サイクルが、基板上に１．６２Åの材料を堆積させるならば、図３Ｂに示されたプロセスは、基板の目標厚さレベルを６．４８Åの倍数に限定されるだろう。これに対して、例えば、説明されたダマシンモードの場合、Ｎ’は、Ｎと同じであってよい、またはＮ−１もしくはＮ＋１であってよい。Ｎ”およびＮ’”も、それぞれ、Ｎ、Ｎ−１、またはＮ＋１であってよい。図３Ｃに示された例では、以下の数のサイクルが各ステーションで実施されることが可能だろう。
【表１】
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【００６８】
したがって、ダマシンモード（および順次モードの特定の実施形態）は、例えば１．６２Åのように、一堆積サイクルによる厚さの細かさまで基板の目標厚さを制御することを可能にする。また、代表的な半導体処理操作では、各基板が各ステーションにおいて施されるサイクル数が、かなり大きくなると考えられる。例えば、上の段落で言及されたように、Ｎは、特定の半導体処理操作では１００を超えることがある。このように多数のサイクルが各ステーションで実施されるときは、特定のステーションで施されるサイクルの数を１つまたは２つまたは一桁数だけ増やすまたは減らすことによって、ウエハ間および地点間の精度が大きく変わることはない。したがって、ダマシンモードは、各基板が各ステーションで概ね同じ数の堆積サイクルを経ることを可能にする。最後に、ダマシンモードでは、一群の基板が一緒に搭載されるまたは取り出されるので、搭載／取り出しおよび処理チャンバの開／閉が大幅に減らされる。
【００６９】
Ｎ、Ｎ’、Ｎ”、およびＮ”’などの厳密な値は、目標膜厚に応じて選択されてよい。目標膜厚が異なるプロセスは、その目標膜厚に最も一致させるために、Ｎ、Ｎ’、Ｎ”、およびＮ”’などの値が異なっていてよい。Ｎ、Ｎ’、Ｎ”、およびＮ”’などの間の関係、すなわちＮ’がＮ、Ｎ−１、またはＮ＋１に等しいかどうかも、やはり、目標膜厚次第であってよい。
【００７０】
２×２モード、順次モード、およびダマシンモードの各種の特徴は、組み合わせ可能である。例えば、或る堆積モードは、順次モードで示されたような、各工程後または各順次送り発生後における１枚の基板の搭載および取り出しを、ダマシンモードで示されたような、工程によって異なる堆積サイクル数と組み合わせることができる。したがって、例えば、もし、或る堆積モードが４つのプロセスステーションを含むならば、各処理工程後に、基板の順次送り、ならびに各基板の搭載および／または取り出しを行うことができる。処理工程のうちの３つの工程では、Ｎサイクルの堆積が発生してよく、ただし、４回目の処理工程が来るたびに、Ｎ＋１サイクルの堆積が発生してよい。このような堆積モードのその他の実施形態では、Ｎ＋１サイクルの堆積を伴うプロセス工程の数を変更することができる、または特定のプロセス工程が、Ｎ＋１サイクルの堆積の代わりにＮ−１サイクルの堆積を伴うことができる。
【００７１】
２×２モードの目標厚さ精度の向上
【００７２】
図３Ａに戻り、工程２で実施される堆積サイクルの数Ｎは、工程６で実施される堆積サイクルの数Ｎ’と同じであってよいまたは異なっていてよいことが上述された。ＮおよびＮ’を慎重に選択すれば、処理のスループットに実質的影響を与えることなく２×２処理モードの厚さ精度をおおよそ２倍に高められることがわかった。これは、以下のように実現することができる。
【００７３】
一般に、もし、基板が複数のプロセスステーションで一連の堆積サイクルを施されるならば、基板上に堆積される膜層の合計枚数は、ウエハが経るプロセスステーションの数と、各プロセスステーションで実施されるサイクルの数との積である。したがって、２×２モードの場合は、一般に、各基板は、２つのプロセスステーションでＮ堆積サイクルを施され、したがって、総堆積膜は、２Ｎ枚の層で構成され、１枚の層の平均厚さをｄとしたときに（すなわち、ｄはサイクルごとの堆積率である）２Ｎ×ｄの厚さを有する。したがって、結果得られる２ステーション間における平均化によって、基板間における膜厚の均一性が向上する一方で、これは、厚さ精度の制御が２×ｄに制限されることも意味する。例えば、ＡＬＤを通じてデュアルパターニング酸化物膜を堆積させるときは、１枚のＡＬＤ堆積層（すなわち、１回のＡＬＤサイクルの結果得られる膜）の厚さｄは、おおよそ１．６２Å（オングストローム）になるだろう。したがって、目標厚さは、２×ｄ＝３．２４Åの整数倍からのみ選択可能である（理論上の厚さ精度を±１．６２Åであるとする）。これと比較すると、各基板が１つのプロセスステーションで堆積を施される静的モードは、初期設定で、膜厚精度をｄ＝１．６２Åの整数倍で制御することができる。
【００７４】
別の言い方をすると、標準的な手順では、所定の目標厚さＤに対し、堆積サイクルの数Ｎは、２Ｎ×ｄが可能な限りＤに近くなるように選択され、これは、膜厚の制御が２×ｄの整数倍に制限されることを意味する。しかしながら、「２×２フレックスモード」は、概要を上述された基本的な２×２フレックスモードと同じ手順の範囲内で、１×ｄの精度で厚さを制御することを可能にする。これは、定められた特定の状況では、各ウエハが経る２つのプロセスステーションのうちの１つで異なる堆積サイクル数を使用することによって実現される。したがって、図３Ａに戻り、変更された「２×フレックスモード」手順では、工程２は、Ｎサイクルの膜堆積を実施するが、工程４は、Ｎ’サイクルの膜堆積を実施し、Ｎ’は、Ｎと異なっていてよい。その結果、基板１および基板２は、合計でＮ＋Ｎ’サイクルの膜堆積を施され、その結果として（Ｎ＋Ｎ’）×ｄの膜厚を有する。さらに、次の堆積工程、すなわち図３Ａの工程６では、次のペアの基板、すなわち基板３および基板４もやはり、合計Ｎ’＋Ｎ＝Ｎ＋Ｎ’サイクルを経るように、Ｎサイクルの膜堆積が再び実施され、したがって、堆積工程をＮサイクルとＮ’サイクルとで交替で行うことによって、続く各ペアのウエハが、合計数が同じ堆積工程によって処理される。
【００７５】
すると、問題は、ＮおよびＮ’をいかに最適に選択するかである。標準的な手順では、ＮとＮ’とが区別されず、したがって、上記のように、堆積される総膜厚は、常に、２Ｎ×ｄ、すなわちｄの偶数整数倍である。ここで、変更された２×２フレックスモード手順では、Ｎ’は、例えばＮ＋１のようにＮと異なるように選択されてよく、したがって、結果得られる膜厚は、（Ｎ＋Ｎ＋１）×ｄ＝（２Ｎ＋１）×ｄ、すなわちｄの奇数整数倍であるように選択されてよい。したがって、フレックスモード手順では、堆積サイクルの総数は、Ｎ’がＮに等しくまたはＮ＋１もしくはＮ−１に等しく選択されるかに応じ、奇数または偶数であるように選択可能であり、これは、一堆積サイクルの細かさまで厚さを制御することを可能にする。
【００７６】
２×２フレックスモード手順は、したがって、以下のとおりである。所定の目標膜厚Ｄに対し、Ｄ／ｄ（ｄは、一サイクルの膜堆積によって堆積される膜層の期待平均厚さである）に最も近い正の整数Ｍが、奇数であるかどうかが判定され、もし、Ｍが奇数であるならば、ＮおよびＮ’は、Ｎ＋Ｎ’＝Ｍで、かつ｜Ｎ−Ｎ’｜＝１であるように選択される。他方、もし、Ｍが偶数であるならば、ＮおよびＮ’は、Ｎ＝Ｎ’＝（１／２）×（Ｄ／ｄ）であるように選択される。
【００７７】
或いは、２×２フレックスモード手順は、以下のように見なして実施することもできる。堆積膜の目標厚さＤが選択され、Ｎが、（１／２）×（Ｄ／ｄ）（ｄは、やはり、一サイクルの膜堆積によって堆積される膜層の期待平均厚さである）に最も近い正の整数であるように選択される。次いで、Ｎ’は、以下の基準に基づいて、Ｎ−１、Ｎ、またはＮ＋１のいずれかであるように選択される。
【００７８】
Δ＝２Ｎ×ｄ−Ｄとして、｜Δ｜＜ｄ／２であるときは、Ｎ’は、Ｎであるように選択され、
【００７９】
そうでなく、｜Δ｜＞ｄ／２であるときは、Ｎ’は、Δ＞０であればＮ−１であるように、またはΔ＜０であればＮ＋１であるように選択される。
【００８０】
表示ＮおよびＮ’は、もちろん、技術の本質を変えることなく切り替え可能である。例えば、本明細書で開示される原理を改めなくてもまたはこれまでの説明に網羅されている方法の範囲を変更しなくても、上記の判定を下した後、Ｎ’を図３Ａの工程２で使用するとともに、Ｎを図３Ａの工程４で使用することができる。なお、上記の基準およびその評価は、マルチステーション基板処理装置のコントローラ上にある（および／もしくはマルチステーション基板処理装置のコントローラによってアクセス可能な）機械読み取り可能命令として実装されてよいこと、または例えばメモリデバイス／チップ、ディスクなどの例えばシステムコントローラによって読み取り可能である機械読み取り可能媒体に盛り込まれてよいことに留意されたい。
【００８１】
図４Ａには、以上の原理に基づいてマルチステーション処理チャンバにおいて複数の半導体基板上に材料の膜を堆積させるための手法の一例が図解されている。適切な装置の例が、以下で詳しく説明される。図に示されるように、また、図３Ａに示されるように、方法は、縦の破線の左側に示されるような基板／搭載移送操作と、縦の破線の右側に示されるような堆積操作とを有するものと見なすことができる。
【００８２】
図４Ａを参照すると、幾つかの実施形態では、方法は、１枚以上の基板の第１群の基板を処理チャンバ内の１つ以上のプロセスステーションの第１群のプロセスステーションに搭載する操作４１０から開始してよい。（この第１群のステーションは、図２Ａからのステーション２０１および２０２または図３ＡからのステーションＤおよびＡであってよい。）方法は、次いで、Ｎサイクルの膜堆積を実施することによって第１群のプロセスステーションにある第１群の基板上に膜材料を堆積させる操作４２０に進んでよい。（やはり、図３Ａからのステップ１および２などを参照せよ。）操作４２０における堆積後、操作４３０では、処理チャンバ内の第１群のプロセスステーションから１つ以上のプロセスステーションの第２群のプロセスステーションに第１群の基板が移送されてよく、操作４４０では、１枚以上の基板の第２群の基板が処理チャンバ内の第１群のプロセスステーションに搭載されてよい。両基板群が処理チャンバ内に搭載されている状態で、操作４５０では、Ｎ’サイクルの膜堆積を実施することによって、第１群のプロセスステーションにある第２群の基板上におよび第２群のプロセスステーションにある第１群の基板上に膜材料を堆積させる別の一順の堆積が進められてよい。詳しく上述されたように、幾つかの実施形態では、堆積膜の厚さ精度を向上させるために、Ｎ’が、Ｎに等しくないように選択されてよい。最後に、この堆積工程後、操作４６０では、第１群の基板が処理チャンバから取り出されてよい。（幾つかの実施形態では、これは、図２Ａに示された基板取扱ロボット２２６などの基板搭載機器によってアクセス可能な第１のプロセスステーションに戻すことによって生じてよい。）この時点で、第１群の基板は、全ての膜堆積手順を実施されており、処理チャンバから出ている。第２群の基板に対する膜堆積手順を完了させるために、（破線で示されるような）随意の操作４７０では、第２群の基板が、その２順目の膜堆積のために、第１群のプロセスステーションから第２群のプロセスステーションに移送されてよい。この時点で、もし、処理されている基板バッチのなかにまださらに基板があるならば、操作４８０では、第３群の基板が処理チャンバ内の第１群のプロセスステーションに搭載されてよい。次いで、操作４９０では、Ｎサイクルの膜堆積を実施することによって、第２群のプロセスステーションにある第２群の基板上におよび随意として第１群のプロセスステーションにある第３群の基板上に膜材料が堆積されてよい。（やはり、Ｎサイクルの堆積とＮ’サイクルの堆積とを交替で行うことに関する図３Ａと関連させた上記の議論を参照せよ。）図４Ａの手順は、第３群の基板上への堆積を完了させるために（第３群の基板における２順目の堆積サイクルは、Ｎ’サイクルの堆積になるだろう）、および基板バッチのなかの例えば第４群や第５群などのさらなる基板群を処理するために続けられてよい。
【００８３】
図４Ｂは、Ｎサイクルの堆積とＮ’サイクルの堆積とを交替で順繰りさせることによって１枚以上の基板からなる任意の数の基板群への堆積を行うためのマルチステーション膜堆積手法の一例をさらに説明している。図４Ｂに示された一連の操作は、（１つまたは複数の）プロセスステーションの第１群のプロセスステーションに一基板群を搭載する操作４９１から開始する。（なお、一基板群が１枚の基板のみで構成されてもよいこと、および一プロセスステーション群が１つのプロセスステーションのみで構成されてもよいことに留意されたい。）このおよびその他の実施形態では、通常は、各群の基板の枚数が等しく、（手順の開始時または終了時を除く）各工程で、チャンバ内の全てのプロセスステーションが用いられる。
【００８４】
次いで、操作４９２では膜堆積が生じ、これは、処理チャンバ内の全ての基板に対してＮサイクルの膜堆積を実施することを伴う。もし、操作４９１で搭載された（１枚以上の）基板が、基板バッチのなかの第１群を構成しているならば、処理チャンバは、恐らくは、空であったと考えられ、したがって、この第１群の（１枚以上の）基板は、操作９４２のこの一順において堆積を施される唯一の基板である。しかしながら、もし、例えば操作４９１で搭載されたばかりの基板群が、基板バッチのなかの第１群でなかったなどのように、チャンバ内に別の群の（１枚以上の）基板が存在しているならば、操作４９２では、恐らくは、処理チャンバ内のその他の（１枚以上の）基板も堆積を施される。そして、これらのその他の（１枚以上の）基板は、操作４９２では、その前の操作で第１群の（１つ以上の）プロセスステーションで既に堆積を施されており、第２群の（１つ以上の）プロセスステーションに位置している。したがって、操作４９３では、第２群の（１つ以上の）プロセスステーションにある（１枚以上の）基板は取り出され、第１群の（１つ以上の）プロセスステーションにある（１枚以上の）基板は第２群の（１つ以上の）プロセスステーションに移送され、第１群の（１つ以上の）プロセスステーションには新しい一群の（１枚以上の）基板が搭載される。
【００８５】
次に、基板がそれぞれの新しいステーションにある状態で、操作４９４では、別の一順の膜堆積が実施される。具体的には、処理チャンバ内の全ての基板に対してＮ’サイクルの膜堆積が実施される。したがって、第１群の（１つ以上の）プロセスステーションから第２群の（１つ以上の）プロセスステーションに移送されたばかりの（１枚以上の）基板は、このとき、それらの上に合計Ｎ＋Ｎ’サイクルの膜堆積を実施されている。この時点で、これらの基板は、操作４９５において第２群の（１つ以上の）プロセスステーションから取り出され、操作４９５は、また、新しく空になった第２群の（１つ以上の）プロセスステーションに装填するために、第１群の（１つ以上の）プロセスステーションから（１枚以上の）基板を移送することも含む。
【００８６】
この時点では、少なくとも１つの群のなかの（１枚以上の）基板が、完全に堆積をなされており（Ｎ＋Ｎ’サイクルの堆積を受けており、Ｎは、Ｎ’に等しくても等しくなくてもよい）、処理チャンバから取り出されている。したがって、操作４９６では、処理されている基板バッチのなかに、まだ処理されていないさらなる基板群が含まれるかどうかが判定される。もし、含まれるならば、操作手順は、上述の工程を繰り返して新しい基板群を処理するために、ならびに当初（操作４９１および４９２では）第２群の（１つ以上の）プロセスステーションに位置していた前の基板群の処理を終わらせるために、操作４９１に戻る。もし、基板バッチのなかに、処理を指定されたさらなる基板群がもう存在しないならば、残るは、第２群の（１つ以上の）プロセスステーションにまだ存在している（操作４９５でそこに移送された）基板群を仕上げるのみである。したがって、操作４９７では、Ｎサイクルの膜堆積が実施され、操作４９８では、最後に、Ｎ’＋Ｎサイクルの膜堆積の全処方を施されたこれらの（１枚以上の）基板が取り出される。
【００８７】
なお、上記の手順（例えば図４Ａおよび図４Ｂ）は、２または６または８または１０または１２または１４または１６のプロセスステーションのように、４つよりも多いまたは少ないプロセスステーションを有する処理チャンバ内で実施されてもよいことに留意されたい。通常は、上述された第１群および第２群のプロセスステーションが同数のプロセスステーションを有するように、偶数のプロセスステーションが用いられるだろう。したがって、２×２モードおよび／またはフレックスモードで膜堆積操作を実施するために使用される処理チャンバは、通常は、偶数Ｓのプロセスステーションを有すると考えられ、この場合は、第１群および第２群のプロセスステーションは、それぞれ、Ｓ／２のプロセスステーションを有する。しかしながら、処理チャンバ内に余りのプロセスステーション（すなわち、奇数のプロセスステーション）が存在したとしても、開示された技術の操作が妨げられることはないだろう。また、上述された「フレックスモード」は、「２×４モード」の処理でも同様に機能し、この場合は、２枚のウエハが同時に搭載され、４つの堆積工程が実施される。
【００８８】
図４Ｃには、ダマシンモードに基づいてマルチステーション処理チャンバ内において複数の半導体基板上に材料の膜を堆積させるための手法の一例が図解されている。図４Ｃは、２つのプロセスステーションを伴う半導体処理チャンバの一例に適用されたときのダマシンモードを説明している。
【００８９】
図４Ｃを参照すると、幾つかの実施形態では、方法は、第１の基板を処理チャンバ内の第１の処理テーションに搭載するとともに第２の基板を処理チャンバ内の第２のプロセスステーションに搭載する操作４１５から開始してよい。方法は、次いで、Ｎサイクルの膜堆積を実施することによって第１のプロセスステーションにある第１の基板上におよび第２のプロセスステーションにある第２の基板上に膜材料をそれぞれ堆積させる操作４２５に進んでよい。操作４２５における堆積後、操作４３５では、第１の基板は、第１のプロセスステーションから次のプロセスステーションに移送されてよく、第２の基板は、第２のプロセスステーションから別の次のプロセスステーションに移送されてよい。操作４３５後は、操作４４５では、Ｎ’サイクルの膜堆積を実施することによって、第１のプロセスステーションにある第２の基板上におよび第２のプロセスステーションにある第１の基板上に膜材料を堆積させる別の一順の堆積が進められてよい。詳しく上述されたように、幾つかの実施形態では、Ｎ’は、Ｎ、Ｎ−１、またはＮ＋１であってよい。操作４４５に続いて、操作４５５は、第１および第２の基板がその全ての予定堆積サイクルを経たかどうかを確認するためのチェックを行う。もし、まだであるならば、方法は、第１および第２の基板をその対応する次のプロセスステーションへ再び回転させるために、操作４３５に戻る。
【００９０】
もし、操作４５５において、第１および第２の基板がその一連の膜堆積手順を経たと判定されたならば、方法は、随意の操作４６５に進んでよい。随意の操作４６５では、第１および第２の基板は、処理チャンバから取り出されてよい。図４Ｃの手順は、所望の枚数の基板が処理されるまで、基板バッチのなかの例えば第３や第４などのさらなる基板を処理するために繰り返されてよい。
【００９１】
上記の手法の特定の実施形態では、基板は、群ごとに搭載、移送、および膜材料の堆積を経ることができる。例えば、第１群の基板が、第１群のプロセスステーションに搭載され、該第１群のプロセスステーションでＮ堆積サイクルを施され、次いで、さらなる堆積サイクルのために第２群のプロセスステーションに移送されてよい。
【００９２】
実施例
【００９３】
以下の例は、提案された様々な目標膜厚Ｄ（５０Å、１００Å、２５０Å、および３００Å）に対応する理論膜厚の改善を示している。標準２×２モードまたはフレックス２×２モードのいずれによって目標厚さＤに最も近い厚さの膜が堆積されるかが、以下に続く表に示されている。各実施例に対応する表は、所定の目標厚さＤと、一ＡＬＤサイクルを通じて堆積される膜層の厚さｄ（一サイクルあたりのＡＬＤ膜堆積率）と、代表的な「２×２ＡＬＤサイクル」に対応する厚さ２×ｄと、以下の実施例１における、２つの操作モードに対応する最適なＡＬＤサイクル数３０および３１と、その数の半分である、２×２モードに対応する最適なＡＬＤサイクル数と、２つの操作モードに対応してＡＬＤサイクルの合計数を分解したもの（Ｎ＋Ｎ’）と、堆積された膜の合計厚さおよび目標厚さからのズレＤとを示している。
【００９４】
以下の議論を参照すると、Ｎは、（表に示されるように）（１／２）×（Ｄ／ｄ）に最も近い整数であるように選択され、２×２フレックスモードに対応するＮ’は、何が最適であるかに応じ、Ｎ±１であるように選択される。これは、法に示されるように、操作モードに応じ、実施されるＡＬＤサイクルの合計数を２Ｎまたは２Ｎ±１のいずれかにする。なお、実施例１および実施例４の場合は、２×２フレックスモードが最適であるが、実施例２および実施例３の場合は、標準２×２モードによって最良の結果が得られることに留意されたい。実際は、膜堆積の手法は、これらの計算（またはそれと同等な計算）を実施しそれに応じて最適な操作モードを選択することによって機能することができる。
【表２】
2015220458.tif 000004
【表３】
2015220458.tif 000005
【表４】
2015220458.tif 000006
【表５】
2015220458.tif 000007
【００９５】
原子層堆積技術および堆積される膜の詳細な説明
【００９６】
上述のように、デバイスの小型化、ならびにＩＣの、３Ｄトランジスタおよびその他の３Ｄ構造の利用への移行にともなって、共形膜材料、（なかでも特に誘電体が挙げられるが、様々なドーパント含有材料も挙げられる）を正確な量（厚さ）で堆積させる能力が、ますます重要さを増している。原子層堆積は、共形膜の堆積を実現する技術の１つであり、通常は、所望の厚さの膜を達成するために、複数サイクルの堆積を伴う。ＡＬＤは、多くの場合、上記のプロセス（例えば図３および図４の流れで示されたもの）で説明された個々の層を堆積させるために使用される。
【００９７】
膜を堆積させるために、活性化された気相反応が使用される化学気相成長（ＣＶＤ）プロセスとは対照的に、ＡＬＤプロセスは、膜を一層ずつ堆積させるために、表面介在性の成膜反応を使用する。例えば、ＡＬＤプロセスの一種では、第１の膜前駆体（Ｐ１）が、気相の形で処理チャンバに導入され、基板に暴露され、基板の表面上（の、通常は表面活性部位が集まっているところ）に吸着される。基板表面上には、Ｐ１の化学吸着種および物理吸着分子を含むＰ１の分子の一部が、凝縮相を形成することができる。次いで、気相および物理吸着Ｐ１を除去して化学吸着種のみを残留させるために、基板表面を取り巻く空間が排気される。次いで、第２の前駆体（Ｐ２）が、その分子の一部が基板表面に吸着するように処理チャンバに導入されてよい。処理チャンバ内で基板を取り巻く空間は、今度は、結合されていないＰ２を除去するために、再び排気されてよい。続いて、基板に提供されるエネルギ（熱エネルギまたはプラズマエネルギ）が、吸着分子Ｐ１とＰ２との間の表面反応を活性化させて膜層を形成する。最後に、基板を取り巻く空間は、反応しなかったＰ１および／もしくはＰ２、ならびに／または反応の副生成物をもしあるならば除去するために、再び排気され、ＡＬＤサイクルを終了させる。
【００９８】
多様な化学物質を有する共形膜を堆積させるためのＡＬＤ技術、および基本的なＡＬＤプロセス手順の多くのヴァリエーションが、２０１１年４月１１年に出願され発明の名称を「ＰＬＡＳＭＡ  ＡＣＴＩＶＡＴＥＤ  ＣＯＮＦＯＲＭＡＬ  ＦＩＬＭ  ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ（プラズマ励起による共形膜の堆積）」とする米国特許出願第１３／０８４，３９９号（代理人整理番号第ＮＯＶＬＰ４０５号）、２０１１年９月２３日に出願され発明の名称を「ＰＬＡＳＭＡ  ＡＣＴＩＶＡＴＥＤ  ＣＯＮＦＯＲＭＡＬ  ＤＩＥＬＥＣＴＲＩＣ  ＦＩＬＭ  ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ（プラズマ励起による共形誘電体膜の堆積）」とする米国特許出願第１３／２４２，０８４号、すなわち今現在の米国特許第８，６３７，４１１号（代理人整理番号第ＮＯＶＬＰ４２７号）、２０１１年９月１日に出願され発明の名称「ＰＬＡＳＭＡ  ＡＣＴＩＶＡＴＥＤ  ＣＯＮＦＯＲＭＡＬ  ＤＩＥＬＥＣＴＲＩＣ  ＦＩＬＭ  ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ（プラズマ励起による共形誘電体膜の堆積）」とする米国特許出願第１３／２４４，２４０号（代理人整理番号第ＮＯＶＬＰ４２８号）、ならびに２０１２年９月７日に出願され発明の名称を「ＣＯＮＦＯＲＭＡＬ  ＤＯＰＩＮＧ  ＶＩＡ  ＰＬＡＳＭＡ  ＡＣＴＩＶＡＴＥＤ  ＡＴＯＭＩＣ  ＬＡＹＥＲ  ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ  ＡＮＤ  ＣＯＮＦＯＲＭＡＬ  ＦＩＬＭ  ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ（プラズマ励起による原子層堆積および共形膜堆積を通じた共形ドーピング）」とする米国特許出願第１３／６０７，３８６号（代理人整理番号第ＮＯＶＬＰ４８８号）で詳しく説明されており、これらの各出願は、あらゆる目的のために、その全体を参照によって本明細書に組み込まれる。これらの先行出願に説明されるように、基板上に１枚の材料層を堆積させるための基本的なＡＬＤサイクルは、（ｉ）膜前駆体を、それが基板上に吸着制限層を形成するように基板上に吸着させることと、（ｉｉ）吸着された前駆体を取り巻く空間から、吸着されなかった膜前駆体の少なくとも一部を除去することと、（ｉｉｉ）吸着された膜前駆体を反応させて、基板上に膜層を形成させることと、（ｉｖ）脱離した膜前駆体および／または反応の副生成物を、膜層を取り巻く空間から除去することと、を含んでいてよい。操作（ｉｉ）および（ｉｖ）における除去は、基板を取り巻く空間をパージする、排気する、ポンプで基準圧力まで下げる（「ポンプで基準圧力にする」）などを通じてなされてよい。なお、この基本的なＡＬＤ手順の操作（ｉ）〜（ｉｖ）は、必ずしも上述の例にあるような２種類の化学吸着反応種Ｐ１およびＰ２を伴う必要も、ましてや第２の反応種を伴う必要はないことが留意されるべきである。ただし、所望の堆積化学物質次第では、これらの可能性／選択肢が採用されてもよい。
【００９９】
しかしながら、ＡＬＤの吸着制限特性ゆえに、一サイクルのＡＬＤは、薄い材料膜を堆積させるに過ぎず、これは、多くの場合、１枚の単分子材料層のみである。例えば、膜前駆体注入操作の暴露時間および（基板表面に対する）膜前駆体の粘着係数次第では、各ＡＬＤサイクルが堆積させる膜層は、僅か約０．５〜３Åの厚さに過ぎないだろう。したがって、代表的なＡＬＤサイクルにおける操作手順、すなわち今説明されたばかりの操作（ｉ）〜（ｉｖ）は、所望の厚さの共形膜を形成するために、通常は、複数回にわたって繰り返される。したがって、幾つかの実施形態では、操作（ｉ）〜（ｉｖ）は、少なくとも１回、または少なくとも２回、または少なくとも３回、または少なくとも５回、または少なくとも７回、または少なくとも１０回にわたって立て続けに連続して繰り返される。ＡＬＤ膜は、ＡＬＤサイクルごとにおおよそ０．１Å以上で２．５Å以下の、またはＡＬＤサイクルごとにおおよそ０．２Å以上で２．０Å以下の、またはＡＬＤサイクルごとにおおよそ０．３Å以上で１．８Å以下の、またはＡＬＤサイクルごとにおおよそ０．５Å以上で１．５Å以下の、またはＡＬＤサイクルごとにおおよそ０．１Å以上で１．５Å以下の、またはＡＬＤサイクルごとにおおよそ０．２Å以上で１．０Å以下の、またはＡＬＤサイクルごとにおおよそ０．３Å以上で１．０Å以下の、またはＡＬＤサイクルごとにおおよそ０．５Å以上で１．０Å以下の堆積率で堆積されてよい。
【０１００】
幾つかの膜形成化学物質の場合は、「膜前駆体」と呼ばれるものに加えて補助反応物または副反応物が用いられてもよい。このような実施形態では、補助反応物または副反応物は、工程（ｉ）〜（ｉｖ）が繰り返される間に、工程（ｉ）〜（ｉｖ）の一部または全部において継続的に流されてよい。このその他の反応性化学種（補助反応物や副反応物など）は、幾つかの実施形態では、（上述された、前駆体Ｐ１およびＰ２を伴う例にあるように、）膜前駆体との反応に先立って、膜前駆体を伴う基板表面上に吸着されてよく、しかしながら、その他の実施形態では、それ自体が基板の表面上に事前に吸着されることはなく、吸着された膜前駆体とはそれとの接触時に反応することができる。また、幾つかの実施形態では、吸着された膜前駆体を反応させる操作（ｉｉｉ）は、吸着された膜前駆体をプラズマに接触させることを伴っていてよい。プラズマは、基板表面上における膜形成反応を駆り立てるためのエネルギを提供することができる。このような特定の実施形態では、プラズマは、適切なＲＦ電極の印加によって反応チャンバ内において生成される（ただし、幾つかの実施形態では遠隔的に生成される）酸化プラズマであってよい。その他の実施形態では、酸化プラズマの代わりに不活性プラズマが使用されてよい。酸化プラズマは、Ｏ2、Ｎ2Ｏ、またはＣＯ2などの１種以上の酸化剤で形成されてよく、随意として、Ａｒ、Ｎ2、またはＨｅなどの１種以上の希釈剤を含んでいてよい。一実施形態では、酸化プラズマは、Ｏ2またはＡｒで形成される。適切な不活性プラズマは、ＨｅまたはＡｒなどの１種以上の不活性ガスで形成されてよい。ＡＬＤプロセスのさらなるヴァリエーションは、上記で引用され（て、かつ参照によって組み込まれ）たばかりの先行特許出願で詳しく説明されている。
【０１０１】
したがって、図５Ａには、ＡＬＤプロセスを通じて基板上に材料の膜を形成するための基本的な操作手順が図解されている。図に示されるように、基板上に複数の膜層を形成するためのＡＬＤプロセスは、膜前駆体を、それが基板上に吸着制限層を形成するように基板上に吸着させる、操作５１１から開始してよく、次いで、吸着されなかった膜前駆体および／または反応の副生成物の少なくとも一部を、吸着された前駆体を取り巻く空間から除去する、操作５１２が続いてよい。その後、操作５１３では、吸着された膜前駆体は、反応して基板上に膜層を形成し、それに続いて、操作５１４では、操作５１３における吸着された前駆体の反応後に存在する脱離した膜前駆体および／または反応の副生成物が、膜層を取り巻く空間から除去される。
【０１０２】
以上の一連の操作５１１〜５１４は、１つのＡＬＤサイクルを表している。しかしながら、一ＡＬＤサイクルは、通常は、薄い膜層を堆積させるに過ぎないので、複数の膜層（または等しくは、所望の厚さを有する多層膜）を形成するためには、複数のＡＬＤサイクルが順次繰り返されてよい。したがって、再び図５Ａに言及すると、ＡＬＤサイクルが操作５１４で締めくくられた後、操作５１５では、十分な枚数の膜層が形成されたかどうか（または十分な厚さの膜が堆積されたかどうか）が、この例では（上述のように）ＮまたはＮ’サイクルが実施されたかどうかを判定することによって判定され、もし、そうであるならば、膜形成操作は終結し、反対に、もし、そうでないならば、プロセス手順は、別のＡＬＤサイクルを開始させるために、操作５１１に戻る。なお、図４Ａおよび図４Ｂとの関連で説明された多基板処理操作および膜堆積操作は、複数の基板上に膜を同時に堆積させるために、図５ＡのこれらのＡＬＤ膜形成操作を用いてよいことに留意されたい。
【０１０３】
ＡＬＤプロセスなどの堆積プロセスを通じて基板上に材料の膜を形成する手順の一例が、図５Ｂのタイミング図にさらに示されている。図５Ｂは、４堆積サイクルのプロセス工程を示しており、各サイクルは、前駆体供給、ＲＦ電力供給、反応ガス供給、および処理チャンバ加圧のプロセス工程を含む。図５Ｂにおけるプロセス工程は、それらに対応する線で示され、オンまたはオフのいずれかのブール値として提示されている。プロセス工程は、それに対応する線が図５Ｂに示される「オン」位置にあればオンであり、それに対応する線が図５Ｂに示される「オフ」位置にあればオフである。
【０１０４】
処理チャンバは、４堆積サイクル全てで加圧されてよい。図５Ｂでは、１つの堆積サイクルが強調して示されている。その１サイクルでは、堆積サイクルの第１段階は、投入段階であってよい。該投入段階では、処理チャンバに前駆体が供給されるが、ＲＦ電力はオフであり、反応ガス（１種または複数種）も供給されていない。投入段階では、基板は、その上に前駆体を吸着させて、吸着層を形成することができる。図５Ｂの投入段階は、図５Ａの操作５１１に相当する。
【０１０５】
投入段階後は、堆積サイクルのパージ段階がきてよい。パージ段階では、前駆体の供給は停止するが、ＲＦ電力は依然としてオフであり、反応ガスも供給されていない。パージ段階は、吸着されなかった膜前駆体および／または反応の副生成物の少なくとも一部を、吸着された前駆体を取り巻く空間から除去することができる。図５Ｂの投入段階は、図５Ａの操作５１２に相当する。
【０１０６】
パージ段階後、堆積サイクルは、次いで、変換段階に入ってよい。変換段階では、ＲＦ電力がオンにされるとともに、反応ガス（１種または複数種）も供給される。変換段階では、吸着された膜前駆体は、反応して基板上に膜層を形成することができる。図５Ｂの変換段階は、図５Ａの操作５１３に相当する。
【０１０７】
最後に、変換段階の終結後、堆積サイクルは、後ＲＦパージ段階に入ってよい。後ＲＦパージ段階は、吸着された前駆体を反応させた後に存在する脱離した膜前駆体および／または反応の副生成物を、膜層を取り巻く空間から除去することができる。図５Ｂの後ＲＦパージ段階は、図５Ａの操作５１４に相当する。
【０１０８】
図５Ｂで強調して示されている１サイクルでは、場合によっては厚さｄである薄い膜層が、基板上に堆積されてよい。特定の実施形態では、ｄは、０．１Åから２．５Åの間の厚さであってよい。追加のサイクルも、やはり、場合によっては厚さｄである多層膜を、基板上に形成してよい。
【０１０９】
一部の実施形態では、多層堆積膜は、１つの組成を有する複数の層を共形的に順次堆積させ、次いで、別の組成を有する複数の層を共形的に順次堆積させ、次いで、これらの２つの手順を可能性として交替で繰り返させることによって形成された、交互に組成が異なる複数の領域／部分を含んでいてよい。堆積されるＡＬＤ膜が有するこれらの特性の幾つかが、例えば、２０１２年９月７日に出願され発明の名称を「ＣＯＮＦＯＲＭＡＬ  ＤＯＰＩＮＧ  ＶＩＡ  ＰＬＡＳＭＡ  ＡＣＴＩＶＡＴＥＤ  ＡＴＯＭＩＣ  ＬＡＹＥＲ  ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ  ＡＮＤ  ＣＯＮＦＯＲＭＡＬ  ＦＩＬＭ  ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ（プラズマ励起による原子層堆積および共形膜堆積を通じた共形ドーピング）」とする米国特許出願第１３／６０７，３８６号（代理人整理番号第ＮＯＶＬＰ４８８号）で説明されており、該出願は、あらゆる目的のために、その全体を参照によって本明細書に組み込まれる。下にくる目標ＩＣ構造または基板領域をドーピングするために使用される膜などの、交互に組成が異なる部分を有する共形膜のさらなる例、ならびにこれらの膜を形成する方法が、２０１１年４月１１年に出願され発明の名称を「ＰＬＡＳＭＡ  ＡＣＴＩＶＡＴＥＤ  ＣＯＮＦＯＲＭＡＬ  ＦＩＬＭ  ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ（プラズマ励起による共形膜の堆積）」とする米国特許出願第１３／０８４，３９９号（代理人整理番号第ＮＯＶＬＰ４０５号）、２０１１年９月２３日に出願され発明の名称を「ＰＬＡＳＭＡ  ＡＣＴＩＶＡＴＥＤ  ＣＯＮＦＯＲＭＡＬ  ＤＩＥＬＥＣＴＲＩＣ  ＦＩＬＭ  ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ（プラズマ励起による共形誘電体膜の堆積）」とする米国特許出願第１３／２４２，０８４号、すなわち今現在の米国特許第８，６３７，４１１号（代理人整理番号第ＮＯＶＬＰ４２７号）、２０１１年９月１日に出願され発明の名称を「ＰＬＡＳＭＡ  ＡＣＴＩＶＡＴＥＤ  ＣＯＮＦＯＲＭＡＬ  ＤＩＥＬＥＣＴＲＩＣ  ＦＩＬＭ  ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ（プラズマ励起による共形誘電体膜の堆積）」とする米国特許出願１３／２４４，２４０号（代理人整理番号ＮＯＶＬＰ４２８号）、２０１２年９月７日に出願され発明の名称を「ＣＯＮＦＯＲＭＡＬ  ＤＯＰＩＮＧ  ＶＩＡ  ＰＬＡＳＭＡ  ＡＣＴＩＶＡＴＥＤ  ＡＴＯＭＩＣ  ＬＡＹＥＲ  ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ  ＡＮＤ  ＣＯＮＦＯＲＭＡＬ  ＦＩＬＭ  ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ（プラズマ励起による原子層堆積および共形膜堆積を通じた共形ドーピング）」とする米国特許出願第１３／６０７，３８６号（代理人整理番号第ＮＯＶＬＰ４８８号）、ならびに２０１４年２月２８日に出願され発明の名称を「ＣＡＰＰＥＤ  ＡＬＤ  ＦＩＬＭＳ  ＦＯＲ  ＦＯＲＭＩＮＧ  ＦＩＮ−ＳＨＡＰＥＤ  ＣＨＡＮＮＥＬ  ＲＥＧＩＯＮＳ  ＯＦ  ３−Ｄ  ＩＣ  ＴＲＡＮＳＩＳＴＯＲＳ（三次元ＩＤトランジスタのフィン状チャネルを形成するためのキャップＡＬＤ膜）」とする米国特許出願第１４／１９４，５４９号で詳細に説明されており、これらの各出願は、あらゆる目的のために、その全体を参照によって本明細書に組み込まれる。
【０１１０】
言及された上記の明細書で説明されるように、ＡＬＤプロセスは、多くの場合、共形のシリコン酸化物膜（ＳｉＯｘ）を堆積させるために使用されるが、組み込まれた上記の明細書でも開示されているように、その他の化学物質の共形誘電体膜を堆積させるために使用されてもよい。ＡＬＤによって形成された誘電体膜は、幾つかの実施形態では、シリコン炭化物（ＳｉＣ）材料、シリコン窒化物（ＳｉＮ）材料、シリコン炭窒化物（ＳｉＣＮ）材料、またはそれらの組み合わせを含んでいてよい。幾つかの実施形態によるＡＬＤ形成膜では、シリコン−炭素−酸化物、シリコン−炭素−酸窒化物、およびシリコン−炭素−窒化物が形成されてもよい。これらのタイプの膜を堆積させるための方法、技術、および操作は、２０１２年６月１２日に出願され発明の名称を「ＲＥＭＯＴＥ  ＰＬＡＳＭＡ  ＢＡＳＥＤ  ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ  ＯＦ  ＳｉＯＣ  ＣＬＡＳＳ  ＯＦ  ＦＩＬＭＳ（ＳｉＯＣクラスの膜の遠隔プラズマベース堆積）」とする米国特許出願第１３／４９４，８３６号（代理人整理番号第ＮＯＶＬＰ４６６号／第ＮＶＬＳ００３７２２号、２０１３年５月３１日に出願され発明の名称を「ＭＥＴＨＯＤ  ＴＯ  ＯＢＴＡＩＮ  ＳｉＣ  ＣＬＡＳＳ  ＯＦ  ＦＩＬＭＳ  ＯＦ  ＤＥＳＩＲＥＤ  ＣＯＭＰＯＳＩＴＩＯＮ  ＡＮＤ  ＦＩＬＭ  ＰＲＯＰＥＲＴＩＥＳ（所望の組成および膜特性を有するＳｉＣクラスの膜を得るための方法）」とする米国特許出願第１３／９０７，６９９号（代理人整理番号第ＬＡＭＲＰ０４６／３１４９号、発明の名称を「ＧＲＯＵＮＤ  ＳＴＡＴＥ  ＨＹＤＲＯＧＥＮ  ＲＡＤＩＣＡＬ  ＳＯＵＲＣＥＳ  ＦＯＲ  ＣＨＥＭＩＣＡＬ  ＶＡＰＯＲ  ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ  ＯＦ  ＳＩＬＩＣＯＮ−ＣＡＲＢＯＮ−ＣＯＮＴＡＩＮＩＮＧ  ＦＩＬＭＳ（シリコン・炭素含有膜の化学気相成長のための基底状態水素ラジカル源）」、ならびに２０１４年２月２８日に出願され発明の名称を「ＣＡＰＰＥＤ  ＡＬＤ  ＦＩＬＭＳ  ＦＯＲ  ＦＯＲＭＩＮＧ  ＦＩＮ−ＳＨＡＰＥＤ  ＣＨＡＮＮＥＬ  ＲＥＧＩＯＮＳ  ＯＦ  ３−Ｄ  ＩＣ  ＴＲＡＮＳＩＳＴＯＲＳ（三次元ＩＣトランジスタのフィン状チャネルを形成するためのキャップＡＬＤ膜」とする米国特許出願第１４／１９４，５４９号で詳細に説明されており、これらの各出願は、あらゆる目的のために、その全体を参照によって本明細書に組み込まれる。
【０１１１】
ＡＬＤを通じたその他の膜堆積の実施例は、上で挙げられ参照によって組み込まれた特許出願（米国特許出願第１３／０８４，３９９号、第１３／２４２，０８４号、第１３／２２４，２４０号、および第１４／１９４，５４９号）で説明されるような、ドーパント含有膜を堆積させるための化学物質を含む。これらの出願で説明されているように、ホウ素ドープケイ酸塩ガラス（ＢＳＧ）の膜、リンドープケイ酸塩ガラス（ＰＳＧ）の膜、ホウ素・リンドープケイ酸塩ガラス（ＢＰＳＧ）の膜、ヒ素（Ａｓ）ドープケイ酸塩ガラス（ＡＳＧ）の膜などの、ドーパント含有膜を形成するために、様々なドーパント含有膜前駆体が使用されてよい。ドーパント含有膜としては、Ｂ2Ｏ3、Ｂ2Ｏ、Ｐ2Ｏ5、Ｐ2Ｏ3、Ａｓ2Ｏ3、Ａｓ2Ｏ5などが挙げられる。したがって、ホウ素ではないドーパントを有するドーパント含有膜もありえる。例として、ガリウム系ドーパント、リン系ドーパント、もしくはヒ素系ドーパント、またはその他の三価元素および五価元素など半導体基板のドーピングに適したその他の元素が挙げられる。
【０１１２】
ＡＬＤプロセス条件に関しては、ＡＬＤプロセスは、様々な温度で実施されてよい。幾つかの実施形態では、ＡＬＤ反応チャンバ内における適切な温度は、約２５℃から４５０℃、または約５０℃から３００℃、または約２０℃から４００℃、または約２００℃から４００℃、または約１００℃から３５０℃の幅があってよい。
【０１１３】
同様に、ＡＬＤプロセスは、様々なＡＬＤ反応チャンバ圧で実施されてよい。一部の実施形態では、反応チャンバ内における適切な圧力は、約１０ミリトールから１０トール、または約２０ミリトールから８トール、または約５０ミリトールから５トール、または約１００ミリトールから２トールの幅があってよい。
【０１１４】
操作（ｉｉｉ）において、もし、プラズマが使用されるならば、様々なＲＦ電力レベルが、プラズマを発生させるために用いられてよい。幾つかの実施形態では、適切なＲＦ電力は、約１００Ｗから１０ｋＷ、または約２００Ｗから６ｋＷ、または約５００Ｗから３ｋＷ、または約１ｋＷから２ｋＷの幅があってよい。
【０１１５】
操作（ｉ）では、膜前駆体の流量が様々であってよい。幾つかの実施形態では、適切な流量は、約０．１ｍＬ／分以上で１０ｍＬ／分以下、または約０．５ｍＬ／分以上で５ｍＬ／分以下、または約１ｍＬ／分以上で３ｍＬ／分以下の幅があってよい。
【０１１６】
各種の操作において、様々なガス流量が使用されてよい。幾つかの実施形態では、全体のガス流量は、約１ｍＬ／分以上で２０ｍＬ／分以下、または約２ｍＬ／分以上で１０ｍＬ／分以下の幅があってよい。操作（ｉｉ）〜（ｉｖ）における随意の不活性パージ工程の場合、用いられる破裂流量は、約２０ｍＬ／分以上で１００ｍＬ／分以下、または約４０ｍＬ／分以上で６０ｍＬ／分以下の幅があってよい。
【０１１７】
再度述べるが、幾つかの実施形態では、基準までポンプ排気する工程は、反応チャンバに１つ以上の真空ポンプを直接使用することによって反応チャンバをポンプで基準圧力まで下げることを言う。幾つかの実施形態では、基準圧力は、通常は、僅か数ミリトール（例えば約１ミリトールから２０ミリトール）であってよい。さらに、上記のように、ポンプで基準圧力にする工程は、不活性パージを伴ってもまたは伴わなくてもよく、したがって、１つ以上の弁によって真空ポンプに通じる経路が開かれるときは、キャリアガスが流れても流れなくてもよい。
【０１１８】
また、再度述べるが、共形層の積層を構築するために、複数のＡＬＤサイクルが繰り返されてよい。幾つかの実施形態では、各層が、実質的に同じ組成を有してよいのに対し、その他の実施形態では、ＡＬＤによって順次堆積された層が、異なる組成を有してよい、またはそのような実施形態のうちの特定の実施形態では、上述のように、組成が層ごとに交互に異なっていてよい、もしくは異なる組成を有する一連の層が順繰りに繰り返されてよい。したがって、実施形態に応じて、上で挙げられ参照によって組み込まれた特許出願（米国特許出願第１３／０８４，３９９号、第１３／２４２，０８４号、および第１３／２２４，２４０号）で開示されるような特定の積層工学概念が、これらの膜中のホウ素、リン、またはヒ素の濃度を調整するために使用されてよい。
【０１１９】
装置の詳細な説明
【０１２０】
本明細書で説明される方法は、任意の適切な半導体基板処理装置によって実施されてよい。適切な装置は、処理操作を実現するためのハードウェアと、本明細書で開示される様々なチャネルドーピング手法にしたがって処理操作を制御するための命令を有するシステムコントローラとを含む。幾つかの実施形態では、ハードウェアは、マルチステーション基板処理ツールに含まれる１つ以上のプロセスステーションと、本明細書で開示される処理技術にしたがって処理操作を制御するための機械読み取り可能命令を有する（または機械読み取り可能命令へのアクセスを有する）コントローラとを含んでいてよい。
【０１２１】
したがって、幾つかの実施形態では、複数の半導体基板上に材料の膜を堆積させるのに適した装置は、処理チャンバに収容され、それぞれが基板ホルダを有する１つ以上のプロセスステーションの第１群のプロセスステーションと、処理チャンバに収容され、それぞれが基板ホルダを有する１つ以上のプロセスステーションの第２群のプロセスステーションと、プロセスステーションへの膜前駆体の流れを制御するための１つ以上の弁と、１つ以上の処理チャンバに収容されたプロセスステーションを取り巻く空間から膜前駆体を除去するための１つ以上の弁作動式真空源とを含んでいてよい。そして、このような装置は、基板上に膜の材料を堆積させるために基板搭載機器、基板移送機器、１つ以上の弁、および真空源を操作するための機械読み取り可能な命令を有する（または機械読み取り可能な命令へのアクセスを有する）コントローラも含んでいてよい。
【０１２２】
したがって、幾つかの実施形態では、コントローラによって実行される上記命令は、処理チャンバに収容された複数のプロセスステーションにある複数の基板上に膜を形成するための命令を含んでいてよく、各基板上には、一連のＡＬＤサイクルによって複数の膜層が形成される。したがって、このような特定の実施形態では、コントローラによって実行される上記命令は、上述のようなＡＬＤ操作（ｉ）〜（ｉｖ）を実施するための命令と、基板処理装置の複数のプロセスステーションにある複数の基板上に複数の膜層を形成するためにＡＬＤ操作（ｉ）〜（ｉｖ）を複数回にわたって繰り返すための命令とを含んでいてよい。
【０１２３】
したがって、図１は、基板処理装置１００の一実施形態を図示している。簡単のために、処理装置１００は、低圧環境を維持するための処理チャンバ本体１０２を有する独立型のプロセスステーションとして描かれている。しかしながら、本明細書で説明されるように、複数のプロセスステーションが、例えば共通の反応チャンバなどの共通の処理ツール環境内に含まれてよいことが理解される。例えば、図２Ａは、マルチステーション処理ツールの一実施形態を描いている。さらに、幾つかの実施形態では、上で詳細に論じられたものを含む処理装置１００の１つ以上のハードウェアパラメータが、１つ以上のシステムコントローラによってプログラムで調整されてよい。
【０１２４】
プロセスステーション１００は、処理ガスを分布シャワーヘッド１０６に供給するための反応物供給システム１０１と流体連通している。流体反応物供給システム１０１は、シャワーヘッド１０６への供給のために処理ガスを混ぜ合わせるおよび／または調節するための混合容器１０４を含む。１つ以上の混合容器入口弁１２０が、混合容器１０４への処理ガスの導入を制御してよい。
【０１２５】
一部の反応物は、気化およびそれに続く処理チャンバ１０２への供給に先立って、液体状態で貯蔵されてよい。図１の実施形態は、混合容器１０４に供給される液体反応物を気化するための気化地点１０３を含む。一部の実施形態では、気化地点１０３は、加熱された液体注入モジュールであってよい。幾つかの実施形態では、気化地点１０３は、加熱された気化器であってよい。このようなモジュール／気化器から生成された飽和反応物蒸気は、適切な制御がなされないときは（例えば、液体反応物の気化／霧化にヘリウムが使用されないときは）、下流の配送管内で凝結する恐れがある。凝結反応物に不適合ガスが触れると、小粒子が形成されるだろう。これらの小粒子は、管を詰まらせたり、弁の動作を妨げたり、基板を汚染したりする恐れがある。これらの問題に対処する幾つかのアプローチは、残留反応物を除去するために、配送管を吸引するおよび／または排気することを伴う。しかしながら、配送管の吸引は、プロセスステーションのサイクル時間を長引かせ、プロセスステーションのスループットを低下させる恐れがある。したがって、幾つかの実施形態では、気化地点１０３の下流の配送管が、熱処理されていてよい。幾つかの例では、混合容器１０４も、熱処理されていてよい。非限定的な一例では、気化地点１０３の下流の管は、おおよそ１００℃から混合容器１０４におけるおおよそ１５０℃に向けて上昇する温度分布を有する。
【０１２６】
上記のように、幾つかの実施形態では、気化地点１０３は、加熱された液体注入モジュール（略して「液体注入器」）であってよい。このような液体注入器は、混合容器の上流のキャリアガス流に液体反応物を一定間隔で注入することができる。或る状況では、液体注入器は、液体を高圧から低圧へ勢いよく流すことによって反応物を気化させてよい。別の状況では、液体注入器は、液体を霧化し、分散された微滴にしてよく、これらの微滴は、引き続き、加熱された配送管内で気化される。なお、液滴は、小さいほど早く気化されて、液体注入と完全気化との間の遅延を短縮することができる、ということが理解される。より速い気化は、気化地点８０３よりも下流の管の長さを短くすることができる。或る状況では、液体注入器は、混合容器８０４に直接取り付けられてよい。別の状況では、液体注入器は、シャワーヘッド１０６に直接取り付けられてよい。
【０１２７】
幾つかの実施形態では、液体の気化および処理チャンバ１０２への供給のために液体の質量流量を制御するために、気化地点１０３の上流に、液体流量コントローラ（ＬＦＣ）が提供されてよい。例えば、ＬＦＣは、その下流に、熱質量流量計（ＭＦＭ）を位置付けられてよい。次いで、ＭＦＭと電気的に通信している比例・積分・微分（ＰＩＤ）コントローラによって提供されるフィードバック制御信号を受けて、ＬＦＣのプランジャ弁が調整されてよい。しかしながら、フィードバック制御を使用して液体の流れを安定化させるには、１秒以上の時間を要するだろう。これは、液体反応物を投入するための時間を長びかせる恐れがある。したがって、幾つかの実施形態では、ＬＦＣは、フィードバック制御モードと直接制御モードとの間で動的に切り替えられてよい。幾つかの実施形態では、ＬＦＣは、ＬＦＣおよびＰＩＤコントローラの感知管を使用停止にすることによって、フィードバック制御モードから直接制御モードに動的に切り替えられてよい。
【０１２８】
シャワーヘッド１０６は、プロセスステーションにある基板１１２に向かって処理ガスおよび／または反応物（例えば膜前駆体）を分配し、その流れは、シャワーヘッドよりも上流の１つ以上の弁（例えば弁１２０、１２０Ａ、１０５）によって制御される。図１に示された実施形態では、基板１１２は、シャワーヘッド１０６の下に位置付けられ、台座１０８上に座した状態で示されている。なお、シャワーヘッド１０６は、任意の適切な形状であってよいこと、ならびに処理ガスを基板１１２に分配するための任意の適切な数および配置のポートを有していてよいことが理解される。
【０１２９】
幾つかの実施形態では、シャワーヘッド１０６の下に、小空間１０７が位置付けられている。処理チャンバの全体積内ではなく、プロセスステーション内における基板近くの小空間内でＡＬＤプロセスを実施することによって、反応物の暴露時間および吸引時間の短縮、処理条件（例えば圧力や温度など）を変更するための時間の短縮、処理ガスに対するプロセスステーションロボット機構の暴露の制限などが得られるだろう。小空間の大きさの非限定的な例として、０．１リットルから２リットルの体積が挙げられる。
【０１３０】
幾つかの実施形態では、基板１１２を小空間１０７に暴露するためにおよび／または小空間１０７の体積を変化させるために、台座１０８が、上昇または下降されてよい。例えば、基板移送の段階では、基板１１２が台座１０８に搭載されることを可能にするために、台座１０８は、下降されてよい。基板への堆積の処理段階では、基板１１２を小空間１０７内に位置決めするために、台座１０８は、上昇されてよい。幾つかの実施形態では、堆積処理中に高流量インピーダンスの領域を形成するために、小空間１０７は、基板１１２はもちろん台座１０８の一部も完全に囲ってよい。
【０１３１】
随意として、台座１０８は、小空間１０７内の処理圧力や反応物濃度などを調節するために、堆積処理の途中で下降および／または上昇されてよい。処理中に処理チャンバボディ１０２が基準圧力にとどまる状況では、台座１０８の下降は、小空間１０７が排気されることを可能にするだろう。小空間対処理チャンバの体積比の非限定的な例として、１：５００〜１：１０の体積比が挙げられる。なお、幾つかの実施形態では、台座高さが、適切なシステムコントローラによってプログラムで調整されてよいことが理解される。
【０１３２】
別の状況は、台座１０８高さの調整は、ＡＬＤプロセスまたはＣＶＤプロセスに含まれるプラズマ励起サイクルおよび／またはプラズマ処理サイクル中にプラズマ密度が変更されることを可能にするだろう。堆積処理段階の終わりには、台座１０８は、台座１０８から基板１１２が取り除かれることを可能にするために、別の基板移送段階中に下降されてよい。
【０１３３】
本明細書で説明される小空間の変更例は、高さ調整可能な台座に言及しているが、幾つかの実施形態では、小空間１０７の体積を変化させるために、シャワーヘッド８０６の位置が台座１０８に相対的に調整されてよいことが理解される。さらに、台座１０８および／またはシャワーヘッド１０６の垂直位置は、本開示の範囲内で、任意の適切なメカニズムによって変更されてよいことが理解される。幾つかの実施形態では、台座１０８は、基板１１２の向きを回転させるための回転軸を含んでいてよい。幾つかの実施形態では、これらの調整例の１つ以上が、上述された操作の全部または一部を実施するための機械読み取り可能命令を有する１つ以上の適切なシステムコントローラによってプログラムで実施されてよいことが理解される。
【０１３４】
図１に示された実施形態に戻り、シャワーヘッド１０６および台座１０８は、プラズマに電力供給するために、ＲＦ電力供給源１１４および整合回路網１１６と電気的に通信している。幾つかの実施形態では、プラズマエネルギは、プロセスステーション圧力、ガス濃度、ＲＦ源電力、ＲＦ源周波数、およびプラズマ電力パルスタイミングのうちの１つ以上を制御することによって、（例えば適切な機械読み取り可能命令を有するシステムコントローラによって）制御されてよい。例えば、ＲＦ電力供給部１１４および整合回路網１１６は、所望の組成のラジカル種を有するプラズマを発生させるために、任意の適切な電力で操作されてよい。適切な電力の例は、上で挙げられている。同様に、ＲＦ電力供給部１１４は、任意の適切な周波数のＲＦ電力を提供してよい。幾つかの実施形態では、ＲＦ電力供給部１１４は、高周波数ＲＦ電源および低周波数ＲＦ電源を互いに独立に制御するように構成されてよい。低周波数ＲＦ周波数の非限定的な例として、５０ｋＨｚから５００ｋＨｚの間の周波数が挙げられる。高周波数ＲＦ周波数の非限定的な例として、１．８ＭＨｚから２．４５ＧＨｚの間の周波数が挙げられる。表面反応のためのプラズマエネルギを提供するために、任意の適切なパラメータが離散的にまたは連続的に調節されてよいことが理解される。非限定的な一例では、プラズマ電力は、継続的に電力供給されるプラズマと比べて基板表面に対するイオン衝撃を減らすために、間欠的にパルス状に提供されてよい。
【０１３５】
幾つかの実施形態では、プラズマは、１つ以上のプラズマモニタによってｉｎ−ｓｉｔｕ（その場）で監視されてよい。一状況では、プラズマ電力が、１つ以上の電圧・電流センサ（例えばＶＩプローブ）によって監視されてよい。別の状況では、プラズマ密度および／または処理ガス濃度が、１つ以上の発光分析（ＯＥＳ）センサによって測定されてよい。幾つかの実施形態では、このようなｉｎ−ｓｉｔｕプラズマモニタからの測定結果に基づいて、１つ以上のプラズマパラメータが、プログラムで調整されてよい。例えば、プラズマ電力のプログラム制御を提供するためのフィードバックループにおいて、ＯＥＳセンサが使用されてよい。なお、幾つかの実施形態では、プラズマおよびその他の処理特性を監視するために、その他のモニタが使用されてよいことが理解される。このようなモニタの非限定的な例として、赤外線（ＩＲ）モニタ、音響モニタ、および圧力変換器が挙げられる。
【０１３６】
幾つかの実施形態では、プラズマは、入出力制御（ＩＯＣ）順序付け命令を通じて制御されてよい。一例では、プラズマ励起段階のためのプラズマ条件を設定するための命令が、プロセスレシピ内の対応するプラズマ励起レシピ段階に含められてよい。場合によっては、プロセスレシピ内の段階は、或る処理段階のための全ての命令がその処理段階と同時に実行されるように、順番に並べられてよい。幾つかの実施形態では、１つ以上のプラズマパラメータを設定するための命令が、プラズマ処理段階の前に来るレシピ段階に含められてよい。例えば、第１のレシピ段階は、不活性（例えばヘリウム）および／または反応物ガスの流量を設定するための命令と、プラズマ発生器を電力設定値に設定するための命令と、第１のレシピ段階のための時間遅延命令とを含んでいてよい。続く第２のレシピ段階は、プラズマ発生器を有効にするための命令と、第２のレシピ段階のための時間遅延命令とを含んでいてよい。第３のレシピ段階は、プラズマ発生器を有効にするための命令と、第３のレシピ段階のための時間遅延命令とを含んでいてよい。なお、これらのレシピ段階は、本開示の範囲内で、任意の適切なやり方でさらに細分および／または反復されてよいことが理解される。
【０１３７】
幾つかの堆積プロセスでは、プラズマの打ち出しが、時間にしておおよそ数秒以上の長さで持続する。本明細書で説明される特定の実装形態では、もっとずっと短い期間のプラズマ打ち出しが、処理サイクル中に適用されてよい。これらは、おおよそ５０ミリ秒から１秒であってよく、一具体例は０．２５秒である。このような短期間のＲＦプラズマ打ち出しでは、プラズマの迅速な安定化が必要とされる。これを達成するために、プラズマ発生器は、インピーダンス整合が特定の電圧に事前設定される一方で周波数は変動可能であるように構成されてよい。従来、高周波数プラズマは、約１３．５６ＭＨｚのＲＦ周波数で発生する。本明細書で開示される様々な実施形態では、周波数は、この標準値とは異なる値に変動可能である。インピーダンス整合を所定の電圧に固定しつつ周波数を変動可能にすることによって、プラズマは、もっとずっと迅速に安定化することが可能になり、この結果は、ＡＬＤサイクルに関係付けられたプラズマ打ち出しが非常に短期間である場合に重要になるだろう。
【０１３８】
幾つかの実施形態では、台座１０８は、ヒータ１１０を通じて温度を制御されてよい。さらに、幾つかの実施形態では、バタフライ弁１１８などの１つ以上の弁作動式真空源によって、処理装置１００のための圧力制御が提供されてよい。図１の実施形態に示されるように、バタフライ弁１１８は、下流の真空ポンプ（不図示）によって提供される真空を絞り調整する。しかしながら、幾つかの実施形態では、処理装置１００の圧力制御は、処理チャンバ１０２に導入される１種以上のガスの流量を変化させることによって調整されてもよい。幾つかの実施形態では、バタフライ弁１１８などの１つ以上の弁作動式真空源は、適切なＡＬＤ操作段階中に、プロセスステーションを取り巻く空間から膜前駆体を除去するために使用されてよい。
【０１３９】
上述のように、マルチステーション基板処理ツールには、１つ以上のプロセスステーションが含まれていてよい。図２Ａは、共通の低圧処理チャンバ２１４内に複数のプロセスステーション２０１、２０２、２０３、２０４を含むマルチステーション処理ツール２００を図解している。各ステーションを低圧環境内に維持することによって、膜堆積プロセス間における真空破壊によって引き起こされる欠陥が回避されるだろう。
【０１４０】
図２Ａに示されるように、マルチステーション処理ツール２００は、基板搭載ポート２２０と、ポッド２２８を通じて搭載されたカセットから大気圧ポート２２０を通じて基板を処理チャンバ２１４内へ移動させて４つのステーション２０１、２０２、２０３、または２０４のうちの１つに載せるように構成されたロボット２２６とを有する。
【０１４１】
図２Ａに描かれた処理チャンバ２１４は、４つのプロセスステーション２０１、２０２、２０３、および２０４を提供する。各ステーションは、加熱された台座（プロセスステーション９０１の場合は２１８で示されている）と、ガスライン入口とを有する。各プロセスステーションは、幾つかの実施形態では、異なるまたは複数の目的を有していてよいことが理解される。例えば、幾つかの実施形態では、プロセスステーションは、ＡＬＤ処理モードとＣＶＤ処理モードとの間で切り替え可能であってよい。加えてまたは或いは、幾つかの実施形態では、処理チャンバ２１４は、１つ以上の組み合わせペアのＡＬＤ／ＣＶＤプロセスステーションを含んでいてよい。図に描かれた処理チャンバ２１４は、４つのプロセスステーションを含んでいるが、本開示にしたがった処理チャンバは、任意の適切な数のステーションを有していてよいことが理解される。例えば、幾つかの実施形態では、処理チャンバは、１、もしくは２、もしくは３、もしくは４、もしくは５、もしくは６、もしくは７、もしくは８、もしくは９、もしくは１０、もしくは１１、もしくは１２、もしくは１３、もしくは１４、もしくは１５、もしくは１６、もしくはさらに多い数のプロセスステーションを有していてよい（または２〜６のプロセスステーションを反応チャンバごとに、もしくは４〜８のプロセスステーションを反応チャンバごとに、もしくは８〜１６のプロセスステーションを反応チャンバごとに有するなどのように、上記の値の任意の組み合わせペアによって定められた範囲内の数のプロセスステーションを反応チャンバごとに有するものとして、一連の実施形態が説明されてよい）。
【０１４２】
図２Ａは、処理チャンバ２１４内のプロセスステーション２０１、２０２、２０３、および２０４間で基板を移送するための基板移送機器２９０の一実施形態も示している。任意の適切な基板移送機器が用いられてよいことが理解される。非限定的な例として、ウエハカルーセルおよび基板取扱ロボットが挙げられる。
【０１４３】
図２Ａは、処理条件、ならびに処理ツール２００およびそのプロセスステーションのハードウェア状態を制御するために用いられるシステムコントローラ２５０の一実施形態も示している。システムコントローラ２５０は、１つ以上の記憶装置２５６と、１つ以上の大容量記憶装置２５４と、１つ以上のプロセッサ２５２とを含んでいてよい。プロセッサ２５２としては、１つ以上のＣＰＵ、ＡＳＩＣ、汎用コンピュータおよび／または専用コンピュータ、１つ以上のアナログおよび／またはデジタル入力／出力接続、１つ以上のステッピングモータ制御盤などが挙げられる。
【０１４４】
幾つかの実施形態では、システムコントローラ２５０は、処理ツール２００の、その個々のプロセスステーションの操作を含む操作の一部または全てを制御する。システムコントローラ２５０は、プロセッサ２５２上で機械読み取り可能なシステム制御命令２５８を実行してよく、これらのシステム制御命令２５８は、幾つかの実施形態では、大容量記憶装置２５４から記憶装置２５６に取り込まれる。システム制御命令２５８は、タイミング、気体状反応物と液状反応物との混合、チャンバおよび／またはステーションの圧力、チャンバおよび／またはステーションの温度、ウエハの温度、目標電力レベル、ＲＦ電力レベル、ＲＦ暴露時間、基板台座、チャック、および／またはサセプタの位置、ならびに処理ツール２００によって実施される特定のプロセスのその他のパラメータを制御するための命令を含んでいてよい。これらのプロセスは、基板への膜の堆積に関係したプロセスなどを非限定例として挙げられる様々なタイプのプロセスを含んでいてよい。システム制御命令２５８は、任意の適切な形で構成されてよい。例えば、様々な処理ツールプロセスを実行に移すために必要とされる処理ツール部品の操作を制御するための、様々な処理ツール部品サブルーチンまたは制御オブジェクトが記述されてよい。システム制御命令２５８は、任意の適切なコンピュータ読み取り可能プログラミング言語でコード化されてよい。システム制御命令２５８は、実施形態によって、ソフトウェアに実装されたり、例えばＡＳＩＣ（特殊用途向け集積回路）内のロジックとしてハードコード化されるなどのようにハードウェアに実装されたり、またはソフトウェアとハードウェアとの組み合わせとして実装されたりする。
【０１４５】
幾つかの実施形態では、システム制御命令２５８は、上述された様々なパラメータを制御するための入出力制御（ＩＯＣ）順序付け命令を含んでいてよい。例えば、（１つまたは複数の）堆積処理の各段階は、システムコントローラ２５０によって実行されるための１つ以上の命令を含んでいてよい。膜堆積処理段階のための処理条件を設定するための命令は、例えば、対応する堆積レシピ段階に含められてよく、キャップ膜堆積段階の場合も同様である。幾つかの実施形態では、レシピ段階は、或る処理段階のための全ての命令がその処理段階と同時に実行されるように、順番に並べられてよい。
【０１４６】
幾つかの実施形態では、システムコントローラ２５０に関係付けられた大容量記憶装置２５４および／または記憶装置２５６に記憶されたその他のコンピュータ読み取り可能命令および／またはプログラムが用いられてよい。プログラムまたはプログラムセクションの例として、基板位置決めプログラム、処理ガス制御プログラム、圧力制御プログラム、ヒータ制御プログラム、およびプラズマ制御プログラムが挙げられる。
【０１４７】
基板位置決めプログラムは、基板を台座２１８に搭載するためにおよび基板と処理ツール２００のその他のパーツとの間の間隔を制御するために使用される処理ツール部品のための命令を含んでいてよい。位置決めプログラムは、基板上に膜を堆積させる必要性に応じて反応チャンバに対して基板を適切に出し入れするための命令を含んでいてよい。
【０１４８】
処理ガス制御プログラムは、ガス組成および流量を制御するための、ならびに随意として、１つ以上のプロセスステーションを取り巻く空間内の圧力を安定化させるために堆積に先立ってそれらの空間にガスを流し込むための、命令を含んでいてよい。幾つかの実施形態では、処理ガス制御プログラムは、基板への膜の堆積中に、処理チャンバ内における１つ以上のプロセスステーションを取り巻く（１つ以上の）空間に特定のガスを導入するための命令を含んでいてよい。処理ガス制御プログラムは、また、堆積されている膜の組成に応じて、同じ速度で、同じ持続期間で、または異なる速度で、および／または異なる持続期間でこれらのガスを供給するための命令も含んでいてよい。処理ガス制御プログラムは、また、加熱された注入モジュール内においてヘリウムまたはその他の何らかのキャリアガスの存在下で液体状反応物を霧化／気化させるための命令も含んでいてよい。
【０１４９】
圧力制御プログラムは、例えば、プロセスステーションの排気システム内の絞り弁やプロセスステーションに入るガスの流れなどを調整することによってプロセスステーション内の圧力を制御するための命令を含んでいてよい。圧力制御プログラムは、基板への様々な膜タイプの堆積中に同じまたは異なる圧力を維持するための命令を含んでいてよい。
【０１５０】
ヒータ制御プログラムは、基板を加熱するために使用される加熱ユニットへの電流を制御するためのコードを含んでいてよい。或いはまたは加えて、ヒータ制御プログラムは、基板への熱伝達ガス（ヘリウムなど）の供給を制御してよい。ヒータ制御プログラムは、基板への様々な膜タイプの堆積中に反応チャンバ内および／またはプロセスステーションを取り巻く空間内を同じまたは異なる温度に維持するための命令を含んでいてよい。
【０１５１】
プラズマ制御プログラムは、本明細書の実施形態にしたがって１つ以上のプロセスステーションにおけるＲＦ電力レベル、周波数、および暴露時間を設定するための命令を含んでいてよい。幾つかの実施形態では、プラズマ制御プログラムは、基板への膜堆積中に同じまたは異なるＲＦ電力レベルおよび／または周波数および／または暴露時間を使用するための命令を含んでいてよい。
【０１５２】
幾つかの実施形態では、システムコントローラ２５０に関係付けられたユーザインターフェースがあってよい。ユーザインターフェースとしては、ディスプレイ画面、装置および／または処理条件のグラフィックソフトウェア表示、ならびに位置指示装置、キーボード、タッチ画面、マイクなどのユーザ入力装置が挙げられる。
【０１５３】
幾つかの実施形態では、システムコントローラ２５０によって調整されるパラメータが、処理条件に関するものであってよい。非限定的な例として、処理ガス組成および流量、温度、圧力、プラズマ条件（ＲＦバイアス電力レベルおよび暴露時間など）などが挙げられる。これらのパラメータは、ユーザインターフェースを用いて入力可能なレシピの形でユーザに提供されてよい。
【０１５４】
プロセスを監視するための信号が、システムコントローラ２５０のアナログおよび／またはデジタル入力接続によって様々なプロセスツールセンサから提供されてよい。プロセスを制御するための信号は、プロセスツール２００のアナログおよび／またはデジタル出力接続に載せられて出力されてよい。監視可能なプロセスツールセンサの非限定的な例として、質量流量コントローラ（ＭＦＣ）、圧力センサ（圧力計など）、熱電対などが挙げられる。処理条件を維持するために、これらのセンサからのデータとともに、適切にプログラムされたフィードバックアルゴリズムおよび制御アルゴリズムが使用されてよい。
【０１５５】
システムコントローラ２５０は、上述された堆積プロセスを実行に移すための機械読み取り可能命令を提供してよい。命令は、ＤＣ電力レベル、ＲＦバイアス電力レベル、圧力、温度などの、多様なプロセスパラメータを制御してよい。これらの命令は、本明細書で説明される様々な実施形態にしたがって膜積層体のｉｎ−ｓｉｔｕ堆積を操作するために、これらのパラメータを制御してよい。
【０１５６】
システムコントローラは、通常、１つ以上の記憶装置と、本明細書で開示されるプロセスにしたがって装置が操作を実施するように機械読み取り可能命令を実行するように構成された１つ以上のプロセッサとを含む。本明細書で開示される基板ドーププロセスにしたがって操作を制御するための命令を含む非一過性の機械読み取り可能媒体が、システムコントローラに結合されてよい。
【０１５７】
上述された様々な装置および方法は、半導体デバイス、ディスプレイ、ＬＥＤ、光起電性パネルなどの製造または生産のために、リソグラフィパターニングのツールおよび／またはプロセスと併せて使用されてよい。このようなツールまたはプロセスは、必ずしもそうとは限らないが、通常は、共通の製造設備のなかで併せて使用されるまたは実施される。
【０１５８】
膜のリソグラフィパターニングは、通常は、（１）スピンオンツールまたは噴き付けツールを使用して、例えばその上にシリコン窒化物を形成されたような基板上にフォトレジストを塗布する操作、（２）加熱板または加熱炉またはその他の適切な硬化ツールを使用して、フォトレジストを硬化させる操作、（３）ウエハステッパなどのツールによって、可視光または紫外線またはＸ線にフォトレジストを暴露する操作、（４）レジストを選択的に除去してパターニングするために、ウェットベンチまたは噴き付け現像器などのツールを使用して、レジストを現像する操作、（５）ドライ式またはプラズマ強化式のエッチングツールを使用することによって、レジストパターンをその下の膜または基板に転写する操作、ならびに（６）ＲＦまたはマイクロ波プラズマレジスト剥ぎ取り器などのツールを使用して、レジストを除去する操作の、幾つかまたは全部を含み、各操作は、考えられる幾つかのツールによってそれぞれ実施される。幾つかの実施形態では、フォトレジストを塗布する前に、アッシング可能なハードマスク層（非結晶質炭素層など）および別の適切なハードマスク（反射防止層など）が堆積されてよい。
【０１５９】
その他の実施形態
【０１６０】
開示された以上の技術、操作、プロセス、方法、システム、装置、ツール、膜、化学物質、および組成は、明瞭および理解を促す目的で具体的な実施形態との関連のもとで説明されてきたが、当業者ならば、以上の実施形態を実現するための、本開示の趣旨および範囲内に入る多くの代替のやり方があることが明らかである。したがって、本明細書で説明された実施形態は、開示された発明の概念を、限定するのではなく例示するものだと見なされ、最終的に本開示の内容を定めたものであるいかなる特許請求の範囲も過度に限定するための揺るがない基準として使用されるべきではない。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図５Ｂ】
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【外国語明細書】
2015220458000001.pdf