(57)【要約】【課題】複数のウェーハ基板上にラジカルアシストにより同時膜成形するためのプロセスを提供する。【解決手段】複数のウェーハ基板が所要の膜堆積温度にまで加熱される反応器内に装荷される。酸化物又は窒化物の対イオンの安定化学種源が反応器内に導入される。原位置ラジカル発生反応物がまた、カチオン性イオン堆積源と共に反応器内に導入される。カチオン性イオン堆積源は、複数のウェーハ基板上にカチオン性イオン酸化膜又はカチオン性イオン窒化膜を同時堆積させるのに十分な時間にわたって導入される。堆積温度は、原位置ラジカル発生反応物が存在しない従来型の化学蒸着温度よりも低い。【選択図】図１
2008038254.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のウェーハ基板上にラジカルアシストにより同時膜成形するための方法であって、
前記複数のウェーハ基板を膜堆積温度にまで加熱される反応器に装荷する段階と、
酸化物及び窒化物からなるグループから選択される対イオンの安定化学種源を前記反応器内に導入する段階と、
原位置ラジカル発生反応物を前記反応器内に導入する段階と、
特定の厚みのカチオン性イオン−酸化膜又はカチオン性イオン−窒化膜を前記堆積温度で前記複数のウェーハ基板上に同時堆積させるのに十分な時間にわたってカチオン性イオン堆積源を前記反応器内に導入する段階と、
を含む方法。
【請求項２】
前記堆積温度が、２００℃〜８００℃であって且つ前記原位置ラジカル発生反応物のない化学蒸着温度よりも低温である、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記対イオンが酸化物であり、前記安定化学種源が分子酸素である、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記安定化学種が、前記反応器内への前記原位置ラジカル発生反応物の導入前に前記反応器内に導入される、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記カチオン性イオン堆積源が、前記反応器内への前記安定化学種源の導入に続いて導入される、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記原位置ラジカル発生反応物が水素である、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記対イオンが酸化物であり、前記安定化学種源が、分子酸素、一酸化炭素、亜酸化窒素、水、及びこれらの組み合わせからなるグループから選択される、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記対イオンが窒化物であり、前記安定化学種源が、窒素、アンモニア、ヒドラジン、及びこれらの組み合わせからなるグループから選択される、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記カチオン性イオン堆積源が、前記堆積温度でガス又は蒸気であり、ケイ素原子を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記カチオン性イオン堆積源が、前記堆積温度でガス又は蒸気であり、主ＩＶ−ＶＩＩＩ族金属原子を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記反応器をパージする段階と、
前記安定化学種源を導入する段階、前記原位置ラジカル発生反応物を導入する段階、及び前記カチオン性イオン堆積源を導入する段階からなる前記導入段階を前記安定化学種源、前記原位置ラジカル発生反応物、及びカチオン性イオン堆積源のうちの少なくとも１つの濃度又は特性を変化させた状態で反復させ、前記複数ウェーハ基板が前記酸化膜又は窒化膜と前記第２のカチオン性イオン−酸化膜又はカチオン性イオン−窒化膜の堆積の間に前記反応器内部に留まるという条件で、第２のカチオン性イオン−酸化膜又はカチオン性イオン−窒化膜を堆積させる段階と、
を更に含む請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記カチオン性イオン−酸化膜又はカチオン性イオン−窒化膜の厚みが、前記複数のウェーハ基板の間で５厚みパーセント未満まで変化する、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記安定化学種源、前記原位置ラジカル発生反応物、及び前記カチオン性イオン堆積源は、垂直方向に変位したオリフィスを有する細長い垂直チューブインジェクタを介して前記反応器内に各々導入されて、前記複数のウェーハ基板との接触状態から前記インジェクタを囲み垂直に変位した排気ポートを有するライナを介して各々流出し、これにより前記カチオン性イオン堆積源が前記複数のウェーハ基板を同時に横切る横断流移動を有するようになる、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記安定化学種源、前記原位置ラジカル発生反応物、及び前記カチオン性イオン堆積源の各々が、垂直方向に変位したオリフィスを有する別個の細長い垂直チューブインジェクタを介して前記反応路に導入される、
ことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
複数のウェーハ基板上に酸化型のケイ素を含有する膜のラジカルアシストによる同時堆積のための方法であって、
複数のウェーハ基板を反応器内に装荷する段階と、
前記反応器を堆積温度まで加熱する段階と、
前記反応器内に分子酸素を導入する段階と、
前記反応器内に水素を導入してラジカルを前記反応器内でのみ発生させる段階と、
水素のない化学蒸着温度よりも低い堆積温度で特定の厚みのケイ素の酸化膜を前記複数のウェーハ基板上に同時堆積させるのに十分な時間にわたってケイ素含有前駆体をガス又は蒸気として前記反応器内に導入する段階と、
を含む方法。
【請求項１６】
前記カチオン性イオン−酸化膜又はカチオン性イオン−窒化膜の厚みが、前記複数のウェーハ基板間で５厚みパーセント未満まで変化する、
ことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記反応器が、前記酸素、前記水素、及び前記ケイ素含有前駆体の横断流移動を与え、前記酸化膜を４００℃〜８００℃の温度で前記複数のウェーハ基板上に均一に堆積させるようにする、
ことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記酸素、前記水素、及び前記ケイ素含有前駆体が、垂直方向に変位したオリフィスを有する細長い垂直チューブインジェクタを介して前記反応器内に各々導入されて、前記複数のウェーハ基板との接触状態から前記インジェクタを囲み垂直に変位した排気ポートを有するライナを介して各々流出する、
ことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記酸素が、前記垂直チューブインジェクタを介して導入され、前記水素が、複数の垂直方向に変位したオリフィスを有する第２の垂直チューブインジェクタを介して導入される、
ことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
請求項１〜請求項１４のうちの何れかの方法によって形成されたカチオン性イオン酸化膜又はカチオン性イオン窒化膜を有する複数のウェーハ基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連特許）
本出願は、引用により本明細書に組み込まれる２００６年８月３日に出願された米国仮特許出願シリアル番号６０／８２１，３０８に対する優先権を主張する。
（技術分野）
本発明は、一般に複数のウェーハ基板上への集積回路の同時膜堆積に関し、詳細には、膜堆積温度を低下させるためのラジカルアシストによる酸化物又は窒化物堆積の利用に関する。
【背景技術】
【０００２】
化学蒸着（ＣＶＤ）は、均一な絶縁膜を生成するために半導体デバイス製造において広く用いられているプロセスである。ラジカルを用いる従来型ＣＶＤの目的には、例えば、オゾンと反応したテトラエチルオキシシラン（ＴＥＯＳ）などの反応から形成される膜で浅いトレンチを充填することが含まれる。或いは、種々のシラン前駆体を酸素と反応させて、トランジスタ電極の周囲に必要とされる絶縁スペーサを形成する。オゾン及び関連した平衡生成の一重項酸素などの酸素ラジカルとのシラン前駆体の反応は、加工条件及び結果として生成される酸化ケイ素膜に関して幾つかの利点を与えるが、残念なことに、オゾンは多くのケイ素前駆体からの堆積に伴う高温度では不安定である。結果として、従来型のＴＥＯＳ／オゾン反応では、気相シリカ粒子形成を阻止するために、反応性酸素種の均一な分布を確保して均一な酸化膜を生成する高度な制御を必要とする。このオゾン分解に対して作用させなければならない制御範囲により、オゾンとケイ素前駆体との反応を単一ウェーハ反応チャンバ内でのみ行うことで良好な膜堆積が得られた。マイクロエレクトロニクスの大量生産は、オゾン又は他のラジカル前駆体を伴うバッチＣＶＤ堆積プロセスにより恩恵を受けるであろうことは広く認識されているが、オゾン及び他のラジカルの分解を制御して、大型の直径ウェーハ表面を覆いウェーハスタック全体にわたって反応性原子種の均一な分布を得るようにする試みは、限定的な成功しか収めていない。
【０００３】
オゾンから分子酸素への置換は、オゾンとの作業に伴う問題の大部分を解消するケイ素前駆体を用いた高品質共形酸化膜の形成を進めることで知られているが、このような反応は通常、６５０℃を超えるウェーハ温度を必要とする。ケイ素前駆体と酸素の反応による酸化物堆積に伴うウェーハ堆積温度は、デバイス内のドーパント拡散を阻止するための温度上のバルジ制限に起因するこの反応の適用性を制限している。
【０００４】
窒化膜の形成は通常、窒化ケイ素を生成するために高温でアンモニアと前駆体との反応によって行われる。酸化膜形成から類推して、前駆体をアンモニアと反応させるのに必要とされる反応温度は、極めて多くの場合において窒化ケイ素の形成を不可能にする高温となる傾向がある。或いは、ヒドラジンなどのプラズマ源又は不安定窒素含有化合物の使用が試みられたが、現在のところウェーハ基板にわたる均一な成膜を確保するためにプロセスの均一性を維持することに伴う問題に起因して、限定的にしか成功していない。従って、このようなプロセスは単一ウェーハＣＶＤに限定されている。
【０００５】
【特許文献１】米国仮特許出願シリアル番号６０／８２１，３０８公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、ラジカルアシストによるバッチ式膜堆積プロセスの必要性が存在する。加えて、従来型のプロセスに伴う温度よりも低温で高品質共形酸化及び窒化膜を生成できるプロセスの必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
複数のウェーハ基板上にラジカルアシストにより同時膜成形するためのプロセスが提供される。複数のウェーハ基板が所要の膜堆積温度にまで加熱される反応器内に装荷される。酸化物又は窒化物の対イオンの安定化学種源が反応器内に導入される。原位置ラジカル発生反応物がまた、カチオン性イオン堆積源と共に反応器内に導入される。カチオン性イオン堆積源は、複数のウェーハ基板上にカチオン性イオン酸化膜又はカチオン性イオン窒化膜を同時堆積させるのに十分な時間にわたって導入される。堆積温度は、原位置ラジカル発生反応物が存在しない従来型の化学蒸着温度よりも低い。複数のウェーハ基板間の高度なウェーハ間均一性は、垂直方向に変位したオリフィスを有する細長い垂直チューブインジェクタを介して反応物を導入することによって得られ、インジェクタは垂直方向に変位した排気ポートを有するライナによって囲まれて、複数のウェーハ基板を同時に横切る反応物の横断流移動が与えられる。酸化物の安定化学種源として分子酸素を使用し、原位置ラジカル発生反応物として水素を使用すると、ケイ素含有前駆体が反応器に導入されることによってケイ素の酸化膜が容易に形成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明は、複数の半導体基板上にウェーハ酸化及び／又は窒化膜を同時堆積させるプロセスとして有用である。反応容積全体にわたる均一な様態での原位置ラジカル形成によってバッチ式ＣＶＤ堆積が可能となる。本発明は、バッチプロセスでの膜堆積の実行に加えて、共形性、ウェーハ堆積温度、連続異種層堆積、及び反応物取扱いといった特性を例示的に含む、従来技術よりも優れた幾つかのプロセス条件の利点を提供する。
【０００９】
バッチチャンバ内の均一な前駆体分布に関連する従来の問題を克服するために、チャンバは、一連の排気ポートを有し、細長い反応物インジェクタチューブを囲むライナを含めて使用され、各チューブは、チューブ軸の周りに回転可能でありウェーハキャリア位置と整合するオリフィスを含む。ライナの排気ポートに向かってチューブから流れる反応物流の結果、層流パターンで複数ウェーハ表面を横断する流れが生成される。このような反応器は、２００４年９月２２日に出願されたＷＯ２００５／０３１２３３に開示されている。こうした反応器は、Ａｖｉｚａ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（カリフォルニア州Ｓｃｏｔｔｓ  Ｖａｌｌｅｙ所在）から商標名ＲＶＰ５５０及びＶｅｒａｎｏ５５００で現在市販されている。ここで図１−図３を参照すると、バッチ反応器チャンバ内の前駆体の均一な分布を提供するのに好適な代表的な反応器が全体として１０で表されている。
【００１０】
ベッセル１１は、容積Ｖを内包し、プロセスチャンバ１２を形成し、該プロセスチャンバは、バッチ・ウェーハキャリア１６を受けるように適合された支持体１４を有し、当該キャリアは、キャリア１６上のウェーハバッチの温度を熱処理に望ましい温度まで上昇させるための幾つかの加熱素子２０、２０’、２０”（以下では加熱素子１１２として集合的に呼ぶ）を有する。反応器１０は、任意選択的に、熱電対（Ｔ／Ｃ）のような１つ又はそれ以上の光学式又は電気式温度感知素子を含み、プロセスチャンバ１２内部の温度を監視して加熱素子２０−２０”の動作を制御する。これにより、プロセスチャンバ１２内に配置されたときにキャリア１６の垂直範囲に沿って熱的均一性が達成される。反応器１０は、２つ又はそれ以上のインジェクタ２２、２２’、及び２２”を含み、ガス又は蒸気の形態の前駆体をプロセスチャンバ１２内に原位置で導入し、ラジカル発生ＣＶＤプロセスにより複数のウェーハ上に酸化又は窒化膜を同時堆積させるようにする。また、好ましくは、パージガスは、インジェクタ２２−２２”の何れか又は全てを介してプロセスチャンバ１２に任意選択的に供給される。パージベント２４は、プロセスチャンバ１２を排気するために備えられる。ライナ２６は、流体流れの矢印によって示されるように、キャリア１６内部のウェーハ表面及びインジェクタ２２−２２”のオリフィス３０−３０”と好ましくは整合するスロット２８を含む。
【００１１】
一般的に、ベッセル１１は、Ｏリング３２などのような、ベースプレート３４に対するシールを有する。
【００１２】
インジェクタ２２−２２’の開口部は３６で示され、Ｔ／Ｃ及びベントは、Ｏ−リング、ＶＣＲ（登録商標）、又はＣＦ（登録商標）取付具でシールされる。加工中に放出された流体又は生成された堆積副生成物は、プロセスチャンバ１２の壁又は支持体１４のプレナムに形成されたフォアライン或いは排気ポート４２を介して排気される。プロセスチャンバ１２は、０．１ミリトールから大気圧の間の圧力で１００℃〜９００℃の範囲の様々な温度で運転される。反応器１０は、粗引きポンプ；ブロア；高真空ポンプ、並びに粗引きバルブ、スロットルバルブ、及びフォアラインバルブを例示的に含むポンプシステムを備える。
【００１３】
ベッセル１１及びライナ２６は、高温高真空作業の熱的及び機械的応力に耐えることができ、加工中に使用され又は放出されるガス又は蒸気による浸食に耐性がある金属、セラミック、結晶又は非晶質材料を例示的に含む様々な材料で作られる。好ましくは、ベッセル１１及びライナ２６は、熱処理作業の機械的応力に耐えると共にプロセス副生成物の堆積に抗する十分な厚みを有する不透明、半透明、又は透明な石英ガラスで作られる。
【００１４】
キャリア１６内のウェーハは、ロードロック又はロードポート（図示せず）を介して反応器１０内に導入され、次いで、プロセスチャンバと気密シールを形成できるベースプレート３４内の開口部を介してプロセスチャンバ１２内に導入される。図１に示される構成においては、プロセスチャンバ１２は垂直反応器であり、そのアクセスには可動支持体１４を使用し、該支持体は、ベースプレート３４とシールを形成するために加工中は引き上げられ、次いで、引き下げられて、オペレータ又はボート取扱ユニット（ＢＨＵ）（図示せず）のような自動取扱システムがキャリア１６を支持体１４上に位置付けることができるようにする。
【００１５】
反応器１０はまた、任意選択的に、加工中に支持体１４及びキャリア１６を回転させるウェーハ回転システム４２を含む。加工中にキャリア１６を回転させると、温度及びプロセスガス流におけるあらゆる不均一性が平均化されて均一なウェーハ温度及び化学種の反応プロフィールを生じさせることによって、ウェーハ内部で均一性が向上する。一般に、ウェーハ回転システム４２は、約０．１〜約１０回転／分（ＲＰＭ）の速度で回転することができる。
【００１６】
図２に示されるように、２つのインジェクタ２２及び２２’は、前駆体を送出して原位置でラジカルを形成し、反応器１０内部のウェーハのバッチに酸化物又は窒化物を同時に堆積させるために備えられる。同様に、図３においては、３つのこのようなインジェクタ２２−２２”が備えられる。好ましくは、オリフィス３０は、ウェーハキャリア１６によって所定位置に保持されたウェーハ表面と、横断層流を形成するためにライナ２６に設けられた排気ポート２８とに整合し、本発明に従って酸化又は窒化膜を均一に堆積させるようにする。図２に示されるように、オリフィス３０’の相対面積は、任意選択的に、入口流体源により近接したオリフィスからの排出に伴う圧力低下を考慮するために、インジェクタ２２’の長さに沿って変化する。加えて、インジェクタ２２−２２”に関して示されるように、インジェクタの相対直径、並びにインジェクタの軸を通るウェーハキャリア１６の半径と排出オリフィスを通るインジェクタ軸から延びるベクトルとの間に定められる角度は、独立して変えることができる。このようにして定められるガス排出角度に関しては、あらゆる角度値は、各インジェクタが縦軸の周りに独立して回転可能であるように利用可能であり、ガス又は蒸気がインジェクタ２２−２２”に導入される前に特定の回転方向に固定される。好ましくは、各インジェクタは、インジェクタ縦軸の周りに３６０度回転可能である。インジェクタに付随するインデックス・ピン４５により、反応器１０内部で該インジェクタが着座するアパーチャに対する角度位置が識別される。反応物供給源に対するインジェクタの選択的回転及び位置固定のための他の機構は、当技術分野において公知であることは理解される。これらの部材はカラーを例示的に含む。
【００１７】
３つのインジェクタ反応器についての例示的なガス流の図が図３に示される。酸化物又は窒化物の対イオンの安定化学種源５０は、ベッセル１１内のインジェクタ２２と流体連通して提供される。不活性ガス源が任意選択的にインジェクタ２２と相互連結される。一般的なバルブ及び質量流量コントローラ（ＭＦＣ）を使用して、両方の発生源５０及び５２或いは何れかの発生源のみがインジェクタ２２によって選択的にベッセル１１に供給される。ウェーハ表面と排気スロットとが整合されることで、所定のウェーハ表面及び垂直方向に変位したウェーハ上で高度に均一な反応物の横断流が得られる。同様にして、原位置ラジカル発生反応物発生源５４単独、不活性ガス源５２’、又はこれらの組み合わせが選択的にインジェクタ２２’に計量供給される。同様に、カチオン性イオン堆積源５６単独、不活性ガス源５２”、又はこれらの組み合わせが選択的にインジェクタ２２”に計量供給される。通常のガス接続方式では、不活性ガス源５２’及び５２”が各々独立して不活性ガス源５２によって供給されることは理解される。更に、反応物が提供されていないインジェクタを通過する不活性ガスの流れは、使用されていないインジェクタへの逆流を防止する傾向があることも理解される。
【００１８】
２つのインジェクタ２２及び２２’のみを含めた本発明の実施形態では、ガス供給相互接続部は、カチオン性イオン堆積源５６と、安定した対イオン源５０又は原位置ラジカル源５４の一方とに設けられる。不活性ガスは、反応物と同時及び／又は別個に供給される。
【００１９】
原位置ラジカル形成によってアシストされる、複数のウェーハ基板上への同時膜堆積のための本発明のプロセスは、反応器内に複数のウェーハを装荷する段階と、反応器を不活性ガスでパージする段階と、反応器を排気する段階とを含む。反応器は、装荷されたウェーハスタックとウェーハキャリアとが反応器内に装荷される前に堆積温度に維持されているか、或いは代替として、排気の後で堆積温度にされることは理解される。
【００２０】
その後、チャンバ圧力が不活性流体により所要の値に安定化され、酸化物イオン又は窒化物イオンの安定な化学種源が導入される。
【００２１】
本明細書で用いられる安定化学種源とは、堆積温度で関連化学種に対して熱力学的平衡が支配的な分子を含むものと定義される。
【００２２】
代表的な安定酸化物化学種源としては、分子酸素、一酸化炭素、亜酸化窒素、一酸化窒素及び水が挙げられる。本明細書で実施可能な安定窒化物化学種源としては、分子窒素、アンモニア、及びＮ2Ｈ4が例示的に挙げられる。安定化学種源がバッチ反応器内に流れる場合には、原位置ラジカル発生反応物が反応器内に導入される。安定化学種源及び原位置ラジカル発生反応物は、反応器容積内に何れかの順序で順次に、或いは同時に導入されることは理解される。本明細書で実施可能な代表的な原位置ラジカル発生反応物としては、分子水素、重水素、酸素、アンモニア、及びこれらの組み合わせが例示的に挙げられる。原位置ラジカル発生反応物は、それ自体は堆積温度で熱力学的に安定な形態であるが、堆積温度で安定化学種源と反応して、膜堆積を促進する原位置ラジカルを形成することに留意されたい。
【００２３】
２つ又はそれ以上の原位置ラジカル発生反応物の追加は、所与の一定の反応器圧及び堆積温度における安定化学種源に対する導入の順序、ラジカル発生反応物の化学量論組成、複数のラジカル発生反応物の化学量論組成を含むパラメータに基づいて、堆積速度及び結果として得られる膜の品質に影響を及ぼすことが認められるのは理解される。一例として、特定の理論に限定されることを意図するものではないが、カチオン性堆積イオン源がアンモニアの安定化学種源及び水素の原位置ラジカル発生反応物と反応するときのＳｉＨ4からの窒化ケイ素の堆積速度は、Ｏ2を包含することによって改善される。膜堆積での特定の改善は、０．１〜１０：１のＨ2：Ｏ2の相対モル比で発生する。更なる改善は、一酸化二窒素が、水素と協働して反応器内に導入されるときに認められる。窒化ケイ素堆積は、本発明によれば、＜４５０℃及び５０ｍＴ〜１０Ｔの全反応器圧力で進むことが認められ、これらの条件は、プラズマアシスト又は従来のＣＶＤプロセスに比べて望ましいものであると共に、こうした堆積がバッチ式反応器内で複数のウェーハ基板上に同時に行われる点も望ましい。
【００２４】
安定酸化物又は窒化物イオン源、及び原位置ラジカル発生源は、反応器内にある間、カチオン性堆積源の導入の前に通常０〜２０００秒にわたる時間複数のウェーハ表面と接触した状態にされる。単一のインジェクタを用いて、複数の反応物又は不活性ガスを同時に又は順次に送出することができる点は理解される。好ましくは、インジェクタ内部ではなく反応器内部でのみ原位置ラジカル発生を確保するために、安定酸化物又は窒化物イオン源は、原位置ラジカル発生化学種と同じインジェクタからは送出されない。
【００２５】
本発明の範囲内で実施可能なカチオン性イオン堆積源は、実質的に限定されず、膜内に取り込まれるカチオン性イオンの性質、ウェーハ堆積温度、及び堆積副生成物の揮発性だけによって決まる。酸化物及び窒化物は、ケイ素、タンタル、アルミニウム、チタン、ニオブ、ジルコニウム、ハフニウム、亜鉛、マンガン、錫、インジウム、タングステン、及びガリウムを例示的に含む様々なカチオン性イオンから形成される。本明細書で実施可能なカチオン性イオン堆積源としては、ＴＥＯＳ、トリシリルアミン（ＴＳＡ）、ヘキサメチルジシラン；トリメチルガリウム；五塩化タンタル；トリメチルアルミニウム、三塩化アルミニウム；四塩化チタン；四酸化チタン；五塩化ニオブ；四塩化ジルコニウム；四塩化ハフニウム；二塩化亜鉛；六フッ化モリブデン、五塩化モリブデン；二塩化マグネシウム；四塩化錫；三塩化インジウム、トリメチルインジウム；六フッ化タングステン；及び言及した元素のアミド錯体（例えば、テトラキス−ジメチルアミド・ハフニウム（ＴＤＭＡＨｆ））が挙げられる。
【００２６】
ここで図４を参照すると、本発明のプロセスの概略が提供される。ステップ１１０で、複数ウェーハを含むウェーハキャリアが装荷されたバッチ反応器内の温度及び圧力が安定化される。温度安定化は、加熱素子と、反応器内部に分散された温度センサを用いたフィードバック制御を利用することによって行われる。圧力安定化は、不活性ガスを用いた反応器の排気及びバックフィル後に生じる。堆積される膜の性質に応じて、不活性流体は、窒素、ヘリウム及びアルゴンを例示的に含む。通常、温度は周囲温度〜９００℃の間で安定化されるが、商業的に関心のある殆どの膜堆積は、４００℃〜８００℃、好ましくは４００℃〜７００℃で行われる。圧力安定化は通常、１ミリＴｏｒｒ〜１００Ｔｏｒｒで行われ、商業的に関心のある殆どの膜堆積は５０ミリＴｏｒｒ〜１０Ｔｏｒｒで行われる。
【００２７】
安定酸化物又は窒化物イオン源が、インジェクタによってバッチ反応器内に導入される（ステップ１１２）。導入された安定酸化物又は窒化物イオン源は、バッチ反応器内の垂直方向に変位したウェーハ基板を横断して流れる。ステップ１１２と共に、或いはこれに続いて、原位置ラジカル発生源が、反応器に導入される（ステップ１１４）。好ましくは、原位置ラジカル発生化学種は、安定酸化物又は窒化物イオンを反応器に提供するのに使用されたものとは異なるインジェクタによって反応器に送出される。複数の原位置ラジカル発生源が提供される場合には、こうした発生源は共に或いは順次に提供される。
【００２８】
ステップ１１６で、バッチ反応器内部のウェーハ基板は、０〜２０００秒間の原位置発生したラジカルと接触した状態のままにする。次いで、ステップ１１８で、カチオン性イオン堆積源が、横断流配置インジェクタを介してバッチ反応器内に導入される。１００枚のウェーハのバッチの中で５厚みパーセント未満のウェーハ間厚み変動が日常的に知られており、典型的には３厚みパーセント未満である。ステップ１２０で、ある膜厚を堆積するのに十分な時間を与えた後、ステップ１２２でバッチ反応器容積がパージされ堆積が終了する。
【００２９】
図４に示されたプロセス順序は、様々な厚みを有する膜の堆積に適用できることは理解される。結果として、本発明のプロセスは、原子層堆積（ＡＬＤ）モード、並びにバルクＣＶＤモードにおいて実施可能である。加えて、バッチ加工が内在的に非能率であるため、本発明のプロセスは、ウェーハ基板上への類似した又は異種の組成膜の層を良好に堆積させる反復処理に特に好適である。
【００３０】
図５は、代替の堆積プロセスを示しており、ここで同じ数字は図４に関して上述されたものに対応している。ステップ１１０で安定化されたバッチ反応器は、次いで安定酸化物又は窒化物イオン源を受け入れる（ステップ１１２）。ステップ１１４で、原位置ラジカル発生源が導入され、次にウェーハ基板と反応させる（ステップ１１６）。次いで、ステップ１２８で、図３の２２”で表された第３のインジェクタによってカチオン性イオン堆積源が導入される。ある膜厚を堆積するのに十分な時間を与えた後（ステップ１２０）、ステップ１２２で、バッチ反応器チャンバがパージされる。
【００３１】
本発明を以下の非限定的な実施例に関して更に詳述する。
【実施例１】
【００３２】
ＳｉＨ4＋Ｏ2＋Ｈ2  酸化物堆積
ウェーハのスタックが、図１及び図２に関して詳述されるように反応器内に導入されるウェーハキャリア内に装荷される。反応器が１０ｐｐｍ未満の内部酸素濃度を有し且つ窒素ガスにより連続してパージされる間、７００℃の処理温度が維持される。反応器は、高い圧力では低速のポンピングを行い、低い内部圧力が得られると高速のポンピングを行う多重ポンピング段階を用いて３０ミリＴｏｒｒのベース圧力まで排気される。圧力が３０ミリＴｏｒｒで安定化されると、ゲート弁が閉止され、チャンバ漏洩の点検が行われる。窒素ガスが反応器内に流入され、反応器圧力は１Ｔｏｒｒのプロセス圧力で安定化される。酸素ガスが、第１のインジェクタを介して１ｓｌｐｍの速度で導入される。水素ガスは、第２のインジェクタを介して１ｓｌｐｍの速度で反応器に流入する。特定の理論に限定されることは意図しないが、一重項酸素、ヒドロキシル、及びオゾンラジカルが生成され、３０秒後にＴＥＯＳが予め選択された導入カーブに従って反応器内に導入され、１００ｓｃｃｍでのＴＥＯＳの全流量が１０分で得られる。酸素、水素及びＴＥＯＳの流量を３０分間維持した後、全ての３反応物の供給が遮断され、反応器はジ窒素で５分間パージされる。反応器は、ジ窒素で大気圧までバックフィルされ、ウェーハがプロセスチャンバから取り出されて冷却される。ウェーハ基板上のＳＴＩトレンチの酸化ケイ素ギャップフィルは、５００ナノメートルの厚みを有し、１００枚の垂直方向に間隔を置いて配置されたウェーハのウェーハ間（ＷＴＷ）均一性は、±２厚みパーセントの範囲内であることが認められる。
【実施例２】
【００３３】
ＴＳＡ＋ＮＨ3＋Ｈ2  窒化ケイ素の堆積
実施例１のプロセスが、酸素ガス流が３０秒後に遮断され、１ｓｌｐｍの速度でアンモニア流と置き換えられて反復される。アンモニア流の３０秒後、実施例１のＴＥＯＳの代わりにＴＳＡが導入され、２８０ナノメートル膜の±３％のＷＴＷ均一性を有する窒化ケイ素が堆積される。
【実施例３】
【００３４】
ＴＳＡ＋予備励起ＮＨ3＋Ｈ2
実施例１のプロセスが、５０００Ｖ電気アーク放電を通して酸素ガスをアンモニアガスで置き換え、実施例１のＴＥＯＳをＴＳＡで置き換えて反復され、窒化ケイ素が堆積される。
【実施例４】
【００３５】
酸化ケイ素及び窒化ケイ素の順次堆積
実施例１のプロセスが、９０秒の流れ時間が維持され、反応器からウェーハを取り出さずに行われ、実施例２のプロセスが、１４０秒の流れ時間が維持されて行われる。結果として得られたウェーハ基板は、窒化ケイ素の２０ナノメートル厚みの層が重なった酸化ケイ素の２０ナノメートル厚みの層を有する。
【実施例５】
【００３６】
ＨｆＣｌ4＋Ｏ2＋Ｈ2  酸化ハフニウム堆積
実施例１の手順が、ＴＥＯＳの代わりにＴＤＭＡＨｆの同じ流量を用いて反復される。同じ反応条件の下で、酸化ハフニウムの高品質膜が得られる。
【００３７】
本明細書で言及された特許文献及び出版物は、本発明が関係する技術分野の当業者の水準を示している。これらの文献及び出版物は、各個別の文献又は出版物が具体的且つ個々に引用により本明細書に組み込まれたのと同程度に引用により本明細書に組み込まれる。
【００３８】
以上の記載は本発明の特定の実施形態を例証するものであるが、その実施時に限定を意味するものではない。添付の請求項は、その全ての均等物を含めて、本発明の範囲を定義するものとされる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】ラジカルアシストによる膜堆積を行うために本発明で実施可能なバッチ反応器の断面図である。
【図２】図１に示された反応チャンバの内部透視図である。
【図３】本発明のプロセスを実行するための代替のガス入口構成の概略図である。
【図４】本発明のプロセスの概略フローチャート図である。
【図５】本発明を実施するための代替プロセスの概略図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０  反応器
１２  プロセスチャンバ
１６  キャリア
２０、２０’、２０”  加熱素子
２２、２２’、２２”  インジェクタ
２６  ライナ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【外国語明細書】
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