(57)【要約】【課題】  【解決手段】  第一前駆体ガスを蒸着室内の基板へ流し込んで基板上へ第一単層を形成する。蒸着室内表面マイクロ波プラズマ条件下で、蒸着室内の第一単層へ第一前駆体ガスとは組成の異なる第二前駆体ガスを流し込んで第一単層と反応させ、第一単層とは組成の異なる第二単層を基板上へ形成する。第二単層には第一単層成分と第二前駆体が含まれる。実施態様の一例では、第一及び第二前駆体の流し込みを連続的に反復して第二単層組成から成る材料塊を基板上へ生成する。追加及び他の実施形態についても開示している。
2006505696.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子層蒸着室内に半導体基板を配置し、
前記蒸着室内の基板へ第一前駆体ガスを流し込んで前記基板上へ第一単層を形成し、
前記第一前駆体ガスとは組成の異なる第二前駆体ガスを蒸着室内表面マイクロ波プラズマ条件下で前記蒸着室内の前記第一単層へ流し込んで前記第一単層と反応させ、前記第一単層とは組成の異なる、前記第一単層成分及び前記第二前駆体成分を含む第二単層を前記基板上へ形成し、及び
前記第一及び第二前駆体の流し込みを連続的に反復して前記基板上へ前記第二単層組成物の材料塊を生成する工程を含む原子層蒸着方法。
【請求項２】
前記第一前駆体ガスにＴｉＣｌ４が含まれ、及び前記第一単層にＴｉＣｌｘが含まれることを特徴とする請求項１項記載の方法。
【請求項３】
前記第一前駆体ガスにＴｉＣｌ４が含まれ、前記第一単層にＴｉＣｌｘが含まれ、前記第二前駆体ガスにＢ２Ｈ６が含まれ、及び前記第二炭層にＴｉＢ２が含まれることを特徴とする請求項１項記載の方法。
【請求項４】
前記第一前駆体ガスにＴｉＣｌ４が含まれ、前記第一単層にＴｉＣｌｘが含まれ、前記第二前駆体ガスにＢ２Ｈ６が含まれ、前記第二単層にＴｉＢ２が含まれ、及び前記材料塊がＴｉＢ２から成るように生成されることを特徴とする請求項１項記載の方法。
【請求項５】
前記第一前駆体ガスにＴｉＣｌ４が含まれ、前記第一単層にＴｉＣｌｘが含まれ、前記第二前駆体ガスにＢ２Ｈ６が含まれ、前記第二単層にＴｉＢ２が含まれ、及び前記材料塊がＴｉＢ２から成るように生成されることを特徴とする請求項１項記載の方法。
【請求項６】
前記第一前駆体ガスの流し込みは前記蒸着室内のプラズマが無く行なわれることを特徴とする請求項１項記載の方法。
【請求項７】
前記第一前駆体ガスの流し込みは前記蒸着室内の表面マイクロ波プラズマが無く行なわれることを特徴とする請求項１項記載の方法。
【請求項８】
前記第一前駆体ガスの流し込みに前記蒸着室内のプラズマが含まれることを特徴とする請求項１項記載の方法。
【請求項９】
前記第一前駆体ガスの流し込みに前記蒸着室内の表面マイクロ波プラズマが含まれることを特徴とする請求項１項記載の方法。
【請求項１０】
前記第一単層が、前記蒸着室内に表面マイクロ波プラズマが存在する以外は同一処理条件下で実質的に前記第二前駆体とは反応しない組成から成ることを特徴とする請求項１項記載の方法。
【請求項１１】
前記第一前駆体ガスにＴａＣｌ５が含まれ、及び前記第一単層にＴａＣｌｘが含まれることを特徴とする請求項１項記載の方法。
【請求項１２】
前記第一前駆体ガスにＴａＣｌ５が含まれ、前記第一単層にＴａＣｌｘが含まれ、前記第二前駆体ガスにＮＨ３が含まれ、及び前記第二単層にＴａＮが含まれることを特徴とする請求項１項記載の方法。
【請求項１３】
前記第一前駆体ガスにＴａＣｌ５が含まれ、前記第一単層にＴａＣｌｘが含まれ、前記第二前駆体ガスにＮＨ３が含まれ、前記第二単層にＴａＮが含まれ、及び前記材料塊が事実上ＴａＮから成るように生成されることを特徴とする請求項１項記載の方法。
【請求項１４】
前記第一前駆体ガスにＴａＣｌ５が含まれ、前記第一単層にＴａＣｌｘが含まれ、前記第二前駆体ガスにＮＨ３が含まれ、前記第二単層にＴａＮが含まれ、及び前記材料塊がＴａＮから成るように生成されることを特徴とする請求項１項記載の方法。
【請求項１５】
前記第一単層の成分に金属が元素状態で含まれることを特徴とする請求項１項記載の方法。
【請求項１６】
前記第二単層に導電性金属化合物が含まれ、前記材料塊が導電性であることを特徴とする請求項１項記載の方法。
【請求項１７】
前記第二単層が誘電性を有し、及び前記材料塊が絶縁性であることを特徴とする請求項１項記載の方法。
【請求項１８】
原子層蒸着室内に半導体基板を配置し、
前記蒸着室内の基板へ第一前駆体ガスを流し込んで前記基板上へ第一単層を形成し、
前記第一前駆体ガスとは組成の異なる第二前駆体ガスを蒸着室内表面マイクロ波プラズマ条件下で前記蒸着室内の前記第一単層へ流し込んで前記第一単層と反応させ、前記第一単層とは組成の異なる、前記第一単層成分及び前記第二前駆体を含む第二単層成分を前記基板上へ形成し、及び
前記第二前駆体ガスの流し込み後、前記第一及び第二前駆体ガスとは組成の異なる第三前駆体ガスを前記蒸着室内の前記第二単層へ流し込んで前記第二単層と反応させ、前記第一及び第二単層とは組成の異なる第三単層を前記基板上へ形成する工程を含む原子層蒸着方法。
【請求項１９】
前記第一、第二及び第三前駆体ガスの流し込みを連続的に反復して前記第三単層組成から成る材料塊を前記基板上へ生成することを特徴とする請求項１８項記載の方法。
【請求項２０】
前記第一、第二及び第三前駆体ガスの流し込みを連続的に反復して事実上前記第三単層組成から成る材料塊を前記基板上へ生成することを特徴とする請求項１８項記載の方法。
【請求項２１】
前記第一、第二及び第三前駆体ガスの流し込みを連続的に反復して前記第三単層組成から成る材料塊を前記基板上へ生成することを特徴とする請求項１８項記載の方法。
【請求項２２】
前記第一前駆体ガスにＴｉＣｌ４が含まれ、及び前記第一単層にＴｉＣｌｘが含まれることを特徴とする請求項１８項記載の方法。
【請求項２３】
前記第一前駆体ガスにＴｉＣｌ４が含まれ。前記第一単層にＴｉＣｌｘが含まれ、及び前記第二前駆体ガスにＨ２が含まれることを特徴とする請求項１８項記載の方法。
【請求項２４】
前記第一前駆体ガスにＴｉＣｌ４が含まれ、前記第一単層にＴｉＣｌｘが含まれ、前記第二前駆体ガスにＨ２が含まれ、前記第三前駆体ガスにＮＨ３が含まれ、及び前記第三単層にＴｉＮが含まれることを特徴とする請求項１８項記載の方法。
【請求項２５】
前記第一及び第三前駆体ガスの流し込みの少なくとも一方は前記蒸着室内のプラズマが無く行なわれることを特徴とする請求項１８項記載の方法。
【請求項２６】
前記第一及び第三前駆体ガスの流し込みの少なくとも一方は前記蒸着室内の表面マイクロ波プラズマが無く行なわれることを特徴とする請求項１８項記載の方法。
【請求項２７】
前記第一及び第三前駆体ガス双方の流し込みは前記蒸着室内のプラズマが無く行なわれることを特徴とする請求項１８項記載の方法。
【請求項２８】
前記第一及び第三前駆体ガスの流し込みの少なくとも一方は前記蒸着室内の表面マイクロ波プラズマが無く行なわれることを特徴とする請求項１８項記載の方法。
【請求項２９】
前記第一及び第三前駆体ガスの少なくとも一方には前記蒸着室内のプラズマが含まれることを特徴とする請求項１８項記載の方法。
【請求項３０】
前記第一及び第三前駆体ガスの流し込みの少なくとも一方には前記蒸着室内の表面マイクロ波プラズマが含まれることを特徴とする請求項１８項記載の方法。
【請求項３１】
前記第一及び第三前駆体ガス双方の流し込みには前記蒸着室内のプラズマが含まれることを特徴とする請求項１８項記載の方法。
【請求項３２】
前記第一及び第三前駆体ガス双方の流し込みに前記蒸着室内の表面マイクロ波プラズマが含まれることを特徴とする請求項１８項記載の方法。
【請求項３３】
前記第一単層が、前記蒸着室内に表面マイクロ波プラズマが存在する以外は同一処理条件下で実質的に前記第二前駆体とは反応しない組成から成ることを特徴とする請求項１８項記載の方法。
【請求項３４】
前記第一前駆体ガスにトリメチルアルミニウムが含まれ、及び前記第一単層にＡｌＣＨｘが含まれることを特徴とする請求項１８項記載の方法。
【請求項３５】
前記第一前駆体ガスにトリメチルアルミニウムが含まれ、前記第一単層にＡｌＣＨｘが含まれ、及び前記第二前駆体ガスにＨ２が含まれることを特徴とする請求項１８項記載の方法。
【請求項３６】
前記第一前駆体ガスにトリメチルアルミニウムが含まれ、前記第一単層にＡｌＣＨｘが含まれ、前記第二前駆体ガスにＨ２が含まれ、前記第三前駆体ガスにＮＨ３が含まれ、及び前記第三単層にＡｌ２Ｏ３が含まれることを特徴とする請求項１８項記載の方法。
【請求項３７】
前記第一前駆体ガスにＴａＣｌ５が含まれ、及び前記第一単層にＴａＣｌｘが含まれることを特徴とする請求項１８項記載の方法。
【請求項３８】
前記第一前駆体ガスにＴａＣｌ５が含まれ、前記第一単層にＴａＣｌｘが含まれ、及び前記第二前駆体ガスにＨ２が含まれることを特徴とする請求項１８項記載の方法。
【請求項３９】
前記第一前駆体ガスにＴａＣｌ５が含まれ、前記第一単層にＴａＣｌｘが含まれ、前記第二前駆体ガスにＨ２が含まれ、前記第三前駆体ガスにＮＨ３が含まれ、及び前記第三単層にＴａＮが含まれることを特徴とする請求項１８項記載の方法。
【請求項４０】
原子層蒸着室内に半導体基板を配置し、
前記蒸着室内の基板へ第一前駆体ガスを流し込んで前記基板上へ第一単層を形成し、
前記第一前駆体ガスとは組成の異なる第二前駆体ガスを蒸着室内表面マイクロ波プラズマ条件下で前記蒸着室内の前記第一単層へ流し込んで前記第一単層と反応させ、前記第一単層とは組成の異なる、前記第一単層成分及び前記第二前駆体成分を含む第二単層を前記基板上へ形成し、及び
前記第二前駆体ガスの流し込み後、前記蒸着室内の前記基板へ前記第一前駆体ガスを流し込んで前記第二単層と反応させ、ａ）前記第二単層成分を追い出して、前記第一及び第二単層とは組成の異なる第三の組成から成る単層を前記基板上へ形成し、かつｂ）前記第三の組成から成る単層上へ前記第一単層組成から成る第四単層を形成する工程を含む原子層蒸着方法。
【請求項４１】
前記第三の組成から成る単層に金属が元素状態で含まれることを特徴とする請求項４０項記載の方法。
【請求項４２】
前記追い出された成分に水素が含まれることを特徴とする請求項４０項記載の方法。
【請求項４３】
前記追い出された成分に元素状態の水素が含まれることを特徴とする請求項４０項記載の方法。
【請求項４４】
前記第一前駆体ガスの流し込みは前記蒸着室内のプラズマが無く行なわれることを特徴とする請求項４０項記載の方法。
【請求項４５】
前記第一前駆体ガスの流し込みは前記蒸着室内の表面マイクロ波プラズマが無く行なわれることを特徴とする請求項４０項記載の方法。
【請求項４６】
前記第一前駆体ガスの流し込みには前記蒸着室内のプラズマが含まれることを特徴とする請求項４０項記載の方法。
【請求項４７】
前記第一前駆体ガスの流し込みには前記蒸着室内の表面マイクロ波プラズマが含まれることを特徴とする請求項４０項記載の方法。
【請求項４８】
前記第一単層が、前記蒸着室内に表面マイクロ波プラズマが存在する以外は同一処理条件下で実質的に前記第二前駆体とは反応しない組成から成ることを特徴とする請求項４０項記載の方法。
【請求項４９】
前記第一前駆体ガスにＴａＣｌ５が含まれ、前記第一単層にＴａＣｌｘが含まれ、前記第二前駆体にＨ２が含まれ、前記第三の組成から成る単層に元素状態のチタンが含まれることを特徴とする請求項４０項記載の方法。
【請求項５０】
前記第一前駆体ガスにＴａＣｌ５が含まれ、前記第一単層にＴａＣｌｘが含まれ、前記第二前駆体にＨ２が含まれ、及び前記第三の組成から成る単層に元素状態のタンタルが含まれることを特徴とする請求項４０項記載の方法。
【請求項５１】
原子層蒸着室内に半導体基板を配置し、
前記蒸着室内の基板へ第一前駆体ガスを流し込んで前記基板上へ第一単層を形成し、
前記第一単層の形成後、前記蒸着室へ不活性パージガスを流し込み、
前記パージガスの流し込み後、前記第二前駆体ガスを用いて前記蒸着室内をプラズマ条件に維持できるエネルギーレベルで前記蒸着室へエネルギーが加えられるプラズマ条件下で、前記基板へ第二前駆体ガスを流し込んで前記第一単層とは組成の異なる第二単層を前記基板上へ形成し、及び
前記蒸着室への前記第二前駆体ガスの流し込みに先立って前記プラズマ維持可能エネルギーレベルまでエネルギーレベルを増加させる際に前記蒸着室へのエネルギーの印加を始める工程を含む原子層蒸着方法。
【請求項５２】
前記パージガス及び第二前駆体ガスの流し込みが重ならないことを特徴とする請求項５１項記載の方法。
【請求項５３】
前記パージガス及び第二前駆体ガスの流し込みが重なることを特徴とする請求項５１項記載の方法。
【請求項５４】
前記パージガス及び第二前駆体ガスの流し込みが重なり、前記第二前駆体ガスの流し込みが止まった後に前記パージガスの流し込みを止める工程を含むことを特徴とする請求項５１項記載の方法。
【請求項５５】
前記第二単層の形成後、前記プラズマ維持可能エネルギーが減少する前に別の不活性パージガスの流し込みを始める工程を含むことを特徴とする請求項５１項記載の方法。
【請求項５６】
前記第二前駆体及び別の不活性パージガスの流し込みが重ならないことを特徴とする請求項５５項記載の方法。
【請求項５７】
前記プラズマ維持可能エネルギーの減少低下が始まる前に前記蒸着室への前記第二前駆体ガスの流し込みを止める工程を含むことを特徴とする請求項５１項記載の方法。
【請求項５８】
前記第二単層の形成後、前記プラズマ維持可能エネルギーの低下が始まる前に別の不活性パージガスの流し込みを始める工程と、
前記プラズマ維持可能エネルギーの減少が始まる前に前記蒸着室への前記第二前駆体ガスの流し込みを始める工程を含むことを特徴とする請求項５１項記載の方法。
【請求項５９】
前記プラズマ条件に表面マイクロ波プラズマが含まれることを特徴とする請求項５１項記載の方法。
【請求項６０】
前記エネルギーレベルの増加が連続的であることを特徴とする請求項５１項記載の方法。
【請求項６１】
前記第一前駆体ガスにＴｉＣｌ４が含まれ、前記第一単層にＴｉＣｌｘが含まれ、及び前記第二前駆体ガスにＨ２が含まれることを特徴とする請求項５１項記載の方法。
【請求項６２】
前記第一単層が前記蒸着室内にプラズマの無い状態で形成されることを特徴とする請求項５１項記載の方法。
【請求項６３】
前記第二単層が前記第一単層と反応し、前記第二単層に前記第一単層成分と前記第二前駆体成分が含まれることを特徴とする請求項５１項記載の方法。
【請求項６４】
原子層蒸着室内に半導体基板を配置し、
前記蒸着室内の基板へ第一前駆体ガスを流し込んで前記基板上へ第一単層を形成し、
前記第一単層の形成後、前記蒸着室へ不活性パージガスを流し込み、
前記パージガスを流し込んだ後、前記不活性パージガスの流し込みを止める前に、蒸着室内プラズマ条件下で前記基板への第二前駆体ガスの流し込みを開始して前記第一単層とは組成の異なる第二単層を前記基板上へ形成し、及び
前記第二前駆体ガスの流し込みの開始後及び蒸着室内プラズマ条件下で前記第二前駆体ガスを流し込んでいる間に前記不活性パージガスの流し込みを止める各工程を含む原子層蒸着方法。
【請求項６５】
前記第二単層の形成後、前記蒸着室への前記第二前駆体ガスの流し込みを止める前に別の不活性パージガスの流し込みを開始する工程を含むことを特徴とする請求項６４項記載の方法。
【請求項６６】
前記プラズマ条件において前記第二前駆体ガスを用いて前記蒸着室内のプラズマ条件を維持できるエネルギーレベルで前記蒸着室へエネルギーが加えられ、及び前記蒸着室へのエネルギーの印加を前記蒸着室への前記第二前駆体ガスの流し込みと同時に前記プラズマ維持可能エネルギーレベルまで増加するエネルギーレベルで開始することを特徴とする請求項６４項記載の方法。
【請求項６７】
前記プラズマ条件において前記第二前駆体ガスを用いて前記蒸着室内のプラズマ条件を維持できるエネルギーレベルで前記蒸着室へエネルギーが加えられ、及び前記蒸着室へのエネルギーの印加を、前記蒸着室への前記第二前駆体ガスの流し込みを開始する前に前記プラズマ維持可能エネルギーレベルまで増加するエネルギーレベルで開始することを特徴とする請求項６４項記載の方法。
【請求項６８】
前記プラズマ条件において前記第二前駆体ガスを用いて前記蒸着室内のプラズマ条件を維持できるエネルギーレベルで前記蒸着室へエネルギーが加えられ、及び前記蒸着室へのエネルギーの印加を、前記蒸着室への前記第二前駆体ガスの流し込みの開始後に前記プラズマ維持可能エネルギーレベルまで増加するエネルギーレベルで開始することを特徴とする請求項６４項記載の方法。
【請求項６９】
前記プラズマ条件に表面マイクロ波プラズマが含まれることを特徴とする請求項６４項記載の方法。
【請求項７０】
前記第一前駆体ガスにＴｉＣｌ４が含まれ、前記第一単層にＴｉＣｌｘが含まれ、及び前記第二前駆体ガスにＨ２が含まれることを特徴とする請求項６４項記載の方法。
【請求項７１】
前記第二単層が前記第一単層と反応し、前記第二単層に前記第一単層成分と前記第二前駆体成分が含まれることを特徴とする請求項６４項記載の方法。
【請求項７２】
原子層蒸着室内に半導体基板を配置し、
前記蒸着室内の基板へ第一前駆体ガスを流し込んで前記基板上へ第一単層を形成し、
前記第一単層の形成後、蒸着室内プラズマ条件下で前記基板へ前記第一前駆体ガスとは組成の異なる第二前駆体ガスを流し込んで前記第一単層とは組成の異なる第二単層を前記基板上へ形成する工程を含み、
前記蒸着室内における前記第二前駆体ガスのプラズマ発生が前記蒸着室への二番目に加えられるエネルギーによって生じ、及び
前記二番目に加えられるエネルギーを加える前に、蒸着室へ前記二番目に加えられるエネルギーより小さい安定状態にある最初に加えられるエネルギーを加えて、前記最初に加えられるエネルギーを前記二番目に加えられるエネルギーまで増加させる工程をさらに含む原子層蒸着方法。
【請求項７３】
前記加えられるエネルギーの増加が連続性であることを特徴とする請求項７２項記載の方法。
【請求項７４】
前記安定状態にある最初のエネルギーが前記第二前駆体ガスの流し込みからプラズマを発生させるには不十分であることを特徴とする請求項７２項記載の方法。
【請求項７５】
前記安定状態にある最初のエネルギーが前記第一前駆体ガスの流し込みからプラズマを発生させるには不十分であることを特徴とする請求項７２項記載の方法。
【請求項７６】
前記第一前駆体を流し込んでいる間に前記安定状態にある最初のエネルギーを加えることを特徴とする請求項７２項記載の方法。
【請求項７７】
前記安定状態にある最初のエネルギーが前記第一前駆体ガスの流し込みからプラズマを発生させるには不十分であることを特徴とする請求項７６項記載の方法。
【請求項７８】
前記第一及び第二前駆体ガスを流し込む中間段階に、蒸着室へ不活性パージガスを流し込む工程が含まれることを特徴とする請求項７２項記載の方法。
【請求項７９】
前記不活性パージガスを流し込んでいる間に前記安定状態にある最初のエネルギーが加えられることを特徴とする請求項７８項記載の方法。
【請求項８０】
前記第二前駆体ガスの流し込み後に蒸着室へ不活性パージガスを流し込み、前記第一及び第二前駆体ガスの流し込みの中間段階における前記不活性パージガスの流し込み中に前記安定状態にある最初のエネルギーを加え、及び前記第二前駆体の流し込み後の前記不活性パージガスの流し込み中に前記安定状態にある最初のエネルギーを加える工程を含むことを特徴とする請求項７８項記載の方法。
【請求項８１】
前記プラズマ条件に表面マイクロ波プラズマが含まれることを特徴とする請求項７２項記載の方法。
【請求項８２】
前記第二前駆体ガスの流し込みを開始する前に前記エネルギーの増加を開始する工程を含むことを特徴とする請求項７２項記載の方法。
【請求項８３】
前記第二前駆体ガスの流し込みを開始した後で前記エネルギーの増加を開始する工程を含むことを特徴とする請求項７２項記載の方法。
【請求項８４】
第二前駆体ガスの流し込みの開始と同時に前記エネルギーの増加を開始する工程を含むことを特徴とする請求項７２項記載の方法。
【請求項８５】
前記第二前駆体ガスの流し込みを止めた後で前記安定状態にある最初のエネルギーまでエネルギーを低下させる工程を含むことを特徴とする請求項７２項記載の方法。
【請求項８６】
前記第二前駆体ガスの流し込みを止める前に前記安定状態にある最初のエネルギーまでエネルギーを低下させる工程を含むことを特徴とする請求項７２項記載の方法。
【請求項８７】
前記第一前駆体ガスにＴｉＣｌ４が含まれ、前記第一単層にＴｉＣｌｘが含まれ、及び前記第二前駆体ガスにＨ２が含まれることを特徴とする請求項７２項記載の方法。
【請求項８８】
原子層蒸着室内に半導体基板を配置し、
前記基板が中に配置された前記蒸着室へ基本エネルギーレベルのエネルギーを加え、
前記基本エネルギーレベルのエネルギーを加えている間に、前記蒸着室内の前記基板へ第一前駆体ガスを流し込んで蒸着室内非プラズマ条件下で前記基板上へ第一単層を形成し、
前記第一単層の形成後、前記エネルギーの基本エネルギーレベルを前記蒸着室内でプラズマを発生させることができるエネルギーレベルまで上昇させ、
前記プラズマ発生可能レベルのエネルギーを前記蒸着室へ加えている間に、前記蒸着室内の前記基板へ第二前駆体ガスを流し込んで前記第二前駆体ガスを用いて前記第一単層に対するプラズマを生成して前記第一単層とは組成の異なる第二単層を前記基板上へ形成し、及び
前記第二単層の形成後、前記プラズマ発生可能レベルのエネルギーを前記基本エネルギーレベルまで下げ、次いで別の単層を前記第二単層上へ蒸着する工程を含む原子層蒸着方法。
【請求項８９】
前記エネルギーレベルの上昇が連続性であることを特徴とする請求項８８項記載の方法。
【請求項９０】
前記第一及び第二前駆体ガスの流し込みの中間段階に前記蒸着室へ不活性パージガスを流し込む工程を含むことを特徴とする請求項８８項記載の方法。
【請求項９１】
前記不活性パージガスの流し込み処理中に前記基本エネルギーレベルのエネルギーを加える工程が含まれることを特徴とする請求項９０項記載の方法。
【請求項９２】
前記第二前駆体ガスの流し込み後に前記蒸着室へ不活性パージガス流し込み、前記第一及び第二前駆体ガスの流し込みの中間段階で前記不活性パージガスの流し込み処理中に前記基本エネルギーレベルのエネルギーを加え、及び前記第二前駆体の流し込み後の前記不活性パージガスの流し込み処理中に前記基本エネルギーレベルのエネルギーを加える工程を含むことを特徴とする請求項９０項記載の方法。
【請求項９３】
前記プラズマに表面マイクロ波プラズマが含まれることを特徴とする請求項８８項記載の方法。
【請求項９４】
前記第二前駆体ガスの流し込みを始める前に前記エネルギーレベルの上昇を開始する工程が含まれることを特徴とする請求項８８項記載の方法。
【請求項９５】
前記第二前駆体ガスの流し込みを始めた後で前記エネルギーレベルの上昇を開始する工程が含まれることを特徴とする請求項８８項記載の方法
【請求項９６】
前記第二前駆体ガスの流し込みの開始と同時に前記エネルギーレベルの上昇を開始する工程が含まれることを特徴とする請求項８８項記載の方法
【請求項９７】
前記第二前駆体ガスの流し込みを止めた後で前記エネルギーレベルの低下を開始する工程を含むことを特徴とする請求項８８項記載の方法。
【請求項９８】
前記第二前駆体ガスの流し込みを止める前に前記エネルギーレベルの低下を開始する工程を含むことを特徴とする請求項８８項記載の方法。
【請求項９９】
前記第一前駆体ガスにＴｉＣｌ４が含まれ、前記第一単層にＴｉＣｌｘが含まれ、及び前記第二前駆体ガスにＨ２が含まれることを特徴とする請求項８８項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は原子層蒸着方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路の製作における半導体加工では、概して半導体基板上への層蒸着が行われる。前記層蒸着方法の一つとして、一般的に減圧に維持された蒸着室内において基板上へ単層を連続的に蒸着する原子層蒸着(ＡＬＤ)がある。典型的なＡＬＤを用いる場合、典型例として、基板表面へ異なる蒸着前駆体を連続的に送り込むことによって、連続状の単原子層が基板へ吸着され、及び／又は基板上の外層と反応する。
【０００３】
ＡＬＤ法の一例では、単一の蒸発前駆体を蒸着室内へ送り込むと、蒸着室内で前駆体を受け取った基板上へ単層が第一層として形成される。次いで、前記第一の蒸着前駆体の送入を止め、不活性パージガスを蒸着室中へ流入させ、蒸着室内から基板へ付着しなかった残存する第一前駆体をすべて追い出す。次いで、第一前駆体とは異なる蒸気状の第二蒸着前駆体を前記室内へ流し込み、前記第一の単層上へ、あるいはそれと一緒に第二単層を形成する。前記第二単層は前記第一単層と反応を起こす可能性がある。前駆体を追加することによって連続的に単層を形成することができ、あるいは所望の厚さ及び組成をもつ層が基板上へ形成されるまで上記処理を反復することができる。
【発明の開示】
【０００４】
本発明は原子層蒸着方法を構成している。一実施形態においては、半導体基板を原子層蒸着室内に配置する。蒸着室内の基板へ第一前駆体ガスが流し込み、前記基板上へ第一単層を形成する。蒸着室内表面マイクロ波プラズマ条件下で、組成の異なる第二前駆体ガスを蒸着室内の第一単層へ流し込んで前記第一単層と反応させ、前記基板上へ前記第一単層とは組成の異なる第二単層を形成する。前記第二単層には前記第一単層成分と前記第二前駆体が含まれる。一実施形態においては、前記第一及び第二前駆体の流し込みを連続的に反復し、前記第二単層組成物から成る材料塊を基板上に生成する。一実施形態においては、前記第二前駆体ガスを流し込んだ後、前記第一及び第二前駆体ガスとは組成の異なる第三前駆体ガスを蒸着室内の前記第二単層へ流し込んで該第二単層と反応させ、前記基板上へ前記第一及び第二単層とは組成の異なる第三単層を形成する。一実施形態においては、前記第二前駆体ガスを流し込んだ後、前記第一前駆体ガスを蒸着室内の前記基板へ流し込み、前記第二単層と反応させ、ａ）前記第二単層成分を追い出して前記基板上へ前記第一及び第二単層とは組成が異なる第三の組成から成る単層を形成し、かつｂ）前記第三の組成から成る単層上へ前記第一単層組成から成る第四単層を形成する。
【０００５】
なお、上記実施形態のいずれにも必ずしも含まれない他の態様及び実施形態についても記載開示する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明の好ましい実施態様について、下記添付図面を参照しながら以下において説明する。
【０００７】
図１は本発明の一態様に従って使用可能な例示的原子層蒸着装置を示す。この装置は、半導体基板に対する原子層蒸着が行われる室内において表面マイクロ波プラズマの発生を可能とする。本明細書の記載において、「表面マイクロ波プラズマ」は、既存の手法あるいは今後開発される手法によって実施されるにせよ、複数の別個の間隔を開けたマイクロ波放射源からマイクロ波エネルギーを伝達することにより処理対象基板に対してガス中において発生されるプラズマとして定義される。かかるプラズマ発生を可能とする既存の一手法として、表面平面アンテナ（ＳＰＡ）あるいは放射ラインスロットアンテナ（ＲＬＳＡ）等のアンテナを使用する手法がある。単に例示であるが、本願において参照のため取り挙げた米国特許６，３９９，５２０及び６，３４３，５６５にその例を見ることができる。
【０００８】
蒸着又は堆積装置１０は、半導体基板１４が中に配置される蒸着室１２を含むように概略的に図示されている。本願記載において、用語「半導体基板」は、下記に限定されないが、半導体ウェハー（単独、あるいは他材をその上に含む組立品のいずれか）等の半導体材料本体を含めた半導体材料を備えるいずれかの構造体及び半導体材料層（単独、あるいは他材を含む組合品のいずれか）として定義される。用語「基板」とは、下記に限定されないが、半導体基板を含むいずれかの支持構造体を指す。装置中の支持基板１４としては、所望により、温度制御され、動力供給され及び／又は室１２内へ基板１４を配置するための形状化が為されていてもよい適当な支持体あるいは機構（図示せず）を用いることができる。
【０００９】
適当なマイクロ波発生器を蒸着室１２のすぐ上へ取り付けられた表面平面アンテナ１８と操作可能に接続する。表面平面アンテナ１８は一般的に金属材料から成り、その中には複数のマイクロ波伝達開口２０が形成され、これら開口を通して供給源１６から発生されたマイクロ波エネルギーが室１２内まで、及び基板１４表面の直前まで通過する。そのため、その上へ表面平面アンテナが取り付けられている蒸着室１２の上側壁部も同様にマイクロ波伝達性に作られている。表面平面アンテナ１８の一部あるいは全部を蒸着室１２内部へ設けることも勿論可能である。基板１３の上面から第二アンテナ２８下面までの例示的な好ましい間隔は６５ｍｍである。前記間隔をより大きなあるいは小さくすることも勿論可能である。状態によっては６５ｍｍよりかなり小さな間隔にしてもよい。また、マイクロ波に加え、蒸着室１２の内部あるいは外部のいずれかへマイクロ波エネルギー発生と組合せて別のエネルギー発生手段を設けてもよい。
【００１０】
蒸着室１２内、中間基板１４及び表面平面アンテナ１８へ前駆体ガス及び／又はパージガスを放出する前駆体及び／又はパージガス引込口２２及び２４が概略的に図示されている。蒸着室から物質を排出するための真空引き降ろし路も概略的に図示されている。図１に示した装置の構造は概略的かつ例示的であり、本発明方法の態様に従っていずれか他の適する装置を用いることが可能である。例えば、蒸着室へガスを得るため及び蒸着室から材料を排出するための、既存あるいは今後開発されるシャワーヘッド、複式ポート、あるいは他の手段等の代替の構成も当然考えられる。
【００１１】
基板１４等の半導体基板を原子層蒸着室内へ配置する。第一前駆体ガスを例えば前記引込口２２及び２４の一方あるいは双方を通して蒸着室内の基板へ流し込んで前記基板上へ第一単層を形成する。単に例示であるが、例としてＴｉＢ２層を形成する場合、例示的第一前駆体ガスにはＴｉＣｌ４が単独であるいは不活性ガスあるいは他のガスとの混合で含まれる。例えば図２に示されたこのようなＴｉＣｌ４から生成される例示的第一単層はＴｉＣｌｘである。図２はＴｉＣｌ４を用いた原子層蒸着方法における例示的連続処理を示す。図２の左部分は、ＴｉＣｌｘを付着させて含む第一単層３２を有する適当な基板表面３０を示している。この図は、単に例示であるが、基板表面へ付着しているチタンが塩素原子あるいは該チタンから外側へ延びる分子を伴った構成である。
【００１２】
典型例として、いずれか残存する第一前駆体ガスは次いで不活性パージガスを用いて、あるいはいずれか他の方法を用いて蒸着室から追い出される。かかる第一前駆体ガスの除去に拘らず、第一前駆体ガスとは組成の異なる第二前駆体ガスは次いで蒸着室内へ流れ込んで表面マイクロ波プラズマ条件下で前記第一単層と反応し、基板上へ前記第一単層とは組成の異なる、前記第一単層成分及び前記第二前駆体を含む第二単層を形成する。本願の記載において、「組成の異なる」ガスは、比較対象となるガスとは異なる代替及び／又は追加反応成分を有するいずれかのガスを意味する。
【００１３】
図２の中央の図は、Ｂ２Ｈ６を含み、表面マイクロ波プラズマ条件下で活性状態にある例示的な好ましい第二前駆体ガスを示す。右側の図に示すように、この前駆体は第一単層３２と反応して、ＴｉＢ２を副生物としてのＨＣｌと伴に含む第二単層を形成する。第二単層３４にはさらに第一単層成分（すなわちＴｉ）及び第二前駆体成分（すなわちＢ）が含まれる。
【００１４】
上記第一及び第二前駆体の流し込みは連続的に反復され、基板上へ第二単層成分の材料塊が生成される。この生成された材料塊は、第二単層成分を含むか、事実上それから成るか、あるいはそれから成っていてもよい。例えば、基板上への前記材料塊の生成において前記第一及び第二前駆体ガスを用いるだけの場合との比較として、代替となる別の第一及び／又は第二前駆体ガスを導入すること等によって前記材料塊を第二単層成分単独でなく他成分も含むように生成できるような本発明構成が考えられる。
【００１５】
上記の例示的処理においては、第一単層成分からの第二単層成分を元素状態の金属（すなわちチタン）として有し、この第二単層には導電性金属化合物が含まれている。さらに好ましい一実施態様においては、前記材料塊は導電性となるように生成される。単に例示であるが、上記処理の代替として、ＴａＣｌ５を含む第一前駆体ガスを用いてＴａＣｌｘを含む第一単層を形成する方法がある。かかる例においては、例示的に第二前駆体ガスへＮＨ３を含ませてＴａＮを含む第二単層が形成される。前記第一の実施態様の場合と同様に、当業者によれば、不活性ガス、流速、動力、温度、圧力及びいずれか他の操作パラメータを選択し、及び本発明の記載において好ましいパラメータを、特定の一パラメータではなくパラメータの組合せとして最適化することが可能である。
【００１６】
単に例示であるが、上記に代えて、第二単層を誘電性材料を含むように形成できるであろうし、また単に例示であるが、前記材料塊を絶縁性となるように作製することも可能であろう。例えばＡｌ２Ｏ３を含む絶縁性塊の生成に際しては、第一前駆体ガスとしてのトリメチルアルミニウム及び第二前駆体ガスとしてのＯ３及び／又はＨ２Ｏを含むガスが例示される。
【００１７】
また、前記及び後続する実施態様のいずれかにおいて、前記第一前駆体ガスの流し込みは蒸着室内でプラズマを伴ってもあるいは伴わなくてもよく、また例えば第一前駆体ガスが流し込まれる蒸着室内で表面マイクロ波プラズマ発生を伴ってもあるいは伴わなくてもよい。また、遠隔プラズマ発生を第一前駆体ガスの流し込みと共に利用することもでき、また第二前駆体ガスが流し込まれている間に蒸着室内の表面マイクロ波プラズマ条件と組合せて第二前駆体ガスの流し込みと共に用いてもよい。
【００１８】
一実施形態において、原子層蒸着方法には上記において概略的に述べた第一及び第二前駆体ガスの流し込みが含まれる。第二前駆体ガスの流し込み後、前記第一及び第二前駆体ガスとは組成の異なる第三前駆体ガスを蒸着室内の第二単層へ流し込んで該第二単層と反応させ基板上へ前記第一及び第二単層とは組成の異なる第三単層を形成する。第一、第二及び第三前駆体ガスの流し込みを連続的に反復することにより、第三単層を含むか、事実上にそれから成るか、あるいはそれから成る材料塊を基板上へ形成する。単に例示であるが、この実施形態に従って、酸化アルミニウムを含む第三単層の形成における例示的処理方法について図３を参照しながらさらに説明する。
【００１９】
具体的には、図３中の左側の図はトリメチルアルミニウムを含む第一前駆体ガスを流し込んで基板表面３０上へＡｌＣＨｘを含む第一単層４０を形成した結果を示している。第二前駆体ガス、例えばＨ２を、蒸着室内表面マイクロ波プラズマ条件下において、蒸着室内の第一単層へ流し込んで第一単層４０と反応させ基板上へ組成の異なる第二単層４２を形成する。図示された第二単層４２には、第一単層４０からの成分（Ａｌ）及び第二前駆体からの成分（Ｈ）が含まれる。第三前駆体ガス（すなわちＯ３及び／又はＨ２Ｏ）を蒸着室内の第二単層４２へ流し込んでそれと反応させ、前記第一単層４０及び第二単層４２と組成の異なる第三単層４４（すなわちＡｌＯｘ）を基板３０上へ形成する。かかる処理を原子層蒸着方法を用いて反復することにより、所望の厚さをもつ酸化アルミニウム含有層を蒸着することは勿論可能である。さらに、第一及び第三前駆体ガス流の一方あるいは双方へ、遠隔及び／又は蒸着室発生プラズマを含ませ、また例えば表面マイクロ波プラズマ条件を与えることも勿論可能であり、また上記両ガスの流し込みにこのような操作を行わないことも勿論可能である。
【００２０】
単に例示であるが、所望される最終製品がＴｉＮである場合、ＴｉＣｌｘを含む単層を形成するために例示される代替となる第一前駆体ガスはＴｉＣｌ４である。例示される第二前駆体ガスは同じくＨ２を含むガスであり、また例示される第三前駆体ガスはＮＨ３を含むガスである。さらに例として、第三単層として蒸着される別の材料としてＴａＮがある。ＴａＣｌｘを含む第一単層を形成するための例示的第一前駆体ガスはＴａＣｌ２である。また、例示的な第二前駆体ガスとしてはＨ２、及び例示的な第三前駆体ガスとしてＮＨ３が挙げられる。
【００２１】
一実施形態においては、前記第一及び第二前駆体ガスの流し込みに関して全般的に述べたと同様に処理が行われる。第二前駆体ガスを流し込んだ後、蒸着室内の基板へ第一前駆体ガスを流し込んで第二単層と反応させ、ａ）前記第二単層成分を追い出して基板上へ第一及び第二単層と組成の異なる第三の組成から成る単層を形成し、及びｂ）前記第三の組成の単層上へ前記第一単層組成から成る第四単層を形成する。単に例示であるが、タンタル元素層の形成に関する例示的処理方法について図４を用いてより具体的に説明する。
【００２２】
図４の左側の図は、基板表面３０上へＴａＣｌｘを含む第一単層６０を形成ための、ＴａＣｌ５を含む第一前駆体ガスを流し込んだ後の処理を示す。この処理に続き、蒸着室内を表面マイクロ波プラズマ条件下においた蒸着室内の第一単層へ第一前駆体ガスとは組成の異なる第二前駆体ガス（すなわちＨ２）を流し込んで前駆体ガス第一単層と反応させ、前駆体ガス第一単層とは組成の異なる第二単層６２を基板上へ形成する。かくして第二単層６２には第一単層成分（すなわちＴａ）及び第二前駆体成分（すなわちＨ）が含まれる。次いで、第一前駆体ガス（すなわちＴａＣｌ５）を蒸着室内の基板へ流し込んで第二単層６２と反応させて、ａ）前記第二単層成分（すなわちＨ）を追い出して第一単層６０及び第二単層６２とは組成の異なる第三の組成（すなわちＴａ）から成る単層６４を形成し、及びｂ）第三の組成の単層６４上へ前記第一単層組成から成る第四単層（すなわちＴａＣｌｘ）を形成する。かかる処理を連続的に反復して基板上へ、前記第三の組成の単層を含むか、事実上それから成るか、あるいはそれから成る材料塊を形成する。同様に、前記第一及び第三前駆体の流し込みは、蒸着室内においてプラズマ、たとえば表面マイクロ波プラズマを伴っても、あるいは伴っていなくともよい。
【００２３】
図４に示した好ましい処理により、金属を元素状態で含む第三の組成の単層が形成される。単に例示であるが、チタン層を形成する処理例として、ＴｉＣｌ４を含む第一前駆体ガスを用いてＴｉＣｌ４を含む第一単層を形成してもよい。この例でも、好ましい第二前駆体として同じくＨ２を挙げることができる。
【００２４】
本発明は、第一単層が、蒸着室内に表面マイクロ波プラズマが存在する以外は同一の処理条件下で実質的に第二前駆体と反応しない組成から成っている場合に使用すると有利である。図２〜４を参照して上述した第一単層をこのような組成に構成することが可能である。
【００２５】
少なくとも表面マイクロ波プラズマ条件下で蒸着室内に第一単層を形成する第一前駆体ガスの流し込みとは異なる第二前駆体ガスの流し込みに関しては、上記の種々処理を行うことにより、より良好な均質性が得られ、またプラズマが増加される原子層蒸着を促進する際に望ましい均質性を与えるとは考えられない高イオンエネルギープラズマに比較して、より低いイオンエネルギーを用いるこが可能となる。
【００２６】
上記処理は、例えば不活性パージガスを介在させてもあるいは介在なしでも、また既存のあるいは今後生ずるいずれかの処理パラメータに基づいて、文字通りいかなる方式によっても行うことができる。さらに、単に例示であるが、前記アンテナ内に開口を設けて、ガス通過性、さらにマイクロ波通過性とし、また前記アンテナに蒸着室を設けることもできる。かかる例においては、複数の開口を通してマイクロ波エネルギーを送り込むと同時に、ガスを前記複数の開口を通して処理蒸着室へ流し込み、前記処理蒸着室内に受け取られた基板上へ表面マイクロ波プラズマを生成することも可能である。前記と同一の開口、あるには別の開口を通した前記マイクロ波エネルギーを用いて、ガスをまず前記アンテナへ、次いで前記開口を通して蒸着室内へ流し込むようにガス引込口を形成してもよい。所望される場合、前記処理を、前記複数の開口を通したガスの流し込み以外は、マイクロ波エネルギーの伝達中はいかなるガスの蒸着室内への流しこみも行わないように構成することも可能である。
【００２７】
さらに、単に例示であるが、上記例示の方法を実施する好ましい処理方法の例を、第一前駆体ガスとしてＴｉＣｌ４、及び第二前駆体ガスとしてＨ２を用い、さらにヘリウムを含む不活性パージガスを用いた場合について以下に述べる。上記例示の方法の実施に関する以下に述べる好ましい実施態様あるいは最良の実施形態は、上記発明から独立した発明を構成し、またより具体的かつ別個にクレームされる発明であると考えられる。
【００２８】
図５〜９は総じて、第一前駆体ガス（すなわちＴｉＣｌ４）、不活性パージガス（すなわちＨｅ）及び第二前駆体ガス（すなわちＨ２）の形態で別個に取り出された異なるガスパルスそれぞれを表す共通水平タイムラインを本質的に示している。これらの図では、Ｈ２タイムラインはさらにエネルギーの加わりを示すように意図された破線と結びつき、該破線の少なくとも最も上昇した面は蒸着室内における例示的Ｈ２ガス流のプラズマを生成できるエネルギーレベルを示すように意図されている。このようなタイムラインによって適当な蒸着室内における表面マイクロ波プラズマ発生が構成される可能性があり、また好ましくは構成される。但し、かかる構成は、さらに検討中である本願特許請求の範囲中にその構成に関する記載がない限り、図５〜９の実施態様には限定されない。
【００２９】
まず図５に関しては、半導体基板を原子層蒸着室内に配置する。第一前駆体ガスを例えばＴｉＣｌ４パルスＰ１で示されように蒸着室内の基板へ流し込んで、基板上へ第一単層を形成する。プラズマ発生は用いても用いなくともよい。第一単層を流し込んだ後、例えばヘリウムガスパルスＰ２で示される不活性パージガスを蒸着室内へ流し込む。前記不活性パージを流し込んだ後、蒸着室内をプラズマ条件下において例えばＨ２ガスパルスＰ３で示されるように基板へ第二前駆体ガスを流し込み、第一単層とは組成の異なる第二単層を基板上へ形成する。第二前駆体ガスは第一前駆体ガスとは組成において異なる。
【００３０】
蒸着室内プラズマ条件においては、第二前駆体ガスＰ３を用いて蒸着室内のプラズマ条件を維持できる一定エネルギーレベル４０で蒸着室へエネルギーが加えられる。かかるエネルギーの蒸着室への印加は、例えば時間点４５に示された第二前駆体ガスの蒸着室への流し込みより前の時間点４４におけるプラズマ発生可能エネルギーレベル４０まで増加するエネルギーレベル４２に沿って始まる。図５に示された例示的実施態様の場合、破線４２に沿ったエネルギーレベルの増加は連続状であり、また好ましくはほぼ一定の割合である。第一単層は蒸着室内のプラズマの存在の有無に拘らず形成されると考えられる。図５〜９に関連する好ましい一実施態様において、また例えば前記最初の実施態様において述べたように、形成される第二単層は第一単層との反応から生じてもよく、その場合第二単層には第一単層成分及び第二前駆体が含まれる。さらに図５に示された例示的実施態様では、不活性パージガスの流し込みＰ２と第二前駆体ガスの流し込みＰ３は重ならない。単に例示であるが、時間間隔はすべてのパルスについて１秒である。この時間間隔を延長あるいは短縮し、及び／又は時間間隔をそれぞれ異ならせることも勿論可能である。
【００３１】
前記第二単層の形成後、別の不活性パージガスの流し込みＰ４（第一前駆体ガスの流し込みとは組成において同一であるかまたは何らかの点で異なる）は、プラズマ発生可能エネルギーの低下が始まる前に開始される。例えば、図５にはプラズマ発生可能エネルギーの低下が始まる時間点４８より前の時間点４６において始まるＰ４パルスが示されている。
【００３２】
図５に示された実施態様では、単に例示であるが、第二前駆体パルスＰ３及び他の不活性パージガスパルスＰ４は重ならない。さらに、蒸着室への第二前駆体ガスの流し込みは前記プラズマ発生可能エネルギーの低下が始まる前に止められる。この例では、エネルギーがエネルギーレベル４０から低下を始める時間点４８に比べて遅い時間点５０において第二前駆体ガスの流し込みが止められている。例えばガスパルスＰ５、Ｐ６及びＰ７で示されるような上記例示的処理を反復することも勿論可能である。
【００３３】
次に別の例示的実施態様について図６を参照しながら説明する。図５の実施態様と同様に、原子層蒸着室内へ半導体基板を配置し、第一前駆体ガスを蒸着室内の基板へ流し込んで前記基板上へ第一単層を形成する。かかる処理はＰ１で示した例示的ＴｉＣｌ４パルス発生によって示される。第一単層形成後、蒸着室内プラズマ条件下で第二前駆体ガスを基板へ流し込み前記第一単層とは組成の異なる第二単層を前記基板上へ形成する。前記第二前駆体ガスは組成において第一前駆体ガスと異なり、Ｈ２第二前駆体ガスの流し込みに関しては単に例としてＰ３で示されている。
【００３４】
図６において、蒸着室内における第二前駆体ガスのプラズマ発生は、蒸着室へ二番目に加えられる蒸着室内でプラズマ発生可能なエネルギーレベル４０から生ずる。安定状態にある最初に加えるエネルギーレベルのエネルギーは、少なくとも二番目に加えるエネルギーレベルのエネルギー４０を加える前の一定時点において蒸着室へ加えられる。図６に示すように、二番目に加えられるパワーレベル４０よりも小さく安定状態にある最初に加えられる例示的エネルギーレベル６２の前記二番目に加えられるエネルギーレベル４０までの増加は破線６４に沿って起こる。
【００３５】
好ましい一実施態様において、安定状態にある最初のエネルギー６２は流れ込む第二前駆体ガスからプラズマを発生させるには不十分である。好ましい一実施態様において、安定状態にある最初のエネルギー６２は流れ込む第一前駆体ガスからプラズマを発生させるには不十分である。図６に図示された例示的な好ましい実施態様では、安定状態にある最初のエネルギー６２は、第一前駆体の流し込みＰ１期間中に、また蒸着室内非プラズマ条件下で基板上へ第一単層を形成できる条件下で加えられる。一実施態様において、最初のエネルギーレベル６２をエネルギーの基本レベルと考えることも可能である。
【００３６】
図６にはさらに、第一前駆体ガスの流し込みＰ１と第二前駆体ガスの流し込みＰ２の中間段階に蒸着室へのパージガスの流し込みＰ２が図示されており、このパージガスを流し込みＰ２期間中に安定状態にある最初のエネルギー６２が加えられる。また、基本エネルギーレベル６２は不活性パージガス流し込みＰ２の一部の期間においてエネルギーレベル４０まで高められる。
【００３７】
図６の好ましい実施態様では、第二前駆体ガスの流し込みＰ３後にパージガスの流し込みＰ４が起こり、このパージガスの流し込みＰ４中、及び第二前駆体ガスの流し込みＰ３が止められた後にエネルギーレベル６２へ戻る。この例示的処理ではガスパルスＰ５、Ｐ６及びＰ７に関しては反復されるように示され、また蒸着の一例であるが、第二単層上へ１または２以上の付加的単層が与えられる。図６には、第二前駆体ガスの流し込みＰ３が始まる時間点６８より前の時間点６６においてエネルギーレベルの上昇あるいは増加が始まように図示されている。さらに、図６の好ましい実施態様においては、エネルギーレベル４０からの低下は、第二前駆体ガスパルスの流し込みＰ３が止まる時間点７２の後に生ずる時間点７０において始まる。
【００３８】
単に例示であるが、図５及び６は、ガスパルスそれぞれが全く重ならない例示的な好ましい実施態様を図示している。本発明ではガスパルスの少なくともある程度の重なりを当然想定している。単に例示であるが、特に第二前駆体ガスパルス発生に関して、図７〜１０を参照して例示的な重なりについて説明する。
【００３９】
まず図７は不活性なＰ２パルスがＰ３パルスを越えて続いて延びている点を除いて図６と同様であり、不活性Ｐ２パルスの流れは第二前駆体ガスの流し込みＰ３が止まった後で止まっている。
【００４０】
図８では、第一前駆体ガスがＴｉＣｌ４に関してガスパルス１で示されるように原子層蒸着室内の基板へ流し込まれ、第一単層が前記基板上へ形成される。前記第一単層の形成後、不活性パージガスが例えばヘリウムガスパルスＰ２で示されるように蒸着室へ流し込まれる。前記不活性パージガスの流し込み後、蒸着室内プラズマ条件下で前記基板へ第二前駆体ガスが流し込まれ、前記第一単層とは組成の異なる第二単層が前記基板上へ形成される。前記第二前駆体ガスは、例えば図８にＨ２パルスＰ３で示されるように第一前駆体ガスと組成において異なる。
【００４１】
図８にさらに示されているように、蒸着室内プラズマ条件下での第二前駆体ガスの流し込みは、不活性パージガスの流し込みＰ２が止まる時間点７７より前の例示的時間点７６において始まる。さらに、不活性パージガスＰ２は、前記第二前駆体ガスの流し込みの開始後でかつ蒸着室内プラズマ条件下での該第二前駆体ガスの流し込みが起こっている間の例示的時間点７７において止まる。図８はさらに、蒸着室内プラズマ条件下で、第二前駆体ガスを用いて蒸着室内をプラズマ条件に維持できるエネルギーレベル４０のエネルギーが蒸着室へ加えられることを示している。図８はさらに、加えられる最小の基本エネルギーレベル６２及び線分７８に沿った該基本エネルギーレベルからエネルギーレベル４０までの上昇が示されている。しかしながら、図８の例示的実施態様に関しても、本発明では一定の基本エネルギーレベル６２と対峙させてエネルギーが加えられない態様も想定されている。上記に拘らず、また非限定的形式で、図８には時間点８０において始まる第二前駆体ガスパルスＰ３、及び時間点８０より後の時間点８２において始まる破線７８に沿って増加するエネルギーレベルが示されている。
【００４２】
第二単層の形成後、第二パージガスが止まる時間点８６より前の時間点８４において別の不活性パージガスの流し込みＰ４が始まるように図示されている。かかる処理を、例えばガスパルスＰ５、Ｐ６及びＰ７で示されているように反復することも勿論可能である。
【００４３】
単に例示であるが、図９には、プラズマ発生可能エネルギーレベル４０まで増加するエネルギーレベルでの蒸着室へのエネルギー印加が蒸着室への第二前駆体ガスの流し込みを開始する時間点８０と同時に始まる、上記に代わる実施態様が示されている。また、単に例示であるが、図８には、ゼロから始まってゼロに戻り、エネルギーゼロへの到達が第二前駆体ガスの流し込みが止まる時間点８６において起こるエネルギーレベルが示されている。
【００４４】
さらに、単に例示であるが、図１０はエネルギーレベル４０まで増加するエネルギーレベルでの蒸着室へのエネルギー印加が、第二前駆体ガスの蒸着室への流し込みが始まる時間点８０より前の時間点９０に始まる態様を示す。
【００４５】
単に例示であるが、マイクロ波から発生したプラズマは、スキン層の深さが極めて浅く、そのエネルギーが極めて小容積中で非常に効率的に消費されることで一般的に特徴付けられる。表面マイクロ波プラズマは、反応室へ入る前にマイクロ波エネルギーを分配あるいは分散させて均質なプラズマを発生させることによって生ずる。マイクロ波エネルギーは一般的に導波管伝送モードから原子炉上部の平面アンテナまたは窓に対して平行に進む波動へ変換される。この表面波への変換は、マイクロ波を反射するように作用するアンテナを逸らすことによってひき起こされる。一旦マイクロ波が上部平面アンテナと平行に進むと、該平面アンテナ中の小さな開口によって一部のマイクロ波の蒸着室内への放出が起こり、所望される面積全体に亘ってエネルギーの分散が起こる。前記平面アンテナ中の開口の周期数によってエネルギー分散の場所及び均質性が決まる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の一態様に従って使用可能な例示的原子層蒸着装置の概略断面図である。
【図２】本発明の一態様に従った例示的方法の一連の概略分子レベル図である。
【図３】本発明の一態様に従った例示的方法の一連の概略分子レベル図である。
【図４】本発明の一態様に従った例示的方法の一連の概略分子レベル図である。
【図５】本発明の例示的態様に従った例示的ガスの流し込み及び処理エネルギーレベルを示す一連の共通タイムラインを示した図である。
【図６】図５に示したタイムラインと別態様の一連の共通タイムラインを示した図である。
【図７】図５に示したタイムラインと別態様の一連の共通タイムラインを示した図である。
【図８】図５に示したタイムラインと別態様の一連の共通タイムラインを示した図である。
【図９】図５に示されたタイムラインと別態様の一連の共通タイムラインを示した図である。
【図１０】図５に示しタイムラインと別態様の一連の共通タイムラインを示した図である。
【図１】
2006505696.tif 000003
【図２】
2006505696.tif 000004
【図３】
2006505696.tif 000005
【図４】
2006505696.tif 000006
【図５】
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【図６】
2006505696.tif 000008
【図７】
2006505696.tif 000009
【図８】
2006505696.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【手続補正書】
【提出日】平成17年5月10日(2005.5.10)
【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】
蒸着室内に半導体基板を配置し、
前記半導体基板から間隔を開けて複数の貫通する開口をもつマイクロ波アンテナを設け、
前記蒸着室内の基板へ第一前駆体ガスを流し込んで前記基板上へ第一単層を形成し、
表面マイクロ波プラズマ条件下で前記アンテナを貫通する開口の少なくともいくつかを通して前記蒸着室内へ第二前駆体ガスを流し込んで第一単層と反応させ、前記第一単層とは組成の異なる、前記第一単層成分と前記第二前駆体成分を含む第二単層を前記基板上へ形成し、及び
前記第一及び第二前駆体の流し込みを連続的に反復して前記基板上へ前記第二単層組成の材料塊を生成する各工程を含む原子層蒸着方法。
【請求項２】
前記第一前駆体ガスにＴｉＣｌ４が含まれ、及び前記第一単層にＴｉＣｌｘが含まれることを特徴とする請求項１項記載の方法。
【請求項３】
前記第一前駆体ガスにＴｉＣｌ４が含まれ、前記第一単層にＴｉＣｌｘが含まれ、前記第二前駆体ガスにＢ２Ｈ６が含まれ、及び前記第二炭層にＴｉＢ２が含まれることを特徴とする請求項１項記載の方法。
【請求項４】
前記第一前駆体ガスにＴｉＣｌ４が含まれ、前記第一単層にＴｉＣｌｘが含まれ、前記第二前駆体ガスにＢ２Ｈ６が含まれ、前記第二単層にＴｉＢ２が含まれ、及び前記材料塊がＴｉＢ２から成るように生成されることを特徴とする請求項１項記載の方法。
【請求項５】
前記第一前駆体ガスの流し込みは前記蒸着室内のプラズマが無く行なわれることを特徴とする請求項１項記載の方法。
【請求項６】
前記第一前駆体ガスの流し込みは前記蒸着室内の表面マイクロ波プラズマが無く行なわれることを特徴とする請求項１項記載の方法。
【請求項７】
前記第一前駆体ガスの流し込みに前記蒸着室内のプラズマが含まれることを特徴とする請求項１項記載の方法。
【請求項８】
前記第一前駆体ガスの流し込みに前記蒸着室内の表面マイクロ波プラズマが含まれることを特徴とする請求項１項記載の方法。
【請求項９】
前記第一前駆体ガスにＴａＣｌ５が含まれ、及び前記第一単層にＴａＣｌｘが含まれることを特徴とする請求項１項記載の方法。
【請求項１０】
前記第一前駆体ガスにＴａＣｌ５が含まれ、前記第一単層にＴａＣｌｘが含まれ、前記第二前駆体ガスにＮＨ３が含まれ、及び前記第二単層にＴａＮが含まれることを特徴とする請求項１項記載の方法。
【請求項１１】
前記第一前駆体ガスにＴａＣｌ５が含まれ、前記第一単層にＴａＣｌｘが含まれ、前記第二前駆体ガスにＮＨ３が含まれ、前記第二単層にＴａＮが含まれ、及び前記材料塊が事実上ＴａＮから成るように生成されることを特徴とする請求項１項記載の方法。
【請求項１２】
前記第一前駆体ガスにＴａＣｌ５が含まれ、前記第一単層にＴａＣｌｘが含まれ、前記第二前駆体ガスにＮＨ３が含まれ、前記第二単層にＴａＮが含まれ、及び前記材料塊がＴａＮから成るように生成されることを特徴とする請求項１項記載の方法。
【請求項１３】
前記第一単層の成分に金属が元素状態で含まれることを特徴とする請求項１項記載の方法。
【請求項１４】
前記第二単層に導電性金属化合物が含まれ、前記材料塊が導電性であることを特徴とする請求項１項記載の方法。
【請求項１５】
前記第二単層が誘電性を有し、及び前記材料塊が絶縁性であることを特徴とする請求項１項記載の方法。
【請求項１６】
蒸着室内に半導体基板を配置し、
前記蒸着室内の基板へ第一前駆体ガスを流し込んで前記基板上へ第一単層を形成し、
前記第一前駆体ガスとは組成の異なる第二前駆体ガスの前記蒸着室内の前記第一単層への流し込みを開始し、
前記第二前駆体ガスの流し込みを開始した後、表面マイクロ波プラズマ条件の生成に十分なエネルギーを与えて前記第二前駆体ガス中において前記蒸着室内の前記基板に対してプラズマを発生させて前記第一単層と反応させ、前記第一単層とは組成の異なる、前記第一単層成分と前記第二前駆体成分を含む第二単層を前記基板上へ形成し、及び
前記第二前駆体ガスを流し込んだ後、前記第一及び第二前駆体ガスとは組成の異なる第三前駆体ガスを前記蒸着室内の前記第二単層へ流し込んで前記第二単層と反応させ、前記第一及び第二単層とは組成の異なる第三単層を前記基板上へ形成する各工程を含むことを特徴とする原子層蒸着方法。
【請求項１７】
前記第一、第二及び第三前駆体ガスの流し込みを連続的に反復して前記第三単層組成から成る材料塊を前記基板上へ生成することを特徴とする請求項１６項記載の方法。
【請求項１８】
前記第一、第二及び第三前駆体ガスの流し込みを連続的に反復して事実上前記第三単層組成から成る材料塊を前記基板上へ生成することを特徴とする請求項１６項記載の方法。
【請求項１９】
前記第一、第二及び第三前駆体ガスの流し込みを連続的に反復して前記第三単層組成から成る材料塊を前記基板上へ生成することを特徴とする請求項１６項記載の方法。
【請求項２０】
前記第一前駆体ガスにＴｉＣｌ４が含まれ、及び前記第一単層にＴｉＣｌｘが含まれることを特徴とする請求項１６項記載の方法。
【請求項２１】
前記第一前駆体ガスにＴｉＣｌ４が含まれ。前記第一単層にＴｉＣｌｘが含まれ、及び前記第二前駆体ガスにＨ２が含まれることを特徴とする請求項１６項記載の方法。
【請求項２２】
前記第一前駆体ガスにＴｉＣｌ４が含まれ、前記第一単層にＴｉＣｌｘが含まれ、前記第二前駆体ガスにＨ２が含まれ、前記第三前駆体ガスにＮＨ３が含まれ、及び前記第三単層にＴｉＮが含まれることを特徴とする請求項１６項記載の方法。
【請求項２３】
前記第一及び第三前駆体ガスの流し込みの少なくとも一方は前記蒸着室内のプラズマが無く行なわれることを特徴とする請求項１６項記載の方法。
【請求項２４】
前記第一及び第三前駆体ガスの流し込みの少なくとも一方は前記蒸着室内の表面マイクロ波プラズマが無く行なわれることを特徴とする請求項１６項記載の方法。
【請求項２５】
前記第一及び第三前駆体ガス双方の流し込みは前記蒸着室内のプラズマが無く行なわれることを特徴とする請求項１６項記載の方法。
【請求項２６】
前記第一及び第三前駆体ガス双方の流し込みは前記蒸着室内の表面マイクロ波プラズマが無く行なわれることを特徴とする請求項１６項記載の方法。
【請求項２７】
前記第一及び第三前駆体ガスの少なくとも一方には前記蒸着室内のプラズマが含まれることを特徴とする請求項１６項記載の方法。
【請求項２８】
前記第一及び第三前駆体ガスの流し込みの少なくとも一方には前記蒸着室内の表面マイクロ波プラズマが含まれることを特徴とする請求項１６項記載の方法。
【請求項２９】
前記第一及び第三前駆体ガス双方の流し込みには前記蒸着室内のプラズマが含まれることを特徴とする請求項１６項記載の方法。
【請求項３０】
前記第一及び第三前駆体ガス双方の流し込みに前記蒸着室内の表面マイクロ波プラズマが含まれることを特徴とする請求項１６項記載の方法。
【請求項３１】
前記第一前駆体ガスにトリメチルアルミニウムが含まれ、及び前記第一単層にＡｌＣＨｘが含まれることを特徴とする請求項１６項記載の方法。
【請求項３２】
前記第一前駆体ガスにトリメチルアルミニウムが含まれ、前記第一単層にＡｌＣＨｘが含まれ、及び前記第二前駆体ガスにＨ２が含まれることを特徴とする請求項１６項記載の方法。
【請求項３３】
前記第一前駆体ガスにトリメチルアルミニウムが含まれ、前記第一単層にＡｌＣＨｘが含まれ、前記第二前駆体ガスにＨ２が含まれ、前記第三前駆体ガスにＮＨ３が含まれ、及び前記第三単層にＡｌ２Ｏ３が含まれることを特徴とする請求項１６項記載の方法。
【請求項３４】
前記第一前駆体ガスにＴａＣｌ５が含まれ、及び前記第一単層にＴａＣｌｘが含まれることを特徴とする請求項１６項記載の方法。
【請求項３５】
前記第一前駆体ガスにＴａＣｌ５が含まれ、前記第一単層にＴａＣｌｘが含まれ、及び前記第二前駆体ガスにＨ２が含まれることを特徴とする請求項１６項記載の方法。
【請求項３６】
前記第一前駆体ガスにＴａＣｌ５が含まれ、前記第一単層にＴａＣｌｘが含まれ、前記第二前駆体ガスにＨ２が含まれ、前記第三前駆体ガスにＮＨ３が含まれ、及び前記第三単層にＴａＮが含まれることを特徴とする請求項１６項記載の方法。
【請求項３７】
蒸着室内に半導体基板を配置し、
前記蒸着室内の基板へ第一前駆体ガスを流し込んで前記基板上へ第一単層を形成し、
前記蒸着室内に表面マイクロ波プラズマ条件を生成するために十分なエネルギーを与え、次いで、第二前駆体ガスが前記基板に衝突すると同時に複数の別個の間隔を開けたマイクロ波源からマイクロ波エネルギーを伝達することにより前記蒸着室内に生成されかつ前記第一単層と反応させて前記第一単層とは組成の異なる第二単層を前記基板上へ形成させるのに有効な表面マイクロ波プラズマ条件下で、前記第一前駆体ガスとは組成が異なる前記第二前駆体ガスを流し込み、前記第一単層成分と前記第二前駆体成分を含む前記第二単層を形成し、及び
前記第二前駆体ガスを流し込んだ後、前記蒸着室内の前記基板へ前記第一前駆体ガスを流し込んで前記第二単層と反応させ、ａ）前記第二単層の成分を追い出して前記第一及び第二単層とは組成の異なる第三の組成から成る単層を前記基板上へ形成し、及びｂ）前記第三の組成から成る単層上へ前記第一単層組成から成る第四単層を形成する各工程を含む原子層蒸着方法。
【請求項３８】
前記第三の組成から成る単層に金属が元素状態で含まれることを特徴とする請求項３７項記載の方法。
【請求項３９】
前記追い出された成分に水素が含まれることを特徴とする請求項３７項記載の方法。
【請求項４０】
前記追い出された成分に元素状態の水素が含まれることを特徴とする請求項３７項記載の方法。
【請求項４１】
前記第一前駆体ガスの流し込みは前記蒸着室内のプラズマが無く行なわれることを特徴とする請求項３７項記載の方法。
【請求項４２】
前記第一前駆体ガスの流し込みは前記蒸着室内の表面マイクロ波プラズマが無く行なわれることを特徴とする請求項３７項記載の方法。
【請求項４３】
前記第一前駆体ガスの流し込みには前記蒸着室内のプラズマが含まれることを特徴とする請求項３７項記載の方法。
【請求項４４】
前記第一前駆体ガスの流し込みには前記蒸着室内の表面マイクロ波プラズマが含まれることを特徴とする請求項３７項記載の方法。
【請求項４５】
前記第一単層が、前記蒸着室内に表面マイクロ波プラズマが存在する以外は同一処理条件下で実質的に前記第二前駆体とは反応しない組成から成ることを特徴とする請求項３７項記載の方法。
【請求項４６】
前記第一前駆体ガスにＴａＣｌ５が含まれ、前記第一単層にＴａＣｌｘが含まれ、前記第二前駆体にＨ２が含まれ、及び前記第三の組成から成る単層に元素状態のタンタルが含まれることを特徴とする請求項３７項記載の方法。
【請求項４７】
蒸着室内に半導体基板を配置し、
前記蒸着室内の基板へ第一前駆体ガスを流し込んで前記基板上へ第一単層を形成し、
前記第一単層の形成後、前記蒸着室へ不活性パージガスを流し込み、
前記不活性パージガスを流し込んだ後、複数の別個の間隔を開けたエネルギー源を用いて前記蒸着室内で前記第一前駆体ガスとは組成の異なる前記第二前駆体ガスからプラズマを生成し、かつ前記第一単層とは組成の異なる第二単層の前記基板上への形成に有効であり、かつ前記第二前駆体ガスを用いて前記蒸着室内をプラズマ条件に維持できるエネルギーレベルのエネルギーを前記蒸着室へ加えるプラズマ条件下で、前記蒸着室内の前記基板へ第二前駆体ガスを流し込み、及び
蒸着処理中、
前記第一前駆体の流し込み前に前記蒸着室への前記エネルギーの印加を開始し、
前記第一前駆体を流し込んでいる間、最初のエネルギーレベルで連続的にエネルギーを与え、及び
前記第二前駆体ガスを前記蒸着室へ流し込む前に、前記エネルギーレベルを前記プラズマ発生可能エネルギーレベルまで増加させてエネルギーを与える各工程を含む原子層蒸着方法。
【請求項４８】
前記パージガス及び第二前駆体ガスの流し込みが重ならないことを特徴とする請求項４７項記載の方法。
【請求項４９】
前記パージガス及び第二前駆体ガスの流し込みが重なることを特徴とする請求項４７項記載の方法。
【請求項５０】
前記パージガス及び第二前駆体ガスの流し込みが重なり、前記第二前駆体ガスの流し込みが止まった後に前記パージガスの流し込みを止める工程を含むことを特徴とする請求項４７項記載の方法。
【請求項５１】
前記第二単層の形成後、前記プラズマ維持可能エネルギーが減少する前に別の不活性パージガスの流し込みを始める工程を含むことを特徴とする請求項４７項記載の方法。
【請求項５２】
前記第二前駆体及び別の不活性パージガスの流し込みが重ならないことを特徴とする請求項５１項記載の方法。
【請求項５３】
前記プラズマ維持可能エネルギーの減少低下が始まる前に前記蒸着室への前記第二前駆体ガスの流し込みを止める工程を含むことを特徴とする請求項４７項記載の方法。
【請求項５４】
前記第二単層の形成後、前記プラズマ維持可能エネルギーの低下が始まる前に別の不活性パージガスの流し込みを始める工程と、
前記プラズマ維持可能エネルギーの減少が始まる前に前記蒸着室への前記第二前駆体ガスの流し込みを始める工程を含むことを特徴とする請求項４７項記載の方法。
【請求項５５】
前記プラズマ条件に表面マイクロ波プラズマが含まれることを特徴とする請求項４７項記載の方法。
【請求項５６】
前記エネルギーレベルの増加が連続的であることを特徴とする請求項４７項記載の方法。
【請求項５７】
前記第一前駆体ガスにＴｉＣｌ４が含まれ、前記第一単層にＴｉＣｌｘが含まれ、及び前記第二前駆体ガスにＨ２が含まれることを特徴とする請求項４７項記載の方法。
【請求項５８】
前記第一単層が前記蒸着室内にプラズマの無い状態で形成されることを特徴とする請求項４７項記載の方法。
【請求項５９】
前記第二単層が前記第一単層と反応し、前記第二単層に前記第一単層成分と前記第二前駆体成分が含まれることを特徴とする請求項４７項記載の方法。
【請求項６０】
蒸着室内に半導体基板を配置し、
前記蒸着室内の基板へ第一前駆体ガスを流し込んで前記基板上へ第一単層を形成し、
前記第一単層の形成後、前記蒸着室へ不活性パージガスを流し込み、
前記パージガスを流し込んだ後、前記不活性パージガスの流し込みを止める前に、蒸着室内プラズマ条件下で前記基板への第二前駆体ガスの流し込みを開始して前記第一単層とは組成の異なる第二単層を前記基板上へ形成し、及び
前記第二前駆体ガスの流し込みの開始後及び蒸着室内プラズマ条件下で前記第二前駆体ガスを流し込んでいる間に前記不活性パージガスの流し込みを止める各工程を含む原子層蒸着方法。
【請求項６１】
前記第二単層の形成後、前記蒸着室への前記第二前駆体ガスの流し込みを止める前に別の不活性パージガスの流し込みを開始する工程を含むことを特徴とする請求項６０項記載の方法。
【請求項６２】
前記プラズマ条件において前記第二前駆体ガスを用いて前記蒸着室内のプラズマ条件を維持できるエネルギーレベルで前記蒸着室へエネルギーが加えられ、及び前記蒸着室へのエネルギーの印加を前記蒸着室への前記第二前駆体ガスの流し込みと同時に前記プラズマ維持可能エネルギーレベルまで増加するエネルギーレベルで開始することを特徴とする請求項６０項記載の方法。
【請求項６３】
前記プラズマ条件において前記第二前駆体ガスを用いて前記蒸着室内のプラズマ条件を維持できるエネルギーレベルで前記蒸着室へエネルギーが加えられ、及び前記蒸着室へのエネルギーの印加を、前記蒸着室への前記第二前駆体ガスの流し込みを開始する前に前記プラズマ維持可能エネルギーレベルまで増加するエネルギーレベルで開始することを特徴とする請求項６０項記載の方法。
【請求項６４】
前記プラズマ条件において前記第二前駆体ガスを用いて前記蒸着室内のプラズマ条件を維持できるエネルギーレベルで前記蒸着室へエネルギーが加えられ、及び前記蒸着室へのエネルギーの印加を、前記蒸着室への前記第二前駆体ガスの流し込みの開始後に前記プラズマ維持可能エネルギーレベルまで増加するエネルギーレベルで開始することを特徴とする請求項６０項記載の方法。
【請求項６５】
前記プラズマ条件に表面マイクロ波プラズマが含まれることを特徴とする請求項６０項記載の方法。
【請求項６６】
前記第一前駆体ガスにＴｉＣｌ４が含まれ、前記第一単層にＴｉＣｌｘが含まれ、及び前記第二前駆体ガスにＨ２が含まれることを特徴とする請求項６０項記載の方法。
【請求項６７】
前記第二単層が前記第一単層と反応し、前記第二単層に前記第一単層成分と前記第二前駆体成分が含まれることを特徴とする請求項６０項記載の方法。
【請求項６８】
蒸着室内に半導体基板を配置し、
前記蒸着室内の基板へ第一前駆体ガスを流し込んで前記基板上へ第一単層を形成し、
前記第一単層の形成後、蒸着室内プラズマ条件下で前記基板へ前記第一前駆体ガスとは組成の異なる第二前駆体ガスを流し込んで前記第一単層とは組成の異なる第二単層を前記基板上へ形成する工程を含み、
前記蒸着室内における前記第二前駆体ガスのプラズマ発生が前記蒸着室への二番目に加えられるエネルギーによって生じ、及び
前記二番目に加えられるエネルギーを加える前に、蒸着室へ前記二番目に加えられるエネルギーより小さい安定状態にある最初に加えられるエネルギーを加えて、前記最初に加えられるエネルギーを前記二番目に加えられるエネルギーまで増加させる工程をさらに含む原子層蒸着方法。
【請求項６９】
前記加えられるエネルギーの増加が連続性であることを特徴とする請求項６８項記載の方法。
【請求項７０】
前記安定状態にある最初のエネルギーが前記第二前駆体ガスの流し込みからプラズマを発生させるには不十分であることを特徴とする請求項６８項記載の方法。
【請求項７１】
前記安定状態にある最初のエネルギーが前記第一前駆体ガスの流し込みからプラズマを発生させるには不十分であることを特徴とする請求項６８項記載の方法。
【請求項７２】
前記第一前駆体を流し込んでいる間に前記安定状態にある最初のエネルギーを加えることを特徴とする請求項６８項記載の方法。
【請求項７３】
前記安定状態にある最初のエネルギーが前記第一前駆体ガスの流し込みからプラズマを発生させるには不十分であることを特徴とする請求項７２項記載の方法。
【請求項７４】
前記第一及び第二前駆体ガスを流し込む中間段階に、蒸着室へ不活性パージガスを流し込む工程が含まれることを特徴とする請求項６８項記載の方法。
【請求項７５】
前記不活性パージガスを流し込んでいる間に前記安定状態にある最初のエネルギーが加えられることを特徴とする請求項７４項記載の方法。
【請求項７６】
前記第二前駆体ガスの流し込み後に蒸着室へ不活性パージガスを流し込み、前記第一及び第二前駆体ガスの流し込みの中間段階における前記不活性パージガスの流し込み中に前記安定状態にある最初のエネルギーを加え、及び前記第二前駆体の流し込み後の前記不活性パージガスの流し込み中に前記安定状態にある最初のエネルギーを加える工程を含むことを特徴とする請求項７４項記載の方法。
【請求項７７】
前記プラズマ条件に表面マイクロ波プラズマが含まれることを特徴とする請求項６８項記載の方法。
【請求項７８】
前記第二前駆体ガスの流し込みを開始する前に前記エネルギーの増加を開始する工程を含むことを特徴とする請求項６８項記載の方法。
【請求項７９】
前記第二前駆体ガスの流し込みを開始した後で前記エネルギーの増加を開始する工程を含むことを特徴とする請求項６８項記載の方法。
【請求項８０】
第二前駆体ガスの流し込みの開始と同時に前記エネルギーの増加を開始する工程を含むことを特徴とする請求項６８項記載の方法。
【請求項８１】
前記第二前駆体ガスの流し込みを止めた後で前記安定状態にある最初のエネルギーまでエネルギーを低下させる工程を含むことを特徴とする請求項６８項記載の方法。
【請求項８２】
前記第二前駆体ガスの流し込みを止める前に前記安定状態にある最初のエネルギーまでエネルギーを低下させる工程を含むことを特徴とする請求項６８項記載の方法。
【請求項８３】
前記第一前駆体ガスにＴｉＣｌ４が含まれ、前記第一単層にＴｉＣｌｘが含まれ、及び前記第二前駆体ガスにＨ２が含まれることを特徴とする請求項６８項記載の方法。
【請求項８４】
蒸着室内に半導体基板を配置し、
前記基板が中に配置された前記蒸着室へ基本エネルギーレベルのエネルギーを加え、
前記基本エネルギーレベルのエネルギーを加えている間に、前記蒸着室内の前記基板へ第一前駆体ガスを流し込んで蒸着室内非プラズマ条件下で前記基板上へ第一単層を形成し、
前記第一単層の形成後、前記エネルギーの基本エネルギーレベルを前記蒸着室内でプラズマを発生させることができるエネルギーレベルまで上昇させ、
前記プラズマ発生可能レベルのエネルギーを前記蒸着室へ加えている間に、前記蒸着室内の前記基板へ第二前駆体ガスを流し込んで前記第二前駆体ガスを用いて前記第一単層に対するプラズマを生成して前記第一単層とは組成の異なる第二単層を前記基板上へ形成し、及び
前記第二単層の形成後、前記プラズマ発生可能レベルのエネルギーを前記基本エネルギーレベルまで下げ、次いで別の単層を前記第二単層上へ蒸着する工程を含む原子層蒸着方法。
【請求項８５】
前記エネルギーレベルの上昇が連続性であることを特徴とする請求項８４項記載の方法。
【請求項８６】
前記第一及び第二前駆体ガスの流し込みの中間段階に前記蒸着室へ不活性パージガスを流し込む工程を含むことを特徴とする請求項８４項記載の方法。
【請求項８７】
前記不活性パージガスの流し込み処理中に前記基本エネルギーレベルのエネルギーを加える工程が含まれることを特徴とする請求項８６項記載の方法。
【請求項８８】
前記第二前駆体ガスの流し込み後に前記蒸着室へ不活性パージガス流し込み、前記第一及び第二前駆体ガスの流し込みの中間段階で前記不活性パージガスの流し込み処理中に前記基本エネルギーレベルのエネルギーを加え、及び前記第二前駆体の流し込み後の前記不活性パージガスの流し込み処理中に前記基本エネルギーレベルのエネルギーを加える工程を含むことを特徴とする請求項８６項記載の方法。
【請求項８９】
前記プラズマに表面マイクロ波プラズマが含まれることを特徴とする請求項８４項記載の方法。
【請求項９０】
前記第二前駆体ガスの流し込みを始める前に前記エネルギーレベルの上昇を開始する工程が含まれることを特徴とする請求項８４項記載の方法。
【請求項９１】
前記第二前駆体ガスの流し込みを始めた後で前記エネルギーレベルの上昇を開始する工程が含まれることを特徴とする請求項８４項記載の方法
【請求項９２】
前記第二前駆体ガスの流し込みの開始と同時に前記エネルギーレベルの上昇を開始する工程が含まれることを特徴とする請求項８４項記載の方法
【請求項９３】
前記第二前駆体ガスの流し込みを止めた後で前記エネルギーレベルの低下を開始する工程を含むことを特徴とする請求項８４項記載の方法。
【請求項９４】
前記第二前駆体ガスの流し込みを止める前に前記エネルギーレベルの低下を開始する工程を含むことを特徴とする請求項８４項記載の方法。
【請求項９５】
前記第一前駆体ガスにＴｉＣｌ４が含まれ、前記第一単層にＴｉＣｌｘが含まれ、及び前記第二前駆体ガスにＨ２が含まれることを特徴とする請求項８４項記載の方法。
【請求項９６】
蒸着室内に半導体基板を配置し、
前記蒸着室内の基板へ第一前駆体ガスを流し込んで前記基板上へ第一単層を形成し、
前記蒸着室へエネルギーレベルを増加させながらマイクロ波エネルギーの印加を開始し、
前記エネルギー印加の開始後、前記基板への前記第一前駆体ガスとは組成の異なる第二前駆体ガスの流し込みを開始し、
前記第二前駆体ガスの流し込みの開始後、前記第二前駆体ガスを用いて少なくともプラズマ条件を維持できるエネルギーレベルが得られるまでエネルギーレベルを連続的に増加させ、
前記第二前駆体が前記基板へ衝突している間に前記第二前駆体ガスからプラズマを発生させ、及び
第二前駆体の流し込みを止め、次いでマイクロ波エネルギーの印加を停止する各工程を含む原子層蒸着方法。
【国際調査報告】
2006505696.tif 000013
2006505696.tif 000014
2006505696.tif 000015
2006505696.tif 000016
2006505696.tif 000017
2006505696.tif 000018
2006505696.tif 000019