(57)【要約】基板を、複数の気相反応物質が交互に繰り返す表面反応にさらすことによって、基板（１６）に薄膜を成長させる様々な反応装置を開示する。一実施形態では、反応装置（１２）は、反応室（１４）を備える。シャワーヘッドプレート（６７）が、反応室（１４）を上部と下部とに分ける。第１の前駆体が、反応室（１４）の下半分の部分へ方向付けられ、第２の前駆体が、反応室（１４）の上半分の部分へ方向付けられる。基板（１６）は、反応室（１４）の下半分の部分内に配置される。シャワーヘッドプレート（６７）は、複数の通路（７２）を含み、その結果、反応室（１４）の上半分の部分が、下半分の部分と連通する。別の構成では、反応室（１４）は、シャッタープレート（１２０）を含む。他の構成では、シャワーヘッドプレート（６７）は、反応室（１４）中を流れるガスの局所的な流れのパターンを変える構成とされる。
2004538374.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を、複数の気相反応物質が交互に繰り返す表面反応にさらすように構成された反応装置であって、
反応空間を画定する反応室と、
前記反応空間内に配置され、該反応空間を、基板が配置される第１の部分と、第２の部分とに分けるシャワーヘッドプレートと、
前記反応空間の前記第１の部分と連通した第１の前駆体源と、
前記反応空間の前記第２の部分と連通した第２の前駆体源と、
を有し、
前記シャワーヘッドプレートは、基板上における前記表面反応を水平方向に調節するように構成されている反応装置。
【請求項２】
前記シャワーヘッドプレートは、少なくとも一部分で、複数の通路を画定する第１のプレートを含み、該複数の通路は、前記第２の部分から前記反応室の第１の部分へ延びる、請求項１に記載の反応装置。
【請求項３】
前記第１のプレートが可変厚みを有する請求項２の反応装置。
【請求項４】
前記第１のプレートの複数の通路を選択的に開閉するように構成されたシャッタープレートを備える請求項２に記載の反応装置。
【請求項５】
前記シャッタープレートは、前記第１のプレートの複数の通路から幾何学的に中心軸線を外して配置された複数の通路を含む請求項４に記載の反応装置。
【請求項６】
前記シャワーヘッドプレートが可変厚さを有する請求項４に記載の反応装置。
【請求項７】
前記シャワーヘッドプレートは、一体形成された単一のプレートである請求項１に記載の反応装置。
【請求項８】
前記シャワーヘッドプレートは、基板の反応表面での流れの状態を変化させる構成とされている請求項１に記載の反応装置。
【請求項９】
前記反応装置は、プラズマ生成源を含み、前記反応装置の第２の部分は、インサイチューラジカル生成用のプラズマ空洞を形成する請求項１に記載の反応装置。
【請求項１０】
前記プラズマ生成源は、誘導結合プラズマを生成する構成とされている請求項９に記載の反応装置。
【請求項１１】
前記プラズマ生成源は、容量結合プラズマを生成する構成とされている請求項９に記載の反応装置。
【請求項１２】
前記プラズマ生成源は、第１の電極および第２の電極を含む請求項１１に記載の反応装置。
【請求項１３】
前記第１の電極は、前記反応室の外部に配置され、前記シャワーヘッドは、前記第２の電極である請求項１２に記載の反応装置。
【請求項１４】
前記第１の電極は、前記反応室の内部に配置され、前記シャワーヘッドは、前記第２の電極である請求項１２に記載の反応装置。
【請求項１５】
基板を、複数の気相反応物質が交互に繰り返す表面反応にさらすように構成された反応装置であって、
反応空間を画定する反応室と、
前記反応室内に配置された基板と、
前記反応室内に配置され、前記基板上方において直接プラズマを生成するように構成された誘導結合プラズマ生成装置と、
前記反応空間と連通した第１の前駆体源とを備える反応装置。
【請求項１６】
前記誘導結合プラズマ生成装置は、ＲＦコイルを備える請求項１５に記載の反応装置。
【請求項１７】
前記誘導結合プラズマ生成装置は、平面状誘導コイルを含む請求項１５に記載の反応装置。
【請求項１８】
基板を、複数の気相反応物質が交互に繰り返す表面反応にさらすように構成された反応装置であって、
反応空間を画定する反応室と、
前記反応室内に配置された基板と、
上面および下面を有するプラズマ生成装置であって、前記反応室内に配置されて、前記プラズマ生成装置の上面と、前記反応室の上部壁との間においてプラズマの生成を行う前記プラズマ生成装置と、
入口から前記反応空間と連通した第１の前駆体源と、
前記プラズマ生成装置の上面から、前記プラズマ生成装置の側部に沿って、前記プラズマ生成装置の下面と前記基板との間の空間へ、前記第１の前駆体を方向付けるように構成されて、前記第１の前駆体が、実質的に、基板と実質的に平行な第１の方向に流れるようにする前記フローガイドと、
を備える反応装置。
【請求項１９】
前記プラズマ生成装置は、誘導結合プラズマを生成する構成とされている請求項１８に記載の反応装置。
【請求項２０】
前記プラズマ生成装置の下面は、導電プレートを含む請求項１９に記載の反応装置。
【請求項２１】
前記プラズマ生成装置は、容量結合プラズマを生成する構成とされている請求項１８に記載の反応装置。
【請求項２２】
基板を、複数の気相反応物質が交互に繰り返す表面反応にさらすように構成された反応装置であって、
機械的な力によって相互に固定された第１の部分および第２の部分を含む反応空間を画定する反応室と、
前記反応空間内に配置され、基板が配置される第１の部分と、第２の部分とに前記反応空間を分けるシャワーヘッドプレートであって、該シャワーヘッドプレートが、少なくとも一部分において、前記反応室の前記第２の部分から前記第１の部分へ延びる複数の通路を画定し、前記反応室の前記第１の部分と前記第２の部分とにより、少なくとも一部分で、形成された溝の間に支持された前記シャワーヘッドプレートと、
前記反応空間の前記第１の部分と連通した第１の前駆体源と、
前記反応空間の前記第２の部分と連通した第２の前駆体源と、
を備えた反応装置。
【請求項２３】
複数のサイクルを含む原子層堆積方法であって、各サイクルは、
基板が配置される反応空間に第１の前駆体を供給するステップと、
基板表面に、吸着種の層が形成されるように第１の前駆体を吸着させるステップと、
前記反応空間から第１の前駆体を除去するステップと、
第２の前駆体を供給するステップと、
実質的に完全な状態で、基板上を延びるシャワーヘッドプレートの中を、前記吸着種と反応する第２の前駆体を通過させるステップと、
前記反応空間から前記第２の前駆体を除去するステップと、
を含む原子層堆積方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板表面に薄膜を成長させる装置に関する。さらに詳細には、本発明は、基板を、複数の気相反応物質が交互に繰り返す表面反応にさらすことにより、基板表面に薄膜を生成する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板の表面に薄膜を成長させるいくつかの方法がある。これらの方法には、真空蒸着堆積と、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）と、化学気相成長（ＣＶＤ）の変形（減圧および有機金属ＣＶＤ、ならびにプラズマＣＶＤを含む）と、原子層エピタキシ（ＡＬＥ）とがあり、原子層エピタキシは、半導体堆積およびエレクトロルミネッセンスディスプレイへの応用のために広く研究されたが、最近は、種々の材料を堆積させる原子層堆積（ＡＬＤ）と呼ばれることが多くなってきた。
【０００３】
ＡＬＤは、前駆体種（例えば、第１の前駆体および第２の前駆体）を基板に連続して導入することに基づく堆積方法であり、この基板は、反応室内に配置される。成長機構は、基板の活性部位への第１の前駆体の吸着に依存する。単分子層のみが生成されて、本プロセスが自己終結または飽和するような状態である。例えば、第１の前駆体は、吸着された種の上に残る配位子を含み得、この吸着された種は、それ以上の吸着を妨げる。したがって、温度は、前駆体の凝縮温度を超えかつ前駆体の熱分解温度を下回る温度に維持しておく。一般に、この第１の吸着ステップの次に、第１のパージ段階が続き、この段階において、過剰の第１の前駆体および生じ得る反応副生成物が、反応室から除去される。次いで、第２の前駆体を反応室内へ導入する。第１および第２の前駆体は、相互に反応するのが一般的である。そのため、第１の前駆体が吸着された単分子層は、導入された第２の前駆体と即反応し、それにより所望の薄膜が生成される。一度吸着された第１の前駆体が消費されると、この反応は、終結する。次いで、第２の前駆体および生じ得る反応副生成物の過剰分は、第２のパージ段階によって除去される。サイクルを繰り返して、薄膜を所望の厚さに成長させることができる。サイクルは、さらにより複雑にすることができる。例えば、サイクルは、パージおよび／または排気ステップにより分かれる３つまたはそれ以上の反応物質パルスを含み得る。
【０００４】
ＡＬＤが、フィンランド国特許公報第５２，３５９号および第５７，９７５号と、米国特許第４，０５８，４３０号および第４，３８９，９７３号明細書とに記載されている。これらの方法を行うのに適した装置が、米国特許第５，８５５，６８０号明細書、フィンランド国特許第１００，４０９号明細書、Material Science Report 4 (7) (1989), p 261、Tyhjiotekniikka （フィンランド国真空技術に関する刊行物）ISBN951-794-422-5のpp. 253-261に開示されており、それらは、参照によってここに組込まれる。
【０００５】
ＡＬＤでは、反応が表面により異なるので、反応室の設計は、基板上に成長する薄膜の組成、均一性あるいは特性には影響しないことが理想的である。しかしながら、少数の前駆体だけしか、そのような理想的な挙動または理想に近い挙動を示さない。この理想化された成長モードを妨害する可能性がある要因には、次のものがある。時間に依存する吸着−脱着現象、第１の反応の副生成物による第１の反応の妨害（例えば、副生成物が流れの方向に移動すると、例えばTiCl4 + NH3 → TiNプロセスでは、下流における成長速度が低減し、続いて不均一が生じる場合がある）、反応室の上流部分における第２の前駆体の総消費（すなわち分解）（例えば、ホットゾーンにおけるオゾンの分解）、反応室内の流れが不均一な状態であることによって生じる、第１の前駆体の不均一な吸着／脱着。
【０００６】
プラズマＡＬＤが、導電性薄膜、半導性薄膜または絶縁性薄膜を堆積させるＡＬＤの一種であって、このＡＬＤは、成功する可能性のある方法である。この方法では、ＡＬＤ反応は、ラジカルを生成することにより促進される。いくつかの先行技術の方法では、直接容量プラズマ（direct capacitive plasma）が、基板上方に発生する（すなわち、インサイチューラジカル生成）。しかしながら、この方法によって、プラズマによるスパッタリングが起こる場合があり、このスパッタリングは、反応室内の部分からスパッタリングされた材料が基板と接触すると、薄膜を汚染する場合がある。さらに別の欠点は、導電性材料を堆積させる時、反応室内においてアーク放電が発生し得ることであって、その理由は、地面からＲＦを絶縁するために使用された絶縁体もまた、被堆積導電性材料で被覆される場合があることである。
【０００７】
別の先行技術のプラズマＡＬＤ方法は、遠隔においてマイクロ波放電を発生させることにより、プラズマを生成することを含む（米国特許第５，９１６，３６５号明細書を参照）。これは、基板とラジカル源との間に広い間隔が必要であるという欠点を有し、ラジカルが、基板に達する前に再結合してしまう場合がある。さらに、この方法では、ラジカルの分配は、一般的に、非均一であり、反応装置内のガスの流れパターンが、うまく定まらない可能性がある。
【０００８】
したがって、上述の問題のうちの少なくともいくつかを処理する、改良されたＡＬＤ装置および／または方法への要請が、存在する。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
したがって、本発明の一態様は、基板を、複数の気相反応物質が交互に繰り返す表面反応にさらすように構成された反応装置を提供する。反応装置は、反応空間を画定する反応室を含む。シャワーヘッドプレートが、反応空間内に配置され、反応空間を第１の部分と第２の部分とに分ける。シャワーヘッドプレートは、少なくとも一部分において、反応室の第２の部分から第１の部分へ延びる複数の通路を画定する。反応装置は、反応空間の第１の部分と連通した第１の前駆体源と、反応空間の第２の部分と連通した第２の前駆体源とをさらに含む。基板は、反応空間の第１の部分内に配置される。
【００１０】
一構成では、シャワーヘッドプレートは、一体成形された単一のプレートである。別の実施形態では、反応室は、機械的な力によって相互に固定された第１の部分および第２の部分を含み、シャワーヘッドプレートは、機械的な力により反応室の第１の部分と第２の部分との間に支持される。なお別の実施形態では、シャワーヘッドプレートは、基板上の表面反応を水平方向に調節するように構成される。別の構成では、シャワーヘッドプレートの厚さは、変化させることができる。さらに別の構成では、シャワーヘッドは、第２のプレートに対して可動となるように構成されたシャッタープレートを含み、各プレートの開口部同士の間の重複部分は、基板上におけるガスの流れを調整するように変化させることができる。
【００１１】
本発明の別の態様は、基板を、複数の気相反応物質が交互に繰り返す表面反応にさらすように構成された反応装置を提供する。反応装置は、反応空間を画定する反応室を含む。反応装置は、反応空間と連通した第１の前駆体源をさらに含む。基板が、反応空間内に配置される。反応装置は、反応室内に配置され基板上方において直接プラズマを生成するように構成された誘導結合プラズマ生成出力機構をさらに含む。
【００１２】
しかしながら、本発明のさらに別の態様は、複数の気相反応物質に交互に繰り返し基板表面をさらし反応を起こすように構成された反応装置を提供する。反応装置は、反応空間を画定する反応室を含む。基板が、反応室内に配置される。プラズマ生成装置が、上面および下面を有する。プラズマ生成装置は、プラズマ生成装置の上面と反応室の上部壁との間においてプラズマが生成されるように反応室内に配置される。第１の前駆体源が、入口を通って反応空間と連通している。フローガイドが、プラズマ生成装置の上面から、プラズマ生成装置の側部に沿って、プラズマ生成装置の下面と基板との間の空間へ、第１の前駆体を方向付けるように構成される。第１の前駆体は、基板と実質的に平行である、実質的に第１の方向に流れる。
【００１３】
本発明の別の態様は、基板を、複数の気相反応物質が交互に繰り返す表面反応にさらすように構成された反応装置を提供する。反応装置は、反応空間を画定する反応室を含み、反応空間は、機械的な力によって相互に固定された第１の部分と、第２の部分とを含む。シャワーヘッドプレートが、反応空間内に配置され、反応空間を、基板が配置される第１の部分と、第２の部分とに分ける。シャワーヘッドプレートは、少なくとも一部分において、第２の部分から反応室の第１の部分へ延びる複数の通路を画定する。シャワーヘッドプレートは、反応室の第１の部分と第２の部分とにより、少なくとも一部分で、形成された溝の間に支持される。第１の前駆体源が、反応空間の第１の部分と連通している。第２の前駆体源が、反応空間の第２の部分と連通している。
【００１４】
本発明のさらに別の態様は、複数のサイクルを含む原子層堆積方法を提供する。各サイクルは、基板が配置される反応空間へ第１の前駆体を供給するステップと、吸着種の層を形成するように第１の前駆体を基板表面に吸着させ得るステップと、反応空間から第１の前駆体を除去するステップと、第２の前駆体を供給し、基板上を延びるシャワーヘッドプレートの中に、吸着種と反応する第２の前駆体を実質的に完全な状態で通過させるステップと、反応空間から第２の前駆体を除去するステップとを、含む。
【００１５】
本発明のさらなる態様、特徴および利点は、好ましい実施形態の以下の説明から明らかになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
基板を、複数の気相反応物質が交互に繰り返す表面反応にさらすことによって基板表面に薄膜を生成する反応装置の好ましい実施形態の図面を参照して、本発明の前述した他の特徴を説明する。ここに示した反応装置の実施形態は、説明することを目的としたものであって、本発明を限定するものではない。
【００１７】
図１に、先行技術の典型的なＡＬＤ反応装置１０の概略を示す。反応装置１０は、反応室１２を含み、この反応室１２は、少なくとも一部分において、反応空間１４を画定する。ウェハまたは基板１６は、反応室１４内に配置され、ペデスタル１８により支持される。ペデスタル１８は、反応室１４内外へウェハ１６を移動させるように構成される。他の構成では、反応装置は、入口／出口ポート、およびロボットアームを有する外部ロボットを含み得る。ロボットアームは、（ｉ）入口／出口ポートから反応装置内へ基板を移動させ、（ｉｉ）ペデスタルに基板を配置し、（ｉｉｉ）ペデスタルから基板を持ち上げ、かつ／または（ｉｖ）入口／出口ポートを通って反応装置から基板を取り出す構成にすることができる。
【００１８】
ここに示す反応装置１０内では、２つの前駆体ＡおよびＢが、反応空間１４に供給される。第１の前駆体Ａは、第１の供給管２０を通って反応室１４に供給される。同様に、第２の前駆体Ｂは、第２の供給管２２を通って反応空間１４に供給される。第１の供給管２０は、第１の前駆体供給源（図示せず）とパージガス供給源（図示せず）と連通している。同様に、第２の供給管２２は、第２の前駆体供給源（図示せず）とパージガス供給源（図示せず）と連通している。パージガスは、不活性ガスであることが好ましく、２つの例として、窒素またはアルゴンにしてもよい。パージガスを用いて、第１および／または第２の前駆体を供給源から反応室１２へ輸送することが好ましい。パージガスはまた、以下にさらに詳細に説明するように、第１または第２の前駆体が供給されていない時に、反応室および／または供給管２０、２２をパージするために使用することができる。変更された構成では、反応装置は、反応室１２にパージガスを供給する独立した別個のパージガス供給管を含み得る。排気路２３が、反応空間１４からガスを除去するために設けられる。
【００１９】
ディバイダプレート２４が、反応室１２内に配置されるのが典型的である。ディバイダプレート２４は、第１の面２６および第２の面２８を有する。ディバイダプレート２４は、概ね第１の供給管２０および第２の供給管２２の出口同士の間に配置される。すなわち、第１の面２６全体は、第１の前駆体供給管２０の出口に露出され、それと同時に第２の面２８全体が、第２の前駆体供給管２２の出口に露出される。ディバイダプレート２４によって、第１および第２の前駆体を、供給管２０、２２の表面の反応では消耗せずに、反応室１２内へ均一に導入することができる。すなわち、ディバイダプレート２４は、反応空間１４を、第１の前駆体および第２の前駆体に交互にさらされる唯一の共通の空間にすることができ、その結果、第１および第２の前駆体は、所望のように基板１６上においてしか反応しない。第１および第２の供給管の壁に第１および第２の前駆体が吸着され得ることから、反応空間の上流において第１および第２の供給管を連結し単一の供給管にすることは、供給管の壁において反応および堆積が続いて起こる原因となる可能性があり、それは一般に望ましくない。
【００２０】
ここに示した反応装置１０は、様々なＩＣウェハ処理法に使用することができる。これらの方法には、（限定はしないが）以下のものがある。バックエンドプロセス用のバリアおよび金属と、ゲート、スタック、キャパシタに用いられる高誘電性材料または低誘電性材料と、酸化物薄膜または層間膜とがある。
【００２１】
ここで反応装置１０の包括的な操作手順を説明する。第１の段階において、第１の前駆体Ａを反応室１２に供給する。特に、第２の供給源を閉じたまま、第１の前駆体供給源を開いて、第１の前駆体Ａを第１の供給管２０から反応室１２内へ流すことができる。例えば、パルスバルブを使用して、あるいは不活性ガスをバルブ調節する構成、例えば２００２年１月２１日付公開の国際公開第WO02/08488号明細書の8ページに記載された構成によって、第２の前駆体の流れを停止することができ、後者の構成は、全体が参照によりここに組み込まれる。パージガスは、第１の供給管２０および第２の供給管２２から流すことが好ましい。この段階の間に、第１の前駆体Ａは、基板１６の活性部位上に吸着されて、吸着単分子層を形成する。第２の段階の間では、過剰な第１の前駆体Ａおよびどんな副生成物をも反応装置１０から取り除く。これは、第１の供給管２０および第２の供給管２２からパージガスを流し続けながら、第１の前駆体の流れを遮断することにより行われる。変更された構成では、反応装置１０に別個に連結された第３の供給管からパージガスを供給することができる。第３の段階では、第２の前駆体Ｂを反応室１２に供給する。特に、第１の前駆体供給源を閉じたままで、第２の前駆体供給源を開く。パージガスは、なお第１の管２０および第２の管２２から供給することが好ましい。第１および第２の前駆体は、相互に非常に反応しやすい。そのため、第１の前駆体Ａを吸着した単分子層は、反応室１２内へ導入されている第２の前駆体Ｂと直ちに反応する。これは、基板１６上に所望の薄膜を生成する。反応は、吸着された第１の前駆体の全量が一度消費されると終わる。第４の段階では、過剰な第２の前駆体およびどんな副生成物をも反応室１２から取り除かれる。これは、第１の供給管２０および第２の供給管２２へのパージガスの流れを残したままで、第２の前駆体を遮断することによって、行われる。薄膜を所望の厚さに成長させるのに必要なだけ、上述のサイクルを繰り返すことができる。当然ながら、パージ段階を真空段階に代えることができる。上述した包括的操作手順と、上述した第１の管２０および第２の管２２の構成、およびその変更とを、以下に説明する実施形態に適用可能であることを理解すべきである。
【００２２】
上述のように、反応室１２の構成は、反応が自己制限的であることから基板１６上に成長する薄膜の組成、均一性あるいは特性には影響しない。しかしながら、ほんの少数の前駆体だけしか、そのような理想的な挙動または理想に近い挙動を示さないことが分かった。この理想の成長モードを妨害し得る要因には、次のものがある。時間に依存する吸着−脱着現象、第１の反応の副生成物による第１の反応の妨害（例えば、副生成物が流れの方向に移動すると、例えば、TiCl4 + NH3 → TiNプロセスでは、下流における成長速度が低減し、続いて不均一が生じる場合がある）、反応室の上流部分における第２の前駆体の総消費（すなわち分解）（例えば、加熱ゾーンにおけるオゾンの分解）、および反応室内における流れが不均一な状態であることにより生じる、第１の前駆体の不均一な吸着／脱着。
【００２３】
図２に、本発明に係るいくつかの特徴および利点を有するＡＬＤ反応装置５０の一実施形態を示す。反応装置５０は、上述した、理想的でないと認められたものを理想に近づける構成であることが好ましい。上述の反応装置の場合と同様に、ここに示す実施形態は、反応室５２を含み、それは、反応空間５４を画定する。ウェハまたは基板５６が、反応室５２内に配置されペデスタル５８により支持され、このペデスタル５８は、反応室５２内外へ基板５６を移動させる構成とすることが好ましい。変更された構成では、反応装置５０は、入口／出口ポート、およびロボットアームを有する外部ロボット（図示せず）を含み得る。ロボットアームは、（ｉ）入口／出口ポートから反応装置内へ基板を移動させ、（ｉｉ）ペデスタルに基板を配置し、（ｉｉｉ）ペデスタルから基板を持ち上げ、かつ／または（ｉｖ）入口／出口ポートを通って反応装置から基板を取り出す構成にすることができる。
【００２４】
ここに示した実施形態では、２つの前駆体Ａ、Ｂが、反応室５２に供給される。第１の前駆体Ａは、第１の前駆体管６０を通って反応室５２に供給される。同様に、第２の前駆体Ｂは、第２の前駆体供給管６２を通って反応室５２に供給される。各供給管は、前駆体供給源（図示せず）、および好ましくはパージガス源（図示せず）に連結される。パージガスは、不活性ガスであり、例として、窒素あるいはアルゴンにすることができる。パージガスはまた、第１のおよび／または第２の前駆体を輸送するために使用することができる。反応装置５０はまた、反応室５２から材料を取り除く排気部６６を含む。
【００２５】
シャワーヘッドプレート６７が、反応室５２内に配置される。シャワーヘッドプレート６７は、単一の一体化したエレメントであることが好ましい。シャワーヘッドプレート６７は、好ましくは反応空間５４全体にまたがり、反応空間５４を上部室６８と下部室７０とに分ける。変更された実施形態では、シャワーヘッドプレート６７は、反応空間５４の一部分だけを、上部室６８および下部室７０とに分けることができる。そのような部分は、概ね基板５６の上方に位置し、第１の管６０および第２の管６２の出口同士の間の空間へ延びることが好ましい。
【００２６】
シャワーヘッドプレート６７は、少なくとも一部分において、上部室６８と下部室７０とを接続する複数の通路７２を画定している。ここに示した実施形態では、このような通路７２は、概ね基板５６上に位置するシャワーヘッドプレート６７に小さな孔を設けることにより形成される。このように、シャワーヘッドプレート６７は、実質的に、第２の管６２からの流れが概ね基板５６上になるまで、第２の前駆体Ｂが下部室７０に入るのを妨げる。
【００２７】
上述のように、シャワーヘッドプレート６７は、反応空間５４全体にまたがる単一のエレメントからなることが好ましい。そのような実施形態では、シャワーヘッドプレート６７は、反応室５２の上部と下部との間に機械加工して設けた空間に堅固に嵌めることによって支持され得る。シャワーヘッドプレート６７は、上部および下部の対向した側により積極的な機械的な力をかけることによって、このように所定位置に維持することができる。すなわち、シャワーヘッドプレート６７は、相対的に可動な、反応室５２の上部と下部との間に締め付けられ、シャワーヘッドプレートを所定位置に固定する固定具を追加する必要はない。他の実施形態では、シャワーヘッドプレート６７は、複数の部品から形成可能であり、かつ／または他の方法で、例えば反応室５２内に位置する支持物により支持可能である。
【００２８】
一般に、通路７２は、基板５６へ第２の前駆体Ｂを均一に分布可能となるように構成される。ここに示した実施形態では、通路７２は、基板５６の上方に均等に配置されている。しかしながら、他の構成では、通路７２のパターン、サイズ、形状および配置は、基板面における第２の前駆体Ｂの均一性を最大限にするように変更可能である。さらに他の実施形態では、パターン、サイズ、形状および配置は、必要な場合または所望の場合には、基板における第２の前駆体Ｂの濃度を非均一にする構成にすることができる。上述の単一エレメント型シャワーヘッドプレート６７は、シャワーヘッドプレート６７を容易に取り替え、交換可能であることから特に有用である。例えば、反応室５２の上部と下部との間にシャワーヘッドプレートが締め付けられる実施形態では、シャワーヘッドプレート６７は、反応室５２の上部と下部とを引き離すことによって取り出し可能であり、この取り出しは、作動時の通常の搬入出処理中に行われる。したがって、シャワーヘッドプレート６７は、所望のまたは必要な場合、通路のパターン、配置、および／またはサイズが異なるものに容易に取り替え可能である。したがって、通路の最適なパターン、配置および／またはサイズを決定する所定の実験を容易に行うことができる。さらに、そのようなシャワーヘッドプレートは、製造が比較的容易でありコスト効果もある。
【００２９】
本発明に係るいくつかの特徴および利点を有する変更された実施形態では、シャワーヘッドプレートは、反応室５２内の流れのパターンを変えるために使用することができる。そのような実施形態の例を図３Ａに示す。この実施形態では、シャワーヘッドプレート６７は、可変の厚さｔを有する。すなわち、シャワーヘッドプレート６７の厚さｔは、下流方向に増す。そのため、基板５６とシャワーヘッド６７との間の流れの空間ｓは、下流方向に狭くなる。流れの空間ｓが変化すると、基板５６における流れの調節条件もまた、基板５６上の種々の位置における成長速度を変化させる。したがって、このような構成および／または変更によって、基板面における成長速度のどんな非均一性も低減させることができる。例えば、第１の前駆体の水平方向の流れにより導入される非均一性は、このように補償可能である。
【００３０】
他の実施形態では、シャワーヘッドプレートは、シャワーヘッドプレートと基板との間の間隔が、図３Ａに示した実施形態とは別の方法で異なるように構成可能である。例えば、図３Ｂに示すように、流れの空間ｓは、下流方向に広くすることができる。他の実施形態では、この流れの空間ｓは、反応室を横切って変化させることができる（例えば、基板５６とシャワーヘッドプレート６７との間の間隔を反応室５２の側壁近くにおいて広くすることできる）。さらに他の実施形態では、シャワーヘッドプレートと基板との間の間隔を、広くし次に狭くすることができるか、あるいはその逆にすることができる。さらに別の実施形態では、シャワーヘッドプレートと反応室の頂部との間の間隔を、上述の変更に加えてまたはその代わりに変化させることができる。
【００３１】
変更された別の実施形態では、ＡＬＤ反応装置１００が、シャッタープレート１０２を含み、このシャッタープレート１０２は、シャワーヘッドプレート６７の通路７２を通る流れを制御するように構成される。図４Ａは、そのような実施形態の例を示し、この例では、図２の部分と同様の部分を指すために、同じ番号を使用する。ここに示した実施形態では、シャッタープレート１０２は、シャワーヘッドプレート６７の上部に隣接してかつその上に配置される。シャッタープレート１０２およびシャワーヘッドプレート６７の少なくとも対向した面は、非常に平坦であり、研磨されていることが好ましい。シャッタープレート１０２は、複数の通路１０４を有し、この通路１０４は、シャワーヘッドプレート６７の対応する通路７２と同一のまたは同様のパターンで設けられることが好ましい。変更された実施形態では、シャッタープレート１０２は、シャワーヘッドプレート６７の下に配置することができる。
【００３２】
シャッタープレート１０２は、アクチュエータエレメント１０６に機械連結されて、好ましくはｘｙ平面において、シャワーヘッドプレート６７に相対移動させることができる。ここに示した実施形態では、アクチュエータ１０６は、ｘ方向にシャッタープレート１０２を移動するように構成される。アクチュエータ１０６は、例えば、圧電、磁気、および／または電気のような多くの方式にすることができる。図４Ｂに示すように、シャッタープレート１０２を用いて、シャワープレート６７に対するシャッタープレート１０２の位置に応じて、シャッタープレート１０２の通路７２およびシャワーヘッド６７の通路１０４を開閉することができる。１つまたはそれ以上のバイパス通路１１０が、シャッタープレート１０２およびシャワーヘッドプレート６７の下流端に設けられて、シャッタープレート１０２が閉鎖位置にある時（図４Ｂ）、反応室の上部６８内のガスを排気部６６から排出させ得ることが好ましい。バイパス通路１０２は、図４Ａに示すように、シャッタープレート１０２が開放位置にある時、閉鎖されることが好ましい。
【００３３】
図５Ａおよび図５Ｂは、本発明に係るいくつかの特徴および利点を有するシャッタープレート１２０（図５Ｂ）およびシャワーヘッドプレート１２２（図５Ａ）の一実施形態を示す。この実施形態では、シャッタープレート１２０の通路１２４、およびシャワーヘッドプレート１２２の通路１２６は、基板へのガスの分配を変えるために幾何学的に相互に中心軸線を外して配置している。そのため、ｘｙ平面におけるシャッタープレート１２０の位置を制御することによって、基板に対して第２の前駆体の供給量を次第に空間的に（ｘｙ平面において）変えることができる。さらに詳細には、供給量は、シャワーヘッドプレート１２２の前方部分（上流）では（すなわちｘ方向または流れ方向において）０から１００％に、後方部分（下流）では１００から０％に変えることができる。幾何学的設計を改良して、側部方向（すなわち、ｙ方向または時計回りの流れ方向）において同様のタイプの制御もまた可能である。当然ながら、シャッタープレートおよびシャワーヘッドプレートの孔の幾何学的形状の精密な詳細を変更可能であること、および一枚のプレート当たり４つを超えるかまたは４つより少ない通路にまで、その原理を容易に拡大可能であることを、当業者は理解するだろう。
【００３４】
図６Ａから図６Ｆに、図５Ａから図５Ｂに示したプレートの、中心軸線を外して配置している通路を用いて達成可能な種々の配置を示す。図６Ａでは、シャッタープレート１２０は、通路１２４が１００％開口するような配置である。図６Ｂでは、プレート１２０の前方の通路１２４は１００％開口し、プレート１２０の後端部の通路１２４は５０％しか開口していない。図６Ｃでは、プレート１２０の前方の通路１２４は５０％開口し、プレート１２０の後端部の通路１２４は１００％開口している。図６Ｄでは、プレート１２０の左手側の通路１２４は５０％開口し、プレート１２０の右手側の通路１２４は１００％開口している。図６Ｅでは、前方左の通路１２４は５０％開口し、前方右の通路１２４は２５％開口し、後方左の通路１２４は１００％開口し、後方右の通路１２４は５０％開口している。図６Ｆでは、前方左の通路１２４は５０％開口し、前方右の通路１２４は１００％開口し、後方左の通路１２４は２５％開口し、後方右の通路１２４は５０％開口している。
【００３５】
上述の構成によって、反応装置１００内の流れ（図４Ａから図４Ｂを参照）には、反応プロセスにおける非均一性を補償する調整を行うことができる。特に、シャッタープレート１２０の位置の調節によって、反応プロセスにおける非均一性を補償するいくつかの異なる流れパターンを得ることができる。
【００３６】
変更された構成では、シャッタープレートは、垂直に（すなわちｚ方向に）移動する構成にすることができる。このような構成では、シャッタープレートは、アパーチャを有する必要はなく、プレートを用いて、シャワーヘッドプレートの通路を交互に開閉可能である。
【００３７】
上述のシャッタープレート構成を図２Ａから図３Ｂに関して上に説明した実施形態、および後述する実施形態と組み合わせてあるいは部分的に組み合わせて用いることができることを理解すべきである。
【００３８】
図７Ａに、本発明に係るいくつかの特徴および利点を有するＡＬＤ反応装置１５０の別の実施形態を示す。この実施形態では、反応室５２は、インサイチューラジカルまたは励起種を生成するための別個のプラズマ空洞１５２を画定している。上述のように、インサイチューラジカルまたは励起種を用いて、基板面における反応を促進することができる。インサイチューラジカルまたは励起種を生成するために、様々な方法、例えばプラズマ空洞内外に配置されたコンデンサ電極（すなわち、容量結合プラズマ）、ＲＦコイル（すなわち、誘電結合プラズマ）、ライト（light）、マイクロ波、電離放射線（ionizing radiation）、加熱（例えば、加熱したタングステンフィラメントを用いて、水素分子から水素ラジカルを形成可能である）、および／またはプラズマを生成する化学反応のような方法で、プラズマ空洞１５２内にプラズマを生成することができる。
【００３９】
図７Ａに示した実施形態では、コンデンサ電極１５３は、ＲＦ電源１５５に接続され、反応室５２およびプラズマ空胴１５２の外部に配置される。シャワーヘッドプレート６７は、プラズマ空洞１５２と基板５６との間に配置され、ここに示した実施形態では、別の容量結合電極として用いられる。この実施形態はいくつかの利点を有する。例えば、ラジカルの寿命が非常に短くても、成長面への（すなわち基板５６の）通路は、成長反応への貢献を保証するのに十分な短さである。さらに、プラズマ室１５２は、必要なプラズマ発生空間を提供し、かつプラズマを成長面から隔てるためにも十分な大きさに形成することができ、したがって、プラズマ中の高エネルギー粒子および電荷の有害な影響から保護することができる。別の利点の一例は、プラズマ空洞１５２が１つのタイプの前駆体にのみさらされ、よって、薄膜がプラズマ空洞１５２の内面では成長しないことである。したがって、プラズマ空洞１５２はより長い時間清浄なままである。
【００４０】
一実施形態では、第１の前駆体Ａは、基板５６の表面に吸着され、第２の前駆体Ｂとは直接反応しない。あるいは、第１の前駆体Ａは、第２の前駆体Ｂの励起種と反応し、この第２の前駆体Ｂ（例えば、Ｎ2であり、Ｎラジカルは吸着種と反応するが、Ｎ2は吸着種と反応することはない）は、プラズマ空洞１５２内で生成される。変更された実施形態では、第１の前駆体Ａは、再結合ラジカルと反応し、再結合ラジカルは、プラズマ空洞１５２内またはプラズマ空洞１５２の下流において生成され得る。いずれの実施形態でも、プラズマ空洞内におけるプラズマの生成サイクルが繰り返されている間、第２の供給管６２を通る第２の前駆体Ｂの流れを一定にしておくことができる。変更された実施形態では、プラズマ空洞サイクル方法はまた、遠隔のプラズマ空洞を用いる、変更された反応装置と共に用いることができる。さらに別の実施形態では、上述の反応装置１５０は、プラズマ生成用の電力を維持したまま、第２の前駆体の流れのサイクルが繰り返されるように（またはその流れが有効レベルを下回るように）操作可能である。
【００４１】
図７Ｂに、さらにプラズマ空洞１６２を用いる反応装置１６０の変更された実施形態を示す。この実施形態では、反応装置１６０は、反応室１６３を含み、この反応室１６３は、反応空間１６４を画定する。基板１６６が、反応空間１６４内に配置され、サセプタ１７０により支持され、サセプタ１７０は加熱され得る。第１の前駆体を第１の供給管１７２を介して反応空間内へ導入する。第１の供給管１７２および反応室１６３は、反応室内の第１の前駆体の流れが基板１６６の反応表面と概ね平行になる構成にすることが好ましい。反応室１６３からの材料除去を支援する排気部１７４およびポンプ（図示せず）を設けることが好ましい。
【００４２】
反応装置１６０はまた、プラズマ室１７５を含み、このプラズマ室１７５は、ここに示した実施形態では、概ね反応空間１６４の上方に位置する。プラズマ室１７５は、インサイチュー励起種またはラジカルが生成されるプラズマ空洞１６２を画定する。ラジカルを生成するために、第２の前駆体を第２の供給管１７６を介してプラズマ空洞１６２内へ導入する。ラジカルまたは他の励起種は、プラズマ室１７５内において生成されたプラズマから生成される。プラズマを生成するために、ここに示した実施形態では、ＲＦコイル１７７およびＲＦシールド１７９を用い、これらのＲＦコイル１７７およびＲＦシールド１７９は、例えば石英からなるウィンドウ１７８により、プラズマ空洞１６２から隔てられる。別の実施形態では、プラズマは、平坦な誘導コイルを使用して生成されると有利である。そのような平坦な誘導コイルの一例が、Journal of Applied Physics、Volume 88、Number 7、3889 (2000)、およびJournal of Vacuum Science Technology、A19(3)、718 (2001)に記載され、それらは、参照によってここに組み込まれる。
【００４３】
プラズマ空洞１６２および反応空間１６４は、ラジカルまたはシャワーヘッドプレート１８０によって隔てられる。シャワーヘッドプレート１８０は、少なくとも一部分において、複数の通路１８２を画定し、その中から反応空間１６４内へ、プラズマ空洞内において生成されたラジカルが流れ得ることが好ましい。通路１８２を通る流れは、概ね、基板１６６の反応表面を向くことが好ましい。いくつかの実施形態では、シャワーヘッドプレート１８０と基板１６６との間の空間は、数ミリメートル程度までの大きさにすることができる。このような構成によって、短寿命のラジカルのためであっても、ウェハ表面において十分なラジカル濃度を得られる。
【００４４】
ここに示した実施形態では、パージガスをパージ入口１８４からプラズマ空洞へ連続的に供給可能である。このような実施形態では、プラズマ室１７５は、圧力を実質的に一定にして作動させることができる。
【００４５】
ここに示した実施形態では、シャワーヘッドプレート１８０と、反応室１６３に隣接する周囲の構成部品とを加熱可能であり、この加熱は、シャワーヘッドプレート１８０の一方の面にプラズマを生成しかつ／または他方の面に加熱したサセプタ１７０を配置するか、あるいはシャワーヘッドプレート１８０を別個に加熱するかいずれかによって行われる。
【００４６】
いくつかの実施形態では、ＲＦ電力を用いて、流れにおけるラジカル濃度を交互に切り替え可能である。他の実施形態では、プラズマ空洞への前駆体の供給は、交互に切り替え可能である。プラズマ空洞１６２から反応空間１６４への流れを継続させることが好ましい。ガスを継続して流すこと、すなわち、不活性ガスと交互にラジカルを流すことが好ましく、それは、反応空間１６４内の第１の前駆体がプラズマ空洞１６２を汚染することを妨げるからである。これによって、アーク放電なしに導電性化合物の堆積が促進される。プラズマ空洞１６２と反応空間１６４との間に正圧の差があり、またプラズマ空洞１６２内の圧力の方が高いことが好ましい。また、このような構成によって、プラズマ室１７５内におけるプラズマの生成が促進される。
【００４７】
図７Ｃに、プラズマ空洞を用いるＡＬＤ反応装置２００の変更された別の実施形態を示す。図７Ｂと同様の部分を示すために、同様の番号（例えば、162、163、166、170、174、176、184など）を使用する。この実施形態では、プラズマ空洞１６２内のプラズマは容量結合される。そのため、ここに示した実施形態は、コンデンサ電極２０２を含み、このコンデンサ電極２０２は、ＲＦ給送貫通部２０３からＲＦ源（図示せず）へ接続され、シャワーヘッドプレート１８０上方のプラズマ空洞内１６２に配置される。この構成は、電極が反応室１６３内に配置されること以外は、図７Ａに示した構成に類似している。
【００４８】
図７Ａから図７Ｃに関して上述した実施形態のいくつかの態様はまた、CVD反応装置（例えば、薄膜を生成するために交互に堆積および高密度化を行う反応装置）とともに用いることができる。導電性薄膜CVDおよび／またはパルスプラズマCVDに伴う既知の問題は、アーク放電である。シャワーヘッドプレートの導入によって、CVD環境（すなわち反応空間）からプラズマ生成空間（すなわちプラズマ空洞）が隔てられ、このようなアーク放電が低減する。しかしながら、通常の遠隔プラズマプロセスとは異なって、隔てられたプラズマ空洞は、反応空間のすぐ近くのままであって、その結果、基板までの移動距離が減少することから、ラジカルの再結合は、減少する。このような実施形態では、ウェハには、プラズマに対して負のバイアスがかけられて、イオン注入が生じることが好ましい。この実施形態もまた、新たにCVD反応を起こすために用いることができ、このCVD反応は、ラジカルで一時的に可能となる。このような反応は、気相で起こり得る。ラジカルを生成するＲＦパルスの時間が十分に短い場合、そのような反応によって、大きな粒子が生じることにはならない。このような方法は、新しい薄膜特性を生じ得る。
【００４９】
図７Ａから図７Ｃに関して上述した実施形態については、コイルの形状および局所的な電流密度と、石英ウィンドウの形状とは、反応プロセスの種々の態様、例えば均一性、堆積速度、およびプラズマ生成を調整するように適合させ得る。いくつかの実施形態では、磁界を用いて、プラズマを形成し制限して、壁のエロージョンを抑制しかつ薄膜の均一性を促進することができる。シャワーヘッドプレートの通路のサイズ、形状、配置および方向付けもまた、調整して、例えば薄膜特性、堆積速度およびプラズマ生成を最適化することができる。同様に、どのラジカルを反応させるかを選択するために、シャワーヘッドプレートと基板との間の間隔を用いることができる。例えば、より広い間隔を選択した場合、短寿命のラジカルは、より長い拡散または流路を乗り切れない。さらに、圧力が高ければ、シャワーヘッドプレートから基板までの通路を乗り切るラジカルは少なくなる。
【００５０】
図７Ａから図７Ｃに関して上述したいくつかの態様もまた、反応室内に、壁洗浄および／または反応室調節用のラジカル、例えばＮＦ3プラズマから生じるラジカルを導入するために用いることができる。
【００５１】
図７Ａから図７Ｃに関して上述した実施形態は、いくつかの利点を有する。例えば、それらによって、基板全体にわたって、短寿命の種でもそのラジカルの濃度を一定にすることができる。反応装置内の形状および流れのパターンは、ＲＦ源とは別個に最適化することができ、反応装置を設計する際に短パルスおよびパージ時間に大きな柔軟性を与える。反応室内の圧力よりもラジカル源内の圧力を高くすることができるので、プラズマの電位は低く、プラズマは誘導結合される。したがって、壁の構成要素がスパッタリングされる恐れはそれほどない。誘導結合型放電は、非常に効率がよい。プラズマ容積と反応容積とを分けることによって、良導体である金属、メタロイドあるいは他の材料、例えば遷移金属窒化物および炭化物を堆積させる時のアーク放電の問題は起こらなくなる。これらの実施形態はまた、容易な室洗浄および／または調節方法を提供可能である
図７Ａから図７Ｃに関して上述した実施形態の特徴が、図３Ａから図６Ｆに関して上述した実施形態の特徴と組み合わせ可能であることを理解すべきである。
【００５２】
図８は、変更されたプラズマＡＬＤ反応装置２５０の別の実施形態である。反応装置２５０は、密封環境２５２内に配置されることが好ましく、上方部材２５４および下方部材２５６を備える。部材２５４、２５６は、絶縁材料（例えば、セラミック）からなることが好ましい。
【００５３】
下方部材２５６は、凹所２５８を画定し、この凹所２５８は、一部分で、反応室２６０を形成する。上方部材２５４および下方部材２５６に前駆体入口２６２を貫通させて、反応室２６０を前駆体源（図示せず）と連通させて配置することが好ましい。同様に、上方部材２５４および下方部材２５６にパージガス入口２６４を貫通させて、パージガス源を反応室２６０と連通させて配置する。反応室２６０から材料を除去する排気部２６６も設ける。ここには示していないが、反応室２６０へ前駆体を追加供給するための１つまたはそれ以上の追加の前駆体入口２６２を、反応装置２５０が含み得ることを理解すべきである。さらに、前駆体入口の１つからパージガスを反応室に供給可能である。
【００５４】
反応室２６０内のサセプタ２７０に基板２６８を配置する。ここに示した実施形態では、サセプタ２７０をサセプタリフト機構２７２内に配置し、このサセプタリフト機構２７２はまた、基板２７０を加熱するヒーターを含み得る。サセプタリフト機構２７２は、基板２６８を反応室２６０内外へ移動させ、下方部材２５６と係合して処理中に反応室２６０を密封するように構成されている。
【００５５】
石英またはセラミックエンクロージャ２７６内にＲＦコイル２７４を配置することが好ましい。ここに示した実施形態では、下方部材２５６内に形成された、（第１の凹所２５８内の）第２の凹所２７８内に、ＲＦエンクロージャ２７６およびコイル２７４を配置する。凹所２７８は、ＲＦコイル２７４が概ね基板２６８の上方に位置するように構成されている。コイル２７４は、ＲＦジェネレータおよびマッチングネットワーク２８０に接続されて、基板２６８の上方の反応室２６０内において、誘導結合プラズマ２８２が生成され得る。このような構成では、他のすべての反応装置構成要素が絶縁性を有している場合、プラズマの電位が自動調整されることから、基板は、浮上させるかまたは下に置いてもよく、結果として、基板２６８への電子およびイオンフラックスは等しい。
【００５６】
この構成はいくつかの利点を有する。例えば、プラズマが誘導結合されるので、プラズマの電位は低く、それにより、スパッタリングが低減する。さらに、プラズマが基板２６８上に直接配置されるので、短寿命のラジカルまたは励起種でも、基板表面における濃度を一定にすることができる。
【００５７】
図９に、プラズマＡＬＤ反応装置３００の別の実施形態を示す。図８の部分に類似する部分を示すために同じ番号を使用する。この実施形態では、反応室２６０は、反応室の壁３０２に形成された凹所３０１により画定されている。前出の実施形態の場合のように、基板２６８は、反応室２６０内においてサセプタ２７０上に配置され、このサセプタ２７０は、サセプタリフト機構２７２内に配置されている。サセプタリフト機構２７２は、反応室２６０内外へ基板２６８を移動させ、処理中に反応室２６０を密封するように構成される。
【００５８】
前駆体源（図示せず）に反応室２６０を連結する前駆体入口３０４を設ける。図示していないが、反応装置３００が、反応室２６０にパージガスまたは追加の前駆体を供給する別個のパージ入口、および／あるいは１つまたはそれ以上の前駆体入口を含み得ることを理解すべきである。反応室２６０から材料を除去するガス出口３０６も設けることが好ましい。
【００５９】
ここに示した実施形態では、ＲＦコイル２７４およびエンクロージャ２７６は、必ず、基板２６８上に入口３０４からの前駆体を流すために、入口３０４からの前駆体がＲＦコイル２７４の上方、周りおよびその下を流れるように、反応室２６０内に配置される。したがって、フローガイド３０８を反応室２６０内に配置して、ＲＦコイルの周りに一方向に前駆体を案内する。ここには示していないが、ここに示す構成では、フローガイド３０８が、ＲＦコイル２７４上方においてチャネルを形成して、ＲＦコイル２７４上方において一水平方向に前駆体を案内することを理解すべきである。次いで、前駆体は、ＲＦコイル２７４の一部分に沿って垂直に流れ、その位置において、流れは、水平方向を向いて広がって、その結果、前駆体が基板２６８上を実質的に水平な一方向に流れる。基板２６８の下流において、この流れは、上向きの垂直方向に案内され、次いで、その流れは、ＲＦコイル２７４上を水平に出口３０６へ向かう。変更された実施形態では、出口３０６は、ＲＦコイル２７４より下に配置可能である。
【００６０】
ここに示した実施形態は、いくつかの利点を有する。例えば、図７Ａから図７Ｂの実施形態と比較して、前駆体の流路は、それほど制限を受けない。したがって、その結果、基板へ至るまでにおける励起種の再結合が少なくなる。さらに、パルスとパルスとの間に前駆体の水平流路をパージすることが容易になる。
【００６１】
導電プレート３１０が、ＲＦエンクロージャ２７６の底部に配置されて、その結果、プラズマ２８２は、ＲＦコイル２７４上においてのみ生成される。さらに、導電プレート３１０と基板２６８との間の空間が、プラズマを行き渡らせるのに必要な暗い空間より狭いことが好ましいことから、プラズマは、ＲＦコイル２７４上方のより広い空間において生成されることが好ましい。
【００６２】
ここに示した実施形態は、いくつかの利点を有する。例えば、プラズマが基板上方では直接生成されないので、スパッタリングの恐れはそれほどなく、したがって、この実施形態は、繊細なデバイス（例えば、ゲートスタック）を有する基板の処理に、および／またはプラズマによる損傷が特に有害である下地処理に特に有用である。
【００６３】
ここに示した実施形態では、プラズマ２８２がまた、反応装置の出口側において生成される。しかしながら、変更された実施形態では、出口側のプラズマ２８２は除去可能であることを理解すべきである。
【００６４】
図１０に、プラズマを用いる反応装置の別の実施形態を示す。この実施形態は、図９の実施形態に類似している。したがって、同じ番号を使用する。この実施形態では、プラズマは容量結合される。したがって、コンデンサプレート３０３が、反応室２６０内に配置される。上部室の壁３０２は、接地され、コンデンサプレート３０３および上部室３０２上方の空間内においてプラズマ２８２が生成されるように電気的に接続されている。図１０の実施形態の場合、フローガイド３０８は、コンデンサプレート３０３の周りを基板２６８上方の空間へ前駆体を案内して、その結果、前駆体は、実質的に水平方向に基板上を流れる。
【００６５】
図１１は、プラズマＡＬＤ反応装置３２０のさらに別の実施形態の概略図である。この実施形態では、反応装置３２０は、反応空間３２２を画定し、その中において、基板３２４がサセプタ３２６に配置される。反応空間３２２の内外へ基板３２４を移動させるロードロック３２８が、設けられる。
【００６６】
この反応装置は、第１の入口３３０を含む。ここに示した実施形態では、第１の入口３３０は、三方弁３３２と連通し、この三方弁３３２は、次いで、第１の前駆体源３３４およびパージガス源３３６と連通する。以下にさらに詳細を説明するように、第１の前駆体は、金属前駆体であることが好ましい。
【００６７】
反応装置３２０は、さらに第２の入口３３８を含む。ここに示した実施形態では、第２の入口３３８は、反応装置３２０の上壁３４０と中間壁３４２との間に形成される。第２の入口３３８は、第２の前駆体源３４４と連通し、第２の前駆体は、非金属前駆体であることが好ましい。任意選択的に、第２の入口はまた、パージガス源（図示せず）と連通している。第２の入口３３８は、一対の電極３４６を含み、この一対の電極３４６が、反応空間３２２上方の第２の入口３３８内においてプラズマ３４８を生成する。反応装置はまた、反応空間３２２から材料を除去する排気ライン３４７を含む。
【００６８】
第１の段階では、反応室３２２に第１の前駆体を供給する。詳細には、三方弁３３２を開いて、第２の供給源３４４を閉じたままで第１の前駆体源３３４から反応室３２２内へ第１の金属前駆体を流すことができる。この段階中に、第１の金属前駆体が、基板３２４の活性部位に吸着されて、単分子層を形成する。第２の段階中には、超過した第１の前駆体およびどんな副生成物も反応装置３２０から除去される。これは、三方弁３３２からパージガスを流し続けたまま第１の前駆体の流れを止めることにより行われる。第３の段階では、反応室３２２に第２の前駆体を供給する。詳細には、第２の前駆体供給源３４４を開き、電極３４６を作動させて、第２の入口３３８内においてプラズマ３４８を生成する。プラズマ３４８によって生成される反応物質は、非常に反応性が高い。したがって、第１の前駆体を吸着した単分子層は、反応室３２２内へ導入される第２の前駆体の反応物質と即座に反応する。これによって、基板３２４に所望の薄膜が生成される。一度基板上に吸着された第１の前駆体の全量が反応すると、その反応は終了する。第４の段階では、超過した第２の前駆体およびどんな副生成物も、反応室３２２から除去される。これは、パージ源３３６からのパージ用の流れを流したまま、第２の前駆体を止めることにより行われる。変更された構成では、第２の入口３３８と連通したパージガス源（図示せず）が開けられ、パージガスが、残りのいかなる第２の前駆体ガスも、電極３４６の間の空間から反応室３２２へ押しのけ、最後には、超過した第２の前駆体およびいかなる反応副生成物も実質的に全て反応装置を出ていく。所望の厚さに薄膜を成長させるのに必要な場合、上記のサイクルを繰り返し可能である。当然ながら、パージ段階は、排気段階と入れ替え可能である。
【００６９】
ここに示した実施形態は、いくつかの利点を有する。例えば、電極３４６が第２の入口３３８内に位置するので、それらは金属前駆体にさらされない。そのため、電極３４６は、導電性薄膜が電極３４６に堆積すると起こる場合がある短絡を引き起こさなくなる。
【００７０】
当然だが、前出の説明は、添付の特許請求の範囲により定められるように、本発明の精神および範囲から逸脱せずに、本発明の好ましい実施形態および種々の変更、変形、組み合わせおよび部分的組み合わせを行うことができることを述べている。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】先行技術の典型的なＡＬＤ反応装置の概略側方断面図である。
【図２】本発明に係るいくつかの特徴および利点を有するＡＬＤ反応装置の一実施形態の概略側方断面図である。
【図３Ａ】本発明に係るいくつかの特徴および利点を有するシャワーヘッドプレートの一実施形態の概略側方断面図である。
【図３Ｂ】本発明に係るいくつかの特徴および利点を有するプレートの別の実施形態の概略側方断面図である。
【図４Ａ−４Ｂ】本発明に係るいくつかの特徴および利点を有するＡＬＤ反応装置の別の実施形態の側方断面図である。図４Ａには、開放位置にあるシャッタープレートを、また図４Ｂには閉鎖位置にあるシャッタープレートを示す。
【図５Ａ】本発明に係るいくつかの特徴および利点を有するシャワーヘッドプレートの一実施形態の平面図である。
【図５Ｂ】本発明に係るいくつかの特徴および利点を有するシャッタープレートの一実施形態の平面図である。
【図６Ａ−６Ｆ】図５Ａのシャワーヘッドプレートおよび図５Ｂのシャッタープレートの様々な配置の平面図である。
【図７Ａ】本発明に係るいくつかの特徴および利点を有するＡＬＤ反応装置の別の実施形態の側方断面図である。
【図７Ｂ】本発明に係るいくつかの特徴および利点を有するＡＬＤ反応装置のさらに別の実施形態の側方断面図である。
【図７Ｃ】本発明に係るいくつかの特徴および利点を有するＡＬＤ反応装置のさらに別の実施形態の側方断面図である。
【図８】本発明に係るいくつかの特徴および利点を有するプラズマＡＬＤ反応装置の側方断面図である。
【図９】本発明に係るいくつかの特徴および利点を有する、変更が行われたプラズマＡＬＤ反応装置の側方断面図である。
【図１０】本発明に係るいくつかの特徴および利点を有する、別の変更が行われたプラズマＡＬＤ反応装置の側方断面図である。
【図１１】本発明に係るいくつかの特徴および利点を有する、さらに別の変更が行われたプラズマＡＬＤ反応装置の側方断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ−６Ｆ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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