(57)【要約】【課題】  シングルチャンバ内で異なる堆積プロセスを実行する方法およびシステムを提供することである。【解決手段】  第１の蒸着プロセスに係る処理空間に第１のプロセスガス組成を導入し、基板上に第１の膜を堆積させ、第１の処理空間よりサイズが異なる第２の処理空間に第２のプロセスガス組成を導入し、そして第２のプロセスガス組成から基板上に第２の膜を堆積させる基板上への蒸着のための方法、コンピュータ読み取り可能なメディア、およびシステムである。このように、システムは、第１のボリュームを有する第１の処理空間を含む処理チャンバを有する。処理チャンバは、更に、第１の処理空間の少なくとも一部を含んで、第１のボリュームと異なる第２のボリュームを有する第２の処理空間を含む。【選択図】  図６
2007138295.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸着システムの基板上へ材料を堆積させる方法であって、
前記基板より上に規定される第１の処理空間を有する前記蒸着システムに前記基板を配置することと；
第１の蒸着プロセスによる前記第１の処理空間に第１のプロセスガス組成を導入することと；
前記基板上に第１の膜を堆積させることと；
前記第１の処理空間とサイズの異なる第２の処理空間に第２のプロセスガス組成を導入することと；
前記第２のプロセスガス組成から前記基板上に第２の膜を堆積させることとを具備する方法。
【請求項２】
前記第２の膜を堆積させることは、堆積された第２の膜の均一性を改良する位置に基板ステージを移動することを備えている請求項１の方法。
【請求項３】
前記堆積させることは、プラズマ増強化学的気相成長によって前記第２の膜を堆積させることと；
前記基板ステージを前記基板ステージの２００ｍｍの直径に渡って２％よりプラズマ均一性が良い位置にセットすることとを備えている請求項２の方法。
【請求項４】
前記セットすることは、前記基板ステージをプラズマ均一性が前記基板ステージの２００ｍｍの直径に渡って１％より良い位置にセットすることを備えている請求項３の方法。
【請求項５】
前記第１の膜を堆積させることと、前記第２の膜を堆積させることとは、同一の材料を堆積させることである請求項１の方法。
【請求項６】
前記第１の膜を堆積させることと、前記第２の膜を堆積させることとは、異なる材料を堆積させることである請求項１の方法。
【請求項７】
前記第１の膜を堆積させることは、タンタル膜、タンタル窒化膜、またはタンタル炭窒化物膜のうちの少なくとも１つを堆積させることである請求項１の方法。
【請求項８】
前記第２の膜を堆積させることは、Ａｌ膜、Ｃｕ膜、Ｚｎ膜、金属シリサイド膜、若しくはゲルマニウム含有膜、またはこれらの膜のいずれかを別個に、若しくは合金として組合せたもののうちの少なくとも１つを堆積させることである請求項１の方法。
【請求項９】
前記第１の膜を堆積させることは、タンタル膜、タンタル窒化膜、タンタル炭窒化物膜、Ａｌ膜、Ｃｕ膜、Ｚｎ膜、金属シリサイド膜、若しくはゲルマニウム含有膜、またはこれらの膜のいずれかを別個に、若しくは合金として組合せたもののうちの少なくとも１つを含んでいるメタライゼーションラインを堆積させることであり；
前記第２の膜を堆積させることは、ジルコニウム酸化膜、ハフニウム酸化膜、シリコン酸化膜、窒化シリコン膜、窒化チタン、若しくはＧａＮ膜、またはこれらの膜のいずれかを組み合わせたもののうちの少なくとも１つを含んでいる層間金属絶縁物を堆積させることである請求項１の方法。
【請求項１０】
前記配置することは、原子層堆積（ＡＬＤ）プロセス、プラズマ増強化学的気相成長（ＰＥＣＶＤ）プロセス、または熱化学気相成長プロセスのうちの少なくとも１つを実行するように構成されているチャンバ内に前記基板を配置することである請求項１の方法。
【請求項１１】
前記第１の膜を堆積させることは、前記ＡＬＤプロセスを使用して前記第１の膜を堆積させることであり、
前記第２の膜を堆積させることは、前記ＰＥＣＶＤプロセスを使用して前記基板上に前記第２の膜を堆積させることである請求項１０の方法。
【請求項１２】
前記第１の膜を堆積させることは、前記熱ＣＶＤプロセスを使用して前記第１の膜を堆積させることであり、
前記第２の膜を堆積させることは、前記ＰＥＣＶＤプロセスを使用して前記基板上に前記第２の膜を堆積させることである請求項１０の方法。
【請求項１３】
前記第１の膜を堆積させることは、前記ＡＬＤプロセスを使用して前記第１の膜を堆積させることであり、
前記第２の膜を堆積させることは、前記熱ＣＶＤプロセスを使用して前記基板上に前記第２の膜を堆積させることである請求項１０の方法。
【請求項１４】
前記第１のプロセスガス組成を導入することは、シールドによって囲まれる基板より上の領域に前記第１のプロセスガス組成を導入することである請求項１の方法。
【請求項１５】
前記シールドの孔を介して前記第１のプロセスガス組成を排気することによって前記基板より上の前記領域を排気することを更に具備する請求項１４の方法。
【請求項１６】
前記第２の膜を堆積させることは、０．１から１００ＭＨｚまでの周波数でＲＦエネルギを印加することを備えている請求項１の方法。
【請求項１７】
前記第１の膜を堆積させた後に、パージガスを導入することを更に具備する請求項１の方法。
【請求項１８】
少なくとも前記第２の膜を堆積させている間に、前記基板に基板バイアスを提供することを更に具備する請求項１の方法。
【請求項１９】
前記基板バイアスを提供することは、直流電圧または０．１から１００ＭＨｚまでの周波数を有するＲＦ電圧のうちの少なくとも１つで、前記基板にバイアスをかけることである請求項１８の方法。
【請求項２０】
基板処理システムプロセッサ上で実行のためのプログラム命令を含んでいるコンピュータ読み取り可能なメディアであって、
前記プロセッサによって実行されるときに、請求項１から１９に記載のステップのいずれかを実行するように基板処理システムを起動するメディア。
【請求項２１】
基板上に薄膜を蒸着するシステムであって、
第１のボリュームを有する第１の処理空間と、前記第１の処理空間の少なくとも一部を含んで、前記第１のボリュームと異なる第２のボリュームを有する第２の処理空間とを含む処理チャンバと；
第１の化学気相成長のために構成された前記第１の処理空間と；
第２の化学気相成長のために構成された前記第２の処理空間とを具備するシステム。
【請求項２２】
前記第１の化学気相成長プロセスと、前記第２の化学気相成長との両方の間、前記基板を保持するように構成された基板ステージを更に具備する請求項２１のシステム。
【請求項２３】
ガス供給口を有する第１のチャンバアセンブリと；
前記基板ステージを支えていて、前記処理チャンバの排気のために構成された真空ポンプを支持するように構成された第２のチャンバーアセンブリとを更に具備する請求項２２のシステム。
【請求項２４】
前記第１の処理空間は、前記基板ステージの一番上の部分から前記第１のチャンバアセンブリのガス入口表面まで２０ｍｍ以下の間隔によって、部分的に規定され、
前記第２の処理空間は、前記基板ステージの一番上の部分から前記第１のチャンバアセンブリのガス入口表面まで２０ｍｍ以上の間隔によって、部分的に規定される請求項２３のシステム。
【請求項２５】
前記第１および第２の処理空間のボリュームを変える方向に前記基板ステージを移動するように構成されたプロセスボリューム調整機構を更に具備する請求項２２のシステム。
【請求項２６】
前記第２の処理空間は、０．１より大きい、幅に対する高さのアスペクト比を有する空間を備えている請求項２１のシステム。
【請求項２７】
前記第２の処理空間は、０．５より大きい、幅に対する高さのアスペクト比を有する空間を備えている請求項２１のシステム。
【請求項２８】
前記第１の処理空間の周囲エッジを囲むように構成されたシールドを更に具備する請求項２１のシステム。
【請求項２９】
前記シールドは、穴のあいたシールドである請求項２８のシステム。
【請求項３０】
第１の化学気相成長と、前記第２の化学気相成長との間、前記基板を保持するように構成された基板ステージを更に具備し、
前記基板ステージは、前記シールドの前記周囲エッジに接触するように構成された周辺リップを有する請求項２８のシステム。
【請求項３１】
前記周辺リップは、前記周囲エッジに対して封止を形成するように構成されている請求項３０のシステム。
【請求項３２】
少なくとも前記第１の処理空間を排気するように構成された真空ポンプを更に具備する請求項３１のシステム。
【請求項３３】
前記第１の処理空間は、原子層堆積（ＡＬＤ）または熱化学気相成長（ＣＶＤ）のうちの少なくとも１つのために構成されている請求項２１のシステム。
【請求項３４】
前記第１の処理空間は、タンタル膜、タンタル窒化物、またはタンタル炭窒化物のうちの少なくとも１つの堆積のために構成されている請求項２１のシステム。
【請求項３５】
前記第２の処理空間は、Ａｌ膜、Ｃｕ膜、Ｚｎ膜、金属シリサイド膜、若しくはゲルマニウム含有膜、またはこれらの膜のいずれかを別個に、若しくは合金として組合せたもののうちの少なくとも１つの堆積のために構成されている請求項２１のシステム。
【請求項３６】
前記第２の処理空間は、ジルコニウム酸化膜、ハフニウム酸化膜、シリコン酸化膜、窒化シリコン、窒化チタン、若しくはＧａＮ膜、またはこれらの膜のいずれかの組合せのうちの少なくとも１つの堆積のために構成されている請求項２１のシステム。
【請求項３７】
０．１から１００ＭＨｚまでの周波数でＲＦエネルギを出力するように構成されているＲＦ電力電源を更に具備する請求項２１のシステム。
【請求項３８】
前記第２の処理空間は、プラズマ増強化学的気相成長（ＣＶＤ）のために構成されている請求項３７のシステム。
【請求項３９】
前記ＲＦ電力電源に接続され、前記第１および第２の処理空間の少なくとも１つに前記ＲＦエネルギを結合させるように構成されている電極を更に具備する請求項３７のシステム。
【請求項４０】
直流電圧、または０．１から１００ＭＨｚまでの周波数でのＲＦ電圧の少なくとも１つを出力するように構成されているバイアス電源を更に具備する請求項２１のシステム。
【請求項４１】
前記基板にバイアスを印加するように構成され、ＲＦの前記バイアス電源に接続され、前記基板上へ前記ＲＦ電圧を結合するように構成されている電極を更に具備する請求項４０のシステム。
【請求項４２】
前記処理チャンバのプロセスを制御するように構成されているコントローラを更に具備する請求項２１のシステム。
【請求項４３】
前記コントローラは、第１の蒸着プロセスによる前記第１の処理空間に第１のプロセスガス組成を導入し；
前記基板上に第１の膜を堆積させ；
第２の処理空間を形成するように前記基板を保持する基板ステージの位置を移動し；
前記第２の処理空間に第２のプロセスガス組成を導入し；
前記第２のプロセス組成から前記基板上に第２の膜を堆積させるようにプログラムされている請求項４２のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、米国特許出願シリアル番号１１／０９０，２５５号、代理人整理番号２６７３６６ＵＳ、クライアント参照番号ＴＴＣＡ１９、「プラズマ増強原子層堆積システム」の名称で、現在、米特許出願公報番号２００４ＶＶＶＶＶＶＶＶＶＶに関連し、参照によってその全体の内容はここに引用されるものである。本出願は、米国シリアル番号１１／０８４，１７６号、代理人整理番号２６５５９５ＵＳ、クライアント参照番号ＴＴＣＡ２４、「堆積システムおよび方法」の名称で、現在米国特許出願公報２００４ＶＶＶＶＶＶＶＶＶＶに関連し、参照によってその全体の内容はここに引用されるものである。本出願は、米国特許出願シリアル番号ＸＸ／ＸＸＸ，ＸＸＸ号、「コンタミネーションの減少を有するプラズマ増強原子層堆積システム」の名称で、クライアント参照番号ＴＴＣＡ２７、現在米国特許出願公報番号２００４ＶＶＶＶＶＶＶＶＶＶに関連し、参照によってその全体の内容はここに引用されるものである。本出願は、米国シリアル番号ＸＸ／ＸＸＸ，ＸＸＸ号、代理人整理番号２２７４０２０ＵＳ、クライアント参照番号ＴＴＣＡ５５で、「プラズマ増強原子層堆積のための堆積システムおよび方法」の名称で、現在米国特許出願公報番号２００６ＶＶＶＶＶＶＶＶＶＶに関連し、参照によってその全体の内容はここに引用されるものである。
【０００２】
本発明は、堆積システムおよびその操作方法に関し、より詳しくは、本発明は、材料堆積のための複数の処理空間を有する堆積システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
一般的に、材料プロセスの間、複合材料構造を製造するときに、プラズマは、材料膜の追加および除去を容易にするように使用される。例えば、半導体プロセスにおいて、ドライプラズマエッチングプロセスは、シリコン基板上の微細線に沿ってまたはビアまたはコンタクト内で材料を除去またはエッチングするために、多くの場合、利用される。別の形態として、例えば、蒸着プロセスは、シリコン基板上の微細線に沿ってまたはビアまたはコンタクト内に材料を堆積させるために利用される。後者において、蒸着プロセスは、化学気相成長（ＣＶＤ）およびプラズマ増強化学的気相成長（ＰＥＣＶＤ）を含む。
【０００４】
ＰＥＣＶＤにおいて、プラズマは、膜堆積メカニズムを変更するかまたは増強するために利用される。例えば、プラズマ励起は、一般的に、プロセスガスの解離温度近くまたはより上の温度にプロセスガスを熱的に加熱する（プラズマ励起無しで）熱ＣＶＤプロセスによって同様の膜を生成することを必要とするそれらより非常に低い温度で進行する膜形成反応を一般に許容する。加えて、プラズマ励起は、熱ＣＶＤにおいてエネルギー的にまたは動力学的に充足されていない膜形成化学反応をアクティブにすることができる。ＰＥＣＶＤ膜の化学および物理的な特性は、それにより、プロセスパラメータを調整することによって、相対的に広い範囲を通して変化されることができる。
【０００５】
近年、原子層堆積（ａｔｏｍｉｃ  ｌａｙｅｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＡＬＤ）およびプラズマ増強されたＡＬＤ（ＰＥＡＬＤ）は、前工程（ＦＥＯＬ）オペレーションの超極薄ゲート膜形成に対する候補として、同じく後工程（ＢＥＯＬ）オペレーションのメタライゼーションに対する超極薄バリア層およびシード層形成に対する候補として現れた。ＡＬＤにおいて、２つまたはより多くのプロセスガス、例えば膜プリカーサおよび還元ガスは、基板が同時に材料膜の単分子層を形成するために加熱されている間に、交互におよびシーケンシャルに導入される。ＰＥＡＬＤにおいて、プラズマは、還元プラズマを形成するために、還元ガスの導入の間、形成される。今日まで、ＡＬＤおよびＰＥＡＬＤプロセスは、これらのプロセスがそれらＣＶＤおよびＰＥＣＶＤの対照物より遅いにもかかわらず、層が堆積する形態への改良された層厚さの均一性および一様性（ｃｏｎｆｏｒｍａｌｉｔｙ）を提供すると証明された。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の１つの目的は、これまでの縮小を続けるライン寸法での半導体プロセスに関し、一様性、密着性、および純度がその結果として半導体デバイスに影響を及ぼすますます重要な問題になっているさまざまな課題を対象にすることに向けられる。
【０００７】
本発明の別の目的は、その後の堆積される材料層のインターフェース間のコンタミネーション問題を減らすことである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の別の目的は、異なる堆積プロセスに適応するためにプロセスボリュームサイズを変えることが可能な堆積システムを提供することである。
【０００９】
本発明の別の目的は、同じシステム内で、蒸着（ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）プロセスおよびプラズマ増強蒸着プロセスに対する互換性がある構成を提供することである。
【００１０】
本発明のこれらおよび／または他の目的のバリエーションは、本発明の特定の実施形態によって提供される。
【００１１】
本発明の一実施態様において、方法は、基板を処理するために提供され、上記方法は、基板より上に規定される処理空間（ｐｒｏｃｅｓｓ  ｓｐａｃｅ）を有する蒸着システムに基板を配置することと、第１の蒸着プロセスに係る処理空間に第１のプロセスガス組成を導入することと、基板上に第１の膜を堆積させることと、第１の処理空間からサイズが異なる第２の処理空間に第２のプロセスガス組成を導入することと、第２のプロセスガス組成から基板上に第２の膜を堆積させることとを含む。
【００１２】
本発明の別の実施形態において、基板上への薄膜蒸着のシステムは、第１のボリュームを有する第１の処理空間を有する処理チャンバを有する。処理チャンバは、第１の処理空間の少なくとも一部を含み、かつ、第１のボリュームと異なる第２のボリュームを有する第２の処理空間を更に含む。第１の処理空間は、第１の化学気相成長のために構成され、かつ、第２の処理空間は、第２の化学気相成長のために構成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下の説明では、完全な本発明の理解を容易にするために、並びに説明およびそれ以外の目的のために、堆積システムおよび各種コンポーネントの内容の特定の幾何配置のような具体的な詳細は、記載される。しかしながら、本発明がこれらの具体的な詳細から逸脱する他の実施形態において実施されることができると理解されるべきである。
【００１４】
図面を参照すると、参照番号がいくつかの図の全体にわたって同一であるか対応する部品を示すようになされ、図１は、蒸着プロセス、例えば化学気相成長（ＣＶＤ）プロセス、プラズマ増強ＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）プロセス、原子層堆積（ＡＬＤ）プロセス、またはプラズマ増強ＡＬＤ（ＰＥＡＬＤ）プロセスを使用して、基板上に薄膜、例えばバリア膜を堆積させるための堆積システム１を示す。配線工程（ＢＥＯＬ）オペレーションにおける半導体デバイスに対する相互接続（ｉｎｔｅｒ−ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）および内部接続（ｉｎｔｒａ―ｃｏｎｎｅｃｔ）構造のメタライゼーションにおいて、薄い一様な（ｃｏｎｆｏｒｍａｌ）バリア層は、層間または同層間誘電体内の金属のマイグレーションを最小にするためにトレンチまたはビアを配線する上に堆積されることができ、薄い一様なシード層は、バルク金属の埋め込みに対する許容できる密着性を有する膜を提供するためにトレンチまたはビアを配線する上に堆積されることができ、および／または、薄い一様な密着層は、金属シード堆積に対する許容できる密着性を有する膜を提供するためにトレンチまたはビアを配線する上に堆積されることができる。これらのプロセスに加えて、銅のようなバルク金属は、トレンチまたはビアを配線する内部に堆積されなければならない。
【００１５】
しばしば、バックエンドメタライゼーションスキームにおける薄い一様な膜、すなわちバリア層またはシード層のために、層間または同層間誘電体の上の初期の薄い一様な膜を堆積させるときに、プラズマ無し堆積プロセス、例えば熱蒸着プロセスを使用することは、望ましい。特に、この誘電体層は、低い誘電率（ｌｏｗ−ｋ）材料を含み、プラズマにさらすことによって、ｌｏｗ−ｋ層にダメージが生じることがあり得て、それは、例えば、膜の誘電率を増加させる影響を及ぼし得る。初期層を堆積させるために熱蒸着プロセスを使用した後に、プラズマアシストされた堆積プロセスは、堆積速度または膜モホロジまたは両方とも改良するために利用されることができる。
【００１６】
シングルチャンバがプロセス要求の全てに適応することできなかったように、過去のこれらのプロセスは一般的に、各々のこれらのプロセスの特定の必要性にカスタマイズされる別個のチャンバを必要とすることがあり得た。例えば、薄膜バリア層は、良好な一様性を提供するために、自己限定的な（ｓｅｌｆ−ｌｉｍｉｔｅｄ）ＡＬＤプロセスで好ましく実行される。ＡＬＤが交互に異なるプロセスガスを必要とするので、堆積は、相対的に遅い堆積速度で起こる。本発明の発明者は、小さい処理空間ボリューム内での熱ＡＬＤプロセスの実行が急速なガス注入と、交互ガスの排気とを許容し、それらがＡＬＤサイクルを短くすることを認識した。他方、金属、例えばタンタル、チタン、タングステンまたは銅は、交互のガスフローを必ずしも必要とするというわけではない熱ＣＶＤプロセスによって、より高速な堆積速度で堆積することができる。このプロセスにおいて、材料のより均一な堆積を提供するために、より大きい処理空間ボリュームを使用することは、有益であり得る。別の例として、上記、基板上に１つ以上の層を堆積することは、プラズマプロセス、同様にプラズマ無しプロセスを含むことができる。本発明の発明者は、より大きい処理空間ボリュームが均一なプラズマを維持することを必要とする一方、プラズマ無しプロセスが、スループットを増加させ、および／またはプロセスガスを維持する利益を小さい処理空間ボリュームから得ることができると認識した。
【００１７】
別個のチャンバの必要性は、多数の堆積ユニットによる費用を加え、プロセスウェハのシステム間の移送による製造プロセスの時間が付け加わり、かつ、（複数の堆積ユニット間の移送による）さらされたインターフェースのコンタミネーションを、予防法または救済索を介して対象にされなければならなかった課題とし、このことにより多くの費用および複雑さを製造プロセスに加える。
【００１８】
図１において、本発明の１つの実施形態に係る堆積システム１は、薄膜が形成される基板２５を支持するように構成された基板ステージ２０を有する処理チャンバ１０を含む。加えて、図１にて図示したように、堆積システム１は、処理チャンバ１０および基板ステージ２０に組み合わせられ、並びに、基板２５に隣接する処理空間のボリュームを調整するように構成されたプロセスボリューム調整システム８０を含む。例えば、プロセスボリューム調整システム８０は、第１のボリュームを有する第１の処理空間８５（図１を参照）を形成する第１の位置と、第２のボリュームを有する第２の処理空間８５’（図２を参照）を形成する第２の位置との間で基板ステージ２０を垂直に移動するように構成されることができる。
【００１９】
図１および図２にて図示したように、堆積システム１は、基板ステージ２０に組み合わせられ、並びに、基板２５の温度を上昇させ、制御するように構成された基板温度コントロールシステム６０を含むことができる。基板温度コントロールシステム６０は、温度コントロール素子、例えば、基板ステージ２０から熱を受け、そして熱交換器システム（図示せず）へ熱を移送し、加熱するときには、熱交換器システムから熱を移送する再循環クーラントフローを有する冷却システムを含むことができる。加えて、温度コントロール素子は、加熱／冷却素子、例えば抵抗加熱部材を含むことができ、また、熱電式ヒータ／冷却器は、堆積システム１内で基板ステージ２０、同じく処理チャンバ１０のチャンバ壁、および他のいかなるコンポーネント内にも含まれることができる。
【００２０】
基板２５と、基板ステージ２０との間の熱移送を改良するために、基板ステージ２０は、基板ステージ２０の上面に、基板２５を固定するために、機械的なクランピングシステム、または電気的なクランピングシステム、例えば静電クランピングシステムを含むことができる。さらにまた、基板ステージ２０は、基板２５と、基板ステージ２０との間のガスギャップ熱伝導を改良するために、基板２５の裏面にガスを導入するために構成された基板裏面ガス給送システムを更に含むことができる。基板の温度コントロールが上昇された、または下げられた温度が必要なときに、このようなシステムは利用されることができる。例えば、基板裏面ガスシステムは、２−ゾーンガス分配システムを含むことができ、そこにおいて、ヘリウムガスギャップ圧力は、基板２５のセンターと、エッジとの間で独立して変化されることができる。
【００２１】
基板ステージを真空内で（ｉｎ  ｖａｃｕｏ）移動する機構と、基板温度コントロールシステム６０のための内部機構と一緒に基板ステージ２０は、処理チャンバ１０の下部チャンバアセンブリを構成することができる。
【００２２】
処理チャンバ１０は、第１のプロセス材料ガス供給システム４０と、第２のプロセス材料ガス供給システム４２と、パージガス供給システム４４とに組み合わせられる上部チャンバアセンブリ３０を更に含むことができる。このように、上部チャンバアセンブリ３０は、処理空間８５に第１のプロセス材料および第２のプロセス材料を提供することができる。シャワーヘッドデザインは、周知のように、処理空間８５に均等に第１および第２のプロセスガス材料を分配するために用いることができる。典型的なシャワーヘッドは、係属中の米国特許出願公報番号２００４０１２３８０３号において更に詳細に記載されている。そして、それの全体の内容は、その全体の参照によってここに取り入れられる。そして先の米国特許出願シリアル番号１１／０９０，２５５号を参照することにより、ここに取り入れられる。
【００２３】
堆積システム１は、２００ｍｍ基板、３００ｍｍ基板、またはより大きいサイズの基板を処理するように構成されることができる。事実、当業者によって理解されるように、本発明に記載されている堆積システムがそれらのサイズを問わず、基板、ウェハ、またはＬＣＤを処理するように構成されることができることは、意図される。基板は、処理チャンバ１０に導入されることができ、および、基板は、基板リフトシステム（図示せず）を介して基板ステージ２０の上面まで上げられることができる。
【００２４】
本発明の１つの実施形態に係る、第１のプロセス材料ガス供給システム４０と、第２のプロセス材料ガス供給システム４２とは、基板２５に第１および第２の膜をシーケンシャルに、および、任意に交互に堆積させるために、処理チャンバ１０に第１のプロセスガス材料を、処理チャンバ１０に第２のプロセスガス材料を、シーケンシャルに、および、任意に交互に導入するように構成されることができる。第１のプロセスガス材料の導入と第２のプロセスガス材料の導入との交替は、周期的であり得て、または、それは、第１および第２のプロセスガス材料の導入の間の可変的な時間によって周期的であり得る。第１および第２のプロセスガス材料は、例えば、ガス状の膜プリカーサ、例えば基板２５上に形成される膜内に見つかる主要な原子であるか分子種を有する組成を含むことができる。ガス状の膜プリカーサは、固相、液相または気相として始まることができ、そして、気相で処理チャンバ１０に供給されることができる。第１および第２のプロセスガス材料は、例えば、還元ガスを含むことができる。例えば、還元ガスは、固相、液相、または気相をとして始まることができ、そして、気相で処理チャンバ１０に供給されることができる。ガス状の膜プリカーサ、および還元ガスの実施例は、下で挙げられる。
【００２５】
第１の膜または第２の膜を形成するために、第１のプロセスガス材料または第２のプロセスガス材料を、それぞれ導入するときに、第１のプロセスガス材料または第２のプロセスガス材料のガス状のコンポーネント、すなわち膜プリカーサおよび還元ガスは、処理チャンバ１０に同時に、共に導入されることができる。例えば、膜プリカーサおよび還元ガスは、混合されることができ、または、それらは、処理チャンバ１０に導入前には混合されないことができる。別の形態として、第１のプロセスガス材料または第２のプロセスガス材料のガス状のコンポーネントは、処理チャンバ１０に、シーケンシャルに、および、交互に導入されることができる。プラズマは、第１のプロセスガス材料および第２のプロセスガス材料を用いて、それぞれ、基板２５上に、第１の膜および第２の膜の堆積をアシストするために利用され得たり、また利用され得ない。
【００２６】
第１の材料供給システム４０と、第２の材料供給システム４２と、パージガス供給システム４４とは、１つ以上の材料ソース、１つ以上の圧力制御装置、１つ以上の流量制御装置、１つ以上のフィルタ、１つ以上のバルブ、または１つ以上のフローセンサを含むことができる。流量制御装置は、空気圧駆動バルブ、電子機械的な（ソレノイドの）バルブ、および／または高速パルス化されたガス注入バルブを含むことができる。典型的なパルス化されたガス注入システムは係属中の米国特許出願公開番号２００４０１２３８０３号において更に詳細に記載されている。そして、それの全体の内容は、本願明細書に引用したものとする。
【００２７】
さらに図１を参照して、本発明の１つの実施形態の堆積システム１は、処理チャンバ１０に第１のプロセスガス材料および第２のプロセスガス材料のシーケンシャルおよびオプションの交互導入の少なくとも一部の間、プラズマを生成するように構成されたプラズマ発生システムを含むことができる。プラズマ発生システムは、処理チャンバ１０に組み合わせられ、第１のプロセスガス材料または第２のプロセスガス材料に、または両方に、または第１のプロセスガス材料のガス状のコンポーネントまたは第２のプロセスガス材料のガス状のコンポーネントにパワーを結合させるように構成された第１の電源５０を含むことができる。第１の電源５０は、ラジオ周波数（ＲＦ）発生器、および、インピーダンス整合ネットワーク（図示せず）を含むことができ、および、ＲＦ電力が処理チャンバ１０のプラズマに結合する電極（図示せず）を更に含むことができる。電極は、上部アセンブリ３０に形成されることができ、および、基板ステージ２０に向かい合わせるように構成されることができる。
【００２８】
インピーダンスマッチングネットワークは、電極およびプラズマを含む処理チャンバの入力インピーダンスを、マッチングネットワークの出力インピーダンスに適合させることによってＲＦ発振器からプラズマまでＲＦ電力の移送を最適化するように構成されることができる。例えば、インピーダンスマッチングネットワークは、反射パワーを減らすことによってプラズマ処理チャンバ１０のプラズマにＲＦ電力の移送を改良するのに役に立つ。マッチングネットワークトポロジ（例えばＬ−タイプ、π−タイプ、Ｔ−タイプなど）および自動制御方法は、当業者にとって周知である。ＲＦ電力のための典型的な周波数は、約０．１ＭＨｚから約１００ＭＨｚまでの範囲である。別の形態として、ＲＦ周波数は、例えば、ほぼ４００ｋＨｚからほぼ６０ＭＨｚまでの範囲とすることができ、例えば更なる実施例では、ＲＦ周波数は、ほぼ１３．５６または２７．１２ＭＨｚとすることができる。
【００２９】
本発明の１つの実施形態の堆積システム１は、処理チャンバ１０に第１のプロセスガス材料および第２のプロセスガス材料の交互および周期的な導入の少なくとも一部の間、プラズマを生成するために構成された基板バイアス発生システムを含むことができる。基板バイアスシステムは、処理チャンバ１０に組み合わせられ、および、基板２５にパワーを結合するように構成された第２の電源５２を含むことができる。第２の電源５２は、ラジオ周波数（ＲＦ）発生器、および、インピーダンスネットワークを含むことができ、ＲＦ電力が基板２５に結合される電極を更に含むことができる。電極は、基板ステージ２０内に形成されることができる。例えば、基板ステージ２０は、直流電圧によって、またはＲＦ発振器（図示せず）からインピーダンス整合ネットワークを通してＲＦ電力の伝達を介したＲＦ電圧で、基板ステージ２０に（図示せず）を電気的にバイアスをかけることができる。ＲＦバイアスのための典型的な周波数は、約０．１ＭＨｚから約１００ＭＨｚまでの範囲である。プラズマ処理のＲＦバイアスシステムは、当業者にとって周知である。代わりとして、ＲＦ電力は、複数の周波数で基板ステージ電極に印加されることができる。別の形態として、ＲＦ周波数は、例えば、ほぼ４００ｋＨｚからほぼ６０ＭＨｚまでの範囲とすることができる。例えば更なる実施例では、ＲＦ周波数は、例えば、ほぼ１３．５６または２７．１２ＭＨｚとすることができる。基板バイアス発生システムは、プラズマ発生システムと異なるかまたは同じ周波数で作動することができる。
【００３０】
プラズマ発生システムおよび基板バイアスシステムが個体として図１において示されるが、これらのシステムは、基板ステージ２０に結合される１つ以上の電源を含むことができる。
【００３１】
さらにまた、処理チャンバ１０は、ダクト３８を通して、例えば真空排気システム３４およびバルブ３６を含む圧力制御システム３２に組み合わせられる。圧力制御システム３４は、薄膜を基板２５上に形成することに適している圧力に制御可能に処理チャンバ１０を排気するように構成され、および、第１および第２のプロセス材料の使用に適している。
【００３２】
真空排気システム３４は、１秒あたり約５０００リットル（および、より高い）までの排気速度が可能なターボ分子真空ポンプ（ＴＭＰ）を含むことができ、およびバルブ３６は、チャンバ圧力をスロットル制御するためのゲートバルブを含むことができる。ドライプラズマエッチングのために利用される従来のプラズマ処理装置において、１秒あたり１０００〜３０００リットルのＴＭＰは、通常使用される。さらに、チャンバ圧力（図示せず）のモニタリングのためのデバイスは、処理チャンバ１１０に組み合わせられることができる。圧力を測定するデバイスは、例えば、ＭＫＳ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社（アンドーバー、ＭＡ）から市販されているタイプ６２８Ｂ  Ｂａｒａｔｒｏｎ絶対キャパシタンスマノメータであり得る。
【００３３】
ここで図３および図４を参照して、堆積システム１’は、蒸着プロセス、例えば化学気相成長（ＣＶＤ）プロセス、プラズマ増強ＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）プロセス、原子層堆積（ＡＬＤ）プロセス、または本発明の他の実施形態に係るプラズマ増強ＡＬＤ（ＰＥＡＬＤ）プロセスを使用して、基板上に薄膜、例えばバリア膜を堆積させるために示される。堆積システム１’は、堆積システム１が図１および図２に示す参照符号が同じコンポーネントを表すように多数の同じ形態を含む。堆積システム１’は、図３の処理空間８５または図４の処理空間８５’の周囲エッジを囲むように構成されたシールド２４を更に含む。基板ステージ２０は、基板ステージ２０が処理空間８５’を形成するように上方を移動されたときに、シールド２４と組み合わせるように構成された外側リップ２２を更に含むことができる。例えば、外側リップ２２は、シールド２４で封止するように構成されることができる。シールド２４は、処理空間８５’の排気を可能にするために、そこを通して（穴のあいたシールドとして）プロセスガスの通過を可能にするように構成されることができる。もしシールド２４が処理空間８５’の排気を可能にするように構成されないならば、そこで、真空排気システム３４に類似の別個の真空排気システム３５は、処理空間８５’を排気するために用いることができる。
【００３４】
図３および図４において記載されたシールド２４は、複数の目的に役に立つことができる。シールド２４は、処理空間８５および８５’の流体フローがより確実に予測されることができるかまたは制御されることができる簡略化された円柱ジオメトリーを提供することができる。シールド（すなわち、穴のあいたシールドとして）の予め定められた位置で開口を有することによって、流体フローは、設計されることができる。同様に、シールド２４は、プラズマの端のすぐ近くに電気的アースの対称形の通路（ｐａｔｈ）を提供し、そして、それはより確実に予測されることができるかまたは制御されることができる均一なプラズマを提供することができる。さらにまた、シールド２４は、交換可能ユニットであり得る。そして、壁１０の内側に通常累積する堆積物を収集する。このように、シールド２４は、壁１０の内側がクリーニングを要する前に、標準定期保守において交換されることができ、その期間を延ばすことができる。
【００３５】
ここで図５を参照すると、堆積システム１または１’は、複数の蒸着プロセス、例えば熱的にアクティブにされた蒸着プロセス（すなわちプラズマを利用しない堆積プロセス）に続いて、プラズマ増強蒸着プロセス（すなわちプラズマ利用する堆積プロセス）を実行するように構成されることができる。熱的にアクティブにされた蒸着プロセスは、熱原子層堆積（ＡＬＤ）プロセスまたは熱化学気相成長（ＣＶＤ）プロセスを含むことができ、プラズマ増強蒸着プロセスは、プラズマ増強ＡＬＤプロセスまたはプラズマ増強ＣＶＤプロセスを含むことができる。一つの実施例において、複数のタンタルを含む膜を堆積させるときに、熱ＡＬＤまたは熱ＣＶＤプロセスのような第１の堆積プロセスは、Ｔａ（Ｃ）Ｎを含んでいる第１の膜を堆積させるために利用されることができ、プラズマ拡張ＡＬＤプロセスのような第２の堆積プロセスは、第１の膜の上にＴａを含んでいる第２の膜を堆積させるために利用されることができる。
【００３６】
図５にて図示したように、第１の堆積プロセスを実行するときに、第１のプロセスガス材料は、処理チャンバに導入され、そこにおいて、第１のプロセスガス材料は、タンタルから成る膜プリカーサ、例えば金属ハロゲン化物（例えば五塩化タンタル）または有機金属（例えば、Ｔａ（ＮＣ（ＣＨ３）２Ｃ２Ｈ５）（Ｎ（ＣＨ３）２）３；以下でＴＡＩＭＡＴＡ（登録商標）と称する；さらに詳細は、米国特許番号６，５９３，４８４号を参照）および還元ガスを含む。還元ガスは、例えば、水素またはアンモニアを含む。
【００３７】
ＡＬＤプロセスにおいて、処理チャンバ１０への第１のプロセスガス材料の導入は、シーケンシャルにおよび交互に、膜プリカーサおよび還元ガスを導入することを含む。別の形態として、ＣＶＤプロセスで、処理チャンバ１０への第１のプロセスガス材料の導入は、膜プリカーサおよび還元ガスの並列の導入を含む。
【００３８】
例えば、熱ＡＬＤで、膜プリカーサは、基板２５の露出表面に膜プリカーサの吸着が生じるように、処理チャンバ１０に導入される。望ましくは、材料の単分子層は、さらされた基板表面に吸着する。その後、還元ガスは、基板２５上の所望の膜を残すために吸着された膜プリカーサを還元するように、処理チャンバ１０に導入される。基板温度を上昇させることによって、膜プリカーサは、熱的に分解し、そして、化学的に還元ガスと反応する。膜プリカーサおよび還元ガスの導入は、所望の厚さの膜を生成するために繰り返される。パージガスは、膜プリカーサおよび還元ガスの導入の間に導入されることができる。パージガスは、不活性ガス、例えば希ガス（すなわちヘリウム、ネオン、アルゴン、キセノン、クリプトン）を含むことができる。
【００３９】
次に、図５にて図示したように、第２の堆積プロセスを実行するときに、第２のプロセスガス材料は処理チャンバに導入される。第２のプロセスガス材料が並列に、または処理空間がＶ１からＶ２にボリュームを増加するときに直ちに導入される。第２のプロセスガス材料は、タンタルから成る膜プリカーサ、例えば金属ハロゲン化物（例えば五塩化タンタル）、または有機金属（例えば、Ｔａ（ＮＣ（ＣＨ３）２Ｃ２Ｈ５）（Ｎ（ＣＨ３）２）３；以下でＴＡＩＭＡＴＡ（登録商標）と称する；さらに詳細は、米国特許番号６，５９３，４８４号を参照）および還元ガスを含む。還元ガスは、例えば、水素またはアンモニアを含むことができる。
【００４０】
ＰＥＡＬＤプロセスにおいて、還元ガスの導入の間、プラズマを形成するように処理チャンバ１０にパワーを結合させる一方、処理チャンバ１０への第１のプロセスガス材料の導入は、シーケンシャルにおよび交互に膜プリカーサおよび還元ガスを導入することを含む。別の形態として、ＰＥＣＶＤプロセスで、プラズマを形成するように処理チャンバ１０にパワーを結合させる一方、処理チャンバ１０への第１のプロセスガス材料の導入は、膜プリカーサおよび還元ガスの並行導入を含む。
【００４１】
プラズマ形成の間、例えば、パワーは、第１の電源５０から第２のプロセスガス材料まで上部アセンブリ３０を介して結合される。第２のプロセスガス材料へのパワーの結合は、第２のプロセスガス材料を加熱し、したがって、第２のプロセスガス材料の構成要素から堆積物を形成するために、第２のプロセスガス材料（すなわちプラズマ形成）のイオン化および解離が生じる。図５に示すように、処理チャンバ１０は、別の期間中にパージガスによってパージされることができる。第１のプロセスガス材料、第２のプロセスガス材料の導入、および第２のプロセスガス材料がある間のプラズマの形成は、所望の厚さの膜を生成するための多くの回数、繰り返すことができる。
【００４２】
一つの実施例において、熱的に駆動された（ｔｈｅｒｍａｌｌｙ−ｄｒｉｖｅｎ）蒸着プロセス、例えばＡＬＤまたはＣＶＤプロセスが、図５に記載されている第１のプロセスの間、用いられることができる。このように、タンタル（Ｔａ）、タンタル窒化物またはタンタル炭窒化物は、熱的に駆動されたＡＬＤプロセスを使用して堆積することができ、そこにおいて、Ｔａキャリア、例えばＴａＦ５、ＴａＣｌ５、ＴａＢｒ５、ＴａＩ５）、Ｔａ（ＣＯ）５、Ｔａ［Ｎ（Ｃ２Ｈ５ＣＨ３）］５（ＰＥＭＡＴ）、Ｔａ［Ｎ（ＣＨ３）２］５（ＰＤＭＡＴ）、Ｔａ［Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２］５（ＰＤＥＡＴ）、Ｔａ（ＮＣ（ＣＨ３）３）（Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２）３（ＴＢＴＤＥＴ）、Ｔａ（ＮＣ２Ｈ５）（Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２）３、Ｔａ（ＮＣ（ＣＨ３）２Ｃ２Ｈ５）（Ｎ（ＣＨ３）２）３またはＴａ（ＮＣ（ＣＨ３）３）（Ｎ（ＣＨ３）２）３、が基板表面に吸着し、次ぎに還元ガス、例えばＨ２、ＮＨ３、Ｎ２およびＨ２、Ｎ２Ｈ４、ＮＨ（ＣＨ３）２、またはＮ２Ｈ３ＣＨ３にさらされる。
【００４３】
図５に示される第１のプロセスに対する熱的に駆動された蒸着プロセス、例えばＡＬＤまたはＣＶＤプロセスの別の実施例において、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン、またはチタン炭窒化物を堆積させるときに、Ｔｉキャリアが、ＴｉＦ４、ＴｉＣｌ４、ＴｉＢｒ４、ＴｉＩ４、Ｔｉ［Ｎ（Ｃ２Ｈ５ＣＨ３）］４（ＴＥＭＡＴ）、Ｔｉ［Ｎ（ＣＨ３）２］４（ＴＤＭＡＴ）、またはＴｉ‖［Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２］４（ＴＤＥＡＴ）を含むことができ、還元ガスは、Ｈ２、ＮＨ３、Ｎ２およびＨ２、Ｎ２Ｈ４、ＮＨ（ＣＨ３）２、またはＮ２Ｈ３ＣＨ３を含むことができる。
【００４４】
図５に示される第１のプロセスに対して熱的に駆動された蒸着プロセス、例えばＡＬＤまたはＣＶＤプロセスの別の実施例として、タングステン（Ｗ）、タングステン窒化物、またはタングステン炭窒化物を堆積させるときに、Ｗキャリアは、ＷＦ６またはＷ（ＣＯ）６を含むことができ、還元ガスは、Ｈ２、ＮＨ３、Ｎ２およびＨ２、Ｎ２Ｈ４、ＮＨ（ＣＨ３）２、またはＮ２Ｈ３ＣＨ３を含むことができる。
【００４５】
図５に示される第１のプロセスに対して熱的に駆動された蒸着プロセス、例えばＡＬＤまたはＣＶＤプロセスの別の実施例において、モリブデン（Ｍｏ）を堆積させるときに、Ｍｏキャリアは、モリブデン六フッ化物（ＭｏＦ６）を含むことができ、還元ガスは、Ｈ２を含むことができる。
【００４６】
図５に示される第１のプロセスに対して熱的に駆動された蒸着プロセス、例えばＡＬＤまたはＣＶＤプロセスの銅を堆積させるときに、Ｃｕキャリアは、Ｃｕを含有する有機金属化合物、例えばシューマッハー、エアプロダクツアンドケミカルズのユニット会社（１９６９  Ｐａｌｏｍａｒ  Ｏａｋｓ  Ｗａｙ、カールズバッド、カリフォルニア９２００９）から入手可能な商品名ＣｕｐｒａＳｅｌｅｃｔ（登録商標）で知られたＣｕ（ＴＭＶ）（ｈｆａｃ）、または無機化合物、例えばＣｕＣｌを含むことができる。還元ガスは、Ｈ２、Ｏ２、Ｎ２、ＮＨ３、またはＨ２Ｏの少なくとも１つを含むことができる。ここで使用している用語「Ａ、Ｂ、Ｃ、…またはＸのうちの少なくとも１つ」は、記載されたエレメントのどれか１つ、または記載されたエレメントの１つ以上のものの何らかの組合せを称する。
【００４７】
図５に示される第１のプロセスに対して熱的に駆動された蒸着プロセス、例えばＡＬＤまたはＣＶＤプロセスの別の実施例において、酸化ジルコニウムを堆積させるときに、Ｚｒキャリアは、Ｚｒ（ＮＯ３）４、またはＺｒＣｌ４を含むことができ、還元ガスは、Ｈ２Ｏを含むことができる。
【００４８】
図５に示される第１のプロセスに対して熱的に駆動された蒸着プロセス、例えばＡＬＤまたはＣＶＤプロセスで酸化ハフニウムを堆積させるときに、Ｈｆキャリアは、Ｈｆ（ＯＢｕｔ）４、Ｈｆ（ＮＯ３）４、またはＨｆＣｌ４を含むことができ、還元ガスは、Ｈ２Ｏを含むことができる。他の例では、ハフニウム（Ｈｆ）を堆積させるときに、Ｈｆキャリアは、ＨｆＣｌ４を含むことができ、第２のプロセス材料は、Ｈ２を含むことができる。
【００４９】
図５に示される第１のプロセスに対して熱的に駆動された蒸着プロセス、例えばＡＬＤまたはＣＶＤプロセスのさらに別の実施例において、ニオブ（Ｎｂ）を堆積させるときに、Ｎｂキャリアは、五塩化ニオブ（ＮｂＣｌ５）を含むことができ、還元ガスは、Ｈ２を含むことができる。
【００５０】
図５に示される第１のプロセスに対して熱的に駆動された蒸着プロセス、例えばＡＬＤまたはＣＶＤプロセスの別の実施例において、亜鉛（Ｚｎ）を堆積させるときに、Ｚｎキャリアは、二塩化亜鉛（ＺｎＣｌ２）を含むことができ、還元ガスは、Ｈ２を含むことができる。
【００５１】
図５に示される第１のプロセスに対して熱的に駆動された蒸着プロセス、例えばＡＬＤまたはＣＶＤプロセスの別の実施例において、酸化シリコンを堆積させるときに、Ｓｉキャリアは、Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＣｌ４、またはＳｉ（ＮＯ３）４を含むことができ、還元ガスは、Ｈ２ＯまたはＯ２を含むことができる。他の例では、窒化シリコンを堆積させるときに、Ｓｉキャリアは、ＳｉＣｌ４またはＳｉＨ２Ｃｌ２を含むことができ、還元ガスは、ＮＨ３、または、Ｎ２およびＨ２を含むことができる。他の例では、ＴｉＮを堆積させるときに、Ｔｉキャリアは、硝酸チタン（Ｔｉ（ＮＯ３））を含むことができ、還元ガスは、ＮＨ３を含むことができる。
【００５２】
図５に示される第１のプロセスに対して熱的に駆動された蒸着プロセス、例えばＡＬＤまたはＣＶＤプロセスの別の実施例において、アルミニウムを堆積させるときに、Ａｌキャリアは、塩化アルミニウム（Ａｌ２Ｃｌ６）をまたはトリメチルアルミニウム（Ａｌ（ＣＨ３）３）を含むことができ、還元ガスは、Ｈ２を含むことができる。窒化アルミニウムを堆積させるときに、Ａｌキャリアは、アルミニウム三塩化物またはトリメチルアルミニウムを含むことができ、還元ガスは、ＮＨ３、または、Ｎ２およびＨ２を含むことができる。他の例では、酸化アルミニウムを堆積させるときに、Ａｌキャリアは、塩化アルミニウムまたはトリメチルアルミニウムを含むことができ、還元ガスは、Ｈ２Ｏ、または、Ｏ２およびＨ２を含むことができる。
【００５３】
図５に示される第１のプロセスに対して熱的に駆動された蒸着プロセス、例えばＡＬＤまたはＣＶＤプロセスの別の実施例において、ＧａＮを堆積させるときに、Ｇａキャリアは、硝酸ガリウム（Ｇａ（ＮＯ３）３）またはトリメチルガリウム（Ｇａ（ＣＨ３）３）を含むことができ、還元ガスは、ＮＨ３を含むことができる。
【００５４】
さまざまな材料層の形成に対する上記実施例において、図６に示される第１のプロセスに対して堆積されるプロセス材料は、金属膜、金属窒化膜、金属炭窒化物膜、金属酸化膜、または金属ケイ酸塩膜のうちの少なくとも１つを含むことができる。一方、第２の堆積プロセスに対して堆積されるプロセス材料は、同じであるか異なる金属組成の別の材料膜を含むことができる。例えば、図６に示される第１のプロセスに対して堆積されるプロセス材料は、タンタル膜、タンタル窒化膜、またはタンタル炭窒化物膜のうちの少なくとも１つを含むことができる。一方、図５に記載された第２の堆積プロセスに対して堆積されるプロセス材料は、例えば別のタンタル膜、別のタンタル窒化膜、または別のタンタル炭窒化物膜（例えばタンタル炭窒化物膜の上に堆積されるタンタル膜）を含むことができる。別の形態として、例えば、図５に記載された第２の堆積プロセスに対して堆積されるプロセス材料は、例えば、Ａｌ膜、またはＣｕ膜を含むことができ、これらの膜は、例えば１つの金属ラインを別の金属ラインに接続するための、または例えば金属ラインを半導体デバイスのソース／ドレイン接点に接続するためのビアを例えば金属被覆するために堆積されることを含むことができる。ＡｌまたはＣｕ膜は、上記の通りにＡｌおよびＣｕのためのプリカーサを使用してプラズマプロセスの有無にかかわらず形成されることができる。また、図５に記載された第２の堆積プロセスに対して堆積されるプロセス材料は、絶縁層、例えば半導体デバイスの金属ラインまたはゲート構造に対する上記のようなジルコニウム酸化膜、ハフニウム酸化膜、ハフニウムケイ酸塩膜、シリコン酸化膜、窒化シリコン膜、チタン窒化膜、および／またはＧａＮ膜を含むことができる。
【００５５】
更に、図５の第１の堆積プロセスは、ＡＬＤプロセスによって起こる必要はしなくて、公知技術の適切なキャリヤガスを使用して別の熱ＣＶＤプロセスを用いて本発明が起こることがあってもよい。例えば、シランおよびジシランが、シリコンベースの、またはシリコン含有の膜の堆積のためのシリコンキャリアとして使われることがあり得る。Ｇｅｒｍａｎｅは、ゲルマニウムベースの、またはゲルマニウム含有の膜を堆積させるためにゲルマニウムキャリアを使用されることがあり得る。このようなキャリアが、同様に、図５に記載されるプラズマプロセスの間、用いられることがあり得る。このように、図５に記載される第１および第２の堆積プロセスに対して堆積されるプロセス材料は、半導体装置用の導電性ゲート構造を形成するように、例えば堆積される金属シリサイド膜および／またはゲルマニウム含有の膜を含むことができる。
【００５６】
図５に図示したように、第１の膜の堆積に続いて、第２の膜は、プラズマプロセスによって好ましくは堆積される。プラズマ増強化学的気相成長（ＰＥＣＶＤ）プロセスまたはプラズマ増強原子層堆積プロセスのようなプラズマプロセスは、それぞれ、熱ＣＶＤまたは熱ＡＬＤと比較してその一般的により高い成長速度により、第２の膜の堆積に対して好まれる。しかしながら、他の技術は、本発明に係る第２の膜を堆積させるために用いることができる。
【００５７】
さらに、図５に示される上記の交互プロセスで、プロセスボリュームは、第１の時間の間の第１のプロセスガス材料の導入および任意に第２の時間の間のパージガスの導入の間の第１のボリューム（Ｖ１）と、第３の時間の間の第２のプロセスガス材料の導入および任意に第４の期間の間のパージガスの導入の間の第２のボリューム（Ｖ２）と、の間に変化することができる。Ｖ１およびＶ２に対する最適のボリュームは、ＰＥＡＬＤプロセスの各々のプロセスステップに対する処理空間に対して選ばれることができる。
【００５８】
例えば、第１のプロセスガス材料が処理空間を通り抜け、そして第１のプロセスガス材料のある割合いが基板の表面上に吸着されるように、第１のボリューム（Ｖ１）は十分に小さくされ得る。処理空間の第１のボリュームが減少されるとき、基板表面上の吸着に対して必要な第１のプロセスガス材料の量は減少し、第１の処理空間の中で第１のプロセスガス材料を交換することを必要とする時間は、減少される。例えば、処理空間の第１のボリュームが減少されるとき、それ故、滞留時間は減少される。そして、第１の期間の短縮を可能にする。
【００５９】
さらに、例えば、第２のボリューム（Ｖ２）は、第２のプロセス材料からのプラズマの形成が基板より上に均一なプラズマの形成に至るボリュームにセットされ得る。熱処理プロセスジオメトリーに相当する均一性のプラズマプロセスジオメトリーを提供することが可能である本発明に係る能力は、異なる処理システムの間のプロセスウェハを移送することを必要とせず、同じシステムでの連続的な熱、および、プラズマプロセスを実行することを本発明に許容する。そして、このことによりプロセス時間を節約し、プロセス膜の間のインターフェースで表面汚染を減少する。そして、その結果として膜に対する改良された材料特性に至る。
【００６０】
本発明の一実施態様において、処理空間の第２のボリュームＶ２は、０．１を超え、好ましくは０．５を超える、幅に対する高さのアスペクト比を有する処理空間を規定する。例えば、アスペクト比が減少するとき、プラズマ均一性が悪化するように観測され、一方、アスペクト比が増加させるとき、プラズマ均一性は、改良するように観測された。
【００６１】
半導体ウェハを含む基板を処理するとき、処理空間は、実質的に円筒状であり、そして、基板と、上部アセンブリとの間の直径、および、高さまたは間隔によって特徴づけられる。間隔（または高さ）が、処理空間のボリュームを調整するための変数パラメータであり得るのに反して、直径は、基板のサイズに関連する。第１のプロセス材料の導入の間の第１のボリュームは、例えば、基板ステージ２０から上部アセンブリ３０まで２０ｍｍ以下の間隔に、および、第２のプロセス材料の導入の間の第２のボリュームは、例えば、２０ｍｍより大きい間隔を有することができる。
【００６２】
図６は、本発明の１つの実施形態に係るプロセスのプロセスフロー図を示す。図６のプロセスは、図１−図４の処理システムによって、または他のいかなる適切な処理システムによっても実行されることができる。図６に示すように、ステップ６１０で、基板より上に規定される処理空間を有する蒸着システムに基板が配置されるときに、プロセスは始まる。ステップ６２０において、第１のプロセスガス組成は、第１の蒸着プロセスに係る処理空間に導入される。ステップ６３０において、第１の膜は、基板に堆積される。ステップ６４０において、第２のプロセスガス組成は、第１の処理空間からサイズの異なる第２の処理空間に導入される。ステップ６５０において、第２の膜は、第２のプロセスガス組成から基板に堆積される。
【００６３】
ステップ６３０および６５０において、第１および第２の膜に対して堆積される材料は、同一材料であり得るか、または、異なる材料であり得る。
【００６４】
ステップ６１０において、蒸着システムは、原子層堆積（ＡＬＤ）プロセス、プラズマ増強ＡＬＤ（ＰＥＡＬＤ）プロセス、プラズマ増強化学的気相成長（ＰＥＣＶＤ）プロセス、または熱化学気相成長（ＣＶＤ）プロセスのうちの少なくとも１つに対して構成されることができる。このように、堆積される第１の膜は、ＡＬＤプロセスによって堆積することができ、および、第２の膜は、ＰＥＡＬＤプロセスによって堆積されることができる。別の形態として、堆積される第１の膜は、熱ＣＶＤプロセスによって堆積されることができ、および、第２の膜は、ＰＥＣＶＤプロセスによって堆積されることができる。別の形態として、堆積される第１の膜は、ＡＬＤプロセスによって堆積されることができ、および、第２の膜は、熱ＣＶＤプロセスまたはＰＥＣＶＤプロセスによって堆積されることができる。
【００６５】
ステップ６２０において、第１のプロセスガス組成は、シールドによって囲まれた基板より上の処理空間に導入される。本発明の一実施態様において、シールドは、シールドを通して第１のプロセスガス組成の排気を可能する穴が空けられていることができる。もしシールドがせん孔を有しないならば、処理空間の内側は、別個に排気されることができる。
【００６６】
ステップ６５０において、基板を保持している基板ステージは、第２の膜の堆積物の均一性を改良する位置に移動されることができる。ステップ６５０において、プラズマは、０．１から１００ＭＨｚまでの周波数でＲＦエネルギを印加することによって形成されることができる。本発明の一態様において、プラズマを形成する前に、処理空間のボリュームは、プラズマ均一性のためにより助けとなる条件を容易にするために増加される。このように、ステップ６５０の前に、基板ステージは、第２の蒸着プロセスのプラズマ均一性を改良する位置に移動されることができる。例えば、基板ステージは、プラズマ均一性が基板ステージの２００ｍｍの直径に渡って２％より十分に良い、または基板ステージの２００ｍｍの直径に渡って１％より十分に良い位置にセットされることができる。
【００６７】
ステップ６５０の間、基板バイアスは、基板に提供されることができる。例えば、基板バイアスは、直流電圧、および／または０．１から１００ＭＨｚまでの周波数を有しているＲＦ電圧であり得る。ステップ６５０の前に、電磁気のパワーは、第１の膜の表面で還元反応プロセスを加速するプラズマを生成するために、蒸着システムに結合されることができる。
【００６８】
さらにまた、パージガスは、第１の膜を堆積させた後に導入されることができる。さらに、パージガスの有無にかかわらず、現在の、電磁気のパワーは、少なくとも１つの前記蒸着システムまたは基板から汚染物質を解放するために、蒸着システムに結合されることができる。電磁気のパワーは、プラズマ、紫外光、またはレーザーの形で蒸着システムに結合されることができる。
【００６９】
本発明の一実施態様において、パージガスは、反応性のクリーニングガスであり得る。この場合、反応性のクリーニングガスは、処理チャンバ壁上の汚染物質と、および／または、処理チャンバからのこのような不純物を除去するのにアシストするように基板表面と化学的に反応する。従来技術において当業者によって理解されるように、反応性ガスの組成は、主にＡＬＤプロセスに、および、特に、処理チャンバから除去される汚染物質に依存する。すなわち、反応性ガスは、処理チャンバから除去される汚染物質に反応するように選ばれる。タンタル膜を堆積させることの実施例を考える際に、第１のプロセス材料としての五塩化タンタル、および、第２のプロセス材料としての水素を（すなわち還元反応）使用すると、塩素汚染物質は、プロセス壁に、および、堆積膜自体の中に残留し得る。これらの塩素汚染物質を除去するために、アンモニア（ＮＨ３）は化学的に塩素汚染物質に反応し、および、壁および／または基板からそれらを解放するために導入されることができる。その結果、汚染物質は真空排気によってチャンバから放出されることができる。
【００７０】
本発明の他の実施例において、処理チャンバ壁は、汚染物質を除去するために化学反応を容易にするために暖められることができる。例えば、上記の通りに塩素汚染物質を還元するときに、チャンバ壁は少なくとも８０℃まで加熱される。
【００７１】
図１−図４に示すように、堆積システム１および１’は、処理チャンバ１０に組み合わせられることができるコントローラ７０と、基板ステージ２０と、上部アセンブリ３０と、第１のプロセス材料供給システム４０と、第２のプロセス材料供給システム４２と、パージガス供給システム４４と、第１の電源５０と、基板温度コントロールシステム６０と、および／またはプロセスボリューム調整システム８０とをを含む。
【００７２】
コントローラ７０は、マイクロプロセッサ、メモリ、および、膜堆積のための上記で議論されたプロセスを制御しモニタするために堆積システム１（１’）と通信し、堆積システム１（１’）への入力をアクティブにし、同じく堆積システム１（１’）からの出力をモニタするために十分な制御電圧を生成することが可能なデジタルＩ／Ｏポートを含むことができる。例えば、コントローラ７０は、図６に関して上で記載されているステップを達成するように実行するプログラム命令を有するコンピュータ読み取り可能なメディアを含むことができる。さらに、コントローラ７０は、処理チャンバ１０、基板ステージ２０、上部アセンブリ３０、第１のプロセス材料ガス供給システム４０、第２のプロセス材料供給ガスシステム４２、パージガス供給システム４４、第１の電源５０、第２の電源５２、基板温度コントローラ６０、および／または圧力制御システム３２に組み合わせられることができ、それらと情報を交換することができる。例えば、メモリに格納されたプログラムは、上記のプラズマ無し、またはプラズマ増強堆積プロセスの１つを実行するために、プロセスレシピに係る堆積システム１（１’）の上述したコンポーネントへの入力をアクティブにするために利用されることができる。
【００７３】
コントローラ７０の１つの実施例は、オースティン、テキサスのデル社から入手可能な、６１０ＴＭ、デルプレシジョンワークステーションである。しかしながら、コントローラ７０は、メモリに含まれる１つ以上の命令の１つ以上のシーケンスを実行しているプロセッサに応答して本発明の処理ステップに基づいてマイクロプロセッサの一部または全てを実行する汎用コンピューターシステムとして実行されることができる。このような命令は、別のコンピュータ読み取り可能なメディア（例えばハードディスクまたはリムーバブルメディアドライブ）から、コントローラメモリに読み込まれることができる。マルチプロセッシング装置の１つ以上のプロセッサは、また、主メモリに含まれる命令のシーケンスを実行するために、コントローラマイクロプロセッサとして使用されることができる。代わりの実施例では、配線による回路が、ソフトウェア命令の代わりにまたはそれと結合して用いられることができる。したがって、実施形態は、ハードウェア回路、および、ソフトウェアの何らかの特定の組合せに限定されない。
【００７４】
コントローラ７０は、本発明の教示に係りプログラムされた命令を保持するために、およびデータ構造、表、レコード、若しくは本発明を実施するのに必要であり得る他のデータを包含するために、少なくとも１つのコンピュータ読み取り可能なメディア、またはメモリ、例えばコントローラメモリを有する。コンピュータ読み取り可能なメディアの実施例は、コンパクトディスク、ハードディスク、フロッピー（登録商標）ディスク、テープ、光磁気ディスク、ＰＲＯＭｓ（ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュＥＰＲＯＭ）、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、ＳＤＲＡＭ、または、他のいかなる磁気媒体、コンパクトディスク（例えばＣＤ―ＲＯＭ）、または他のいかなる光学的メディア、パンチカード、紙テープまたは孔パターンを有する他の物理メディア、キャリアウェーブ（以下に記載する）、またはコンピュータが読むことができる他のいかなるメディアでもある。
【００７５】
コンピュータ読み取り可能なメディアのどれかひとつ、または組合せたものに保存されて、本発明は、コントローラ７０を制御するための、本発明を実施するためのデバイスまたはデバイスを駆動するための、および／またはコントローラが人間のユーザと対話することを可能にするためのソフトウェアを含む。このようなソフトウェアは、デバイスドライバ、オペレーティングシステム、開発ツール、およびアプリケーションソフトを含むことができるが、これに限定されるものではない。このようなコンピュータ読み取り可能なメディアは、本発明を実施する際に実行されるプロセスの全てまたは部分（もしプロセスが分散さえるならば）を実行するための本発明のコンピュータプログラム製品を更に含む。
【００７６】
本発明のコンピューターコードデバイスは、スクリプト、解釈可能なプログラム、ダイナミックリンクライブラリ（ＤＬＬ）、Ｊａｖａ（登録商標）クラス、および、完成した実行可能プログラムを含むがこれに限らない何らかの解釈可能なまたは実行可能コード機構であることができる。さらに、本発明のプロセスの部分は、より十分な性能、信頼性、および／または費用に対して分散されることができる。
【００７７】
ここで使用する用語「コンピュータ読み取り可能なメディア」は、実行のためコントローラ７０のプロセッサに対する命令を提供する際に関係する何らかのメディアを称する。コンピュータ読み取り可能なメディアは、多くの形態をとることができ、不揮発性のメディア、揮発性のメディア、および、伝送メディアを含み、しかし、それらに限定されるものではない。不揮発性のメディアは、例えば、光学的、磁気ディスク、および光磁気ディスク、例えばハードディスクまたはリムーバブルメディアドライブを含む。揮発性のメディアは、ダイナミックメモリ、例えば主メモリを含む。さらに、コンピュータ読み取り可能なメディアの多様な形態は、実行のためのコントローラのプロセッサに対する１つ以上の命令の１つ以上のシーケンスを実行することを含まれることができる。例えば、命令は、まず最初にリモートコンピュータの磁気ディスクに移動されることができる。リモートコンピュータは、遠隔でダイナミックメモリへ、本発明の全てまたは部分を実施するための命令をロードすることができ、および、コントローラ７０にネットワーク上で命令を送ることができる。
【００７８】
コントローラ７０は、堆積システム１（１’）に対して近くで位置づけられることができ、または、それは堆積システム１（１’）に対して遠く離れて位置づけられることができる。例えば、コントローラ７０は、直接接続、イントラネット、インターネット、および、ワイヤレス接続のうちの少なくとも１つを用いて、データを堆積システム１（１’）と交換することができる。コントローラ７０は、例えば、顧客サイト（すなわちデバイスメーカーなど）でイントラネットに接続させられることができ、または、それは、例えば、ベンダーサイト（すなわち装置製造業者）でイントラネットに接続させられることができる。加えて、例えば、コントローラ７０は、インターネットに組み合わせられることができる。さらにまた、別のコンピュータ（すなわちコントローラ、サーバなど）は、例えば、直接接続、イントラネット、およびインターネットのうちの少なくとも１つを介してデータを交換するコントローラ７０にアクセスできる。また、当業者によって理解されるように、コントローラ７０は、ワイヤレス接続を介してデータを堆積システム１（１’）と交換することができる。
【００７９】
発明の特定の典型的な実施形態だけが上で詳述されたが、当業者は、発明の新規進歩の事項から逸脱することなく典型的な実施形態において多数の変更態様が可能であることが容易に理解することができる。
【００８０】
添付の図面において、上記詳細な説明を参照することでより十分に理解されるのと同様に、添付の図面ととともに考えられることによって、本発明のより完全な理解およびそれの多くの効果は容易に得られる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の１つの実施形態に係る堆積システムの概略図を記載する図である。
【図２】本発明の１つの実施形態に係る拡大された処理空間を示す図１の堆積システムの概略図を記載する図である。
【図３】本発明の別の実施形態に係る堆積システムの概略図を記載する図である。
【図４】本発明の１つの実施形態に係る拡大された処理空間を示す図３の堆積システムの概略図を記載する図である。
【図５】図１〜図４の堆積システムで使用される本発明の１つの実施形態に係る概略のタイミングダイアグラムを記載する図である。
【図６】本発明の１つの実施形態に係るプロセスのプロセスフロー図を示す図である。
【符号の説明】
【００８２】
１…堆積システム、１’…堆積システム、１０…処理チャンバ、２０…基板ステージ、２２…外側リップ、２４…シールド、２５…基板、３０…上部アセンブリ、３２…圧力制御システム、３４…真空排気システム、３５…真空排気システム、３６…バルブ、３８…ダクト、４０…第１のプロセス材料ガス供給システム、４２…第２のプロセス材料ガス供給システム、４４…パージガス供給システム、５０…第１の電源、５２…第２の電源、６０…基板温度コントロールシステム、７０…コントローラ、８０…プロセスボリューム調整システム、８５…第１の処理空間、８５’…第２の処理空間、１１０…処理チャンバ。
【図１】
2007138295.tif 000003
【図２】
2007138295.tif 000004
【図３】
2007138295.tif 000005
【図４】
2007138295.tif 000006
【図５】
2007138295.tif 000007
【図６】
2007138295.tif 000008
【外国語明細書】
2007138295000001.pdf