(57)【要約】  本発明は、酸化アルミニウム及び／又は窒化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３又はＡｌＮ）の層（２）の基板（１）上への製造方法であって、以下の一連の連続的工程ａ）及びｂ）：ａ）堆積チャンバー（１０）内で、５から２５ｎｍの間の厚さを有するアルミニウムの基本層（２１、２２）を基板（１）上に堆積させる工程、ｂ）基板（１）を、堆積チャンバー（１０）から分離した処理チャンバー（２０）に移す工程であって、処理チャンバー内で、アルミニウムの基本層（２１、２２）が酸化又は窒化されて、酸化アルミニウム又は窒化アルミニウムの基本層（２１’、２２’）を製造する工程を含む方法に関する。前記一連の連続的工程を、酸化アルミニウム又は窒化アルミニウムの連続的層（２１’、２２’）を積み重ねることにより酸化アルミニウム又は窒化アルミニウムの前記層（２）が得られるまで、反復する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）及び／又は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなる層を基板（１）上に形成するための方法であって、
ａ）堆積チャンバー内で、５から２５ｎｍの間の厚さを有するアルミニウムの単体層（２１、２２）を基板上に堆積させる工程と、
ｂ）基板を、堆積チャンバーから分離した処理チャンバーに移す工程であって、処理チャンバー内で、アルミニウムの前記単体層（２１、２２）が酸化及び／又は窒化されて、それぞれ酸化アルミニウム又は窒化アルミニウムの単体層（２１’、２２’）を形成する工程による、一連の連続的工程ａ）及びｂ）が、酸化アルミニウム又は窒化アルミニウムの連続的単体層（２１、２２）をそれぞれ積み重ねることにより酸化及び／又は窒化アルミニウムの前記層が得られるまで、反復される、前記方法。
【請求項２】
工程ｂ）中で、酸化又は窒化が、酸素又は窒素原子をそれぞれアルミニウムの単体層（２１、２２）を通じて拡散させることにより行われることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
堆積チャンバー（１０）内及び処理チャンバー（２０）内に一度に１つの基板（１）のみが配置されることを特徴とする、請求項１又は２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４】
工程ａ）及びｂ）が、酸化アルミニウム及び／又は窒化アルミニウムの層の厚さが２０ｎｍ以上、好ましくは５００ｎｍ未満になるまで、繰り返されることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
工程ａ）中で、アルミニウムの前記単体層（２１、２２）を、物理蒸着（ＰＶＤ）又は化学蒸着（ＣＶＤ）法により堆積させることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
酸化アルミニウム及び／又は窒化アルミニウムの層（２）でコーティングされた前記基板（１）を、堆積チャンバー（１０）及び処理チャンバー（２０）から分離した、前記堆積及び処理チャンバーに対して密閉された中間チャンバー（３０）に移し、次いで、
堆積チャンバー（１０）及び／又は処理チャンバー（２０）を洗浄する、
工程ｃ）を更に含むことを特徴とする、請求項１から５までのいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化アルミニウム及び／又は窒化アルミニウムの製造方法、並びにそのような方法を実施するためのデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）又は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の層を形成するために、例えば半導体材料を製造するために、堆積チャンバー内で原子層堆積又はＡＬＤプロセスを使用することが知られている。堆積チャンバー内でアルミニウムの原子層を基板に堆積させる。アルミニウム層の堆積後、堆積チャンバーはパージされる。次に、酸素又はアンモニアを堆積チャンバーに送り込み、アルミニウムの原子層を酸化又は窒化して、酸化アルミニウム又は窒化アルミニウムの層を形成する。アルミニウムの新しい原子層の堆積の前に、堆積チャンバーは再度パージされる。酸化アルミニウム又は窒化アルミニウムの層の望ましい厚さが得られるまで、アルミニウム堆積、酸化又は窒化工程及びパージを繰り返す。
【０００３】
しかし、原子層堆積プロセスは、一度に１層の原子層のみを堆積することを含むことから、比較的遅い。したがって、厚さ５０〜１００ｎｍの酸化アルミニウム又は窒化アルミニウムの層を形成するのに、プロセスが数時間継続する。加えて、この方法を実施する際に、堆積チャンバーの壁に堆積物が形成され得るが、この堆積物は洗浄が困難である。実際、エッチング槽に浸漬することにより酸化アルミニウム堆積物を洗浄することが知られているが、この技術は、堆積チャンバーの洗浄には適していない。
【０００４】
低い堆積速度を補うため、堆積チャンバー内に複数の基板を配置して複数の基板で酸化アルミニウム層を同時に得る方法が知られている。しかし、複数の基板が同時に存在すると、堆積チャンバーの雰囲気の均一性の低下を引き起こし、特に堆積層の厚さの均一性に関して堆積物の品質を低下させる。
【０００５】
本発明は、相当な厚み、即ち、典型的には２０から５００ｎｍの間の酸化アルミニウム層の製造中に堆積チャンバーの洗浄を促進することを可能にする、酸化アルミニウム及び／又は窒化アルミニウムからなる層を形成する方法並びにそのような方法を実施するためのデバイスを提案することで、上記の欠点に、対応することをより具体的に意図している。
【発明の概要】
【０００６】
これに関連して、本発明の目的は、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）及び／又は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなる層を基板上に形成するための方法を提案することであり、ここで、
ａ）堆積チャンバー内で、５から２５ｎｍの間の厚さを有するアルミニウムの単体層（ｅｌｅｍｅｎｔａｌ  ｌａｙｅｒ）を基板上に堆積させる工程と、
ｂ）基板を、堆積チャンバーとは別個の処理チャンバーに移す工程であって、処理チャンバー内で、アルミニウムの単体層が酸化及び／又は窒化されて、それぞれ酸化アルミニウム又は窒化アルミニウムの単体層を形成する工程による、一連の連続する工程ａ）及びｂ）を、酸化アルミニウム又は窒化アルミニウムの連続的単体層をそれぞれ積み重ねることにより酸化及び／又は窒化アルミニウムの前記層が得られるまで、反復する。
【０００７】
特に指示がない限り、用語「の上に（ｏｖｅｒ）」は、２つの要素間の直接的接触を意味すると解釈されるべきではなく、対象となる２つの要素間に挿入された少なくとも１つの要素が存在し得ることを意味することに留意すべきである。
【０００８】
本発明の他の有利であるが必須ではない（ｎｏｎ−ｏｂｌｉｇａｔｏｒｙ）利点によれば、このような方法は、技術的に許容される任意の組合せにより、以下の特長を１つ以上組み入れてもよい。
−  工程ｂ）中で、酸化又は窒化が、酸素又は窒素原子をアルミニウムの単体層を通じて拡散させることにより行われること、
−  堆積チャンバー内及び処理チャンバー内に一度に１つの基板のみが配置されること、
−  工程ａ）及びｂ）を、酸化アルミニウム及び／又は窒化アルミニウムの層の厚さが２０ｎｍ以上、好ましくは５００ｎｍ未満になるまで、繰り返すこと、
−  工程ａ）中で、アルミニウムの単体層を物理蒸着（ＰＶＤ）又は化学蒸着（ＣＶＤ）法により堆積させること、
−  本方法は、工程ｃ）、即ち
・  酸化及び／又は窒化アルミニウムの層でコーティングされた基板を、堆積チャンバー及び処理チャンバーから分離した、前記堆積及び処理チャンバーに対して密閉された中間チャンバーに移し、次いで
・  堆積チャンバー及び／又は処理チャンバーを洗浄する工程、
を更に含むこと。
【０００９】
本発明は、アルミニウム源に接続した密閉堆積チャンバー、酸素又は窒素源に接続した密閉処理チャンバー、並びに堆積チャンバー及び処理チャンバーが個別に密接して接続している中間チャンバーを含むデバイスにおいて実施されてよい。
【００１０】
添付図面を参照しながら、以下の説明を読むことで、本発明をより明確に理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１Ａ】本発明による酸化アルミニウム及び／又は窒化アルミニウムの製造方法の各段階を示す。
【図１Ｂ】本発明による酸化アルミニウム及び／又は窒化アルミニウムの製造方法の各段階を示す。
【図１Ｃ】本発明による酸化アルミニウム及び／又は窒化アルミニウムの製造方法の各段階を示す。
【図１Ｄ】本発明による酸化アルミニウム及び／又は窒化アルミニウムの製造方法の各段階を示す。
【図１Ｅ】本発明による酸化アルミニウム及び／又は窒化アルミニウムの製造方法の各段階を示す。
【図２】酸化アルミニウム及び／又は窒化アルミニウムの製造方法を実施するためのデバイスの図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図を読みやすくするため、図示された各種要素は必ずしも実寸に通りには表現されていない。
【００１３】
酸化アルミニウム及び／又は窒化アルミニウムの層は、酸化アルミニウム又は窒化アルミニウムの単体層を基板に積み重ねることで形成される。
【００１４】
基板の機能は、形成される酸化アルミニウム及び／又は窒化アルミニウムの層のための支持体としての役割を果たすことである。
【００１５】
各単体層は、それぞれが堆積デバイスの特定の真空チャンバー内で行われる２つの連続的工程において形成される。
【００１６】
図１Ａに示す第１の工程では、堆積チャンバーとして知られている第１のチャンバー内で、アルミニウムの第１の単体層２１を基板１上に堆積させる。この目的のために、化学蒸着（ＣＶＤ）の場合には、アルミニウム原子を含有する分子が真空チャンバー内に導入され、基材表面と反応して、基材表面にアルミニウム層を形成する。
【００１７】
この単体層の厚さは、前記層の厚さ全体にわたる後続の酸素原子（酸化の場合）又は窒素原子（窒化の場合）の拡散を可能にするのに十分なものになるように選択される。この関連して、前記アルミニウムの単体層は、５から２５ｎｍの間、好ましくは５から２０ｎｍの間、又は更に好ましくは５から１５ｎｍの間の厚さを有していなければならないと考えられる。
【００１８】
アルミニウムの単体層がより大きな厚さを有する場合、酸化は、（酸化雰囲気に曝露された単体層の表面から基板まで延在する）酸化アルミニウム表面層の形成をもたらし、約１０ナノメートルの厚さから、アルミニウムの単体層の下層部分の酸化に対するバリアを形成する。これらの条件下において、下層部分は酸化され得ず、酸化アルミニウム表面部分及びアルミニウムの埋め込み部分から形成される複合層が得られる。
【００１９】
アルミニウムの単体層の堆積は、原子層堆積プロセスに比べてはるかに速い物理蒸着（ＰＶＤ）法又は化学蒸着（ＣＶＤ）法により行われる。
【００２０】
このようなアルミニウムの単体層の堆積は、約２０秒間継続する。
【００２１】
次に、アルミニウムの第１の単体層を支持する基板を、処理チャンバーとして知られている第２のチャンバーに移される。処理チャンバーは、堆積チャンバーから分離しており、堆積チャンバーに対して不透過性である。
【００２２】
処理チャンバーには、アルミニウムの単体層２１の酸化又は窒化を生じさせるため、酸素又は窒素を含有する化学種が注入される。この処理中に、酸素又は窒化物原子が、第１のアルミニウムの単体層２１を通じて、前記層の厚さ全体にわたり、拡散する。このように、注入される化学種に応じて、酸化アルミニウム又は窒化アルミニウムの第１の単体層２１’が得られる（図１Ｂ）。
【００２３】
アルミニウムの単体層の酸化又は窒化には約１０秒かかる。
【００２４】
次に、酸化アルミニウム又は窒化アルミニウムの第１の単体層２１’でコーティングされた基板１は、堆積チャンバーに戻される。
【００２５】
特に有利には、堆積層の汚染を回避するため、基板の全ての移動は、デバイス内部において真空下又は制御雰囲気内で行われる。
【００２６】
堆積チャンバー内では、アルミニウムの第２の単体層２２が、酸化アルミニウム又は窒化アルミニウムの第１の単体層２１’上に堆積する（図１Ｃ参照）。アルミニウムの第２の単体層の堆積工程の特徴は、アルミニウムの第１の単体層の堆積工程の特徴と同様である。
【００２７】
層２１’及び層２２でコーティングされた基板は、次に、処理チャンバーに移され、処理チャンバー内で、アルミニウム第２の単体層２２の酸化又は窒化が行われて、酸化アルミニウム又は窒化アルミニウムの第２の単体層２２’が形成される（図１Ｄ参照）。
【００２８】
アルミニウムの第２の単体層の処理工程の特徴は、アルミニウムの第１の単体層の処理工程の特徴と同様である。
【００２９】
次に、酸化アルミニウム又は窒化アルミニウムの単体層２１’及び２２’でコーティングされた基板１は、堆積チャンバーに戻される。
【００３０】
目的の用途に応じて、方法の全ての処理工程で同じ処理（酸化又は窒化）を行うか、或いは酸化アルミニウム及び窒化アルミニウムの単体層のスタックを得るために酸化処理及び窒化処理を適用することが可能である。後者の場合、２つの処置チャンバーを備えたデバイスを使用することが有利であり、一方が酸素源に接続され、他方が窒素源に接続され、処理されるアルミニウムの単体層でコーティングされた基板が、行われる処理に応じて、これらの２つのチャンバーのいずれかに置かれる。
【００３１】
このように、一連の、アルミニウムの単体層の堆積及び前記アルミニウムの単体層の酸化又は窒化が、酸化アルミニウム及び／又は窒化アルミニウムの層の望ましい厚さが得られるまで、数回繰り返される。
【００３２】
したがって、この反復のｎ回の実施（ｎは２以上の整数）の最後には、図１Ｅに示すように、基板１上に酸化及び／又は窒化アルミニウムの単体層２１’、２２’、…２ｎ’のスタックが得られ、このスタックが所望の酸化アルミニウム及び／又は窒化アルミニウムの層２を形成する。
【００３３】
層２は、２０ｎｍ以上、好ましくは５００ｎｍ未満の厚さを有することが特に有利である。
【００３４】
本方法の１つの利点は、酸素又は窒素を受け取らない、本目的専用のチャンバー内で、アルミニウムの堆積を行うことにより、堆積チャンバーの内壁における洗浄困難な酸化アルミニウム又は窒化アルミニウム堆積物の形成が回避されることである。
【００３５】
本方法の別の利点は、酸化アルミニウム又は窒化アルミニウムの各単体層の形成が極めて迅速であり（最長約３０秒）、既存の方法と比べてはるかに速く、数分で酸化アルミニウム及び／又は窒化アルミニウムの厚い層を得ることを可能にすることである。
【００３６】
したがって、プロセスの各段階で単一の基板を堆積チャンバー内又は処理チャンバー内に置くことにより、有利には酸化アルミニウム及び／又は窒化アルミニウムの層の不均一性を最小に抑えることが可能となり、本方法により経済的競争力が維持される。
【００３７】
以下では、上記の方法により酸化アルミニウム及び／又は窒化アルミニウムの層を形成するためのデバイスの例を記載する。
【００３８】
図２を参照すると、前記デバイスは、アルミニウム源（図示せず）に接続した、真空下に置くことができる密閉堆積チャンバー１０、及び酸素又は窒素源（図示せず）に接続した密閉処理チャンバーを含んでいる。デバイスは、場合により２つの処理チャンバーを含み、一方は酸素源に接続し、他方は窒素源に接続している。
【００３９】
デバイスは、エアロック出入口４０を更に含み、エアロック出入口４０を通じて、酸化アルミニウム及び／又は窒化アルミニウムの層が形成されるべき基板が導入され、エアロック出入口４０を通じて、酸化アルミニウム及び／又は窒化アルミニウムの前記層が形成された基板が取り出される。
【００４０】
前記エアロック出入口４０は密閉中間チャンバー３０に通じており、密閉中間チャンバー３０は堆積チャンバー１０と処置チャンバー（単数又は複数）２０に個別に接続することができる。１つのチャンバーから別のチャンバーへの基板の移動を可能にするため、基板運搬及び移送システム（図示せず）が、デバイス内部に配置される。
【００４１】
チャンバー３０内の雰囲気は、異なるチャンバー間を移動する基板の汚染を回避するように制御される。
【００４２】
したがって、酸化アルミニウム及び／又は窒化アルミニウムの層の形成中、基板は、中間チャンバー３０と、堆積チャンバー１０と、処理チャンバー２０との間を移動するが、前記各チャンバーは、本方法の工程の実施中、互いに流体的に隔離されている。したがって、ルームの内壁に洗浄困難な堆積物を生じさせ得る各ルームの相互汚染が回避される。
【００４３】
１つの基板又は複数の基板が酸化アルミニウム及び／又は窒化アルミニウムの層でコーティングされたら、基板は、中間チャンバー３０を通り、次にエアロック出入口チャンバー４０を通って、デバイスから取り出され、デバイスの少なくとも１つのチャンバーの洗浄を行うことが可能になる。
【００４４】
アルミニウムと酸素又は窒素間の反応から生じる堆積物が、チャンバーの壁に形成されていない限り、この洗浄は、当業者に利用可能な技術を使用して、例えば、Ｃｌ２＋ＢＣＩ３に代表される塩素化学により、容易に実施することができる。
【００４５】
したがって、デバイスの洗浄は比較的速く、本方法の生産性に影響しない。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図２】
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【国際調査報告】
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