JP2016047958A - 酸素ラジカル生成を促進するためのｃｆ４を用いたラジカル強化原子層蒸着 - Google Patents

酸素ラジカル生成を促進するためのｃｆ４を用いたラジカル強化原子層蒸着 Download PDF

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Abstract

【課題】成膜速度の速いＲＥ−ＡＬＤ処理を実行する方法の提供。
【解決手段】反応チャンバ２０の内部に存在する基板１４２の表面においてラジカル強化原子層蒸着（ＲＥ−ＡＬＤ）処理を実行する方法であって、ＣＦ４ガス及びＯ２ガスのガス混合物１１２を供給する工程と、ガス混合物からプラズマを形成し、ガス混合物中１１２にＣＦ４ガスが存在しない場合よりも速い速度で酸素ラジカルを生成する工程と、反応チャンバ２０の内部に酸素ラジカル及び前駆体ガス１１６を連続的に供給し、基板１４２の表面に金属有機前駆体よりなる金属酸化膜を形成する工程とを備え、ＣＦ４ガスは、０．１容量％から１０容量％の範囲内の濃度で存在する方法。
【選択図】図１

Description

本開示は、原子層蒸着（ＡＬＤ）、特に、ラジカル強化ＡＬＤ（ＲＥ−ＡＬＤ）に関する。ＲＥ−ＡＬＤについてより具体的には、比較的少量のＣＦ４を酸素と組み合わせて使用して、酸素ラジカルの生成を実質的に促進させてＲＥ−ＡＬＤ処理の速度を上昇させる。
本明細書中で言及されたあらゆる刊行物または特許文献の全体的な開示は、参照により組み込まれる。刊行物には、Ｐｒｏｆｉｊｔらによる「プラズマアシスト原子層蒸着：基礎、好機、及び挑戦」という表題の論文（真空科学技術誌 Ａ２９（５）、２０１１年９−１０月、０５０８０１−１から２６頁）、及び、Ｇｅｏｒｇｅによる「原子層蒸着：概説」という表題の論文（Ｃｈｅｍ．Ｒｅｖ．２０１０、１１０、１１１−１１３頁、２００９年１１月２０日にウエブ上で公開）が含まれる。
原子層蒸着（ＡＬＤ）は、非常に制御された方法で、基板上に薄膜を蒸着する方法である。蒸着工程は、２以上の化学物質（「前駆体」）を蒸気の形態で用いて、それらを連続的に、基板表面上に自己限定的な方法で反応させることによって制御される。連続した工程は繰り返され、層ごとに薄膜を形成する。ここで、これらの層は、原子スケールである。
ＡＬＤは、相互接続バリア及びキャパシタ電極用の金属系化合物だけでなく、最先端ゲート及びキャパシタ誘電体用の、例えば、二元酸化物、三元酸化物、四元酸化物などの幅広い種類の薄膜を形成するために使用される。
ＡＬＤの一種は、ラジカル強化ＡＬＤ（ＲＥ−ＡＬＤ）と呼ばれる。ＲＥ−ＡＬＤは、プラズマによって生成されたラジカルを利用して、前駆体ガスの一つを形成する。ラジカル化前駆体は、そのラジカル化されていない同等物よりも反応性が高い傾向にあるため、薄膜層を形成するときに、反応を誘導する助けとなる。
ＲＥ−ＡＬＤで使用されるプラズマの種類は、プラズマを形成するために使用される供給ガスの名称で呼ばれる。例えば、「酸素プラズマ」は、酸素（Ｏ２）を供給ガスとして利用して、酸素ラジカル前駆体を生成するプラズマを作り出す。酸素ラジカル前駆体は、単原子の酸素を含み、単原子の酸素は、その反応性を非常に高くする２つの不対電子を有する。酸素ラジカルは、第２前駆体（例えば、トリス（ジメチルアミノ）シランなどのＳｉ系前駆体）とともに使用される補助反応剤として機能する。２つの前駆体は、反応チャンバに連続的に供給され、薄膜成長（例えば、ＳｉＯ２）に導く連続した層を作り出す。
ＡＬＤは、多数の利点を有しているが、他の薄膜成長プロセス（例えば、化学蒸着またはＣＶＤ）と比較したときの大きな欠点の一つは、速度が非常に遅いことである。例えば、従来のＡＬＤリアクターは、オングストローム（Å）／分で測定された成長速度を有している。一方、ＣＶＤは、ミクロン（μ）／分で測定された成長速度を有している。成長速度の遅さは、優れた薄膜品質をもたらすが、半導体製造ラインにおける処理基板（ウエハ）のスループットを制限する。したがって、酸素プラズマが、酸素系ＲＥ−ＡＬＤ用の酸素ラジカル前駆体を供給するのに有効であるが、酸素系ＲＥ−ＡＬＤプロセスの速度及び／又は効率を上昇させることが、常に要求される。
本開示の一局面は、基板の表面においてＲＥ−ＡＬＤ処理を実行する方法である。当該基板は、反応チャンバの内部に存在する。本方法は、ＣＦ４ガス及びＯ２ガスのガス混合物を供給する工程と、前記ガス混合物からプラズマを形成して、前記ガス混合物中に前記ＣＦ４ガスが存在しない場合よりも速い速度で酸素ラジカルを生成する工程と、前記反応チャンバの内部に酸素ラジカル及び前駆体ガスを連続的に供給して、前記基板の表面に酸化膜を形成する工程とを含む。この方法において、前記ＣＦ４ガスは、０．１容量％から１０容量％の範囲内の濃度で存在する。
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記プラズマは、前記反応チャンバの内部に空気圧で接続されるプラズマチューブ内に形成されることが好ましい。
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記前駆体ガスは、金属有機前駆体を含むことが好ましい。
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記金属有機前駆体は、ケイ素、アルミニウム、ハフニウム、チタニウム、ジルコニウム、タンタル、イットリウム及びマグネシウムよりなる群から選択されることが好ましい。
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記酸化膜は金属酸化物を含むことが好ましい。
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記金属酸化物は、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、ＣｅＯ２、Ｃｏ３Ｏ４、Ｃｒ２Ｏ３、ＣｕＯＸ、Ｅｒ２Ｏ３、ＦｅＯＸ、Ｇａ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、ＨｆＯ２、ＩｒＯ２、Ｌａ２Ｏ３、ＭｇＯ、Ｎｂ２Ｏ５、ＮｉＯＸ、ＰｔＯ２、ＲｕＯ２、ＳｉＯ２、ＳｎＯ２、ＳｒＯＸ、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、Ｔｍ２Ｏ３、Ｖ２Ｏ５、Ｙ２Ｏ３、ＺｎＯ及びＺｒＯ２よりなる群から選択されることが好ましい。
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記方法は、反応チャンバの内部にパージガスを導入して、前記酸素ラジカルまたは前記前駆体ガスを含む前記反応チャンバの内部を清浄化することを補助することをさらに含むことが好ましい。
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記基板はシリコンウエハを含むことが好ましい。
本開示の他の局面は、基板の表面においてＲＥ−ＡＬＤ処理を実行する方法である。当該基板は、反応チャンバの内部に存在する。本方法は、プラズマチューブ内でガス混合物から酸素プラズマを形成することによって、酸素ラジカルＯ＊を含む第１の前駆体ガスを供給する工程と、前記反応チャンバの内部に空気圧で接続されたガス源から第２の前駆体ガスを供給する工程と、前記反応チャンバの内部に前記第１の前駆体ガス及び前記第２の前駆体ガスを連続的に供給して、前記基板の表面に酸化膜を形成する工程とを含む。ここで、前記第１の前駆体ガスを供給する工程では、前記プラズマチューブは前記反応チャンバの内部に空気圧で接続され、かつ、前記ガス混合物は、ＣＦ４ガス及びＯ２ガスで構成されている。また、ここで、前記ＣＦ４ガスは、０．１容量％から１０容量％の濃度を有する。
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記第１の前駆体ガス及び前記第２の前駆体ガスの一方は、ケイ素、アルミニウム、ハフニウム、チタニウム、ジルコニウム、タンタル、イットリウム及びマグネシウムの少なくとも一つを含むことが好ましい。
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記酸化膜は、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＨｆＯ２、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｙ２Ｏ３、及びＭｇＯのうちの一つを含むことが好ましい。
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記方法は、前記反応チャンバの内部にパージガスを導入して、前記第１の前駆体ガスまたは前記第２の前駆体ガスを含む前記反応チャンバの内部を清浄化することを補助する工程をさらに含む。
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記基板はシリコンウエハを含むことが好ましい。
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記プラズマチューブは石英で形成されていることが好ましい。
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記酸素プラズマを形成することは、前記プラズマチューブ内の前記ガス混合物を誘導結合させることを含むことが好ましい。
本開示の他の局面は、基板の表面上でＲＥ−ＡＬＤ処理を実行するためのシステムである。本システムは、反応チャンバと、ガス源と、プラズマシステムと、真空ポンプと、制御部とを含む。前記反応チャンバは、前記基板を支持するように構成された内部を有する。前記ガス源は、前記反応チャンバの内部に空気圧で接続され、ＣＦ４及びＯ２で構成されるガス混合物を含む。前記ＣＦ４は、前記ガス混合物中で０．１容量％から１０容量％の濃度を有する。前記プラズマシステムは、前記反応チャンバの内部に空気圧で接続され、前記ガス混合物からプラズマを形成するように構成される。ここで、前記プラズマは、前記ガス混合物がＣＦ４を含まない場合よりも速い速度で酸素ラジカルＯ＊を生成する。前記真空ポンプは、前記反応チャンバの内部に空気圧で接続される。前記制御部は、前記プラズマシステム、前記真空ポンプ、及び前記ガス源に操作可能に接続され、前記制御部は、前記反応チャンバの内部に、前記酸素ラジカル及び前記前駆体ガスを連続的に導入し、前記基板の表面に酸化膜を形成するように構成される。
本開示の他の局面は、上述のシステムであって、前記前駆体ガスは、ケイ素、アルミニウム、ハフニウム、チタニウム、ジルコニウム、タンタル、イットリウム及びマグネシウムのうちの一つを含むことが好ましい。
本開示の他の局面は、上述のシステムであって、前記プラズマシステムは、誘導的に接続されたプラズマ源を含むことが好ましい。
本開示の他の局面は、上述のシステムであって、前記システムは、前記基板をさらに含むことが好ましい。前記基板は、ケイ素を含むことが好ましい。
本開示の他の局面は、上述のシステムであって、前記ガス源は、操作可能に接続された第１のガス源及び第２のガス源を含むことが好ましい。前記第１のガス源は、Ｏ２ガスを含むことが好ましく、前記第２のガス源は、ＣＦ４ガスを含むことが好ましい。
本開示の他の局面は、ＲＥ−ＡＬＤ法である。このＲＥ−ＡＬＤ法は、基板を第１の前駆体化学物質に曝して、化学吸着層単分子層を形成し、その後、余分な前駆体及び反応生成物を除去する第１の清浄化工程を行うことを含む。第１の前駆体化学物質は、基板表面とともに反応する。次に、プラズマ源から生成した酸素ラジカルＯ＊は、前記基板表面に供給され、前記化学吸着層単分子層と反応し、所望の材料を含む原子スケール層を作る。この方法は、前記表面を調製し、前記第１の前駆体化学物質と再度反応するようにすることも含む。これには、第２の清浄化工程を実行することを含んでもよい。上述の処理は、所望の材料を含む原子スケール層を、所望とする最終的な厚みに作り上げるために繰り返される。また、この方法は、ＣＦ４及びＯ２の供給ガス混合物を用いて酸素ラジカルＯ＊を形成し、後述するように、０．１容量％から１０容量％の範囲の濃度を有する前記ＣＦ４とともに酸素プラズマを形成することを含む。一例では、前記所望の材料は、金属酸化物などの酸化物である。
さらなる特徴点及び利点は、以下の詳細な説明に明記される。また、それらの一部は詳細な説明の記載内容から当業者にとって直ちに明白となるか、詳細な説明、特許請求の範囲、添付図面に記載された実施形態を実施することによって認識されるであろう。上記の概要及び下記の詳細な説明に関する記載は、単なる例示であって、特許請求の範囲に記載されている本発明の本質及び特徴を理解するための概略または枠組みを提供するものであることを理解すべきである。
添付図面は、さらなる理解を提供するために含まれており、本明細書の一部を構成すると共に本明細書の一部に組み込まれる。図面は、１または複数の実施形態を示しており、詳細な説明と共に種々の実施形態の原理や動作を説明する役割を担う。このように、本開示は、添付図面と共に以下に示す詳細な説明からより完全に理解されることになるであろう。
図１は、本明細書中に開示され、Ｏ２ガス及びＣＦ４ガスという選択混合物を採用して単原子の酸素ラジカルＯ＊を有する前駆体ガスを生成するＲＥ−ＡＬＤ法を実施するために使用される一例のＲＥ−ＡＬＤシステムの模式図である。 図２は、図１のＲＥ−ＡＬＤシステムのオゾンプラズマシステムの詳細な断面図であって、Ｏ２及びＣＦ４のガス選択混合物中の酸素分子Ｏ２が、プラズマシステム内で、Ｒで示される残余種とともに、どのように２つの単原子の酸素ラジカル（Ｏ＊＋Ｏ＊）に開裂するかを示す図である。
以降、本開示の様々な実施形態、および、添付の図面に示される複数の例について詳述する。可能な限り、同一または類似の部分の図では、同一または類似の参照番号および参照符号が用いられる。図面には決まった縮尺がなく、当業者であれば、図面は本発明の主要な部分を説明するために簡略化されていることに気づくであろう。
下記の特許請求の範囲の記載は、発明の詳細な説明に組み込まれると共にその一部を構成する。
本明細書中の説明では、酸素ラジカルは、Ｏ＊で示され、単原子の酸素を表す。単原子の酸素は、全部で６個の電子を有し、そのうち２個が不対の電子である。不対電子は、Ｏ＊の反応性を非常に高く、すなわち、二原子の酸素（Ｏ２）よりも反応性を高くする。
以下の説明では、酸素ラジカルＯ＊は、酸化前駆体として機能する第１の前駆体ガスを構成する。一方、第２の前駆体ガスは、前記第１の前駆体ガスとともに、基板の表面上に薄膜酸化化合物を形成する非酸化物ガスである。
図１は、一例のＲＥ−ＡＬＤシステム１０を示す模式図である。様々な構成のＲＥ−ＡＬＤシステム１０が可能であり、図１のＲＥ−ＡＬＤシステム１０は、採用され得る基本的な一構成を示す。ＲＥ−ＡＬＤシステム１０は、反応チャンバ２０を含む。反応チャンバ２０は、頂壁２２、底壁２３及び円筒形状の側壁２４を有している。頂壁２２、底壁２３及び円筒形状の側壁２４は、反応チャンバ内部２６を規定する。ステージ３０は、反応チャンバ内部２６内に存在する。ステージ３０は、上面４２を有する基板４０を支持する。上面４２上には、後述するＲＥ−ＡＬＤ処理により酸化膜１４２が形成される。一例の基板４０は、半導体製造で使用されるシリコンウエハである。他の例では、基板４０はＧａＡｓ、ＧａＮ、ガラス、及びポリイミドなどのポリマーを含む。
ＲＥ−ＡＬＤシステム１０は、真空ポンプ４６も含む。真空ポンプ４６は、反応チャンバ内部２６に空気圧で接続され、反応チャンバ内部２６の圧力を（例えば、約１０ｍＴｏｒｒから約５００ｍＴｏｒｒの範囲内に）制御するための役割を担う。
ＲＥ−ＡＬＤシステム１０は、前駆体ガス源５０も含む。前駆体ガス源５０は、反応チャンバ内部２６に空気圧で接続されており、ＲＥ−ＡＬＤ処理の一環として反応チャンバ内部２６に前駆体ガス５２を供給する。一例では、前駆体ガス５２は、酸素と結合して基板４０の上面４２に酸化膜１４２を形成するあらゆるガスである。例示的な第１の前駆体ガスは、ケイ素系前駆体（例えば、ＳｉＯ２を形成するため）、アルミニウム系前駆体（例えば、Ａｌ２Ｏ３を形成するため）、ハフニウム系前駆体（例えば、ＨｆＯ２を形成するため）、チタニウム系前駆体（例えば、ＴｉＯ２を形成するため）、ジルコニウム系前駆体（例えば、ＺｒＯ２を形成するため）、タンタル系前駆体（例えば、Ｔａ２Ｏ５を形成するため）、イットリウム系前駆体（例えば、Ｙ２Ｏ３を形成するため）及びマグネシウム系前駆体（例えば、Ｍｇ２Ｏ４またはＭｇＯを形成するため）を含む。
したがって、例えば、前駆体ガス５２は以下のものを含む。
・Ｓｉ−トリス（ジメチルアミノ）シラン
・Ａｌ−トリメチルアルミニウム
・Ｈｆ−テトラキス（ジメチルアミド）ハフニウム
・Ｔｉ−四塩化チタン
・Ｚｒ−テトラキス（ジメチルアミド）ジルコニウム
・Ｔａ−ペンタキス（ジメチルアミド）タンタル
・Ｙｔ−トリス（２，２，６，６−テトラメチル−３，５−ヘプタンジオナト）イットリウム
・Ｍｇ−エチルシクロペンタジエニル（マグネシウム）
一例では、酸化膜１４２は金属酸化物であり、さらに一例では、酸化膜１４２は以下に示す群から選択される金属酸化物であり、好適な前駆体ガス５２を用いて形成される。：Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、ＣｅＯ２、Ｃｏ３Ｏ４、Ｃｒ２Ｏ３、ＣｕＯＸ、Ｅｒ２Ｏ３、ＦｅＯＸ、Ｇａ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、ＨｆＯ２、ＩｒＯ２、Ｌａ２Ｏ３、ＭｇＯ、Ｎｂ２Ｏ５、ＮｉＯＸ、ＰｔＯ２、ＲｕＯ２、ＳｉＯ２、ＳｎＯ２、ＳｒＯＸ、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、Ｔｍ２Ｏ３、Ｖ２Ｏ５、Ｙ２Ｏ３、ＺｎＯ及びＺｒＯ２
ＲＥ−ＡＬＤシステム１０は、任意の第２のガス源６０をさらに含む。第２のガス源６０は、反応チャンバ内部２６に空気圧で接続されており、反応チャンバ内部２６に不活性ガス６２を供給する。不活性ガス６２は、酸化膜１４２を形成するときに、連続的な積層処理を迅速化するために、異なる前駆体ガスを導入する工程間で、パージガスとしての役割を果たす。第２のガス源６０は、前駆体ガス５２及び不活性ガス６２が、同一の導管を通って反応チャンバ内部２６に流れ込むことができるように、前駆体ガス源５０と結合し得ることに留意すべきである。
ＲＥ−ＡＬＤシステム１０は、酸素プラズマシステム１００も含む。酸素プラズマシステム１００は、反応チャンバ内部２６に空気圧で接続されている。図２は、一例の酸素プラズマシステム１００の一部を示す詳細断面図である。酸素プラズマシステム１００は、Ｏ２ガス及びＣＦ４ガスというガス混合物１１２を供給ガスとして受け取るように構成され、プラズマ１１４を形成する。プラズマ１１４の生成は、多くの種を作り出す複雑な処理である。例えば、本願の場合には、Ｏ２及びＣＦ４のガス混合物は、Ｏ２ ＋、Ｏ−、Ｏ、Ｏ２−、Ｏ３、Ｏ＊、ＣＦ３、ＣＦ３ −、ＣＦ３ ＋、ＣＦ２、Ｆ、及びＦ−に解離する。主に使用される供給ガスは酸素であり、説明の便宜上、本明細書ではプラズマ１１４を簡潔に「酸素プラズマ」１１４と呼ぶ。着目している特定の酸素ラジカルＯ＊種以外の種は、本明細書中では残余種と見なされ、図２では、符号Ｒでまとめて表記される。
上述のように、酸素プラズマ１１４は、酸素ラジカルＯ＊を生成する。酸素ラジカルＯ＊は、反応チャンバ内部２６に入り、酸化前駆体ガス１１６を構成する。一例では、ガス混合物１１２は、０．１容量％から１０容量％のＣＦ４と、ガス混合物１１２のそれ以外の部分であるＯ２とを有する。他の例では、ガス混合物１１２は、１容量％から１０容量％のＣＦ４と、ガス混合物１１２のそれ以外の部分であるＯ２とを有する。他の例では、ＣＦ４ガスの存在によって、供給される改良酸素ラジカルＯ＊の生成が実質的に減少することなく、少量の他のガスが、ガス混合物１１２中に存在してもよい。
一例の酸素プラズマシステム１００は、ガス源１１０を含む。ガス源１１０は、ガス混合物１１２を供給するように構成される。一例では、ガス源１１０は、Ｏ２ガス源１１０Ａ及びＣＦ４ガス源１１０Ｂを含む。Ｏ２ガス源１１０Ａ及びＣＦ４ガス源１１０Ｂは、２つのガスが混合され、ガス混合物１１２を形成することができるように、操作可能に接続されている。他の例では、ガス源１１は、ガス混合物１１２を含む単一のガス源を含む。
ガス源１１０は、プラズマチューブ１２０の入口端１２２に空気圧で接続される。プラズマチューブ１２０は、出口端１２３、外側表面１２４及び内部１２６も有する。一例のプラズマチューブ１２０は、石英で作られており、実質的に円筒形状である。プラズマチューブ１２０に関して、他の公知の材料を使用することもできる。無線周波数（ＲＦ）コイル１３０は、プラズマチューブ１２０の外側表面１２４の周りに存在し、ＲＦ源１３４に操作可能に接続されている。ＲＦ源１３４は、ＲＦ適合ネットワークを含む。
ＲＥ−ＡＬＤシステム１０は、複数の弁１５０を含む。複数の弁１５０は、反応チャンバ内部２６への真空ポンプ４６の空気圧での接続と同様に、前駆体ガス５２、パージガスとしての不活性ガス６２、ガス混合物１１２（ガス源１１０Ａ及び１１０Ｂからのガス混合物１１２の形成を含む）の流れを制御するために使用される。反応チャンバ２０と隣接するガス源１１０の出口端における弁１５０は、任意であり、反応チャンバ内部２６を規定の低圧にすることを要求されないかもしれない。
ＲＥ−ＡＬＤシステム１０は、酸素プラズマシステム１００及び弁１５０に操作可能に接続された制御部２００も含んでいる。制御部２００は、ＲＥ−ＡＬＤシステム１０の操作を制御するように構成され、基板４０の上面４２に酸化膜１４２を形成する。特に、制御部２００は、必要に応じて、弁１５０の開閉を制御するように構成され、ＲＥ−ＡＬＤシステム１０の操作を制御する。一例では、制御部２００は、他方の前駆体ガス１１６又は５２を導入する前に一方の前駆体ガス１１６又は５２を除去することを含み、反応チャンバ内部２６への前駆体ガス１１６及び５２の連続的な導入を実行する。一例では、制御部２００は、パージガスとしての不活性ガス６２の導入を制御し、反応チャンバ内部２６に一方の前駆体ガス１１６又は５２を導入する前に、反応チャンバ内部２６から前駆体ガス１１６又は５２の他方を除去するのに役立つ。他の例では、制御部２００は、Ｏ２及びＣＦ４の混合物、並びに、各ガス源１１０Ａ及び１１０Ｂからのガスを制御し、所望のガス混合物１１２を形成する。
図２を参照すると、ガス混合物１１２は、プラズマチューブ１２０の入口端１２２から入り、プラズマチューブ１２０の内部１２６を移動する。その間に、ＲＦ源１３４は、ＲＦコイル１３０にＲＦ周波数信号を供給する。ＲＦ周波数信号は、プラズマチューブ１２０の内部１２６に酸素プラズマ１１４を誘導的に形成する。より具体的には、ガス混合物１１２が出口端１２３の方へ流れるに従って、ＲＦコイル１３０からのＲＦエネルギーは、（希薄化された）ガス混合物１１２中に方位角電流を駆動する。ガス混合物１１２は、残余種Ｒの形成を伴う、二原子酸素Ｏ２の２つの酸素ラジカルＯ＊への開裂（解離）によって、プラズマ１１４の形成を開始する。プラズマチューブ１２０の出口端１２３は、反応チャンバ内部２６に空気圧で接続されているため、また、反応チャンバ内部２６は、比較的低圧であるため、酸素プラズマ１１４は、前駆体ガス１１６として反応チャンバ内部２６へ引き込まれる。
他の実施形態では、ＲＥ−ＡＬＤシステム１０は容量結合用に構成され、酸素プラズマ１１４を形成する。なお、図示の便宜上、誘導結合の例が示される。本明細書中に開示される方法は、酸素プラズマ１１４が形成される手段に限定はされない。
Ｏ２ガスとともに、濃度０．１容量％から１０容量％のＣＦ４を使用すると（例えば、ＣＦ４ガスが、ガス混合物１１２の１〜１０容量％を構成し、Ｏ２がガス混合物１１２の残りを構成する）、ＣＦ４ガスが存在しない場合と比較して、酸素プラズマ１１４中の酸素ラジカルＯ＊の生成を増加させることができる。ＣＦ４の添加によりＯ＊生成が促進されることの詳細なメカニズムは、不明である。しかし、理論に制約されることなく、実証により、ＣＦ４がプラズマ濃度又は電子温度を上昇させるように作用することが示唆される。これにより、ガス混合物１１２内にＣＦ４を使用しない場合と比較して、酸素プラズマ１１４内のＯ＊密度がより高くなる。
ガス混合物１１２内で１０容量％を超えるより多量（高濃度）のＣＦ４ガスの使用により、問題が起こり得る。これは、実際は、ガス混合物１１２内のＣＦ４の唯一の役割が、酸素ラジカルＯ＊の生成を促進し（すなわち、増大させ）、ＲＥ−ＡＬＤシステム１０において実施されるＲＥ−ＡＬＤ処理の速度を向上させる場合において、ＣＦ４（特に、その構成要素Ｆ）がＲＥ−ＡＬＤ処理に関与し始める可能性があるためである。
したがって、一例の方法では、図１及び図２を参照しながら示されるＲＥ−ＡＬＤは、ＲＥ−ＡＬＤシステム１０を用いて実施される。そして、上述したように、ＲＥ−ＡＬＤシステム１０において、酸素プラズマ１１４はＣＦ４及びＯ２のガス混合物１１２から形成される。酸素プラズマ１１４は、第１の前駆体ガス１１６を構成する酸素ラジカルＯ＊を順次生成する。ここで、酸素ラジカルＯ＊は、一例において、ガス混合物１１２中に酸素のみを用いる場合と比較して速い速度で形成される。例えば、その速度は、ガス混合物１１２中に酸素のみを用いる場合と比較して、１．１倍（１．１×）から２倍（２×）の間の速度である。
そして、本方法は、第１の前駆体ガス１１６及び第２の前駆体ガス５２を反応チャンバ内部２６へ連続的に導入し、ウエハの上面４２に酸化膜１４２を形成することを含む。前駆体ガス１１６及び５２の連続的な導入は、所望の厚さの酸化膜１４２を得るために必要とされる範囲で繰り返される。上述のように、パージガスとしての不活性ガス６２は、他方の前駆体ガス１１６又は５２を導入する前に、一方の前駆体ガス１１６又は５２を反応チャンバ内部２６から除去するために用いることができる。図示の便宜上、図１では、パージガスとしての不活性ガス６２とともに、２種類の前駆体ガス１１６及び５２が、同時に反応チャンバ内部２６に導入されるように示される。
当業者には明白であるが、添付される特許請求の範囲で規定された本開示の精神または範囲から逸脱することなく、本明細書中に記載された本開示の好ましい実施形態に対して様々な変更を加えることができる。したがって、本開示は、添付の特許請求の範囲及びその均等範囲内で行われる本開示の修正及び変更を包含する。

Claims (20)

  1. 反応チャンバの内部に存在する基板の表面においてラジカル強化原子層蒸着（ＲＥ−ＡＬＤ）処理を実行する方法であって、
    ＣＦ４ガス及びＯ２ガスのガス混合物を供給する工程と、
    前記ガス混合物からプラズマを形成し、前記ガス混合物中にＣＦ４ガスが存在しない場合よりも速い速度で酸素ラジカルを生成する工程と、
    前記反応チャンバの内部に酸素ラジカル及び前駆体ガスを連続的に供給し、前記基板の表面に酸化膜を形成する工程と
    を備え、
    前記ＣＦ４ガスは、０．１容量％から１０容量％の範囲内の濃度で存在する方法。
  2. 前記プラズマは、前記反応チャンバの内部に空気圧で接続されるプラズマチューブ内に形成される、請求項１に記載の方法。
  3. 前記前駆体ガスは、金属有機前駆体を含む、請求項１または２に記載の方法。
  4. 前記金属有機前駆体は、ケイ素、アルミニウム、ハフニウム、チタニウム、ジルコニウム、タンタル、イットリウム及びマグネシウムよりなる群から選択される、請求項３に記載の方法。
  5. 前記酸化膜は金属酸化物を含む、請求項１から４の何れか１項に記載の方法。
  6. 前記金属酸化物は、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、ＣｅＯ２、Ｃｏ３Ｏ４、Ｃｒ２Ｏ３、ＣｕＯＸ、Ｅｒ２Ｏ３、ＦｅＯＸ、Ｇａ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、ＨｆＯ２、ＩｒＯ２、Ｌａ２Ｏ３、ＭｇＯ、Ｎｂ２Ｏ５、ＮｉＯＸ、ＰｔＯ２、ＲｕＯ２、ＳｉＯ２、ＳｎＯ２、ＳｒＯＸ、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、Ｔｍ２Ｏ３、Ｖ２Ｏ５、Ｙ２Ｏ３、ＺｎＯ、及びＺｒＯ２よりなる群から選択される、請求項５に記載の方法。
  7. 前記反応チャンバの内部にパージガスを導入して、前記酸素ラジカルまたは前記前駆体ガスの何れかを含む前記反応チャンバの内部を清浄化することを補助することをさらに備える、請求項１から６の何れか１項に記載の方法。
  8. 前記基板はシリコンウエハを含む、請求項１から７の何れか１項に記載の方法。
  9. 反応チャンバの内部に存在する基板の表面においてラジカル強化原子層蒸着（ＲＥ−ＡＬＤ）処理を実行する方法であって、
    プラズマチューブ内でガス混合物から酸素プラズマを形成することによって、酸素ラジカルＯ＊を含む第１の前駆体ガスを供給する工程と、
    前記反応チャンバの内部に空気圧で接続されたガス源から第２の前駆体ガスを供給する工程と、
    前記反応チャンバの内部に前記第１の前駆体ガス及び前記第２の前駆体ガスを連続的に供給し、前記基板の表面に酸化膜を形成する工程と
    を備え、
    前記第１の前駆体ガスを供給する工程では、前記プラズマチューブは前記反応チャンバの内部に空気圧で接続され、かつ、前記ガス混合物は、ＣＦ４ガス及びＯ２ガスで構成され、前記ＣＦ４ガスは、０．１容量％から１０容量％の濃度を有する、方法。
  10. 前記第１の前駆体ガス及び前記第２の前駆体ガスの一方は、ケイ素、アルミニウム、ハフニウム、チタニウム、ジルコニウム、タンタル、イットリウム及びマグネシウムの少なくとも一つを含む、請求項９に記載の方法。
  11. 前記酸化膜は、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＨｆＯ２、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｙ２Ｏ３及びＭｇＯのうちの一つを含む、請求項９または１０に記載の方法。
  12. 前記反応チャンバの内部にパージガスを導入して、前記第１の前駆体ガスまたは前記第２の前駆体ガスを含む前記反応チャンバの内部を清浄化することを補助する工程をさらに備える、請求項９から１１の何れか１項に記載の方法。
  13. 前記基板はシリコンウエハを含む、請求項９から１２の何れか１項に記載の方法。
  14. 前記プラズマチューブは石英で形成されている、請求項９から１３の何れか１項に記載の方法。
  15. 前記酸素プラズマを形成することは、前記プラズマチューブ内の前記ガス混合物を誘導結合させることを含む、請求項９から１４の何れか１項に記載の方法。
  16. 基板の表面においてラジカル強化原子層蒸着（ＲＥ−ＡＬＤ）処理を実行するシステムであって、
    反応チャンバと、ガス源と、プラズマシステムと、真空ポンプと、制御部とを備え、
    前記反応チャンバは前記基板を支持するように構成された内部を有し、
    前記ガス源は、前記反応チャンバの内部に空気圧で接続され、ＣＦ４及びＯ２で構成されるガス混合物を含み、前記ＣＦ４は、前記ガス混合物中で０．１容量％から１０容量％の濃度を有し、
    前記プラズマシステムは、前記反応チャンバの内部に空気圧で接続され、前記ガス混合物からプラズマを形成し、前記プラズマは、前記ガス混合物がＣＦ４を含まない場合よりも速い速度で酸素ラジカルＯ＊を生成するように構成され、
    前記真空ポンプは、前記反応チャンバの内部に空気圧で接続され、
    前記制御部は、前記プラズマシステム、前記真空ポンプ、及び前記ガス源に操作可能に接続され、前記制御部は、前記反応チャンバの内部に、前記酸素ラジカル及び前記前駆体ガスを連続的に導入して、前記基板の表面に酸化膜を形成するように構成される、システム。
  17. 前記前駆体ガスは、ケイ素、アルミニウム、ハフニウム、チタニウム、ジルコニウム、タンタル、イットリウム及びマグネシウムのうちの一つを含む、請求項１６に記載のシステム。
  18. 前記プラズマシステムは、誘導的に接続されたプラズマ源を含む、請求項１６または１７に記載のシステム。
  19. 前記基板をさらに備え、前記基板はケイ素を含む、請求項１６から１８の何れか１項に記載のシステム。
  20. 前記ガス源は、操作可能に接続された第１のガス源及び第２のガス源を含み、
    前記第１のガス源はＯ２ガスを含み、前記第２のガス源はＣＦ４ガスを含む、
    請求項１６から１９の何れか１項に記載のシステム。


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