JP2005142536A - プラズマ化学気相蒸着装置及びプラズマ処理装置に使用されるノズル及び噴射管 - Google Patents

Abstract

【課題】 ノズル内でソースガスの反応を最小化することができる高密度プラズマ化学気相蒸着装置を提供する。
【解決手段】 前記高密度プラズマ化学気相蒸着装置１０は、少なくとも二つの混合されたソースガスを噴射するノズル３００を有する。各々の前記ノズル３００は一つの通孔３１２が形成され、ガス供給部５００からソースガスが供給される単一部３３０と前記単一部３３０から延長され、一つまたは複数の通孔３２２が形成された複合部３４０を有する。
【選択図】図５

Description

本発明は半導体素子製造に使用される装置に関するものであって、さらに詳細には、プラズマを利用して半導体基板上に所定の膜を蒸着するプラズマ化学気相蒸着装置、プラズマ処理装置に使用されるノズルおよび噴射管に関するものである。

半導体素子を製造するための主な工程のうちの一つはガスの化学的反応によって半導体基板上に薄膜を形成する化学気相蒸着（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）工程である。化学気相蒸着工程を実行する装置のうちで最近、高い縦横比を有する空間を効果的に満たすことができる高密度プラズマ化学気相蒸着（ｈｉｇｈ ｄｅｎｓｉｔｙ ｐｌａｓｍａ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、以下ＨＤＰ−ＣＶＤ）が主に使用されている。ＨＤＰ−ＣＶＤ装置は処理室内に高い密度のプラズマイオンを形成し、ソースガスを分解してウェーハ上に所定の膜蒸着を行うと同時に、不活性ガスを利用したエッチングを進行して、高い縦横比を有するギャップ（ｇａｐ）内をボイド（ｖｏｉｄ）なしに満たすことができる。

特許文献１には、上述のＨＤＰ−ＣＶＤ装置が開示されている。これを参照すれば、チャンバ内に複数のノズルが設けられ、複数のソースガスが混合された状態で、これらノズルによってチャンバ内に噴射される。チャンバの外側には高周波電力が印加されるコイルが設けられ、これによって、ソースガスはチャンバ内でプラズマ状態に励起される。蒸着工程が進行される間に、チャンバの内壁には反応副産物が蒸着され、これらは後にパーティクルとして作用する。したがって、数枚のウェーハに対して工程を完了した後、エッチングガスを使用して定期的にチャンバ内をクリーニングしなければならない。

図２４に示すように、ＨＤＰ−ＣＶＤ装置に使用される一般的なノズルは、中央にソースガスの移動路として一つの通孔が形成される。ソースガスはチャンバ内に噴射される前に、ノズル内で上述の高周波電力によってプラズマ状態に励起され、ソースガスが互いに反応してノズルの内壁に蒸着される。蒸着はノズルの先端から開始されて、時間が経過することによってノズルの内側に徐々に拡散する。

蒸着物質は後にパーティクルとして作用するので、チャンバ内壁のクリーニングのとき、ノズルの内部のクリーニングも同時に行なわれる。しかし、ノズル内側に相当長さが蒸着された場合、ノズルのクリーニングはチャンバ内壁のクリーニングに比べて約３ないし４倍程度の時間がかかる。ノズル内部の蒸着物質を除去するために長期間のクリーニングが要求されるので、設備稼動率が大きく低下して生産性が落ち、相対的にチャンバ内壁は過度にエッチングされるので、装備の寿命が短縮される。

また、ウェーハが大口径化されることによって、ノズルから噴射されるソースガスは相対的にウェーハのエッジの上部に集中する。したがって、工程進行のとき、ウェーハの全体に均一な蒸着が行なわれないという問題がある。
韓国特許出願公開第２００３−０１６９５号明細書

本発明は、ソースガスがノズル内部でプラズマ状態に励起されて、ノズル内壁に蒸着されることを最小化して、ノズル内部のクリーニングにかかる時間を短縮することができるプラズマ化学気相蒸着装置及びプラズマ処理装置に使用されるノズル及び噴射管を提供することを目的とする。

また、ウェーハの全体面に対して均一な蒸着が行なわれることができるプラズマ化学気相蒸着装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明のプラズマ処理装置は、処理室と、前記処理室内に配置され、半導体基板が置かれる基板支持部と、を有する。前記処理室内には、ガス供給部から供給される少なくとも二つの混合されたソースガスを前記処理室内に噴射するガス噴射部が配置され、処理室の上部には前記ソースガスをプラズマ状態に励起させるためのエネルギーを供給するエネルギー源が配置される。

前記処理室は、ドーム形状として下部が開放されるように形成された上部チャンバと、その下に配置され、側壁に基板搬入路が形成され、上部が開放された下部チャンバと、を有し、前記基板支持部は駆動部によって前記下部チャンバと前記上部チャンバとの間に移動される。

前記ガス噴射部は、少なくとも一つのノズルと少なくとも一つの噴射管とを有する。前記下部チャンバには、前記上部チャンバ内の空間を向くように、複数個のノズルが均等に設けられ、各々の前記ノズルはガス供給部と連結され、一つの移動路が形成された単一部と前記単一部から一定の長さに延長され、少なくとも一つの移動路が形成された複合部を有し、前記複合部の移動路の各々は、前記単一部に形成された移動路より狭い幅を有するように形成されて、前記エネルギーによって前記ノズル内で前記ソースガスが反応されることを最小化する。望ましくは複合部内で各々の移動路は２ｍｍ以下の幅を有するように形成される。

一例によれば、前記複合部は、中央に通孔が形成された外部管と、前記外部管の通孔に挿入されて前記外部管の移動路の幅を減らす挿入部材と、を有する。前記挿入部材は、連結部材によって前記複合部に固定結合する。また、前記外部管と前記挿入部材との間には、少なくとも一つの挿入管がさらに提供されることができ、前記挿入管は、連結部材によって前記複合部に固定結合する。前記外部管と前記挿入管との間の幅及び前記挿入管と前記挿入部材との間の幅は、２ｍｍ以下であることが望ましい。前記挿入部材は、内部に通孔が形成された内部管であるか、選択的に内部が満たされたロッドであり得る。前記内部管の先端は、前記外部管の通孔内に位置するか、前記外部管の先端と同一平面上に位置し得る。選択的に前記内部管の先端は、前記外部管の先端から突き出されて位置することができる。前記内部管の直径は、２ｍｍ以下であり、前記挿入部材と前記外部管との間の幅は、２ｍｍ以下であることが望ましい。また、前記挿入管が提供される場合、前記外部管と前記挿入管との間の幅及び前記挿入管と前記挿入部材との間の幅は、２ｍｍ以下であることが望ましい。

他の例によれば、前記複合部には、前記ソースガスの移動路として互いに離隔されるように配置された複数の通孔が形成されることができ、前記複合部の通孔の直径は、２ｍｍ以下であることが望ましい。また、前記ノズルは、互いに離隔された複数の通孔からなる前記複合部から延長され、中央に一つの通孔が形成された集合部をさらに含むことができる。前記複合部の長さは、４ｍｍ以上に形成されることが望ましい。

前記噴射管は、前記ノズルより長い長さを有し、内部にガス移動路が形成され、先端部が塞がれた本体と前記本体の側壁の終端部で前記本体の内側、または外側に一定の長さが突き出された突出部を有する。前記突出部には前記ソースガスが噴射され、前記ガス移動路より小さい幅を有する一つまたは複数の噴射口が形成される。

一例によれば、前記突出部には、通孔で形成された前記噴射口が互いに離隔されて複数個が形成されることができる。他の例によれば、前記突出部には孔として形成された第１噴射口と前記第１噴射口を囲むようにリング形状で形成された少なくとも一つの第２噴射口が形成されることができる。また他の例によれば、前記突出部にはリング形状で形成された内側噴射口と前記内側噴射口を囲むようにリング形状で形成された少なくとも一つの外側噴射口が形成されることができる。

また、プラズマ処理装置に使用されるノズルは、ガス供給部と連結され、内部に一つの通孔が形成された外部管と、前記外部管に比べて短い長さを有し、前記外部管の通孔に挿入される挿入部材と、を有する。前記挿入部材は、前記ソースガスが噴射される前記外部管の先端周辺で前記外部管の内壁と一定の距離離隔されて配置される。前記挿入部材は先端部が塞がれるか、選択的に内部に通孔が形成された内部管であり得る。前記挿入部材は、連結部材によって前記ノズルに固定結合することができる。前記内部管の先端は、前記外部管の通孔内に位置するか、前記外部管の先端と同一平面上に配置されることができる。また、前記内部管の先端は前記外部管の先端から突き出されるように配置されることができる。

本発明によれば、ノズル内でソースガスがプラズマに励起されることを最小化することができ、これによって、クリーニングにかかる時間を短縮して設備稼動率を向上させることが可能となる。

また、本発明によれば、ソースガスをウェーハの中心部の上部に噴射する噴射管がさらに提供されるので、ウェーハの全体面に対して均一な蒸着が行なわれることが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を添付の図１ないし図２４を参照してより詳細に説明する。本発明の実施の形態は様々な形態で変形されることができ、本発明の範囲が下述の実施の形態によって限定されると解釈されてはならない。本実施の形態は当業界で平均的な知識を持つ者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。したがって、図面での要素の形状は、説明をより明確に強調するために誇張されたものである。本実施の形態では、高密度プラズマ化学気相蒸着装置を例として説明する。しかし、本発明で使用されるノズルは、ソースガスをプラズマに励起して工程を進行する様々な装置に適用されることができる。

図１は本発明の望ましい実施の形態に係る高密度プラズマ化学気相蒸着装置１０の断面図である。図１を参照すれば、高密度プラズマ化学気相蒸着装置１０は、処理室１００と、基板支持部２００と、支持部駆動部２２０と、上部電極３２０と、下部電極（図示しない）と、ガス噴射部と、を有する。処理室１００は外部から密閉され、蒸着工程が実行される空間を提供し、下部チャンバ１２０と上部チャンバ１４０とを含む。下部チャンバ１２０の上部面は開放され、側壁にはウェーハＷが搬入される搬入路１２２が形成され、下部壁には工程進行の間に発生する副産物が排気される通路である排気管１３０が連結される排気口１２４が形成される。排気管１３０には真空ポンプ（図示しない）が連結されて、工程進行の間、処理室内部を所定の真空度に維持する。下部チャンバ１２０には側壁上端部から内側に一定の長さが突き出されたプレート部１２６が形成され、プレート部１２６上には上部チャンバ１４０が置かれる。上部チャンバ１４０は石英（ｑｕａｒｔｚ）を材質として構成され、下部が開放されたドーム形状を有する。上部チャンバ１４０と下部チャンバ１２０との間には処理室１００の内部を密封するためのＯリング１６０が挿入され、工程進行の間Ｏリング１６０が処理室１００内の熱によって変形されることを防止するための冷却部材１８０が提供されることができる。

上部電極３２０は、コイル形状として上部チャンバ１４０の外側壁に上部チャンバ１４０を囲むように配置され、上部電極３２０には、約１００ｋＨｚないし１３．５６ＭＨｚ、３，０００ないし１０，０００Ｗのソースパワーが印加されることができる。上部電極３２０は上部チャンバ１４０内に噴射されたソースガスをプラズマ状態に励起させるエネルギーを提供するエネルギー源として機能する。

下部チャンバ１２０内にはウェーハＷのような半導体基板が置かれる基板支持部２００が配置される。基板支持部２００では静電気力によってウェーハを吸着固定する静電チャックが使用されることができる。図示しないが、基板支持部２００の下には搬送ロボット（図示しない）によって下部チャンバ１２０内部に移送されたウェーハを受けるリフトピンアセンブリが提供されることができる。基板支持部２００には処理室１００内に形成されたプラズマをウェーハＷ上に誘導する下部電極（図示しない）が配置される。下部電極には、約１００ｋＨｚないし１３．５６ＭＨｚ、１，５００ないし５，０００Ｗのバイアスパワー（ｂｉａｓ ｐｏｗｅｒ）が印加されることができる。

支持部駆動部２２０は基板支持部２００を処理室１００内で上下に移動させる。ウェーハＷが処理室１００に搬入、または処理室１００から搬出されるとき、基板支持部２００は下部チャンバ１２０に形成された搬入口１２２より下に位置し、蒸着工程が実行される間には上部チャンバ１２０内で形成されたプラズマと一定の距離を維持するように昇降する。

ソースガスはガス噴射部を通じて上部チャンバ１４０内に供給される。ガス噴射部は、下部チャンバ１２０の内側壁の上端部に、上部チャンバ１４０内の空間を向くように複数個が配置され、ガス供給部（図２の５００）からガスが供給されるノズル３００を有する。ノズル３００は、約８個が均等な間隔に配置されることができ、各々のノズル３００は同一のソースガスを噴射する。各々のノズル３００に供給されるソースガスは、ウェーハ上に蒸着するための少なくとも二つのガスが混合されたガスを含む。

図２はガス供給部５００を概略的に示した図面である。ガス供給部５００はメインライン５２０と、混合部５４０と、複数のサブライン５６０と、ガス貯蔵部５８２、５８４、５８６とを含む。ガス貯蔵部５８２、５８４、５８６にはノズル３００に供給される各々のガスが貯蔵され、これらガスは各々のサブライン５６０を通じて混合部５４０に供給される。ウェーハＷ上にシリコン酸化膜ＳｉＯ_２を蒸着する場合、第１サブライン５６２を通じて供給されるガスはシラン（ＳｉＨ_４）であり、第２サブライン５６４を通じて供給されるガスは酸素Ｏ_２であり得る。また、高い縦横比を有するコンタクトホールを効果的に満たすために、蒸着が進行される間エッチングが行なわれるようにヘリウムＨｅまたはアルゴンＡｒのような不活性ガスが第３サブライン５６６を通じて供給されることができる。図示しないが、ノズルに供給されるガスにはキャリアガスがさらに含まれることができる。各々のサブライン５６２、５６４、５６６を通じて供給されるガスは混合部５４０で混合した後、メイン供給管５２０を通じてノズル３００に供給される。各々のサブライン５６２、５６４、５６６とメイン供給管５２０には、内部通路を開閉する開閉バルブ５９０及び流量を調節する流量調節バルブが設けられることができる。

図３は本発明の望ましい第１実施の形態によるノズル３００の斜視図であり、図４は図３の平面図であり、図５は図３の線Ａ−Ａに沿って切断した断面図である。図３乃至ないし図５を参照すれば、ノズル３００は、外部管３１０と、挿入部材と、連結部材３６０とを有する。図３を参照すれば、外部管３１０は中央にソースガスの移動路として通孔３１２が一つ形成され、終端は上述のガス供給部５００と連結される。挿入部材では管形状のロッドが使用されることができ、これを内部管３２０と称する。内部管３２０は外部管３１０に比べて短い長さを有し、外部管３１０の先端（ノズル３００からソースガスが噴射される部分）３１４と隣接した部分で外部管３１０の通孔に挿入される。内部管３２０は中央にガスの移動路である通孔３２２が一つ形成され、内部管３２０の外径は外部管３１０の内径に比べて小さい。内部管３２０の外壁が外部管３１０の内壁と一定の距離離隔されるように、内部管３２０は外部管の通孔３１２内に挿入される。

上述の構造によってノズル３００は、中央に一つの通孔３１２ａが形成された単一部３３０と、複数の通孔３１２ｂ、３２２が形成された複合部３４０とを有する。単一部３３０は、ガス供給部５００と連結された上述の外部管３１０ａのみからなり、複合部３４０は、単一部の外部管３１０ａから延長された外部管３１０ｂと外部管３１０ｂ内に挿入された内部管３２０からなる。ガスは、単一部３３０で一つの通孔３１２ａを通じて流れ、複合部３４０で内部管の通孔３２２と内部管３２０の外壁及び外部管３１０ｂの内壁との間に形成された空間に分散して流れる。

連結部材３６０は、図４に示すように、内部管３２０を外部管３１０に固定するためのものであって、ロッド形状を有し、一端は内部管３２０の外壁と固定結合し、他端は外部管３１０の内壁と固定結合する。連結部材３６０は一つまたは複数個が均等な間隔に配置されることができる。

図６と図７は、各々図３のノズル３００の変形された例を示す図５のようなノズル３００’、３００”の断面図である。内部管は噴射圧力などを考慮して多様に位置することができる。すなわち、図５に示すように、内部管３２０はその先端３２４が外部管３１０の通孔内に完全に挿入されるように位置することができる。選択的に図６と図７に示したように、内部管３２０’、３２０”の先端３２４は外部管３１０の先端３１４と同一平面上に位置されるか、外部管３１０の先端３１４より突き出されるように配置されることができる。

図２４は中央に一つの通孔６２０だけが形成された一般的なノズル６００を示す図面である。図２４に示したノズル６００の使用のとき、ノズル６００内のガス移動路の幅Ｗ’（特に、ノズルの先端の周辺での幅）が広いため、その内部を流れるガスが、上部電極に提供されるソースパワーによってプラズマ状態に励起されるのに十分である。プラズマに励起されたソースガスは、ノズル６００の先端から開始されて漸進的にノズル６００の内壁に蒸着され、蒸着物６０５をクリーニングするのには非常に長い時間がかかる。

しかし、本発明のノズル６００はソースガスの噴射部分と隣接した位置で、単一部３３０に比べてガスの移動路の各々の幅Ｗ’、Ｄが狭い複合部３４０を有する。したがって、一般的な場合に比べて複合部３４０内でソースガスがプラズマに励起される量が減少し、ノズル３００の内壁への蒸着量も少ない。複合部３４０でガスの移動路の幅Ｗ’、Ｄは２ｍｍ以下に形成されることが望ましい。すなわち、内部管３２０の直径Ｄは２ｍｍ以下に形成され、内部管３２０の外壁と外部管３１０ｂの内壁との間の距離Ｗ’は２ｍｍ以下に形成される。さらに望ましくは、複合部３４０でガスの移動路の幅Ｗ’は１．５ｍｍないし２ｍｍに形成される。

複合部３４０の長さが短すぎれば、単一部３３０内でソースガスがプラズマに励起されて、単一部３３０の内壁に蒸着される可能性がある。複合部３４０は、ソースガスが単一部内でソースガスがプラズマによって励起されることを最小化するように十分に長い長さを有する。望ましくは、複合部３４０は４ｍｍ以上の長さを有し、さらに望ましくは、約１０ｍｍの長さを有する。また、複合部３４０の長さはクリーニングが行なわれる周期によって選択することができる。クリーニングが行なわれる周期が長いほど、複合部の長さは長くなる。

本実施の形態で、内部管３２０は中央に一つの通孔３２２だけが形成されると説明した。しかし、これは一例に過ぎず、内部管３２０には同一の大きさの複数の通孔が互いに離隔されて形成されることができる。

図８は図３のノズル３００のまた他の変形された例を示すノズル３００ａの斜視図であり、図９は図８の線Ｂ−Ｂに沿って切断した断面図である。図８と図９を参照すれば、ノズル３００ａの外部管３１０と内部管３２０との間には挿入管３５０が挿入され、前記挿入管３５０は連結部材３６０によってノズル３００ａに固定される。外部管３１０の移動路の幅が広い場合、複合部３４０に内部管３２０を挿入する際に、内部管３２０と外部管３１０との間の幅が広くて、複合部３４０内でソースガスの反応が起きる可能性がある。挿入管３５０はこれを防止するために内部管３２０と外部管３１０との間の幅を減らす機能を有する。すなわち挿入管３５０が挿入されることによって、内部管３２０と外部管３１０との間の広い幅を有する一つの移動路は、狭い幅を有する複数の移動路で分けられる。したがって、各々の移動路の幅が狭くなるので、その内部でソースガスがプラズマに励起されることが防止される。望ましくは、外部管と挿入管との間の幅Ｗ_１’及び内部管と挿入管との間の幅Ｗ_２’は各々２ｍｍ以下であり、さらに望ましくは、約１．５ｍｍないし２ｍｍである。図８では一つの挿入管３５０が挿入されると説明したが、外部管３１０の直径に比例して複数の挿入管３６０が挿入されることができる。

図１０は図３のノズル３００のまた他の変形された例を示すノズル３００ｂの斜視図であり、図１１は図１０の線Ｃ−Ｃに沿って切断した断面図である。図１０と図１１を参照すれば、ノズル３００ｂの外部管３１０内には上述の内部管３２０に代えて内部が満たされたロッド形状の挿入部材３７０が挿入される。外部管３１０に形成された移動路の幅が、ソースガスがプラズマに励起されるのに十分であるが、内部に通孔が形成された内部管３２０を挿入するのには小さい場合に、上述の挿入部材３７０を外部管内に挿入することができる。望ましくは、内部管３２０と挿入部材３７０との間の幅Ｗ’は２ｍｍ以下であり、さらに望ましくは、約１．５ｍｍないし２ｍｍである。

図１２は本発明の第２実施の形態に係るノズル４００の斜視図であり、図１３は図１２の線Ｄ−Ｄに沿って切断した断面図である。ノズル４００は単一部４３０と複合部４４０とを有し、単一部４３０は第１実施の形態の単一部３３０と同一である。しかし、複合部４４０は第１実施の形態の複合部３４０と異なる形状を有する。図１２と図１３を参照すれば、第２実施の形態で複合部４４０には互いに離隔されて配置された複数の通孔４４２が形成される。単一部の通孔４３２に沿って流れるソースガスは複合部の通孔４４２に分散した後、処理室１００内に噴射される。単一部４３０内でソースガスがプラズマに励起されることを防止するように、複合部４４０は十分な長さを有する。望ましくは、複合部４４０は４ｍｍ以上の長さを有し、さらに望ましくは、約１０ｍｍの長さを有する。また、複合部の通孔４４２内でソースガスがプラズマ状態に励起されることを防止するために、望ましくは通孔４４２の直径Ｄは２ｍｍ以下に形成され、さらに望ましくは、通孔４４２の直径Ｄは１．５ｍｍないし２ｍｍに形成される。

図１４は図１２のノズル４００’の変形された例を示す斜視図であり、図１５は図１４の線Ｅ−Ｅに沿って切断した断面図である。図１４と図１５を参照すれば、ノズル４００’は単一部４３０、複合部４４０’、および集合部４６０を有する。単一部４３０と複合部４４０’の形状は図１２のノズルの単一部４３０及び複合部４４０と同一であるので詳細な説明は省略する。集合部４６０は、複合部４４０’から上部に一定の距離延長されて形成され、単一部４３０と同一の断面を有することができる。集合部４６０と複合部４４０’の長さの和は図８のノズルの複合部４４０と同一の長さを有することができる。図１４のノズル４００’を使用するとき、図１２のノズル４００に比べて複合部４４０’の長さを変更して噴射圧力を調節することができる。集合部４６０内でソースガスがプラズマに励起されて内壁に蒸着されるので、集合部４６０は、処理室１００の内壁をクリーニングする間ノズル４００’がクリーニングされるように十分に短い長さを有するように形成される。選択的に、図１４に示したノズルの複合部４４０’は図６、図９、図１１に示した複合部の形状を有することができる。

図１６は本発明に係る高密度プラズマ化学気相蒸着装置１０の変形された例を示す図面であって、ガス噴射部が設けられる部分のみを示した断面図である。ウェーハＷが大口径化することによって、ノズル３００から噴射されたソースガスは、上部チャンバ１４０内でウェーハＷのエッジの上部に相対的に集中する。これによって、ウェーハＷ上には不均一な蒸着が行なわれる。図１６を参照すれば、ガス噴射部は上述の実施の形態に示したノズル３００の外に噴射管７００をさらに含む。噴射管７００はノズル３００と同一平面上に設けられ、ノズル３００に供給されたソースガスと同一のガスを噴射する。噴射管７００の先端部がノズル３００の先端部より高く位置するように、噴射管７００はノズル３００より長い長さを有し、噴射管７００から噴射されたソースガスは上部チャンバ１４０内の中心部に噴射される。

図１７と図１８は噴射管７００の一例を示す図面であって、図１７は噴射管７００の正面図であり、図１８は図１７の線Ｆ−Ｆに沿って切断した断面図である。噴射管７００は本体７２０と突出部７４０とを有する。本体７２０の内部には、一端が上述のガス供給部５００と連結され、他端が塞がれた一つのガス移動路７２２が形成される。突出部７４０は、本体７２０の側壁の終端部には本体７２０の内側に一定の長さが突き出されるように形成され、突出部７４０にはガス移動路７２２に沿って流れるソースガスが噴射される噴射口７４２が形成される。これは、噴射口７４２の長さを十分に長くすることによって、上述のガス移動路７２２内でソースガスがプラズマに励起されることを最小化して、本体７２０の内壁にソースガスが蒸着されることを防止するためのものである。望ましくは、突出部７４０は４ｍｍ以上の厚さに形成され、さらに望ましくは、突出部７４０は約１０ｍｍの長さを有する。

図１７と図１８を参照すれば、突出部７４０には第１噴射口７４２ａと第２噴射口７４２ｂが形成される。第１噴射口７４２ａは中央に円形ホールとして形成され、第２噴射口７４２ｂは第１噴射口７４２ａのまわりを囲むようにリング形状で形成される。また、図１９に示すように、噴射管７００’の突出部には第２噴射口７４２ｂが複数個形成されることができる。望ましくは、第１噴射口７４２ａと第２噴射口７４２ｂ内でソースガスがプラズマ状態に励起されることを防止するために第１噴射口７４２ａの直径Ｄ’と第２噴射口７４２ｂの幅Ｗ’は２ｍｍ以下の幅に形成される。さらに望ましくは、第１噴射口７４２ａの直径Ｄ’と第２噴射口７４２ｂの幅Ｗ’は１．５ｍｍないし２ｍｍに形成される。

図２０は図１７の噴射管７００の変形された例を示す噴射管７００ａの平面図である。噴射管の突出部７４０には内側噴射口７４４ａと外側噴射口７４４ｂが形成される。内側噴射口７４４ａはリング形状で形成され、外側噴射口７４４ｂは内側噴射口７４４ａを囲むようにリング形状で形成される。望ましくは、内側噴射口７４４ａと外側噴射口７４４ｂ内でソースガスがプラズマ状態に励起されることを防止するために、内側噴射口７４４ａと外側噴射口７４４ｂの幅は２ｍｍ以下の幅に形成される。さらに望ましくは、内側噴射口７４４ａと外側噴射口７４４ｂの幅は１．５ｍｍないし２ｍｍに形成される。

図２１と図２２は図１７の噴射管７００のまた他の変形された例を示す噴射管７００ｂであって、図２１は噴射管７００ｂの正面図であり、図２２は図２１の線Ｇ−Ｇに沿って切断した断面図である。図２１と図２２を参照すれば、突出部７４０に噴射口７４６が互いに離隔されたホールとして形成されることができる。ソースガスが噴射口７４６内でプラズマ状態に励起されることを防止するため、各々のホールは直径２ｍｍ以下の円形で形成されることが望ましい。さらに望ましくは、直径１．５ｍｍないし２ｍｍのホールとして形成される。各々のホールは互いに同一な大きさに形成されることが望ましいが、選択的に互いに異なる大きさに形成されることができる。

図２３は図１７の噴射管７００のまた他の変形された例を示す噴射管７００ｃである。図２３に示すように、噴射管７００ｃに形成された突出部７４０’は本体７２０の外側方向に突き出されることができ、このような形状は図１９ないし図２１に示した噴射管７００’、７００ａ、７００ｂにも適用されることができる。

図１６で処理室１００内にソースガスを噴射する手段として、噴射管７００がノズル３００とともに配置されると示した。しかし、これは一例に過ぎず、選択的に処理室内には噴射管だけが配置されることができる。この時、噴射管の長さは同一であるか、位置によって互いに異なる大きさとすることができる。

本発明の望ましい実施の形態に係る高密度プラズマ化学気相蒸着装置を概略的に示す断面図である。 図１のノズルにソースガスを供給するガス供給部の概路図である。 図１のノズルの実施の形態を示す斜視図である。 図３の平面図である。 図３の線Ａ−Ａに沿って切断した断面図である。 図３のノズルの変形された例を示す断面図である。 図３のノズルの変形された例を示す断面図である。 図３のノズルの変形された例を示す斜視図である。 図８の線Ｂ−Ｂに沿って切断した断面図である。 図３のノズルのまた他の変形された例を示す斜視図である。 図１０の線Ｃ−Ｃに沿って切断した断面図である。 図１のノズルの他の実施の形態を示す斜視図である。 図１２の線Ｄ−Ｄに沿って切断したノズルの断面図である。 図１２のノズルの変形された例を示す斜視図である。 図１４の線Ｅ−Ｅに沿って切断したノズルの断面図である。 図１の装置の他の実施の形態として、噴射管とノズルが設けられた部分のみを示した断面図である。 図１６の噴射管の一例を示す正面図である。 図１７の線Ｆ−Ｆに沿って切断した噴射管の断面図である。 図１７の噴射管の変形された例を示す正面図である。 図１７の噴射管のまた他の変形された例を示す正面図である。 図１７の噴射管のまた他の変形された例を示す正面図である。 図２１の線Ｇ−Ｇに沿って切断した噴射管の断面図である。 図１７の噴射管のまた他の変形された例を示す断面図である。 一般的なノズルの断面図である。

符号の説明

１００ 処理室、
１２０ 下部チャンバ、
１４０ 上部チャンバ、
２００ 基板支持部、
３００，４００ ノズル、
３１０ 外部管、
３２０，３２０’，３２０” 内部管、
３３０，４３０ 単一部、
３４０，３４０’，４４０，４４０’ 複合部、
３５０ 挿入管、
３６０ 連結部材、
３７０ 挿入部材、
５００ ガス供給部。

Claims (47)

1. 半導体基板上に所定の膜を蒸着する化学気相蒸着装置において、
   処理室と、
   前記処理室内に配置され、半導体基板が置かれる基板支持部と、
   前記処理室内に少なくとも二つの混合されたソースガスを供給するノズルを含むガス噴射部と、
   前記処理室に噴射された前記ソースガスをプラズマ状態に励起させるエネルギーを供給するエネルギー源と、を含み、
   前記ノズルは、
   ガス供給部と連結され、内部に前記ソースガスの移動路が形成された単一部と、
   前記単一部から一定の長さが延長され、内部に一つまたは複数の前記ソースガスの移動路が形成された複合部と、を有し、
   前記複合部の移動路の各々は、前記単一部に形成された移動路より狭い幅を有するように形成されて、前記エネルギーによって前記ノズル内で前記ソースガスの反応を最小化することができることを特徴とする化学気相蒸着装置。
2. 前記複合部は、
   前記ソースガスの移動路として内部に通孔が形成された外部管と、
   前記外部管の通孔に挿入されて前記外部管の移動路の幅を減らす挿入部材と、
   前記挿入部材を前記複合部に連結させる連結部材と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の化学気相蒸着装置。
3. 前記複合部は、
   前記外部管と前記挿入部材との間に挿入される少なくとも一つの挿入管と、
   前記挿入管を前記複合部に連結させる連結部材と、をさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の化学気相蒸着装置。
4. 前記外部管と前記挿入管との間の幅および前記挿入管と前記挿入部材との間の幅は、２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項３に記載の化学気相蒸着装置。
5. 前記挿入部材は、内部に通孔が形成された内部管であることを特徴とする請求項２に記載の化学気相蒸着装置。
6. 前記内部管の先端は、前記外部管の通孔内に位置することを特徴とする請求項５に記載の化学気相蒸着装置。
7. 前記内部管の先端は、前記外部管の先端と同一平面上に位置することを特徴とする請求項５に記載の化学気相蒸着装置。
8. 前記内部管の先端は、前記外部管の先端から突き出されて位置することを特徴とする請求項５に記載の化学気相蒸着装置。
9. 前記内部管の直径は、２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項５に記載の化学気相蒸着装置。
10. 前記挿入部材と前記外部管との間の幅は、２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載の化学気相蒸着装置。
11. 前記複合部には、前記ソースガスの移動路として互いに離隔されるように配置された複数の通孔が形成されることを特徴とする請求項１に記載の化学気相蒸着装置。
12. 前記ノズルは、
    前記複合部から延長され、中央に一つの通孔が形成された集合部をさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の化学気相蒸着装置。
13. 前記複合部の通孔の各々の直径は、２ｍｍ以下の円形で形成されることを特徴とする請求項１１に記載の化学気相蒸着装置。
14. 前記複合部の長さは、４ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の化学気相蒸着装置。
15. 前記処理室は、
    ドーム形状として下部が開放されるように形成された上部チャンバと、
    前記上部チャンバの下に配置され、側壁に基板搬入路が形成され、上部が開放された下部チャンバと、を含み、
    前記化学気相蒸着装置は、前記下部チャンバと前記上部チャンバとの間に前記基板支持部を移動させる駆動部をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の化学気相蒸着装置。
16. 前記ノズルは、前記上部チャンバ内の空間を向くように、前記下部チャンバに複数個が均等に配置されて形成されることを特徴とする請求項１５に記載の化学気相蒸着装置。
17. 前記ガス噴射部は前記ソースガスを噴射する噴射管をさらに含み、
    前記噴射管は、
    内部にガス移動路が形成され、先端部が塞がれた本体と、
    前記本体の側壁の先端部で前記本体の内側、または外側に一定の長さが突き出され、前記ソースガスが噴射され、前記ガス移動路より小さい幅を有する一つまたは複数の噴射口が形成された突出部と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の化学気相蒸着装置。
18. 前記噴射口は、互いに離隔された複数の通孔で形成されることを特徴とする請求項１７に記載の化学気相蒸着装置。
19. 前記複数の通孔の各々の直径は、２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１８に記載の化学気相蒸着装置。
20. 前記突出部には、
    ホールとして形成された第１噴射口と、
    前記第１噴射口を囲むようにリング形状として、一つまたは複数の第２噴射口が形成されることを特徴とすることを特徴とする請求項１７に記載の化学気相蒸着装置。
21. 前記第１噴射口と前記第２噴射口の各々の幅は、２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項２０に記載の化学気相蒸着装置。
22. 前記突出部は、４ｍｍ以上の厚さを有することを特徴とする請求項１７に記載の化学気相蒸着装置。
23. 前記突出部には、リング形状に形成された内側噴射口が形成されることを特徴とする請求項１７に記載の化学気相蒸着装置。
24. 前記突出部には、前記内側噴射口を囲むリング形状の少なくとも一つの外側噴射口がさらに形成されることを特徴とする請求項２３に記載の化学気相蒸着装置。
25. 前記内側噴射口と前記外側噴射口の幅は、２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項２４に記載の化学気相蒸着装置。
26. 前記噴射管の先端は、前記ノズルの先端より高く位置することを特徴とする請求項１７に記載の化学気相蒸着装置。
27. 半導体基板上に所定の膜を蒸着する化学気相蒸着装置において、
    処理室と、
    前記処理室内に配置され、半導体基板が置かれる基板支持部と、
    少なくとも二つの混合されたソースガスを前記処理室に噴射するノズルと、
    前記処理室に噴射された前記ソースガスをプラズマ状態に励起させるために高周波電力が印加される上部電極と、を有し、
    前記ノズルは、
    ガス供給部と連結され、内部に前記ソースガスの移動路として通孔が形成された外部管と、
    前記外部管に比べて短い長さを有し、前記外部管の先端の周辺で前記外部管の内壁と一定の距離離隔されるように、前記外部管の通孔内に挿入される挿入部材と、
    前記挿入部材を前記ノズルに連結する連結部材と、を含むことを特徴とする化学気相蒸着装置。
28. 前記ノズルは、
    前記外部管と前記挿入部材との間に挿入される少なくとも一つの複数の挿入管をさらに含むことを特徴とする請求項２７に記載の化学気相蒸着装置。
29. 前記挿入部材と前記外部管との間の間隔は、２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項２７に記載の化学気相蒸着装置。
30. 前記挿入部材は、内部に通孔が形成された内部管であることを特徴とする請求項２７に記載の化学気相蒸着装置。
31. プラズマ処理装置に使用され、ソースガスを装置内に供給するノズルにおいて、
    前記ソースガスの移動路として内部に通孔が形成された外部管と、
    前記外部管の先端と隣接した位置で前記外部管の通孔に挿入され、前記外部管より短い長さを有する挿入部材と、
    前記挿入部材を前記ノズルに連結させる連結部材と、を含むことを特徴とするプラズマ処理装置に使用されるノズル。
32. 前記挿入部材は、内部に通孔が形成された内部管であることを特徴とする請求項３１に記載のプラズマ処理装置に使用されるノズル。
33. 前記内部管の中央には、一つの通孔だけが形成されることを特徴とする請求項３２に記載のプラズマ処理装置に使用されるノズル。
34. 前記内部管の通孔は、直径２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項３３に記載のプラズマ処理装置に使用されるノズル。
35. 前記挿入部材と前記外部管との間の幅は、２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項３１に記載のプラズマ処理装置に使用されるノズル。
36. 前記外部管と前記挿入部材との間には少なくとも一つの挿入管が挿入されることを特徴とする請求項３１に記載のプラズマ処理装置に使用されるノズル。
37. 前記外部管と前記挿入管との間の幅及び前記挿入管と前記挿入部材との間の幅は、２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項３６に記載のノズル。
38. 前記挿入部材の長さは、４ｍｍ以上であることを特徴とする請求項３１に記載のノズル。
39. プラズマ処理装置で少なくとも二つのソースガスを混合して噴射するプラズマ処理装置に使用される噴射管において、
    内部にガス移動路が形成され、先端部が塞がれた本体と、
    前記本体の側壁終端部で前記本体の内側または外側に一定の長さが突き出され、前記ソースガスが噴射される少なくとも一つの噴射口が形成された突出部と、を含むことを特徴とする噴射管。
40. 前記噴射口は、互いに離隔された複数の通孔で形成されることを特徴とする請求項３９に記載の噴射管。
41. 前記噴射口の通孔の直径は、２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項４０に記載の噴射管。
42. 前記突出部には、
    孔として形成された第１噴射口と、
    前記第１噴射口を囲むようにリング形状の少なくとも一つの第２噴射口と、が形成されることを含むことを特徴とする請求項４１に記載の噴射管。
43. 前記第１噴射口と前記第２噴射口の各々の幅は、２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項４１に記載の噴射管。
44. 前記突出部には、リング形状の内側噴射口が形成されることを特徴とする請求項３９に記載の噴射管。
45. 前記突出部には、前記内側噴射口を囲むリング形状の少なくとも一つの外側噴射口がさらに形成されることを特徴とする請求項４４に記載の噴射管。
46. 前記内側噴射口と前記外側噴射口の各々の幅は、２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項４５に記載の噴射管。
47. 前記突出部は、４ｍｍ以上の長さで形成されることを特徴とする請求項３９に記載の噴射管。

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