JP2005317958A - 大面積プラズマ増強化学気相堆積のためのガス拡散シャワーヘッド設計 - Google Patents

大面積プラズマ増強化学気相堆積のためのガス拡散シャワーヘッド設計 Download PDF

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Abstract

【課題】 処理チャンバ内にガスを分配させるためのガス分配プレートの改善された実施形態を提供する。
【解決手段】 一実施形態においては、ガス分配プレートは、上流側と下流側を有する拡散プレートと、上流側と下流側の間を通る複数のガス通路とを含んでいる。ガス通路の少なくとも１つは、上流側から伸びたその長さの一部の直円筒形と拡散プレートの残りの長さの同軸円錐形を持ち、円錐部分の上流端の直径は直円筒部分とほぼ同一であり、円錐部分の下流端の直径は大きくなっている。該ガス分配プレートは、製造が比較的容易であり、チャンバ洗浄速度が良好であり、薄膜堆積均一性が良好であり、薄膜堆積速度が良好である。該ガス分配プレートは、また、拡散表面上のチャンバ洗浄残留物の減少と堆積している薄膜内の洗浄残留物の混入の減少が利点である。
【選択図】 図２Ａ

Description

開示の背景
発明の分野
[0001]本発明の実施形態は、一般的には、ガス分配プレートアセンブリ及びガスを処理チャンバ内で分配するための方法に関する。
背景技術の説明
[0002]液晶ディスプレイ又はフラットパネルは、一般にコンピュータやテレビモニタのような、アクティブマトリクスディスプレイに用いられる。プラズマ増強化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）は、通常は透明ガラス基板（フラットパネルのための）又は半導体ウエハのような基板上に薄膜を堆積するために用いられる。ＰＥＣＶＤは、通常は前駆ガス又はガス混合物をフラットパネルを含む真空チャンバへ導入することによって行われる。前駆ガス又はガス混合物は、典型的にはチャンバの最上部近くに位置する分配プレートを通って下向きに送られる。チャンバ内の前駆ガス又はガス混合物は、高周波（ＲＦ）電力をチャンバに結合した１つ以上の高周波電源からチャンバに加えることによってプラズマへ活性化（例えば、励起）される。励起されたガス又はガス混合物は反応して、温度制御された基板支持上に位置するフラットパネルの表面上に材料層を形成する。反応の間に生じた揮発性副生成物は、排気システムによってチャンバからポンプで送られる。
[0003]ＰＥＣＶＤ技術によって処理されたフラットパネルは、典型的には大面積であり、しばしば３７０ｍｍ×４７０ｍｍを超え、サイズが１平方メートルに及ぶ。４平方メートルに近い、また、それを超える大面積基板が、近い将来に予想される。一様な処理ガスフローをフラットパネル上に供給するために用いられるガス分配プレートは、特に２００ｍｍや３００ｍｍ半導体ウエハ処理に用いられるガス分配プレートと比較して相対的にサイズが大きい。
[0004]フラットパネル処理に用いられる大面積ガス分配プレートは、製造コストが高くなるという多くの製造課題を有する。例えば、ガス分配プレートを通って形成されるガスフロー穴は、ガス分配プレートの厚さと相対して直径が小さく、例えば、１.２インチの厚板を通る直径０.０１６インチ穴、穴の形成中に高い頻度でドリルビット破損が生じる。破損したドリルビットの除去は時間が掛かり、結果としてガス分配プレート全てがスクラップとなってしまう。更に、ガス分配プレートを通って形成されるガスフロー穴の数は、フラットパネルのサイズに比例し、各プレートに形成される多くの穴は、プレート製造の間、不都合にも高い確率でトラブルの原因となる。更に、多くの穴数はドリルビット破損を最少限にするために必要とされる管理と相まって長い製造時間を生じ、それによって製造コストが高くなる。
[0005]ガス分配プレートを製造するための材料コストが大きいので、効率的でコストが効果的に製造し得る構造でガス分配プレートを開発することは有利である。更に、１.２平方メートルを超えるフラットパネル処理に適合させるために、次世代ガス分配プレートのサイズが増加するに伴って、前述の問題の解決がますます重要になる。大面積ガス分配プレート設計のコストの関係に取り組むことは重要であるが、性能の本質が見落とされてはならない。例えば、ガスフロー穴の構造、位置、密度は、堆積速度や均一性のような堆積性能、また、プロセスチャンバにおける洗浄効率や残留洗浄化学薬品のような洗浄の本質に直接影響を与える。
[0006]それ故、製造コストを削減し良好な堆積と洗浄性能を有する、改善されたガス分配プレートアセンブリが求められている。
発明の概要
[0007]処理チャンバにガスを分配するためのガス分配プレートの実施形態が提供される。一実施形態においては、プラズマ処理チャンバのガス分配プレートアセンブリは、上流側と下流側を有する拡散プレートと、上流側と下流側の間を通る複数のガス通路とを備え、ここで、ガス通路の少なくとも１つは、上流側から伸びたその長さの一部の直円筒形と拡散プレートの残りの長さの同軸円錐形を持ち、円筒部分の上流端の直径は直円筒部分とほぼ同一であり、円錐部分の下流端の直径は大きくなっている。
[0008]他の実施形態においては、プラズマ処理チャンバのガス分配プレートアセンブリは、遠隔プラズマ源に結合され遠隔プラズマ源がフッ素源に結合しているプラズマ処理チャンバ内に上流側と下流側がある拡散プレートと、上流側と下流側の間を通る複数のガス通路とを備え、ここで、ガス通路の少なくとも１つは上流側から伸びたその長さの一部の直円筒形と拡散プレートの残りの同軸円錐形を持ち、円錐部分の上流端の直径は直円筒部分とほぼ同一であり、円錐部の下流端の直径は大きくなっている。
[0009]他の実施形態においては、プラズマ処理チャンバのガス分配プレートアセンブリは、上流側と下流側を有する拡散プレートと、上流側と下流側の間を通る複数のガス通路とを備え、ここで、ガス通路の少なくとも１つは、上流側から伸びたその長さの一部の第一直円筒形、より小さな直径が第一円筒形に接続された第二同軸直円筒形、拡散プレートの残りの長さの第二円筒形に接続された同軸円錐形を持ち、円錐部分の上流端は直径が第二直円筒形とほぼ同一であり、円錐部分の下流端は直径が大きくなっている。
[0010]他の実施形態においては、プラズマ処理チャンバのガス分配プレートアセンブリは、遠隔プラズマ源に結合され遠隔プラズマ源がフッ素源に結合されているプラズマ処理チャンバ内に上流側と下流側を有する拡散プレートと、上流側と下流側の間を通る複数のガス通路とを備え、ここで、ガス通路の少なくとも１つは、上流側から伸びたその長さの一部の第一直円筒形、第一円筒形に接続された直径が更に小さい第二同軸直円筒形、拡散プレートの残りの長さの第二円筒形に接続された同軸円錐形を持ち、円錐部分の上流端の直径は第二直円筒形とほぼ同一であり、円錐部分の下流端の直径は大きくなっている。
[0011]他の実施形態においては、基板上に薄膜を堆積させる方法は、上流側と下流側を有する拡散プレートと、上流側と下流側の間を通る複数のガス通路とを有するプロセスチャンバ内に基板を配置するステップであって、ガス通路の少なくとも１つが、上流側から伸びたその長さの一部の直円筒形と、拡散プレートの残りの長さの同軸円錐形を持ち、円錐部分の上流端の直径が直円筒部分とほぼ同一であり、円錐部分の下流端の直径が大きくなっている、前記ステップと、プロセスチャンバ内で基板上に薄膜を堆積させるステップとを含んでいる。
[0012]他の実施形態においては、基板上に薄膜を堆積させる方法は、上流側と下流側を有する拡散プレートと、上流側と下流側の間を通る複数のガス通路とを有するプロセスチャンバ内に基板を配置するステップであって、ガス通路の少なくとも１つが、上流側から伸びたその長さの一部の第一直円筒形、第一直円筒形に接続された直径がより小さな第二同軸直円筒形、拡散プレートの残りの長さの第二円筒形に接続された同軸円錐形を持ち、円錐部分の上流端の直径が第二直円筒形とほぼ同一であり、円錐部分の下流端の直径が大きくなっている、前記ステップと、プロセスチャンバ内で基板上に薄膜を堆積させるステップとを含んでいる。
[0013]他の実施形態においては、プロセスチャンバを洗浄する方法は、上流側と下流側を有する拡散プレートと、上流側と下流側の間を通る複数のガス通路を有する、遠隔プラズマ源に結合され、遠隔プラズマ源がフッ素源に結合されている、プロセスチャンバ内に基板を配置するステップであって、ガス通路の少なくとも１つは、上流側から伸びたその長さの一部の直円筒形と拡散プレートの残りの長さの同軸円錐形を持ち、円錐部分の上端の直径が直円筒部とほぼ同一であり、円錐部分の下流端の直径が大きくなっている、前記ステップと、プロセスチャンバ内で基板上に薄膜を堆積させるステップと、処理された基板の数が所定の洗浄限界に達したかを決定するステップと、処理された基板の数が所定の洗浄限界に達していない場合には、処理された基板の数が所定の洗浄限界に達するまで、プロセスチャンバ内に基板を配置するステップと、基板上に薄膜を堆積させるステップと、処理された基板の数が所定の洗浄限界に達したかを決定するステップを繰り返すステップと、処理された基板の数が所定の洗浄限界に達した場合にはプロセスチャンバを洗浄するステップとを含んでいる。
[0014]他の実施形態においては、更に、プロセスチャンバを洗浄する方法は、上流側と下流側を有する拡散プレートと、上流側と下流側の間を通る複数のガス通路を有する、遠隔プラズマ源に結合され遠隔プラズマ源がフッ素源に結合されているプロセスチャンバ内に基板を配置するステップであって、ガス通路の少なくとも１つが、上流側から伸びたその長さの一部の第一直円筒形、第一円筒形に接続された直径がより小さい第二同軸直円筒形、拡散プレートの残りの長さの第二円筒形に接続された同軸円錐形を持ち、円錐部分の上流端の直径が第二直円筒形とほぼ同一であり、円錐部分の下流端の直径が大きくなっている、前記ステップと、プロセスチャンバ内で基板上に薄膜を堆積させるステップと、処理された基板の数が所定の洗浄限界に達したかを決定するステップと、処理された基板の数が所定の洗浄限界に達していない場合には、処理された基板の数が所定の洗浄限界に達するまで、プロセスチャンバ内に基板を配置するステップと、基板上に薄膜を堆積させるステップと、処理された基板の数が所定の洗浄限界に達したかを決定するステップを繰り返すステップと、処理された基板の数が所定の洗浄限界に達した場合にはプロセスチャンバを洗浄するステップと、を含んでいる。
[0015]本発明の教示は、添付した図面と共に下記の詳細な説明を考慮することによって容易に理解され得る。
[0028]理解を容易にするために、可能である場合には同一の符号が図面に共通である同一要素を示すために用いられている。
詳細な説明
[0029]本発明は、一般的には、処理チャンバ内にガスを分配するためのガス分配プレートアセンブリを提供する。本発明は、カリフォルニア州サンタクララ、アプライドマテリアルズ社の子会社であるＡＫＴから入手できるプラズマ増強化学気相堆積システム（ＰＥＣＶＤ）のような、大面積基板を処理するように構成されたプラズマ増強化学気相堆積システムによって以下に具体的に説明される。しかしながら、本発明が、円形の基板を処理するように構成されたシステムを含む、エッチングシステム、他の化学気相堆積システム、プロセスチャンバ内にガスを分配することが所望されるあらゆる他のシステムのような他のシステム構造に用いられることは理解すべきである。
[0030]図１は、薄膜トランジスタ構造を示す断面略図である。一般的なＴＦＴ構造は、図１に示されるスタッガード型（ボトムゲート型）ＴＦＴ構造を逆さまにしたバックチャネルエッチング（ＢＣＥ）型である。ゲート誘電体（ＳiＮ）、及び固有のアモルファスシリコン薄膜やｎ＋ドープアモルファスシリコン薄膜が同様のＰＥＣＶＤポンプダウン運転で堆積することができることから、ＢＣＥプロセスが好ましい。ここに示されるＢＣＥプロセスは、４つのパターン形成マスクしか必要としない。基板１０１は、可視スペクトルに本質的に光に透明である物質、例えば、ガラス又はクリアプラスチックを含むことができる。その基板は形又は寸法を変えることができる。典型的には、ＴＦＴ適用の場合、基板は、表面積が約５００ｍｍ2より大きいガラス基板である。ゲート電極層１０２は、基板１０１上に形成される。ゲート電極層１０２は、ＴＦＴ内の電荷担体の移動を制御する導電層を含んでいる。ゲート電極層１０２は、金属、例えば、特に、アルミニウム（Ａl）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃr）、タンタル（Ｔa）又はその組合わせを含むことができる。ゲート電極層１０２は、従来の堆積技術、リソグラフィ技術、エッチング技術を用いて形成することができる。基板１０１とゲート電極層１０２の間には、例えば、二酸化シリコン（ＳiＯ2）又は窒化シリコン（ＳiＮ）のような任意の絶縁物質があってもよく、それらは本発明に記載されるＰＥＣＶＤシステムの実施形態を用いて形成することもできる。その後、ゲート電極層１０２は、リソグラフィ技術でパターン形成され、従来の技術を用いてエッチングされてゲート電極を画成する。
[0031]ゲート絶縁層１０３は、ゲート電極層１０２上に形成される。ゲート絶縁層１０３は、二酸化シリコン（ＳiＯ2）、オキシ窒化シリコン（ＳiＯＮ）、又は窒化シリコン（ＳiＮ）であってもよく、本発明に記載されるＰＥＣＶＤシステムの実施形態を用いて堆積される。ゲート絶縁層１０３は、約１００オングストローム〜約６０００オングストロームの範囲の厚さに形成することができる。
[0032]バルク半導体層１０４は、ゲート絶縁層１０３上に形成される。バルク半導体層１０４は、多結晶シリコン（ポリシリコン）又はアモルファスシリコン（α-Ｓi）を含むことができ、本発明に記載されるＰＥＣＶＤシステムの実施形態又は当該技術に既知の他の従来法を用いて堆積させることができる。バルク半導体層１０４は、約１００オングストローム〜３０００オングストロームの範囲の厚さに堆積させることができる。ドープされた半導体層１０５は、半導体層１０４の最上部に形成される。ドープされた半導体層１０５は、ｎ型（ｎ＋）又はｐ型（ｐ＋）ドープされた多結晶シリコン（ポリシリコン）又はアモルファスシリコン（α-Ｓi）を含むことができ、本発明に記載されるＰＥＣＶＤシステムの実施形態又は当該技術に既知の他の従来法を用いて堆積させることができる。ドープされた半導体層１０５は、約１００オングストローム〜３０００オングストロームの範囲の厚さに堆積させることができる。ドープされた半導体層１０５の一例は、ｎ＋ドープされたα-Ｓi膜である。バルク半導体層１０４とドープされた半導体層１０５は、リソグラフィ技術でパターン形成され、従来の技術を用いてエッチングされて、ゲート誘電絶縁体上にメサ型の２つの膜を画成する。ドープされた半導体層１０５はバルク半導体層１０４の部分と直接的に接触し、半導体接合を形成する。
[0033]その後、導電層１０６が露出した表面上に堆積される。導電層１０６は、金属、例えば、特に、アルミニウム（Ａl）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍo）、クロム（Ｃr）、タンタル（Ｔa）及びその組合わせを含むことができる。導電層１０６は、従来の堆積技術を用いて形成することができる。導電層１０６とドープされた半導体層１０５の双方は、ＴＦＴのソースとドレイン接触を画成するためにリソグラフィ技術でパターン形成されてもよい。その後、パッシベーション層１０７を堆積させることができる。パッシベーション層１０７は、一致して露出した表面を被覆する。パッシベーション層１０７は、通常は絶縁体であり、例えば、二酸化シリコン（ＳiＯ2）又は窒化シリコン（ＳiＮ）を含むことができる。パッシベーション層１０７は、例えば、ＰＥＣＶＤ又は当技術に既知の他の従来法を用いて形成されることができる。パッシベーション層１０７は、約１０００オングストローム〜約５０００オングストロームの範囲の厚さに堆積させることができる。パッシベーション層１０７は、その後、リソグラフィ技術でパターン形成され、従来の技術を用いてエッチングされて、パッシベーション層にコンタクトホールを開放させる。
[0034]その後、透明導電層１０８が堆積されパターン形成されて、コンタクと導電層１０６が製造される。透明導電層１０８は、可視スペクトルで本質的に光に透明であり且つ導電性である物質を含んでいる。透明導電層１０８は、例えば、特に、インジウム酸化スズ（ＩＴＯ）又は酸化亜鉛を含むことができる。光導電層１０８のパターン形成は、従来のリソグフィ技術とエッチング技術によって達成される。
[0035]液晶ディスプレイ（又はフラットパネル）に用いられるドープされた又は未ドープ（固有の）アモルファスシリコン（α-Ｓi）、酸化シリコン（ＳiＯ2）、オキシ窒化シリコン（ＳiＯＮ）及び窒化シリコン（ＳiＮ）膜は、本発明に記載されるプラズマ増強化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）システムの実施形態を用いて全て堆積させることができる。
[0036]図２Ａは、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社の子会社であるＡＫＴから入手できる、プラズマ増強化学気相堆積システム２００の一実施形態の断面略図である。システム２００は、通常はガス源２０４の結合された処理チャンバ２０２を含んでいる。処理チャンバ２０２は、プロセス容積２１２を部分的に画成する壁２０６と底面２０８を有する。プロセス容積２１２は、典型的には処理チャンバ２０２へ、また、処理チャンバ２０２から基板２４０の移動を容易にする壁２０６のポート（図示せず）を通って接近する。壁２０６と底面２０８は、典型的にはアルミニウム又は処理と適合する他の物質の単一ブロックから製造される。壁２０６は、プロセス容積２１２を排気ポート（様々なポンピング部品を含む、図示せず）に結合するポンピングプレナム２１４を含むリッドアセンブリ２１０を支持している。
[0037]温度制御された基板支持アセンブリ２３８は、処理チャンバ２０２内の中央に配置される。支持アセンブリ２３８は、処理の間、基板２４０を支持する。一実施形態においては、基板支持アセンブリ２３８は、少なくとも１つの埋め込みヒータ２３２を封入するアルミニウム本体２２４を含んでいる。支持アセンブリ２３８に配置される抵抗素子のヒータ２３２は、任意の電源２７４に結合され、配置された支持アセンブリ２３８と基板２４０を所定の温度に制御可能に加熱する。ＣＶＤプロセスにおいては、典型的には、ヒータ２３２は、堆積される物質の堆積処理パラメータに依存して、約１５０℃〜少なくとも約４６０℃の間にある一様な温度に基板２４０を維持する。
[0038]通常は、支持アセンブリ２３８は下部面２２６及び上部面２３４を有する。上部面２３４は、基板２４０を支持する。下部面２２６は、ステム２４２がそれに結合されている。ステム２４２は、処理チャンバから、また、処理チャンバへの基板輸送を容易にする、高い処理位置（図示された）と低い処理位置の間の支持アセンブリ２３８を移動させるリフトシステム（図示せず）に支持アセンブリ２３８を結合する。ステム２４２は更に支持アセンブリ２３８とシステム２００の他のコンポーネントの間にリード線と熱電対リードのコンジットを与える。
[0039]ベローズ２４６は、支持アセンブリ２３８（又はステム２４２）と処理チャンバ２０２の底面２０８の間に結合している。ベローズ２４６は、支持アセンブリ２３８の垂直移動を容易にしつつ、チャンバ容積２１２と処理チャンバ２０２の外部の雰囲気の間に真空シールを与える。
[0040]支持アセンブリ２３８は通常は接地され、電源２２２によってリッドアセンブリ２１０と基板支持アセンブリ２３８の間に位置するガス分配プレートアセンブリ２１８（又はチャンバのリッドアセンブリ内に又は近くに位置する他の電極）に供給されるＲＦ電力が、支持アセンブリ２３８と分配プレートアセンブリ２１８との間のプロセス容積２１２内に存在するガスを励起することができる。電源２２２からのＲＦ電力は、通常は化学気相堆積プロセスを作動させるために基板サイズに比例して選択される。
[0041]支持アセンブリ２３８は、更に、制限シャドーフレーム２４８を支持する。通常は、シャドーフレーム２４８は、基板２４０と支持アセンブリ２３８のエッジでの堆積を防止するので、基板は支持アセンブリ２３８に付着していない。支持アセンブリ２３８は、複数のリフトピン２５０を受け入れるそこを通って配置されるた複数の穴２２８を有する。リフトピン２５０は、典型的にはセラミック又は陽極酸化アルミニウムから構成されている。リフトピン２５０は、支持表面２３０から突き出すために任意のリフトプレート２５４によって支持アセンブリ２３８と相対して作動させることができ、それによって支持アセンブリ２３８と離れた間隔で基板が配置される。
[0042]リッドアセンブリ２１０は、プロセス容積２１２に上部境界線を与える。リッドアセンブリ２１０は、典型的には、処理チャンバ２０２を点検するために取り出し又は開放することができる。一実施形態においては、リッドアセンブリ２１０はアルミニウム（Ａl）から製造される。リッドアセンブリ２１０は、外部ポンピングシステム（図示せず）に結合されたその中に形成されたポンピングプレナム２１４を含んでいる。ポンピングプレナム２１４は、チャネルガスとプロセス容積２１２や処理チャンバ２０２から一様な処理副生成物に用いられる。
[0043]リッドアセンブリ２１０は、典型的には、エントリポート２８０を含み、そこを通してガス源２０４によって供給される処理ガスが処理チャンバ２０２へ導入される。エントリポート２８０は、また、洗浄源２８２に結合される。洗浄源２８２は、典型的には、解離フッ素のような洗浄物質を供給し、ガス分配プレートアセンブリ２１８を含む処理チャンバハードウェアから堆積副産物や膜を除去するために処理チャンバ２０２内に導入される。
[0044]ガス分配プレートアセンブリ２１８は、リッドアセンブリ２１０の内部面２２０に結合される。ガス分配プレートアセンブリ２１８は、典型的には、基板２４０の輪郭、例えば、大面積フラットパネル基板の多角形やウエハの円形にほぼ従って構成される。ガス分配プレートアセンブリ２１８は貫通領域２１６を含み、ガス源２０４から供給されるプロセスと他のガスはプロセス容積２１２に分配される。ガス分配プレートアセンブリ２１８の貫通領域２１６は、処理チャンバ２０２へガス分配プレートアセンブリ２１８を通過するガスを一様に分配するように構成される。本発明からの利益に適合することができるガス分配プレートは、Ｋellerらによる米国特許第６,７７２,８２７号として発行された２００１年８月８日出願の共同譲渡された米国特許出願第０９/９２２,２１９号；Ｂloniganらによる２００２年５月６日出願の同第１０/１４０,３２４号；２００３年１月７日出願の同第１０/３３７,４８３号；Ｗhiteらに２００２年１１月１２日に発行された米国特許第６,４７７,９８０号；Ｃhoiらによる２００３年４月１６日出願の米国特許出願第１０／４１７,５９２号に記載され、これらの開示内容は本明細書に全体に援用されている。
[0045]ガス分配プレートアセンブリ２１８は、典型的には、ハンガープレート２６０から掛けられた拡散プレート２５８を含んでいる。拡散プレート２５８とハンガープレート２６０は、交互に単一のユニタリー部材を含むことができる。複数のガス通路２６２は、拡散プレート２５８を通って形成されて、ガス拡散プレートアセンブリ２１８を通ってプロセス容積２１２へ所定のガス分配を可能にする。ハンガープレート２６０は、拡散プレート２５８とリッドアセンブリ２１０の内部表面２２０を離れた間隔で維持するので、その間にプレナム２６４を画成する。プレナム２６４はリッドアセンブリ２１０に流れるガスを拡散プレート２５８の幅全体に一様に拡散させることができるので、ガスは貫通領域２１６の中央の上に一様に供給され、ガス通路２６２を通って一様な拡散で流れる。
[0046]拡散プレート２５８は、典型的には、ステンレス鋼、アルミニウム（Ａl）、陽極酸化アルミニウム、ニッケル（Ｎi）又は他のＲＦ導電材料から製造される。拡散プレート２５８は、基板処理に不都合な影響を与えないので、アパーチャ２６６全体に十分平坦に維持する厚さで構成される。一実施形態においては、拡散プレート２５８の厚さは、約１.０インチ〜約２.０インチである。拡散プレート２５８は、半導体ウエハ製造用に円形、又はフラットパネルディスプレイ製造用に多角形、例えば、矩形であり得る。図２Ｂは、幅２９０が約３０インチで長さ２９２が約３６インチの矩形であるフラットパネルディスプレイ適用の拡散プレート２５８を示す一例である。拡散穴、拡散穴の間隔、拡散プレートのサイズは、図２Ｂでは一定の比率の縮尺で描かれていない。
[0047]図３は、２００３年１月７日出願の、“チューナブルガス分配プレートアセンブリ”と称する共同譲渡された米国特許出願第１０／２２７,４８３号に記載される、拡散プレート２５８の部分断面図である。例えば、１０８０平方インチ（例えば、３０インチ×３６インチ）拡散プレートである拡散プレート２５８は、約１６,０００個のガス通路２６２を含んでいる。より大きなフラットパネルを処理するために用いられるより大きな拡散プレートの場合、ガス通路２６２の数は１００,０００個程度であり得る。ガス通路２６２は、拡散プレート２５８より下に位置する基板２４０上に物質の一様な堆積を促進させるために通常はパターン形成される。図３を参照すると、一実施形態においては、ガス通路２６２は制限部分３０２、フレアコネクタ３０３、中央通路３０４、フレア開口部３０６から構成される。制限部分３０２は、拡散プレート２５８の第一側３１８から通り、中央通路３０４に結合される。中央通路３０４の直径は、制限部分３０２より大きい。制限部分３０２の直径は、貫通中央部分３１０全体に半径方向に一様なガス分配を確実にするために十分なフロー抵抗を与えつつ、拡散プレート２５８を通る十分なガスフローを可能にするように選択される。例えば、制限部分３０２の直径は、約０.０１６インチであり得る。フレアコネクタ３０３は、制限部分３０２を中央通路３０４に接続している。フレア開口部３０６は、中央通路３０４に結合され、直径は中央通路３０４から拡散プレート２５８の第二側３２０において外向きに半径方向に細くなっている。フレア開口部３０６は、処理部分２１２へ流れるプロセスガスのプラズマイオン化を促進させる。更に、フレア開口部３０６は、プラズマ放電を高める中空カソード効果のために表面積が大きい。
[0048]前述のように、フラットパネル処理に用いられる大面積ガス拡散プレートは、製造コストが高くなるという多くの製造課題を有する。図３での４アパーチャ拡散プレート設計の製造コストは、各々のガス通路２６２と多くのガス通路２６２、例えば、３０インチ×３６インチ（又は１０８０平方インチ）の拡散プレートの約１６,０００個を作るために制限部分３０２、フレアコネクタ３０３、中央通路３０４、フレア開口部をドリルで開ける４つのドリルステップを必要とするので比較的高い。
[0049]図４Ａは、本発明の拡散プレート２５８の部分断面図である。拡散プレート２５８は、３０インチ×３６インチ（又は１０８０平方インチ）の拡散プレートで約１２,０００個のガス通路２６２を含んでいる。ガス通路２６２は、通常は、拡散プレート２５８の下に位置する基板２４０上に物質の一様な堆積を促進させるためパターン形成される。図４Ａを参照すると、一実施形態においては、ガス通路２６２は、制限部分４０２と円錐開口部４０６から構成されている。制限部分４０２は、拡散プレート２５８の第一側４１８から通り、円錐開口部４０６に結合される。制限部分４０２は、直径が約０.０３０インチ〜約０.０７０インチであり、貫通中央部分４１０全体に半径方向に一様なガス拡散を確実にするために十分なフロー抵抗を与えつつ、拡散プレート２５８を通って十分なガスフローを可能にするために選ばれる。拡散プレート２５８の第一側４１８上の拡散穴の制限部分のエッジは、円形であり得る。円錐開口部４０６は、制限部分４０２に結合され、制限部分４０２から拡散プレート２５８の第二側４２０に外向きに半径方向に張り出している。円錐開口部４０６は、直径が拡散プレート２５８の第二側４２０上に約０.２インチ〜約０.４インチである。第二側４２０は、基板の表面と向かい合っている。円錐開口部４０６のフレア角４１６は、約２０度〜約３５度である。
[0050]ガス通路２６２に隣接したフレアエッジ間の空間は、可能な限り小さく保つべきである。フレアエッジは円形であり得る。空間の一例は０.０５インチである。隣接したガス通路２６２のフレアエッジ間の最大空間は、約０.５インチである。制限部分４０２によって与えられる全体の制限は、拡散プレート２５８の上流の背圧に直接影響を与え、それに応じて洗浄の間に用いられる解離したフッ素の再結合を防止するように構成されなければならない。制限部分４０２の長さ（４１１）と円錐開口部４０６の長さ（４１２）の比率は、約０.８〜約２.０である。長さ４１１と長さ４１２の総和と等しい拡散プレートの全体の厚さは、約０.８インチ〜約１.６インチである。円錐開口部４０６は、処理領域２１２へ流れるプロセスガスのプラズマイオン化を促進させる。４アパーチャガス通路設計の一例は、制限部分４０２の直径が０.０４２インチ、制限部分４０２の長さが０.０５６５インチ、拡散プレート２５８の第二側４２０上の円錐開口部の直径が０.３０２インチ、円錐開口部分の長さが０.０６３５インチ、フレア角４１６が２２°である。例示的な拡散プレートの全ての厚さは、１.２インチである。
[0051]図４Ｂは、六角形の稠密ガス拡散プレート２５８を示す例示的断面図である。穴４５０（又は前記ガス通路２６２）は、面心ヘキサゴン４６０のパターンで配列されている。拡散穴のサイズ、及び拡散穴の間隔は、図４Ｂでは一定の比率の縮尺で描かれていない。しかしながら、同心円のような、ガス通路２６２配置（又は穴４５０）の他のパターンも使用し得る。
[0052]図４Ｃは、図４Ａに示される設計に代替的設計を示す。制限部分４０２及び円錐開口部４０６を機械加工する製造プロセス中、フレア結合部分４０５は、部分４０２と円錐開口部４０６をドリルで開ける間に残ったバーを処理する（又は取り除く）異なるドリルを用いることによって作り得る。この結合部分４０５の追加を別にして、図４Ｃの設計特性の残りは図４Ａの設計特性と同様である。
[0053]図３における４アパーチャ設計と図４Ａにおける漏斗状設計を比較すると、漏斗状設計の拡散プレートは、４アパーチャ設計の拡散プレートより製造するのが容易である。図４Ａの漏斗状設計は、制限部分４０２と円錐部分４０６を含む２つの部分をドリルで開けるを必要とするため、図３の４アパーチャ設計は、制限部分３０２、フレアコネクタ３０３、中央通路３０４、フレア開口部３０６の４つ部分をドリルで開けることを必要とする。製造設計仕様に合わせて２つの部分をドリルで開けることは、製造設計仕様に合わせて４つの領域をドリルで開けることよりかなり容易である。図４Ａの漏斗状設計は、更に、穴の全体数が少ないために図３の４アパーチャ設計より製造歩留まりが高い。例えば、１０８０平方インチ（例えば、３０インチ×３６インチ）の拡散プレートの場合、漏斗状設計は穴が約１２,０００個であるが４アパーチャ設計は穴が約１６,０００個である。漏斗状設計の拡散プレートの穴は、４アパーチャ設計の拡散プレートより穴が約３０％少ない。更に、図４Ａの漏斗状設計は、小さな制限部分３０２（例えば、０.０１６インチ）と比較してより大きな制限部分４０２（例えば、０.０４０インチと０.０５５インチ）から破損ドリルビットの取り出しが比較的容易であるために、図３の４アパーチャ設計よりパーティクル問題が少ない。
[0054]製造歩留まりが高いこととパーティクル問題が少ないことに加えて、漏斗状設計のプロセス容積２１２に晒される拡散プレート２５８の全表面積は、４アパーチャ設計より小さく、洗浄プロセスから拡散プレート（又はシャワーヘッド）上の残留フッ素の量が減少する。残留フッ素の減少は、堆積プロセスの間、膜のフッ素混入を著しく減少し得る。ＳiＯ2、ＳiＯＮ又はＳiＮのようなゲート誘電（絶縁）膜におけるフッ素の混入は、Ｖt（閾値電圧）シフトやＩon（駆動電流）低下のような、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）デバイス性能を低下させる欠陥の中心を生じる。ＳiＯ2、ＳiＯＮ又はＳiＮのようなゲート誘電膜の不純物の混入が１×１０20原子/ｃｍ3を超える場合、ＴＦＴデバイス性能が厳しい影響を受け得ることが分かった。その上、４アパーチャ設計は、洗浄ガスがガス分配プレートを流れ込むときに、背圧が高くなる。プレートを洗浄するために用いられる解離フッ素は、背圧が高い場合、再結合する傾向が大きく、不都合にも洗浄効果を低下させる。
[0055]膜堆積チャンバは、プロセスチャンバ内のパーティクル問題を生じる剥離してしまうチャンバ表面に沿った膜の蓄積を減少させるために定期的な洗浄が必要である。洗浄プロセスの一例は、遠隔プラズマ源（ＲＰＳ）洗浄であり、これは洗浄するフッ素含有ガス、例えば、ＮＦ3、ＳＦ6、Ｆ2、Ｃ2Ｆ6、Ｃ3Ｆ6又はＣ4Ｆ8等から生成されるフッ素含有プラズマを用いるものである。洗浄ステップ後、パージガスが残留フッ素をパージするために用いられる。しかしながら、ある残留フッ素化学種は、チャンバや拡散プレート表面領域上に残ることがある。図５における黒い線（５０１）は、プロセス容積２１２に晒された漏斗状設計の拡散表面を示している。表１は、２つの漏斗状設計（制限部分の直径が０.０４０インチと０.０５５インチ）と４アパーチャ設計の露出した全表面積を比較したものである。漏斗状設計双方のフレア端の直径は、０.３０２インチであり、フレア角は２２°である。漏斗状設計双方の制限部分４０２の長さは０.５６５インチであり、両設計のフレア開口部４０６の長さは０.６３５インチである。４アパーチャ設計については、制限部分３０２の直径は０.０１６インチ、中央通路３０４の直径は０.１５６インチ、フレア開口部３０６の大きな直径は０.２５インチ、そしてフレア角は２２°、制限部分の長さは０.０４６インチ、フレアコネクタ３０３の長さは０.０３２インチ、中央通路３０４の長さは０.８８インチ、フレア開口部３０６の長さは０.２４２インチである。４アパーチャ設計は、拡散穴の数及び全拡散表面積は最大である。０.０４０インチと０.０５５インチ両漏斗状設計は、露出した全拡散表面積が比較的稠密であり、４アパーチャ設計の露出した膳拡散表面積のほぼ半分である。
Figure 2005317958
 [0056]図６は、ガス拡散プレートを有するプロセスチャンバにおいて基板上に薄膜を堆積し、洗浄が必要であるときプロセスチャンバを洗浄するプロセスフロー６００の一例を示している。そのプロセスは、ステップ６０１から始まり、拡散プレートを有するプロセスチャンバ内に基板を配置するステップ６０２が続く。ステップ６０３は、プロセスチャンバ内の基板上に薄膜を堆積するステップを記載している。ステップ６０３後、ステップ６０４で処理された基板の数が、所定の洗浄限界に達しているかをそのシステムが決定する。所定の洗浄限界は、ステップ６０６で１枚の基板又は１枚を超える基板であり得る。洗浄限界が達していなかった場合には、処理シーケンスは他の基板をプロセスチャンバ内に配置するステップ６０２に戻る。洗浄限界が所定の洗浄限界に達した場合には、プロセスシーケンスはプロセスチャンバを洗浄するステップ６０５に進む。ステップ６０５のチャンバ洗浄の後、処理された全基板の数が所定の限界に到達しているかをそのシステムが決定する。洗浄限界に達していなかった場合には、プロセスシーケンスは、堆積プロセスを開始するステップ６０１に戻る。洗浄限界が所定の限界に達している場合には、堆積プロセスはステップ６０７で終わる。プロセスフロー６００は、概念を示すための一例として用いられにすぎない。本発明は、他のプロセスステップ又はシーケンスを含むプロセスフローを適用することができ、堆積及び洗浄の一般概念に適合し得る。
[0057]図７は、２つの設計の拡散プレートで堆積された、ＳiＮ膜を含む膜堆積部のフッ素含量の二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）による解析結果を示す図である。分析された膜堆積部は、ガラス基板上に約５００オングストロームのリンドープされた（ｎ＋）アモルファスシリコン膜、約２２００オングストロームのアモルファスシリコン膜、続いて約４５００オングストロームの窒化シリコン膜を含んでいる。アモルファスシリコンと窒化シリコンの膜は、同様のＰＥＣＶＤチャンバで同様の拡散プレート（又はシャワーヘッド）で順次堆積した。曲線７０１は、ＳiＮ膜（１×１０18原子/ｃｍ3未満）中の０.０５５インチの漏斗状設計のフッ素含量が４アパーチャ設計の拡散プレートで処理された膜（曲線７０２、約５×１０19原子/ｃｍ3）より一桁を超える程度少ない。漏斗状設計から得られた低いフッ素濃度は、おそらく４アパーチャ設計に比較してプロセス容積２１２に晒された拡散プレート２５８の全表面積が小さいことによる。
[0058]チャンバ洗浄は、フッ素含有ガス、例えば、ＮＦ3、ＳＦ6、Ｆ2、Ｃ2Ｆ6、Ｃ3Ｆ6又はＣ4Ｆ8Ｏ等から生成されるフッ素ラジカル（Ｆ*）を用いる遠隔プラズマ源（ＲＰＳ）によって達成される。フッ素含有ガス（又は複数のガス）は、プラズマの維持を援助するためにアルゴン（ＡＲ）のような、不活性ガスによって希釈し得る。しかしながら、不活性ガスは任意である。通常は、洗浄プロセスは、約０ｓｌｍ〜約６ｓｌｍで流される不活性ガス、約１ｓｌｍ〜約６ｓｌｍで流されるフッ素含有ガスで行われ、遠隔プラズマ発生装置の圧力は０.５Ｔｏｒｒ〜２０Ｔｏｒｒに維持される。等式（１）は、洗浄ガスとしてＮＦ3を用いた例を示している：
Figure 2005317958
 [0059]フッ素ラジカル（Ｆ*）は、また、フッ素ガス（Ｆ2）を形成するために再結合し得るが、それはＳiＮ膜にフッ素ラジカル（Ｆ*）と同様の洗浄効果を持たない。アモルファスシリコンはＦ2熱処理によって洗浄し得るので、フッ素ラジカル再結合による洗浄効率の低下は、アモルファスシリコン膜の洗浄よりＳiＮ膜の洗浄の方が強い。等式（２）は、フッ素ラジカル再結合の反応を示している。
Figure 2005317958
 フッ素ラジカルは、反応チャンバに到達する前に再結合し得る。いかなる理論によっても縛られたくないが、特許請求の範囲に明白に示されない限り、拡散器のより狭い通路やプレナム２６４内のより高い背圧は、プロセス容積２１２に入る前にフッ素ラジカル再結合を高めることができ、洗浄効率を減少させ得る。
[0060]表２は、表２と表３に言及される３種の設計について同一条件下でＰＥＣＶＤチャンバ内で堆積されたＳiＮ膜とα-Ｓi膜に関する遠隔プラズマ源の洗浄速度を比較したものである。遠隔プラズマ源の洗浄化学種は、６Ｔｏｒｒで維持されたＡＳＴｅＸ遠隔プラズマ源（ＲＰＳ）発生装置へ４ｓｌｍのＡｒと４ｓｌｍのＮＦ3を流すことによって生成される。ＡＳＴｅＸ遠隔プラズマ源発生装置は、マサチューセッツ州ウィルミントンのＭＫＳインスツルメント社製である。
Figure 2005317958
 [0061]０.０５５インチ漏斗状拡散器は、洗浄性能が最良であり、続いて４アパーチャ設計であり、０.０４０インチ漏斗状のものが続いている。その結果は、４アパーチャと０.０４０インチ漏斗状設計のものと比較して、０.０５５インチ漏斗状拡散器の背圧が低く拡散路が制限されないことによるらしく、結果として少ないＦ*再結合が少なく、洗浄効率が高い。
[0062]表３は、Ａrフローが４ｓｌｍ、ＮＦ3が０−４ｓｌｍであるとき、ＲＰＳプラズマがオンの状態とオフの状態の双方についてＲＰＳ洗浄プロセスの背圧（Ｐｂ）を示しめすものである。
Figure 2005317958
 [0063]０.０５５インチ漏斗状拡散器は、背圧が最低であり、Ｆ*再結合が最少であり、ＳiＮ膜洗浄速度が最高である。しかしながら、４アパーチャ設計の背圧は０.０４０インチ漏斗設計の背圧より高く、それにもかかわらず４アパーチャ設計の洗浄速度は０.０４０インチ漏斗設計より高い。これは、圧力差だけによる再結合が洗浄速度の結果を説明しないことを示している。拡散器における再結合も、重要な役割を果たしている。
[0064]表４は、４アパーチャと０.０４０インチ漏斗状設計の拡散通路の最も狭い直径、長さ、容積を比較している。０.０４０インチ漏斗状設計の通路容積は、４アパーチャ設計と比較して大きい。より大きな通路容積は、狭い拡散通路より追加のフッ素ラジカル再結合を可能にし、洗浄速度の結果に影響する。
Figure 2005317958
 [0065]洗浄速度は、また、洗浄ガス（例えば、ＮＦ3）解離効率に左右される。表５は、ＲＰＳ洗浄プロセスによって３種の設計のチャンバ圧データ（プロセス容積２１２における）を示している。３種全ての拡散器設計についてのチャンバ圧は、全て似た範囲にある。
Figure 2005317958
 [0066]ＮＦ3解離効率は、プラズマがオンであるときの正味圧力増加とプラズマがオフであるときの正味圧力増加の比率に直接比例している。表６は、４アパーチャ、０.０５５インチ漏斗設計、０.０４０インチ漏斗設計について、プラズマがオンのときの正味圧力増加とプラズマがオフのときの正味圧力増加の比率を示している。ΔＰcplasma-onは、プラズマがオンのときのある一定のＮＦ3フロー下のチャンバ圧とゼロＮＦ3フロー下のチャンバ圧間の圧力差である。同様に、ΔＰcplasma-offは、プラズマがオフのときのある一定のＮＦ3フロー下のチャンバ圧とゼロＮＦ3無フロー下の背圧間の圧力差である。ΔＰcplasma-offを超えるΔＰcplasma-onの比率は、ＮＦ3解離効率を定量化するものである。解離効率は、ＮＦ3フロー速度の増加に伴い低下する。解離効率は、０.０５５インチ漏斗設計が最高であり、続いて４アパーチャ設計、次に０.０４０インチ漏斗設計である。ＮＦ3解離効率データは、洗浄速度データと相関している。
Figure 2005317958
 [0067]洗浄効率に加えて、堆積性能に関する拡散器設計の影響は、堆積性能が要求を満たしていることを確実にするために調べなければならない。表７は、３種の拡散器設計に同一のプロセス条件下で異なる拡散器設計を用いたＳiＮとα-Ｓi堆積均一性と堆積速度を比較している。ＳiＮ膜は、１.５Ｔｏｒｒ、供給電力３０５０ワットで、６００ｓｃｃｍのＳiＨ4、２６６０ｓｃｃｍのＮＨ3、６６６０ｓｃｃｍのＮ2を用いて堆積される。拡散プレートと支持アセンブリ間の間隔は、１.０９インチである。処理温度は、約３５５℃に維持される。α-Ｓi膜は、３.０Ｔｏｒｒ、供給電力９５０ワット下で、１１７０ｓｃｃｍのＳiＨ4、４０８０ｓｃｃｍのＨ2を用いて堆積される。拡散プレート及び支持アセンブリ間の間隔は１.０９インチである。処理温度は、３５５℃に維持される。
Figure 2005317958
 [0068]結果は、３種の設計の堆積速度と均一性が比較的匹敵していることを示している。堆積速度は、３種の設計についてほぼ同一である。０.０５５インチ漏斗状設計の均一性は、４アパーチャ設計より悪い。しかしながら、均一性は制限部分４０２（０.０４０インチと０.０５５インチ）の直径を狭くすることにより改善することができる。０.０４０インチ漏斗状設計の均一性（３.２％と４.４％）は０.０５５インチ漏斗状設計（４.３％と４.５％）より良好である。ＳiＮ膜の場合、０.０４０インチ漏斗状設計（３.２％）は、４アパーチャ設計（３.８％）より更に良好である。他の膜特性、例えば、膜応力、屈折率、ウェットエッチング速度は、３種の設計について同等である。結果は、膜の均一性が拡散器設計によって影響され、制限部分の直径を調整することによって合わせ得ることを示している。また、結果は、漏斗状設計が４アパーチャ設計と同一の堆積特性、例えば、均一性、堆積速度、膜応力、屈折率、ウェットエッチング速度を達成し得ること示している。
[0069]拡散器設計に加えて、プロセス圧は堆積速度と均一性にも影響し得る。表８は、０.０５５インチ漏斗状設計拡散器の均一性と堆積速度に対するプロセス圧（又はチャンバ圧）の影響を示している。低いチャンバ圧は、良好な均一性と低い堆積速度を示している。
Figure 2005317958
 [0070]漏斗状設計拡散プレートは、４アパーチャ設計拡散プレートと比較して製造が容易である。従って、漏斗状設計拡散プレートの歩留まりと製造コストが改善される。製造の容易さに加えて、漏斗状設計拡散プレートは、ＲＰＳ洗浄後の拡散プレート上に残留フッ素が少ないという利点もある。これにより、ゲート誘電膜へのフッ素混入が少なくなり、デバイス性能が改善する結果となる。漏斗状設計は、選ばれる制限部分４０２の直径によっては、４アパーチャ設計と比べて、洗浄速度と効率が良好か又は同等であり得る。漏斗状設計は、４アパーチャ設計と同等の堆積速度と均一性の性能を持ち得る。
[0071]表面積の大きいフラットパネルディスプレイの場合、最上部の表面積の大きい拡散プレート２５８が必要である。最上部の表面積の増加に伴い、拡散プレート２５８の厚さは、拡散プレートを支持する際の強度を維持するために増加し得る。図８Ａは、より厚い拡散プレートについて図４Ａの漏斗状設計の変更を示す図である。図８Ａの対応する設計特性全てが、図４Ａと同一である。制限部分８０２、フレア領域８０６、フレア角８１６を設計するために用いられる指針は、図４Ａの制限部分４０２、円錐開口部４０６、フレア角４１６を設計するために用いられた指針と各々同様である。フレア部分８０６の現在好ましい構造は、図８Ａに示される円錐断面である。しかしながら、放物線断面や凸面断面を含む他の構造が、同様に使用し得る。図８Ａと図４Ａの間の差は、図８Ａが長さ８０１だけ厚いことである。より大きな直径領域８０４は、拡散プレート２５８の第一側８１８と制限部分８０２との間に作られ得る。より大きな直径部分８０４は、フレアコネクタ８０３によって制限部分８０２に接続される。制限部分８０２とより大きな直径部分８０４を機械加工する製造プロセス中、フレア接続部分８０３は、部分８０２と８０４をドリルで開ける間に残ったバーを処理する（又は除去する）ために異なるドリルを用いることによって作られる。より大きな直径部分８０４は、直径が制限部分８０２より大きいので、製造時間をわずか増加させるだけであり、製造歩留まりに影響しない。より大きな直径部分８０４の直径は、より大きな直径部分の追加が、図４Ａの漏斗状設計に比べて、処理の間の背圧とチャンバ圧を変化させないことを確実にするために制限部分８０２の直径を少なくとも２倍にしなければならない。このため、図８Ａの設計を用いた堆積プロセスと堆積された膜の特質は、図４Ａの漏斗状設計による堆積プロセスと堆積された膜の特質に類似している。より大きな直径部分８０４の直径は、約０.０６インチ〜約０.３インチである。拡散プレート２５８の第一側８１８上の拡散穴のより大きな直径部分８０４のエッジは、丸くしてもよい。より大きな直径部分の長さ８０１と制限部分８０２の長さ８１１の比率は、約０.３〜約１.５の間にしなければならない。長さ８０１、長さ８１１、長さ８１２の総和と等しい拡散プレート全体の厚さは、約１.０〜約２.２インチである。
[0072]図８Ｂは、図８Ａに示される設計の代替的設計を示している。制限部分８０２とフレア部分８０６を機械加工する製造プロセスの間、フレア接続部分８０５は、部分８０２と８０６をドリルで開ける間に残ったバーを処理する（又は除去する）ために異なるドリルを用いることによって作られ得る。この接続部分８０５の追加を別にして、図８Ｂの設計特性の残りは、図８Ａの設計特性と同一である。
[0073]本発明の教示を組込んでいるいくつかの好適実施形態を詳細に図示し説明してきたが、当業者はこれらの技術をなお組込んでいる他の多くの変更した実施形態を講じることができる。
図１は、ボトムゲート型薄膜トランジスタの断面略図である。 図２Ａは、本発明のガス分配プレートアセンブリの一実施形態を有する例示的処理チャンバの断面略図である。 図２Ｂは、本発明のガス拡散プレートの実施形態を示す底面図である。 図３は、ガス拡散プレートを示す断面略図である。 図４Ａは、本発明のガス拡散プレートの実施形態を示す断面略図である。 図４Ｂは、本発明のガス拡散プレートの例示的実施形態を示す断面の正面図である。 図４Ｃは、図４Ａのガス拡散プレート設計の変更を示す断面略図である。 図５は、プロセス容積に晒された拡散表面を示す図である。 図６は、ガス拡散プレートを有するプロセスチャンバ内で基板上の薄膜を堆積させるとともにプロセスチャンバを洗浄するプロセスフローを示す図である。 図７は、図３及び図４Ａの設計のＳiＮ膜のフッ素含量の二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）の解析結果を示す図である。 図８Ａは、より厚い拡散プレートの図４Ａのガス拡散プレート設計の変更を示す断面略図である。 図８Ｂは、図８Ａのガス拡散プレート設計の他の変更を示す断面略図である。
符号の説明
１０１…基板、１０２…ゲート電極層、１０３…ゲート誘電層、１０４…半導体層、１０５…ドープされた半導体層、１０６…導電層、１０７…不動態化層、１０８…透明導体層、２００…プラズマ増強ＣＶＤシステム、２０２…処理チャンバ、２０４…ガス源、２０６…壁、２０８…底面、２１０…リッドアセンブリ、２１２…プロセス容積、２１４…ポンピングプレナム、２１６…貫通領域、２１８…ガス分配プレートアセンブリ、２２０…内部面、２２２…電源、２２４…アルミニウム本体、２２６…下部面、２２８…穴、２３０…支持面、２３２…埋め込みヒータ、２３４…上部面、２３８…基板支持アセンブリ、２４０…基板、２４２…ステム、２４６…ベローズ、２４８…シャドーフレーム、２５０…リフトピン、２５４…任意のリフトプレート、２５８…拡散プレート、２６０…ハンガプレート、２６２…ガス通路、２６４…プレナム、２６６…アパーチャ、２７４…電源、２８０…エントリポート、２８２…洗浄源、２９０…幅、２９２…長さ、３０２…制限部分、３０３…フレアコネクタ、３０４…中央通路、３０６…フレア開口部、３１０…貫通中央部分、３１８…第一側、３２０…第二側、４０２…制限部分、４０５…フレア接続部分、４０６…円錐開口部、４１０…貫通中央部分、４１１…長さ、４１２…長さ、４１６…フレア角、４１８…第一側、４２０…第二側、４５０…穴、４６０…ヘキサゴン、５０１…黒い線、６００…プロセスフロー、６０１…ステップ、６０２…ステップ、６０３…ステップ、６０４…ステップ、６０６…ステップ、６０７…ステップ、７０１…曲線、７０２…曲線、８０１…長さ、８０２…制限部分、８０３…フレアコネクタ、８０４…部分、８０５…フレア接続部分、８０６…フレア部分、８１１…長さ、８１２…長さ、８１６…フレア角、８１８…第一側。

Claims (80)

  1. 上流側と下流側を有する拡散プレートと、
    該上流側と該下流側の間を通る複数のガス通路と、
    を備えるプラズマ処理チャンバのためのガス分配プレートアセンブリであって、該ガス通路の少なくとも１つが、該上流側から伸びたその長さの一部の円筒形と該拡散プレートの残りの長さの同軸円錐形を持ち、その円錐部分の上流端の直径が円筒部分とほぼ同一であり、円錐部分の下流端の直径が大きくなっている、前記ガス分配プレート。
  2. 該円筒形の直径が約０.０３０インチ〜約０.０７０インチである、請求項１記載のガス分配プレート。
  3. 該円錐部分の該下流端の直径が約０.２インチ〜約０.４インチである、請求項１記載のガス分配プレート。
  4. 該円錐形が約２０°〜約３５°に張り出している、請求項３記載のガス分配プレート。
  5. 該円筒形の長さと該円錐形の長さとの比率が約０.８〜約２.０である、請求項１記載のガス分配プレート。
  6. 隣接したガス通路の該円錐部分の該下流端間の間隔が最大でも約０.５インチである、請求項１記載のガス分配プレート。
  7. 該拡散プレートの厚さが約０.８インチ〜約１.６インチである、請求項１記載のガス分配プレート。
  8. 該拡散プレートが多角形である、請求項１記載のガス分配プレート。
  9. 該拡散プレートを通って形成された該円筒形が、その同軸フレア形と異なるフロー制限特性を有する、請求項１記載のガス分配プレート。
  10. 該拡散プレートが矩形である、請求項８記載の多角形のガス分配プレート。
  11. 該ガス分配プレートのサイズが少なくとも１０８０平方インチである、請求項１０記載の矩形の分配プレート。
  12. 遠隔プラズマ源に結合され該遠隔プラズマ源がフッ素源に結合しているプラズマプロセスチャンバ内に上流側と下流側を有する拡散プレートと、
    該上流側と該下流側の間を通る複数のガス通路と、
    を備えるプラズマ処理チャンバのためのガス分配プレートアセンブリであって、該ガス通路の少なくとも１つが、該上流側から伸びたその長さの一部の円筒形と該拡散プレートの残りの同軸円錐形を持ち、その円錐部分の上流端の直径が円筒部分とほぼ同一であり、円錐部分の下流端の直径が大きくなっている、前記ガス分配プレート。
  13. 該円筒形の直径が約０.０３０インチ〜約０.０７０インチである、請求項１２記載のガス分配プレート。
  14. 該円錐部分の該下流端の直径が約０.２インチ〜約０.４インチである、請求項１２記載のガス分配プレート。
  15. 該円錐形が約２０°〜約３５°に張り出している、請求項１４記載のガス分配プレート。
  16. 該円筒形の長さと該円錐形の長さとの比率が約０.８〜約２.０である、請求項１２記載のガス分配プレート。
  17. 隣接したガス通路の該円錐部分の該下流端間の間隔が最大でも約０.５インチである、請求項１２記載のガス分配プレート。
  18. 該拡散プレートの厚さが約０.８インチ〜約１.６インチである、請求項１２記載のガス分配プレート。
  19. 該拡散プレートが多角形である、請求項１２記載のガス分配プレート。
  20. 該拡散プレートを通って形成された該円筒形が、その同軸フレア形と異なるフロー制限特性を有する、請求項１２記載のガス分配プレート。
  21. 該拡散プレートが矩形である、請求項１９記載の多角形のガス分配プレート。
  22. 該ガス分配プレートのサイズが少なくとも１０８０平方インチである、請求項２１記載の矩形の分配プレート。
  23. 上流側と下流側を有する拡散プレートと、
    該上流側と該下流側の間を通る複数のガス通路と、
    を備えるプラズマ処理チャンバのためのガス分配プレートアセンブリであって、該ガス通路の少なくとも１つは、該上流側から伸びたその長さの一部の第一円筒形、第一円筒形に接続された直径がより小さな第二同軸円筒形、該拡散プレートの残りの長さの該第二円筒形に接続された同軸円錐形を持ち、その円錐部分の上流端の直径が該第二円筒形とほぼ同一であり、円錐部分の下流端の直径が大きくなっている、前記ガス分配プレート。
  24. 該第一円筒形の直径が約０.０６インチ〜約０.３インチである、請求項２３記載のガス分配プレート。
  25. 該第二円筒形の直径が約０.０３０インチ〜約０.０７０インチである、請求項２３記載のガス分配プレート。
  26. 該第一円筒形の長さと該第二円筒形の長さとの比率が約０.３〜約１.５である、請求項２３記載のガス分配プレート。
  27. 該円錐部分の該下流端の直径が約０.２インチ〜約０.４インチである、請求項２３記載のガス分配プレート。
  28. 該円錐形が約２０°〜約３５°に張り出している、請求項２７記載のガス分配プレート。
  29. 該第二円筒形の長さと該円錐形の長さとの比率が約０.８〜約２.０である、請求項２３記載のガス分配プレート。
  30. 隣接したガス通路の該円錐部分の該下流端間の間隔が最大でも約０.５インチである、請求項２３記載のガス分配プレート。
  31. 該拡散プレートの厚さが約１.０インチ〜約２.２インチである、請求項２３記載のガス分配プレート。
  32. 該拡散プレートが多角形である、請求項２３記載のガス分配プレート。
  33. 該拡散プレートを通って形成された該円筒形が、その同軸フレア形と異なるフロー制限特性を有する、請求項２３記載のガス分配プレート。
  34. 該拡散プレートが矩形である、請求項３２記載の多角形のガス分配プレート。
  35. 該ガス拡散プレートのサイズが少なくとも１０８０平方インチである、請求項３４記載の矩形の分配プレート。
  36. 遠隔プラズマ源に結合され該遠隔プラズマ源がフッ素源に結合されているプラズマプロセスチャンバ内に上流側と下流側を有する拡散プレートと、
    該上流側と該下流側の間を通る複数のガス通路と、
    を備えるプラズマ処理チャンバのためのガス分配プレートアセンブリであって、該ガス通路の少なくとも１つが、該上流側から伸びたその長さの一部の第一円筒形、該第一円筒形に接続された直径がより小さい第二同軸円筒形、該拡散プレートの残りの長さの該第二円筒形に接続された同軸円錐形を持ち、その円錐部分の上流端の直径が該第二円筒形とほぼ同一であり、円錐部分の下流端の直径が大きくなっている、前記ガス分配プレート。
  37. 該第一円筒形の直径が約０.０６インチ〜約０.３インチである、請求項３６記載のガス分配プレート。
  38. 該第二円筒形の直径が約０.０３０インチ〜約０.０７０インチである、請求項３６記載のガス分配プレート。
  39. 該第一円筒形の長さと該第二円筒形の長さとの比率が約０.３〜約１.５である、請求項３６記載のガス分配プレート。
  40. 該円錐部分の該下流端の直径が約０.２インチ〜約０.４インチである、請求項３６記載のガス分配プレート。
  41. 該円錐形が約２０°〜約３５°に張り出している、請求項３６記載のガス分配プレート。
  42. 該第二円筒形の長さと該円錐形の長さとの比率が約０.８〜約２.０である、請求項３６記載のガス分配プレート。
  43. 隣接したガス通路の該円錐部分の該下流端間の間隔が最大でも約０.５インチである、請求項３６記載のガス分配プレート。
  44. 該拡散プレートの厚さが約１.０インチ〜約２.２インチである、請求項３６記載のガス分配プレート。
  45. 該拡散プレートが多角形である、請求項３６記載のガス分配プレート。
  46. 該拡散プレートを通って形成された該円筒形が、該同軸フレア形と異なるフロー制限特性を有する、請求項３６記載のガス分配プレート。
  47. 該拡散プレートが矩形である、請求項４５記載の多角形のガス分配プレート。
  48. 該ガス分配プレートのサイズが少なくとも１０８０平方インチである、請求項４７記載の矩形の分配プレート。
  49. 基板上に薄膜を堆積させる方法であって、
    上流側と下流側を有する拡散プレートと、該上流側と該下流側の間を通る複数のガス通路とを有するプロセスチャンバ内に基板を配置するステップであって、該ガス通路の少なくとも１つが、該上流側から伸びたその長さの一部の円筒形と該拡散プレートの残りの長さの同軸円錐形を持ち、その円錐部分の上流端の直径が該円筒部分とほぼ同一であり、円錐部分の下流端の直径が大きくなっている、前記ステップと、
    該プロセスチャンバ内で該基板上に薄膜を堆積させるステップと、
    を含む、前記方法。
  50. 該プロセスチャンバが遠隔プラズマ源に結合され、該遠隔プラズマ源がフッ素源に結合されている、請求項４９記載の方法。
  51. 該拡散プレートが矩形である、請求項５０記載の方法。
  52. 該プロセスチャンバがプラズマ増強型化学気相堆積チャンバである、請求項５１記載の方法。
  53. 該薄膜が該基板上に堆積してフラットパネルディスプレイが作られる、請求項５１記載の方法。
  54. 該薄膜の堆積速度と均一性が該円筒形の直径を調節することにより変化させることができる、請求項５１記載の方法。
  55. 該薄膜が、二酸化シリコン（ＳiＯ2）、オキシ窒化シリコン（ＳiＯＮ）、窒化シリコン（ＳiＮ）、アモルファスシリコン（α-Ｓi）又はドープされたアモルファスシリコン（ドープされたα-Ｓi）であり得る、請求項５１記載の方法。
  56. 該薄膜の洗浄残留混入物、例えば、フッ素、濃度が１×１０20原子/ｃｃ未満である、請求項５１記載の方法。
  57. 該洗浄残留混入物、例えば、フッ素、濃度を、該円筒形の直径と該円錐形のフレア角を調節することにより１×１０20原子/ｃｃ未満に変化させることができる、請求項５１記載の方法。
  58. 基板上に薄膜を堆積させる方法であって、
    上流側と下流側を有する拡散プレートと、該上流側と該下流側の間を通る複数のガス通路とを有するプロセスチャンバ内に基板を配置するステップであって、該ガス通路の少なくとも１つが、該上流側から伸びたその長さの一部の第一円筒形、該第一円筒形に接続された直径がより小さな第二同軸円筒形、該拡散プレートの残りの長さの該第二円筒形に接続された同軸円錐形を持ち、その円錐部分の上流端の直径が該第二円筒形とほぼ同一であり、円錐部分の下流端の直径が大きくなっている、前記ステップと、
    該プロセスチャンバ内で該基板上に薄膜を堆積させるステップと、
    を含む、前記方法。
  59. 該プロセスチャンバがシリコン源、遠隔プラズマ源に結合され、該遠隔プラズマ源がフッ素源に結合されている、請求項５８記載の方法。
  60. 該拡散プレートが矩形である、請求項５９記載の方法。
  61. 該プロセスチャンバがプラズマ増強型化学気相堆積チャンバである、請求項６０記載の方法。
  62. 該薄膜が該基板上に堆積してフラットパネルディスプレイが作られる、請求項６０記載の方法。
  63. 該薄膜の堆積速度と均一性が該円筒形の直径を調節することにより変化させることができる、請求項６０記載の方法。
  64. 該薄膜が、二酸化シリコン（ＳiＯ2）、オキシ窒化シリコン（ＳiＯＮ）、窒化シリコン（ＳiＮ）、アモルファスシリコン（α-Ｓi）又はドープされたアモルファスシリコン（ドープされたα-Ｓi）であり得る、請求項６０記載の方法。
  65. 該薄膜の洗浄残留混入物、例えば、フッ素、濃度が１×１０20原子/ｃｃ未満である、請求項６０記載の方法。
  66. 該洗浄残留混入物、例えば、フッ素、濃度を、該円筒形の直径と該円錐形のフレア角を調節することにより１×１０20原子/ｃｃ未満に変化させることができる、請求項６０記載の方法。
  67. プロセスチャンバを洗浄する方法であって、
    上流側と下流側を有する拡散プレートと、該上流側と該下流側の間を通る複数のガス通路とを有する、遠隔プラズマ源に結合され該遠隔プラズマ源がフッ素源に結合されている、プロセスチャンバ内に基板を配置するステップであって、該ガス通路の少なくとも１つが、上流側から伸びたその長さの一部の円筒形と該拡散プレートの残りの長さの同軸円錐形を持ち、その円錐部分の上流端の直径が円筒部分とほぼ同一であり、円錐部分の下流端の直径が大きくなっている、前記ステップと、
    該プロセスチャンバ内で該基板上に薄膜を堆積させるステップと、
    処理された基板の数が所定の洗浄限界に達したかを決定するステップと、
    処理された基板の数が該所定の洗浄限界に達していない場合には、処理された基板の数が該所定の洗浄限界に達するまで、該プロセスチャンバ内に基板を配置するステップと、該基板上に薄膜を堆積させるステップと、処理された基板の数が該所定の洗浄限界に達したかを決定するステップを繰り返すステップと、
    処理された基板の数が該所定の洗浄限界に達した場合には該プロセスチャンバを洗浄するステップと、
    を含む、前記方法。
  68. 該拡散プレートが矩形である、請求項６７記載の方法。
  69. 該プロセスチャンバがプラズマ増強型化学気相堆積チャンバである、請求項６７記載の方法。
  70. 堆積した該薄膜が、二酸化シリコン（ＳiＯ2）、オキシ窒化シリコン（ＳiＯＮ）、窒化シリコン（ＳiＮ）、アモルファスシリコン（α-Ｓi）又はドープされたアモルファスシリコン（ドープされたα-Ｓi）であり得る、請求項６７記載の方法。
  71. 該洗浄が、約０ｓlｍ〜約６ｓlｍで流れている不活性ガス、１ｓlｍ〜約６ｓlｍで流れているフッ素含有ガスで遠隔プラズマ源洗浄プロセスによって行われ、該遠隔プラズマ源発生装置の圧力が０.５Ｔｏｒｒ〜２０Ｔｏｒｒに維持される、請求項６７記載の方法。
  72. 該不活性ガスがアルゴンであり、該フッ素含有ガスがＮＦ3である、請求項７１記載の方法。
  73. 該洗浄速度が該円筒形の直径を調節することにより変化させることができる、請求項６７記載の方法。
  74. プロセスチャンバを洗浄する方法であって、
    上流側と下流側を有する拡散プレートと、該上流側と該下流側の間を通る複数のガス通路とを有する、遠隔プラズマ源に結合され該遠隔プラズマ源がフッ素源に結合されているプロセスチャンバ内に基板を配置するステップであって、ガス通路の少なくとも１つが、該上流側から伸びたその長さの一部の第一円筒形、該第一円筒形に接続された直径がより小さい第二同軸円筒形、該拡散プレートの残りの長さの該第二円筒形に接続された同軸円錐形を持ち、その円錐部分の上流端の直径が該第二直円筒形とほぼ同一であり、円錐部分の下流端の直径が大きくなっている、前記ステップと、
    該プロセスチャンバ内で基板上に薄膜を堆積させるステップと、
    処理された基板の数が所定の洗浄限界に達したかを決定するステップと、
    処理された基板の数が該所定の洗浄限界に達していない場合には、処理された基板の数が該所定の洗浄限界に達するまで、プロセスチャンバ内に基板を配置するステップと、該基板上に薄膜を堆積させるステップと、処理された基板の数が該所定の洗浄限界に達したかを決定するステップを繰り返すステップと、
    処理された基板の数が該所定の洗浄限界に達した場合には該プロセスチャンバを洗浄するステップと、
    を含む、前記方法。
  75. 該拡散プレートが矩形である、請求項７４記載の方法。
  76. 該プロセスチャンバがプラズマ増強型化学気相堆積チャンバである、請求項７４記載の方法。
  77. 堆積した該薄膜が、二酸化シリコン（ＳiＯ2）、オキシ窒化シリコン（ＳiＯＮ）、窒化シリコン（ＳiＮ）、アモルファスシリコン（α-Ｓi）又はドープされたアモルファスシリコン（ドープされたα-Ｓi）であり得る、請求項７４記載の方法。
  78. 該洗浄が、約０ｓlｍ〜約６ｓlｍで流れている不活性ガス、１ｓlｍ〜約６ｓlｍで流れているフッ素含有ガスで遠隔プラズマ源洗浄プロセスによって行われ、該遠隔プラズマ源発生装置の圧力が０.５Ｔｏｒｒ〜２０Ｔｏｒｒで維持される、請求項７４記載の方法。
  79. 該不活性ガスがアルゴンであり、該フッ素含有ガスがＮＦ3である、請求項７８記載の方法。
  80. 該洗浄速度が該円筒形の直径を調節することにより変化させることができる、請求項７４記載の方法。
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