JP2009539269A - 誘電性ギャップ充填のためのプロセスチャンバ - Google Patents
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- C23C16/505—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using radio frequency discharges
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Abstract
誘電前駆物質のプラズマから基板上に誘電体層を形成するシステムを記載する。システムには、堆積チャンバと、基板を保持する堆積チャンバ内の基板台と、堆積チャンバに結合した遠隔プラズマ生成システムであって、プラズマ生成システムが、一つ以上の反応性ラジカルを有する誘電前駆物質を生成するために用いられる、前記遠隔プラズマ生成システムとが含まれるのがよい。システムには、また、基板台の上に位置決めされたデュアルチャネルシャワーヘッドを備える前駆物質分配システムが含まれてもよい。シャワーヘッドは、反応性ラジカル前駆物質が堆積チャンバに入る第一組の開口部と、第二誘電前駆物質が堆積チャンバに入る第二組の開口部を有するフェースプレートを備えるのがよい。堆積チャンバに供給される誘電前駆物質から堆積チャンバ内でプラズマを生成させるインサイチュプラズマ生成システムが含まれてもよい。
【選択図】 図１
【選択図】 図１
Description
[0001]本出願は、２００６年５月３０日出願の米国仮出願第６０／８０３,４９９号の利益を主張する。本出願は、また、２００６年５月３０日出願の“ＡＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲＤＥＰＯＳＩＴＩＮＧ ＡＮＤ ＣＵＲＩＮＧ ＬＯＷ-Ｋ ＦＩＬＭＳＦＯＲ ＧＡＰＦＩＬＬＡＮＤ ＣＯＮＦＯＲＭＡＬＦＩＬＭ ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮＳ”と称する、Ｍｕｎｒｏらによる共同譲渡された米国仮出願第６０／８０３,４８９号に関する。本出願は、また、２００６年５月３０日出願の“ＣＨＥＭＩＣＡＬＶＡＰＯＲ ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮＯＦ ＨＩＧＨＱＵＡＬＩＴＹ ＦＬＯＷ-ＬＩＫＥ ＳＩＬＩＣＯＮ ＤＩＯＸＩＤＥＵＳＩＮＧ ＡＳＩＬＩＣＯＮ ＣＯＮＴＡＩＮＧＰＲＥＣＵＲＳＯＲＳ ＡＮＤ ＡＴＯＭＩＣ ＯＸＹＧＥＮ”と称する、Ｉｎｇｌｅらによる共同譲渡された米国仮出願第６０／８０３,４９３号に関する。本出願は、また、２００６年５月３０日出願の“ＡＮＯＶＥＬ ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ-ＰＬＡＳＭＡ ＣＵＲＥ ＣＹＣＬＥＰＲＯＣＥＳＳ ＴＯＥＮＨＡＮＣＥ ＦＩＬＭＱＵＡＬＩＴＹ ＯＦＳＩＬＩＣＯＮ ＤＩＯＸＩＤＥ”と称するＣｈｅｎらによる米国仮出願第６０／８０３,４８１号に関する。優先権米国仮特許出願と関連出願の全体の内容は、全てのために本明細書に援用されている。
[0002]集積回路半導体メーカーがチップ上の回路素子の密度を増大し続けているので、これらの素子を分けるギャップを充填することがより多くの課題である。回路素子密度の増加は、隣接の素子間の幅をより短くすることを必要としてきた。これらのギャップの幅が高さよりも速く収縮するので、（アスペクト比として知られる）高さと幅との割合が比例的に増加する。浅く広いギャップ（即ち、低アスペクト比ギャップ）よりも誘電物質の一様な膜を有する高く狭いギャップ（即ち、高アスペクト比ギャップ）を充填することのほうが難しい。
[0003]高アスペクト比ギャップを充填することによる一般的に遭遇する一つの難しさは、ボイドの形成である。高アスペクト比ギャップにおいて、ギャップを充填する誘電物質はギャップの最上端の周りでより速い割合で堆積する傾向がある。しばしば、ギャップが完全に充填される前に誘電物質が最上部を閉じ、ボイドが残る。ギャップの最上部が時期尚早に閉じなくても、ギャップの側壁の下の誘電体膜の不均一の成長速度がギャップ充填の中央に弱いシームを生じ得る。これらのシームは、デバイスの物理的な完全性や誘電特性に不利に影響する亀裂を後に生じ得る。
[0004]誘電性ギャップ充填内にボイドと弱いシームの形成を避ける一つの手法は、より低い堆積速度でギャップを充填することである。より低い堆積速度は、ギャップの内側表面上に再分配するためにより多くの時間を誘電物質に与えて、過度の上層部成長の機会を減少させることができる。より低い堆積速度は、また、誘電堆積と同時に生じるエッチング又はスパッタリングの増大の結果であり得る。例えば、ＨＤＰＣＶＤにおいてギャップの最上角における誘電物質はギャップの側壁と底の部分上の物質よりも速くエッチングする。このことにより、側壁と底が誘電物質で完全に充填し得るので、ギャップの上側が開いたままになる機会が増加する。
[0005]しかしながら、誘電堆積速度を低下させることにより、堆積が完了までにより時間がかかることになる。より長時間の堆積は、基板ウエハが堆積チャンバによって処理される速度を減少させ、結果としてチャンバの効率が低下する。
[0006]ボイドと弱いシームの形成を避けるための他の手法は、ギャップを充填する誘電物質の流動性を増加させることである。流動性誘電物質はより容易に側壁へ移動し、ギャップの中央のボイドに充填する（しばしば、ボイドを“癒合する”と言われる）。酸化シリコン誘電体は、通常は、誘電体におけるヒドロキシル基の濃度を増大することによってより流動性になる。しかしながら、誘電体の最終の品質に不利に影響せずに酸化物からこれらの基を付加し除去することにおいていずれも課題がある。
[0007]従って、ボイドのない誘電体膜で短い幅、高アスペクト比のギャップを充填するための改良されたシステム及び方法が求められている。これらの及び他の問題は、本発明のシステム及び方法によって処理される。
[0008]本発明の実施形態は、誘電前駆物質のプラズマから基板上に誘電体層を形成するシステムを含む。このシステムには、堆積チャンバと、基板を保持する堆積チャンバ内の基板台と、堆積チャンバに結合した遠隔プラズマ生成システムであって、プラズマ生成システムが一つ以上の反応性ラジカルを有する誘電前駆物質を生成するために用いられる前記遠隔プラズマ生成システムとが含まれるのがよい。このシステムには、また、誘電前駆物質を堆積チャンバに導入するための少なくとも一つの最上注入口と複数の側注入口を含む前駆物質分配システムが含まれてもよい。最上注入口は、基板台の上に位置決めされてもよく、側注入口は、基板台の周りに放射状に分配されてもよい。反応性ラジカル前駆物質は、最上注入口を通って堆積チャンバに供給することができる。インサイチュプラズマ生成システムには、また、堆積チャンバに供給される誘電前駆物質から堆積チャンバ内でプラズマを生成するように含まれてもよい。
[0009]本発明の実施形態は、また、シリコン基板上に二酸化シリコンを形成する追加のシステムを含む。これらのシステムには、堆積チャンバと、基板を保持する堆積チャンバ内の基板台であって、基板台が酸化シリコン層の形成中に基板を回転させる、前記基板台が含まれるのがよい。このシステムは、また、堆積チャンバに結合した遠隔プラズマ生成システムであって、プラズマ生成システムが原子酸素前駆物質を生成するために用いられる、前記遠隔プラズマ生成システムが含まれてもよい。これらは、なお更に、（i）最上注入口が基板台の上に位置決めされるとともに原子酸素前駆物質は最上注入口を通って堆積チャンバに供給される少なくとも一つの最上注入口と、（ｉｉ）側注入口が基板台の周りに放射状に分配する一つ以上のシリコン含有前駆物質を堆積チャンバに導入するための複数の側注入口を含む前駆物質分配システムが含まれてもよい。
[0010]本発明の実施形態は、なお更に、誘電前駆物質のプラズマから基板上に誘電体層を形成するシステムを含む。これらのシステムには、半透明物質から製造された表を備える堆積チャンバと、基板を保持する堆積チャンバ内の基板台と、堆積チャンバに結合された遠隔プラズマ生成システムであって、プラズマ生成システムが反応性ラジカルを含む誘電前駆物質を生成するために用いられる、前記遠隔プラズマ生成システムとが含まれるのがよい。このシステムには、また、少なくとも一つの光源を含む基板を加熱する放射加熱システムであって、光源から放出される光の少なくとも一部が基板に達する前に堆積チャンバの表を通って進む、前記放射加熱システムが含まれてもよい。更に、これらには、誘電前駆物質を堆積チャンバに導入する少なくとも一つの最上注入口と複数の側注入口を有する前駆物質分配システムが含まれてもよい。最上注入口は、堆積チャンバの表に結合されるとともに基板台の上に位置決めされ、側注入口は、基板台の周りに放射状に分配される。反応性ラジカル前駆物質は、最上注入口を通って堆積チャンバに供給されるのがよい。
[0011]本発明の実施形態は、なお更に、誘電前駆物質のプラズマから基板上に誘電体層を形成する追加のシステムが含まれる。このシステムには、堆積チャンバと、基板を保持する堆積チャンバ内の基板台と、堆積チャンバに結合された遠隔プラズマ生成システムであって、プラズマ生成システムが一つ以上の反応性ラジカルを含む第一誘電前駆物質を生成するために用いられる、前記遠隔プラズマ生成システムとが含まれるのがよい。このシステムは、また、基板台の上に位置決めされるデュアルチャネルシャワーヘッドを含む前駆物質分配システムが含まれてもよい。このシャワーヘッドには、反応性ラジカル前駆物質が堆積チャンバに入る第一組の開口部と、第二誘電前駆物質が堆積チャンバに入る第二組の開口部を有するフェースプレートが含まれてもよい。前駆物質は、堆積チャンバに入るまで、混合されないのがよい。
[0012]本発明の実施形態には、また、誘電前駆物質のプラズマから基板上に誘電体層を形成する追加のシステムが含まれるのがよい。このシステムは、堆積チャンバと、基板を保持する堆積チャンバ内の基板台と、堆積チャンバに結合された遠隔プラズマ生成システムとが含まれるのがよい。このプラズマ生成システムは、反応性ラジカルを含む誘電前駆物質を生成するために用いられてもよい。このシステムには、また、少なくとも一つの最上注入口と、貫通プレートと、誘電前駆物質を堆積チャンバに導入するための複数の側注入口を有する前駆物質分配システムが含まれてもよい。貫通プレートは、最上注入口と横の注入口の間に位置決めされてもよく、側注入口は、基板台の周りに放射状に分配されるのがよい。反応性ラジカル前駆物質は、貫通プレートにおける開口部を通って堆積チャンバ内に分配されるのがよい。更に、インサイチュプラズマ生成システムは、堆積チャンバに供給される誘電前駆物質から堆積チャンバ内でプラズマを生成するために用いられてもよい。
[0013]本発明の実施形態には、なお更に、基板上に誘電体層を形成するシステムを含まれるのがよい。このシステムには、堆積チャンバと、基板を保持する堆積チャンバ内の基板台と、堆積チャンバに結合した遠隔プラズマ生成システムとが含まれるのがよい。プラズマ生成システムは、反応性ラジカルを含む第一誘電前駆物質を生成するために用いられてもよい。このシステムには、また、追加の誘電前駆物質を堆積チャンバに導入するための複数の側ノズルを有する前駆物質分配システムが含まれてもよい。側ノズルは、また、基板台の周りに放射状に分配されてもよく、ノズルのそれぞれは、追加の誘電前駆物質が堆積チャンバに入り且つ第一誘電前駆物質と混合する複数の側壁開口部を有してもよい。
[0014]本発明の実施形態には、また、基板上の誘電体層を形成する追加のシステムが含まれるのがよい。このシステムには、堆積チャンバと、基板を保持する堆積チャンバ内の基板台と、堆積チャンバに結合した遠隔プラズマ生成システムが含まれるのがよい。プラズマ生成システムは、反応性ラジカルを含む第一誘電前駆物質を生成するために用いられてもよい。このシステムには、また、堆積チャンバに追加の誘電前駆物質を導入するための前駆物質放射状マニホールドを有する前駆物質分配システムであって、マニホールドが、基板台の上に位置決めされ且つ基板台の周りに軸方向に整列した複数の放射状に分配されるコンジットが含まれてもよい、前記前駆物質分配システムが含まれてもよい。コンジットには、追加の誘電前駆物質が堆積チャンバに入り且つ第一誘電前駆物質と混合する複数の側壁開口部が含まれてもよい。
[0015]追加の実施形態と特徴は、以下の説明に部分的に示され、一部は、本明細書の試験の際に当業者に明らかになり、本発明の実施によって学ぶこともできる。本発明の特徴と利点は、本明細書に記載される機器、組み合わせ、方法によって可能になり実現することができる。
[0039]基板上に流動性ＣＶＤ誘電体膜を堆積するためのシステムが記載される。これらの誘電体膜は、ＳＴＩ、ＩＭＤ、ＩＬＤ、ＯＣＳ、及び他の応用を用いることができる。このシステムには、反応性ラジカル種を堆積チャンバに供給する反応種生成システムであって、これらの化学種が他の堆積前駆物質と化学的に反応するとともに基板の堆積面上に誘電体の流動性膜を形成する、前記反応種生成システムが含まれてもよい。例えば、このシステムには、遠隔プラズマ源による励起酸素と前駆物質の有機シランの種類から基板上に層を形成することができる。このシステムには、また、堆積中に基板を加熱も冷却もすることができる基板温度制御システムが含まれてもよい。例えば、流動性酸化物膜が、堆積中に基板を冷却することによって維持される低温（例えば、１００℃未満）で基板面上に堆積されてもよい。膜堆積後、温度制御システムはアニールを行うために基板を温めることができる。
[0040]上記システムには、更に、堆積中に基板を回転させ且つ前駆物質分配システム（例えば、堆積チャンバ内に前駆物質を分配するノズル及び／又はシャワーヘッド）に又はそこから平行移動させる基板運動位置決めシステムが含まれてもよい。基板の回転は、スピンオン技術と同様に、基板表面の上により均一に流動性酸化物膜を分配するために用いることができる。基板の平行移動は、基板堆積表面と堆積チャンバへの前駆物質の入口との間の距離を変えることによって膜堆積速度を変えるために用いることができる。
[0041]このシステムは、更に、堆積した膜に光を照射することができる基板照射システムを有することができる。実施形態には、堆積した膜を硬化するためにＵＶ光を表面に照射するステップと、例えば、急速加熱アニール型プロセスにおいて、基板を照射してその温度を上げるステップとが含まれる。
[0042]図１は、システム１００の要素が本発明の実施形態においてどのように統合されるかを示す簡略図である。このシステム１００には、前駆物質が堆積チャンバ内で基板ウエハ上で化学的に反応し流動性誘電体膜（例えば、酸化シリコン膜）を形成することができる堆積システム１０２が含まれる。堆積システム１０２には、堆積チャンバ内部に高周波電力が生じ、プラズマを生成するコイル及び／又は電極が含まれてもよい。プラズマは、前駆物質の反応速度を高めることができ、基板上の流動性誘電物質の堆積速度を上げることができる。
[0043]流動性酸化物が堆積されるように、基板運動と位置決めシステム１０４は、より一様に基板の異なる部分を前駆物質流にさらすために基板を回転させるために用いることができる。このことにより、前駆物質内の化学種の物質移動がより均一になることができる。また、基板の堆積表面の上により幅広く低粘性膜を拡散させることができる。位置決めシステム１０４には、回転可能で垂直に移動可能な基板ペデスタルが含まれてもよく、結合されてもよい。
[0044]システム１００には、また、基板の温度を上下するのに作用可能な基板温度制御システム１０６が含まれてもよい。温度制御システム１０６は、基板ペデスタルに結合され、直接接触か又は基板の基板ペデスタルへの他の熱的結合によって基板へ、また、基板から熱を移動することができる。温度システム１０６は、基板温度を制御する循環流体（例えば、水）、及び／又は物質を通って電流を流すことによって熱エネルギーを供給する電気材料（例えば、抵抗加熱フィラメント）を用いることができる。
[0045]流動性誘電体膜を形成するために用いられる前駆物質は、前駆物質分配システム１０８によって供給することができる。分配システム１０８の例としては、堆積システム１０２において堆積チャンバの最上部と側面から前駆物質を流すバッフルシステムとノズルシステムが挙げられる。例としては、また、前駆物質ガスが堆積チャンバ内に分配される複数の開口部を有するシャワーヘッドが挙げられる。追加の例において、システム１０８には、前駆物質が堆積チャンバへ流れる複数の開口部を有するノズルのないガスリングが含まれてもよい。
[0046]分配システム１０８は、堆積チャンバへ二つ以上の前駆物質を独立して流すように構成されてもよい。これらの構成において、少なくとも一対の前駆物質は、それらが堆積チャンバ内で混合し反応するために分配システムを出るまで互いに接触しない。例えば、反応種生成システム１１０は、原子酸素のような高度に反応性の化学種を生成することができ、これは前駆物質分配システム１０８から堆積システム１０２に流れるまで、シリコン含有前駆物質のような他の前駆物質と混合又は反応しない。
[0047]システム１００において用いられる前駆物質には、流動性誘電酸化物膜を形成するための前駆物質が含まれてもよい。酸化物膜前駆物質には、ラジカル原子酸素のような反応化学種前駆物質だけでなく、他の酸化前駆物質の中でも酸素分子（Ｏ２）、オゾン（Ｏ３）、水蒸気、過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）、酸化窒素（例えば、Ｎ２Ｏ、ＮＯ２等）のような他の酸化前駆物質が含まれてもよい。酸化物膜前駆物質としては、また、特に、ＴＭＯＳ、ＴｒｉＭＯＳ、ＴＥＯＳ、ＯＭＣＴＳ、ＨＭＤＳ、ＴＭＣＴＲ、ＴＭＣＴＳ、ＯＭＴＳ、ＴＭＳ、ＨＭＤＳＯを含む有機シリコン化合物のようなシリコン含有前駆物質が挙げられる。このシリコン含有物質には、また、シラン（ＳｉＨ４）のような炭素をもたないシリコン化合物が含まれてもよい。堆積した酸化物膜がドープされた酸化物膜である場合には、ドーパント前駆物質、例えば、他のホウ素やリンのドーパントの中でも、ＴＥＢ、ＴＭＢ、Ｂ２Ｈ６、ＴＥＰＯ、ＰＨ３、Ｐ２Ｈ６、ＴＭＰが用いられてもよい。膜が誘電体の窒化シリコン又は酸窒化シリコンである場合には、特に、アンモニア、ＢＴＢＡＳ、ＴＤＭＡＴ、ＤＢＥＡＳ、ＤＡＤＢＳのような窒素含有前駆物質が用いられてもよい。ある膜堆積については、ハロゲンが、例えば、触媒として用いられてもよい。これらのハロゲン前駆物質としては、塩化水素（ＨＣｌ）、クロロエチルシランのようなクロロシランが挙げられるのがよい。有機酸（例えば、ギ酸）のような他の酸性化合物が用いられてもよい。これらの堆積前駆物質の全てが、特に、ヘリウム、アルゴン、窒素（Ｎ２）、水素（Ｈ２）が挙げられるのがよいキャリヤガスによって分配システム１０８と堆積システム１０２を通って運搬されてもよい。
[0048]このシステム１００には、また、基板表面上に堆積した流動性誘電物質を焼成及び／又は硬化することができる基板照射システム１１２が含まれてもよい。照射システム１１２には、例えば、誘電物質のシラノール基を酸化シリコンと水に分解することによって膜を硬化するために用いることができるＵＶ光を放出することができる一つ以上のランプが含まれてもよい。照射システムには、水蒸気や他の揮発性化学種を膜から除去するとともにより密度を高くするために流動性膜をベーキング（例えば、アニーリング）用の加熱ランプが含まれてもよい。
[0049]ここで図２Ａを参照すると、本発明の実施形態による例示的プロセスシステム２００の断面が示されている。このシステム２００には、前駆物質が化学的に反応し、流動性誘電体膜が基板ウエハ２０２上に堆積される堆積チャンバ２０１が含まれる。このウエハ２０２（例えば、２００ｍｍ、３００ｍｍ、４００ｍｍ径等の半導体基板ウエハ）は、基板２０２を上に横たわる前駆物質分配システム２０６により近いか又はより離れて位置決めするように垂直にも移動可能である回転可能な基板ペデスタル２０４に結合されてもよい。ペデスタルは、約１ｒｐｍ〜約２０００ｒｐｍ（例えば、約１０ｒｐｍ〜約１２０ｒｐｍ）の回転速度で基板ウエハを回転させることができる。ペデスタルは、前駆物質分配システムの側ノズル２０８から、例えば約０.５ｍｍ〜約１００ｍｍの距離に基板を垂直に移動することができる。
[0050]前駆物質分配システム２０６には、それぞれが二つの異なる長さの一方をもつ複数の放射状分配側ノズル２０８が含まれる。追加の実施形態（図示せず）において、側ノズルは堆積チャンバの壁の周りに分配された開口部のリングを残すために除かれてもよい。前駆物質は、これらの開口部を通ってチャンバへ流れる。
[0051]分配システム２０６には、また、基板ペデスタル２０４の中央と同軸であってもよい円錐状の最上バッフル２１０が含まれてもよい。流体チャネル２１２は、バッフルの外側に進む表面を流れる前駆物質よりも前駆物質又はキャリヤガスを異なる組成で供給するためにバッフル２１０の中央を通ってもよい。
[0052]バッフル２１０の外側面は、堆積チャンバ２０１の上に位置決めされる反応種生成システム（図示せず）から反応性前駆物質を進めるコンジット２１４によってとり囲まれてもよい。コンジット２１４は、一端がバッフル２１０の外側面で開いて対向する端が反応種生成システムに結合されている真っすぐな円形チューブであってもよい。
[0053]反応種生成システムは、より安定な出発物質をプラズマにさらすことによって反応種を生成させる遠隔プラズマ生成システム（ＲＰＳ）であってもよい。例えば、出発物質は、分子酸素（又はオゾン）を含む混合物であるのがよい。この出発物質をＲＰＳからのプラズマにさらすと、分子酸素の一部を原子酸素、非常に低い温度（例えば１００℃未満）で有機シリコン前駆物質（例えばＯＭＣＴＳ）と化学的に反応して基板表面上に流動性誘電体を形成する高度に反応性のラジカル種に解離させる。反応種生成システムにおいて生成される反応種がしばしば室温でさえも他の堆積前駆物質と非常に反応性であることから、これらはコンジット２１４の下の分離したガス混合物内に運搬され、他の堆積前駆物質と混合される前にバッフル２１０によって反応チャンバ２０１に分散されてもよい。
[0054]システム２００には、また、堆積チャンバ２０１のドーム２１６の周巻きつけたｒｆコイル（図示せず）が含まれてもよい。これらのコイルは、堆積チャンバ２０１内に誘導結合型プラズマを生成して、反応種前駆物質と他の前駆物質の反応性を更に高めて、基板上に流体誘電体膜を堆積させることができる。例えば、バッフル２１０によってチャンバに分散された反応性原子酸素とチャネル２１２及び／又は一つ以上の側ノズル２０８からの有機シリコン前駆物質を含有するガスフローは、ｒｆコイルによって基板２０２の上に形成されたプラズマに進められてもよい。原子酸素と有機シリコン前駆物質は低温でさえプラズマ中で急速に反応して、基板表面上に極めて流動性の誘電体膜を形成する。
[0055]基板表面自体は、ペデスタル２０４によって回転させて、堆積した膜の均一性を高めることができる。回転面は、ウエハ堆積面の面に平行であってもよく、又は二つの面は部分的に整列していなくてもよい。面が整列していない場合、基板２０４の回転は、堆積表面の上の空間に流体乱流を生成することができる傾きを生じることがある。ある状況において、この乱流は、基板表面上に堆積した誘電体膜の均一性を高めることがある。ペデスタル２０４には、また、真空チャックを生成して、移動するにつれてペデスタル上の適切な位置にウエハを保持する凹所及び／又は他の構造が含まれてもよい。チャンバ内の典型的な堆積圧力は、約０.０５トール〜約２００トール合計チャンバ圧（例えば１トール）の範囲であり、適切な位置にウエハを保持するのに適した真空チャックを生成する。
[0056]ペデスタルの回転は、堆積チャンバの下に位置決めされ且つペデスタル２０４を支持するシャフト２２０に回転して結合されたモータ２１８によって作動させることができる。シャフト２２０には、また、冷却流体／電気ワイヤを堆積チャンバ（図示せず）の下の冷却／加熱システムからペデスタル２０４に運ぶ内部チャネル（図示せず）が含まれてもよい。これらのチャネルは、中央からペデスタルの周辺まで伸長して、上に横たわる基板ウエハ２０２に均一な冷却及び／又は加熱を与えることができる。これらは、また、シャフト２２０と基板ペデスタル２０４が回転し更に／又は移動している場合に作動させるように設計されてもよい。例えば、冷却システムは、ペデスタルを回転させながら流動性酸化物膜の堆積中に基板ウエハ２０２を１００℃未満に保つように作動させることができる。
[0057]このシステム２００には、更に、ドーム２１６の上に位置決めされた照射システム２２２が更に含まれてもよい。照射システム２２２からのランプ（図示せず）は、下に横たわる基板２０２を照射して、基板上に堆積した膜を焼成又はアニールすることができる。ランプは、また、堆積中に活性化して、膜前駆物質又は堆積した膜における反応を高めることもできる。ドーム２１６の少なくとも最上部は、ランプから放出された光の一部を伝達することが可能な半透明な物質から製造される。
[0058]図２Ｂは、側ノズル２５３の上に位置決めされた貫通プレート２５２が前駆物質を最上注入口２５４から分配する例示的処理システム２５０を示す他の実施形態である。貫通プレート２５２は、プレートの厚さを横切る複数の開口部２６０を通って前駆物質を分配する。プレート２５２は、例えば、約１０〜２０００個の開口部（例えば、２００個の開口部）をもつことができる。図示した実施形態において、貫通プレートは、ＴＭＯＳ又はＯＭＣＴＳのような原子酸素及び／又は他の酸素含有ガスのような酸化ガスを分配してもよい。図示した構成において、酸化ガスは、堆積基板の上に導入されるシリコン含有前駆物質の上の堆積チャンバに導入される。
[0059]最上注入口２５４は、二つ以上の前駆物質を混合と反応から貫通プレート２５２の上の空間に入るまで保つ二つ以上の独立した前駆物質（例えば、ガス）フローチャネル２５６と２５８を有してもよい。第一フローチャネル２５６は、注入口２５４の中央をとり囲む円環形を有してもよい。このチャネルは、チャネル２５６の下と貫通プレート２５２の上の空間に流れる反応種前駆物質を生成する上に横たわる反応種生成ユニット（図示せず）に結合されてもよい。第二フローチャネル２５８は、円筒形であってもよく、プレート２５２の上の空間に第二前駆物質を流すために用いてもよい。このフローチャネルは、反応種生成ユニットを迂回する前駆物質及び／又はキャリヤガス源から開始されてもよい。その後、第一前駆物質と第二前駆物質が混合され、プレート２５２における開口部２６０を通って下に横たわる堆積チャンバに流れる。
[0060]貫通プレート２５２と最上注入口２５４は、堆積チャンバ２７０内の下に横たわる空間に酸化する前駆物質を分配するために用いられてもよい。例えば、第一フローチャネル２５６は、原子酸素（基底状態か又は電子的励起状態で）、分子酸素（Ｏ２）、Ｎ２Ｏ、ＮＯ、ＮＯ２、及び／又はオゾン（Ｏ３）の一つ以上を含む酸化する前駆物質を分配するのがよい。酸化する前駆物質には、ヘリウム、アルゴン、窒素（Ｎ２）等のキャリヤガスが含まれてもよい。第二のチャネル２５８は、また、酸化する前駆物質、キャリヤガス、及び／又はアンモニア（ＮＨ３）のような追加ガスを分配することもできる。
[0061]システム２５０は、堆積チャンバの異なる部分を異なる温度に加熱するように構成されてもよい。例えば、第一ヒータゾーンは、最上リッド２６２と貫通プレート２５２を約７０℃〜約３００℃（例えば、約１６０℃）の範囲の温度まで加熱するのがよい。第二ヒータゾーンは、第一ヒータゾーン（例えば、３００℃以上）と同じか又は異なる温度まで基板ウエハ２６４とペデスタル２６６の上の堆積チャンバの側壁を加熱するのがよい。このシステム２５０は、また、第一及び／又は第二ヒータゾーン（例えば、約７０℃〜約１２０℃）と同じか又は異なる温度まで基板ウエハ２６４とペデスタル２６６の下の第三ヒータゾーンを有してもよい。更に、ペデスタル２６６には、ペデスタルと基板の温度を約-４０℃〜約２００℃（例えば、約１００℃〜約１６０℃、約１００℃未満、約４０℃等）に設定するペデスタルシャフト２７２の内側の加熱及び／又は冷却コンジット（図示せず）が含まれてもよい。処理中、ウエハ２６４は、リフトピン２７６でペデスタル２６６を下げてもよく、スリットバルブドア２７８の周りに位置してもよい。
[0062]このシステム２５０には、更に、ウエハエッジ部のプレナム内に及び／又はウエハエッジ部の周りの柱面上に位置し、更に／又はウエハエッジ部の周りに位置した円錐形の表面上に複数の開口部を含むポンピングライナ２７４（即ち、ポンピングポートの非対称位置を相殺する圧力均等化チャネル）が含まれてもよい。開口部自体は、ライナ２７４に示したように円形であってもよく、スロット（図示せず）のような異なる形であってもよい。開口部は、直径が、例えば、約０.１２５インチ〜約０.５インチであってもよい。ウエハが処理される場合、ポンピングライナ２７４は、基板ウエハ２６４の上か下にあってもよい。それは、スリットバルブドア２７８の上に位置してもよい。
[0063]図２Ｃは、図２Ｂに示したプロセスシステム２５０を示す他の断面図である。図２Ｃは、約１０インチ〜約１８インチ（例えば、約１５インチ）の範囲にある主チャンバ内壁径を含む、システム２５０のある寸法を示す図である。また、基板ウエハ２６４と約０.５インチ〜約８インチ（例えば、約５.１インチ）の側ノズルの間の距離を示している。更に、基板ウエハ２６４と貫通プレート２５２の間の距離は、約０.７５インチ〜約１２インチ（例えば、約６.２インチ）の範囲であってもよい。更に、基板ウエハとドーム２６８の最上内面間の距離は、約１インチ〜約１６インチ（例えば、約７.８インチ）であってもよい。
[0064]図２Ｄは、圧力同等化チャネル２８２とポンピングライナ２８４を含む堆積チャンバ２８０の一部を示す断面である。図示した構成において、チャネル２８２と開口部２８４は、上に横たわるシャワーヘッド、最上バッフル及び／又は側ノズルの下に、基板ペデスタル２８６とウエハ２８８と同じ高さか又はそれらの上に位置してもよい。
[0065]チャネル２８２と開口部２８４は、チャンバにおける非対称の圧力作用を減少させることができる。これらの作用は、堆積チャンバ２８０内に圧力勾配を生じ得るポンピングポートの非対称の場所によって引き起こされることがある。例えば、基板ペデスタル２８６及び／又は基板ウエハ２８８の下の圧力勾配はペデスタルとウエハを傾けさせることがあり、誘電体膜の堆積において凹凸を生じることがある。チャネル２８２とポンピングライナ開口部２８４は、チャンバ２８０における圧力勾配を減少させ、堆積中にペデスタル２８６とウエハ２８８の位置を安定させるのを援助する。
[0066]図３Ａは、上の部分がコンジット２１4によってとり囲まれているバッフル２１０の中央に形成されたチャネル２１２を含む、図２Ａにおける前駆物質分配システム２０６の最上部３０２を示す実施形態の図である。図３Ａは、コンジット２１４を下にバッフル２１０の外面の上を流れる反応種前駆物質３０４を示している。反応種前駆物質３０４が堆積チャンバへ最も近づくバッフル２１０の円錐状の末端に達するにつれて、チャンバへ放射状に分配され、そこで反応種３０４が第二前駆物質３０６と最初に接触する。
[0067]第二前駆物質３０６は、有機シラン前駆物質であるのがよく、キャリヤガスを含んでもよい。有機シラン前駆物質としては、他の前駆物質の中でも、ＴＭＯＳ、ＴｒｉＭＯＳ、ＴＥＯＳ、ＯＭＣＴＳ、ＨＭＤＳ、ＴＭＣＴＲ、ＴＭＣＴＳ、ＯＭＴＳ、ＴＭＳ、及びＨＭＤＳＯのような一つ以上の化合物が挙げられるのがよい。キャリヤガスとしては、他のキャリヤガスの中でも、窒素（Ｎ２）、水素（Ｈ２）、ヘリウム、アルゴンのような一つ以上のガスが挙げられるのがよい。前駆物質は、前駆物質供給ライン３０８に接続され、チャネル２１２にも結合されている供給源（図示せず）から送り込まれる。第二前駆物質３０６は、バッフル２１０の外側面の上を流れる反応種３０４にさらされずに中央チャネル２１２を下に流れることができる。第二前駆物質３０４がバッフル２１０の底を出て堆積チャンバに入るときに、側ノズル２０８によって供給される反応種３０４と追加の前駆物質と第一時間混合することができる。
[0068]コンジット２１４を下に流れる反応性前駆物質３０４は、ＲＰＳユニットのような反応種生成ユニット（図示せず）において生成される。例えば、ＲＰＳユニットは、反応種を形成するのによく適したプラズマ条件を生じ得る。ＲＰＳユニットにおけるプラズマは堆積チャンバ内で生成されるプラズマから離れていることから、異なるプラズマ条件をそれぞれの要素に使用し得る。例えば、Ｏ２、Ｏ３、Ｎ２Ｏ等の酸素前駆物質から原子酸素ラジカルを形成するためのＲＰＳユニットにおけるプラズマ条件（例えば、ｒｆ電力、ｒｆ周波数、圧力、温度、キャリヤガス分圧等）は、原子酸素が一つ以上のシリコン含有前駆物質（例えば、ＴＭＯＳ、ＴｒｉＭＯＳ、ＯＭＣＴＳ等）と反応し且つ下に横たわる基板上に流動性誘電体膜を形成する堆積チャンバ内のプラズマ条件とは異なってもよい。
[0069]図３Ａは、第一及び第二前駆物質が堆積チャンバに達するまで互いに独立した第一前駆物質と第二前駆物質の流れを保つように設計されたデュアルチャネル最上バッフルを示す図である。本発明の実施形態には、また、チャンバへ三つ以上の前駆物質の独立した流れの構成が含まれる。例えば、構成には、バッフル２１０を通って内部を流れるチャネル２１２のような二つ以上の独立したチャネルが含まれてもよい。これらのチャネルのそれぞれは、堆積チャンバに達するまで互いに独立して流れる前駆物質を運ぶことができる。追加の例としては、その中央を通って流れるチャネルがない単一チャネルバッフル２１０が挙げられてもよい。これらの実施形態において、第二前駆物質３０６は、側ノズル２０８から堆積チャンバに入り、バッフル２１０によってチャンバに放射状に分配された反応性前駆物質３０４と反応する。
[0070]図３Ｂと図３Ｃはバッフル２１０の追加の実施形態を示す図である。図３Ｂと図３Ｃにおいて、チャネル２１２は、貫通プレート３１０ａ-３１０ｂによって下側（即ち、堆積チャンバに最も近い側）に画成された円錐状の容積に開放している。前駆物質は貫通プレートにおける開口部３１２を通ってこの容積を出る。図３Ｂと図３Ｃは、側壁と底プレート３１０ａ-３１０ｂの間の角度がどのように変動し得るかを示す図である。図は、また、前駆物質が堆積チャンバに入るにつれて流れる円錐外面の形の態様を示している。
[0071]図３Ｄは、堆積チャンバの最上部から前駆物質を分配する最上バッフルの代わりに用いられる最上注入口３１４と貫通プレート３１６の構成を示す図である。図示した実施形態において、最上注入口３１４は、二つ以上の前駆物質を貫通プレート３１６の上の空間に入るまで混合と反応から保持する二つ以上の独立した前駆物質フローチャネル３１８と３２０を有してもよい。第一フローチャネル３１８は、注入口３１４の中央をとり囲む円環形を有してもよい。このチャネルは、チャネル３１８を下に貫通プレート３１６の上の空間に流れる反応種前駆物質を生成する上に横たわる反応種生成ユニット３２２に結合されてもよい。第二フローチャネル３２０は、円筒形であってもよく、プレート３１６の上の空間に第二前駆物質を流すために用いられてもよい。このフローチャネルは、反応種生成ユニットを迂回する前駆物質及び／又はキャリヤガス源から開始してもよい。その後、第一前駆物質と第二前駆物質が混合され、プレート３１６における開口部３２４を通って下に横たわる堆積チャンバに流れる。
[0072]図３Ｅは、本発明の実施形態による最上貫通プレート３５６を含むプロセスシステム３５０において酸素含有前駆物質３５２とシリコン含有前駆物質３５４の前駆物質流分配を示す図である。図３Ｄのように、ラジカル原子酸素のような酸素含有ガスは遠隔プラズマシステム（図示せず）によって生成され、堆積チャンバの最上部を通って貫通プレート３５６の上の空間に導入される。その後、反応性酸素種は貫通プレート３５６における開口部３５８を通ってシリコン含有物質３５４（例えば、有機シラン及び／又はシラノール前駆物質）が側ノズル３６０によってチャンバに導入されるチャンバの領域に下に流れる。
[0073]図３Ｅに示される側ノズル３６０は、堆積チャンバに伸長するこれらの遠位端でキャップされている。シリコン含有前駆物質は、ノズルコンジットの側壁に形成された複数の開口部３６２を通って側ノズル３６０を出る。これらの開口部３６２は、基板ウエハ３６４に面するノズル側壁の部分に形成されて、シリコン含有物質３５４の流れをウエハに進めることができる。開口部３６２は、同じ方向に前駆物質３５４の流れを進めるように共に直線的に整列されてもよく、又は側壁に沿って異なる放射状位置に形成されて、前駆物質流を下に横たわるウエハ対して異なる角度で進めることができる。キャップされた側ノズル３６０の実施形態には、直径が約８ミル〜２００ミル（例えば、約２０ミル〜約８０ミル）の開口部３６２と、約４０ミル〜約２インチ（例えば、０.２５インチ〜１インチ）の開口部間の間隔が含まれる。開口部の数は開口部及び／又は側ノズルの長さの間の間隔に対して変動してもよい。
[0074]図４Ａは、発明の実施形態によるプロセスシステムにおける側ノズルの構成を示す正面図である。図示した実施形態において、側ノズルは三つのノズルのグループに堆積チャンバの周りに放射状に分配され、中央ノズル４０２は二つの隣接したノズル４０４よりも堆積チャンバ内に更に伸長している。これらの三グループの十六個が、合計４８個の側ノズルについて、堆積チャンバの周りに均一に分配される。追加の実施形態には、約１２〜約８０個のノズルの範囲にあるノズルの総数が含まれる。
[0075]ノズル４０２と４０４は、基板ウエハの堆積面の上に隔置されてもよい。基板とノズルの間の間隔は、例えば、約１ｍｍ〜約８０ｍｍ（例えば、約１０ｍｍ〜約３０ｍｍの範囲）の範囲にあってもよい。ノズル４０２と４０４と基板との間のこの距離は、堆積中変動してもよい（例えば、堆積中、ウエハを垂直に移動してもよいだけでなく、回転及び／又撹拌してもよい）。
[0076]ノズル４０２と４０４は、全て同一プレートに配置されてもよく、又は異なる設定のノズルが異なるプレートに位置してもよい。ノズル４０２と４０４０は、ウエハの堆積表面に平行な中心線に向けられてもよく、基板表面に対して上向き又は下向きに傾けられてもよい。
[0077]ノズル４０２と４０４は、堆積チャンバに伸長する遠位端とノズルに前駆物質を供給するアニュラ型ガスリング４０６の内径表面に結合した近位端を有する。ガスリングは、例えば、約１０インチ〜約２２インチ（約１４インチ〜約１８インチ、約１５インチ等）の範囲にある内径を有してもよい。ある構成において、より長いノズル４０２の遠位端は下に横たわる基板の周辺を超えて基板の内部の上の空間に伸長し、より短いノズル４０４の末端は基板周辺に達しない。図４に示される実施形態において、より短いノズル４０４の遠位先端は直径１２インチ（即ち、３００ｍｍ）の基板ウエハの周辺にまで伸長し、より長いノズル４０２の遠位先端は堆積表面の内部より更に４インチ伸長する。
[0078]ガスリング４０６は、前駆物質をノズル４０２と４０４に供給する一つ以上の内部チャネル（例えば、２〜４つのチャネル）を有してもよい。単一チャネルガスリングについて、内部チャネルは、全ての側ノズル４０２と４０４に前駆物質を供給してもよい。デュアルチャネルガスリングについては、一つのチャネルはより長いノズル４０２に前駆物質を供給してもよく、第二チャネルはより短いノズル４０４に前駆物質を供給する。それぞれのチャネルについて、反応性堆積前駆物質（例えば、有機シラン前駆物質の種類）及び／又は分圧、キャリヤガスの流量の種類は、堆積法によっては同じであっても異なってもよい。
[0079]図４Ｂは、本発明の実施形態よるプロセスシステムにおけるキャップされた側ノズル４１０の構成を示す図である。上記図３Ｅに示される側ノズル３６０と同様に、ノズル４１０は堆積チャンバに伸長する遠位端でキャップされる。ノズルを通って流れる前駆物質は、ノズルコンジットの側壁に形成される複数の開口部４１２を通って出る。これらの開口部４１２は基板ウエハ（図示せず）に面するノズル側壁の一部に形成されて、ウエハに向かって前駆物質の流れを進めることができる。開口部４１２は共に直線的に整列して、同じ方向に前駆物質流を進めることができ、又は側壁に沿って異なる放射状の位置に形成されて、下に横たわるウエハに対して異なる角度で前駆物質流を進めることができる。
[0080]ノズル４１０は、ノズル４１０の隣接した末端が結合される環状ガスリング４１４によって送り込まれてもよい。全てのノズル４１０に前駆物質を供給するためにガスリング４１４が単一ガスフローチャネル（図示せず）を有してもよく、又はノズル４１０の二つ以上の設定を供給するためにリングが複数のガスフローチャネルを有してもよい。例えば、デュアルチャネルガスリング設計において、第一チャネルは第一前駆物質（例えば、第一有機シラン前駆物質）を第一組のノズル４１０（例えば、図４Ｂに示されたノズルのより長い設定）に供給することができ、第二のチャネルは第二前駆物質（例えば、第二有機シラン前駆物質）を第二組のノズル４１０（例えば、図４Ｂに示されたより短い組のノズル）に供給することができる。
[0081]図４Ｃは、図４Ｂに示されるような側ノズル４２０を通る前駆物質流の断面図を示す図である。前駆物質４１８（例えば、蒸気分配システムからのキャリヤガスにおける有機シラン蒸気前駆物質）は、側ノズル４２０の近接端に結合した前駆物質フローチャネル４１６によって供給される。前駆物質４１８はノズルコンジットの中央を通って流れ、側壁内の開口部４２２を出る。図示したノズル構成において、開口部４２２は下向きに整列して、下に横たわるウエハ基板（図示せず）に向かって前駆物質４１８流を進ませる。開口部４２２は、直径が約８ミル〜約２００ミル（例えば、約２０ミル〜約８０ミル）であり、開口部間の間隔が約４０ミル〜約２インチ（例えば、約０.２５インチ〜約１インチ）である。開口部４２２の数は、開口部間の間隔及び/又は側ノズル４２０の長さに対して変動してもよい。
[0082]本発明の実施形態には、また、図４Ｂに示される一組の放射側ノズルの代わりに用いられる単一片放射前駆物質マニホールドが含まれてもよい。（シャワーヘッドと呼ばれてもよい）この前駆物質マニホールド４５０の実施形態の図は、図４Ｄに示される。マニホールド４５０には、前駆物質外部リング４５４の周りに放射状に分配される複数の矩形コンジット４５２が含まれる。コンジット４５２の近接端は外部リング４５４に結合されてもよく、コンジット４５２の遠位端はアニュラ型内部リング４５６に結合される。アニュラ型内部リング４５６は、また、複数の内部コンジット４５８の近接端に結合されてもよく、その遠位端はアニュラ型中央リング４６０に結合されてもよい。
[0083]矩形コンジット４５２は、前駆物質外部リング４５４内の一つ以上の前駆物質チャネル（図示せず）によって前駆物質（例えば、一つ以上の有機シリコン前駆物質）で供給されてもよい。前駆物質は、コンジットの側面に形成された複数の開口部４６２を通ってコンジット４５２を出る。開口部４６２の直径は、約８ミル〜２００ミル（例えば、約２０ミル〜約８０ミル）であり、開口部間の間隔は、約４０ミル〜約２インチ（例えば、約０.２５インチ〜約１インチ）である。開口部４６２の数は、開口部間の間隔及び／又はコンジット４５２の長さに対して変動してもよい。
[0084]図４Ｅは、図４Ｄに示される前駆物質分配マニホールドの拡大部分を示す図である。図示された実施形態において、放射状に分配されたコンジット４５２ａ-４５２ｂには、長さがアニュラ型内部リング４５６まで伸長し、第一組のコンジット４５２ａが含まれてもよく、長さが内部リング４５６を超えてアニュラ型中央リング４６０まで伸長する第二組のコンジット４５２ｂが含まれてもよい。第一組と第二組のコンジット４５２は前駆物質の異なる混合物で供給されてもよい。
[0085]上述したように、堆積システムの実施形態には、また、基板上に堆積した流動性誘電体膜を硬化し更に／又は加熱する照射システムが含まれてもよい。図５Ａ及び図５Ｂは、このような一照射システム５００のような実施形態を示す図であり、半透明なドームの上に位置決めされ且つ下に横たわる基板５０６を照射するのに作用可能な同心系の環状ランプ５０２が含まれる。ランプ５０２は、反射ソケットに埋め込まれてもよく、ランプの側面は基板５０６に向かってランプが放出するより高く進ませる反射コーティングをもつ。ランプ５０２の総数は、単一ランプから、例えば、１０ランプまで変動してもよい。
[0086]ランプ５０２には、硬化プロセスの場合にはＵＶ放出ランプ及び／又はアニールプロセスの場合にはＩＲ放出ランプが含まれてもよい。例えば、ランプ５０２は、水平フィラメント（即ち、ランプの電球の対称軸に垂直に向けられたフィラメント）、垂直フィラメント（即ち、電球の対称軸に平行に向けられたフィラメント）、及び／又は円形フィラメントを有してもよいタングステンハロゲンランプであるのがよい。反射ソケット５０８の異なるランプ５０２は、異なるフィラメント構成を有してもよい。
[0087]ランプ５０２からの光は、ドームを通って基板堆積面に伝達される。ドーム５０４の少なくとも一部には、ＵＶ及び／又は熱放射を堆積チャンバに通過させることを可能にする光学的に透明な窓５１０が含まれてもよい。窓５１０は、例えば、石英、溶融石英、酸窒化アルミニウム、又は他の適した半透明物質から製造されるのがよい。図５Ａ-図５Ｆに示されるように、窓５１０は、形が環状でドーム５０４の最上部を覆ってもよく、直径が、例えば、約８インチ〜約２２インチ（例えば、約１４インチ）であってもよい。窓５１０の中央には、コンジットを堆積チャンバの上部に通過させることを可能にする内部開口部が含まれてもよい。内部開口部の直径は、例えば、約０.５インチ〜約４インチ（例えば、直径約１インチ）であってもよい。
[0088]図５Ｃと図５Ｄは、環状の代わりに真っすぐな環状電球を有するランプ５１２の他の構成を示す図である。真っすぐなランプ５１２は平行に整列されてもよく、ドーム５０４の半透明な窓５１０の上に位置決めされた反射ソケット５１４に埋め込まれてもよい。反射ソケット５１４は、円環形であってもよく、下に横たわる窓５１０の直径に一致してもよい。ランプ５１２の末端は、ソケット５１４の周辺を超えて伸長してもよい。窓５１０の中央の両側面のランプ５１２の数は等しく、約４以上のランプ（約４〜約１０個のランプ）が用いられてもよい。
[0089]図５Ｅと図５Ｆは、窓５１０の中央の周りの対向する側に位置決めされた二つの大きいランプ５１６を有する照射システムの他の構成を示す図である。大きいランプは、互いに並行に、又は平行より小さい角度で整列されるのがよい。ランプ５１６は、また、ランプ光の一部を堆積チャンバ内の基板に向かって進ませるのに援助する反射ソケット５１８に埋め込まれてもよい。
[0090]図５Ａ-図５Ｆに示される照射システムの実施形態は、基板表面上の堆積中及び／又は堆積後に流動性誘電体膜を照射するために用いることができる。また、堆積ステップ（例えば、パルスアニール）の間に基板を照射するために用いることができる。膜堆積中、ウエハは、温度制御ペデスタル上に位置決めされる。ウエハ温度は、例えば、約-４０℃〜約２００℃（例えば、４０℃）に設定されるのがよい。基板がベーキング（即ち、アニーリング）プロセス中に照射される場合、ウエハの温度は約１０００℃まで上昇してもよい。この高温アニールプロセス中、基板ペデスタル上のリフトピンはペデスタルから基板を持ち上げることができる。このことは、ペデスタルがヒート・シンクとして作用することから防止するとともにウエハ温度がより速い速度（例えば、約１００℃／秒まで）で増加することを可能にする。
[0091]堆積システムの実施形態は、集積回路チップを製造するより大きな製造システムに組み込むことができる。図６は、本発明の実施形態による、堆積チャンバ、ベーキングチャンバ、硬化チャンバのこのような一システム６００を示す図である。図面において、一組のＦＯＯＰ６０２は、ロボットアーム６０４によって受け取り、ウエハ処理チャンバ６０８ａ-６０８ｆの一つに配置される前に低圧保持領域６０６に配置される基板ウエハ（例えば、３００ｍｍ径ウエハ）を供給する。第二ロボットアーム６１０は、基板ウエハを保持領域６０６から処理チャンバ６０８ａ-６０８ｆにとその逆に搬送するために用いることができる。
[0092]プロセスチャンバ６０８ａ-６０８ｆには、基板ウエハ上に流動性誘電体膜を堆積、アニーリング、硬化及び／又はエッチングするための一つ以上のシステム要素が含まれてもよい。一構成において、二組の処理チャンバ（例えば、６０８ｃ-６０８ｄと６０８ｅ-６０８ｆ）は、基板上に流動性誘電体膜を堆積するために用いることができ、第三組の処理チャンバ（例えば、６０８ａ-６０８ｂ）は、堆積した誘電体をアニールするために用いることができる。他の構成において、同じ二組の処理チャンバ（例えば、６０８ｃ-６０８ｄと６０８ｅ-６０８ｆ）は、基板上に流動性誘電体膜を堆積し且つアニールするために構成されてもよく、第三組の処理チャンバ（例えば、６０８ａ-６０８ｂ）は堆積した膜のＵＶ又はＥビーム硬化に用いられてもよい。更に他の構成において、全て三組のチャンバ（例えば、６０８ａ-６０８ｆ）は、基板上の流動性誘電体膜を堆積し硬化するように構成されてもよい。更に他の構成において、二組のプロセスチャンバ（例えば、６０８ｃ-６０８ｄと６０８ｅ-６０８ｆ）は、流動性誘電体の堆積且つＵＶ又はＥビーム硬化に用いられてもよく、第三組のプロセスチャンバ（例えば、６０８ａ-６０８ｂ）は、誘電体膜をアニールするのに用いてもよい。流動性誘電体膜の堆積チャンバ、アニーリングチャンバ、効果チャンバの追加の構成がシステム６００によって企図されることは理解される。
[0093]更に、一つ以上のプロセスチャンバ６０８ａ-６０８ｆは、湿式処理チャンバとして構成されてもよい。これらのプロセスチャンバは、流動性誘電体膜を、水分を含む大気中で加熱すること含む。従って、システム６００の実施形態には、堆積した誘電体膜上で湿式アニールと乾式アニールの双方を行う湿式処理チャンバ６０８ａ-６０８ｂとアニール処理チャンバ６０８ｃ-６０８ｄが含まれてもよい。
シャワーヘッドの設計
[0094]本発明の実施形態によるガス分配とプラズマ生成システムの実施形態には、前駆物質を堆積チャンバへ分配するシャワーヘッドが含まれるのがよい。これらのシャワーヘッドは、二つ以上の前駆物質が堆積チャンバ内で混合するまで接触せずに独立してシャワーヘッドに流れることができるように設計されるのがよい。シャワーヘッドは、また、プラズマがフェースプレートの後ろだけでなく堆積チャンバ内に独立して生成することができるように設計されてもよい。シャワーヘッドのブロッカープレートとフェースプレートの間に生成される独立したプラズマは、反応性前駆物質種を形成するだけでなく、フェースプレートに近い洗浄化学種を活性化することによってシャワーヘッド洗浄プロセスの効率を改善するために用いることができる。二つ以上の前駆物質を堆積領域に独立して流れるように設計されたシャワーヘッドについての詳細は、更に、２００５年１月２２日出願の“ＭＩＸＩＮＧＥＮＥＲＧＩＺＥＤ ＡＮＤ ＮＯＮ-ＥＮＥＲＧＩＺＥＤ ＧＡＳＥＳ ＦＯＲｂＳＩＬＩＣＯＮＮＩＴＲＩＤＥ ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ”と称するＪｕｎｇらによる米国特許出願第１１／０４０,７１２号に見出すことができ、この全体の内容は全てのために本願明細書に含まれるものとする。
[0094]本発明の実施形態によるガス分配とプラズマ生成システムの実施形態には、前駆物質を堆積チャンバへ分配するシャワーヘッドが含まれるのがよい。これらのシャワーヘッドは、二つ以上の前駆物質が堆積チャンバ内で混合するまで接触せずに独立してシャワーヘッドに流れることができるように設計されるのがよい。シャワーヘッドは、また、プラズマがフェースプレートの後ろだけでなく堆積チャンバ内に独立して生成することができるように設計されてもよい。シャワーヘッドのブロッカープレートとフェースプレートの間に生成される独立したプラズマは、反応性前駆物質種を形成するだけでなく、フェースプレートに近い洗浄化学種を活性化することによってシャワーヘッド洗浄プロセスの効率を改善するために用いることができる。二つ以上の前駆物質を堆積領域に独立して流れるように設計されたシャワーヘッドについての詳細は、更に、２００５年１月２２日出願の“ＭＩＸＩＮＧＥＮＥＲＧＩＺＥＤ ＡＮＤ ＮＯＮ-ＥＮＥＲＧＩＺＥＤ ＧＡＳＥＳ ＦＯＲｂＳＩＬＩＣＯＮＮＩＴＲＩＤＥ ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ”と称するＪｕｎｇらによる米国特許出願第１１／０４０,７１２号に見出すことができ、この全体の内容は全てのために本願明細書に含まれるものとする。
[0095]ここで図７Ａを参照すると、シャワーヘッドシステム７００の簡略断面図が示されている。シャワーヘッド７００は、二つの前駆物質注入ポート７０２と７０４と構成されている。第一前駆物質注入ポート７０２は、シャワーヘッドの中央と同軸であり、シャワーヘッドの中央を下に、その後、フェースプレート７０６の後ろに横方向に第一前駆物質の流路を画成する。
[0096]第二前駆物質注入ポート７０４は、第一ポート７０２の周りでガスボックス７１０とフェースプレート７０６の間の領域７０８に第二前駆物質を流すように構成されてもよい。その後、第二前駆物質を、堆積領域７１２に達する前にフェースプレート７０６における選ばれた開口部を通って領域７０８から流すことができる。図７Ａに示されるように、フェースプレート７０６は二組の開口部：領域７０８と堆積領域の間で流体が連通する一組の開口部と、第一注入ポート７０２とフェースプレートギャップ７１８と堆積領域７１２との間で流体が連通する第二組の開口部７１６を有する。
[0097]フェースプレート７０６は、第一前駆物質と第二前駆物質が堆積領域のシャワーヘッドに残るまで独立して保持するデュアルチャネルフェースプレートであってもよい。例えば、第一前駆物質は、開口部７１６を通ってシャワーヘッドを出る前にフェースプレートギャップ７１８内の開口部７１４の周りに進むことができる。円筒状ポートのようなバリヤは、開口部７１４をとり囲み、第一前駆物質がこれらの開口部を通って出ることを防止することができる。同様に、開口部７１４を通って進む第二前駆物質は、フェースプレートギャップ７１８全体に第二開口部７１６を出て堆積領域に流れることができない。
[0098]前駆物質がそれぞれ組の開口部を出る場合に、基板ウエハ７２２と基板ペデスタル７２４の上の堆積領域７１２内で混合することができる。フェースプレート７０６とペデスタル７２４は、電極を形成して、基板７２２の上の堆積領域内で容量結合プラズマ７２６を生成させることができる。
[0099]システム７００は、また、フェースプレートの後ろの領域７０８の後ろに第二プラズマ７２８を生成するように構成されてもよい。図７Ｂに示されるように、このプラズマ７２８は、プラズマのための電極を形成する、ガスボックス７１０とフェースプレート７０６間にｒｆ電界を印加することによって生成することができる。このプラズマは、第二前駆物質注入ポート７０４から領域７０８へ流れる第二前駆物質から生成されてもよい。第二プラズマ７２８は、第二前駆混合物において前駆物質の一つ以上から反応種を生成するために用いることができる。例えば、第二前駆物質には、プラズマ７２８中でラジカル原子酸素種を形成する酸素含有源が含まれてもよい。その後、反応性原子酸素は混合し且つ第一前駆物質（例えば、有機シラン前駆物質）と反応することができる堆積領域にフェースプレート開口部７１４を通って流れ込むことができる。
[0100]図７Ｂにおいて、フェースプレート７０６は、堆積領域内の第二プラズマ７２８と第一プラズマ７２６双方の電極として作用することができる。このデュアルゾーンプラズマシステムは、フェースプレート７０６の後ろに前駆物質反応種を生成するとともにプラズマ中でその反応種と他の前駆物質との反応性を高めるために同時プラズマを用いることができる。更に、プラズマ７２８は、洗浄前駆物質を活性化してシャワーヘッド開口部内に蓄積した物質とより反応性にするために使用し得る。更に、堆積領域の代わりにシャワーヘッド内で反応種を生成することにより、洗浄活性種と堆積チャンバの壁の間での望ましくない反応の数を減少させることができる。例えば、フェースプレート７０６の後ろに生成されるより活性のフッ素種は、堆積領域内へ出る前に反応し、それらは堆積チャンバのアルミニウム要素に移動するとともに望ましくないＡｌＦ３を形成し得る。
[0101]図８Ａと図８Ｃは、二つの前駆物質混合物が堆積領域に達する前に独立して流れることができるフェースプレート８０２における第一組の開口部と第二組の開口部８０４と８０６の二つの構成を示す図である。図８Ａは、第一組の開口部８０４が第一前駆物質を真っ直ぐなコンジットを通過させ、第二組の開口部８０６が第二前駆物質を第一開口部をとり囲んでいる同心アニュラ型リング開口部を通過させる、同心開口設計の断面を示す図である。第一前駆物質と第二前駆物質は、フェースプレートと第一混合物の後ろで互いに分離し、堆積領域内の開口部８０４と８０６から現れるときに反応する。
[0102]図８Ｂは、フェースプレート表面内に形成された第一開口部と第二開口部８０４、８０６のアレイを示すフェースプレート８０２の一部の図である。第二環状開口部８０６は、最外フェースプレート層と、第一開口部８０４を画成するチュブラー壁との間のギャップによって形成される。図に示される実施形態において、環状ギャップ開口部８０６は中央開口部８０４の壁の周りの約０.００３インチであり、直径が約０.０２８インチである。第一開口部と第二開口部の他の大きさが用いられてもよいことは当然のことである。第二前駆物質は、これらの環状開口部８０６を通過し、中央開口部８０４から現れる前駆物質をとり囲む。
[0103]図８Ｃは、第一組の開口部８０８がなお第一前駆物質の真っ直ぐなコンジットを生成し、第二組の平行な隣接開口部８１０が第二前駆物質の独立したフローチャネルを与える平行開口設計の断面を示す図である。第一前駆物質と第二前駆物質が混合せず、反応領域にシャワーヘッドを出るまで反応しないように二組の開口部は互いに分離される。
[0104]開口部８１０を出る第二前駆物質は、図８Ｄに示されるようにシャワーヘッドのエッジ領域から中央に流れることができる。第二前駆物質源と開口部８１０間に形成されるチャネルは、領域８１２から開口部８０８を通って堆積領域へ流れる第一前駆物質から流体的に分離される。第二前駆物質は、複数のシャワーヘッドの中に及び／又は周りに形成される一つ以上の流体チャネルによって供給することができる。
[0105]ある範囲の値が示される場合、それぞれの介在値は、特に明らかに影響されない限り、その範囲の上限と下限の間で下限の単位の１/１０まで詳しく開示されることは理解される。記載されたあらゆる値又は記載された範囲の介在値と記載された他のあらゆる値又は記載されたその範囲の介在値の間のそれぞれのより小さい範囲が本発明の範囲に包含される。これらのより小さい範囲の上限と下限は独立して範囲に含むか又は除外することができ、記載された範囲の詳しく除外されたあらゆる限度を条件として、いずれか、いずれでもないか又は両方の限度が含まれるそれぞれの範囲も本発明の範囲に包含される。記載された範囲が一方又は両方の限度を含む場合、それらの含まれた限度のいずれか又は両方を除外する範囲も本発明に含まれる。
[0106]本明細書に用いられ、また、添えられた特許請求の範囲において、特に明らかに影響されない限り、単数形は、複数の対象を包含する。従って、例えば、“プロセス”について述べることは、複数のこのようなプロセスが含まれてもよく、“ノズル”について述べることは、一つ以上のノズル及び当業者に既知のその等価物等について述べることが含まれてもよい。
[0107]また、本明細書と以下の特許請求の範囲に用いられる語“備える”、“含む”は記載された特徴、整数、成分、又はステップの存在を特定するものであるが、一つ以上の他の特徴、整数、成分、ステップ、又は基の存在又は追加を除外しない。
１００…システム、２００…処理システム、２０１…堆積チャンバ、２０２…基板ウエハ、２０４…ペデスタル、２０６…分配システム、２０８…側ノズル、２１０…バッフル、２１２…流体チャネル、２１４…コンジット、２１６…ドーム、２２０…シャフト、２２２…照射システム、２５０…処理システム、２５２…貫通プレート、２５４…注入口、２５６…フローチャネル、２５８…フローチャネル、２６０…開口部、２６２…リッド、２６４…基板ウエハ、２６６…ペデスタル、２７０…堆積チャンバ、２７２…ペデスタルシャフト、２７４…ポンピングライナ、２７６…リフトピン、２７８…スリットバルブドア、２８０…堆積チャンバ、２８２…チャネル、２８４…開口部、２８６…基板ペデスタル、２８８…ウエハ、３０４…前駆物質、３０６…前駆物質、３０８…前駆物質供給ライン、３１０…貫通プレート、３１２…開口部、３１４…注入口、３１６…貫通プレート、３１８…チャネル、３２０…チャネル、３２２…反応種生成ユニット、３２４…開口部、３５０…プロセスシステム、３５４…前駆物質、３５６…貫通プレート、３５８…開口部、３６０…側ノズル、３６２…開口部、３６４…基板ウエハ、４０２…ノズル、４０４…ノズル、４０６…ガスリング、４１０…ノズル、４１２…開口部、４１４…アニュラ型ガスリング、４１８…前駆物質、４２２…開口部、４５０…マニホールド、４５２…コンジット、４５６…リング、４６２…開口部、５０２…ランプ、５０８…ソケット、５１０…窓、５１２…ランプ、５１４…ソケット、５１６…ランプ、５１８…ソケット、６００…システム、６０６…保持領域、６０８…処理チャンバ、７００…シャワーヘッドシステム、７０２…注入ポート、７０４……貫通プレート、７０６…フェースプレート、７０８…領域、７１０…ガスボックス、７１２…堆積領域、７１４…開口部、７１８…フェースプレートギャップ、７２６…プラズマ、７２８…プラズマ、８０２…フェースプレート、８０４…開口部、８０６…開口部、８０８…開口部、８１０…開口部。
Claims (24)
- 誘電前駆物質のプラズマから基板上に誘電体層を形成するシステムであって：
堆積チャンバと；
該基板を保持する該堆積チャンバ内の基板台と；
該堆積チャンバに結合した遠隔プラズマ生成システムであって、該プラズマ生成システムが、反応性ラジカルを含む第一誘電前駆物質を生成するために用いられる、前記遠隔プラズマ生成システムと；
該基板台の上に位置決めされたデュアルチャネルシャワーヘッドを備える前駆物質分配システムであって、該シャワーヘッドが、該反応性ラジカル前駆物質が該堆積チャンバに入る第一組の開口部と、第二誘電前駆物質が該堆積チャンバに入る第二組の開口部を有するフェースプレートを備え、該前駆物質が該堆積チャンバに入るまで混合されない、前記前駆物質分配システム。 - 該第一組の開口部の形が円形であり、該第二組の開口部の形が環形である、請求項１に記載のシステム。
- 該第二開口部のそれぞれが、該第一開口部の一つの周りに同心円状に整列している、請求項１に記載のシステム。
- 該前駆物質分配システムが、一つ以上の追加の誘電前駆物質を該堆積チャンバに導入するための複数の側ノズルを更に備える、請求項１に記載のシステム。
- 該追加の誘電前駆物質が、該第二誘電前駆物質を含む、請求項４に記載のシステム。
- 該追加の誘電前駆物質が、該第一誘電前駆物質と第二誘電前駆物質と異なる第三誘電前駆物質を含む、請求項４に記載のシステム。
- 該ノズルの少なくとも二つの長さが異なる、請求項４に記載のシステム。
- 該基板台が、該誘電体層の形成中に該基板を回転させる、請求項１に記載のシステム。
- 該基板台が、該誘電体層の形成中に上下し得る、請求項１に記載のシステム。
- 該システムが、該基板台の温度を制御する基板台温度制御システムを備える、請求項１に記載のシステム。
- 該システムが、該堆積チャンバに供給される該誘電前駆物質から該誘電チャンバ内に該プラズマを生成させるインサイチュプラズマ生成システムを備える、請求項１に記載のシステム。
- 該システムが、放射加熱システムを備える、請求項１に記載のシステム。
- 該第一前駆物質が、ラジカル原子酸素を含む、請求項１に記載のシステム。
- 該第二前駆物質が、シリコン含有前駆物質である、請求項１に記載のシステム。
- 該シリコン含有前駆物質が、シラン、ジメチルシラン、トリメチルシラン、テトラメチルシラン、ジエチルシラン、テトラメチルオルトシリケート（ＴＭＯＳ）、テトラエチルオルトシリケート（ＴＥＯＳ）、オクタメチルトリシロキサン（ＯＭＴＳ）、オクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ）、テトラメチルシクロテトラシロキサン（ＴＯＭＣＡＴＳ）、ＤＭＤＭＯＳ、ＤＥＭＳ、メチルトリエトキシシラン（ＭＴＥＳ）、フェニルジメチルシラン、及びフェニルシランからなる群より選ばれる、請求項１４に記載のシステム。
- 誘電前駆物質のプラズマから基板上に誘電体層を形成するシステムであって：
堆積チャンバと；
該基板を保持する該堆積チャンバ内の基板台であって、該基板台が該誘電体層の該堆積中に回転させるように作動する、前記基板台と；
該堆積チャンバに結合した遠隔プラズマ生成システムであって、該プラズマ生成システムが反応性ラジカルを含む誘電前駆物質を生成させるために用いられる、前記遠隔プラズマ生成システムと；
該基板台の上に位置決めされたデュアルチャネルシャワーヘッドを備える前駆物質分配システムであって、該シャワヘッドが、該反応性ラジカル前駆物質が該堆積チャンバに入る第一組の開口部と、第二誘電前駆物質が該堆積チャンバに入る第二組の開口部を有するフェースプレートを備え、該前駆物質が該堆積チャンバに入るまで混合されない、前記前駆物質分配システムと；
該堆積チャンバに供給される該誘電前駆物質から該堆積チャンバ内に該プラズマを生成するインサイチュプラズマ生成システムと；
を含む、前記システム。 - 該基板が２００ｍｍ又は３００ｍｍのウエハである、請求項１６に記載のシステム。
- 該基板が、シリコン、ゲルマニウム、又はガリウムヒ素を含む、請求項１６に記載のシステム。
- 該誘電体層の形成中に、該基板台を上下して該シャワーヘッドに相対して該基板の位置を調整することができる、請求項１６に記載のシステム。
- 該誘電体層の形成中に、該基板台を同時に回転させ且つ上下させることができる、請求項１６に記載のシステム。
- 該システムが、該基板台の温度を制御する基板台温度制御システムを備える、請求項１６に記載のシステム。
- 該温度制御システムが、約-４０℃〜約２００℃の温度で該基板台を維持する、請求項２１に記載のシステム。
- 該第二誘電前駆物質が、シラン、ジメチルシラン、トリメチルシラン、テトラメチルシラン、ジエチルシラン、テトラメチルオルトシリケート（ＴＭＯＳ）、テトラエチルオルトシリケート（ＴＥＯＳ）、オクタメチルトリシロキサン（ＯＭＴＳ）、オクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ）、テトラメチルシクロテトラシロキサン（ＴＯＭＣＡＴＳ）、ＤＭＤＭＯＳ、ＤＥＭＳ、メチルトリエトキシシラン（ＭＴＥＳ）、フェニルジメチルシラン、及びフェニルシランからなる群より選ばれるシリコン含有前駆物質を含む、請求項１６に記載のシステム。
- 該反応性ラジカル前駆物質が、ラジカル原子酸素を含む、請求項１６に記載のシステム。
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