JP2021507518A - 電荷損傷を防止するためのパルス状プラズマによる空間的原子層堆積チャンバ - Google Patents

Abstract

プラズマ強化空間原子層堆積チャンバ内で基板を処理する装置及び方法に関する。基板が、１つ以上のプラズマ処理領域及び１つ以上の非プラズマ処理領域を通って移動させられ、プラズマ電力が、基板上の電圧差が基板又は当該基板上に形成された素子の降伏電圧を超えることを防止するためにパルス化される。【選択図】図１

Description

［０００１］本開示は概して、薄膜を堆積させるための装置及び方法に関する。特に、本開示は、電荷損傷を防止するためのパルス高周波（ＲＦ：ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）プラズマによるプラズマ強化空間的原子層堆積を用いて、薄膜を堆積させるための装置及び方法に関する。

［０００２］半導体素子は、空間的プラズマ強化原子層堆積（ＰＥＡＬＤ：ｐｌａｓｍａ ｅｎｈａｎｃｅｄ ａｔｏｍｉｃ ｌａｙｅｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）プロセスの間の、不均一なプラズマ曝露によって引き起こされる電荷蓄積による損傷を受ける。空間的ＰＥＡＬＤプロセスでは、１つ以上の半導体ウエハが、処理チャンバの様々な処理領域の間で移動させられる。処理領域の幾つかは、エネルギー種を備えたプラズマを含むが、他の領域は、純粋に化学的なゾーンである（すなわち、プラズマ活性化されていない）。

［０００３］スループット及び設備の問題から、プラズマは、プラズマゾーン内に継続的に存在するが、ウエハは、プラズマゾーンの内外に移動する。これにより、ウエハの一部分のみがプラズマでカバーされてウエハ全体に亘り不均一な電位が誘起されるという状況が生まれる。この電位の不均一性によって、プロセス中に素子を損傷させうる電荷蓄積が引き起こされる。

［０００４］ＲＦ降伏電圧を超える電位勾配が生じないように、電力を低減することが可能であろう。しかしながら、このアプローチは、処理速度を下げ、処理ツールの全体的なスループットを低下させる。

［０００５］他のアプローチは、プラズマ下でウエハ全体をカバーするために、プラズマ領域の大きさを増大させることである。プラズマ処理の前にウエハが完全にプラズマ領域内にあることを保証するために、連続的なウエハ移動の代わりに、ストップ・アンド・ゴー処理のアプローチが利用されるであろう。これにより、処理チャンバの取付面積が増大し、及び／又は、処理チャンバのスループットが低下するであろう。

［０００６］従って、当該技術分野では、ウエハ上の電荷蓄積を低減させ又は無くす空間的ＰＥＡＬＤのための装置及び方法が必要とされている。

［０００７］本開示の１つ以上の実施形態は、バッチ処理チャンバ内に基板を配置することを含む処理方法を対象とする。バッチ処理チャンバは、ガスカーテンによって分離された複数の処理領域を含む。基板は、降伏電圧を有する。基板は、プラズマが無い第１の処理領域からプラズマがある第２の処理領域へと移動させられる。第２の処理領域内のプラズマの電力が、基板上の電圧差が降伏電圧を超えることを防止するために、パルス化される。

［０００８］本開示のさらなる実施形態は、サセプタアセンブリ、ガス分配アセンブリ、及びコントローラを含む処理チャンバを対象とする。サセプタアセンブリは、複数の基板を支持し、当該複数の基板をサセプタアセンブリの中心軸の周りで回転させる。サセプタアセンブリは、上記基板を保持するよう大きさが定められた複数の凹部を含む頂面を有している。ガス分配アセンブリは、サセプタアセンブリの頂面から離間した前面を有し、間隙が形成される。ガス分配アセンブリは、複数のガスポート及び複数の真空ポートを含み、間隙に複数のガス流を供給し及び複数の真空流を供給し、間隙からガスを除去する。複数のガスポート及び複数の真空ポートは、複数の処理領域を形成するよう配置されており、各処理領域はガスカーテンによって、隣接する処理領域から分離されている。処理領域のうちの少なくとも１つは、プラズマ処理領域であり、処理領域のうちの少なくとも１つは、非プラズマ処理領域である。コントローラは、サセプタアセンブリ及びガス分配アセンブリに接続されている。コントローラは、サセプタアセンブリを中心軸の周りで回転させるための第１の構成、非プラズマ処理領域内へとガスの流れを供給するための第２の構成、プラズマ処理領域内へとガスの流れを供給するための第３の構成、プラズマを点火するためにプラズマ処理領域に電力を供給するための第４の構成、及び／又は、プラズマ処理領域についてオン時間及びオフ時間を生成するためにプラズマ処理領域への電力をパルス化するための第５の構成、から選択される１つ以上の構成を有する。

［０００９］上述の本開示の特徴を詳細に理解しうるように、上記で簡単に要約された本開示のより具体的な説明が、実施形態を参照することによって得られ、一部の実施形態は、付随する図面に例示されている。しかし、添付の図面は本開示の典型的な実施形態のみを示すものであり、従って、本開示の範囲を限定するものと見做されず、本開示が他の等しく有効な実施形態も許容しうることに留意されたい。

［００１０］本開示の１つ以上の実施形態に係るバッチ処理チャンバの断面図を示す。 ［００１１］本開示の１つ以上の実施形態に係るバッチ処理チャンバの部分的な斜視図を示す。 ［００１２］本開示の１つ以上の実施形態に係るバッチ処理チャンバの概略図を示す。 ［００１３］本開示の１つ以上の実施形態に係るバッチ処理チャンバで使用するための、くさび形状ガス分配アセンブリの一部分の概略図を示す。 ［００１４］本開示の１つ以上の実施形態に係るバッチ処理チャンバの概略図を示す。

［００１５］本発明の幾つかの例示的な実施形態を説明する前に、本発明は下記の説明において明記される構成又は処理ステップの詳細事項に限定されないということを、理解されたい。本発明は、他の実施形態が可能であり、かつ、様々な方法で実践又は実施されうる。

［００１６］本明細書では、「基板（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）」は、製造プロセス中に表面上に膜処理が実施される任意の基板、又は、かかる基板上に形成された任意の材料面を表す。例えば、処理実施されうる基板表面には用途に応じて、シリコン、酸化シリコン、ストレインドシリコン、シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ：ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）、炭素がドープされた酸化シリコン、アモルファスシリコン、ドープされたシリコン、ゲルマニウム、ヒ化ガリウム、ガラス、サファイアといった材料、及び、金属、金属窒化物、金属合金、及びその他の導電材料といった任意の他の材料が含まれる。基板は半導体ウエハを含むが、これに限定されない。基板表面を、研磨、エッチング、還元、酸化、ヒドロキシル化、アニール、及び／又はベークするために、基板を前処理プロセスに曝露してよい。本発明では、基板自体の表面に直接的に膜処理を行うことに加えて、開示される膜処理ステップのうちの任意のものが、以下でより詳細に開示するように、基板に形成された下層でも実施されうる。「基板表面（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｓｕｒｆａｃｅ）」という用語は、文脈から分かるように、かかる下層を含むことを意図している。従って、例えば、膜／層又は部分的な膜／層が基板表面に堆積している場合には、新たに堆積した膜／層の露出面が基板表面となる。

［００１７］１つ以上の実施形態によれば、本方法は、原子層堆積（ＡＬＤ：ａｔｏｍｉｃ ｌａｙｅｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）プロセスを利用する。かかる実施形態では、基板表面は、前駆体（又は反応性ガス）に、連続的又は実質的に連続的に曝露される。本明細書全体を通じて、「実質的に連続的に（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌｌｙ）」とは、前駆体曝露の期間のほとんどが共試薬（ｃｏ−ｒｅａｇｅｎｔ）への曝露と重複しない（ただし一部は重複しうる）ことを意味する。本明細書及び添付の特許請求の範囲では、「前駆体（ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ）」、「反応体（ｒｅａｃｔａｎｔ）」、「反応性ガス（ｒｅａｃｔｉｖｅ ｇａｓ）」などの用語は、基板表面と反応しうる任意のガス状種を表わすために、互換可能に使用される。

［００１８］本開示の１つ以上の実施形態は、有利に、空間的ＰＥＡＬＤ処理の間に基板上の電荷の蓄積を低減する。幾つかの実施形態は、有利に、トランジスタの一部として形成されるコンデンサへの損傷を低減する方法を提供する。本開示の１つ以上の実施形態は、プラズマ源のためのＲＦ電力をパルス化することによって、基板上での電荷蓄積を低減する。

［００１９］幾つかの実施形態では、基板は、その上に形成され又は形成されている１つ以上のトランジスタを有する。電荷の蓄積によって損傷を受ける基板上のトランジスタゲートは、コンデンサを含んでおり、プラズマシースは有限の抵抗を有し、上記素子を充電するためにしばらく時間が掛かる。上記素子を充電する時間は、おおよそＲＣ時定数ある。発明者らは、ＲＦパルスが十分に短い場合には、電圧破壊を引き起こすレベルに電荷が達しないことを見出した。ＲＦパルシングによって、オフ期間中に電荷を消すことが可能となる。

［００２０］空間的ＰＥＡＬＤ処理チャンバでは、ウエハが、ウエハの大きさ（すなわち、直径）よりも小さいプラズマ領域を通って移動する。元来不均一なプラズマ条件（ウエハは、プラズマ無しの状態からピークプラズマ密度が１００％の状態までを進む）のために、ウエハ表面は、不均一な浮遊電位を経験する。ウエハ上の２点間の浮遊電位差は、素子（例えば、基板上のトランジスタ）の帯電をもたらす。ゲート誘電体の両端の電圧が降伏電圧を上回ると、素子への損傷が起こる。ウエハ上の各トランジスタのゲートはコンデンサであり、さらに、プラズマが有限のシース抵抗を有するため、素子を充電するために有限時間を要する。素子を充電するための有限時間は、ＲＣ時定数によって定められる。

［００２１］いかなる特定の動作理論にも束縛されることなく、本開示の幾つかの実施形態では、ウエハ又は形成されている素子が高い浮遊電位勾配に晒される時間を短縮すると考えられる。発明者らは、ＲＦ電力を繰り返すことによりプラズマ曝露時間を短縮することによって、ゲートの降伏電圧を超えないレベルまで電位勾配を下げることが可能であることを見出した。プラズマ曝露時間は、他の期間であって、プラズマが大きな電圧勾配を有しておらず素子上で蓄積される電荷を増大し続けず、電荷を放電させることが可能となる他の期間の後に続きうる。上記期間中に素子が完全に放電した場合には、サイクルを繰り返しても、ゲートの電圧が累積的に増大させることはなく損傷が発生しない。幾つかの実施形態では、ＲＦ電力をパルス化すること、即ち、ＲＦ電力を繰り返しオン及びオフすることにより、損傷を引き起こすことなく、素子を充電／放電させることが可能となる。オン／オフ時間は、マイクロ秒から数十マイクロ秒程度とすることが可能である。プラズマが、オン期間の最初の数マイクロ秒の間に変動する場合には、プラズマの過渡的挙動は、ＲＣ時定数というよりは、ゲートが経験する電荷の量（又は電圧）を決定づけうる。

［００２２］本開示の幾つかの実施形態は、バッチ処理チャンバ（空間的処理チャンバとも称される）を用いた膜堆積プロセスを対象とする。図１は、ガス分配アセンブリ１２０（注入器又は注入アセンブリとも称される）と、サセプタアセンブリ１４０と、を含む処理チャンバ１００の断面を示している。ガス分配アセンブリ１２０は、処理チャンバ内で用いられる任意の種類のガス供給装置である。ガス分配アセンブリ１２０は、サセプタアセンブリ１４０に対向する前面１２１を含む。前面１２１は、サセプタアセンブリ１４０に向けてガスの流れを送るための、任意の数の開口又は様々な開口を有しうる。ガス分配アセンブリ１２０は、図示されている実施形態では実質的に円形である外縁１２４も含む。

［００２３］利用されるガス分配アセンブリ１２０の特定の種類は、利用中の特定のプロセスに従って変わりうる。本開示の実施形態は、サセプタとガス分配アセンブリとの間の間隙が制御される任意の種類の処理システムと併用することが可能である。２成分反応においては、複数のガスチャネルが、少なくとも１つの第１の反応性ガスＡのチャネル、少なくとも１つの第２の反応性ガスＢのチャネル、少なくとも１つのパージガスＰのチャネル、及び／又は、少なくとも１つの真空Ｖのチャネルを含みうる。第１の反応性ガスＡのチャネル、第２の反応性ガスＢのチャネル、及びパージガスＰのチャネルから流れるガスは、ウエハの頂面に向けて方向付けられている。ガス流の一部は、ウエハの表面に亘って水平に移動し、パージガスＰのチャネルを通って処理領域から出る。

［００２４］幾つかの実施形態では、ガス分配アセンブリ１２０は、単一の注入ユニットで作られた堅い静止物体である。１つ以上の実施形態において、ガス分配アセンブリ１２０は、図２に示すように、複数の個別セクタ（例えば、複数の注入ユニット１２２）で構成される。単体の物体であっても、又は複数セクタで構成された物体でも、記載される本開示の様々な実施形態と共に利用されうる。

［００２５］サセプタアセンブリ１４０は、ガス分配アセンブリ１２０の下方に配置されている。サセプタアセンブリ１４０は、頂面１４１と、頂面１４１に設けられた少なくとも１つの凹部１４２と、を含む。サセプタアセンブリ１４０は、底面１４３及び縁部１４４も有する。凹部１４２は、処理される基板６０の形状及び大きさに従った任意の適切な形状及び大きさでありうる。図１に示す実施形態では、凹部１４２は、ウエハの底部を支持する平坦な底部を有しているが、凹部の底部は変わりうる。幾つかの実施形態では、凹部の外周縁の周りには、ウエハの外周縁を支持するよう大きさが定められた段差領域がある。段差によって支持されるウエハの外周縁の寸法は、例えば、ウエハの厚さと、ウエハの裏側に既にあるフィーチャ（特徴）の存在とに従って様々でありうる。

［００２６］幾つかの実施形態では、図１に示すように、サセプタアセンブリ１４０の頂面１４１に設けられた凹部１４２は、凹部１４２内で支持される基板６０が、サセプタ１４０の頂面１４１と実質的に同一平面の頂面６１を有するように、大きさが定められる。本明細書及び添付の特許請求の範囲で利用される場合、「ほぼ同一平面」という用語は、ウエハの頂面とサセプタアセンブリの頂面とが、±０．２ｍｍの範囲内で同一平面にあることを意味する。幾つかの実施形態では、頂面同士が、±０．１５ｍｍ、±０．１０ｍｍ、又は±０．０５ｍｍの範囲内で同一平面にある。

［００２７］図１のサセプタアセンブリ１４０は、サセプタアセンブリ１４０を上昇、下降、及び回転させることが可能な支持ポスト１６０を含む。サセプタアセンブリは、支持ポスト１６０の中央内部に、ヒータ又はガスライン又は電気的構成要素を含みうる。支持ポスト１６０は、サセプタアセンブリ１４０とガス分配アセンブリ１２０との間の間隙を広げたり狭めたりしてサセプタアセンブリ１４０を適切な位置へと動かす主たる手段でありうる。サセプタアセンブリ１４０は、サセプタアセンブリ１４０とガス分配アセンブリ１２０との間に所定の間隙１７０を生じさせるためにサセプタアセンブリ１４０に対してマイクロ調整を行うことが可能な微調整アクチュエータ１６２も含みうる。

［００２８］一部の実施形態では、間隙１７０の距離は、約０．１ｍｍから約５．０ｍｍの範囲内、若しくは約０．１ｍｍから約３．０ｍｍの範囲内、若しくは約０．１ｍｍから約２．０ｍｍの範囲内、若しくは約０．２ｍｍから約１．８ｍｍの範囲内、若しくは約０．３ｍｍから約１．７ｍｍの範囲内、若しくは約０．４ｍｍから約１．６ｍｍの範囲内、若しくは約０．５ｍｍから約１．５ｍｍの範囲内、若しくは約０．６ｍｍから約１．４ｍｍの範囲内、若しくは約０．７ｍｍから約１．３ｍｍの範囲内、若しくは約０．８ｍｍから約１．２ｍｍの範囲内、若しくは約０．９ｍｍから約１．１ｍｍの範囲内であるか、又は、約１ｍｍである。

［００２９］図に示す処理チャンバ１００は、サセプタアセンブリ１４０が複数の基板６０を保持することが可能なカルーセル型チャンバである。図２に示すように、ガス分配アセンブリ１２０は、複数の別体の注入ユニット１２２を含んでよく、各注入ユニット１２２は、ウエハが注入ユニットの下方で移動する際に、ウエハ上に膜を堆積させることが可能である。サセプタアセンブリ１４０の上方の、おおよそ対向している両側に配置された２個のパイ形状注入ユニット１２２が示されている。注入ユニット１２２の上記数は、例示のためにのみ示されている。より多く又はより少ない数の注入ユニット１２２が含まれうることが分かるであろう。幾つかの実施形態では、サセプタアセンブリ１４０の形状に従った形状を形成するのに十分な数のパイ形状注入ユニット１２２が存在する。幾つかの実施形態では、個別パイ形状注入ユニット１２２の各々が、他の注入ユニット１２２のいずれにも影響を与えることなく個別に動かされ、取り外され、及び／又は交換されうる。例えば、ロボットがサセプタアセンブリ１４０とガス分配アセンブリ１２０との間の領域にアクセスして、基板６０をロード／アンロードすることを可能にするために、１つのセグメントが上昇しうる。

［００３０］複数のウエハが同じ処理フローを経るように複数のウエハを同時に処理するために、複数のガス注入器を有する処理チャンバが使用されうる。例えば、図３に示すように、処理チャンバ１００は、４個のガス注入アセンブリ及び４個の基板６０を有する。処理開始時に、基板６０は、注入アセンブリ３０の間に配置されうる。サセプタアセンブリ１４０を４５度回転させた（１７）結果、ガス分配アセンブリ１２０の間にある各基板６０が、ガス分配アセンブリ１２０の下に点線円で示されているように、膜堆積のためにガス分配アセンブリ１２０のところに移動させられる。さらに４５°回転させると、基板６０は注入アセンブリ３０から離れるように移動するであろう。基板６０とガス分配アセンブリ１２０とは、数が同じであっても、異なっていてもよい。幾つかの実施形態では、処理されるウエハの数は、存在するガス分配アセンブリと同じ数になる。１つ以上の実施形態において、処理されるウエハの数は、ガス分配アセンブリの数の分数又は整数倍になる。例えば、４個のガス分配アセンブリが存在する場合、処理されるウエハの数は４ｘとなり、ここでｘは、１以上の整数値である。例示的な一実施形態において、ガス分配アセンブリ１２０は、ガスカーテンによって分離された８個の処理領域を含み、サセプタアセンブリ１４０は６個のウエハを保持しうる。

［００３１］図３に示す処理チャンバ１００は、可能な一構成を表しているに過ぎず、本開示の範囲を限定すると見なすべきではない。ここでは、処理チャンバ１００は複数のガス分配アセンブリ１２０を含んでいる。図示している実施形態では、処理チャンバ１００の周りに均等に離間した４個のガス分配アセンブリ（注入アセンブリ３０とも言われる）が存在する。図示の処理チャンバ１００は八角形であるが、当業者であれば、これは可能な一形状であり、本開示の範囲を限定すると見なすべきではないことが分かるであろう。図示されているガス分配アセンブリ１２０は台形であるが、単体の円形構成要素であってよく、又は、図２に示すように、複数のパイ形状セグメントで構成されてよい。

［００３２］図３に示す実施形態は、ロードロックチャンバ１８０、又は、バッファステーションのような補助チャンバを含む。上記チャンバ１８０は、例えば基板（基板６０とも称される）をチャンバ１００にロード／チャンバ１００からアンロードすることを可能にするために、処理チャンバ１００の１つの側面に接続されている。サセプタ上に基板を動かすために、チャンバ１８０内にウエハロボットが配置されうる。

［００３３］カルーセル（例えばサセプタアセンブリ１４０）の回転は、連続的であっても、断続的（非連続的）であってもよい。連続処理においては、ウエハは、注入器の各々に順に曝露されるように常に回転している。非連続処理においては、ウエハを注入器の領域へと移動させて停止させ、次いで、注入器間の領域８４へと移動させて停止させることが可能である。例えば、カルーセルは、ウエハが注入器間領域から注入器を越えて移動し（又は、注入器に隣接して停止し）、そして次の注入器間領域へと移動し、そこでカルーセルが再度休止し得るように、回転することが可能である。注入器間で休止することによって、各層堆積の間に、追加の処理（例えば、プラズマへの曝露）のための時間が提供されうる。

［００３４］図４は、注入ユニット１２２と称されうる、ガス分配アセンブリ２２０の一セクタ又は一部分を示している。注入ユニット１２２は、個別に使用してもよく、又は他の注入ユニットと組み合わせて使用してもよい。例えば、図５に示すように、図４の注入ユニット１２２が４つ組み合わされて、単一のガス分配アセンブリ２２０が形成される。（分かりやすくするために、４個の注入ユニットを分ける線は示されていない。）図４の注入ユニット１２２は、パージガスポート１５５及び真空ポート１４５に加えて、第１反応性ガスポート１２５と第２ガスポート１３５との両方を有するが、注入ユニット１２２に、これらの構成要素の全てが必要なわけではない。

［００３５］図４と図５の両方を参照すると、１つ以上の実施形態に係るガス分配アセンブリ２２０は、複数のセクタ（又は注入ユニット１２２）を含んでよく、各セクタは全く同一であり又は異なっている。ガス分配アセンブリ２２０は、処理チャンバの中に配置されており、ガス分配アセンブリ２２０の前面１２１に設けられた、複数の細長いガスポート１２５、１３５、１５５及び細長い真空ポート１４５を含んでいる。複数の細長いガスポート１２５、１３５、１５５、及び細長い真空ポート１４５は、内周縁１２３に隣接する領域から、ガス分配アセンブリ２２０の外周縁１２４に隣接する領域に向かって延在している。図示している複数のガスポートは、第１反応性ガスポート１２５と、第２ガスポート１３５と、第１反応性ガスポート及び第２反応性ガスポートの各々を取り囲む真空ポート１４５と、パージガス真空ポート１５５とを含む。

［００３６］図４又は図５に示す実施形態を参照すると、ポートは少なくとも内周領域周辺から少なくとも外周領域周辺まで延在すると述べていても、ポートが、単に内側領域から外側領域まで径方向に延在するだけではないことがある。上記ポートは、真空ポート１４５が反応性ガスポート１２５及び反応性ガスポート１３５を取り囲んでいることから、接線方向に延在しうる。図４及び図５に示す実施形態では、くさび型の反応性ガスポート１２５、１３５は、内周領域及び外周領域に隣接する縁部を含む全ての縁部が、真空ポート１４５によって囲まれている。

［００３７］図４を参照すると、基板が経路１２７に沿って移動するに際に、基板表面の各部分が様々な反応性ガスに曝露される。経路１２７を辿ると、基板は、パージガスポート１５５、真空ポート１４５、第１反応性ガスポート１２５、真空ポート１４５、パージガスポート１５５、真空ポート１４５、第２ガスポート１３５、そして真空ポート１４５に曝露され、又は、それらに「遭遇する（ｓｅｅ）」ことになる。ゆえに、図４に示す経路１２７の終わりでは、基板が第１反応性ガス１２５及び第２反応性ガス１３５に曝露されて、層が形成される。図示される注入ユニット１２２は四分円をなしているが、より大きく又はより小さいものである可能性もある。図５に示すガス分配アセンブリ２２０は、順次接続された図４の４個の注入ユニット１２２を組み合わせたものと見做されうる。

［００３８］図４の注入ユニット１２２では、複数の反応性ガスを分離させるガスカーテン１５０が示されている。「ガスカーテン」という用語は、混合しないように反応性ガスを分離するガス流又は真空の任意の組み合わせを描写するために使用されている。図４に示すガスカーテン１５０は、真空ポート１４５の、第１反応性ガスポート１２５と隣り合った部分と、中間のパージガスポート１５５と、真空ポート１４５の、第２ガスポート１３５と隣り合った部分と、を含んでいる。ガス流と真空との上記組み合わせは、第１反応性ガスと第２反応性ガスとの気相反応を防止又は最少化するために利用されうる。

［００３９］図５を参照すると、ガス分配アセンブリ２２０からのガス流と真空との組み合わせにより、複数の処理領域２５０への分離がもたらされる。上記処理領域は、上記２５０間のガスカーテン１５０により、個々のガスポート１２５、１３５の辺りで大まかに画定されている。図５に示す実施形態により、８個の別個のガスカーテン１５０を間に有する、８個の別個の処理領域２５０が作られる。処理チャンバは、少なくとも２つの処理領域を有しうる。幾つかの実施形態では、少なくとも３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、又は１２個の処理領域が存在する。

［００４０］処理中に、基板はどの時点においても１つより多くの処理領域２５０に曝露されうる。しかし、別々の処理領域に曝露される部分は、その２つを分離するガスカーテンを有することになる。例えば、基板の前縁部が第２ガスポート１３５を含む処理領域に入る場合、基板の中央部はガスカーテン１５０の下にあり、かつ、基板の後縁部は第１反応性ガスポート１２５を含む処理領域内にあることになる。

［００４１］ファクトリインターフェース２８０は、例えば、ロードロックチャンバでありうるが、処理チャンバ１００に接続された状態で示されている。基準のフレームを提示するために、基板６０が、ガス分配アセンブリ２２０に重ねた状態で示されている。基板６０はしばしば、ガス分配プレート１２０の前面１２１の近傍で保持されるようにサセプタアセンブリに載置されうる。基板６０は、ファクトリインターフェース２８０を介して、処理チャンバ１００の中へとロードされて、基板支持体又はサセプタアセンブリに載置される（図３参照）。基板６０は、当該基板６０が第１反応性ガスポート１２５の隣に配置され、かつ２つのガスカーテン１５０ａ、１５０ｂの間に配置されているため、処理領域内に配置された状態で示されうる。基板６０を経路１２７に沿って回転させることにより、この基板は、処理チャンバ１００をぐるりと反時計回りに移動することになる。従って、基板６０は、第１処理領域２５０ａから第８処理領域２５０ｈまでの処理領域に曝露される（第１から第８までの領域の間に全ての処理領域が含まれる）。

［００４２］本開示の実施形態は、複数の処理領域２５０ａ〜２５０ｈを有し、各処理領域がガスカーテン１５０によって隣の領域から分離されて処理チャンバ１００を含む処理方法を対象とする。例えば、上記処理チャンバが図５に示されている。処理チャンバ内のガスカーテン及び処理領域の数は、ガス流の配設に従った任意の適切な数でありうる。図５に示す実施形態は、８個のガスカーテン１５０と、８個の処理領域２５０ａ〜２５０ｈと、を有する。ガスカーテンの数は概して、処理領域の数と等しく、又は当該数より大きい。幾つかの実施形態では、処理領域の数は、ガスカーテンの数よりも多く、ガスカーテンにより分離されていない処理領域内に存在する１つ以上のガスが組み合わされる。

［００４３］複数の基板６０が、図１及び図２に示すサセプタアセンブリ１４０などの基板支持体に載置されている。複数の基板６０は、処理のために処理領域を回って回転させられる。概して、ガスカーテン１５０は、チャンバに反応性ガスが流れ込まない期間を含めて、処理の間ずっと稼働している（ガスが流れ、真空はオンになっている）。

［００４４］第１の反応性ガスＡが処理領域２５０のうちの１つ以上に流れ込んでいる間に、不活性ガスが、第１の反応性ガスＡが流れ込んでいない任意の処理領域２５０に流し込まれる。例えば、第１反応性ガスが処理領域２５０ｂから処理領域２５０ｈまでの処理領域に流れ込んでいる場合は、不活性ガスは、処理領域２５０ａに流れ込むであろう。不活性ガスは、第１反応性ガスポート１２５又は第２ガスポート１３５を通じて流されうる。

［００４５］処理領域内の不活性ガス流は一定であり又は可変でありうる。幾つかの実施形態では、反応性ガスが不活性ガスと共に流れる。不活性ガスは、キャリア及び希釈剤として作用する。キャリアガスに対する反応性ガスの量が少ないため、共に流れることによって隣り合う領域間の圧力差が減少し、処理領域間のガス圧のバランスを取ることが容易になりうる。

［００４６］従って、本開示の１つ以上の実施形態は、図５に示すようなバッチ処理チャンバを利用した処理方法を対象とする。基板６０は、複数の区域２５０を有する処理チャンバ中に置かれており、各区域は、ガスカーテン１５０によって隣りの区域から分離されている。基板表面の少なくとも一部分が、処理チャンバの第１区域２５０ａ内で第１の処理条件に曝露される。

［００４７］基板表面は、ガスカーテン１５０を通って処理チャンバの第２区域２５０ｂへと横方向に移動させられる。基板表面は、第２区域２５０ｂ内で第２の処理条件に曝露される。

［００４８］基板表面は、ガスカーテン１５０を通って処理チャンバの第３区域２５０ｃへと横方向に移動させられる。基板表面は次いで、第３区域２５０ｃ内で第３の処理条件に曝露されうる。幾つかの実施形態では、第３の区域２５０ｃは、第１の区域２５０ａ又は第２の区域２５０ｂのうちの１つ以上と同じ処理条件を含む。

［００４９］基板表面は、ガスカーテン１５０を通って処理チャンバの第４区域２５０ｄへと横方向に移動させられる。基板表面は次いで、第４の区域２５０ｄ内で第４の処理条件に曝露されうる。幾つかの実施形態では、第４の区域２５０ｄは、第１の区域２５０ａ、第２の区域２５０ｂ、又は第３の区域２５０ｃのうちの１つ以上と同じ処理条件を含む。

［００５０］第５の区域２５０ｅ、第６の区域２５０ｆ、第７の区域２５０ｇ、及び／又は第８の区域２５０ｈがそれぞれ独立して、第１から第４の処理条件のうちの１つ以上を有し又は別々の処理条件を有することが可能である。幾つかの実施形態では、第１、第３、第５、及び第７の区域が同じ処理条件を有し、第２、第４、第６、及び第８の区域が同じ処理条件を有し、これにより、処理チャンバの周りで１サイクルを行うウエハは、第１の処理条件と第２の処理条件とに４回繰り返して曝露されることになる。例えば、ウエハは、第１の処理条件及び第２の処理条件において、それぞれＡ処理及びＢ処理に４回繰り返し晒されて、４回のＡＢの繰り返しが行われる。

［００５１］幾つかの実施形態では、第１及び第５の区域が第１の処理条件を有し、第２及び第６の区域が第２の処理条件を有し、第３及び第７の区域が第３の処理条件を有し、第４及び第８の区域が第４の処理条件を有する。本構成の処理チャンバを回る完全なサイクルを形成するウエハは、上記４つの一連の処理条件に２回繰り返して曝露されることになるであろう。例えば、ウエハは、第１の処理条件、第２の処理条件、第３の処理条件、及び第４の処理条件のそれぞれにおいて、Ａ処理、Ｂ処理、Ｃ処理、及びＤ処理に２回繰り返さして曝露され、ＡＢＣＤの繰り返しが２回行われる。

［００５２］幾つかの実施形態では、処理領域のうちの少なくとも１つが、プラズマが生成されるプラズマ処理領域であり、処理領域のうちの少なくとも１つが、プラズマが生成されない非プラズマ処理領域である。プラズマ処理領域は、サセプタアセンブリ又は基板が電極として機能する直接プラズマ処理領域、又はサセプタアセンブリ又は基板が電極として機能することなくプラズマが生成される遠隔プラズマ処理領域でありうる。当業者は、直接又は遠隔のいずれかのプラズマ処理領域が、ＲＦホット電極に接続された適切な電源を有することが分かるであろう。電源は、ＲＦホット電極に所定周波数の電力を供給する。電力供給される電極は、プラズマ源内のガスをイオン化して、プラズマを形成する。

［００５３］本開示の幾つかの実施形態は、プラズマが無い第１の処理領域とプラズマがある第２の処理領域との間で基板を移動させることを含む処理方法を対象とする。第１の処理領域は、非プラズマ処理領域とも称される。第２の処理領域は、プラズマ処理領域とも称される。基板は、降伏電圧を有している。当業者は、基板が、基板、又は当該基板に形成されている素子（例えば、トランジスタ）の任意の部分を指すことが分かるであろう。

［００５４］幾つかの実施形態の基板は処理領域よりも大きく、これにより、基板のすべてが任意の所与の時間に処理領域内に収まりうる訳ではない。プラズマ処理領域と非プラズマ処理領域との間の基板の移動中に、基板の一部がプラズマに曝露され、基板の一部がプラズマに曝露されない。この不均一なプラズマ曝露の結果、電荷の蓄積、又は基板上の電圧（電位）差がもたらされる。

［００５５］幾つかの実施形態では、サセプタアセンブリの中心軸の周りの基板の回転は、基板上の任意の所与の点が約１００ミリ秒から約５００ミリ秒の範囲の時間の間特定の処理領域（例えば、第２の処理領域又はプラズマ処理領域）内にあるように十分である。幾つかの実施形態では、回転速度は、基板上の任意の所与の点が、約１５０ミリ秒から約３００ミリ秒の範囲の時間の間、又は約２００ミリ秒の間特定の処理領域に曝露されるように十分である。

［００５６］プラズマ処理領域又はプラズマ源への電力は、当該電力が非連続的な形でＲＦホット電極に印加されるように、パルス化される。第２の処理領域内のプラズマの電力をパルス化することにより、基板又は当該基板に形成される（又は形成されている）素子の降伏電圧を超える電圧差が基板上で形成されることが防止される。

［００５７］プラズマ源への電力のパルスは、オン時間及びオフ時間を含む。オン時間とは、プラズマ源に電力が供給される期間と定義され、オフ時間とは、電源が切られ又はプラズマ源に電力が供給されない期間と定義される。オン時間とオフ時間との比率は変えることが可能であり、基板上の平均電力及び電荷蓄積に影響を与えうる。幾つかの実施形態では、パルスのデューティサイクルが、約３０％から約７０％の範囲、若しくは約３５％から約６５％の範囲、若しくは約４０％から約６０％の範囲、若しくは約４５％から約５５％の範囲にあり、又は約５０％である。幾つか実施形態では、オン時間：オフ時間は、約３：７から約７：３の範囲、若しくは約３．５：６．５から約６．５：３．５の範囲、若しくは約４：６から約６：４の範囲、若しくは約４．５：５．５から約５．５：４．５の範囲にあり、又は約１：１である。

［００５８］オン時間とオフ時間の各々は変わりうる。幾つかの実施形態では、オン時間とオフ時間の各々は、約１マイクロ秒から約５０マイクロ秒の範囲から独立して選択される。幾つかの実施形態では、時間は、約２マイクロ秒から約４０マイクロ秒の範囲、若しくは、約３マイクロ秒から約３０マイクロ秒の範囲、又は約４マイクロ秒から約１５マイクロ秒の範囲にあり、又は約５マイクロ秒である。

［００５９］幾つかの実施形態では、オン時間は、基板又は当該基板上の素子の降伏電圧（Ｖｂ）より低い電圧差を基板上で蓄積するために必要な時間量として測定される。幾つかの実施形態では、オン時間の間、基板は、降伏電圧の約９５％以下、又は降伏電圧の約９０％以下、又は降伏電圧の約８５％以下、又は降伏電圧の約８０％以下の電圧差を蓄積する。

［００６０］幾つかの実施形態では、オフ時間は、基板上の電圧差を、降伏電圧の約１０％以下、又は降伏電圧の約５％以下、又は降伏電圧の約４％以下、又は降伏電圧の約３％以下、又は降伏電圧の約２％以下、又は降伏電圧の約１％以下に放電させることを可能とするために十分である。

［００６１］幾つかの実施形態では、プラズマがオフ時間の間に消えない。オン時間中に発生するプラズマの慣性は、デューティサイクルのオフ時間の間プラズマが点火し続けることを保証するために十分に大きい。

［００６２］図１に示すように、コントローラ３９５を設けてプラズマスパッタチャンバ１００の様々な構成要素に接続させて、それらの動作を制御しうる。コントローラ１９５は、処理チャンバ１００全体を制御する単一のコントローラ、又は、処理チャンバ１００の個々の部分を制御する複数のコントローラでありうる。幾つかの実施形態では、コントローラ１９５は、中央処理装置（ＣＰＵ：ｃｅｎｔｒａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｕｎｉｔ）１９６、サポート回路１９７、メモリ１９８、及び入力部／出力部（Ｉ／Ｏ）１９９を含む。コントローラ１９５は、直接的に、又は、特定の処理チャンバ及び／又は支援システム構成要素と関連付けられたコンピュータ（若しくはコントローラ）を介して、処理チャンバ１００を制御しうる。コントローラ１９５は、様々なチャンバ及びサブプロセッサを制御するための工業環境で使用されうる任意の形態の汎用コンピュータプロセッサのうちの１つでありうる。コントローラ１９５のメモリ又はコンピュータ可読媒体１９８は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ：ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）、読取り専用メモリ（ＲＯＭ：ｒｅａｄ ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ）、フロッピーディスク、ハードディスク、光記憶媒体（例えば、コンパクトディスク若しくはデジタルビデオディスク）、フラッシュドライブ、又はローカル若しくは遠隔の任意の他の形態のデジタルストレージなど、容易に入手可能なメモリのうちの１つ以上としうる。サポート回路１９７は、従来のやり方でプロセッサをサポートするためにＣＰＵ１９６に接続されている。上記回路は、キャッシュ、電力供給装置、クロック回路、入出力回路、及びサブシステムなどを含む。１つ以上の処理が、本明細書に記載のやり方で処理チャンバ１００又は個別の処理チャンバの動作を制御するために実行され又は呼び出されうるソフトウェアルーチンとして、メモリ１９８に格納されうる。ソフトウェアルーチンは、ＣＰＵ１９６によって制御されるハードウェアから遠隔に位置付けられた第２のＣＰＵ（図示せず）によっても、格納及び／又は実行されうる。入力部／出力部１９９は、キーボード、コンピュータマウス、ディスプレイ及び／又はプリンタを含むことが可能である。

［００６３］幾つかの実施形態では、コントローラがサセプタアセンブリ及びガス分配アセンブリに接続されている。コントローラは、様々な機能及びプロセスを制御するための１つ以上の構成を有する。幾つかの実施形態では、上記構成は、サセプタアセンブリを中心軸の周りに回転させるための第１の構成、非プラズマ処理領域内へのガスの流れを供給するための第２の構成、プラズマ処理領域内へのガスの流れを供給するための第３の構成、プラズマを点火するためにプラズマ処理領域に電力を供給するための第４の構成、及び／又は、プラズマ処理領域についてオン時間及びオフ時間を生成するためにプラズマ処理領域への電力をパルス化するための第５の構成から選択される。

［００６４］１つ以上の実施形態によれば、基板は、層の形成に先立って及び／又は層の形成の後で処理が施される。上記処理は、同じチャンバ内、又は、１つ以上の別個の処理チャンバ内で実施することが可能である。幾つかの実施形態では、基板が、第１のチャンバから、更なる処理のために別個の第２のチャンバに移動させられる。基板は、第１のチャンバから別個の処理チャンバへと直接的に移動させることが可能であり、又は、第１のチャンバから１つ以上の移送チャンバへと移動させ、次いで別個の処理チャンバへと移動させることが可能である。従って、処理装置は、移送ステーションと通じている複数のチャンバを含みうる。この種の装置は「クラスタツール（ｃｌｕｓｔｅｒ ｔｏｏｌ）」又は「クラスタシステム（ｃｌｕｓｔｅｒｅｄ ｓｙｓｔｅｍ）」等と称されうる。

［００６５］クラスタツールは概して、基板の中心検出及び配向、ガス抜き、アニール処理、堆積、及び／又はエッチングを含む様々な機能を実行する、複数のチャンバを備えたモジュールシステムである。１つ以上の実施形態によれば、クラスタツールは、少なくとも第１のチャンバ及び中央移送チャンバを含む。中央移送チャンバは、処理チャンバとロードロックチャンバの間で基板を往復搬送することが可能なロボットを収容しうる。移送チャンバは典型的に、真空条件で維持されており、基板を、１のチャンバから、他のチャンバ及び／又はクラスタツールの前端に配置されたロードロックチャンバへと往復搬送するための中間ステージを提供する。本開示のために適合されうる二つのよく知られたクラスタツールが、Ｃｅｎｔｕｒａ（登録商標）及びＥｎｄｕｒａ（登録商標）であり、両方とも、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（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．）から入手可能である。しかしながら、チャンバの実際の配置及び組合せは、本明細書に記載のプロセスの特定のステップを実施するために変更されうる。利用可能な他の処理チャンバには、限定されないが、周期的層堆積（ＣＬＤ：ｃｙｃｌｉｃａｌ ｌａｙｅｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、原子層堆積（ＡＬＤ：ａｔｏｍｉｃ ｌａｙｅｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、化学気相堆積（ＣＶＤ：ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、物理的気相堆積（ＰＶＤ：ｐｈｙｓｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、エッチング、予洗浄、化学洗浄、ＲＴＰといった熱処理、プラズマ窒化、ガス抜き、配向、ヒドロキシル化、及び他の基板処理が含まれる。クラスタツールのチャンバ内で処理を実行することにより、後続膜の堆積に先立って酸化を起こすことなく、空気中の不純物による基板の表面汚染を回避しうる。

［００６６］１つ以上の実施形態によれば、基板は、継続的に真空条件又は「ロードロック」条件の下にあり、１のチャンバから次のチャンバへと移動するときに周囲空気に曝露されない。移送チャンバは、このように真空下にあり、真空圧力下で「ポンプダウン」されている。処理チャンバ又は移送チャンバ内に不活性ガスが存在してよい。幾つか実施形態では、反応物質の一部又は全部を除去するために、不活性ガスがパージガスとして使用される。１つ以上の実施形態によれば、反応物質が堆積チャンバから移送チャンバ及び／又はさらなる処理チャンバへと移動することを防止するために、パージガスが堆積チャンバの出口で注入される。このようにして、不活性ガスの流れが、チャンバの出口でカーテンを形成する。

［００６７］基板は、単一の基板堆積チャンバ内で処理されてよく、この単一の基板堆積チャンバでは、単一の基板が他の基板が処理される前にロードされ、処理され、及びアンロードされる。基板は、コンベヤシステムに類似した連続的なやり方でも処理することが可能であり、ここでは、複数の基板が個々にチャンバの第１の部分の中へとロードされ、チャンバを通って移動し、及び、チャンバの第２の部分からアンロードされる。チャンバ及び関連するコンベヤシステムの形状によって、直線経路又は湾曲経路が形成されうる。加えて、処理チャンバはカルーセルであってよく、ここでは、複数の基板が、中心軸の周りを移動させられ、及び、カルーセル経路全体を通じて堆積、エッチング、アニール処理、洗浄等の処理に晒される。

［００６８］処理中に、基板は加熱又は冷却されうる。そうした加熱又は冷却は、基板支持体の温度を変化させること、及び、基板表面へと加熱又は冷却されたガスを流すことを含むがこれらに限定されない任意の適当な手段によって、達成することが可能である。幾つかの実施形態では、基板支持体は、伝導的に基板温度を変えるよう制御されうるヒータ／クーラを含む。１つ以上の実施形態において、基板温度を局所的に変えるために、利用されるガス（反応性ガス又は不活性ガス）が加熱又は冷却される。幾つか実施形態では、ヒータ／クーラが、基板温度を対流によって変えるために、チャンバ内部で基板表面に隣接するように配置される。

［００６９］基板はまた、処理中に静止状態であり又は回転させられうる。回転する基板は、連続的又は非連続に段階的に（基板軸の周りを）回転させられうる。例えば、処理全体を通して基板を回転させてもよく、又は、様々な反応性ガス又はパージガスへの曝露の合間に基板を少しずつ回転させてもよい。処理中に基板を（連続的にまたは段階的に）回転させることは、例えば、ガス流形状の局所的な変動の影響を最小限に抑えることで、より均一な堆積またはエッチングの生成を支援しうる。

［００７０］本明細書全体を通じて、「一実施形態」、「特定の実施形態」、「１つ以上の実施形態」、又は「或る実施形態」に対する言及は、実施形態に関連して説明されている特定の特徴、構造、材料、又は特性が、本開示の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。ゆえに、本明細書全体の様々な箇所での「１つ以上の実施形態で」、「特定の実施形態で」、「一実施形態で」、又は「或る実施形態で」といった表現は、必ずしも、本開示の同一の実施形態に言及するものではない。さらに、特定の特徴、構造、材料、又は特性は、１つ以上の実施形態において任意の適切なやり方で組み合わせられうる。

［００７１］本明細書の開示は、特定の実施形態を参照して説明されているが、これらの実施形態は、本開示の原理及び利用の例示にすぎないことを理解されたい。本開示の思想及び範囲から逸脱することなく、本開示の方法及び装置に対して様々な修正及び変更を行い得ることが、当業者には明らかであろう。ゆえに、本開示は、添付の特許請求の範囲及びその均等物の範囲にある修正例及び変形例を含むことが意図されている。

Claims (15)

1. 処理方法であって、
   ガスカーテンによって分離された複数の処理領域を含むバッチ処理チャンバ内に基板を配置することであって、前記基板は降伏電圧を有する、基板を配置することと、
   前記基板を、プラズマが無い第１の処理領域からプラズマがある第２の処理領域へと移動させることと、
   前記基板上の電圧差が前記降伏電圧を超えることを防止するために、前記第２の処理領域内の前記プラズマの電力をパルス化することと
   を含む、処理方法。
2. 前記処理領域の大きさは、前記基板の大きさよりも小さい、請求項１に記載の方法。
3. 前記基板は、前記基板上の任意の所与の点が約１００ミリ秒から約５００ミリ秒の範囲の時間の間、前記第２の処理領域に曝露されるように十分な速度で移動させられる、請求項１に記載の方法。
4. 前記時間は約２００ミリ秒である、請求項３に記載の方法。
5. 前記電力をパルス化することは、オン時間の間、前記プラズマに電力を供給することと、オフ時間の間電力を供給しないこととを含む、請求項１に記載の方法。
6. 前記オン時間：前記オフ時間は、約４：６から約６：４の範囲内である、請求項５に記載の方法。
7. 前記オン時間：前記オフ時間は約１：１である、請求項５に記載の方法。
8. 前記オン時間が、約１マイクロ秒から約５０マイクロ秒の範囲内にある、請求項５に記載の方法。
9. 前記オフ時間が、約１マイクロ秒から約５０マイクロ秒の範囲内である、請求項５に記載の方法。
10. 前記オン時間の間、前記基板では、前記降伏電圧の約９５％以下の電圧差が蓄積する、請求項５に記載の方法。
11. 前記基板では、前記降伏電圧の約８０％以下の電圧差が蓄積する、請求項１０に記載の方法。
12. 前記オフ時間は、前記基板上の前記電圧差を、前記降伏電圧の約５％以下まで放電させることを可能にするために十分である、請求項５に記載の方法。
13. 前記オフ時間は、前記基板上の前記電圧差を、前記降伏電圧の約１％以下まで放電させることを可能にするために十分である、請求項１２に記載の方法。
14. 前記プラズマが、前記オフ時間の間に消えない、請求項１２に記載の方法。
15. 前記処理領域の各々がパイ形状を成し、前記基板が、サセプタアセンブリの中心軸の周りを回転させられる、請求項１に記載の方法。

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