JP2021521326A - 高温アモルファスカーボン堆積の厚膜堆積中の自発的アークの解決 - Google Patents

高温アモルファスカーボン堆積の厚膜堆積中の自発的アークの解決 Download PDF

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Abstract

本発明の実施形態は、概して、プラズマ処理チャンバ内での厚膜堆積中のアークを低減するための装置に関する。一実施形態では、基板の外径より約０．２８インチから約０．３８インチ大きい内縁直径を含むエッジリングは、基板上に厚い（２ミクロンを超える）層を堆積させるときに利用される。この層は、誘電体層、例えば、アモルファスカーボン層などの炭素ハードマスク層でありうる。厚い層の堆積中の基板の外縁とエッジリングの内縁との間の０．１４インチから０．１９インチの間隙によって、層の厚さの均一性が維持されつつ、基板支持体表面のアークが低減される。【選択図】図１

Description

本開示の実施形態は、概して、プラズマ処理チャンバ内での厚膜堆積中のアークを低減するための装置に関する。
プラズマ促進化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）プロセスは、電磁エネルギーを少なくとも１つの前駆体ガス又は前駆体蒸気に適用して、前駆体を反応性プラズマに変換する化学プロセスである。ＰＥＣＶＤを使用することには、限定はしないが、膜の形成に必要とされる温度を下げること、膜の形成速度を上げること、及び形成される層の特性を高めることを含めた、多くの利点が存在する。
ＰＥＣＶＤプロセスは、ハードマスクの形成において、ますます普及してきている。デバイスが６４の酸化物／窒化物交互層を含むスタックから９６又は１２８の酸化物／窒化物交互層へと進化するにつれて、ハードマスク（通常は炭素含有ハードマスク）の厚さは３ミクロンを超えて増加する。炭素ハードマスクの厚さが２ミクロンを超えると、堆積時間の延長又はプラズマ出力の増加に起因して、局所的な電荷の蓄積及び一貫性のない電荷散逸経路のリスクが高まる。局所的な電荷の蓄積及び一貫性のない電荷散逸経路は、アークの形での瞬間的な放電による故障をもたらしうる。統計的に、ハードマスクのレジメがより厚くなると、アークによって生じる欠陥率は指数関数的に（約０．３パーセントから約３０パーセントへ）増加する。アーク放電率の増加に起因して、９６又は１２８の酸化物／窒化物交互層を備えた将来的なデバイスは実現不可能であり、将来的なデバイス及び用途の拡張性が制限される。
したがって、プラズマ処理チャンバ内での厚膜堆積中のアークを低減するために、改良された装置が必要とされている。
本開示の実施形態は、概して、プラズマ処理チャンバ内での厚膜堆積中のアークを低減するための装置に関する。一実施形態では、リングは、上面、該上面に平行な底面、上面を底面に接続する傾斜面（該傾斜面と底面とが約２０度から約８０度の範囲の角度を形成する）、上面を底面に接続する外縁、及び傾斜面と底面との接合部によって画成される内縁（該内縁は約１２．０８インチから約１２．１８インチの範囲の直径を有する）を有する本体を備えている。
別の実施形態では、基板上に層を形成するための処理チャンバは、チャンバ本体、該チャンバ本体上に配置された蓋、チャンバ本体に配置された基板支持体、及び基板支持体上に配置されたエッジリングを含む。エッジリングは、外縁と内縁とを有する本体を備えており、内縁の直径は基板の直径より約０．２８インチから約０．３８インチ大きい。
別の実施形態では、方法は、基板を処理チャンバ内に配置することであって、基板がエッジリングで取り囲まれており、基板とエッジリングの内縁との間の距離が約０．１４インチから約０．１９インチの範囲である、配置すること、及び基板上に誘電体層を形成することを含み、該誘電体層は約２ミクロンを超える厚さを有する。
本開示の上記の特徴を詳細に理解できるように、上に簡単に要約されている本開示のより詳細な説明が実施形態を参照することによって得られ、その一部は、添付の図面に示されている。しかしながら、添付の図面は例示的な実施形態を示しているにすぎず、したがって、その範囲を限定するとみなすべきではなく、他の等しく有効な実施形態も許容されうることに留意されたい。
本明細書に記載される一実施形態によるプラズマ処理チャンバの概略的な断面図 本明細書に記載される一実施形態による図１のエッジリングの断面斜視図 本明細書に記載される一実施形態による図１のプラズマ処理チャンバ内で層を形成するための方法を示すフローチャート
理解を容易にするため、可能な場合には、図面に共通する同一の要素を示すために同一の参照番号が用いられる。一実施形態の要素及び特徴は、さらなる記述がなくとも、他の実施形態に有益に組み込むことができることが企図されている。
本開示の実施形態は、概して、プラズマ処理チャンバ内での厚膜堆積中のアークを低減するための装置に関する。一実施形態では、基板の外径より約０．２８インチから約０．３８インチ大きい内径を含むエッジリングは、基板上に厚い（２ミクロンを超える）層を堆積させる場合に利用される。この層は、誘電体層、例えば、アモルファスカーボン層などの炭素ハードマスク層でありうる。厚い層の堆積中の基板の外縁とエッジリングの内縁との間の０．１４インチから０．１９インチの間隙によって、層の厚さの均一性が維持されつつ、基板支持体表面のアークが低減される。
本明細書で用いられる「基板」とは、製造プロセス中にその上に膜処理が行われる、任意の基板又は基板上に形成された材料表面のことを指す。例えば、処理が実施されうる基板表面は、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）、炭素をドープした酸化シリコン、アモルファスシリコン、ドープしたシリコン、ゲルマニウム、ヒ化ガリウム、ガラス、サファイアなどの材料、並びに、金属、金属窒化物、金属合金、及び他の導電材料など、他の任意の材料を含む。基板には半導体ウエハが含まれるが、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／又はベイクするために、基板を前処理プロセスに曝してもよい。基板の表面上での直接的な膜処理に加えて、開示された膜処理工程のいずれかを、以下により詳細に開示されるように基板上に形成された下層に対して実施することもでき、「基板表面」という用語は、文脈が示すように、このような下層を含むことが意図されている。したがって、例えば、膜／層又は部分的な膜／層が基板表面上に堆積されている場合には、新たに堆積された膜／層の露出面が基板表面となる。
図１は、本明細書に記載される一実施形態によるプラズマ処理チャンバ１００の概略的な断面図である。処理チャンバ１００は、ＰＥＣＶＤチャンバ又は他のプラズマ促進処理チャンバでありうる。本明細書に記載される実施形態から利益を得ることができる例示的な処理チャンバは、米国カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から入手可能なＰＥＣＶＤ対応チャンバのＰＲＯＤＵＣＥＲ（登録商標）シリーズである。他の製造業者からの他の同様に装備された処理チャンバもまた、本明細書に記載される実施形態から利益を得ることができることが企図されている。処理チャンバ１００は、チャンバ本体１０２、該チャンバ本体１０２の内部に配置された基板支持体１０４、及びチャンバ本体１０２に結合され、処理領域１２０内の基板支持体１０４を囲む蓋アセンブリ１０６を備えている。蓋アセンブリ１０６はガス分配器１１２を含む。基板１５４は、チャンバ本体１０２に形成された開口部１２６を介して処理領域１２０に提供される。
セラミック又は金属酸化物、例えば、酸化アルミニウム及び／又は窒化アルミニウムなどの誘電体材料でありうるアイソレータ１１０は、チャンバ本体１０２からガス分配器１１２を分離する。ガス分配器１１２は、プロセスガスを処理領域１２０に入れるための開口部１１８を特徴とする。プロセスガスは、導管１１４を介して処理チャンバ１００に供給することができ、該プロセスガスは、開口部１１８を通って流れる前に、ガス混合領域１１６に入ることができる。排気口１５２は、基板支持体１０４の下方の位置でチャンバ本体１０２に形成される。排気口１５２は、処理チャンバ１００から未反応の核種及び副生成物を除去するために、真空ポンプ（図示せず）に接続することができる。
ガス分配器１１２は、ＲＦ発生器又はＤＣ電源などの電源１４１に結合することができる。ＤＣ電源は、ガス分配器１１２に連続的なＤＣ電力及び／又はパルス状のＤＣ電力を供給することができる。ＲＦ発生器は、ガス分配器１１２に連続的なＲＦ電力及び／又はパルス状のＲＦ電力を供給することができる。動作中に電源１４１がオンになり、ガス分配器１１２に電力を供給して、処理領域１２０におけるプラズマの形成を促進する。
基板支持体１０４は、セラミック材料、例えば、金属酸化物又は金属窒化物、若しくは酸化物／窒化物混合物、例えば、アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、又は酸化アルミニウム／窒化アルミニウム混合物などから形成することができる。基板支持体１０４はシャフト１４３によって支持されている。基板支持体１０４は接地されていてもよい。電極１２８が基板支持体１０４に埋め込まれている。電極１２８は、プレート、有孔プレート、メッシュ、ワイヤスクリーン、又は他の任意の分散配置でありうる。電極１２８は、接続１３０を介して電源１３２に結合されている。電源１３２はＲＦ発生器であってよく、該電源１３２は、処理領域１２０で形成されるプラズマの特性を制御するため、又は処理領域１２０内でのプラズマの生成を促進するために利用することができる。例えば、電源１４１と電源１３２とは、処理領域１２０内の複数の核種のイオン化を促進するために、２つの異なる周波数に調整することができる。一例では、電源１４１及び電源１３２を利用して、処理領域１２０内に容量結合プラズマを生成することができる。
基板支持体１０４は、基板１５４及びエッジリング１４０を支持するための表面１４２を含む。基板１５４及びエッジリング１４０は、基板支持体１０４の表面１４２上に同心円状に配置することができる。エッジリングは、基板支持体と同じ材料から製造することができる。エッジリング１４０は内縁１４４と外縁１４６とを含む。基板１５４は外縁１４８を含む。一実施形態では、基板１５４の外縁１４８とエッジリング１４０の内縁１４４との間の距離Ｄは、約０．１４インチから約０．１９インチの範囲である。２ミクロンを超える厚さのハードマスクなど、厚い層の堆積中に約０．１４インチから約０．１９インチの範囲の距離Ｄを有することで、厚い層の層の厚さの均一性が維持されつつ、基板支持体１０４の表面１４２のアークが低減される。
従来、基板１５４の外縁１４８と従来のエッジリングの内縁との間の距離は、約０．２から０．８インチである。厚い層の堆積中に電荷が誘電体閾値を超えて蓄積すると、基板１５４と従来のエッジリングとの間の基板支持体１０４の表面１４２で瞬間放電が生じる。
基板１５４の外縁１４８とエッジリング１４０の内縁１４４との間の距離を約０．１４インチから約０．１９インチに減少させることにより、基板１５４とエッジリング１４０との間の基板支持体１０４の表面１４２におけるアークが最小化されることが見出された。一実施形態では、基板１５４は約１１．８インチの直径を有し、エッジリング１４０の内縁１４４の直径は約１２．２インチである。表１は、エッジリング１４０を有することの有益性を示している。
Figure 2021521326
表１の例では、６００Ｖを電極１２８に印加して、堆積中の電荷蓄積を意図的に増加させた。典型的には、通常の厚い層の堆積中に電極１２８に印加される電圧は６００Ｖ未満である。６００Ｖなどの高電圧が電極１２８に印加された場合でさえ、エッジリング１４０ではアークは観察されなかった。
距離Ｄが０．１インチ未満、例えば０インチの場合には（エッジリングは基板と接触している）、基板１５４上に堆積された厚い層の厚さの均一性の低下も見出された。したがって、２ミクロンを超える厚さを有するハードマスクなどの厚い層の堆積中の距離Ｄが約０．１４インチから約０．１９インチの範囲では、層の厚さの均一性が維持されるとともに、基板支持体１０４の表面１４２でのアークが減少する。一実施形態では、基板１５４は約１１．８インチの直径を有しており、エッジリング１４０の内縁１４４の直径は約１２．０８インチから約１２．１８インチの範囲である。一実施形態では、エッジリング１４０の内縁１４４の直径は、基板１５４の直径の約１０２．４パーセントから約１０３．２パーセントである。一実施形態では、エッジリング１４０の内縁１４４によって画成される開口部は、基板１５４の主表面の面積の約１０４．８パーセントから約１０６．５パーセントである。
図２は、本明細書に記載される一実施形態による図１のエッジリング１４０の断面斜視図である。図２に示されるように、エッジリング１４０は内縁１４４と外縁１４６とを備えている。エッジリング１４０は、互いに平行でありうる、上面２０２及び底面２０４をさらに備えている。上面２０２は傾斜面２０６によって底面２０４に接続され、内縁１４４は底面２０４と傾斜面２０６との接合部である。角度Ａは底面２０４と傾斜面２０６とによって形成され、該角度Ａは、例えば、約４０度から約７０度、例えば約５５度から約６５度など、約２０度から約８０度の範囲である。角度Ａが、例えば１０度など、２０度より小さい場合、内縁１４４は容易に欠けることがあり、この欠けた位置においてアークが発生する可能性がある。
図３は、本明細書に記載される一実施形態による図１のプラズマ処理チャンバ１００内で層を形成するための方法３００を示すフローチャートである。方法３００は、図１に示される基板１５４などの基板が、図１に示される処理チャンバ１００などの処理チャンバ内に配置されるブロック３０２から開始する。基板は、図１に示されるエッジリング１４０などのエッジリングで取り囲まれ、基板とエッジリングの内縁との間の距離は、約０．１４インチから約０．１９インチの範囲である。基板は、９６又は１２８の交互の酸化物／窒化物層、例えば酸化ケイ素層及び窒化ケイ素層などの層のスタックを含む。
次に、ブロック３０４では、ＰＥＣＶＤを使用して、アモルファスカーボン層などの誘電体層を層のスタックの上に堆積させる。誘電体層は、約３ミクロンなど、２ミクロンを超える厚さを有する。誘電体層の堆積中、基板とエッジリングの内縁との間でアークは発生しない。ブロック３０６では、続いて誘電体層上にフォトレジストが形成され、パターン化され、ブロック３０８で示されるように、該パターンが誘電体層に転写される。次に、ブロック３１０では、層のスタックに１つ以上の開口部が形成される。この１つ以上の開口部は、１つ以上のエッチングプロセスによって形成することができる。
基板上に約２ミクロンを超える厚さを有する層の堆積中に、基板の外径より約０．２８インチから約０．３８インチ大きい内縁直径を有するエッジリングを利用することにより、層の厚さの均一性が維持されるとともに、基板支持体表面のアークが低減される。
上記は本開示の実施形態を対象とするが、本開示の基本的な範囲から逸脱することなく、本開示の他の実施形態及びさらなる実施形態が考案されうる。

Claims (15)

  1. リングであって、
    本体を備えており、前記本体が、
    上面；
    前記上面に平行な底面；
    前記上面を前記底面に接続する傾斜面であって、前記傾斜面と前記底面とが約２０度から約８０度の範囲の角度を形成する、傾斜面；
    前記上面を前記底面に接続する外縁；及び
    前記傾斜面と前記底面との接合部によって画成される、約１２．０８インチから約１２．１８インチの範囲の直径を有する内縁
    を備えている、
    リング。
  2. 前記リングがセラミック材料から製造される、請求項１に記載のリング。
  3. 前記角度が約４０度から約７０度の範囲である、請求項１に記載のリング。
  4. 前記角度が約５５度から約６５度の範囲である、請求項１に記載のリング。
  5. 基板上に層を形成するための処理チャンバであって、
    チャンバ本体；
    前記チャンバ本体上に配置された蓋；
    前記チャンバ本体に配置された基板支持体；及び
    前記基板支持体上に配置されたエッジリング
    を備えており、前記エッジリングが、
    本体を備えており、前記本体が、
    外縁；及び
    内縁
    を備えており、前記内縁の直径が、前記基板の直径より約０．２８インチから約０．３８インチ大きい、
    処理チャンバ。
  6. 前記内縁の直径が約１２．０８インチから約１２．１８インチの範囲である、請求項５に記載の処理チャンバ。
  7. 前記内縁の直径が前記基板の直径の約１０２．４パーセントから約１０３．２パーセントである、請求項５に記載の処理チャンバ。
  8. 前記エッジリングがセラミック材料から製造される、請求項５に記載の処理チャンバ。
  9. 前記エッジリングが、
    上面；
    前記上面に平行な底面；及び
    前記上面を前記底面に接続する傾斜面
    をさらに含む、請求項５に記載の処理チャンバ。
  10. 前記内縁が、前記傾斜面と前記底面との接合部によって画成される、請求項９に記載の処理チャンバ。
  11. 方法において、
    エッジリングで取り囲まれた基板を処理チャンバ内に配置することであって、前記基板と前記エッジリングの内縁との距離が約０．１４インチから約０．１９インチの範囲である、配置すること；及び
    前記基板上に、約２ミクロンを超える厚さを有する誘電体層を形成すること、
    を含む、方法。
  12. 前記基板が層のスタックを含み、前記誘電体層が前記層のスタック上に形成される、請求項１１に記載の方法。
  13. 前記層のスタックが複数の交互の酸化物層及び窒化物層を含む、請求項１２に記載の方法。
  14. 前記誘電体層上にフォトレジストを形成し、パターン化することをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
  15. 前記層のスタックに１つ以上の開口部を形成することをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
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