JP2022061961A - ガス供給ユニットおよびガス供給ユニットを含む基材処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ガス供給ユニットを開示する。
【解決手段】一例示的なガス供給ユニットは、複数の注入孔を備えた上部プレート、および上部プレートに対して構築され配置されて注入孔からのガス流を誘導する仕切り板を含み、複数の注入孔の一つは中央注入孔であり、前述の複数の注入孔の一つの他は外側注入孔として中央注入孔の周りに同心円状に配置され、仕切り板は中央注入孔と流体連通する中央貫通孔を備え、上部プレートに向かって延在する複数の突起を備えることによって複数のゾーンを形成し、そのゾーンの各々が外側注入孔の一つと流体連通する。
【選択図】図１

Description

本開示は、概して、ガス供給ユニットおよびガス供給ユニットを含む基材処理装置に関し、より具体的には、基材の特定部分上の膜堆積を制御することができるガス供給ユニット、およびガス供給ユニットを含む基材処理装置に関する。

半導体デバイスの製造プロセスにおいて、回路線幅が減少するにつれ、より精密なプロセス制御が要求される。膜堆積処理において、これは重要な半導体処理の一つであり、高い膜均一性を達成するための様々な試みがなされてきた。

均一な膜堆積の主要な要因の一つは、ガス供給ユニットである。シャワープレートは、共通ガス供給ユニットに使用される。シャワープレートは、基材上に同軸状にガスを均一に供給するメリットを有する。しかしながら、基材の縁部の膜厚および基材の中心部分の膜厚は、例えば、排気ポートおよびゲートバルブ内のガス流に起因して均一ではない場合がある。

この節で説明される問題および解決策の説明を含むすべての説明は、本開示の背景を提供する目的でのみこの開示に含まれ、本発明がなされた時点で、説明のいずれかまたは全てが公知であったこと、あるいはそれらが先行技術を構成していることを認めたものと解釈されるべきではない。

この発明の概要は、概念の選択を簡略化した形で紹介するために提供される。これらの概念について、以下の本開示の例示的な実施形態の「発明を実施するための形態」において、さらに詳細に説明される。この発明の概要は、特許請求される主題の主要な特徴または本質的な特徴を特定することを意図しておらず、又特許請求される主題の範囲を限定するために使用されることを意図していない。

本開示の例示的な実施形態によって、ガス供給ユニットが提供される。ガス供給ユニットは、複数の注入孔を備えた上部プレート、および上部プレートに対して構築され配置されて注入孔からのガス流を誘導する仕切り板を備え、複数の注入孔の一つは中央注入孔であり、前述の複数の注入孔の一つの他は外側注入孔として中央注入孔の周りに同心円状に配置され、仕切り板は中央注入孔と流体連通する中央貫通孔を備え、上部プレートに向かって延在する複数の突起を備えることによって複数のゾーンを形成し、そのゾーンの各々が外側注入孔の一つと流体連通する。

様々な実施形態では、複数のゾーンのうち少なくとも一つは、実質的に台形状で設けられ得る。

様々な実施形態では、ゾーンの数は、四つであり得、そのうち一つのゾーンのサイズは、他の三つのゾーンのサイズよりも大きい。

様々な実施形態では、突起部は、中心から外側へ放射状に配置され得る。

様々な実施形態では、ガス供給ユニットは、ガス供給ユニットの外側のガス流を誘導する複数の孔を備えたシャワープレートをさらに備え、シャワープレートは上部プレートの下面に取り付けられる。

様々な実施形態では、ガス供給ユニットは、上部プレートの上面に接続された絶縁体をさらに備え得、絶縁体は、中央注入孔と流体連通する中央孔を備え、複数の外側孔を備え、その各々は外側注入孔と流体連通する。

様々な実施形態では、ガス供給ユニットは、仕切り板の下面とシャワープレートの上面との間に配置され、ゾーンの中央貫通孔および周囲と流体連通するように構成されたガス流チャネルをさらに備え得る。

様々な実施形態では、ガス供給ユニットは、その各々が中央孔および外側孔と流体連通する、複数のガススプリッターを備え得る。

様々な実施形態では、ガス供給ユニットは、分岐ガス管に分岐するよう構成された共通ガス管をさらに備え得、その各々がガススプリッターに接続される。

様々な実施形態では、ガス供給ユニットは、共通ガス管上流に接続するように構成された液体ガス管および乾性ガス管をさらに備え得る。

様々な実施形態では、ガス供給ユニットは、ガススプリッターの流量を制御するように構成されたコントローラをさらに備え得る。

様々な実施形態では、基材処理装置を備える。基材処理装置は、反応チャンバーと、反応チャンバー内に位置し、基材を支持するように構築され配置されたサセプターと、を備え、装置は、ガス供給ユニットを備え、シャワープレートはサセプターに面するように構築され配置される。

様々な実施形態では、基材処理装置は、反応チャンバーの側壁に配置された基材輸送管をさらに備え得、複数のゾーンのうち最大のゾーンは、基材輸送管の近傍に配置される。

様々な実施形態では、基材処理装置は、反応チャンバーの側壁に配置された真空孔をさらに備え得、複数のゾーンのうち最大のゾーンは、真空孔の近傍に配置される。

本開示の例示的な実施形態のより完全な理解は、以下の例示的な図面に関連して考慮される場合、発明を実施するための形態及び特許請求の範囲を参照することによって得られることができる。

本発明の一実施形態で使用可能な膜を堆積させるためのＰＥＣＶＤ（プラズマ増強化学気相堆積）装置の概略図である。 仕切り板を含むガス供給ユニットを示す概略図である。 スプリッターおよびガス管を含むガス供給ユニットを示す概略図である。

当然のことながら、図内の要素は、単純化および明瞭化のために例示されていて、必ずしも実寸に比例して描かれていない。例えば、図内の要素のうちのいくつかの寸法は、本開示の例示された実施形態の理解を助けるために他の要素に対して相対的に誇張されている場合がある。

ある特定の実施形態及び実施例を以下に開示するが、それらは、本開示が具体的に開示する本開示の実施形態及び／又は用途、ならびにその明白な変更及び均等物を超えて拡大することは、当業者により理解されるであろう。したがって、本開示の範囲は、本明細書に記載される具体的な実施形態によって限定されるべきではないことが意図される。

本明細書に示される図は、任意の特定の材料、装置、構造又はデバイスの実際の図であることを意味せず、本開示の実施形態について記載するために使用される、単なる表現にすぎない。

本開示において、「ガス」は、常温および常圧で気体、気化した固体および／または気化した液体である材料を含み得、また状況に応じて単一の気体または気体の混合物で構成され得る。プロセスガス以外のガス、すなわち、シャワーヘッドなどのガス供給ユニットを通過することなく導入されるガスは、例えば反応空間を封止するのに使用され得、希ガスまたは他の不活性ガスなどのシールガスを含み得る。用語、不活性ガスは、かなりの程度まで化学反応に関与しないガス、および／または、プラズマ電力が適用された場合に、前駆体を励起するガスを指す。前駆体および反応物質という用語は、交換可能に使用することができる。

本明細書で使用する用語「基材」は、使用される場合がある、又はその上にデバイス、回路もしくはフィルムが形成される場合がある、あらゆる下層材料又は複数の下層材料を指してもよい。

本明細書で使用される用語「膜」及び「薄膜」は、本明細書に開示される方法により堆積させた任意の連続的又は非連続的な構造体及び材料を指すことができる。「膜」及び「薄膜」としては、例えば、２Ｄ材料、ナノロッド、ナノチューブもしくはナノ粒子、又は平坦な部分的なもしくは完全な分子層、又は部分的なもしくは完全な原子層、又は原子及び／もしくは分子のクラスタ、を挙げることができる。「膜」及び「薄膜」は、ピンホールを有する材料又は層を含み得るが、それでも少なくとも部分的に連続している。

例えば図１に示す装置を含む任意の好適な装置を用いてプロセスサイクルを実施し得る。図１は、ＰＥＣＶＤ装置の概略図である。この図において、反応チャンバー１００の内部に一対の導電性平板電極３０、１１０を互いに平行に対向させて設け、一方の側３０にＨＲＦ電力（例えば、１３．５６ＭＨｚまたは２７ＭＨｚ）を印加し、他方の側１１０を電気的に接地することにより、プラズマが電極間で励起され得る。サセプター１１０（下部電極）は温度調節器を備え得、その上に配置された基材の温度は所定の温度で一定に保持され得る。上部電極３０はシャワープレートとしても機能し得、反応物質ガスおよび前駆体ガスはシャワープレート３０を通って反応チャンバー１００に導入され得る。加えて、反応チャンバー１１０内には、排気管１４０が備えられ、これを通って反応チャンバー１００の内部のガスが排出され得る。

さらに、反応チャンバー１００の下に配置された輸送チャンバー１５０を備え得、輸送ゾーンが提供され得る。それを通してウエハが輸送チャンバー１５０の中に、またはそこから輸送される、ゲートバルブ１３０およびウエハ輸送管１３５を備え得る。いくつかの実施形態では、ガスを励起するために遠隔プラズマ装置が使用され得る。

いくつかの実施形態では、マルチチャンバーモジュール（互いに近接して配置されたウエハを処理するための二つまたは四つのチャンバーまたは区画）が使用され得、反応物質ガスは共有管を介して供給され得る一方、前駆体ガスは非共有管を介して供給され得る。

当業者は、本装置が、本明細書の他の箇所に記載された堆積プロセス及び反応器洗浄プロセスを実行させるようにプログラムされた又はそうでなければ構成された一つまたは複数の制御装置を備えることを理解するであろう。当業者には理解され得るように、制御装置は、様々な電源、加熱システム、ポンプ、ロボット、およびガス流量制御装置または反応器のバルブと連通している。

図１および図２への追加参照により、ガス供給ユニット１が図示される。ガス供給ユニット１は、中央注入孔５および外側注入孔６、７、８、９を備えた上部プレート３を含む。外側注入孔６、７、８、９は、中央注入孔５の周りに同心円状に配置される。

ガス供給ユニット１は、上部プレート３に対して構成および配置される、仕切り板１０をさらに含む。仕切り板１０は、中央注入孔５と流体連通する中央貫通孔１５、およびその各々が外側注入孔６、７、８、９と流体連通するゾーン１６、１７、１８、１９を有する。

ガス供給ユニット１は、仕切り板１０から上部プレート３に向かって延在する突起部２５、２６、２７、２８をさらに含む。突起部２５、２６、２７、２８は、ゾーン１６、１７、１８、１９を形成するように構成され、中心から外側へ放射状に配置され得る。すべてのゾーン１６、１７、１８、１９は、実質的に同じ台形状を有し得るか、または一部のゾーンのサイズは、他のゾーンのサイズよりも大きい場合がある。第一のゾーン１６は、ウエハ輸送管１３５の近傍に配置され得る。第二のゾーン１８は、真空孔１４０の近傍に配置され得る。

ガス供給ユニット１は、ガス流を基材の方へ誘導する複数の孔を有するシャワープレート３０をさらに含み得る。シャワープレート３０は、上部プレート３の下面に取り付けられ得る。

ガス供給ユニット１は、上部プレート３の上面に接続された絶縁体４０をさらに含み得る。絶縁体４０は、中央注入孔５と流体連通する中央孔４５、および外側注入孔６、７、８、９と流体連通する外側孔４６、４７、４８、４９を含み得る。

ガス供給ユニット１は、仕切り板１０の下面とシャワープレート３０の上面との間に配置され、中央貫通孔１５およびゾーン１６、１７、１８、１９の周囲と流体連通するように構成されたガス流チャネル６０をさらに備える。

図３を追加的に参照すると、ガス供給ユニット１は、中央孔４５および外側孔４７それぞれと流体連通する、五つのガススプリッター７０をさらに含み得る。ガス供給ユニット１は、分岐ガス管８１、８２、８３、８４、８５に分岐する共通ガス管８０をさらに備え得る。分岐ガス管８１、８２、８３、８４、８５の各々は、ガススプリッター７０に接続される。ガス供給ユニット１は、共通ガス管８０上流に接続するように構成された液体ガス管１００および乾性ガス管９０をさらに備え得る。

炭素層を形成するための液体ガスとしての炭素前駆体は、反応チャンバー内に導入され得る。例示的な前駆体は、式ＣｘＨｙＮｚによって表される化合物を含み、式中、ｘは２以上の自然数であり、ｙは自然数であり、およびｚはゼロまたは自然数である。例えば、ｘは約２～約１５の範囲、ｙは約４～約３０の範囲、ｚは約０～約１０の範囲とし得る。前駆体は、二個以上の炭素原子と一個または複数個の水素原子とを有する鎖または環状分子、例えば上記の式より表される分子を含み得る。特定の例により、前駆体は、一つまたは複数の環状（例えば、芳香族）構造および／または少なくとも一つの二重結合、場合によっては、二つ以上または三つ以上の二重結合を有する化合物であり得るか、または含み得る。特定の例として、炭素前駆体は、１，３，５，トリメチルベンゼンまたは２，４，６，トリメチルピリジンであり得るか、または含み得る。

乾性ガスとしての一つまたは複数の不活性ガスは、例えば、アルゴン、ヘリウム、および窒素のうちの一つ以上を、任意の組み合わせで含み得る。不活性ガスは、反応チャンバー内のプラズマを点火する、またはプラズマの点火を容易にするために、反応チャンバーから反応物質および／または副生成物をパージするために使用され得、および／または反応チャンバーへの前駆体の送達を支援するキャリアガスとして使用され得る。プラズマを点火および維持するために使用される電力は、約５０Ｗ～約８，０００Ｗの範囲であり得る。電力の周波数は、約２．０ＭＨｚ～約２７．１２ＭＨｚの範囲であり得る。

ガス供給ユニットは、ガススプリッター７０の流量を制御するように構成されたコントローラ２００をさらに備え得る。流量を調節することによって、各ゾーン１６、１７、１８、１９内のガス量を制御し得る。したがって、特定の周辺部分内に形成された膜の均一性または特性を選択的に制御し得る。例えば、ゾーン１６および１８に堆積された膜の均一性は、選択的に制御され得る。

上記に記載の本開示の例示的な実施形態は、これらの実施形態が単に本発明の実施形態の実施例にすぎないため、本発明の範囲を限定しない。任意の均等物の実施形態は、本発明の範囲内であることが意図される。実際に、記載の要素の代替的な有用な組み合わせなど、本明細書に示されかつ記載されたものに加えて、本開示の様々な修正は、記載内容から当業者には明らかになる場合がある。こうした修正および実施形態も、添付の特許請求の範囲の範囲内に含まれることが意図される。

Claims (14)

1. 複数の注入孔を備えた上部プレートと、
   前記上部プレートに対して構築および配置され、前記注入孔からのガス流を誘導する仕切り板と、を備えるガス供給ユニットであって、
   前記複数の注入孔のうちの一つが中央注入孔であり、前記複数の注入孔のうちの一つ以外が、外側注入孔として前記中央注入孔の周りに同心円状に配置され、
   前記仕切り板が、前記中央注入孔と流体連通する中央貫通孔を備え、前記上部プレートに向かって延在する複数の突起部を備えることによって複数のゾーンを形成し、各ゾーンが前記外側注入孔のうちの一つと流体連通する、ガス供給ユニット。
2. 前記複数のゾーンのうち少なくとも一つが実質的に台形状で設けられている、請求項１に記載のガス供給ユニット。
3. 前記複数のゾーンの数が四つであり、一つのゾーンのサイズが他の三つのゾーンのサイズよりも大きい、請求項１に記載のガス供給ユニット。
4. 前記突起部が中心から外側へ放射状に配置されている、請求項１に記載のガス供給ユニット。
5. 前記ガス供給ユニットの外側のガス流を誘導する複数の孔を備えたシャワープレートをさらに備え、前記シャワープレートが前記上部プレートの下面に取り付けられている、請求項１に記載のガス供給ユニット。
6. 前記上部プレートの上面に接続された絶縁体をさらに備え、前記絶縁体が、前記中央注入孔と流体連通する中央孔と、前記複数の外側注入孔と各々流体連通する複数の外側孔と、を備える、請求項１に記載のガス供給ユニット。
7. 前記仕切り板の下面と前記シャワープレートの上面との間に配置され、前記中央貫通孔および前記ゾーンの周囲と流体連通するように構成されたガス流チャネルをさらに備える請求項５に記載のガス供給ユニット。
8. 前記中央孔および前記複数の外側孔と各々流体連通する複数のガススプリッターをさらに備える請求項６に記載のガス供給ユニット。
9. 前記複数のガススプリッターに各々接続される複数の分岐ガス管に分岐するよう構成された共通ガス管をさらに備える請求項８に記載のガス供給ユニット。
10. 前記共通ガス管の上流に接続するように構成された液体ガス管および乾性ガス管をさらに備える請求項９に記載のガス供給ユニット。
11. 前記ガススプリッターの流量を制御するように構成されたコントローラをさらに備える、請求項１０に記載のガス供給ユニット。
12. 反応チャンバーと、
    前記反応チャンバー内に位置し、基材を支持するように構築及び配置されたサセプターと、を備える基材処理装置であって、
    前記基材処理装置が請求項１に記載のガス供給ユニットを備え、シャワープレートが前記サセプターに面するように構築及び配置されている、基材処理装置。
13. 前記反応チャンバーの側壁に配置された基材輸送管をさらに備え、前記複数のゾーンのうち最大のゾーンが前記基材輸送管の近傍に配置されている、請求項１２に記載の基材処理装置。
14. 前記反応チャンバーの側壁に配置された真空孔をさらに備え、前記複数のゾーンのうち最大のゾーンが前記真空孔の近傍に配置されている、請求項１２に記載の基材処理装置。

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