JP2022523095A - 急速交互プロセスにおいて均一性を向上させるためのマルチロケーションガス注入 - Google Patents

Abstract

【解決手段】急速交互プロセスのために処理チャンバに堆積ガスおよびエッチングガスを提供するように構成されたガス供給システムは、第１のオリフィスを通じて堆積ガスマニホールドからガス分配装置の第１のゾーンに堆積ガスを提供し、第１のオリフィスよりも直径を有する第２のオリフィスを通じて、堆積ガスマニホールドからガス分配装置の第２のゾーンに堆積ガスを提供するように配置された第１の弁を備える。第２の弁は、第３のオリフィスを通じてエッチングガスマニホールドからガス分配装置の第１のゾーンにエッチングガスを提供し、第３のオリフィスとは異なる直径を有する第４のオリフィスを通じて、エッチングガスマニホールドからガス分配装置の第２のゾーンにエッチングガスを提供するように配置されている。【選択図】図２Ｂ

Description

［関連出願の相互参照］
本願は、２０１９年１月３１日出願の米国仮出願第６２／７９９，２８８号の利益を主張する。上記出願の全ての開示は、参照により本明細書に援用される。

本開示は基板処理システムに関し、特に、急速交互プロセス（ＲＡＰ）のためのガス注入システムおよび方法に関する。

本明細書に記載の背景技術の説明は、本開示の内容を一般的に提示するためである。現在名前が挙げられている発明者の発明は、本背景技術欄、および出願時の先行技術に該当しない説明の態様において記載される範囲で、本開示に対する先行技術として明示的にも黙示的にも認められない。

半導体ウエハなどの基板の製造中に、処理チャンバ内でエッチングプロセスおよび堆積プロセスが実施されてよい。基板は、処理チャンバ内で静電チャック（ＥＳＣ）または台座などの基板支持体の上に配置される。処理チャンバでは処理ガスが導入され、プラズマが生成される。

いくつかの基板処理システムは、エッチングプロセスと堆積プロセスとの間の急速切り替えを含む急速交互プロセス（ＲＡＰ）を実施するように構成されてよい。いくつかの例では、各エッチングプロセスおよび各堆積プロセスの持続期間は、１秒未満であってよい。例えばＲＡＰは、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）エッチング、シリコン深堀り（ＤＳｉＥ）処理などで用いられてよい。

急速交互プロセス（ＲＡＰ）のために処理チャンバに堆積ガスおよびエッチングガスを提供するように構成されたガス供給システムは、堆積ガスマニホールドおよびガス分配装置と流体連通する第１の弁と、第１の弁とガス分配装置との間に配置された第１のオリフィスと、第１の弁とガス分配装置との間に配置された第２のオリフィスと、を備える。第１の弁は、第１のオリフィスを通じて堆積ガスマニホールドからガス分配装置の第１のゾーンに堆積ガスを提供し、第２のオリフィスを通じて堆積ガスマニホールドからガス分配装置の第２のゾーンに堆積ガスを提供するように配置され、第１のオリフィスおよび第２のオリフィスは、異なる直径を有する。ガス供給システムはさらに、エッチングガスマニホールドおよびガス分配装置と流体連通する第２の弁と、第２の弁とガス分配装置との間に配置された第３のオリフィスと、第２の弁とガス分配装置との間に配置された第４のオリフィスと、を備える。第２の弁は、第３のオリフィスを通じてエッチングガスマニホールドからガス分配装置の第１のゾーンにエッチングガスを提供し、第４のオリフィスを通じてエッチングガスマニホールドからガス分配装置の第２のゾーンにエッチングガスを提供するように配置され、第３のオリフィスおよび第４のオリフィスは、異なる直径を有する。

他の特徴では、第１の弁および第２の弁は、１０ｍｓ以内に開状態と閉状態との間で遷移するように構成された高速切替弁である。ガス分配装置はシャワーヘッドであり、第１のゾーンはシャワーヘッドの内側ゾーンであり、第２のゾーンはシャワーヘッドの外側ゾーンである。第２のオリフィスの直径は、第１のオリフィスの直径よりも大きく、第３のオリフィスの直径は、第４のオリフィスの直径よりも大きい。第１のオリフィスおよび第２のオリフィスの直径は、第１の所定比の堆積ガスを第１のゾーンおよび第２のゾーンに提供するように選択され、第３のオリフィスおよび第４のオリフィスの直径は、第２の所定比のエッチングガスを第１のゾーンおよび第２のゾーンに提供するように選択される。

他の特徴では、ガス供給システムはさらに、コントローラであって、ＲＡＰの堆積サイクル中に第１の所定比で堆積ガスを第１のゾーンおよび第２のゾーンに提供するために第１の弁を選択的に開閉し、ＲＡＰのエッチングサイクル中に第２の所定比でエッチングガスを第１のゾーンおよび第２のゾーンに提供するために第２の弁を選択的に開閉するように構成されたコントローラを備える。

他の特徴では、ガス分配装置は３つ以上のゾーンを備える。第１のゾーンおよび第２のゾーンは、径方向のゾーンである。第１のゾーンは、ガス分配装置の中央の１つの注入点に対応する。第２のゾーンは、ガス分配装置の端の１つの注入点に対応する。

本開示のさらなる適用分野は、発明を実行するための形態、特許請求の範囲、および図面から明らかになるだろう。発明を実行するための形態および特定の例は、例示のみの目的を意図し、本開示の範囲を限定する意図はない。

急速交互プロセス（ＲＡＰ）のために堆積ガスおよびエッチングガスを処理チャンバに提供するように構成されたガス供給システムは、堆積ガスマニホールドおよびガス分配装置と流体連通する第１の流量コントローラと、第１の流量コントローラとガス分配装置との間に配置された第１の弁と、第１の流量コントローラとガス分配装置との間に配置された第２の弁と、を備える。第１の弁は、第１の流量コントローラからガス分配装置の第１のゾーンに堆積ガスを提供するように配置され、第２の弁は、第１の流量コントローラからガス分配装置の第２のゾーンに堆積ガスを提供するように配置されている。ガス供給システムはさらに、エッチングガスマニホールドおよびガス分配装置と流体連通する第２の流量コントローラと、第２の流量コントローラとガス分配装置との間に配置された第３の弁と、第１の流量コントローラとガス分配装置との間に配置された第４の弁と、を備える。第３の弁は、第２の流量コントローラからガス分配装置の第１のゾーンにエッチングガスを提供するように配置され、第４の弁は、第２の流量コントローラからガス分配装置の第２のゾーンにエッチングガスを提供するように配置されている。

他の特徴では、第１、第２、第３、および第４の弁は、１０ｍｓ以内に開状態と閉状態との間で遷移するように構成された高速切替弁である。ガス分配装置はシャワーヘッドであり、第１のゾーンはシャワーヘッドの内側ゾーンであり、第２のゾーンはシャワーヘッドの外側ゾーンである。第１の流量コントローラは、第１の所定比の堆積ガスを第１のゾーンおよび第２のゾーンに提供するように構成され、第２の流量コントローラは、第２の所定比のエッチングガスを第１のゾーンおよび第２のゾーンに提供するように構成されている。

他の特徴では、ガス供給システムはさらに、コントローラであって、ＲＡＰの堆積サイクル中に第１の所定比で堆積ガスを第１のゾーンおよび第２のゾーンに提供するために、第１の流量コントローラを選択的に調節して第１の弁および第２の弁を開閉し、ＲＡＰのエッチングサイクル中に第２の所定比でエッチングガスを第１のゾーンおよび第２のゾーンに提供するために、第２の流量コントローラを選択的に調節して第３の弁および第４の弁を開閉するように構成されたコントローラを備える。

他の特徴では、ガス分配装置は３つ以上のゾーンを備える。第１のゾーンおよび第２のゾーンは、径方向のゾーンである。第１のゾーンは、ガス分配装置の中央の１つの注入点に対応する。第２のゾーンは、ガス分配装置の端の１つの注入点に対応する。

処理チャンバにおいて急速交互プロセス（ＲＡＰ）を実施するための方法は、処理チャンバ内に基板が配置された状態で、第１の期間に処理チャンバに堆積ガス混合物を提供する工程を含む。堆積ガス混合物を提供する工程は、第１の弁および第１のオリフィスを通じて堆積ガスマニホールドからガス分配装置の第１のゾーンに堆積ガス混合物を提供する工程と、第１の弁および第２のオリフィスを通じて堆積ガスマニホールドからガス分配装置の第２のゾーンに堆積ガス混合物を提供する工程と、を含む。第１のオリフィスおよび第２のオリフィスは、異なる直径を有する。この方法はさらに、処理チャンバから堆積ガス混合物をパージする工程と、第２の期間に処理チャンバにエッチングガス混合物を提供する工程と、を含む。エッチングガス混合物を提供する工程は、第３のオリフィスを通じてエッチングガスマニホールドからガス分配装置の第１のゾーンにエッチングガス混合物を提供する工程と、第４のオリフィスを通じてエッチングガスマニホールドからガス分配装置の第２のゾーンにエッチングガス混合物を提供する工程と、を含む。第３のオリフィスおよび第４のオリフィスは、異なる直径を有する。この方法はさらに、処理チャンバからエッチングガス混合物をパージする工程と、堆積ガス混合物およびエッチングガス混合物の提供を少なくとも１回繰り返す工程と、を含む。

本開示は、発明を実施するための形態および添付の図面からより深く理解されるだろう。

本開示による例示的な基板処理システムの機能ブロック図。

本開示による例示的なデュアルゾーンシャワーヘッド。 本開示による例示的なデュアルゾーンシャワーヘッド。

本開示による例示的なデュアルゾーンシャワーヘッドの断面図。

本開示による例示的なガス供給システムの機能ブロック図。

本開示による別の例示的なガス供給システムの機能ブロック図。

本開示による急速交互プロセス（ＲＡＰ）を実施するための例示的な方法の工程。

図中では、類似および／または同一の要素を識別するために、参照番号は繰り返し用いられてよい。

エッチング、堆積などのプロセスの間、基板は、基板処理システムの基板支持体上に配置される。基板支持体は、基板を支持するように配置されたセラミック層を備えてよい。例えば、基板は処理の間、セラミック層にクランプされてよい。いくつかの例では、基板処理システムは、エッチングプロセスと堆積プロセスとの間で速やかに切り替わるように（すなわち、急速交互プロセス（ＲＡＰ）において）構成されてよい。通常のＲＡＰでは、それぞれのサイクル中に、堆積プロセスガスおよびエッチングプロセスガスは、ガス分配装置（例えば、シャワーヘッド）の外側または端のゾーンおよび内側ゾーンに提供される。例えば、いくつかの実施形態では、堆積プロセスガス混合物は外側または端のゾーンに提供され、エッチングプロセスガス混合物は内側ゾーンに提供される。いくつかの例では、堆積および／またはエッチングプロセスガス混合物は、サイドガス注入ノズルを通じて供給されてもよい。

本開示の原理によるガス注入システムおよび方法は、特定の選択されたプロセスガス混合物をシャワーヘッドのそれぞれの位置（例えば、シャワーヘッドの異なるゾーン、径方向位置など）に注入するように構成されている。注入位置は、所望のエッチングおよび堆積の均一性を実現するため、特定のプロセス、レシピ、ガスおよびガス混合物などのために最適化されうる。例えば、ディープトレンチ素子分離ＲＡＰは、エッチングプロセスガス混合物（例えば、六フッ化硫黄（ＳＦ₆））を内側ゾーンに注入し、堆積プロセスガス混合物（例えば、オクタフルオロシクロブタン／ペルフルオロシクロブタン（Ｃ₄Ｆ₈））を外側ゾーンに注入するように構成されたデュアルゾーンシャワーヘッドのために最適化されてよい。ガスの注入位置、流量、および比率は、高速切替弁（例えば、１０ｍｓ以内に反応するように構成された原子層堆積（ＡＬＤ）弁）、流量コントローラ、および／または、所望のガス注入比を実現するように構成されたガス通過孔を用いて制御されてよい。

ここで図１Ａを参照すると、本開示による基板処理システム１０の例が示されている。基板処理システム１０は、コイル駆動回路１１を備える。図のように、コイル駆動回路１１は、ＲＦ源１２およびチューニング回路１３を備える。チューニング回路１３は、１つ以上の誘導トランス結合プラズマ（ＴＣＰ）コイル１６に直結されてよい。あるいは、チューニング回路１３は、任意の反転回路１５によって１つ以上のコイル１６に接続されてよい。チューニング回路１３は、ＲＦ源１２の出力を所望の周波数および／または所望の位相に調整し、コイル１６のインピーダンスを合わせ、ＴＣＰコイル１６の間で電力を分割する。反転回路１５は、１つ以上のＴＣＰコイル１６を通る電流の極性を選択的に切り替えるのに用いられる。いくつかの例では、コイル駆動回路１１は、ＴＣＰコイル１６を駆動するためにトランス結合容量性同調切り替え（ＴＣＣＴ）整合回路網を実装する。例えば、スイッチドキャパシタを有するＴＣＣＴ整合回路網を用いる処理チャンバは、その全てが参照により本明細書に援用される、本発明の譲受人に譲渡された米国特許第９，５１５，６３３号において図説されている。

ガス分配装置（例えば、内部に１つ以上のプレナムを規定するシャワーヘッド２０）は、誘電体窓２４と処理チャンバ２８との間に配置される。例えば、誘電体窓２４はセラミックを備える。いくつかの例では、シャワーヘッド２０は、セラミックまたは別の誘電材料を備える。処理チャンバ２８はさらに、基板支持体（または、台座）３２を備える。基板支持体３２は、静電チャック（ＥＳＣ）、または機械式チャック、または他の種類のチャックを備えてよい。

プロセスガスは、シャワーヘッド２０を通じて処理チャンバ２８に供給され、プラズマ４０は、処理チャンバ２８の内部で生成される。例えばＲＦ信号は、ＴＣＰコイルから誘電体窓２４を通って処理チャンバ２８の内部に伝達される。ＲＦ信号は、処理チャンバ２８内でガス分子を励起してプラズマ４０を生成する。プラズマ４０は、基板３４の露出面をエッチングする。ＲＦ源５０およびバイアス整合回路５２は、イオンエネルギを制御するために、動作中に基板支持体３２にバイアスを印加するのに用いられてよい。

ガス供給システム５６は、処理チャンバ２８にプロセスガス混合物を供給するのに用いられてよい。ガス供給システム５６は、プロセスガスおよび不活性ガス源５７（例えば、堆積ガス、エッチングガス、キャリアガス、不活性ガスなどを含む）、弁および流量コントローラ（例えば、マスフローコントローラ（ＭＦＣ））などのガス計量システム５８－１および５８－２、ならびに、それぞれのマニホールド５９－１および５９－２を備えてよい。例えば、ガス計量システム５８－１およびマニホールド５９－１は、エッチング中に処理チャンバ２８にエッチングガス混合物を提供するように配置されてよく、ガス計量システム５８－２およびマニホールド５９－２は、堆積中に処理チャンバ２８に堆積ガス混合物を提供するように配置されてよい。例えば、エッチングガス混合物および堆積ガス混合物は、コイル１６を介し誘電体窓２４のそれぞれの経路を通じて、シャワーヘッド２０のプレナムに提供されてよい。本開示の原理によるガス供給システム５６の例示的実施形態は、以下の図２および３においてより詳細に説明される。ヒータ／クーラ６４は、基板支持体３２を所定温度に加熱／冷却するのに用いられてよい。排気システム６５は、パージまたは排気によって処理チャンバ２８から反応剤を除去するために、弁６６およびポンプ６７を備える。

コントローラ５４は、エッチングプロセスを制御するのに用いられてよい。コントローラ５４は、システムパラメータを監視し、ガス混合物の供給、プラズマの生成、維持、および消弧、反応剤の除去などを制御する。また、コントローラ５４は、コイル駆動回路１１、ＲＦ源５０、およびバイアス整合回路５２などの様々な態様を制御してよい。いくつかの例では、基板支持体３２は温度調整が可能である。一例では、温度コントローラ６８は、基板支持体３２に配置された熱制御素子（ＴＣＥ）などの複数の発熱体７０に接続されてよい。温度コントローラ６８は、基板支持体３２および基板３４の温度を制御するよう複数の発熱体７０を制御するために用いられてよい。

いくつかの例では、本開示の原理によるガス供給システム５６は、図１Ｂおよび１Ｃにそれぞれ示されるように、デュアルゾーンシャワーヘッド１２０－１および１２０－２（総称して、シャワーヘッド１２０）にエッチングプロセスガス混合物および堆積プロセスガス混合物を提供するように構成されている。シャワーヘッド１２０は、内側ゾーン１２４および外側ゾーンまたはエッジゾーン１２８（例えば、内側径方向ゾーンおよび外側径方向ゾーン）を備えてよい。図には２つの径方向（すなわち、同心環状）ゾーンが示されているが、他の例では、シャワーヘッド１２０は、異なる形状および向きを有する任意の数のゾーン（例えば、複数のくさび形または扇形のゾーン）を備えてよい。

図１Ｄには、径方向の内側ゾーン１３６および外側ゾーン１４０を備える例示的なシャワーヘッド１３２の断面が示されている。例えばシャワーヘッド１３２は、内側ゾーン１３６に対応する第１のプレナム１４４と、外側ゾーン１４０に対応する第２のプレナム１４８とを規定する。堆積ガス混合物およびエッチングガス混合物は、以下により詳細に説明されるＲＡＰに従って、それぞれの流入口１５２を通じて第１のプレナム１４４および第２のプレナム１４８に提供される。内側ゾーン１３６に提供されたガス混合物は、第１のプレナム１４４を満たして加圧し、孔１５６から処理チャンバ２８に流れ出る。一方で、外側ゾーン１４０に提供されたガス混合物は、第２のプレナム１４８を満たして加圧し、孔１６０から処理チャンバ２８に流れ出る。

次に図２Ａを参照すると、本開示によりシャワーヘッド２０８を介して処理チャンバ２０４に堆積ガスおよびエッチングガスを提供するように構成された例示的なガス供給システム２００がより詳細に示されている。例えのみでは、シャワーヘッド２０８は、図１Ｂおよび１Ｃに示された、内側および外側の径方向ゾーンを備えるデュアルゾーンシャワーヘッドである。シャワーヘッド２０８は、基板支持体２１６の上に配置された基板２１２において堆積プロセスおよびエッチングプロセスを実施するために、堆積ガス混合物およびエッチングガス混合物を流すように構成されている。分かりやすくするために、図１Ａに示されたいくつかの構造（例えば、誘電体窓２４）は、図２Ａおよび２Ｂから省かれている。

ガス供給システム２００は、１つ以上のガスをガス源２２０から、堆積ガスマニホールド２２４およびエッチングガスマニホールド２２８、それぞれの流量コントローラ２３２－１および２３２－２（総称して、流量コントローラ２３２）、ならびにそれぞれの弁２３６－１、２３６－２、２３６－３、および２３６－４（総称して、弁２３６）を通じて選択的に提供する。ガス供給システム２００は、以下により詳細に説明されるように、コントローラ２４０から受信するコマンド（例えば、信号）に応答して、堆積ガス混合物およびエッチングガス混合物を提供する。弁２３６は、図２Ａでは流量コントローラ２３２の下流に配置されて示されているが、他の例では流量コントローラ２３２の上流に配置されてよい。

ガス源２２０は、プロセスガス、不活性ガス、パージガスなどを含むがこれらに限定されないガスを含んでよい。プロセスガスは、堆積ガスマニホールド２２４およびエッチングガスマニホールド２２８にそれぞれ選択的に提供される、堆積ガスおよび堆積ガス混合物、ならびにエッチングガスおよびエッチングガス混合物の両方を含む。堆積ガスおよびエッチングガスは各々、マニホールド内で混合される組み合わせとしてなど、個々に提供されてよい。

堆積ガス混合物およびエッチングガス混合物は、第１の導管２４８を通じてシャワーヘッド２０８の内側ゾーン２４４に、第２の導管２５６を通じてシャワーヘッド２０８の外側ゾーン２５２に選択的に提供される。外側ゾーン２５２に提供されるガス量に対する内側ゾーン２４４に提供されるガス量の比率は、流量コントローラ２３２および弁２３６を用いて制御される。弁２３６は、シャワーヘッド２０８に堆積ガスまたはエッチングガスのいずれかを選択的に提供するために、オン（開）状態とオフ（閉）状態との間で切り替えられる。例えば、シャワーヘッド２０８に堆積ガスを提供するために、ＲＡＰの堆積サイクル中に弁２３６－１および２３６－２はオンされ、弁２３６－３および２３６－４はオフされる。さらにいくつかの例では、堆積ガスがゾーン２４４および２５２のいずれか一方にだけ提供されるように、弁２３６－１および２３６－２の一方はオンされ、弁２３６－１および２３６－２のもう一方はオフされてよい。

一方で、シャワーヘッド２０８にエッチングガスを提供するために、ＲＡＰのエッチングサイクル中に弁２３６－１および２３６－２はオフされ、弁２３６－３および２３６－４はオンされる。さらにいくつかの例では、エッチングガスがゾーン２４４および２５２のいずれか一方にだけ提供されるように、弁２３６－３および２３６－４の一方はオンされ、弁２３６－３および２３６－４のもう一方はオフされてよい。

弁２３６は、コントローラ２４０から対応するコマンドを受信して１０ｍｓ以内に、全開（オン）状態と全閉（オフ）状態との間で切り替わるように構成された高速切替弁（例えば、原子層堆積（ＡＬＤ）弁）である。このように、ガス供給システム２００は、ＲＡＰの交互サイクルに従って、堆積ガスの供給とエッチングガスの供給との間で正確に移行するように構成されている。

各流量コントローラ２３２は、（ｉ）内側ゾーン２４４に提供される各ガスの量、対、（ｉｉ）外側ゾーン２５２に提供されるガスの量、の比率を制御するように構成されている。例えば、各堆積およびエッチングサイクル（「工程」）の間に、コントローラ２４０は、シャワーヘッド２０８のゾーン２４４および２５２への選択されたガスの所望の流量を実現するように、それぞれの流量コントローラ２３２を調節する。例えば、堆積ガスの比率は、９９：１（内側ゾーン２４４：外側ゾーン２５２）の比率から１：９９（外側ゾーン２５２：内側ゾーン２４４）の比率の範囲内で調節されてよい。同様に、エッチングガスの比率は、９９：１（内側ゾーン２４４：外側ゾーン２５２）の比率から１：９９（外側ゾーン２５２：内側ゾーン２４４）の比率の範囲内で調節されてよい。

外側ゾーン２５２には、内側ゾーン２４４よりも多くの量の堆積ガスが提供されてよい（例えば、９５：５、９０：１０などの比率で）。一方で、内側ゾーン２４４には、外側ゾーン２５２よりも多くの量のエッチングガスが提供される（例えば、９５：５、９０：１０などの比率で）。コントローラ２４０は、レシピ、ガスの種類、ユーザ入力、処理およびチャンバのパラメータなどを含むがこれらに限定されない１つ以上の基準により、比率を選択的に調節するように構成されてよい。例えば、実施される所定のＲＡＰでは、コントローラ２００は、選択されたレシピに従って堆積ガス混合物流およびエッチングガス混合物流のそれぞれの所定比を選択するように構成されてよい。一例では、コントローラ２００は、選択されたレシピを堆積ガス流およびエッチングガス流の所望の比率に関連付ける、ルックアップテーブルまたはモデルなどのデータを格納してよい。いくつかの例では、この比率は、（例えば、計算された、測定／検知された、ユーザに入力された）処理および／またはチャンバのパラメータなど、他の基準に従って調節されてよい。いくつかの例では、この比率はサイクルごとに調節されてよい。つまり、この比率は、第１の堆積工程またはエッチング工程について第１の値を有してよく、続く堆積工程またはエッチング工程について第２の値に調節されてよい。

次に図２Ｂを参照すると、ガス供給システム２００の別の例が示されている。この例では、ガス供給システム２００は、図２Ａの流量コントローラ２３２を備えておらず、２つの弁（すなわち、高速切替ＡＬＤ弁）２６０－１および２６０－２（総称して、弁２６０）を備えるのみである。オリフィス２６４－１、２６４－２、２６４－３、および２６４－４（総称して、オリフィス２６４）は、弁２６０と内側ゾーン２４４および外側ゾーン２５２との間のそれぞれの流路に配置されている。オリフィス２６４は、内側ゾーン２４４および外側ゾーン２５２に所望流量の堆積ガスおよびエッチングガスの各々を提供するようにサイズ決めされる。例えば、オリフィス２６４－１および２６４－２の直径は、堆積サイクルにおいて弁２６０－１がオンされ（例えば、弁２６０－２がオフされ）たときに、シャワーヘッド２０８のゾーン２４４および２５２に所望比の堆積ガスを提供するようにサイズ決めされる。一方で、オリフィス２６４－３および２６４－４の直径は、エッチングサイクルにおいて弁２６０－２がオンされ（例えば、弁２６０－１がオフされ）たときに、シャワーヘッド２０８のゾーン２４４および２５２に所望比のエッチングガスを提供するようにサイズ決めされる。

例えば、オリフィス２６４－１および２６４－２は、内側ゾーン２４４よりも大きい比率（例えば、９５：５、９０：１０などの比率）の堆積ガスを外側ゾーン２５２に提供するようにサイズ決めされてよく、オリフィス２６４－３および２６４－４は、外側ゾーン２５２よりも大きい比率（例えば、９５：５、９０：１０などの比率）のエッチングガスを内側ゾーン２４４に提供するようにサイズ決めされてよい。一例では、オリフィス２６４－１の直径は、１０～２０サーキュラーミルに相当する範囲であり、オリフィス２６４－２の直径は、２４０～２６０サーキュラーミルに相当する範囲である。一方で、オリフィス２６４－３の直径は、２４０～２６０サーキュラーミルに相当する範囲であり、オリフィス２６４－４の直径は、１０～２０サーキュラーミルに相当する範囲である。従って、実施される所定のＲＡＰでは、オリフィス２６４は、堆積ガス混合物流およびエッチングガス混合物流の所望の所定比に応じて選択されてよい。

図２Ａおよび２Ｂの各々に示されるように、導管２４８および２５６、ならびに／または、シャワーヘッド２０８のプレナムは、残った堆積ガス混合物およびエッチングガス混合物を除去するために、堆積サイクルとエッチングサイクルとの間にパージされてよい。例えば、堆積サイクルの後でエッチングサイクルの前に、残った堆積ガス混合物を導管２４８および２５６ならびにシャワーヘッド２０８から除去するために、パージガス（例えば、不活性ガス）が流されてよい。一方で、エッチングサイクルの後で堆積サイクルの前に、残ったエッチングガス混合物を導管２４８および２５６ならびにシャワーヘッド２０８から除去するために、パージガス（例えば、不活性ガス）が流されてよい。一例では、パージガスは、ガス供給システム２００を用いてガス源２２０から提供されてよい。他の例では、パージガスは、別のパージガス供給システム２６８によって提供されてよい。パージガスならびに残った堆積ガス混合物およびエッチングガス混合物は、任意の排気システム２７２（例えば、図１に示された弁６６およびポンプ６７を備える）を用いてパージまたは排気されてよい。あるいは、パージガスならびに残った堆積ガス混合物およびエッチングガス混合物は、図１Ａに示された排気システム６５の配置と同様に、パージまたは排気によって処理チャンバ２０４から材料を除去するように配置された排気システムを用いて除去されてよい。

次に図３を参照すると、本開示によるＲＡＰを（例えば、コントローラ２４０およびガス供給システム２００を用いて）実施するための例示的な方法３００は、３０４で開始する。３０８では、基板が処理チャンバ（例えば、処理チャンバ２０４）内に配置される。３１２では、所定の堆積期間に堆積ガス混合物が処理チャンバ２０４に提供される。例えば、コントローラ２４０は、弁２３６－１、２３６－２、または２６０－１を開き、堆積ガス混合物を所望の比率（すなわち、外側ゾーン２５２に提供される堆積ガス混合物の量に対する、内側ゾーン２４４に提供されるガス混合物の量の比率）でシャワーヘッド２０８に流すようにガス供給システム２００を制御する。図２Ａに示された例では、コントローラ２４０は、所望の比率に従って流量コントローラ２３２－１を調節してよい。３１６では、この方法３００は必要に応じて、導管２４８および２５６、シャワーヘッド２０８、ならびに／または処理チャンバ２０４をパージ／排気する。

３２０では、所定のエッチング期間に処理チャンバ２０４にエッチングガス混合物が提供される。例えば、コントローラ２４０は、弁２３６－３、２３６－４、または２６０－２を開き、弁２３６－１、２３６－２、または２６０－１を閉じ、エッチングガス混合物を所望の比率（すなわち、外側ゾーン２５２に提供されるエッチングガス混合物の量に対する、内側ゾーン２４４に提供されるガス混合物の量の比率）でシャワーヘッド２０８に流すようにガス供給システム２００を制御する。図２Ａに示された例では、コントローラ２４０は、所望の比率に従って流量コントローラ２３２－２を調節してよい。３２４では、この方法３００は必要に応じて、導管２４８および２５６、シャワーヘッド２０８、ならびに／または処理チャンバ２０４をパージ／排気する。

３２８では、方法３００は、ＲＡＰが完了したかどうかを決定する。例えばＲＡＰは、所定の期間、所定数の堆積およびエッチングサイクルなどで実施されてよい。真の場合は、方法３００は３３２で終了する。偽の場合は、方法３００は３１２に続いて、ＲＡＰの追加の堆積およびエッチングサイクルを実施する。

図３で上述された例示的なＲＡＰは、所定のＲＡＰサイクルにおいてエッチング工程と堆積工程とを交互に行うことを含むが、他の例では、各ＲＡＰサイクルは、複数のエッチング、堆積、および／または、パージもしくは洗浄工程を含んでよい。例えば、１回のＲＡＰサイクルは、２つ以上の連続する堆積工程、および／または、２つ以上の連続するエッチング工程を含んでよく、堆積工程およびエッチング工程のセットの間に、洗浄工程またはパージ工程が含まれてよい。

前述は本質的に単なる説明であり、断じて本開示、その適用、または使用を限定する意図はない。本開示の広義の教示は、様々な形態で実施されうる。よって、本開示は特定の例を含むが、図面、明細書、および以下の特許請求の範囲を検討すると他の変更が明らかになるため、本開示の真の範囲はそれほど限定されるべきでない。方法内の１つ以上の工程は、本開示の原理を変更することなく、異なる順序で（または、同時に）実行されてよいことを理解されたい。さらに、各実施形態は特定の特徴を有すると上述されているが、本開示の任意の実施形態に関して説明されたそれらの特徴の任意の１つ以上の特徴は、他の実施形態において実施されうる、および／または、他の実施形態の特徴と組み合わせて（その組み合わせが明記されていない場合でも）実施されうる。つまり、記載の実施形態は互いに排他的でなく、１つ以上の実施形態の相互の並べ替えは、本開示の範囲内に留まる。

要素間（例えば、モジュール間、回路素子間、半導体層間など）の空間的関係および機能的関係は、「接続された」、「係合された」、「結合された」、「隣接する」、「近接する」、「上に」、「上方」、「下方」、および「配置された」を含む様々な用語を用いて説明される。上記の開示で第１要素と第２要素との関係が説明されるときは、「直接的」であると明記されない限り、その関係は、第１要素と第２要素との間に他の介在要素が存在しない直接的関係でありうるが、第１要素と第２要素との間に１つ以上の介在要素が（空間的または機能的に）存在する間接的関係でもありうる。本明細書で用いられる、Ａ、Ｂ、およびＣのうちの少なくとも１つという表現は、非排他的論理ＯＲを用いる論理（Ａ ＯＲ Ｂ ＯＲ Ｃ）を意味すると解釈されるべきであり、「Ａのうちの少なくとも１つ、Ｂのうちの少なくとも１つ、およびＣのうちの少なくとも１つ」を意味すると解釈されるべきではない。

いくつかの実施形態では、コントローラは、上述の例の一部でありうるシステムの一部である。かかるシステムは、処理ツール、チャンバ、処理用プラットフォーム、および／または、特定の処理構成部品（ウエハ台座、ガス流システムなど）を備える半導体処理装置を含みうる。これらのシステムは、半導体ウエハまたは基板の処理前、処理中、および処理後の動作を制御するための電子機器と統合されてよい。これらの電子機器は「コントローラ」と呼ばれてよく、システムの様々な構成部品または副部品を制御してよい。コントローラは、処理条件および／またはシステムの種類に応じて、処理ガスの供給、温度設定（例えば、加熱および／または冷却）、圧力設定、真空設定、電力設定、高周波（ＲＦ）発生器の設定、ＲＦ整合回路の設定、周波数設定、流量設定、流体供給設定、位置動作設定、ツールおよび他の搬送ツールに対するウエハ搬入出、ならびに／または、特定のシステムに接続もしくは結合されたロードロックに対するウエハ搬入出を含む、本明細書に開示されたあらゆるプロセスを制御するようにプログラムされてよい。

概してコントローラは、命令を受信し、命令を発行し、動作を制御し、洗浄動作を可能にし、エンドポイント測定を可能にするなどの様々な集積回路、ロジック、メモリ、および／または、ソフトウェアを有する電子機器として定義されてよい。集積回路は、プログラム命令を格納するファームウェア形式のチップ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）として定義されるチップ、および／または、プログラム命令（例えば、ソフトウェア）を実行する１つ以上のマイクロプロセッサもしくはマイクロコントローラを含んでよい。プログラム命令は、様々な個別設定（または、プログラムファイル）の形式でコントローラに伝達される命令であって、特定のプロセスを半導体ウエハ上でもしくは半導体ウエハ向けに、またはシステムに対して実行するための動作パラメータを定義してよい。いくつかの実施形態では、動作パラメータは、１つ以上の層、材料、金属、酸化物、シリコン、二酸化シリコン、表面、回路、および／または、ウエハダイの製造時における１つ以上の処理工程を遂行するために、プロセスエンジニアによって定義されるレシピの一部であってよい。

いくつかの実施形態では、コントローラは、システムと統合もしくは結合された、そうでなければシステムにネットワーク接続された、もしくはこれらが組み合わされたコンピュータの一部であってよい、またはそのコンピュータに結合されてよい。例えばコントローラは、ウエハ処理のリモートアクセスを可能にする「クラウド」内にあってよい、またはファブホストコンピュータシステムの全てもしくは一部であってよい。コンピュータはシステムへのリモートアクセスを可能にして、製造動作の進捗状況を監視し、過去の製造動作の経歴を調査し、複数の製造動作から傾向または実施の基準を調査して、現行の処理のパラメータを変更し、現行の処理に続く処理工程を設定し、または、新しいプロセスを開始してよい。いくつかの例では、リモートコンピュータ（例えば、サーバ）は、ローカルネットワークまたはインターネットを含みうるネットワークを通じて、プロセスレシピをシステムに提供できる。リモートコンピュータは、次にリモートコンピュータからシステムに伝達されるパラメータおよび／もしくは設定のエントリまたはプログラミングを可能にするユーザインタフェースを含んでよい。いくつかの例では、コントローラは、１つ以上の動作中に実施される各処理工程のパラメータを特定するデータ形式の命令を受信する。パラメータは、実施されるプロセスの種類、および、コントローラが接続するまたは制御するように構成されたツールの種類に固有であってよいことを理解されたい。よって、上述のようにコントローラは、例えば互いにネットワーク接続する１つ以上の別々のコントローラを含むことと、本明細書に記載のプロセスや制御などの共通の目的に向けて協働することとによって分散されてよい。かかる目的のために分散されたコントローラの例は、遠隔に（例えば、プラットフォームレベルで、または、リモートコンピュータの一部として）設置され、協働してチャンバにおけるプロセスを制御する１つ以上の集積回路と連通する、チャンバ上の１つ以上の集積回路だろう。

制限するのではなく、例示のシステムは、プラズマエッチングチャンバまたはプラズマエッチングモジュール、堆積チャンバまたは堆積モジュール、スピンリンスチャンバまたはスピンリンスモジュール、金属めっきチャンバまたは金属めっきモジュール、洗浄チャンバまたは洗浄モジュール、ベベルエッジエッチングチャンバまたはベベルエッジエッチングモジュール、物理蒸着（ＰＶＤ）チャンバまたはＰＶＤモジュール、化学蒸着（ＣＶＤ）チャンバまたはＣＶＤモジュール、原子層堆積（ＡＬＤ）チャンバまたはＡＬＤモジュール、原子層エッチング（ＡＬＥ）チャンバまたはＡＬＥモジュール、イオン注入チャンバまたはイオン注入モジュール、トラックチャンバまたはトラックモジュール、ならびに、半導体ウエハの製作および／もしくは製造において関連もしくは使用しうる他のあらゆる半導体処理システムを含んでよい。

上述のようにコントローラは、ツールによって実施されるプロセス工程に応じて、他のツール回路もしくはモジュール、他のツール構成部品、クラスタツール、他のツールインタフェース、隣接するツール、近接するツール、工場全体に設置されたツール、メインコンピュータ、別のコントローラ、または、半導体製造工場においてツール位置および／もしくはロードポートに対してウエハ容器を搬入出する材料搬送に用いられるツール、のうちの１つ以上と連通してよい。

Claims (20)

1. 急速交互プロセス（ＲＡＰ）のために処理チャンバに堆積ガスおよびエッチングガスを提供するように構成されたガス供給システムであって、
   堆積ガスマニホールドおよびガス分配装置と流体連通する第１の弁と、
   前記第１の弁と前記ガス分配装置との間に配置された第１のオリフィスと、
   前記第１の弁と前記ガス分配装置との間に配置された第２のオリフィスと、
   エッチングガスマニホールドおよび前記ガス分配装置と流体連通する第２の弁と、
   前記第２の弁と前記ガス分配装置との間に配置された第３のオリフィスと、
   前記第２の弁と前記ガス分配装置との間に配置された第４のオリフィスと、を備え、
   前記第１の弁は、（ｉ）前記第１のオリフィスを通じて前記堆積ガスマニホールドから前記ガス分配装置の第１のゾーンに堆積ガスを提供し、（ｉｉ）前記第２のオリフィスを通じて前記堆積ガスマニホールドから前記ガス分配装置の第２のゾーンに前記堆積ガスを提供し、前記第１のオリフィスおよび前記第２のオリフィスは、異なる直径を有し、
   前記第２の弁は、（ｉ）前記第３のオリフィスを通じて前記エッチングガスマニホールドから前記ガス分配装置の前記第１のゾーンにエッチングガスを提供し、（ｉｉ）前記第４のオリフィスを通じて前記エッチングガスマニホールドから前記ガス分配装置の前記第２のゾーンに前記エッチングガスを提供し、前記第３のオリフィスおよび前記第４のオリフィスは、異なる直径を有する、ガス供給システム。
2. 請求項１に記載のガス供給システムであって、
   前記第１の弁および前記第２の弁は、１０ｍｓ以内に開状態と閉状態との間で遷移するように構成された高速切替弁である、ガス供給システム。
3. 請求項１に記載のガス供給システムであって、
   前記ガス分配装置はシャワーヘッドであり、前記第１のゾーンは前記シャワーヘッドの内側ゾーンであり、前記第２のゾーンは前記シャワーヘッドの外側ゾーンである、ガス供給システム。
4. 請求項３に記載のガス供給システムであって、
   前記第２のオリフィスの直径は、前記第１のオリフィスの直径よりも大きく、前記第３のオリフィスの直径は、前記第４のオリフィスの直径よりも大きい、ガス供給システム。
5. 請求項１に記載のガス供給システムであって、
   （ｉ）前記第１のオリフィスおよび前記第２のオリフィスの前記直径は、前記第１のゾーンおよび前記第２のゾーンに第１の所定比の前記堆積ガスを提供するように選択され、（ｉｉ）前記第３のオリフィスおよび前記第４のオリフィスの前記直径は、前記第１のゾーンおよび前記第２のゾーンに第２の所定比の前記エッチングガスを提供するように選択される、ガス供給システム。
6. 請求項５に記載のガス供給システムであって、さらに、
   コントローラであって、（ｉ）前記ＲＡＰの堆積サイクル中に、前記第１のゾーンおよび前記第２のゾーンに前記第１の所定比で前記堆積ガスを提供するために前記第１の弁を選択的に開閉し、（ｉｉ）前記ＲＡＰのエッチングサイクル中に、前記第１のゾーンおよび前記第２のゾーンに前記第２の所定比で前記エッチングガスを提供するために前記第２の弁を選択的に開閉するように構成されたコントローラを備える、ガス供給システム。
7. 請求項１に記載のガス供給システムであって、
   前記ガス分配装置は、３つ以上のゾーンを備える、ガス供給システム。
8. 請求項１に記載のガス供給システムであって、
   前記第１のゾーンおよび前記第２のゾーンは、径方向のゾーンである、ガス供給システム。
9. 請求項１に記載のガス供給システムであって、
   前記第１のゾーンは、前記ガス分配装置の中央の１つの注入点に対応する、ガス供給システム。
10. 請求項１に記載のガス供給システムであって、
    前記第２のゾーンは、前記ガス分配装置の端の１つの注入点に対応する、ガス供給システム。
11. 急速交互プロセス（ＲＡＰ）のために処理チャンバに堆積ガスおよびエッチングガスを提供するように構成されたガス供給システムであって、
    堆積ガスマニホールドおよびガス分配装置と流体連通する第１の流量コントローラと、
    前記第１の流量コントローラと前記ガス分配装置との間に配置された第１の弁と、
    前記第１の流量コントローラと前記ガス分配装置との間に配置された第２の弁と、
    エッチングガスマニホールドおよび前記ガス分配装置と流体連通する第２の流量コントローラと、
    前記第２の流量コントローラと前記ガス分配装置との間に配置された第３の弁と、
    前記第１の流量コントローラと前記ガス分配装置との間に配置された第４の弁と、を備え、
    前記第１の弁は、前記第１の流量コントローラから前記ガス分配装置の第１のゾーンに堆積ガスを提供するように配置され、（ｉｉ）前記第２の弁は、前記第１の流量コントローラから前記ガス分配装置の第２のゾーンに前記堆積ガスを提供するように配置され、
    前記第３の弁は、前記第２の流量コントローラから前記ガス分配装置の前記第１のゾーンにエッチングガスを提供するように配置され、前記第４の弁は、前記第２の流量コントローラから前記ガス分配装置の前記第２のゾーンに前記エッチングガスを提供するように配置されている、ガス供給システム。
12. 請求項１１に記載のガス供給システムであって、
    前記第１、前記第２、前記第３、および前記第４の弁は、１０ｍｓ以内に開状態と閉状態との間で遷移するように構成された高速切替弁である、ガス供給システム。
13. 請求項１１に記載のガス供給システムであって、
    前記ガス分配装置はシャワーヘッドであり、前記第１のゾーンは前記シャワーヘッドの内側ゾーンであり、前記第２のゾーンは前記シャワーヘッドの外側ゾーンである、ガス供給システム。
14. 請求項１１に記載のガス供給システムであって、
    （ｉ）前記第１の流量コントローラは、前記第１のゾーンおよび前記第２のゾーンに第１の所定比の前記堆積ガスを提供するように構成され、（ｉｉ）前記第２の流量コントローラは、前記第１のゾーンおよび前記第２のゾーンに第２の所定比の前記エッチングガスを提供するように構成されている、ガス供給システム。
15. 請求項１４に記載のガス供給システムであって、さらに、
    コントローラであって、（ｉ）前記ＲＡＰの堆積サイクル中に、前記第１のゾーンおよび前記第２のゾーンに前記第１の所定比で前記堆積ガスを提供するために、前記第１の流量コントローラを選択的に調節して前記第１の弁および前記第２の弁を開閉し、（ｉｉ）前記ＲＡＰのエッチングサイクル中に、前記第１のゾーンおよび前記第２のゾーンに前記第２の所定比で前記エッチングガスを提供するために、前記第２の流量コントローラを選択的に調節して前記第３の弁および前記第４の弁を開閉するように構成されたコントローラを備える、ガス供給システム。
16. 請求項１１に記載のガス供給システムであって、
    前記ガス分配装置は、３つ以上のゾーンを備える、ガス供給システム。
17. 請求項１１に記載のガス供給システムであって、
    前記第１のゾーンおよび前記第２のゾーンは、径方向のゾーンである、ガス供給システム。
18. 請求項１１に記載のガス供給システムであって、
    前記第１のゾーンは、前記ガス分配装置の中央の１つの注入点に対応する、ガス供給システム。
19. 請求項１１に記載のガス供給システムであって、
    前記第２のゾーンは、前記ガス分配装置の端の１つの注入点に対応する、ガス供給システム。
20. 処理チャンバにおいて急速交互プロセス（ＲＡＰ）を実施するための方法であって、
    （ｉ）前記処理チャンバ内に基板が配置された状態で、第１の期間に前記処理チャンバに堆積ガス混合物を提供する工程であって、
    第１の弁および第１のオリフィスを通じて、堆積ガスマニホールドからガス分配装置の第１のゾーンに前記堆積ガス混合物を提供することと、
    前記第１の弁および第２のオリフィスを通じて、前記堆積ガスマニホールドから前記ガス分配装置の第２のゾーンに前記堆積ガスを提供することであって、前記第１のオリフィスおよび前記第２のオリフィスは、異なる直径を有することと、を含む、工程と、
    （ｉｉ）前記処理チャンバから前記堆積ガス混合物をパージする工程と、
    （ｉｉｉ）第２の期間に前記処理チャンバにエッチングガス混合物を提供する工程であって、
    第３のオリフィスを通じて、エッチングガスマニホールドから前記ガス分配装置の前記第１のゾーンに前記エッチングガス混合物を提供することと、
    第４のオリフィスを通じて、前記エッチングガスマニホールドから前記ガス分配装置の前記第２のゾーンに前記エッチングガス混合物を提供することであって、前記第３のオリフィスおよび前記第４のオリフィスは、異なる直径を有することと、を含む、工程と、
    （ｉｖ）前記処理チャンバから前記エッチングガス混合物をパージする工程と、
    （ｖ）（ｉ）～（ｉｖ）を少なくとも１回繰り返す工程と、
    を含む、方法。

Images