JP2023046391A - ガス分配のためのシステムおよび装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ガス分配システムおよび装置を提供する。【解決手段】反応チャンバに原料ガスを供給するための第一の複数の開口と、第一の複数の開口を囲む、反応チャンバからガスを除去するように構成された第二の複数の開口とを有するガス分配システム。一実施形態において、第二の複数の開口は、主排気チャネルからの距離が増加するにつれて、直径が徐々に増加してもよい。代替的に、または加えて、隣り合う開口間の角度間隔は、主排気チャネルからの距離が増加するにつれて、徐々に減少してもよい。【選択図】図１

Description

本開示は概して、ガス分配システムおよび装置に関する。より具体的には、本開示は、半導体デバイスの製造中に使用されるガス分配システムに関する。

半導体製造プロセス中、原料ガスは、典型的には、基材（例えばウエハ）の上方に位置するガス送達穴を介して反応チャンバ内へ流される。原料ガスが流される間および／または流された後、真空を作動させて、排気ポートを介して反応チャンバからガスまたは他の副生成物を除去する。一方、排気ポートは典型的には、反応チャンバ内の一つの位置に位置し、このことによって、不均一なまたは偏った排気流が作り出される。この不均一な排気流パターンは、堆積均一性に悪影響を与える場合があり、このことが、ウエハの電気的特性不良をもたらし得る。

本技術の実施形態は、反応チャンバに原料ガスを供給するための第一の複数の開口と、第一の複数の開口を囲み、反応チャンバからガスを除去するように構成された第二の複数の開口とを有するガス分配システムを提供してもよい。一実施形態において、第二の複数の開口は、主排気チャネルからの距離が増加するにつれて、直径が徐々に増加してもよい。代替的に、または加えて、隣り合う開口間の角度間隔は、主排気チャネルからの距離が増加するにつれて、徐々に減少してもよい。

一実施形態において、ガス分配プレートは、原料ガスを供給するように構成された第一の複数の開口であって、各開口が同じ直径を有する、第一の複数の開口と、第一の複数の開口を囲む第二の複数の開口であって、原料ガスを排気するように構成されており、第一の直径を有する開口の第一のサブセットと、第一の直径よりも大きい第二の直径を有する開口の第二のサブセットと、を含む、第二の複数の開口と、を備える。

別の実施形態において、ガス分配システムは、ガス分配プレートであって、原料ガスを供給するように構成された第一の複数の開口であって、第一の直径を有する、第一の複数の開口と、第一の複数の開口を囲む第二の複数の開口であって、原料ガスを排気するように構成されており、第二の直径を有し、かつ第二の複数の開口が、第二の直径を有し、隣り合う開口間に第一の間隔を有する開口の第一のサブセットと、隣り合う開口間に第二の間隔を有する開口の第二のサブセットであって、第二の間隔が第一の間隔よりも小さい、開口の第二のサブセットと、を含む、第二の複数の開口と、を備える、ガス分配プレートを備える。

さらに別の実施形態において、ガス分配システムは、ガス分配プレートであって、原料ガスを供給するように構成された第一の複数の開口であって、第一の複数の開口の各開口が、同じ直径を有する、第一の複数の開口と、ガス分配プレートの外縁に沿って円形パターンで配置された、第一の複数の開口を囲む第二の複数の開口であって、原料ガスを排気するように構成されており、第二の複数の開口が、第一の直径を有する開口の第一のサブセットと、第一の直径よりも大きい第二の直径を有する開口の第二のサブセットと、を含む、第二の複数の開口と、開口の第一のサブセットに隣り合って位置する主排気ポートと、を備える、ガス分配プレートを備える。

本明細書で開示される本発明のこれらおよび他の特徴、態様、ならびに利点は、ある特定の実施形態の図面を参照しながら以下に記述され、これは本発明を例示することを意図しており、本発明を限定することを意図してはいない。

図１は、本技術の実施形態によるシステムの断面図を代表的に示す。 図２は、本技術の実施形態によるガス分配プレートの底面図を代表的に示す。 図３は、本技術の実施形態によるガス分配プレートの底面図を代表的に示す。 図４は、本技術の代替的な実施形態によるガス分配プレートの底面図を代表的に示す。 図５は、本技術の実施形態によるガス分配プレートの底面図を代表的に示す。 図６は、本技術の実施形態によるシステムの上面図を代表的に示す。

当然のことながら、図中の要素は、簡潔かつ明瞭にするために示されており、必ずしも縮尺通りに描かれていない。例えば、図内の要素のうちのいくつかの相対的なサイズは、本開示の例示された実施形態の理解の向上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。

ここで、同様の参照番号が、本開示の類似の構造特徴または態様を特定する図面を参照する。

以下に提供される例示的な実施形態の説明は、単に例示的なものであり、かつ例示の目的のみのために意図されており、以下の説明は、本開示の範囲または特許請求の範囲を限定することを意図していない。さらに、述べられた特徴を有する複数の実施形態の記載は、追加の特徴を有する他の実施形態を除外することも、述べられた特徴の異なる組み合わせを組み込む他の実施形態を除外することも意図していない。

本開示は概して、半導体デバイスの製造中に使用されるガス分配システムに関する。

図１および図３を参照すると、システム１００は、半導体デバイスを製造するために構成されてもよい。様々な実施形態において、システム１００は、反応チャンバ１０５およびガス分配システム１２５を備えてもよい。システム１００は、反応チャンバ１０５内に配置されたサセプタ１３５をさらに備えてもよい。サセプタ１３５は、ウエハ１４０などの基材を支持するように構成された、上向き面を備えてもよい。様々な実施形態において、サセプタ１３５は、加熱されてもよい。

様々な実施形態において、ガス分配システム１２５（すなわちシャワーヘッド）は、サセプタ１３５の上向き面の上方に位置付けられてもよい。様々な実施形態において、ガス分配システム１２５は、ガス分配プレート１２０を備えてもよい。ガス分配プレート１２０は、第一の複数の開口（すなわち穴）１１０および第二の複数の開口（すなわち穴）１１５を備えてもよい。

様々な実施形態において、第一の複数の開口１１０は、ガス分配プレート１２０の幾何学的中心３００（図３）から第一の距離ｄ１内の、ガス分配プレート１２０の中心エリアに配置される。第一の複数の開口１１０は、概して円形パターンで配置されてもよい。第一の複数の開口１１０を使用して、反応チャンバ１０５内でウエハ１４０に原料ガスを供給してもよい。原料ガスは、サセプタ１３５の上向き面および／またはウエハ１４０に向かって、第一の複数の開口１１０を通って下向きである第一の方向に流れてもよい。第一の複数の開口１１０は、所望の用途、コンダクタンス／流れ要件などに適した、任意の数の開口を備えてもよい。さらに、第一の複数の開口１１０の開口は、列または任意の他の適切なパターンで配置されてもよい。

様々な実施形態において、第二の複数の開口１１５は、ガス分配プレート１２０の外縁の近くに、および第一の複数の開口１１０を囲んで、配置されてもよい。様々な実施形態において、第二の複数の開口１１５は、単一の列で、および円形パターンで配置されてもよい。様々な実施形態において、第二の複数の開口１１５のすべての開口は、ガス分配プレート１２０の中心点（すなわち幾何学的中心３００）から第二の距離ｄ２であってもよく、ここで第二の距離ｄ２は、第一の距離ｄ１よりも大きい。

第二の複数の開口１１５を使用して、反応チャンバ１０５からガスを排気するかまたは他の方法で除去してもよい。様々な実施形態において、排気流は、サセプタ１３５の上向き面および／またはウエハ１４０から、上向きかつ離れるようなものである。したがって、排気を通るガスの流れは、原料ガスの流れの反対であってもよい。第二の複数の開口１１５は、所望の用途、コンダクタンス／流れ要件などに適した、任意の数の開口を備えてもよい。

様々な実施形態において、第二の複数の開口１１５の開口は、多様な間隔を有してもよい。他の実施形態では、第二の複数の開口１１５の開口は、多様な直径を有してもよい。さらに他の実施形態では、開口１１５の直径と、隣接する開口１１５間の角度間隔との両方は、様々であってもよい。例えば、開口番号が増加するにつれて角度間隔が減少してもよい一方で、開口の直径が増加してもよい。例えば、開口０～開口９間における角度間隔は、開口１５～開口２０間における角度間隔よりも大きくてもよい。

様々な実施形態において、かつ図２～図５を参照すると、第二の複数の開口１１５は、サイズ（すなわち直径）および／または間隔（すなわち角度間隔）が様々であってもよい。第二の複数の開口１１５の一つの開口は、基準開口２００として識別されてもよい。残りのすべての開口は、基準開口２００に対して相対的に識別されてもよい。例えば、基準開口２００は、「開口０」と呼ばれる場合があり、残りの開口は、連続する昇順の番号で呼ばれる場合がある。例えば、開口０に直接隣り合う開口は、開口１と呼ばれる場合があり、次の直接隣り合う開口は、開口２と呼ばれる場合があり、以下同様である。

一実施形態において、かつ図３を参照すると、第二の複数の開口１１５の開口の各々は、例えば３ｍｍ～５ｍｍの範囲内での同じ直径を有してもよい。本実施形態では、第二の複数の開口１１５の、隣り合って位置する（すなわち隣接する）開口の第一のサブセットは、第一の角度間隔θによって分離されてもよい。例えば、開口番号０および開口番号１は、第一の角度間隔θだけ分離されてもよい。類似して、開口１および開口２、開口２および開口３、開口３および開口４、開口４および開口５、開口５および開口６、開口６および開口７、開口７および開口８、開口８および開口９は、第一の角度間隔θだけ分離されてもよい。第一の角度間隔θは、４．５～６度の範囲内であってもよい。

さらに、開口番号９および開口番号１０などの、第二の複数の開口１１５の隣り合って位置する開口の第二のサブセットは、第二の角度間隔φだけ分離されてもよい。類似して、１０および１１、１１および１２、１２および１３、１３および１４、１４および１５、１５および１６、１６および１７、１７および１８、１８および１９、１９および２０、２０および２１、２１および２２、２２および２３、２３および２４、２４および２５は、第二の角度間隔φだけ分離されてもよい。したがって、本事例では、開口番号０～開口番号９は、同じ角度間隔θを有し、開口番号９～開口番号２５は、同じ角度間隔φを有する。第二の角度間隔φは、３～５度の範囲内であってもよい。様々な実施形態において、第二の角度間隔φは、第一の角度間隔θよりも小さくてもよい。

代替的に、かつ図２および以下の表１を参照すると、角度間隔は、開口番号が増加するにつれて、徐々に減少してもよい。例えば、以下に説明するように、角度間隔は、開口番号０から開口番号３６まで徐々に減少してもよい。

様々な実施形態において、第二の複数の開口１１５の開口は、例えば３ｍｍ～６ｍｍの範囲の、様々な直径を有してもよい。例えば、かつ図４を参照すると、開口番号０～開口番号１０は、同じ第一の直径を有してもよく、開口番号１１～開口番号２０は、同じ第二の直径を有してもよく、ここで第二の直径は、第一の直径よりも大きい。本実施形態では、すべての隣り合って位置する開口は、第三の角度間隔αだけ分離されてもよい。

代替的に、かつ図２および以下の表２を参照すると、第二の複数の開口１１５は、同じ角度間隔だけ分離されてもよく、一方、開口１１５の直径は、開口番号が増加するにつれて、徐々に増加してもよい。

様々な実施形態において、かつ図５を参照すると、開口１１５の直径と、隣接する開口１１５間の角度間隔との両方は、様々であってもよい。例えば、開口番号が増加するにつれて角度間隔が減少してもよい一方で、開口１１５の直径が増加してもよい。いくつかの事例では、開口１１５の直径は、徐々に増加してもよく、例えば上記の表２に記載されている。他の事例では、開口１１５の直径は増加してもよいが、例えば２、３、４、５などの、限られた数の直径から選択されてもよい。例えば、最初の三つの開口は、同じ直径を有するものとし、次の三つの開口は、同じ直径を有するが最初の三つの開口の直径より大きいものとし、以下同様である。

いくつかの事例では、開口１１５の角度間隔は、例えば上記の表１に記載されるように、減少してもよい。他の事例では、開口１１５の角度間隔は減少してもよいが、例えば２、３、４などの、限られた数の角度間隔から選択されてもよい。例えば、開口０～開口５は、隣り合う開口１１５間の第一の角度間隔θを有してもよく、開口５～開口１５は、第二の角度間隔φを有してもよく、開口１５～開口２０は、第三の角度間隔μを有してもよい（ここで、θ＞φ＞μ）。

様々な実施形態において、ガス分配システム１２５は、排気チャネル１３０をさらに備えてもよい。第二の複数の開口１１５の各開口は、排気チャネル１３０と連通してもよい。言い換えれば、排気チャネル１３０および第二の複数の開口１１５は、ガスが第二の複数の開口１１５を通って排気チャネル１３０内へ流れることを可能にするために接続される。様々な実施形態において、排気チャネル１３０は、第二の複数の開口１１５を通してのみアクセスされる。

様々な実施形態において、かつ図１および図５を参照すると、システム１００は、システム１００から排気ガスを除去するために、基準開口２００（例えば開口番号０）にまたはその近くに位置する主排気ポート５００をさらに備えてもよい。主排気ポート５００は、排気ガスの除去を促進するために、主排気５００から下流に位置するポンプ（図示せず）に接続されてもよい。様々な実施形態において、排気チャネル１３０は、排気チャネル１３０からの排気ガスが主排気ポート５００から外へと流れることができるように、主排気ポート５００に接続される。

様々な実施形態において、第二の複数の開口１１５の各開口の直径は、主排気ポート５００からの距離が増加するにつれて、徐々に増加してもよい。言い換えれば、主排気ポート５００により近い、第二の複数の開口１１５の開口の直径は、主排気ポート５００からより遠いおよび／または主排気ポート５００の反対側の開口よりも小さくてもよい。例えば、開口０～開口９は、開口１５～開口２０よりも小さい直径を有してもよい。

様々な実施形態において、第二の複数の開口１１５の隣り合って位置する開口を分離する角度間隔は、主排気ポート５００からの距離が増加するにつれて徐々に減少してもよい。言い換えれば、主排気ポート５００により近い、第二の複数の開口１１５の開口間の角度間隔は、主排気ポート５００からより遠いおよび／または主排気ポート５００の反対側の開口間の角度間隔よりも大きくてもよい。

動作中、かつ図１および図６を参照すると、原料ガスは、ガス分配プレート１２０の第一の複数の開口１１０を介して反応チャンバ１０５内へとパルスされてもよい。次いで、パージガスは、ガス分配プレート１２０の第一の複数の開口１１０を介して反応チャンバ１０５内へパルスされてもよい。原料ガスおよび／またはパージガスをパルスする間、またはそれらをパルスすることの間に、ポンプ（図示せず）は、第二の複数の開口１１５を介して反応チャンバ１０５から原料ガスおよび／またはパージガスを除去することを促進するために動作してもよい。ガスは、第二の複数の開口１１５を通って排気チャネル１３０内へ流れる。排気チャネル１３０内になると、ガスは、流路６００に沿って、主排気ポート５００に向かって、およびシステム１００から外へと流れる。

様々な実施形態において、かつ図６を参照すると、システム１００は、第一の複数の開口１１０（ａ）と、排気ガスチャネル１３０（ａ）と、主排気ポート５００（ａ）と、基準開口２００（ａ）と、流路６００（ａ）とを備える対応するガス分配システム１２５を有する第一の反応チャンバ、ならびに、第一の複数の開口１１０（ｂ）と、排気ガスチャネル１３０（ｂ）と、主排気ポート５００（ｂ）と、基準開口２００（ｂ）と、流路６００（ｂ）とを備える対応するガス分配システム１２５を有する第二の反応チャンバなどの、複数の反応チャンバ１０５を備えてもよい。本事例では、主排気ポート５００（ａ）、５００（ｂ）は、接続されるかまたは他の方法で単一の排気経路に合流してもよい。

特定の実施形態および実施例の文脈で本開示を提供してきたが、本開示が、具体的に説明された実施形態を超えて、本実施形態の他の代替的な実施形態および／または使用、ならびにそれらの明白な修正および均等なものにまで拡大することを当業者は理解するであろう。さらに、本開示の実施形態のいくつかの変形が示され、かつ詳細に説明されているが、本開示の範囲内にある他の修正は、本開示に基づいて当業者に容易に明らかとなるであろう。実施形態の特定の特徴および態様の様々な組み合わせまたは部分組み合わせが作られてもよく依然として本開示の範囲に含まれ得ることも、熟慮される。当然のことながら、開示された実施形態の様々な特徴および態様は、本開示の実施形態の様々なモードを形成するために、互いに組み合わせるかまたは置き換えることができる。それ故に、本開示の範囲は、上述の特定の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。

Claims (20)

1. ガス分配プレートであって、
   原料ガスを供給するように構成された第一の複数の開口であって、前記第一の複数の開口の各開口が、同じ直径を有する、第一の複数の開口と、
   前記第一の複数の開口を囲む第二の複数の開口であって、前記原料ガスを排気するように構成されており、前記第二の複数の開口が、
   第一の直径を有する開口の第一のサブセットと、
   前記第一の直径よりも大きい第二の直径を有する開口の第二のサブセットと、を含む、第二の複数の開口と、を備える、ガス分配プレート。
2. 前記第二の複数の開口の第一の開口に隣り合って位置する主排気ポートをさらに備える、請求項１に記載のガス分配プレート。
3. 前記開口の第一のサブセットが、前記開口の第二のサブセットよりも前記主排気により近く位置する、請求項２に記載のガス分配プレート。
4. 前記第二の複数の開口が、前記ガス分配プレートの外縁に沿って配置された、請求項１に記載のガス分配プレート。
5. 前記第二の複数の開口が、互いから等距離に間隔を置かれた、請求項１に記載のガス分配プレート。
6. 前記第二の複数の開口が、互いから多様な間隔を有する、請求項１に記載のガス分配プレート。
7. 前記開口の第一のサブセットの、二つの隣接する開口間の前記間隔が、前記開口の第二のサブセットの、二つの隣接する開口間の前記間隔よりも大きい、請求項６に記載のガス分配プレート。
8. 前記第二の複数の開口が、円形パターンで配置された、請求項１に記載のガス分配プレート。
9. 前記第一の複数の開口が、前記ガス分配プレートの中心領域内に配置された、請求項１に記載のガス分配プレート。
10. ガス分配システムであって、
    ガス分配プレートであって、
    原料ガスを供給するように構成された第一の複数の開口であって、前記第一の複数の開口が第一の直径を有する、第一の複数の開口と、
    前記第一の複数の開口を囲む第二の複数の開口であって、前記原料ガスを排気するように構成されており、前記第二の複数の開口が第二の直径を有し、かつ前記第二の複数の開口が、
    隣り合う開口間の第一の間隔を有する、開口の第一のサブセットと、
    隣り合う開口間の第二の間隔を有する、開口の第二のサブセットであって、前記第二の間隔が前記第一の間隔よりも小さい、開口の第二のサブセットと、を含む、第二の複数の開口と、を備える、ガス分配プレートを備える、ガス分配システム。
11. 前記第一の複数の開口が、前記ガス分配プレートの中心領域内に配置されており、前記第二の複数の開口が、前記ガス分配プレートの外縁に沿って配置された、請求項１０に記載のガス分配システム。
12. 前記第二の複数の開口が、円形パターンで配置された、請求項１０に記載のガス分配システム。
13. 前記開口の第一のサブセットが、第一の直径を有し、前記開口の第二のサブセットが、前記第一の直径よりも大きい第二の直径を有する、請求項１０に記載のガス分配システム。
14. 前記開口の第一のサブセットおよび前記開口の第二のサブセットの各々が、同じ直径を有する、請求項１０に記載のガス分配システム。
15. 前記第二の複数の開口の第一の開口に隣り合って位置する主排気ポートをさらに備える、請求項１０に記載のガス分配システム。
16. 前記開口の第一のセットが、前記開口の第二のセットよりも主排気により近く位置する、請求項１０に記載のガス分配システム。
17. ガス分配システムであって、
    ガス分配プレートであって、
    原料ガスを供給するように構成された第一の複数の開口であって、前記第一の複数の開口の各開口が同じ直径を有する、第一の複数の開口と、
    前記ガス分配プレートの外縁に沿って円形パターンで配置され、前記第一の複数の開口を囲む第二の複数の開口であって、前記原料ガスを排気するように構成されており、前記第二の複数の開口が、
    第一の直径を有する開口の第一のサブセットと、
    前記第一の直径よりも大きい第二の直径を有する開口の第二のサブセットと、を含む、第二の複数の開口と、
    前記開口の第一のサブセットに隣り合って位置する主排気ポートと、を備える、ガス分配プレートを備える、ガス分配システム。
18. 前記第二の複数の開口の各々が、前記ガス分配プレートの前記外縁に沿って延在する単一の排気チャネルに接続し、排気ラインが、前記第二の複数の開口に隣り合う、請求項１７に記載のガス分配システム。
19. 前記排気チャネルが、前記主排気ポートに接続する、請求項１８に記載のガス分配システム。
20. 前記開口の第一のサブセットの隣り合う開口が、第一の間隔によって分離されており、前記開口の第二のサブセットの隣り合う開口が、第二の間隔によって分離されており、前記第二の間隔が、前記第一の間隔よりも小さい、請求項１７に記載のガス分配システム。

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