JP2023510788A - 炭素化合物膜堆積のための方法及び装置 - Google Patents

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Abstract

Figure 2023510788000001
基板上に炭素化合物を堆積させるための方法及び装置は、チャンバ本体、リッド、内部空間、ポンピング装置、及びガス供給システムを備える誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）チャンバと、ＩＣＰチャンバの内部空間内に配置された基板を支持するためのペデスタルとを使用することを含み、ペデスタルは、窒化アルミニウムから形成され、基板を支持し埋め込まれた加熱要素で加熱するように構成される上面を有する上部と、窒化アルミニウムから形成されたチューブ状の構造を備え、上部を支持して、上部の埋め込まれた加熱要素に電力を供給するための電極を収容するように構成される下部とを有し、ペデスタルは、炭素化合物膜の堆積中に基板を加熱するように構成される。
【選択図】図１

Description

本原理の実施形態は、概して、半導体処理のための誘導結合プラズマリアクタチャンバに関する。
ダイヤモンドやグラフェンのような炭素系膜の大規模な成長は、膜の優れた機械的及び電気的性質により大きな注目を集めている。ダイヤモンド膜は、長年にわたり光学コーティング分野で使用されてきた極度の硬度、高い熱伝導率、良好な光透過性、高い電気抵抗などの様々な優れた特性を有している。ダイヤモンド膜は、従来のプラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）によって堆積した他のアモルファスカーボン膜と比較して、ダイヤモンド膜の優れたエッチング選択性のために、半導体産業においてハードマスク材料としても使用することができる。エッチング選択性は、ダイヤモンド膜の非常に高いｓｐ３炭素パーセンテージのために、他のアモルファスカーボン膜よりも２倍又は３倍高くすることができる。グラフェンは、厚さが薄く、電子移動度が高いために、次世代半導体デバイスのための従来の金属バリア層の代わりに使用することができる。その理由は、金属線の厚さと寸法が縮小し続けるにつれ、金属線の抵抗がますます高くなるからである。グラフェンはまた、高い光透過性を有しており、例えば、スマートウォッチアプリケーションなど、フレキシブルな電子機器で使用することができる。しかしながら、本発明者らは、均一な炭素化合物膜を生産することが極めて困難であり、時間がかかるため、このような膜の広範な使用が大幅に減少したことに気付いた。
したがって、本発明者らにより、基板上に炭素化合物膜を堆積させるための改善された方法及び装置が提供された。
本明細書では、誘導結合プラズマリアクタを用いた炭素化合物膜の強化堆積のための方法及び装置が提供される。
いくつかの実施形態では、半導体プロセスにおける炭素化合物堆積のための装置は、チャンバ本体、リッド、内部空間、ポンピング装置、及びガス供給システムを備えた誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）チャンバと、ＩＣＰチャンバの内部空間内に配置された基板を支持するためのペデスタルとを備え、ペデスタルは、窒化アルミニウムから形成され、基板を支持し埋め込まれた加熱要素で加熱するように構成される上面を有する上部と、窒化アルミニウムから形成されたチューブ状の構造を備え、上部を支持して、上部の埋め込まれた加熱要素に電力を供給するための電極を収容するように構成される下部とを有し、ペデスタルは、炭素化合物膜の堆積中に基板を加熱するように構成される。
いくつかの実施形態では、本装置は、更に以下を含みうる。ペデスタルは、基板を摂氏約４００度から摂氏約８００度に加熱するように構成され、チャンバ本体のリッドは平坦であり、ＩＣＰチャンバはリッドの上方に同軸頂部コイルを有し、チャンバ本体のリッドはドーム状であり、ＩＣＰチャンバは頂部コイル及び側部コイルを有し、ポンピング装置は約２ｍＴｏｒｒから約２Ｔｏｒｒの圧力を維持するように構成され、埋め込まれた加熱要素は約２ｋＷから約４ｋＷで動作するように構成され、埋め込まれた加熱要素が、炭素化合物膜の均一な堆積をもたらすように構成される内側加熱ゾーン及び外側加熱ゾーンを有し、内側加熱ゾーンに供給される第１の電力は、外側加熱ゾーンに供給される第２の電力より小さく、ガス供給システムが、頂部及び側部ノズルガス注入で構成され、ペデスタルは、垂直に移動又は回転するように構成され、及び／又は下部は、熱損失が低減されるように、約０．０５インチから約０．１０インチの壁の厚さを有する。
いくつかの実施形態では、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）チャンバ内で基板を加熱するための装置は、ＩＣＰチャンバの内部空間内に配置されるように構成され、かつ炭素化合物膜の堆積中に基板を加熱するように構成されるペデスタルを備え、ペデスタルは、窒化アルミニウムから形成され、基板を支持するように構成される上面を含む上部を備えるように構成され、上部には、基板を加熱するための加熱要素が埋め込まれ、下部は、窒化アルミニウムから形成されたチューブ状の構造を備え、上部を支持して、埋め込まれた加熱要素に電力を供給するための電極を収容するように構成される。
いくつかの実施形態では、本装置は、更に以下を含みうる。埋め込まれた加熱要素は、基板を摂氏約４００度から摂氏約８００度に加熱するように構成され、埋め込まれた加熱要素は、約２ｋＷから約４ｋＷで動作するように構成され、埋め込まれた加熱要素が、炭素化合物膜の均一な堆積をもたらすように構成される内側加熱ゾーン及び外側加熱ゾーンを有し、内側加熱ゾーンに供給される第１の電力は、外側加熱ゾーンに供給される第２の電力より小さく、ペデスタルは、ＩＣＰチャンバ内に位置付けられると、炭素化合物膜の堆積中に回転するように構成され、ペデスタルは、ＩＣＰチャンバ内に位置付けられると、垂直に移動するように構成され、及び／又は下部は、熱損失が低減されるように、約０．０５インチから約０．１０インチの壁の厚さを有する。
いくつかの実施形態では、炭素化合物膜を堆積させるための方法は、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）チャンバ内の、窒化アルミニウムで形成され、埋め込まれた加熱要素を備えたペデスタル上に基板を載置することと、埋め込まれた加熱要素に約２ｋＷから約４ｋＷの電力を供給することにより、基板を摂氏約４００℃から摂氏約８００℃に加熱することと、基板上に炭素化合物膜を堆積させるために、ＩＣＰチャンバの内部処理空間内に１つ又は複数のガスを注入しつつ、ＩＣＰチャンバ内でプラズマを形成することとを含みうる。
いくつかの実施形態では、本方法は、更に、膜の均一性を高めるために、炭素化合物膜の堆積中にペデスタルを回転させること、及び／又は内側加熱ゾーン及び外側加熱ゾーンを備える埋め込まれた加熱エレメントを使用して、基板を加熱することであって、膜成長の均一性を高めるために、内側加熱ゾーン温度が外側加熱ゾーン温度よりも低い、基板を加熱することを含みうる。
以下に他の実施形態及び更なる実施形態が開示される。
上記で簡潔に要約され、以下でより詳細に論じられる本原理の実施形態は、添付図面に示された原理の例示的な実施形態を参照することによって理解することができる。しかし、本原理は他の等しく有効な実施形態を許容しうることから、添付図面は、本原理の典型的な実施形態のみを例示しており、ゆえに、範囲を限定するものと見なすべきではない。
本原理のいくつかの実施形態による、炭素化合物膜を堆積させるための平坦なリッドを備えた誘導結合プラズマチャンバの概略側面図を示す。 本原理のいくつかの実施形態による、炭素化合物膜を堆積させるためのドーム状のリッドを備えた誘導結合プラズマチャンバの概略側面図を示す。 本原理のいくつかの実施形態による、誘導結合プラズマチャンバのためのデュアルゾーン加熱を備えたペデスタルの等角図を示す。 本原理のいくつかの実施形態による、誘導結合プラズマチャンバを用いて炭素化合物膜を堆積させる方法である。
理解を容易にするために、可能な場合には、複数の図に共通する同一の要素を指し示すのに、同一の参照番号を使用した。図面は縮尺どおりには描かれておらず、明確にするために簡略化されることがある。１つの実施形態の要素及び特徴は、更なる記述がなくても、他の実施形態に有益に組み込まれうる。
炭素化合物膜を堆積させるための方法及び装置は、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）チャンバ内での膜成長を促進するために、ペデスタルの形態の基板ヒータを利用する。また、堆積膜の均一性を高めるために、基板ヒータを堆積中に回転させてもよい。本原理によるＩＣＰチャンバ堆積処理は、ＩＣＰが高いラジカル密度を有し、より低い温度でウエハ上に炭素化合物膜を堆積させることができるので、炭素化合物の低温堆積に適している。ラジカル密度が高いと、高い化学反応性に有利であり、低温は、ウエハ内のデバイス損傷を最小限に抑えることができる。ダイヤモンド層及びグラフェン層の両方を成長させるために、限定されないが、炭化水素及び水素などの化学物質を伴うＩＣＰが使用される。ＩＣＰは、高速堆積のための高密度の炭化水素種を提供するだけでなく、高密度の水素ラジカルも提供するため、より低いプロセス温度でアモルファスカーボン相をエッチング除去することができ、大幅に低下したプロセス温度で高品質の膜の高速堆積がもたらされる。本原理の方法及び装置は、ＩＣＰ化学気相堆積（ＣＶＤ）を、大量生産に適した誘電体と金属基板との両方に高品質のダイヤモンド膜及びグラフェン膜をもたらす革新的なイン・サイチュシード及び界面制御と組み合わせる。
現在、高品質のダイヤモンド膜及びグラフェン膜は、典型的には摂氏８００度から摂氏１０００度の高い成長温度を用いたＣＶＤ成長によって堆積されなければならない。しかしながら、デバイスウエハ上の金属線及び低誘電率膜がこのような高温に耐えることができないため、高温は、半導体産業で使用される現在の集積プロセスフローと互換性がない。加えて、高温ＣＶＤによって堆積されたグラフェンもまた、厚い金属箔から転写する必要があるため、不便で工業的用途には実現不可能である。本原理の方法及び装置は、摂氏約４００度から摂氏約８００度の低温成長を提供し、高品質で均一な炭素化合物膜を維持しつつ、より高い温度の堆積によって引き起こされる悪影響を排除する。
本原理の方法及び装置の別の利点は、平らなリッド型ＩＣＰチャンバ及びドーム状のリッド型ＩＣＰチャンバの両方が炭素化合物膜堆積プロセスと互換性があるということである。本原理の方法及び装置は、単一ウエハリアクタ及びツインウエハリアクタでも作動する。図１は、いくつかの実施形態による、炭素化合物膜を堆積させるための平坦なリッド１１２を備えたＩＣＰチャンバ１００の概略側面図を示す。平坦なリッド１１２は、窒化アルミニウム又は酸化アルミニウム系の材料から形成されうる。ＩＣＰチャンバ１００は、堆積が行われる内部処理空間１０４を囲むチャンバ壁１０２を含む。ＩＣＰチャンバ１００はまた、ＩＣＰチャンバ１００内の圧力を制御し、基板が処理される前、処理されている間、又は処理された後に不要なガスを排出するためのポンピングシステム１０６を含む。いくつかの実施形態では、ＩＣＰチャンバ１００の内部処理空間１０４内の圧力は、約２ｍＴｏｒｒから約５００ｍＴｏｒｒに維持されうる。いくつかの実施形態では、ＩＣＰチャンバ１００の内部処理空間１０４内の圧力は、約２ｍＴｏｒｒから約２０００ｍＴｏｒｒに維持されうる。いくつかの実施形態では、ポンピングシステム１０６はまた、ＩＣＰチャンバ１００内の圧力の維持を補助するために、絞りゲートバルブを含みうる。いくつかの実施形態では、ポンピングシステム１０６はまた、高速ポンプグダウンのための粗いポンプと、より高い真空圧のためのターボ分子ポンプとを含みうる。
ガス供給システム１０８は、ノズル１１０を通して内部処理空間１０４内にプロセスガスを供給する。いくつかの実施形態では、ガス供給システム１０８は、シャワーヘッド、ガスリング、及び／又はノズルなどを含みうる。いくつかの実施形態では、プロセスガスは、メタンガス、アセチレンガス、水素ガス、酸素ガス、アルゴンガス、及び／又はヘリウムガスなどをベースとしたガスを含みうる。プラズマは、内部コイル１１４及び外部コイル１１６を含むデュアルスパイラルコイルアンテナを備えた頂部コイルを使用して、内部処理空間１０４内で誘導結合される。プラズマ結合電力は、単一ユニット又は複数ユニットでありうるプラズマ結合電源１１８によって供給される。プラズマ結合電源１１８は、約３ｋＷから約５ｋＷの電力で、約２ＭＨｚから約６０ＭＨｚの周波数のＲＦ電力を供給する。供給されるＲＦ電力は、連続的であってもパルス状（ｐｕｌｓｅｄ）であってもよい。プラズマ結合電源１１８はまた、インピーダンスを調整するために、プラズマ結合電源１１８と頂部コイルとの間に位置付けられた１つ又は複数のＲＦ整合ネットワークを含みうる。
ペデスタル１２０は、上部１２２及び下部１２４を含む。上部１２２は、例えば、第１の埋め込みヒータ１３６及び第２の埋め込みヒータ１３８によって提供される１つ又は複数の加熱ゾーンを含む。１つ又は複数の加熱ゾーンは、１つ又は複数の電源に接続される。図１に示す例では、第１の埋め込みヒータ１３６は、第１の電極１４０を介してヒータ電源１４４に接続される。第２の埋め込みヒータ１３８は、第２の電極１４２を介してヒータ電源１４４に接続される。いくつかの実施形態では、ヒータ電源１４４は、第１の埋め込みヒータ１３６及び第２の埋め込みヒータ１３８の各々に約２ｋＷから約４ｋＷを提供しうる。いくつかの実施形態では、複数のヒータ電源が使用されてもよい。いくつかの実施形態では、上部１２２はまた、リフトピン１５４が上部を通過できるようにして、基板をペデスタル１２０に上げ下げ（ｔｏ ｂｅ ｌｉｆｔｅｄ ｏｎｔｏ ａｎｄ ｏｆｆ ｔｈｅ ｐｅｄｅｓｔａｌ １２０）できるようにしてもよい（例えば、図３を参照）。ペデスタル１２０は、リフティングアセンブリ１２８によって提供される垂直運動１２６を有する。ベローズ１３０は、内部処理空間１０４のシールを破ることなく、垂直運動１２６が起こることを可能にする。いくつかの実施形態では、ペデスタル１２０はまた、回転運動１３２をペデスタル１２０に提供するオプションの回転アセンブリ１３４を有してもよい。回転運動１３２は、基板の処理中に、より均一な膜堆積をもたらすのを助ける。
ＩＣＰチャンバ１００はまた、コントローラ１４６を含みうる。コントローラ１４６は、直接制御を使用して、又は代替的には、ＩＣＰチャンバ１００に関連する複数のコンピュータ（又は複数のコントローラ）を制御することによって、ＩＣＰチャンバ１００の動作を制御する。動作において、コントローラ１４６は、データ収集及びフィードバックによりＩＣＰチャンバ１００の性能を最適化できるようにする。コントローラ１４６は、概して、中央処理装置（ＣＰＵ）１４８と、メモリ１５０と、サポート回路１５２とを含む。ＣＰＵ１４８は、工業的な設定で使用可能な任意の形態の汎用コンピュータプロセッサでありうる。サポート回路１５２は、従来、ＣＰＵ１４８に接続され、キャッシュ、クロック回路、入力／出力サブシステム、電源などを備えうる。上述の方法のようなソフトウェアルーチンは、メモリ１５０に記憶することができ、ＣＰＵ１４８によって実行されると、ＣＰＵ１４８を特定目的のコンピュータ（コントローラ１４６）に変換する。ソフトウェアルーチンはまた、ＩＣＰチャンバ１００から遠隔に位置する第２のコントローラ（図示せず）によって記憶及び／又は実行されうる。
メモリ１５０は、ＣＰＵ１４８によって実行されると、半導体プロセス及び機器の動作を容易にするための命令を含むコンピュータ可読記憶媒体の形態である。メモリ１５０内の命令は、本原理の装置を実装するプログラムなどのプログラム製品の形態である。プログラムコードは、多数の異なるプログラミング言語のいずれか１つに準拠しうる。１つの例では、本開示は、コンピュータシステムと使用するために、コンピュータ可読記憶媒体上に記憶されたプログラム製品として実装されうる。プログラム製品の１つ又は複数のプログラムは、態様の機能を定義する。例示的なコンピュータ可読記憶媒体には、情報が永久的に記憶される書込み不能な記憶媒体（例えば、ＣＤ－ＲＯＭドライブ、フラッシュメモリ、ＲＯＭチップ、又は任意の種類のソリッドステート不揮発性半導体メモリによって読み出し可能なＣＤ－ＲＯＭディスクなどのコンピュータ内の読出し専用メモリデバイス）、及び変更可能な情報が記憶される書き込み可能な記憶媒体（例えば、ディスケットドライブ若しくはハードディスクドライブ内のフロッピーディスク又は任意の種類のソリッドステートランダムアクセス半導体メモリ）が含まれるが、これらに限定されない。そのようなコンピュータ可読記憶媒体は、本明細書で説明される基板加熱システムの機能を指示するコンピュータ可読命令を搬送する場合、本原理の態様である。
図２は、いくつかの実施形態による、炭素化合物膜を堆積させるためのドーム状リッド２１２を備えたＩＣＰチャンバ２００の概略側面図を示す。ドーム状リッド２１２は、窒化アルミニウム又は酸化アルミニウム系の材料から形成されうる。ＩＣＰチャンバ２００は、堆積が行われる内部処理空間２０４を囲むチャンバ壁２０２を含む。ＩＣＰチャンバ２００はまた、ＩＣＰチャンバ２００内の圧力を制御し、基板が処理される前、処理されている間、又は処理された後に不要なガスを排出するためのポンピングシステム２０６を含む。いくつかの実施形態では、ＩＣＰチャンバ２００の内部処理空間２０４内の圧力は、約２ｍＴｏｒｒから約５００ｍＴｏｒｒに維持されうる。いくつかの実施形態では、ＩＣＰチャンバ２００の内部処理空間２０４内の圧力は、約２ｍＴｏｒｒから約２０００ｍＴｏｒｒに維持されうる。いくつかの実施形態では、ポンピングシステム２０６はまた、ＩＣＰチャンバ２００内の圧力の維持を補助するために、絞りゲートバルブを含みうる。いくつかの実施形態では、ポンピングシステム２０６はまた、高速ポンプグダウンのための粗いポンプと、高い真空圧のためのターボ分子ポンプとを含みうる。
ガス供給システム２０８は、頂部ノズル２１０及び側部ノズル２５６を通して内部処理空間２０４にプロセスガスを供給する。頂部ノズル２１０及び側部ノズル２５６は、基板上に均一な堆積をもたらすのを容易にするように調整することができる。ノズルは、アルミニウム、酸化アルミニウム、又は窒化アルミニウム材料から形成することができる。いくつかの実施形態では、ガス供給システム２０８は、シャワーヘッド、ガスリング、及び／又はノズルなどを含みうる。いくつかの実施形態では、プロセスガスは、メタンガス、アセチレンガス、水素ガス、酸素ガス、アルゴンガス、及び／又はヘリウムガスなどをベースとしたガスを含みうる。プラズマは、頂部コイル２１４及び側部コイル２１６を用いて誘導結合される。いくつかの実施形態では、プラズマ結合電力は、頂部コイルプラズマ結合電源２１８及び側部コイルプラズマ結合電源２５８によって供給されうる。いくつかの実施形態では、頂部コイル２１４及び側部コイル２１６は、共通のプラズマ結合電源（図示せず）によって電力が供給されうる。頂部コイルプラズマ結合電源２１８及び側部コイルプラズマ結合電源２５８は、約３ｋＷから約２０ｋＷの電力で、約２ＭＨｚから約６０ＭＨｚの周波数のＲＦ電力を供給する。供給されるＲＦ電力は、連続的であってもパルス状であってもよい。また、頂部コイルプラズマ結合電源２１８及び側部コイルプラズマ結合電源２５８は、インピーダンスを調整するために、電源とコイルとの間にそれぞれ位置付けられたＲＦ整合ネットワークを含んでもよい。
ペデスタル２２０は、上部２２２及び下部２２４を含む。上部２２２は、例えば、第１の埋め込みヒータ２３６及び第２の埋め込みヒータ２３８によって提供される１つ又は複数の加熱ゾーンを含む。１つ又は複数の加熱ゾーンは、１つ又は複数の電源に接続される。図２に示す例では、第１の埋め込みヒータ２３６は、第１の電極２４０を介してヒータ電源２４４に接続される。第２の埋め込みヒータ２３８は、第２の電極２４２を介してヒータ電源２４４に接続される。いくつかの実施形態では、ヒータ電源２４４は、第１の埋め込みヒータ２３６及び第２の埋め込みヒータ２３８の各々に約２ｋＷから約４ｋＷを提供しうる。いくつかの実施形態では、上部２２２はまた、リフトピン２５４が上部を通過できるようにして、基板をペデスタル２２０に上げ下げ（ｔｏ ｂｅ ｌｉｆｔｅｄ ｏｎｔｏ ａｎｄ ｏｆｆ ｔｈｅ ｐｅｄｅｓｔａｌ ２２０）できるようにしてもよい（例えば、図３を参照）。ペデスタル２２０は、リフティングアセンブリ２２８によって提供される垂直運動２２６を有する。ベローズ２３０は、内部処理空間２０４のシールを破ることなく、垂直運動２２６が起こることを可能にする。いくつかの実施形態では、ペデスタル２２０はまた、回転運動２３２をペデスタル２２０に提供するオプションの回転アセンブリ２３４を有してもよい。回転運動２３２は、基板の処理中に、より均一な膜堆積をもたらすのを助ける。
ＩＣＰチャンバ２００はまた、コントローラ２４６を含みうる。コントローラ２４６は、直接制御を使用して、又は代替的には、ＩＣＰチャンバ２００に関連する複数のコンピュータ（又は複数のコントローラ）を制御することによって、ＩＣＰチャンバ２００の動作を制御する。動作において、コントローラ２４６は、データ収集及びフィードバックによりＩＣＰチャンバ２００の性能を最適化できるようにする。コントローラ２４６は、概して、中央処理装置（ＣＰＵ）２４８と、メモリ２５０と、サポート回路２５２とを含む。ＣＰＵ２４８は、工業的な設定で使用可能な任意の形態の汎用コンピュータプロセッサでありうる。サポート回路２５２は、従来、ＣＰＵ２４８に接続され、キャッシュ、クロック回路、入力／出力サブシステム、電源などを備えうる。上述の方法のようなソフトウェアルーチンは、メモリ２５０に記憶することができ、ＣＰＵ２４８によって実行されると、ＣＰＵ２４８を特定目的のコンピュータ（コントローラ２４６）に変換する。ソフトウェアルーチンはまた、ＩＣＰチャンバ２００から遠隔に位置する第２のコントローラ（図示せず）によって記憶及び／又は実行されうる。
メモリ２５０は、ＣＰＵ２４８によって実行されると、半導体プロセス及び機器の動作を容易にするための命令を含むコンピュータ可読記憶媒体の形態である。メモリ２５０内の命令は、本原理の装置を実装するプログラムなどのプログラム製品の形態である。プログラムコードは、多数の異なるプログラミング言語のいずれか１つに従いうる。１つの例では、本開示は、コンピュータシステムと使用するために、コンピュータ可読記憶媒体上に記憶されたプログラム製品として実装されうる。プログラム製品の１つ又は複数のプログラムは、態様の機能を定義する。例示的なコンピュータ可読記憶媒体には、情報が永久的に記憶される書込み不能な記憶媒体（例えば、ＣＤ－ＲＯＭドライブ、フラッシュメモリ、ＲＯＭチップ、又は任意の種類のソリッドステート不揮発性半導体メモリによって読み出し可能なＣＤ－ＲＯＭディスクなどのコンピュータ内の読出し専用メモリデバイス）、及び変更可能な情報が記憶される書き込み可能な記憶媒体（例えば、ディスケットドライブ若しくはハードディスクドライブ内のフロッピーディスク又は任意の種類のソリッドステートランダムアクセス半導体メモリ）が含まれるが、これらに限定されない。そのようなコンピュータ可読記憶媒体は、本明細書で説明される基板加熱システムの機能を指示するコンピュータ可読命令を搬送する場合、本原理の態様である。
図３は、いくつかの実施形態による、誘導結合プラズマチャンバのためのデュアルゾーン加熱を備えたペデスタル３００の等角図を示す。ペデスタル３００は、基板を支持し、基板を加熱するように構成される上部３０２を含む。いくつかの実施態様において、上部３０２は、ペデスタル３００が垂直下方に移動するときに基板を上部３０２から持ち上げるために、リフトピン（図示せず、図１及び図２を参照）が上部３０２を通過できるように、１つ又は複数の通路３０８を含む。いくつかの実施形態では、上部３０２は、１つ又は複数の加熱ゾーンを含む。図３の例では、第１の加熱ゾーンは、上部３０２の中央に位置付けられた第１のセットの埋め込まれた加熱要素３１０によって画定される。第１のセットの埋め込まれた加熱要素３１０は、加熱電源（図示せず、図１及び図２を参照）に接続されるように構成される第１の電極３１８と電気的に接触している。第２の加熱ゾーンは、上部３０２の周囲近傍に位置付けられた第２のセットの埋め込まれた加熱要素３１２によって画定される。第２のセットの埋め込まれた加熱要素３１２は、加熱電源（図示せず、図１及び図２を参照）に接続されるように構成される第２の電極３２０と電気的に接触している。いくつかの実施形態では、膜堆積の間、第２の加熱ゾーンは、ＩＣＰチャンバ内で生じる基板のエッジ冷却を補償するために、第１の加熱ゾーンと比較して印加される電力を約７５％から約１２５％高くしてもよい。いくつかの実施形態では、第２の加熱ゾーンは、第１の加熱ゾーンよりも高い温度を有する。
上部３０２は、窒化アルミニウム材料から形成され、いくつかの実施態様では、約０．５００インチから約０．７５０インチの厚さ３０６を有する。窒化アルミニウム材料は、高い熱伝導率を有し、デュアル加熱ゾーンと共に使用される場合、上部３０２が、基板を均一な温度まで加熱できるようにし、これにより、基板表面上の膜の増加及びより均一な成長が可能になる。窒化アルミニウム材料は、堆積プロセス中に使用される化学物質に対しても耐性がある。ペデスタル３００は、窒化アルミニウムから形成されたチューブ状構造を備えた下部３０４を有する。下部３０４は、約０．０５インチから約０．１０インチの厚さ３１６を有する壁３１４を有する。発明者らは、壁３１４の厚さ３１６が最小限に保たれていれば、下部３０４を介したペデスタル３００からの熱損失が劇的に減少するであろうことを見出した。下部３０４のチューブ状構造は、第１の電極及び第２の電極を下部３０４内で上部３０２にルート決めできるようにし、第１のセットの埋め込まれた加熱要素３１０及び第２のセットの埋め込まれた加熱要素３１２とそれぞれ接続する。
図４は、いくつかの実施形態による、ＩＣＰチャンバ内に炭素化合物膜を堆積させる方法４００である。ブロック４０２では、基板が、ＩＣＰチャンバ内の、窒化アルミニウムで形成され、埋め込まれた加熱要素を備えたペデスタル上に載置される。いくつかの実施形態では、埋め込まれた加熱要素は、１つ又は複数の加熱ゾーンを形成し、例えば、ＩＣＰチャンバの内部処理空間内のガス流によって引き起こされるエッジ冷却効果が存在する場合であっても、基板の均一な加熱を提供するように構成されうる。１つ又は複数の加熱ゾーンは、ペデスタルの上部内の中央に位置付けられた内側加熱ゾーンと、ペデスタルの上部の周辺近傍に位置付けられた外側加熱ゾーンとを含みうる。いくつかの実施形態では、外側加熱ゾーンは、基板の周囲を冷却しうるＩＣＰチャンバ内部の影響により、内側加熱ゾーンよりも高い電力で加熱されうる。ブロック４０４では、埋め込まれた加熱要素に約２ｋＷから約４ｋＷの電力を供給することにより、基板は、埋め込まれた加熱要素によって摂氏約４００度から摂氏約８００度に加熱される。供給される電力は、ＩＣＰチャンバの異なる加熱ゾーン及び／又は内部温度に基づいて変化しうる。いくつかの実施形態では、基板は、埋め込まれた加熱要素によって、摂氏約４００度から摂氏約７５０度に加熱される。いくつかの実施形態では、基板は、埋め込まれた加熱要素によって、摂氏約４００度から摂氏約７００度に加熱される。
ブロック４０６では、ＩＣＰチャンバの内部処理空間内に１つ又は複数のガスを注入しつつ、ＩＣＰチャンバ内でプラズマを誘導結合させて、基板上に炭素化合物膜を堆積させる。いくつかの実施形態では、１つ又は複数のガスは、メタンガス、アセチレンガス、水素ガス、酸素ガス、アルゴンガス、及び／又はヘリウムガスなどをベースにしうる。いくつかの実施形態では、プラズマ結合電力は、約３ｋＷから約２０ｋＷの電力で、約２ＭＨｚから約６０ＭＨｚで動作するＲＦ連続及び／又はパルス状電源でありうる。デュアルトップコイルを使用するいくつかの実施形態では、プラズマ結合電力は、約３ｋＷの電力で、約１３．５６ＭＨｚで動作するＲＦ源でありうる。頂部コイル及び側部コイルを使用するいくつかの実施形態では、頂部コイル及び側部コイルは、約１０ｋＷの電力が頂部コイル及び側部コイルに供給された状態で、約２ＭＨｚで動作する１つ又は複数のＲＦ源によって電力供給されうる。いくつかの実施形態では、ＩＣＰチャンバは、炭素化合物膜堆積中に、約２ｍＴｏｒｒから約５００ｍＴｏｒｒの圧力で動作しうる。いくつかの実施形態では、ＩＣＰチャンバは、炭素化合物膜堆積中に、約２ｍＴｏｒｒから約２０００ｍＴｏｒｒの圧力で動作しうる。基板を加熱することにより、基板上の炭素化合物膜成長の増加が促進される。堆積プロセスは、約６０秒から約３０分間行われうる。いくつかの実施形態では、ペデスタルは、より均一な堆積が基板上で行われるように、炭素化合物膜堆積プロセス中に回転されうる。
本原理による実施形態は、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、又はこれらの任意の組み合わせで実装されうる。実施形態はまた、１つ又は複数のコンピュータ可読媒体を使用して記憶された命令として実施され、これは、１つ又は複数のプロセッサによって読み取られ、実行されうる。コンピュータ可読媒体は、マシン（例えば、１つ又は複数のコンピューティングプラットフォーム上で実行されるコンピューティングプラットフォーム又は「仮想マシン」）によって、可読形式で情報を記憶又は送信するための任意のメカニズムを含みうる。例えば、コンピュータ可読媒体は、任意の適切な形態の揮発性又は不揮発性メモリを含みうる。いくつかの実施形態では、コンピュータ可読媒体は、非一過性のコンピュータ可読媒体を含みうる。
上記は、本原理の実施形態を対象としているが、本原理の基本的な範囲から逸脱することなく、本原理の他の実施形態及び更なる実施形態が考案されうる。

Claims (20)

  1. 半導体プロセスにおける炭素化合物堆積のための装置であって、
    チャンバ本体、リッド、内部空間、ポンピング装置、及びガス供給システムを備えた誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）チャンバと、
    前記ＩＣＰチャンバの前記内部空間内に配置された基板を支持するためのペデスタルと
    を備え、前記ペデスタルは、窒化アルミニウムから形成され、基板を支持し埋め込まれた加熱要素で加熱するように構成される上面を有する上部と、窒化アルミニウムから形成されたチューブ状の構造を備え、前記上部を支持して、前記上部の前記埋め込まれた加熱要素に電力を供給するための電極を収容するように構成される下部とを有し、前記ペデスタルは、炭素化合物膜の堆積中に前記基板を加熱するように構成される、装置。
  2. 前記ペデスタルは、前記基板を摂氏約４００度から摂氏約８００度に加熱するように構成される、請求項１に記載の装置。
  3. 前記チャンバ本体の前記リッドは平坦であり、前記ＩＣＰチャンバは前記リッドの上方に同軸頂部コイルを有する、請求項１に記載の装置。
  4. 前記チャンバ本体の前記リッドはドーム状であり、前記ＩＣＰチャンバは頂部コイル及び側部コイルを有する、請求項１に記載の装置。
  5. 前記ポンピング装置は、約２ｍＴｏｒｒから約２Ｔｏｒｒの圧力を維持するように構成される、請求項１に記載の装置。
  6. 前記埋め込まれた加熱要素は、約２ｋＷから約４ｋＷで動作するように構成される、請求項１に記載の装置。
  7. 前記埋め込まれた加熱要素が、前記炭素化合物膜の均一な堆積をもたらすように構成される内側加熱ゾーン及び外側加熱ゾーンを有し、前記内側加熱ゾーンに供給される第１の電力は、前記外側加熱ゾーンに供給される第２の電力より小さい、請求項１に記載の装置。
  8. 前記ガス供給システムが、頂部及び側部ノズルガス注入で構成される、請求項１に記載の装置。
  9. 前記ペデスタルは、垂直に移動又は回転するように構成される、請求項１に記載の装置。
  10. 前記下部は、熱損失が低減されるように、約０．０５インチから約０．１０インチの壁の厚さを有する、請求項１に記載の装置。
  11. 誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）チャンバ内で基板を加熱するための装置であって、
    前記ＩＣＰチャンバの内部空間内に配置されるように構成され、かつ炭素化合物膜の堆積中に前記基板を加熱するように構成されるペデスタル
    を備え、前記ペデスタルは、
    窒化アルミニウムから形成され、前記基板を支持するように構成される上面を有する上部であって、前記基板を加熱するための埋め込まれた加熱要素を有する上部と、
    窒化アルミニウムから形成されたチューブ状の構造を備え、前記上部を支持して、前記埋め込まれた加熱要素に電力を供給するための電極を収納するように構成される下部と
    を備えるように構成される、装置。
  12. 前記埋め込まれた加熱要素は、前記基板を摂氏約４００度から摂氏約８００度に加熱するように構成される、請求項１１に記載の装置。
  13. 前記埋め込まれた加熱要素は、約２ｋＷから約４ｋＷで動作するように構成される、請求項１１に記載の装置。
  14. 前記埋め込まれた加熱要素は、前記炭素化合物膜の均一な堆積をもたらすように構成される内側加熱ゾーン及び外側加熱ゾーンを有する、請求項１１に記載の装置。
  15. 前記内側加熱ゾーンに供給される第１の電力は、前記外側加熱ゾーンに供給される第２の電力より小さい、請求項１４に記載の装置。
  16. 前記ペデスタルは、前記ＩＣＰチャンバ内に位置付けられると、前記炭素化合物膜の堆積中に回転するように構成される、請求項１１に記載の装置。
  17. 前記ペデスタルは、前記ＩＣＰチャンバ内に位置付けられると、垂直に移動するように構成される、請求項１１に記載の装置。
  18. 前記下部は、熱損失が低減されるように、約０．０５インチから約０．１０インチの壁の厚さを有する、請求項１１に記載の装置。
  19. 炭素化合物膜を堆積させるための方法であって、
    誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）チャンバ内の、窒化アルミニウムで形成され、埋め込まれた加熱要素を備えたペデスタル上に基板を載置することと、
    前記埋め込まれた加熱要素に約２ｋＷから約４ｋＷの電力を供給することにより、前記基板を摂氏約４００度から摂氏約８００度に加熱することと、
    前記基板上に前記炭素化合物膜を堆積させるために、前記ＩＣＰチャンバの内部処理空間内に１つ又は複数のガスを注入しつつ、前記ＩＣＰチャンバ内でプラズマを形成することと
    を含む、方法。
  20. 更に、
    膜の均一性を高めるために、前記炭素化合物膜の堆積中に前記ペデスタルを回転させること、又は
    内側加熱ゾーン及び外側加熱ゾーンを備える埋め込まれた加熱エレメントを使用して、前記基板を加熱することであって、膜成長の均一性を高めるために、内側加熱ゾーン温度が外側加熱ゾーン温度よりも低い、前記基板を加熱すること
    を含む、請求項１９に記載の方法。
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