JP4499915B2

JP4499915B2 - プラズマを閉じ込めるための方法

Info

Publication number: JP4499915B2
Application number: JP2000523694A
Authority: JP
Inventors: キースコアイ，; ローレンス，チャン−ライレイ，; メイチャン，; マーク，エス．ジョンソン，
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 1997-12-02
Filing date: 1998-12-01
Publication date: 2010-07-14
Anticipated expiration: 2018-12-01
Also published as: WO1999028945A1; TW401591B; US6063441A; KR20010032700A; JP2001525495A

Description

【０００１】
【発明の背景】
関連出願とのクロスリファレンス
本出願は、Jun Zbao, Ashok Sinha, Avi Tepman, Mei Chang, Lee Luo, Alex Schreiber, Talex Sajoto, Stephan Wolfe, Charles Dornfest, および Michael Danek を共同発明者として、1996年7月12日に提出され、係属中で通常に譲渡された、米国特許出願第08/680724号、発明の名称「COMPONENTS PERIPHERAL TO THE PEDESTAL IN THE GAS FLOW PULL WITHIN A CHEMICAL VAPOR DEPOSITION CHAMBER」に関連し、この出願の開示(図面を含め)は、この直後へ一字一句その通りに全体を引用して、本明細書中へ全体が組み込まれる。
【０００２】
本出願は、Jun Zhao, Tom Cho, Xin S. Guo, Atsushi Tarate, Jiamnin Quiao, および Alex Schreiber を共同発明者として、1995年12月22日に提出され、係属中で通常に譲渡された、米国特許出願第 08/577867 号、発明の名称「 METHOD OF REDUCING RESIDUE ACCUMULATION IN CVD CHAMBER USING CERAMIC UNING 」にも関連し、この出願の開示は、この直後へ一字一句その通りに全体を引用して、本明細書中へ全体が組み込まれる。本出願は Jun Zhao, Charles Dornfest, Talex Sajoto, Leonid Selyutin, Stefan wolff, Lee Luo, Harold Mortensen, および Richard Palicka を共同発明者として、1997年2月2日に提出され、係属中で通常に譲渡された、米国特許出願第08/800096号、発明の名称「 HIGH TEMPERATURE CERAMIC HEATER ASSEMBLY WITH RF CAPABILITY AND RELATED METHOD 」にも関連し、この出願の開示は、この直後へ一字一句その通りに全体を引用して、本明細書中へ全体が組み込まれる。1997年2月2日に提出されて米国特許出願第 08/800096 号を有する特許出願は、引用されて本明細書中へ組み込まれた1995年7月14日に提出された米国特許出願第 08/502585 号の一部継続出願である。本出願は、更に Jun Zhao, Lee Luo, Xiao Liang Jin, Jia-Xiang Wang, Talex Sajoto, Stefan Wolff, Leonid Selyutin, および Ashok Sinha を共同発明者とし、係属中で通常に譲渡された米国特許出願、発明の名称「HIGH TEMPERATURE(HIGH FLOW RATE CHEMICAL VAPOR DEPOSITION APPARATUS AND RELATED METHODS)」, Jun Zhao, Lee Luo, Xiao Liang Jin, Jia-Xiang Wang, および Stefan Wolff を共同発明者とし、係属中で通常に譲渡された米国特許出願、発明の名称「HIGH TEMPERATURE(HIGH DEPOSITION RATE PROCESS AND APPARATUS FOR DEPOSITING TITANIUM LAYERS)」、Jun Zbao, Talex Sajoto, Leonid Selyutin, Charles Dornfest, Stefan Wolff, Lee Luo, および Eller Juco を共同発明者とし、係属中で通常に譲渡された米国特許出願、発明の名称「APPARATUS FOR CERAMIC PEDESTAL AND METAL SHAFT ASSEMBLY」、および Jun Zhao, Lee Luo, Jia-Xiang Wang, Xiao Liang Jin, および Stefan Wolff を共同発明者とし、係属中で通常に譲渡された米国特許出願、発明の名称「METHODS AND APPARATUS FOR A CLEANING PROCESS IN A HIGH TEMPERATURE CORROSIVE PLASMA ENVRONMENT」に関連する。
【０００３】
発明の背景
１．発明の分野
本発明は半導体処理設備に関する。より具体的には、本発明は、半導体処理設備の処理チャンバを提供すると共に、半導体処理設備の処理チャンバの処理ゾーン内へプラスマガスを閉じ込めるための方法を提供する。
【０００４】
２．従来技術の説明
半導体集積回路は、半導体材料、絶縁材料、および導体材料の、場合によってはパターン化された多数の層、および、ボンディング、マイグレーションバリヤ、そしてオーミックコンタクトのような機能を提供する追加層により製造される。これら多様な材料の薄膜は、多くの方法で堆積、すなわち形成されるが、その中で、最新の処理において、最も重要な方法は、スパッタリングとしても知られる物理蒸着（ＰＶＤ）と化学的気相成長（ＣＶＤ）である。
【０００５】
ＣＶＤでは、上へ形成されたシリコンまたは他の材料のパターン化された層を既に有することができる基板、例えばシリコンウエーハが前駆ガスへ曝露され、先駆ガスは、基板の表面で反応して、基板上へ反応生成物を堆積することによって、膜を成長させる。単純な実施例は、チャンバから排気されるガス副生成物を形成する水素を持つシリコンを堆積させるために、シラン（ＳＨ₄）の使用を含む。しかし、本出願は、ＴｉＮのような導体材料のＣＶＤにより多く向けられる。
【０００６】
この表層反応は、少なくとも２種類の異なる方法で起こすことができる。サーマルプロセスでは、基板近傍で前駆ガスの分子のための活性化エネルギーを提供し、そこで反応させて基板上へ層を堆積させるのに十分高い温度まで基板が加熱される。プラスマ強化ＣＶＤプロセス（ＰＥＣＶＤ）では、前駆ガスは、それがプラスマを形成するのに十分高い場にさらされる。その結果、先駆ガスは励起されて、基板表面上で容易に反応し、所望される層状材料を形成する、イオンやラジカルのようなエネルギー性状態になる。
【０００７】
Zhao 他は、明示的に引用されて本明細書中へ組み込まれ、共通の譲受人に譲渡された米国特許第５，５５８，７１７号で、ＣＶＤ堆積チャンバの実施例を説明している。このタイプのＣＶＤチャンバは、カリフォルニア州サンタクララの Appplied Material, Inc. から、CVD DxZ として市販で入手可能である。
この米国特許第 5,558,717 号で記載されるように、そして図１の側断面図で図解するように、ＣＶＤリアクターチャンバ３０は、ＣＶＤによりＴｉ層のような材料層を堆積されるウエーハ３６を、支持面３４上で支持するぺデスタル３２を含む。リフトピン３８はペデスタル３２内をスライド可能であるが、それら上端部の円錐ヘッドにより、抜け落ちないようになっている。リフトピン３８の下端は、垂直に移動可能なリフトリング３９と係合でき、したがって、ペデスタル３２の表面より上へ持ち上げられることが可能である。下方のローディング位置（以下１５６を印したスリットバルブよりわずかに下方）にあるペデスタル３２により、リフトピン３８およびリフトリング３９に協働するロボットブレード（不図示）が、スリットバルブを介してウエーハ３６をダイチャンバ３０との間で出入搬送する。ダイチャンバは、スリットバルブを介するガス流のチャンバへの出入りを阻止するために真空シールされることができる。リフトピン３８は、挿入されたウエーハ（不図示）をロボットブレードから離して上げ、次いでペデスタル３２が上昇してリフトピン２８からウエーハ３８を離し、ペデスタル３２の支持面３４上へ搬送する。適切なロボティクス搬送アセンブリは、開示全体が引用されて本明細書中へ組み込まれた、Ｍａｙｄｅｎに発行され通常に譲渡された米国特許第４，９５１，６０１号に記載されている。
【０００８】
セルフアライメントリフト機構の使用により、ペデスタル３２は、ウエーハ３６を更に、対向するウエーハ３６へプロセスガスを噴射するための非常に多くの通路４２を含むシャワーヘッドと称されることが多いガス分配面板４に近い対向位置に上げる。プロセスガスは、ガスフィードカバープレート４６を通って第１のディスク形スペースつまりボイドに至り、そこからバッフルプレート（またはガスブロッカープレート）４８内の通路５０を通って、シャワーヘッド４０の後の第２のディスク形スペースつまりボイド５４に至り、リアクタ３０内へ噴射される。シャワーヘッド４０は、処理スペースつまり処理ゾーン５６内へプロセスガスを噴出させるための多数の穴つまり通路４２を含む。より具体的には、プロセスガスは、スペースつまりボイド５４から、通路４２を通り、処理スペースつまり処理ゾーン５６に入りウエーハ３６へ向かう。
【０００９】
矢印で示すように、プロセスガスは、ウェーハ３６の表面で反応するために、シャワーヘッド４０内の孔４２から、シャワーヘッド４０とペデスタル３２の間の処理スペースつまり処理ゾーン５６内へ噴出する。ペデスタル３２が処理位置にあるとき、プロセスガス副生成物は、引き続きウェーハ３６のエッジを横断して半径方向外向に流れ、ぺデスタル３２の上側周囲を囲む環状圧送チャネル６０へ流入する。より詳細には、プロセスガスは、圧送チャネル６０と、ウエーハ３６上方の処理スペースつまりゾーン５６との間に形成された環状チョーク開口６２を通って流れる。このチョーク開口６２は、より特定的には、チャンバ蓋リム６６に設けられたアイソレータリング６４と、メインチャンバ本体７２内側の棚部７０に設置された絶縁環状チャンバーインサートつまりシールドライナ６８との間に形成される。チョーク開口６２は、広義には、完全にシールされた(unbroken)環状チョーク開口６２が得られるように、メインチャンバと、それに取着された取り外し可能な蓋との間に形成される。チョーク開口６２の幅は、シャワーヘッド４０とウェーハ３６間のスペースつまりゾーン５６の深さより実質的に狭く、円周方向の圧送チャネル６０の最小横断寸法より実質的に、例えば少なくとも５という因数分だけ小さい。チョーク開口６２の幅は、運転圧力とガス流量で十分な空力抵抗性を生成するのに十分なほど小さくかつ十分な長さで作られ、それにより、チョーク開口６２をまたぐ圧力低下が、ウエーハ３６の半径をまたぐ圧力低下または環状圧送チャネル６０の円周まわりの圧力低下より実質的に大きくなる。実際には、ウェーハ３６の中央から圧送チャネル６０内の地点までの圧力低下が、圧送チャネル６０内の円周方向の圧力低下の１０％以下とするのに十分な空力インピーダンスを、チョーク開口６２が導入することが普通である。
【００１０】
圧送チャネル６０は、絞られた排気開口７４を介して圧送プレナム７６に接続され、バルブ７８が、排気ベント８０を介して真空ポンプ８２のゲートとなる。絞り排気開口７４は、圧送チャネル６０内の圧力が実質的に一定であるように空力インピーダンスを導入する際のチョーク開口６２の機能と同様の機能を果たす。
【００１１】
絞りチョークと排気開口６２、７４は、円周方向の圧送チャネル６０のまわりで、ほとんど均一な圧力を生成する。結果として得られる、ウェーハ３６全体にわたるガス分布のフローパターンは図２の矢線８４で示される。プロセスガスおよびその反応副生成物は、シャワーヘッド４０の中心から、ウェーハ３６、そして放射状経路８４に沿ってペデスタル３２の周縁を通り、チョーク開口６２を経て圧送チャネル６０に至る。次にガスは、圧送チャネル６０内の通路８６（図２参照）に沿い円周方向に、排気開口７４へ流れ、排気プレナム７６と排気ベント８０を通って真空ポンプ８２に至る。絞り６２、７４により、ウエーハ３６を横断する放射状フロー８４は、方位角方向でほとんど均一である。
【００１２】
図１および３（図３は、図１の右上隅のクローズアップ図である）に示すように、チャンバ本体７２内のダイ棚部７０はチャンバシールドライナ６８を支持し、チャンバーシールドライナは圧送チャネル６０の底を形成する。チャンバ蓋のリム６６は、チャンバ本体７２の一部に沿って、圧送チャネル６０の、上部と外壁を形成する。圧送チャネル６０の内側上端はアイソレータリング６４により形成され、アイソレータリングは、チャンバー本体７２から金属のシャワーヘッド４０を絶縁するセラミックまたは他の電気絶縁材料でできている。
【００１３】
図１のＣＶＤリアクタ３０は、サーマルとプラズマ強化の２モードで運転される。サ−マルモードで、電源９０は、ペデスタル３２の頂部の抵抗ヒータ９２へパワーを供給し、それによりＣＶＤ堆積反応を熱的に活性化するのに十分高い温度まで、ペデスタル３２、従がってウエーハ３６を加熱する。プラズマ強化モードにおいて、ＲＦ電源９４は、スイッチ９６により金属のシャワーヘッド４０へ導通され、従がって電極として働らく。シャワーヘッド４０は、普通は電気的に不導体のセラミックで形成された環状アイソレータリング６４によって、蓋のリム６６とメインチャンバ本体７２から電気的に絶縁される。ＲＦパワーがシャワーヘッド４０とペデスタル３２間で分割されるように、ペデスタル３２はＲＦソース９４と関連するバイアス要素９８に接続される。充分な電圧とパワーがＲＦソース９４により供給されることにより、シャワーヘッド４０とペデスタル３２間の処理領域５６内のプロセスガスは、放電してプラズマを形成する。
【００１４】
図１〜３に図解された一般的なタイプのＣＶＤリアクタは、引用によって、本明細書へ完全に組み込まれた米国特許出願第 07/898059 号で Sandhu 他により説明されているサーマルＴＤＭＡＴプロセスを使用して、チタン窒化物（ＴｉＮ）のような導体材料の膜を堆積させるために、使用されてきた。関連したプラスマプロアセスが、引用によって、本明細書へ完全に組み込まれた米国特許第 5,246,881号で Sandhu 他により説明されている。このチャンバ内での導体材料の堆積は、本発明が取り組むいくつかの問題を提示している。
【００１５】
チタン窒化物は適度に良好な導電体であるが、半導体処理において、それはバリア層として働くことを主に使用され、かつ接着層としてチタンを支援する。このプロセスは、図４の断面図に示すコンタクト構造へ適用されることが多く、そこでは、典型的にはＳｉＯ₂である酸化物層１００が、結晶シリコンつまりポリシリコンの表面を持つ基板１０２上へ約１μｍの厚さまで堆積される。酸化物層１００はレベル間絶縁体として働くが、レベル間の電気的コンタクトを提供するために、コンタクトホール１０４が、酸化物層１００を貫通してエッチングされ、アルミニウムのような金属で充填される。しかし、先端集積回路では、コンタクトホール１０４は狭く、０．３５μｍ未満となることが多く、そのアスペクト比は３以上になる。このようなホールを充填することは困難である。しかし、先ず、ホール１０４がチタン層１０６で形状追随的に被覆され、そしてチタン層１０６がチタン窒化物層１０８で形状追随的に被覆される、という幾分は標準的なプロセスが開発されている。その後で、アルミニウム層１１０が、通常は物理蒸着により堆積されて、コンタクトホールを充填し、上側レベルに電気的な相互接続ラインを提供する。Ｔｉ層１０４は、側壁上の下地のシリコンと酸化物の両方へ接着層を提供する。また、それは、オーミックコンタクトを形成するために、下地シリコンによりケイ素化できる。ＴｉＮ層１０６はＴｉ層１０４へ良好に結合し、そしてアルミニウム層１１０は、アルミニウムが内包ボイドを形成することなくコンタクトホール１０４をより良好に充填できるように、ＴｉＮを良好に濡らす。また、ＴＩＮ層１０６は、アルミニウム１１０がシリコン１０２内へ移動して、その伝導率に悪影響を及ぼすのを妨げるためにバリアとして作用する。基板１０２がアルミニウム表面フィーチャを含む、バイア構造において、Ｔｉ層１０４は必須でなくてよい。たとえチタンおよびチタン窒化物の電気伝導率が、アルミニウムの電気伝導率とほぼ同じ程度でないとしても、それらは、良好な電気的コンタクトを提供するには、薄層中で、十分な導電性を持つ。
【００１６】
チタンおよびチタン窒化物は、ＣＶＤかＰＶＤによって、堆積させることができる。しかし、ＣＶＤは、高アスペクト比を有する形状追従層をより容易に形成するという利点がある。サーマルＴＤＭＡＴプロセスは、狭いホール内でＴｉＮを形状追従的に被覆するための斯様なＣＶＤプロセスである。
【００１７】
ＴＤＭＡＴプロセスにおいて、前駆ガスであるテトラキス−ジメチルアミド−チタン（Ｔｉ（Ｎ（ＣＨ₄）₂）₄）は、約１〜約９Ｔｏｒｒの圧力でダイシャワーヘッド４０を介しチャンバ内へ噴射され、その間、ペデスタル３２は基板を、約３６０℃以上、特には、約３６０℃〜約４５０℃の高い温度に保つ。それにより形状追従性のあるＴｉＮ導体層が、ＣＶＤプロセスで基板３６上に堆積される。ＴＤＭＡＴプロセスは、前駆ガスのプラスマ励起に通常は依存しないサーマルプロセスである。
【００１８】
しかし、ＴＤＭＡＴプロセスで最初に形成されるＴｉＮ層が、伝導率を劣化させる含有ポリマー形態の過剰な炭素を含有することが分かっている。したがって、ＴＤＭＡＴ堆積の後には、通常、堆積されるＴｉＮ層をプラスマ処理する第２ステップが続く。チャンバ内のＴＤＭＡＴガスは、圧力０．５〜１０Ｔｏｒｒで約５０：５０の比のＨ₂とＮ₂の混合ガスに置き換えられ、電源９４は、シャワーヘッド４０とペデスタル３２間に、プラスマを形成すべくＨ₂：Ｎ₂ガスを放電させるのに十分な電場を生成するためにイオン・オンに切り替えられる。プラスマ中の水素と窒素の核種は、システムから排気される副生成物を蒸発させるために、炭素質ポリマーを減らす。従がって、プラスマ処理は、ＴｉＮ膜品質を改善するためにカーボンを除去する。
【００１９】
プラスマ処理プロセスは、それがサーマルＣＶＤ堆積と同じチャンバで実施されるとき、均一性と再現性に伴ういくつかの問題を示した。これらの問題点は、チャンバ中のプラスマに悪影響を及ぼして過剰な粒子を産出する、リアクタ表面上の過剰金属堆積に本来は起因すると考えられる。また、堆積は、２つの異なる領域、つまり基板３６の外側のペデスタル３２の頂部における領域と、圧送チャネル６０の内部および周りの領域とで発生すると考えられている。
【００２０】
第１の問題は、ペデスタル３２上の異質な金属堆積つまり蓄積１２０に関係する。というのは、ペデスタル３２の露出部分での温度は、ウエーハ３６の温度に等しく、それより高いことも多い。より特定的には、図３の断面図に示すように、ウェーハ３６の外側エッジを越えて延在するペデスタル３２の一部は、以下の説明によって、生ずる、堆積された材料の蓄積１２０にさらされる。
【００２１】
導体のＴｉＮが堆積するＴＤＭＡＴプロセスのサーマルフェーズの間、ペデスタル３２へ設けた図１に示すヒーター９２がペデスタル３２を加熱し、それによって、熱がウェーハ３６へ移される。ペデスタル３２の露出部分が、ウェーハ３６よりかなり高い温度になりがちであるいくつかの理由がある。シャワーヘッド４０はもっと低い温度、一般的には約１００℃で作動することにより、対向要素から容易にヒートシンクする。他方、ウェーハ３６はペデスタル３２上で不完全にヒートシンクされ、そしてペデスタル３２から伝導された熱を、より不完全に直接放射するもっと高い熱伝導性を持つペデスタル３２へ伝達する。また、チャンバが低温プラスマ処理フェーズでも使用され、ウエーハをチャンバの内と外へ搬送する追加時間が費やされるので、高温運転のためのデューティサイクルは比較的低く、必要とされる高い処理温度までウエーハ３６を加熱する必要がある。ウエーハ３６の温度をその処理温度になるまで急速に上げるために、ペデスタル３２の温度は、ウェーハ３６のより高い温度まで上げられる。これら全ての理由のために、ウエーハ３６の処理温度は３６０℃に設定してよいが、ペデスタルの露出部分は４２５℃というかなり高い温度となる傾向がある。
【００２２】
表面上への堆積のレートは、その表面の温度に比例する（温度が高いほど堆積がより速い）ので、ペデスタル３２の露出された外側エッジのより高い温度は、図３に示すように、堆積膜の急速な蓄積１２０をもたらす。堆積膜の厚さが多数のウェーハの処理サイクルにわたって増加するにつれて、有害な影響を生ずる可能性がある。エッジでの膜厚の蓄積１２０は、十分な処理のために必要とされる、ペデスタル３２の表面とのウエーハ３６の完全な接触を妨げる人工膜を生成するカも知れない。同様に、一旦、蓄積１２０がある膜厚を超えて発達すると、それに続いて堆積される膜層は、下地の層へ完全には付着しない。次いで、膜の各部は、ペデスタルから分離して処理中のウエーハ３６上を浮遊する粒子やフレークを形成する。この粒子は、被処理ウェーハ上に欠陥を生ずる。
【００２３】
異質金属の堆積に関係する第２の問題は、シャワーへッド４０からその経路にある圧送チャネル６０に至り、そこを通ってチャンバ真空システムに至る経路に沿ってプロセスガスにさらされる他の表面へも、低い表面温度故により狭い範囲ではあるが、導体のＴｉＮ膜が堆積されるという点で顕在化する。図５は、電気でバイアスをかけられたシャワーヘッド４０と、蓋の接地されたリム６６との間の短絡を引き起こし得るアイソレータリング６４上方、またはその周りに、金属膜１２４を蓄積させる例を示す。図５は、チャンバの上側表面上の、誇張した大きくした膜蓄積１２４だけを示す。実際には、膜があらゆる表面に蓄積するが、他の蓄積は明瞭にするために図示されていない。
【００２４】
異質な膜堆積の他の例は、絶縁アルミナインサート６８を被って、圧送チャネル６０を横切って延在し、電気接地されたメインチャンバ本体７２に接触する地点に至る導体膜１２８（図６参照）の蓄積である。図６に示すように、この異質な堆積１２８は、従がって、チャンバ本体７２と蓋のリム６６に関連する接地電位を、ペデスタル３２の上側周縁に近接する絶縁環状インサート６８の内側上端まで延在させる。処理スペース５６内のプラズマの場所と品質は、パワーを得たプラズマソース電極と、囲んでいる面との間の距離、そしてそれら両方の間の相違とに依存する。長期のプロセス実行中、チャンバーインサ−ト６８が効果的に、チャンバ本体６８とプラズマ間の絶縁体として配設されている状態から、接地導体である状態へ変わるとき、プラズマの場所と品質は、基板３６のエッジ周りで特に影響を受けることになろう。近接した電気接地に起因するプラスマの歪みは、プラスマの非均一性を招き、それが膜堆積の厚さとその表層特性に影響を及ぼす。
【００２５】
プラスマ処理中、プラズマの均一性における変動が、生成膜の表面均一性に影響を及ぼすことになろう。したがって、プラスマ強度の変動は膜特性の均一性に影響を及ぼすことになる。導体膜としてプラスマの場所を囲む絶縁部材の、絶縁品質とは逆のものである伝導率は、導体膜がそれらの表面上に形成されるにつれて、かつ導体膜が、異なる電位で導体要素近傍に導体路を形成するのにつれて変化する。表向きは絶縁している要素の導体品質の変動は、プロセスの繰返し性を低下させるプラズマの変動を引き起こす。
【００２６】
異質の金属堆積に関係する第３の問題は、プラスマへさらされる電気的に浮遊する要素には、プラスマからの帯電を蓄積するものがある、という点で顕在化する。例えば、これらの帯電ピースが接地されるか、電気的にパワーを与えられる部品に近接するところでは、浮遊部品と接地または電極との間には常にアーク発生の変化がある充例えば、ウェーハがペデスタルに支持されときに、ウェーハは、帯電されてアークを発生させられ得る浮遊要素として作用することがある。アーク発生は粒子を生成し、基板に欠陥をもたらす。従がって、ウェーハへのアーク発生は避けるべきであり、基板の表面を処理するプラスマのためのエンベロープの均一性はできるだけ均一に保つべきである。
【００２７】
これらの潜在的に有害な影響を避けるために、膜の堆積が望ましくない影響を生成できる前に、ペデスタルの取り外しと交換、または洗浄を伴う洗浄またはメンテナンスのサイクルをスケジュール化することが普通の慣行である。しかしこの対策は不利である。ペデスタルは高価なだけでなく、その交換または洗浄は、高価な設備を休止させ追加のオペレータ時間を伴う。
【００２８】
チャンバ内の、サセプタの周辺部および横断絶縁部材のいずれかの上の望ましくない膜厚の蓄積は、プラスマ処理における短絡または容認できない変動を防ぐために、それらが周期的に洗浄されることを必要とする。望ましくない膜の厚みの蓄積は、ガスをプラズマ状態に励起する電場の強度と場所の変動を引き起こすことによって、短絡のリスクを生ずる。また、導通またはアーク発生のリスクが高くなると、洗浄またはメンテナンスのサイクルが始動されて、本来のの電界分布を回復する。消費し得るまたはメンテナンス可能な他の構成要素も、特定の間隔で交換または洗浄を必要とする。現在では、導通とアーク発生のリスクが洗浄／メンテナンス間隔を決めている。洗浄間の平均ウエーハ枚数は、上記の、膜厚付着と、接地部材に至る絶縁部材をまたぐ伝導率との問題減らされるか解消されると、劇的に減少することになろう。
【００２９】
図７に概略図解される先行技術のＣＶＤチャンバは、それが抵抗で加熱されるのではなく、輻射で加熱されることを除いて、図１のものと同様である。それは導体材料の堆積に適用され、そこでは１種類または他の種類のプラズマ処理がチャンバ内で行なわれている。図７のこのチャンバでは、ペデスタル電極１３２と反対電極１３４間の処理スペースつまり処理ゾーン内で、アルゴン処理スパッタリングガスがエネルギーを与えられてプラズマ１３０になる。ＲＦ電源１３６は、プラスマへエネルギーを与えるためにＲＦパワーを提供する。しかしながら、プラズマ１３０がウエーハ上方の処理スペースつまり処理ゾーンへ良好に閉じ込められねばならない場合、ペデスタル電極１３２と反対電極１３４間でパワーを選択的に分割する整合ネットワーク１３８へＲＦパワーを供給する必要があることが分かった。このようにして、ＲＦパワーを良好に分割することがプラズマを閉じ込め、その理由は、接地電極を伴うプラズマは、ウエーハの領域の外側へ広がる傾向であるとともに、上記の異質堆積金属層によって、より多くの影響を受ける傾向にあるからである、と考えられる。整合ネットワーク１３８は、ペデスタル電極１３２へ分割されるにＲＦパワーが、全パワーの３０％、５０％または７０％の割合にすることを可能にした。しかし、ペデスタル電極１３２と反対電極１３４間でパワーを選択可能に分割することによってさえ、所望するように、本質的にプラズマ１３０を全体的に閉じ込めないことが発見された。プラズマ１３０のいくらかは、ペデスタル電極１３２と反対電極１３４間で処理スペースつまり処理ゾーンを超えて依然として洩れる。
【００３０】
従がって、必要とされ、かつ発明されたことは、プラスマ不安定性およびアーク発生の問題を持たないＣＶＤチャンバであり、そこでは、ルーチンのメンテナンスと洗浄の回数が減らされる。より詳細には、必要とされ、かつ発明されたことは、半導体処理設備の処理チャンバと、半導体処理設備の処理チャンバの処理ゾーン内にプラズマガス、特にはＴｉＮ層を作るプラスマガスと閉じ込めるための方法である。
【００３１】
【発明の概要】
本発明は、プラズマ強化化学的気相成長（ＰＥＣＶＤ）チャンバ内で基板の高温（少なくとも約３００℃、より普通には約４００℃超）処理のためのシステム、方法、および装置を幅広く提供することにより、本発明の望まれる目的を達成する。本発明の実施の形態は、ＴＤＭＡＴ前駆体からのチタン窒化物の膜を堆積させるためのＰＥＣＶＤシステムを含む。本発明は、チャンバ、基板を支持して加熱するヒーターペデスタル、およびプラズマシステムを含む、基板を処理するための装置を幅広く提供する。ヒーターペデスタルは、塩素化されたプラスマ核種の環境で、少なくとも約３００℃、好ましくは約４００℃超（すなわち約４００℃から約５００℃まで）の温度まで加熱でき、加熱ペデスタルは、基板が座すところの下にＲＦ平面を含む。
【００３２】
本発明は、膜を基板上へ形成するための処理チャンバを含む処理装置を幅広く提供することによって、本発明の望まれる目的も達成する。処理チャンバは、チャンバキャビティを有するチャンバ本体と、チャンバ本体のチャンバキャビティ内へ可動に配設されたぺデスタルとを含む。チャンバ蓋アセンブリは、チャンバ本体に支持されて、アイソレータリング部材と、アイソレータリング部材に支持されるシャワーヘッドとを含む。アイソレータリング部材は、チャンバキャビティに連通していて、シャワーヘッドから離れて下方へ延在する傾斜面を有するアイソレータリングリップを有する。処理チャンバは、チャンバキャビティ内でチャンバ本体により支持されるインサート部材を更に含む。このチャンバーインサートアセンブリは、チャンバ本体に支持されるインサート部材と、インサート部材により支持される内側シールド部材とを含む。この内側シールド部材は内側シールド本体を更に備え、シールド本体は、それへ一体的に結合されアイソレータリングリップに向けて突出するシールド棚部を有する。内側シールド部材は、シールド棚部を一体関係で支持するためのシールド本体へ一体的に結合されたを含む、アイソレータリング部材は、更に、アイソレータリングリップの傾斜面内で終端を成す略平坦な面を含む。
【００３３】
本発明は、基板上へＣＶＤ層を形成するための方法を幅広く提供することにより、本発明の望まれる目的を更に達成し、この方法は：
（ａ）チャンバ本体と；チャンバ本体内に可動に配設されて、上側ペデスタル面を含むペデスタルと；チャンバ本体により支持されて、下側リップ端内で終端を成す傾斜面を有するアイソレータリングリップを備えるアイソレータリング部材を含むチャンバ蓋アセンブリと；を備える処理チャンバを提供するステップ、
（ｂ）基板をペデスタル上へ配設するステップ、
（ｃ）ペデスタルの上側ペデスタル面が、アイソレータリング部材のアイソレータリングリップの下側リップ端の上方へ延びるまで、ステップ（ｂ）の基板を含むペデスタルを上昇させるステップ、
（ｄ）ＣＶＤ層を基板上へ形成するために、処理ガスに基板を接触させることを含む、基板を処理するステップ；を含む。
【００３４】
ＣＶＤ層は、好ましくはチタン窒化物を含む。好ましくは、基板を処理ガスと接触させることにより基板を処理する前に、ペデスタルは、約６００℃未満、例えば約４００℃〜約５００℃まで加熱される。好ましくは、更に、プラズマは処理ガスにより形成される。
【００３５】
従がって、本発明の目的は、膜を基板上へ形成するための処理チャンバを提供することである。
【００３６】
本発明の他の目的は、膜を基板上へ形成するための処理装置を提供することである。
【００３７】
また、本発明の他の目的は、ＣＶＤ層を基板の上に形成するための方法を提供することである。
【００３８】
これらは、以下説明が続く通り、当該技術に精通する者には明らかになるであろう様々な付帯する目的と特徴とともに、これらの新規な装置と方法により達成され、それらの好ましい実施の形態は、単なる実施例として付帯する図面を参照して示される。
【００３９】
図８から２０を以下詳細に参照すると、その上部面１４４上にウェーハ１４２を支持するペデスタル１４０を備えるＣＶＤ処理チャンバが示される。プロセスガス入口４４に入るガスは、第１の円板形スペース４８内へ分配される。第１の円板形スペース４８からプロセスガスは、バッフル板（または、ガスブロッカー板 (blocker plate)）５２における通路 (passageway) ５０を通り、第２の円板形状スペース５４内へ通過する。第２の円板形状スペース５４から、プロセスガスは、シャワーヘッド４０の孔または通路４２を通り、プロセススペースまたはゾーン５４内へ通過する。次いでプロセスガスは、図２に示すように、中心軸１４１に関して半径方向外側へウェーハ１４２の端を横切って、ペデスタル１４０の上部周辺で凹んだ環状の棚部 (annular ledge) １４８に配置されている周辺のセンタリング・リング１４６（図８参照）を横切って流れる。そこから、プロセスガスは、変形環状アイソレータリング (modified annular isolator ring) １５２の底部と変更チャンバ壁インサートまたはシールド１５４の上部との間に形成されたチョーク開口部１５０を通り、改変圧送チャネル１６０内へ流れる。チャンバ壁インサート１５４は、図示しないロボットブレイド (robot blade) がウェーハをリアクタの内と外へ移送するよう、そこを通り、およびメインチャンバ本体７２を通る密閉可能な通路１５６を有するように示されている。
【００４０】
ガスは、圧送チャネル１６０へ入った後、図１と２に示すように従来技術の圧送チャネル６０と同様に、処理チャンバの周辺をめぐる経路を取り、処理チャンバへ接続された真空ポンプシステム８２により排気される。
【００４１】
一般的に図示されたチャンバーインサート１５４は、メインチャンバ本体７２の内側棚部７０上に載置するＬ字形絶縁セラミックリング１６４を含み、Ｌ字形リング１６４の内側棚部１６８上に載置し、ペデスタル１４０とセンタリング・リング１４６から小さな隙間で間隔を置いている環状または帯状のシールド１６６も含んでいる。セラミックのチャンバライナそれ自体は、例えば、本明細書に引用して組込む、Robertson 他による米国特許第 5,366,585 号に記載されているように、良く知られている。帯状シールド１６６は、好ましくは、アルミニウム等の金属で作成され、Ｌ字形セラミックリング１６４の上部のかなり上へ、および、ペデスタル１４０の支持面１４４の上へそれより少なく、上方向へ垂直に延在する。
【００４２】
環状の圧送チャネル１６０は、一般的に、帯状シールド１６６、Ｌ字形リング１６４、メインチャンバ本体７２と蓋リム (lid rim) ６６の前面に配置されるライナ１７０、１７２、およびアイソレータ１５２により画成される側部を有し、チョーク開口部１５０が、アイソレータリング１５２と帯状シールド１６６との間に形成される。しかし、蓋ライナ１７０は、蓋リム６６に面する圧送チャネル１６０の側部上に配置され、その形状に順応する。チャンバライナ１７２は、メインチャンバ本体７２に面する圧送チャネル１６０の側部上に配置される。両ライナ１７０、１７２は、好ましくは、アルミニウム等の金属で作成され、その上に堆積されるいずれの膜の付着性を向上するようビードブラスト処理 (bead blast) される。蓋ライナ１７０は、多数のピン１７４により（図１０参照）蓋リム６６へ取外し可能に固定され、蓋リム６６へ電気的に接地される。しかし、チャンバライナ１７２は、Ｌ字形セラミックリング１６４の外側上部上に形成された棚部１７６上に支持され、（図１０参照）半径方向の隙間１７８がチャンバライナ１７２とメインチャンバ本体７２との間に形成され、軸方向の隙間１８０が蓋とチャンバライナ１７０、１７２間に形成されるような直径を有するように精密に形成される。すなわち、チャンバライナ１７２は、電気的に浮動している。
【００４３】
帯状シールド１６６および蓋とチャンバライナ１７０、１７２は、ひとそろいで寸法決めされる (sized)。帯状シールド１６６は、環状であり、ｄ₁でペデスタル１４０の中心のまわりの外直径を有する。チャンバライナ１７２も、環状で、ペデスタル１４０の中心線に沿い軸方向に延在する帯形状であり、ｄ₁より大きな外直径ｄ₂を持つ。蓋ライナ１７０も、環状であり、ｄ₁からｄ₂への半径方向に延在する長い脚と、ｄ₂で軸方向に延在する短い脚を持つＬ字形を有する。
【００４４】
ペデスタル１４０、センタリング・リング１４６、および、圧送チャネル１６０を取巻くライナ１７０、１７２とシールド１５２、１６６の、部分的に断面にした、斜視図を図１１に示す。この図は、シャワーヘッド４０のノズル４２から出て、ウェーハ１４２の方へのプロセスガスの流れ、引続きウェーハ１４２上へ、次にセンタリング・リング１４６上への半径方向外向き流れ８４を明確に示す。その後、ガスの流れは、帯状シールド１６６の上部上へ偏向して、圧送チャネル１６０へ入り、圧送チャネル１６０内では、ガスは、円周経路８６に沿い真空ポンプの方へ流れる。
【００４５】
図１０に最も明確に示すように、圧送チャネル１６０とその部品は、プロセススペース５６内および近くでプラズマの励起により堆積されるいずれの導体膜の影響を最少化するよう設計されている。帯状シールド１６６は、ウェーハ１４２と大部分のガスがその上を流れる高さ (level) の上にそそり立っているので、デッドスペース１８４が、帯状シールド１６６と接触するＬ字形リング１６４の上部１８６に隣接する圧送チャネル１６０の底部で流れのパターンに生成される。結果として、金属が帯状シールド１６６の上部上に堆積するかもしれないとしても、デッドスペース１８４は、意味のある厚さの金属が帯状シールド１６６の裏側あたりに堆積しないこと、特に、帯状シールド１６６間に形成される隙間１８８を橋絡するには不充分な量の金属が堆積することを確実にして、たとえ導電しても、帯状シールド１６６は、ペデスタル１４０とメインチャンバ本体７２に対して電気的に浮動したままである。帯状シールド１６６は、丸めた端１６７を有して、アーク発生の可能性を低減する。
【００４６】
図１２を以下参照すると、プロセスガスが圧送チャネル１６０での経路１８１に沿い、チャンバライナ１７２の上部での軸方向の隙間１８０を通り流れ、それで、軸方向隙間１８０内、およびチャンバライナ１７２の裏側上の半径方向隙間１７８内に導体膜１８２を堆積することは可能である。両隙間１７８、１８０は、デッドスペースであるので、いずれかの隙間１７８、１８０を橋絡するのに充分な厚さが堆積することはありそうになく、たとえそうなったとしても、隙間を横切る短絡は、チャンバライナ１７２を接地するだけである。圧送チャネル１６０での別の異質な膜は、プラズマ電界に著しく影響するようプロセススペース５６に充分に近い、メインチャンバ本体７２から接地をもたらす必要がある。あるとしても、非常に僅かのガスが半径方向隙間１７８の底部端へ進行して、もし起るとすれば、堆積が、チャンバライナ１７２とメインチャンバ本体７２との間に橋絡を生成するかもしれない。しかし、チャンバライナ１７２は、絶縁するＬ字形リング１６４の外側棚部１７６上に載置されているので、メインチャンバ本体７２の接地が帯状シールド１６６へ延在するためには、導体膜はＬ字形リング１６４とメインチャンバ本体７２との間の隙間を充填しなくてはならない。
【００４７】
図１３に示すように、圧送チャネル１６０内および近くの表面上である絶縁するセラミックアイソレータリング１５２上に堆積した異質な導体膜１２０は、バイアスされたシャワーヘッド４０へ隣接する領域へ蓋リム６６の接地面を延長する電位を有し、プラズマ電界を著しく撹乱し、ことによると、バイアスされたシャワーヘッド４０をアイソレータリング１５２を横切りチャンバ蓋リム６６へ短絡する。しかし、より明確に図１０で示すように、Ｌ字形アイソレータリング１５２は、ぶらさがった内側スカート部２０３の下部の外側上に、２つの深い環状の溝２０５、２０７が形成されており、溝は、堆積膜１２０が溝２０５、２０７を橋絡しないことを確実にするのに充分な巾を有する（図１３参照）。その上、溝２０５、２０７は、デッドスペースがその底部に生じるように充分深く、それにより、いくらかの堆積が不可避である場合でも、溝２０５、２０７の内面上に連続した膜を形成しない。加えて、溝２０５、２０７の圧送チャネル内への開口部は、一般的に丸められ、いずれの堆積された導体膜からのアーク発生を防止する。実施例の寸法として、アイソレータリング１５２が関連する内側スカート部２０３で２００〜４００ミル（５〜１０ｍｍ）の巾を有する場合、溝２０５、２０７は、４０〜８０ミル（１〜２ｍｍ）の巾と１００から１７５ミル（２．５〜４．６ｍｍ）の深さを有することができる。この構造により、異質な膜１２０が、図１３に示すように、アイソレータ１５２上に堆積する場合でも、それは連続した導体膜を形成しない。それによって、シャワーヘッド４０は短絡されないし、異質な接地面はシャワーヘッド１４０に隣接して確定される。
【００４８】
図１０に示すように、蓋ライナ１７０は、金属で、蓋リム６６へ熱的にも電気的にも接続されて、効率良くその延長を形成し、その遠隔位置の故に、プロセス領域５６でのプラズマに容易には影響しない。蓋ライナ１７０上へ堆積するいずれの金属も、金属がアイソレータリング１５２上へ延在しない限り、プラズマへ更には影響しない。いずれの場合でも、蓋ライナ１７０は、それが過度に被覆された場合、ファスナ１７４の手段により容易に取外せる（図１０参照）。
【００４９】
センタリング・リング１４６は、２つの機能を遂行する。それは、ウェーハ１４２をペデスタル１４０上へ正確に中心合せするよう働く。ウェーハ１４２は、図８のアクセス通路１５６を通り作動するロボットブレイド（図示せず）によりチャンバ内へ、ペデスタル１４０上へ移送された。この機能は、周辺のセンタリング・リング１４６がウェーハ１４２をその開口部内に保持する保持リングとして働く保持機能と混合する。加えて、センタリング・リング１４６は、ウェーハ１４２の外側で露出したペデスタル１４０の部分のための熱的な毛布として働く。詳細には、その熱的特性は、センタリング・リング１４６が、加熱されたペデスタル１４０に対して熱的に浮動して、ウェーハ１４２と比較して相対的に冷たく、その下にあるペデスタル１４０よりかなり冷たく維持され、従って、熱ＣＶＤプロセス中にその上に堆積する材料は少ないように意図したプロセスを考慮して設計される。
【００５０】
図１４−１６を以下特に参照すると、図１４に平面図で、図１５に断面斜視図で示すように、センタリング・リング１４６は、平坦な環状上部表面１９０と、上部表面１９０の内側と下の環状の棚部１９２を含み、環状の棚部は、熱的な絶縁を提供するが、それにも関らず、ガスの流れへの障壁を生成するよう、それとウェーハ１４２との間に薄い隙間を持ちウェーハ１４２に近接して面するような大きさにされている。図１４に示すウェーハ１４２は、センタリング・リング１４６のように、実質的に円形である。しかし、ウェーハ１４２が一端に大きなアラインメント平坦部を形成される場合、センタリング・リング１４６の内側は、平坦部に順応する形状にされるべきである。図１５に示すように、階段壁部１９４が、センタリング・リング１４６の棚部１９２から平坦な上部表面１９０へ立上る。階段壁部１９４の高さは、ウェーハ１４２の厚さと等しいかそれよりやや大きく、それにより、棚部１９２の表面上に支持される、またはその少し上に片持ちされるウェーハ１４２の上面は、センタリング・リングの上部表面１９０と平になる。
【００５１】
図１６の拡大平面図にも示す、一連の６つのセンタリング・ボス２００は、センタリング・リング１４６も同心であるペデスタル１４０の中心２０１に対してセンタリング・リング１４６のまわりに６０°間隔で均一に配置される。センタリング・ボス２００は、棚部１９２から立上るが、階段壁部１９４から部分的にだけ突出する。ボス２００は、円筒形の基部２０２（図１５参照）と先端を切った円錐体２０４をその上に含み、円筒形基部２０２を先端を切った円錐体２０４から分離する分離線または端２０３を持つ。分離線または端２０３は、センタリング・リング１４６の平坦な上部表面１９０のやや下にあり、それにより、先端を切った円錐体２０４が平坦な上部表面１９０の上に突出する。センタリング・ボス２００は、これらの単純な幾何学的用語で画成されるとはいえ、ボス２００の凸状または凹状のかどが平滑化されて、アーク発生またはウェーハの欠けを低減する。関連する中心合せピンは、ペデスタルに載置されているとはいえ、引用して本明細書に組込む、Lei その他による米国特許第 5,516,367 号に開示されている。
【００５２】
センタリング・リング１４６は、先に示したように、ペデスタル１４０上に支持される。ロボットブレイド（図示せず）がウェーハ１４２をチャンバ内へ移送する場合、図１および図８のペデスタル１４０とリフトリング３９の両方が、通路外へ降下される。次に、リフトリング３９は、リフトピン３８をペデスタル１４０から、その円錐形頭部がウェーハ１４２をロボットブレイドから僅かに持上げるのに充分な高さへ上昇させるよう立上る。次に、ロボットブレイドは引込み、ペデスタル１４０と取付けられたセンタリング・リング１４６は上昇され、それにより、ウェーハ１４２を支持するリフトピン３８は、ペデスタル１４０の支持面１４４方向へ実際上引込む。
【００５３】
しかし、ウェーハ１４２がペデスタルの中心２０１に対して正確に中心合せされない場合、それがペデスタル１４０に近づくのに従い、ウェーハは最初に１つまたは２つのセンタリング・ボス２００の円錐体上部２０４に衝突する。円錐体上部２０４のテーパ面は、ペデスタル１４０の中心２０１方向へウェーハが摺動するのに充分な横方向の力をウェーハ１４２上へ及ぼし、従って、ウェーハ１４２を中心合わせする。ウェーハ１４２は、ペデスタル１４０に対して更に降下される後に、図１７の部分断面斜視図に示すように、全てのセンタリング・ボス２００の円筒形基部２０２の内側で中心合せされた位置へ配置される。
【００５４】
ウェーハ１４２は、可能なかぎりセンタリング・リング１４６から熱的に隔離される。ボス２００の円筒形基部２０２は、棚部１９２の領域へ部分的にだけ突出する故に、図１６と図１７に示す、隙間２０６が、ウェーハ１４２の傾斜端とセンタリング・リング１４６の階段壁部１９４との間に形成される。その上、ボス２００の円筒形基部２０２の半径方向の最内位置の軌跡は、ウェーハ１４２の直径より僅かに大きい寸法にされており、それにより、薄い隙間２０８がウェーハ端と円筒形ボス基部２０２との間に存在するように設計されて、伝導的熱移転を最小化する。
【００５５】
ＣＶＤプロセス中にウェーハ１４２は、ペデスタル１４０上に重力で支持されるが、しかし、センタリング・リング１４６の棚部１９２の上部表面の高さは、厳密に制御されて、それにより、それは、ペデスタル１４０の実効的支持面１４４の僅かに下にあり、ウェーハ端は、棚部１９２の上部表面上にその間に薄い隙間を持って片持ちにされる（図１０参照）。ウェーハ端と棚部１９２との間の隙間は、動作堆積圧力で良好な熱隔離を提供するように充分大きいが、しかし、ウェーハの裏側への堆積ガスの流れを防止するよう充分な空気力学的な抵抗を提供するように充分小さく、充分長い。その上、隙間は、プラズマが隙間に入りアーク発生を生成することを防止するように充分薄い。
【００５６】
センタリング・リング１４６のペデスタル１４０からの熱的隔離は、２つの方法で達成される。センタリング・リング１４６は、好ましくは、アルミニウムまたはニッケル被覆のステンレス鋼で構成される。図１８の斜視図で最良に示されるように、センタリング・リング１４６は、ペデスタル１４０の棚部１４８内へ固定されて、そこから上方向へ精密な高さで突出する３つの平等に間隔を置いた支持ピン２１０により、ペデスタル１４０の周辺棚部１４８の上に、支持される。支持ピン２１０は、センタリング・リング１４６の面積と比較して非常に小さな断面積の故に、ペデスタル１４０とセンタリング・リング１４６との間に点接触を効果的に提供する。支持ピン２１０は、好ましくは、セラミック、またはステンレス鋼のような低い熱伝導率を有する金属で作成される。支持ピン２１０の小さなサイズとその低い熱伝導率の両方が、ペデスタル１４０とセンタリング・リング１４６との間の熱の伝導を最少化する。支持ピン２１０は、センタリング・リング１４６の外部環状基部２１４の底部から延在するそれぞれの半径方向のスロット２１２内へ適合して、センタリング・リング１４６をペデスタル１４０の棚部１４８の上に正確に設定された高さで支持する。半径方向へ伸張された形状のスロット２１２は、センタリング・リング１４６とペデスタル１４０との間の熱膨張の差を許容する。
【００５７】
センタリング・リング１４２の底部とペデスタルとの間の輻射と伝導的熱移転は、センタリング・リング１４６の内向きに突出する枠２２０（図１８参照）の底面とペデスタル１４０の棚部１４８との間に間隔を置いた熱的に絶縁するリング２１６、２１８の積重ねにより最少化される。熱的に絶縁するリング２１６、２１８は、好ましくは、セラミック、またはステンレス鋼のような低い熱伝導率を有する金属で形成され、そこを通る熱の伝導的移転を低減する。
【００５８】
図１９の断面斜視図に示すように、熱的に絶縁するリング２１６、２１８は、図１４の平面図に示すように、センタリング・リング１４６上に編成された、ねじまたはリベット等の一連のファスナ２２４により、センタリング・リング１４６での突出する枠２２０の底部へ固定される。ファスナ２２４は、１対のリング２１６、２１８とセンタリング・リング１４６の外側環状基部２１４およびペデスタル１４０の棚部１４８の両方との間に隙間を形成するように位置決めされる。ねじファスナ２２４の円錐形頭部２２５（図１９参照）は、平滑な表面を提供するよう底側リング２１８の底部でのさら穴２２６の凹みにおかれる。２つのリング２１６、２１８は、相互から、およびセンタリング・リング１４６の突出する枠２２０から熱的に絶縁するスペーサ２２７か、または、図２０に示す間隔を置く隆起２２８のいずれかにより分離されて、リング２１６、２１８間の隙間２２９、およびリング２１６とセンタリング・リング１４６の突出する枠２００との間の隙間２２９Ａを形成する。これらの種々の隙間は、リング２１６、２１８を更に熱的に浮動させ、それにより、センタリング・リング１４６をペデスタル１４０からより効果的に熱的に分離する。２つのそのようなリングは、輻射的熱移転を６５％低減することを示し；３つのリングは、７５％。
【００５９】
これらの異なる熱的隔離の手段を、先に記載された種類の通常のＣＶＤプロセス中に試作リアクタで試験した。これらの試験では、ペデスタル１４０の温度は４３０°Ｃと測定し、ウェーハ１４２の温度は３６０°Ｃであり、しかし、センタリング・リング１４６の温度はたったの２９０°Ｃであった。３６０°Ｃで、ＴｉＮの満足な熱的堆積をウェーハ１４２上で達成するが、しかし、２９０°Ｃでは、同じ材料はセンタリング・リング１４６上に殆どまたは全く堆積しない。これらの温度差は、約１００°Ｃに維持されるシャワーヘッド４６により、および側への他の熱漏洩により操作される。
【００６０】
センタリング・リング１４６を熱的に隔離するよう使用される多くの手段は、電気的にもそれを隔離する。結果として、それは、プロセススペースまたはゾーン５６でのプラズマの存在で帯電する傾向がある。帯電は、センタリング・リング１４６とウェーハ１４２との間にアークを生成でき、ウェーハへの損傷を直接生じる故に、そのような帯電は回避される必要がある。他のいずれの点へのアークは、粒子を生成し、それはウェーハ上に沈着し、欠陥を生成しやすい。従って、センタリング・リング１４６とペデスタル１４２は同電位に保持されることが望ましい。
【００６１】
センタリング・リング１４６の電位をペデスタル１４０の電位へ固定する構造の１つは、図２０の破断斜視図に示す、薄い固体のフレキシブルな接地ストラップ（帯金）２３０である。接地ストラップ２３０は、アルミニウムのような導電性で機械的に柔軟な金属の薄いタブ２３２で構成され、それは、センタリング・リング１４６の基部２１４へ溶接２３４により恒久的に接合される。金属タブ２３２の厚さは、ほとんど熱を伝導せず、それ自体ではセンタリング・リング１４６を機械的に支持しないように充分薄い。
【００６２】
ペデスタル１４０は、その周辺上に、スロット底部に形成される深いスロット部２３８を持つ、浅い軸方向に延在するスロット２３６を形成される。タブ２３２は、その底部でＺ字形部２４０へ曲げられ、それにより、タブ２３２の上部は浅いスロット２３６内へ適合し、Ｚ字形部２４０はより深いスロット部２３８内へ適合する。タブ２３２の最低部に形成された孔２４２はねじ２４４を通過させ、ねじは、より深いスロット部２３８内でペデスタル１４０の対応する孔内へねじ込まれ、それによって電気的接地が完了する。浅いスロット２３６は、タブ２３２とねじ２４４の頭部を包囲し、それによりペデスタル１４０の通常の周辺外形２４６を維持する。その上、浅いスロット２３６と接地ストラップは、ペデスタル１４０とセンタリング・リング１４６との間の温度差による異なる移動は部品間の干渉なく順応される一方で、電気的連続性はセンタリング・リング１４６とペデスタル１４０間で維持されるように構成される。
【００６３】
本発明の別の実施の形態のための図２２−３３を以下詳細に参照すると、処理チャンバ３０のための別の実施の形態を有するＣＶＤ装置１０が見られる。本発明のためのこの実施の形態では、処理チャンバ３０は、シールド１６６とセラミックリング１６４を含み、アイソレータ１５２Ａとチャンバ壁インサートアセンブリ１５４のための別の実施の形態を含む。
【００６４】
図２２−２５の本発明の実施の形態のためのアイソレータ１５２Ａは、図２６、２７、および２８に最良に示すように、好ましくは、セラミックで作成され、中央開口部４７２を有するリング・ライン構造体４７０、アイソレータ本体４７４、アイソレータ本体４７４へ一体に結合された上リップ４７６、およびこれもアイソレータ本体４７４へ一体に結合され、中央開口部４７２の周辺４８０を画成するよう内向きに突出する下内側リップ４７８（図２８参照）を有する。アイソレータ本体４７４は、下部本体表面４８３を持つ下外側リップ４７５を有する。アイソレータ本体４７４は、凹面４８６も有する。下リップ４７８は、傾斜した上面４８４と前部の一般的に垂直な面４８６を有し、垂直面は、周辺４８０を特に画成し、下部表面４９０における端４８８で終端し、下部表面４９０は、点４８９に達するまで概して平坦であり、そこから傾斜面４９１（これは外側リップ４７５の一部である）が点４９４まで延在し、ここでそれは下部本体表面４８３で終端する。アイソレータ１５２Ａの傾斜面４９１は、下方へシャワーヘッド４０から離れる方へ延在する。下方へ傾斜する（リング状の）傾斜面４９１は、プロセスガスおよび／またはプラズマのための障害と局限を形成して、それにより、プロセスガスおよび／またはプラズマは圧送チャネル１６０内へのまっすぐなチャネルまたは通路を有しない。
【００６５】
図２５を以下参照すると、一般的に１６６Ａとして示されるシールド、および一般的に１６４Ａとして示されるセラミックのリングまたはチャンバインサートを備え、一般的に１５４Ａとして示される、チャンバ壁インサートアセンブリが見られる。シールド１６６Ａ（図２９−３１参照）は、好ましくは石英（ＳｉＯ₂）から作成されるリング状の構造体６４０を有する。リング状構造体６４０は、中央開口部６４４、遮蔽本体６４８、遮蔽本体６４８へ一体に結合された遮蔽リップ６５０、および遮蔽リップ６５０へ一体に結合され、図３１に最良に示されるような遮蔽本体６４８の上へ突出している遮蔽リッジ６５２を有する。遮蔽本体６４８も、反応または処理チャンバへのおよびからのウェーハの通過を可能にするための開口部６６０を有する。
【００６６】
図３２と図３３を以下参照すると、中央の開口部７４４、挿入本体７４８、挿入本体へ一体に結合されたリッジ７５０（図３３参照）、および挿入本体７６８へも一体に結合され、中央の開口部７４４に対する周辺７６０を形成するよう内向きに突出する下リップ７５４を含み、好ましくは本質的に石英（ＳｉＯ₂）から成る、リング状の構造体７４０を有するとするセラミックのリングまたはチャンバインサート１６４Ａが見られる。挿入本体７４８も、プロセスまたは反応チャンバへのおよびからのウェーハの通過を可能にするための遮蔽本体６４８の開口部６６０と整合する開口部７７０を含む。
【００６７】
図２２〜３３に示す本発明の実施の形態のためのＣＶＤ装置の反応または処理チャンバは、この技術での通常の習熟を所有する職人に容易に認識され、本発明の精神と範囲がカバーするであろういずれの適切な目的のために使用できる。本発明の実施の形態のための反応または処理チャンバの適切な用途の１つは、基板またはウェーハ１４２上へのＣＶＤ層（例えば、ＴｉＮを含むＣＶＤ層）を形成するためであろう。ウェーハ１４２が、先に記載された手順に従いペデスタル１４０上へ装填された後に、６００°Ｃより下の温度に、好ましくは約４００°Ｃから約５００°Ｃ（例えば、約４５０°Ｃ）に、好ましくは、加熱されるであろうペデスタル１４０は、図２５に最良に示されるように、ペデスタル１４０の上面が（ウェーハ１４２を含み）、アイソレータ１５２Ａの端４９４の上（および表面４８３の上）へ達するまで上昇される。ペデスタル１４０がそのような姿勢である時、アイソレータ１５２Ａの傾斜面４９１は、ウェーハ１４２がＣＶＤ層（例えば、ＴｉＮ層）をその上に形成するようプロセスされる一方で、プロセスガスおよび／またはプロセスガスのプラズマをウェーハ１４２とペデスタル１４０上へ局限する。
【００６８】
ポンプチャンバライナ１７０、１７２およびセンタリング・リング１４６は、膜、特に導電性の膜がその上に不可避的に堆積する場合はいつでも、新規のまたは再生の部品と容易に置換えできる。しかし、現実的な動作環境での試験は、３０００枚のウェーハの後でさえ、新規の設計は、交換を必要としない点まで堆積を最少化したことを示した。このように、全て現存するチャンバ図１の範囲内で、ペデスタル１４０への装置周辺への幾つかの比較的簡単な改良が、優れたプラズマ条件を提供する一方で、ＣＶＤシステムの作業中止時間を実質的に低減する。
【００６９】
本発明は、ＴｉＮの熱ＣＶＤとそれに続くプラズマ処理に関して説明されたが、本発明は、同じチャンバが熱的金属堆積と別のプラズマプロセスのために使用されるいずれのプロセスへも明白に適応可能である。例えば、チタン層１０４は、前駆体としてＴｉＣｌ₄を使用し、熱的ＴＤＭＡＴプロセスをＴｉＮ層に対して使用するプラズマプロセスにより堆積できる。その上、プロセスは、酸化ランタンを含むペロブスカイトのような導電性金属酸化物のＣＶＤへ有利に適用できる。導電性金属の堆積とプラズマステップの組合せは、プラズマプロセスに影響するかもしれない異質な金属層を堆積する熱的プロセスの潜在的問題を依然提供するかもしれない。本発明は、多くの他の種類の金属ＣＶＤプロセスへ勿論適用可能であり、誘電体ＣＶＤや他のプラズマ用途へも同様に有用である筈である。
【００７０】
このように、本発明は、その特定の実施の形態に関して本明細書に説明されたが、改変の範囲、種々の変更、および置換えは、前述の開示内に意図されており、幾つかの場合には、本発明の幾つかの特徴は、明らかにされた本発明の範囲と精神から逸脱することなく、他の特徴の対応する使用無しに採用されるであろうと理解されたい。従って、多くの改変は、本発明の本質的な範囲と精神から逸脱することなく本発明の教示へ特定の状況と材料を適合させるようになされ得る。本発明は、この発明を実施するために熟慮された最良の方法として開示された特定の実施の形態に限定されず、しかし、本発明は、付属の特許請求の範囲内に該当する全ての実施の形態と同等仕様を含むことが意図される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、従来技術のＣＶＤ処理チャンバの断面図である。
【図２】図２は、図１の２−２面に沿い矢印の方向に取られた水平断面図であり、プロセスされる基板を横切るガスフローの配分と圧送チャネル内のガスフローを示す。
【図３】図３は、図１に示すチャンバの右上隅の概略拡大図である。
【図４】図４は、本発明の装置が製造するよう使用できる集積回路の構造の断面図である。
【図５】図５は、チャンバの上部表面に形成された導体膜を有する図３のチャンバの右上隅である。
【図６】図６は、チャンバにおいてプラズマに暴露される領域内へ突出する圧送チャネル内に堆積された膜を有するチャンバの右上隅である。
【図７】図７は、従来技術のＴｉＮチャンバのためのパワー分割エネルギー供給を示す。
【図８】図８は、本特許出願の譲渡された同時係属特許出願からの処理チャンバの断面図である。
【図９】図９は、特定構造の電位間の相互関係を示し、他の特徴を強調する図８の処理チャンバの概略断面図である。
【図１０】図１０は、図８と図９のチャンバの右上隅の拡大図である。
【図１１】図１１は、図８での処理チャンバの水平断面の斜視破断図であり、特定の構造と特徴の相互関係を示す。
【図１２】図１２は、図１０の処理チャンバの右上隅の拡大図であり、圧送チャネルライナのまわりの導体膜の堆積を示す。
【図１３】図１３は、図１０の処理チャンバの右上隅の拡大図であり、ガス分配面板から圧送チャネルを通り真空排気システムへ移動するガスから生じるであろうアイソレータリング上への導体膜の堆積を示す。
【図１４】図１４は、シャワーヘッドつまりガス分配板に対向する受容体のセンタリング・リング内に配置された円形基板の上面図である。
【図１５】図１５は、センタリング・リングの一部として中央合せボスの部分断面斜視図を示す。
【図１６】図１６は、図１４で１６−１６として識別されるクローズアップで取られた位置における、基板を持つセンタリング・リングの部分の拡大平面図を示す。
【図１７】図１７は、図１５と類似であるが、しかし、センタリング・リング上のボスにより中心合せされたウェーハを示す。
【図１８】図１８は、図１４で１８−１８で取られた、センタリング・リング、そのピン支持、およびその熱的に絶縁するリングを示す部分断面斜視図である。
【図１９】図１９は、図１４で１９−１９で取られた、熱的に絶縁するリングのためのファスナを示すセンタリング・リング（基板が存在しない）の部分断面斜視図である。
【図２０】図２０は、２０−２０で取られた図１４の部分断面分解斜視図であり、ペデスタルから離れて示されるセンタリング・リングを持つセンタリング・リングの接地ストラップを示す。
【図２１】図２１は、ウェーハとシャワーヘッド間のいずれのプラズマも、圧送チャネル内へまっすぐな、直接の、途切れのない開口を有するであろうように、動作位置へ上昇したペデスタルを持つ、図８の処理チャンバの部分垂直断面図である。
【図２２】図２２は、本発明の改良されたアイソレータリングを露出するよう除去された処理チャンバの半分を持つ、本発明のＣＶＤ処理チャンバの部分斜視図である。
【図２３】図２３は、改良されたアイソレータリングを示す、本発明の処理チャンバのための蓋アセンブリの部分斜視図である。
【図２４】図２４は、蓋アセンブリの蓋プレートの下へ延在する改良されたアイソレータリングの一部分（すなわち、ぶらさがりリップの外側表面）を示す、本発明の処理チャンバのための蓋アセンブリの側面図である。
【図２５】図２５は、ウェーハとシャワーヘッド間のいずれのプラズマもその間のプロセススペースつまりゾーン内に局限され、プラズマは圧送チャネルへのまっすぐな、直接の開口を有しないように、ウェーハの下へ延在する改良されたアイソレータリングのぶらさがるリップを持ち、上昇された動作位置でウェーハを支持するペデスタルを持つ、本発明の処理チャンバの部分垂直断面図である。
【図２６】図２６は、本発明の改良されたアイソレータリングの上面図である。
【図２７】図２７は、図２６での２７−２７面に沿い矢印の方向に取られた垂直断面図である。
【図２８】図２８は、図２７からのアイソレータリングの部分端の分解図である。
【図２９】図２９は、本発明の内側シールド（またはチャンバ壁インサート）の上面図である。
【図３０】図３０は、図２９の内側シールドの側面図である。
【図３１】図３１は、図２９での３１−３１面に沿い矢印の方向へ取られた垂直断面図である。
【図３２】図３２は、本発明のインサートチャンバの上面図である。
【図３３】図３３は、図３２での３３−３３面に沿い矢印の方向へ取られた垂直断面図である。
【符号の説明】
３２…ペデスタル、３６…ウエーハ、基板、、４０…シャワーヘッド、４４…プロセスガス入口、４８…第１の円板形スペース、５０…通路、５４…第２の円板形状スペース、６０…圧送チャネル、６６…リム、６８…アルミナインサート、７２…メインチャンバ本体、１４０…ペデスタル、１４２…ウエーハ、１４６…センタリング、１４８…棚部、１５０…チョーク開口部、１５２…変形環状アイソレータリング、１５４…チャンバ壁インサート、１５６…通路、１６０…圧送チャネル、１６４…Ｌ字形絶縁セラミックリング、１６６…帯状シールド、、１７０、１７２…チャンバライナ、１７８…隙間、１８４…デッドスペース、１８６…上部。

Claims

基板上にＣＶＤ層を形成するための方法であって、
（ａ）チャンバ本体、前記チャンバ本体内に配設され上部ペデスタル表面を含む可動ペデスタル、および、前記チャンバ本体により支持され下部本体表面で終端を成す傾斜面を有する下外側リップを備えるアイソレータリング部材を含むチャンバ蓋アセンブリ、を備える処理チャンバを提供するステップ、
（ｂ）前記ペデスタル上に基板を配置するステップ、
（ｃ）ステップ（ｂ）の前記基板を含む前記ペデスタルを、前記ペデスタルの前記上部ペデスタル表面が前記下外側リップの前記アイソレータリング部材の前記下部本体表面の上に達するまで上昇させるステップ、および、
（ｄ）処理ガスによりプラズマを形成すること、および、前記基板上にＣＶＤ層を形成するよう前記基板を前記処理ガスと接触させることを含み前記基板を処理するステップ、
を含む方法。
加えて、前記ペデスタルを６００℃未満の温度へ加熱するステップを含む、請求項１記載の方法。
前記温度の範囲が４００℃から５００℃である、請求項２記載の方法。
前記ＣＶＤ層がＴｉＮを含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。