JP4790699B2 - 基板上に材料を化学気相堆積する装置 - Google Patents

基板上に材料を化学気相堆積する装置 Download PDF

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Description

関連出願との相互参照
[0001]この非仮特許出願は、２００４年３月５日に出願された米国仮特許出願第６０／５５０，５３０号および２００４年５月２７日に出願された米国仮特許出願第６０／５７５，６２１号からの優先権を主張するものであり、全ての目的のためにその全体が参照として本明細書に組み入れられる。
発明の背景
[0002]集積回路（ＩＣ）は、半導体基板の表面上にディスクリート半導体デバイスを形成することにより製造される。このような基板の例は、シリコン（Ｓｉ）または二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）ウエハーである。半導体デバイスは、数千個ものマイクロエレクトロニクスデバイス（例えば、トランジスタ、コンデンサ等）が１個の基板上に形成されるような非常に大きな規模で製造されることが多い。
[0003]基板上のデバイスを相互接続するために、相互接続構造の階層ネットワークが形成される。材料が基板上に層状に堆積され、一連の制御されたステップで選択的に除去される。このように、種々の導電層が互いに相互接続されて電子信号の伝播を容易にしている。
[0004]半導体産業において膜を堆積する１つの手法が、化学気相堆積法、すなわち「ＣＶＤ」として既知である。真性およびドープアモルファスシリコン、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素等を含む各種の膜を堆積するのにＣＶＤを使用することができる。半導体ＣＶＤ処理は、一般に、解離して反応し所望の膜を形成する前駆体ガスを真空チャンバ内で加熱することによりなされる。低温かつ比較的高い堆積速度で膜を堆積するために、堆積中にチャンバ内の前駆体ガスからプラズマを形成可能である。このようなプロセスはプラズマ化学気相堆積法、すなわち「ＰＥＣＶＤ」として既知である。
[0005]集積回路作製時の再現性を改善するためには、正確な基板処理再現性が重要なファクターとなる。基板ごとに再現可能な結果だけでなく基板全域で一貫した結果を達成するために、種々のプロセスパラメータの精密な制御が要求される。より詳細には、製造歩留まりである。
[0006]ＣＶＤ処理チャンバ内では、通常、処理中は基板が加熱された基板支持部上に配置される。基板支持部は、一般に、基板の温度を制御するための埋め込み電気加熱素子を含んでいる。基板支持部は、基板支持部と基板の間で熱の伝達を容易にするために、追加でガス（例えば、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）等）用のチャネルおよび溝を含んでもよい。加えて、基板ヒータアセンブリは、種々のプラズマ助長プロセス中にＲＦバイアスを基板に印加するために、埋め込み高周波（ＲＦ）電極を備えてもよい。
[0007]堆積プロセス（例えば化学気相堆積（ＣＶＤ）、プラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）等）中に、基板の中央および周辺領域が異なる処理条件に暴露される。処理条件の相違点は、一般に、堆積された層の低い均一性をもたらす。例えば、従来の加熱された基板支持部上で処理される基板は、基板のエッジまでずっと堆積を発生させることが多く、基板の中央に堆積された材料に対して基板のエッジ近傍に堆積された層の厚みが大きくなることもある。堆積層の不均一性が、集積回路の全体的なパフォーマンスだけでなく堆積プロセスの歩留まりおよび生産性を制限する。加えて、基板のエッジに沿って堆積された材料は、ロボット移送機構上で基板を正しく位置決めするには問題となることがある。基板がロボット移送機構上の所定の位置に保持されていない場合、移送中に基板が損傷を受けるか落下するか、または処理装置内に設置される際に位置ずれして悪い処理結果をもたらす可能性がある。
[0008]したがって、当分野では、半導体基板処理システムにおいて集積回路の作製中に、基板のエッジに沿って材料を堆積せず基板上に均一な材料層の堆積を容易にするための基板ヒータアセンブリが必要である。
発明の概要
[0009]本発明による実施形態は、半導体被加工物の傾斜上の材料堆積を低減するために、単独または組み合わせて用いることが可能な種々の技術に関連する。一つの取り組みでは、シャドーリングが基板のエッジを覆って傾斜領域へのガスの流れを妨げる。エッジをシャドーする間にウエハー全域で厚さの均一性を維持するために、シャドーリングのエッジの斜めの形体がガスの流れをウエハーに向けて方向付ける。別の取り組みでは、基板ヒータ／支持部がパージガスを支持されている基板のエッジに流すように構成されている。これらのパージガスは、プロセスガスが基板エッジに達して傾斜領域上に材料が堆積するのを防ぐ。
[0010]本発明による被加工物上に材料を化学気相堆積する方法の実施形態は、処理チャンバ内で支持される基板のエッジ領域を覆う斜めの張り出し部を特徴とし、約０．８〜２．０ｍｍの間の距離だけエッジ領域を越えて延び、約０．００４５インチ±０．００３インチのギャップだけエッジ領域から離れたシャドーリングを位置決めするステップを備えている。処理ガスがチャンバへと流され、処理ガスの反応がエッジ領域外側への材料の堆積をもたらすように、エネルギーがチャンバに印加されてその中にプラズマを生成する。
[0011]本発明による誘電体膜を化学気相堆積する方法の代替的な実施形態は、処理チャンバ内の支持部上に基板を位置決めするステップと、パージガスを支持部を通して基板のエッジ領域へと流すステップと、処理ガスをチャンバへと流すステップとを備えている。パージガス流が処理ガスのエッジ領域への流れを妨げ、エッジ領域内の誘電材料の堆積を阻止するように、エネルギーがチャンバに印加されてその中にプラズマを生成する。
[0012]本発明による被加工物上に誘電材料を堆積する装置の実施形態は、処理チャンバ内で位置決めされる垂直方向に移動可能な基板支持部と、プラズマをその中に生成するために、処理チャンバにエネルギーを印加するように構成されたエネルギー源と、排気オリフィスおよび垂直チャネルを画成するポンプライナーとを備えている。張り出し部を備えるシャドーリングが、基板支持部が上昇してシャドーリングと係合する時に、約０．８〜２．０ｍｍの間の距離だけエッジ領域を越えて延び、約０．００４５インチ±０．００３インチのギャップだけエッジ領域から離れるように構成されている。
[0013]添付の図面と共に解釈される次の詳細な説明を参照することにより、本発明による実施形態のさらなる理解が可能となる。
具体的な実施形態の説明
[0045]所望の限界寸法を持つ高アスペクト比特徴部を確実に形成するには、基板の精密なパターニングとそれに続くエッチングが必要である。より精密なパターンを基板上に形成するのに使用されることがある技術は、フォトリソグラフィである。この技術は、一般に、光エネルギーをレンズ、すなわち「レチクル」を通して基板上へと方向付けることを包含する。
[0046]従来のフォトリソグラフィプロセスでは、フォトレジスト材料がまず基板層上に塗布されてエッチングされる。光学レジストとの関連で、レジスト材料は紫外線またはレーザー源等の放射線、すなわち「光エネルギー」に敏感である。レジスト材料は、使用した光の特定の波長、または異なる露光源に感応するように同調されたポリマーを画成するのが好ましい。
[0047]レジストが基板上に堆積された後、光源が作動されて、例えばレジストで覆われた基板に方向付けられた紫外（ＵＶ）光または低Ｘ線光を放出する。選択された光源は、フォトレジスト材料の組成を化学変化させる。しかしながら、フォトレジスト層は選択的に露光されるに過ぎない。この点について、フォトマスク、すなわち「レチクル」は、光源と処理される基板の間に位置決めされる。
[0048]フォトマスクは基板用の所望の構成の特徴部を含むようにパターニングされる。パターニングされたフォトマスクは、精密なパターンで基板表面上へと光エネルギーを通過させる。次に、留保されたレジスト材料を未露光の下層基板の保護コーティングとして残したまま、露光された下層基板材料をエッチングして基板表面内にパターニングされた特徴部を形成することができる。このように、接点、ビア、相互接続を精密に形成することができる。
[0049]現像済みフォトレジスト膜の下層の材料は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）および炭素ドープ酸化ケイ素等の種々の材料を備えてもよい。誘電体反射防止コーティング（Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ａｎｔｉ−Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ Ｃｏａｔｉｎｇ：ＤＡＲＣ）を現像済みフォトレジスト膜の下層とすることもでき、このＤＡＲＣは、酸窒化ケイ素（ＳｉＯＮ）および窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）を含んでもよい。二酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）を現像済みフォトレジスト膜が下側に在ってもよい。
[0050]最近では、カリフォルニア州サンタクララにあるアプライドマテリアルズ社により効果的な炭素ベース膜が開発されている。この膜は、Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ Ｆｉｌｍ（商標）、すなわち「ＡＰＦ」として既知である。ＡＰＦ（商標）は、一般に、ＳｉＯＮおよびアモルファスカーボン、すなわち「α−カーボン」の膜を備えてもよい。
[0051]ＡＰＦ（商標）膜の形成についての詳細は、全ての目的のために参照として本明細書に組み入れられる米国特許第６，５７３，０３０号で見つけることができる。ＡＰＦ（商標）膜を利用した電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）のゲート構造の形成についての詳細は、全ての目的のために参照として本明細書に組み入れられる公開米国特許出願第２００４／００５８５１７号で見つけることができる。ＡＰＦ（商標）膜堆積用プロセスキットについての詳細は、全ての目的のために参照として本明細書に組み入れられる２００２年１２月１７日に出願された同時係属中の米国非仮特許出願第１０／３２２，２２８号で見つけることができる。
[0052]アモルファスカーボン層は、一般に、炭素源を含むガス混合物のプラズマ化学気相堆積法（ＰＥＣＶＤ）により堆積される。液体前駆体または気体前駆体である炭素源からガス混合物を形成することができる。炭素源が気体炭化水素であるのが好ましい。例えば、炭素源はプロピレン（Ｃ３Ｈ６）としてもよい。Ｃ３Ｈ６の噴射はプロセスチャンバ内のＲＦプラズマの生成に付随する。ガス混合物は、ヘリウム（Ｈｅ）またはアルゴン（Ａｒ）等のキャリアガスをさらに含んでもよい。用途に応じて、炭素質層を約１００Å〜約２０，０００Åの間の厚さに堆積することができる。
[0053]ＡＰＦ（商標）、炭素含有酸化ケイ素、またはＤＡＲＣ等の炭素ベース（すなわち「有機」）膜を、例えば２，０００Ａ／分超の堆積速度の高い堆積速度で堆積するプロセスが、中央のウエハー領域と比較してウエハー傾斜領域で不均一な堆積をもたらすことがある。これに続くＯ２アッシングステップにより完全に除去されない場合、ウエハーエッジで追加の材料が剥がれ落ちてウエハー汚染を引き起こしかねない。そこで、ＰＥＣＶＤによるＡＰＦ（商標）等の炭素含有膜の形成は、本発明によるシャドーリングの実施形体を利用して成し遂げられるのが好ましい。
[0054]図１５Ａ〜図１５Ｆは、ポリシリコン特徴部を基板上に形成するためのプロセスステップの簡略断面図を示す。図１５ＢＡ〜図１５ＦＡは、ポリシリコン特徴部を形成するためのそれぞれのステップの断面電子顕微鏡写真を示す。
[0055]図１５Ａに示したように、ポリシリコンの２，０００Å厚層１５００がまず基板１５０２を覆って堆積される。以下に説明するように、ポリシリコン層１５００がリソグラフィ技術を利用して特徴部へとパターニングされる。後続のリソグラフィプロセスを見越して、ポリシリコン層１５００が、アモルファスカーボン（α’−Ｃ）層１５０４と酸窒化ケイ素を含む誘電体反射防止コーティング（ＤＡＲＣ）１５０６を持っている。
[0056]アモルファスカーボン層１５０４は、ハードマスクとして機能するが、反射防止コーティングとしても機能することができる。ＤＡＲＣ１５０６は、フォトリソグラフィプロセス中に入射する光の精密な焦点深度への集束を容易にするように機能する。α’−Ｃ層１５０４およびＤＡＲＣ層１５０６は、化学気相堆積技術を利用して堆積される。そして、さらに以下で説明するように、α’−Ｃ層１５０４およびＤＡＲＣ層１５０６のいずれのＣＶＤもウエハー傾斜領域上に追加の厚さの材料の形成をもたらし、これが汚染および他の問題をもたらしかねない。
[0057]図１５Ａで更に示したように、次に、未現像のフォトレジスト材料１５０８がＤＡＲＣ層１５０６上を覆ってスピンされる。図１５Ｂ〜図１５ＢＡは、レジスト露光および現像ステップを示しており、未現像フォトレジスト材料１５０８の選択された部分が入射放射線に露光されて、化学的現像が後に続き、パターニングされたフォトレジスト１５１０の形成をもたらす。
[0058]図１５Ｃ〜図１５ＦＡは、プロセスのさらなるステップを図示する。現像されたフォトレジスト１５１０が取り除かれ（図１５Ｃ〜図１５ＣＡ）、フォトレジスト１５１０によりマスクされていないＤＡＲＣ１５０６の部分が除去され（図１５Ｄ〜図１５ＤＡ）、フォトレジスト１５１０およびＤＡＲＣ１５０６によりマスクされていないα’−Ｃ層１５０４の部分が除去される（図１５Ｅ）。図１５Ｆ〜図１５ＦＡは、プロセス中の最後のステップを図示する。現像されたフォトレジストが除去され、残留するＤＡＲＣ１５０６およびα’−Ｃ層１５０４によりマスクされていないポリシリコン層１５００の部分が除去されて基板１５０２を停止し、ポリシリコン特徴部１５１２の形成をもたらす。
[0059]図１５Ａに関連して示され、説明されたプロセスの初期ステージ中は、α’−Ｃ層１５０４およびＤＡＲＣ１５０６のいずれもプラズマアシストＣＶＤ技術を利用して作成される。これらの層のいずれの堆積プロセスも、ウエハー傾斜領域上の追加の厚みの材料の形成をもたらす。ウエハー傾斜部上に堆積されたこのような材料は、汚染および他の問題をもたらしかねない。
[0060]そこで、本発明の実施形態は、半導体被加工物の傾斜部上の材料の堆積を低減またはなくすために用いることができる技術に関連する。一つの取り組みでは、シャドーリングが基板のエッジ上に設けられて傾斜領域へのガスの流れを妨げる。エッジをシャドーイングする間にウエハー全域で厚さの均一性を維持するために、シャドーリングのエッジの斜面形体がガスの流れをウエハーに向けて方向付ける。別の取り組みでは、基板ヒータ／支持部がパージガスを支持されている基板のエッジに流すように構成されている。これらのパージガスは、プロセスガスが基板エッジに達して傾斜領域上に材料を堆積するのを防ぐ。
[0061]例示的なプロセスシステム
[0062]図１は、例示的な半導体処理システム１００の平面図を提供する。この処理システム１００は、以下に説明する本発明のプロセスキットを受容する処理チャンバ１０６を含んでいる。処理量を増加させるために、図示のチャンバ１０６は対になっている。
[0063]システム１００は、一般に、多くの離散的な領域を含んでいる。第１の領域は前端ステージングエリア１０２である。前端ステージングエリア１０２は、処理の間にウエハーカセット１０９を支持している。このウエハーカセット１０９は、順次、基板またはウエハー１１３を支持している。ロボット等の前端ウエハーハンドラ１１８が、ウエハーカセットターンテーブルに隣接するステージングプラットフォーム上に取り付けられている。次に、システム１００はロードロックチャンバ１２０を含んでいる。ウエハー１１３はロードロックチャンバ１２０内に装填され、またそこから取り外される。前端ウエハーハンドラ１１８が、ロードロックチャンバ１２０内に配置されたロードロックカセット内に基板を装填するのに備えて、各ウエハーカセット１０９の基板１１３にインデックスを付けるウエハーマッピングシステムを含んでいるのが好ましい。次に、移転チャンバ１３０が提供される。移転チャンバ１３０は、ロードロックチャンバ１２０から受け取った基板１１３をハンドリングするウエハーハンドラ１３６を収容している。ウエハーハンドラ１３６は、移転チャンバ１３０の底部に取り付けられたロボットアセンブリ１３８を含んでいる。ウエハーハンドラ１３６は、シール可能な通路１３６を通してウエハーを送達する。スリット弁アクチュエータ１３４が通路１３６用のシーリング機構を作動する。通路１３６は、プロセスチャンバ１４０（図２に示す）内でウエハー通路２３６と合体し、ウエハーヒータペデスタル（図２の２２８で示す）上での位置決めのために、基板１１３を処理領域に入れる。
[0064]後端１５０が、システム１００の操作に必要な種々の支持ユーティリティ（図示せず）を収容するために提供されている。このようなユーティリティの例には、ガスパネル、配電パネル、および発電機が含まれる。システムは、ＣＶＤ、ＰＶＤ、およびエッチング等の種々のプロセスおよび支持チャンバハードウェアに対応するように適合可能である。以下に説明する実施形態は、３００ｍｍＡＰＦ堆積チャンバを用いるシステムに方向付けられている。しかしながら、他のプロセスおよびチャンバ構成が本発明により想定されていることが理解される。
[0065]例示的な処理チャンバ
[0066]図２は、比較のための堆積チャンバ２００の断面概略図を提示する。堆積チャンバは、炭素ドープ酸化ケイ素副層等の炭素ベース気体物質を堆積するためのＣＶＤチャンバである。この図はアプライドマテリアルズ社により現在製造されているＰｒｏｄｕｃｅｒＳ（登録商標）ＡＰＦチャンバの特徴に基づいている。Ｐｒｏｄｕｃｅｒ（登録商標）ＣＶＤチャンバ（２００ｍｍまたは３００ｍｍ）は、炭素ドープ酸化ケイ素および他の材料を堆積するのに使用することができる２つの隔離した処理領域を有する。２つの隔離した処理領域を有するチャンバは米国特許第５，８５５，６８１号で説明されており、全ての目的のために参照として本明細書に組み入れられる。
[0067]チャンバ２００は、内側チャンバエリアを画成する本体２０２を有している。別個の処理領域２１８および２２０が提供されている。各チャンバ２１８、２２０が、チャンバ２００内で基板（見えない）を支持するためのペデスタル２２８を有している。ペデスタル２２８は、通常、加熱素子（図示せず）を含んでいる。ペデスタル２２８は、チャンバ本体２０２の底部を通って延び、そこで駆動システム２０３に接続されるステム２２６によって、各処理領域２１８、２２０に移動可能に配置されるのが好ましい。内側で移動可能なリフトピン（図示せず）がペデスタル２２８に提供され、基板の下面に係合するのが好ましい。好ましくは、支持リング（図示せず）もペデスタル２２８上方に提供される。支持リングは、カバーリングおよびキャプチャリングを含むマルチコンポーネント基板支持アセンブリの一部としてもよい。リフトピンは、リングに作用して処理前に基板を受容するか、堆積後に次のステーションに移送するために基板を持ち上げる。
[0068]処理領域２１８、２２０の各々は、チャンバ蓋２０４を通してガスを領域２１８、２２０内へ送達するように配置されたガス分配アセンブリ２０８も含んでいるのが好ましい。各処理領域のガス分配アセンブリ２０８は、普通、シャワーヘッドアセンブリ２４２にガスを送達するガス入口通路２４０を含んでいる。シャワーヘッドアセンブリ２４２は、フェースプレート２４６の中間に配置されたブロッカープレート２４４を有す環状ベースプレート２４８から構成される。シャワーヘッドアセンブリ２４２は、処理中にそこを通って気体混合物が噴射される複数のノズル（図３に２４８で概略的に示す）を含んでいる。ノズル２４８は、ガス、例えば、プロピレンおよびアルゴン等を基板を覆うように下方に方向付け、それによってアモルファスカーボン膜を堆積する。ＲＦ（高周波）フィードスルーが、シャワーヘッドアセンブリ２４２にバイアス電位を提供し、シャワーヘッドアセンブリ２４２のフェースプレート２４６とヒータペデスタル２２８間のプラズマの生成を容易にする。プラズマ化学気相堆積プロセス中に、ペデスタル２２８はチャンバ壁２０２内でＲＦバイアスを生成するためのカソードとして機能することができる。カソードは、電極電源と電気的に結合されて、容量性電界を堆積チャンバ２００内に生成する。通常、ＲＦ電圧がカソードに印加され、チャンバ本体２０２は電気的に接地されている。ペデスタル２２８に印加された電力が、基板上面で負電圧の形の基板バイアスを作成する。この負電圧は、チャンバ２００中で形成されたプラズマからイオンを基板頂面に引き付けるのに使用される。容量性電界は、誘導的に形成されたプラズマ種を基板に向けて加速し、堆積中にはより垂直方向の基板の異方性膜形成を、洗浄中には基板のエッチングを提供するバイアスを形成する。
[0069]図３は、プロセスチャンバ２００としての例示的なＰｒｏｄｕｃｅｒ（登録商標）リアクタの基板支持部の簡略断面図を描いている。図３の画像は図示のために簡略化されており、原寸に比例して描いていない。
[0070]支持ペデスタル２２８は、基板ヒータアセンブリ３４８と、ベースプレート３５２と、背面アセンブリ３５４とを備えている。背面アセンブリ３５４は、リフトピン機構３５６だけでなく、基板バイアス電源３２２と、制御されたヒータ電源３３８と、裏側ガス（例えばヘリウム（Ｈｅ））源３３６とに結合されている。基板処理中、支持ペデスタル２２８は、基板３１２を支持し、基板の温度およびバイアス印加を制御する。基板３１２は、一般に、例えば２００ｍｍまたは３００ｍｍウエハー等の標準化された半導体ウエハーである。
[0071]基板ヒータアセンブリ３４８は本体（ヒーター部材３３２）を備えており、ヒータ部材３３２が、複数の埋め込み加熱素子３５８と、温度センサ（例えば熱電対）３６０と、複数の高周波（ＲＦ）電極３６２とをさらに備えている。
[0072]埋め込み加熱素子３５８は、ヒータ電源３３８に結合されている。温度センサ３６０が従来の手法でヒータ部材３３２の温度を監視する。測定された温度は、フィードバックループ内でヒータ電源３３８の出力を調節するために使用される。
[0073]埋め込みＲＦ電極３６２が、反応体積中のプロセスガス混合物のプラズマだけでなく、基板３１２に源３２２を結合する。源３２２は、一般に、ＲＦジェネレータ３２４および整合回路網３２８を備えている。ジェネレータ３２４は、一般に、約５０ｋＨｚ〜１３．６ＭＨｚの範囲の周波数で５０００Ｗまでの連続またはパルス電力を作り出すことが可能である。他の実施形態では、ジェネレータ３２４をパルスＤＣ電力ジェネレータとしてもよい。
[0074]基板３１２の温度は、ヒータ部材３３２の温度を安定させることにより制御される。一実施形態では、ガス源３３６からのヘリウムガスが、ガス導管３６６を介して基板３１２下方のヒータ部材３３２に形成された溝（または、代替的には、明確なディンプル）３３０（図２下部に破線を使用して示される）に提供される。ヘリウムガスは、ヒータ部材３３２および基板３１２間の熱伝達を提供し、基板の均一な加熱を容易にする。このような熱制御を使用して、基板３１２を約２００〜８００℃の間の温度で維持することができる。
[0075]図４は、堆積チャンバ４００の一部の斜視図を提示する。堆積チャンバ４００は、一実施形態において本発明のプロセスキット４０を含んでいる。チャンバ本体４０２は、基板処理領域４０４を画成し、プロセスキット４０の種々のライナーを支持するように提供されている。ウエハースリット４０６がチャンバ本体４０２に見られ、スリットを通るウエハー通路を画成している。このように、基板をチャンバ４００内へまたチャンバから外へ選択的に移動することができる。基板は中空チャンバ内に示されていない。スリット４０６はゲート装置（図示せず）により選択的に開閉される。ゲート装置は、チャンバ壁４０２により支持される。ゲートが基板処理中にチャンバ環境を隔離する。
[0076]チャンバ４０２は、酸化アルミニウムまたは他のセラミック化合物から作製されるのが好ましい。セラミック材料は、その低い熱伝導特性により好ましい。チャンバ本体４０２は円筒状でも他の形状でもよい。図４の例示的な本体４０２は、多角形の外形と円形の内径を有する。しかしながら、本発明は処理チャンバの特定の構成にもサイズにも限定されることがない。
[0077]述べたように、本体４０２は、一連のライナーおよび他の交換可能な処理部品を支持するように構成されている。これらの処理部品は、一般に使い捨てであり、特定のチャンバ用途または構成向けの「プロセスキット」４０の一部となる。プロセスキットは、頂部ポンプライナー、中部ライナー、下部ライナー、ガス分配プレート、ガス分散プレート、ヒータ、シャワーヘッド、または他の部品を含むことができる。あるライナーは一体的に形成されてもよいが、いくつかの用途では重ね合わせてライナー間の熱膨張を可能にするように別個のライナーを設けるのが好ましい。図７は、一実施形態のプロセスキット４０の斜視図を提供する。プロセスキット４０のライナーおよび他の機器が堆積チャンバ４００上方に分解して示してある。図７のチャンバ４００は、以下でより詳細に説明する。
[0078]図５は、図４の図示の堆積チャンバ４００の切断斜視図を示す。本体４０２の側４０８および底４０９部を含んだチャンバ本体４０２のジオメトリがより明確に見える。開口４０５が本体４０２の側部４０８に形成されている。開口４０５は、堆積、エッチングまたは洗浄プロセス中にプロセスガスを受容するためのチャネルとして機能する。
[0079]基板は中空チャンバ４０４内に示されていない。しかし、基板が中空チャンバ４０４内の図２のペデスタル２２８等のペデスタル上で支持されていることが理解される。ペデスタルは、本体４０２の底部４０９で開口４０７を通って延びるシャフトによって支持されている。加えて、ガス処理システム（図５には図示せず）がチャンバ４００に提供されていることが理解される。ガス導管を受容するために開口４７８が図示のチャンバ４０に設けられている。導管はガスをガスボックス（図７に４７２で見られる）に送達する。ここから、ガスがチャンバ４０４内に送達される。
[0080]堆積チャンバ用のプロセスキット４０のある部品を図４および５に見ることができる。これらは、頂部ポンプライナー４１０と、支持Ｃ型チャネルライナー４２０と、中部ライナー４４０と、底部ライナー４５０とを含んでいる。述べたように、これらのライナー４１０、４２０、４４０および４５０は、図７に関連して示され、以下でより詳細に説明される。シール部材４２７は、これも図６Ａと関連して示され、以下でより詳細に説明されるように、Ｃ型チャネルライナー４２０のポンプポートライナー４４２との接触面と、ポンプライナー４１０のポンプポートライナー４４２との接触面とに提供されている。
[0081]図６は、図５のチャンバ本体４０２の別の斜視図を示す。図５からの参照番号が場合によっては繰り返されている。図６は、切断図から２つの露出したエリアを強調するように提供されている。これらの２つの断面エリアはエリア６Ａおよび６Ｂである。エリア６Ａおよび６Ｂに示されたチャンバ４００の特徴部は、図６Ａおよび６Ｂのそれぞれ拡大された断面図でより明確に見られる。これらの特徴部も以下で詳細に説明する。
[0082]図７は、チャンバ本体部４００の分解図を提供する。この場合は、チャンバ本体４００がタンデム処理チャンバを表している。一例は、アプライドマテリアルズ社による製造されるＰｒｏｄｕｃｅｒＳチャンバである。本体４０２の右側に、処理エリア４０４から生じるプロセスキット４０の種々の部品が見られる。
[0083]図７の図に見られる機器の第１のアイテムが頂部カバー４７０である。頂部カバー４７０は、処理エリア４０４内で中央に置かれ、チャンバ蓋（図示せず）を通って突出している。頂部カバー４７０は、あるガス送達機器を支持するためのプレートとして機能する。この機器は、ガス供給導管（図示せず）を通してガスを受容するガスボックス４７２を含んでいる。（図５に見られるように、この導管は開口４７８を通してチャンバ本体４０２の底部４０９に挿入される。）ガスボックス４７２は、ガスをガス投入部４７６内へと送り込む。ガス投入部４７６は、頂部カバー４７０の中央にわたって延びるアームを画成する。このように、基板上方の処理エリア４０４内中央に処理および洗浄ガスを導入することができる。
[0084]ＲＦ電力がガスボックス４７２に供給される。これが処理ガスからプラズマを生成するように機能する。定電圧勾配４７４がガスボックス４７２とガス投入部４７６間に配置される。ガスがガスボックス４７２から処理エリア４０４内の接地されたペデスタルに向けて移動する際に、定電圧勾配４７４、すなわち「ＣＶＧ」が電力レベルを制御する。
[0085]頂部カバー４７０の真下には、ブロッカープレート４８０がある。ブロッカープレート４８０は、頂部カバー下方に同軸に置かれたプレートを画成する。ブロッカープレート４８０は、複数のボルト穴４８２を含んでいる。ボルト穴４８２は、ブロッカープレート４８０を頂部カバー４７０上で固定するために、そこを通してネジまたは他のコネクタを設置することができる貫通開口として機能する。ブロッカープレート４８０と頂部カバー４７０間の空隙が選択される。ガスは、処理中にこの空隙に分配され、次に複数の穿孔４８４によりブロッカープレート４８０を通して送達される。このように、処理ガスをチャンバ４００の処理エリア内に均一に送達することができる。ブロッカープレート４８０も、拡散する際にガスに高圧降下を提供する。
[0086]ブロッカープレート４８０下方には、シャワーヘッド４９０がある。シャワーヘッド４９０は、頂部カバー下方に同軸に設置される。シャワーヘッド４９０は、ガスを基板（見えない）上に方向付ける複数のノズル（見えない）を含んでいる。フェースプレート４９６およびアイソレータリング４９０がシャワーヘッド４９０に固定されている。アイソレータリング４９８は、シャワーヘッド４９０をチャンバ本体４０２から電気的に絶縁する。アイソレータリング４９８は、Ｔｅｆｌｏｎまたはセラミック等の平滑かつ比較的耐熱性の材料から作製されることが好ましい。
[0087]シャワーヘッド４９０下方に配置されているのは、頂部ライナー、すなわち「ポンプライナー」４１０である。図７の実施形態では、ポンプライナー４１０がその周りに配置された複数のポンプ孔４１２を有する環状本体を画成する。図７の配列では、ポンプ孔４１２が等距離で離間されている。ウエハー処理プロセス中に、頂部ライナー４１０の裏側から真空が引かれ、ポンプ孔４１２を通してガスをチャネルエリア４２２へと引き出す（図６Ａおよび図６Ｂでより明確に見られる）。図３の概略図に描いたように、ポンプ孔４１２がガスを処理するための主要な流路を提供する。
[0088]図６Ａおよび図６Ｂの拡大断面図に戻ると、頂部ライナー４１０の特徴部をより容易に見ることが可能である。図６Ａは、図６からの断面エリア６Ａの拡大図を提供する。同様に、図６Ｂは、図６からの断面エリア６Ｂの拡大図を提供する。これら拡大図の各々でポンプライナー４１０を見ることができる。
[0089]ポンプライナー４１０は、環状本体４１０’を画成し、複数のポンプポート４１２を保持するように機能する。図７の配列では、ポンプライナー４１０が、上面エリア上の上部リップ４１４と、下面エリアに沿った下部ショルダー４１６を含んでいる。一態様では、上部リップ４１４が頂部ライナー４１０の半径から外側に延びており、下部ショルダー４１６が半径方向内側に延びている。上部リップ４１４は環状に配置されている。このため、上部リップ４１４は図６Ａおよび図６Ｂのいずれでも見ることができる。しかしながら、下部ショルダー４１６は頂部ライナー４１０を環状に取り囲むものではなく、上部ポンプポートライナー４４２のエリアで開放されている。
[0090]図４に戻ると、チャンバ４００が次に環状チャネルライナー４２０を備えている。図７の配列では、ライナー４２０が逆「Ｃ型」の外形を有している。加えて、ライナー４２０はチャネル部４２２を含んでいる。このため、ライナー４２０は、「Ｃ型チャネルライナー」として指定される。この逆「Ｃ型」構成は、図６Ｂの拡大断面図でより明確に見られる。
[0091]図６Ｂを再び見ると、Ｃ型チャネルライナー４２０は、上部アーム４２１と、下部アーム４２３と、中間内側本体４２２とを有している。上部アーム４２１は、内部に形成された上部ショルダー４２４を有している。上部ショルダー４２４は、ポンプライナー４１０の上部リップ４１４を受容するように構成されている。同時に、下部アーム４２３はポンプライナー４１０の下部ショルダー４１６を受容するように構成されている。この頂部ライナー４１０およびＣ型チャネルライナー間の連結配列が、不要な寄生ポンプ動作を実質的に低減する回り道接触面を提供する。このように、ガスがチャンバ４００の処理エリア４０４からポンプライナー４１０のポンプ孔４１２を通して排気される際に、ガスは優先的にＣ型チャネルライナー４２０のチャネル部４２２を通して抜かれ、上部ライナー４１０および間の接触面で失われる。
[0092]ポンプライナー４１０の上部リップ４１４およびＣ型チャネルライナー４２０の上部ショルダー４２４間の連結関係が例示に過ぎないことに留意されたい。同様に、ポンプライナー４１０の下部ショルダー４１６およびＣ型チャネルライナー４２０の下部ショルダー４２６間の連結関係も例示に過ぎない。この点で、ガスの処理、洗浄またはエッチングの寄生ポンプ動作を阻止するためのポンプライナー４１０およびＣ型チャネルライナー４２０間のあらゆる連結配列が本発明の範囲内に含まれる。例えば、限定の意図はないが、ポンプライナー４１０の上部リップ４１４および下部ショルダー４１６の両方をポンプライナー４１０の半径から外側に延びるように構成することも可能である。このような配列では、ポンプライナー４１０の下部ショルダー４１６と連結するように、Ｃ型チャネルライナー４２０の下部リップ４２６の型が変更される。
[0093]図６Ａ、図６Ｂおよび図７のプロセスキット４０配列では、上部ショルダー４２４が上部アーム４２１に沿って環状に配置されている。このため、上部ショルダー４２４を図６Ａおよび図６Ｂのいずれでも見ることができる。しかしながら、下部リップ４２６はＣ型チャネルライナー４２０を環状に取り囲むものではなく、上部ポンプポートライナー４４２のエリアで開放されている。このように、径方向部が開放されてポンプポートライナー開口４２９を形成する。
[0094]図６で提供された切断斜視図で指し示されたように、エリア６Ａおよび６Ｂはチャンバ４００の両端を示している。エリア６Ａから切断された端部は、「ポンプポートライナー」４４２、４４４と呼ばれるガス排気ポートを含んでいる。上部ポンプポートライナー４４２は、Ｃ型チャネルライナー４２０のチャネル部４２２下方に提供されている。そして、下部ポンプポートライナー４４４は、上部ポートライナー４４２と流体連通するように提供されている。そして、ガスを排気システムによって下部ポンプポートライナー４４４から外に、処理チャンバ４００から排気することができる。
[0095]ポンプポートライナー４４２、４４４のエリアで寄生ポンプ動作をさらに制限するために、Ｃ型チャネルライナー４２０および上部ポンプポートライナー４４２間の接触面に、および頂部ライナー４１０および上部ポンプポートライナー４４２間の接触面に、シール部材４２７が設けられている。図７および図６Ｂのいずれでも４２７でシール部材を見ることができる。シール部材４２７が上部ポンプポートライナー４４２を取り囲む円形リングを画成するのが好ましい。シール部材４２７は、Ｔｅｆｌｏｎ材料から作製されるか、または別の方法で高度に研磨された表面を含むのが好ましい。シール４２７は、さらにＣ型チャネルライナー４２０をポンプポート４４２、４４４と連結させてガス漏れを制限することが可能である。
[0096]図７に戻って参照すると、中部ライナー４４０が次にＣ型チャネルライナー４２０の下方に配置される。中部ライナー４４０は、スリット４３２のレベルでプロセスエリア４０４にある。図７から、中部ライナー４４０がＣ型ライナーであり、円形ではないことが見て取れる。中部ライナー４４０の開放エリアが、プロセスチャンバ４００内に取り込まれる際にウエハーを受容するように構成されている。図６Ａおよび図６Ｂのいずれでも、Ｃ型チャネルライナー４２０および頂部ライナー４１０下方にある中部ライナー４４０を部分的に見ることができる。
[0097]図７でも見ることができるのが、底部ライナー４５０である。図７の配列では、底部ライナー４５０がチャンバ４００内の中部ライナー４４０下方に配置されている。底部ライナー４５０は、チャンバ４００の中部ライナー４４０および底部表面４０９間にある。
[0098]選択されたライナーが互いに一体化しているプロセスキットを利用することが、現時点で本発明の範囲内に含まれることに留意すべきである。例えば、中部ライナー４４０は底部ライナー４５０と一体化することも可能である。同様に、頂部ライナー４１０はＣ型チャネルライナー４２０と一体化することも可能である。しかしながら、種々のライナー、例えばライナー４１０、４２０、４４０および４５０が別個であるのも好ましい。これが、加熱プロセス中の熱膨張により誘発される亀裂の危険性を実質的に低減する。別個であるが連結するポンプライナー４１０およびＣ型チャネルライナー４２０を用いることによって、プロセスチャンバプロセスキット用の改善された新規な配列を提供する。
[0099]図７に見られる追加のプロセスキットアイテムは、フィラー部材４３０および均圧ポートライナー４３６を含んでいる。ライナー４４０、４５０の外径および周囲のチャンバ本体４２０間の空間を埋めるために、フィラー部材４３０が中部４４０および底部４５０ライナー周りに設置される。フィラー部材４３０の存在は、残留物がライナー４４０、４５０後方に形成するのを防ぐことにより、ライナー４４０、４５０後方の炭素残留物の集積を流すのを支援する。
[0100]フィラー部材４３０が、中部ライナー４４０のように完全に環状ではないことに留意されたい。この点で、開放部がフィラー部材４３０に留保されて２つのプロセスチャンバ４０４間に流体連通を提供する。均圧ポートライナー４３６は、所定のサイズとしたオリフィスを画成することによって、２つのプロセスエリア４０４間の流体連結を制御する。均圧ポートライナー４３６の存在は、２つのプロセスエリア４０４間の圧力を確実に同じままとする。
[0101]フィラー部材４３０、均圧ポートライナー４３６、ならびに上部４４２および下部４４４ポンプポートライナーは、高平滑化材料でコーティングされているのが好ましいことに留意されたい。一例は、光沢のあるアルミニウムコーティングである。例えば１５Ａｒ未満の非常に平滑な表面が提供された他の材料が、表面上に蓄積する堆積を減らす助けとなる。このような平滑な材料は、研磨アルミニウム、ポリマーコーティング、Ｔｅｆｌｏｎ、セラミックおよび石英としてもよい。
[0102]さらにチャンバ部品上の堆積を低減する支援のために、スリット弁ライナー４３４がスリット４３２に沿って提供される。スリットライナー４３４は同様に上記のような高平滑化材料でコーティングされているのが好ましい。
[0103]堆積またはエッチングプロセス中に、処理エリア４０４が加熱されるのが好ましい。この目的のために、ヒータにウエハーを支持するペデスタルが提供されている。ヒータペデスタルは、図７のチャンバ配列の４６２で見られる。プラズマ洗浄プロセス中にヒータが１１０℃超の温度まで作動されるのが特に好ましい。代替として、オゾンは解離するのにプラズマを必要としないため、洗浄ガスとしてオゾンを用いることもできる。オゾンが使用されない場合には、チャンバ本体を加熱するのが特に望ましく、それによって洗浄速度が上がる。
[0104]再び図７を参照すると、ペデスタルアセンブリ４６０が提供されている。ペデスタルアセンブリ４６０は、処理中に基板を支持するように機能する。ペデスタルアセンブリ４６０は、ヒータプレート４６２だけでなく、周りに配置されたシャフト４６８、ピンリフト４６４およびリフトフープ４６６も含んでいる。ピンリフト４６４およびリフトフープ４６６は、ウエハーをヒータプレート４６２上方へ選択的に上昇させるのを支援する。ピンホール４６７はヒータプレート４６２内に配置されてリフトピン（図示せず）を受容する。
[0105]図７のＡＦＰ（商標）チャンバ４４０が例示的であり、本発明の改善点がＰＥＣＶＤを行うことが可能なあらゆる堆積チャンバで実行可能であることが理解される。ゆえに、本発明の他の実施形態を提供することができる。例えば、ポンプライナー４１０が、Ｃ型チャネルライナー４２０の内径よりも小さい内径を有してもよい。この頂部ポンプライナー４１０について小さくした寸法が、ポンプポート４０５の内径を小さくするように働き、これによってガスが内側チャンバ４０４から外へポンプポート４０５を通って移動するガスの速度が上がる。チャンバ表面上に炭素質残留物が集積する機会が減るので、上がったガス速度が望ましい。ライナーが高平滑表面を有する材料から作製されるのも望ましい。これは、アモルファスカーボン堆積が表面上に蓄積するのを減らすように機能する。このような材料の例には、やはり研磨アルミニウム、ポリマーコーティング、Ｔｅｆｌｏｎ、セラミックおよび石英が含まれる。
[0106]温かい表面上よりも冷たい表面上に炭素が集積することにも留意されたい。この現象によって、炭素が堆積チャンバと関連付けられたポンプシステム上に優先的に集積する。優先的な集積を減らすために、ポンプシステムが８０℃超まで加熱されるのが好ましい。代替として、または加えて、冷却トラップをポンプシステム内に組み込んで未反応の炭素副生成物を回収することが可能である。冷却トラップは、定期保守間隔で洗浄または交換可能である。
[0107]シャドーリング
[0108]図１〜図７で上述した処理キットは、半導体被加工物の傾斜部上の材料の堆積を阻止するため、シャドーリングを特徴とするように、本発明の実施形態に従って変形することができる。
[0109]図８Ａは、本発明によるシャドーリングの実施形態を特徴するプロセスキットの実施形態の簡略断面図を示す。図８Ｂは、図８Ａのシャドーリングの簡略切断斜視図を示す。図８Ｃは、図８Ａのプロセスキットの簡略平面図を示す。図８Ｄは、図８Ａのシャドーリングの簡略拡大斜視断面図を示す。
[0110]図８Ａ〜図８Ｄに示すように、シャドーリング８８０は、埋め込み電極８６２を含むヒータ／支持部８２８上に支持されたウエハー８８２のエッジに亘って横方向距離Ｘ延びている張り出し部８８０ａを含んでいる。シャドーリング８８０は、張り出し部８８０ａがウエハー８８２から垂直方向距離Ｙだけ離れるように構成されている。
[0111]ヒータ／支持部８２８の上面の中央が、端部位置ウエハー８８２を受容するように構成された凹型ヒータ８２８ｂを画成している。「タイトポケット」ヒータ（「ＴＰＨｔｒ」）設計の一実施形態の詳細な説明は、全ての目的のために参照として本明細書に組み入れられる２００３年１０月１０日に出願された非仮米国特許出願第１０／６８４，０５４号で見つけることができる。
[0112]ヒータ／支持部８２８の上面のエッジが、リング８８０の下側から突出する垂直タブ８８０ｃを受容するように構成された凹部８２８ａを画成している。垂直タブ８８０ｃと凹部８２８ａを嵌合することが、ヒータ／支持部８２８上でシャドーリングを位置合わせする助けとなる。
[0113]ヒータ／支持部８２８は、そのエッジから水平方向に突出しているタブ８８０ｄも特徴とする。変形したポンプライナー８１０は、タブ８８０ｄを受容するように構成されたチャネル８１０ａを画成しており、それによってシャドーリング８８０を垂直方向に移動させる。
[0114]詳細には、ウエハー８８２が最初にヒータ／支持部８２８上に載せられるが、ポケット８２８ｂがその上でウエハーを確実に位置決めする。次に、シャドーリング８８０の下側上で凹部８２８ｃを垂直タブ８８０ｃに係合かつ嵌合するように、ヒータ／支持部８２８が上昇し、それによって、シャドーリングおよびポケット内に位置決めされたウエハー間で確実に適正に位置合わせする。
[0115]一旦、ウエハーヒータ／支持部が処理位置まで上昇すると、ガスが上を覆うシャワーヘッド（図示せず）を通ってチャンバ内に流入され、反応副生成物がオリフィス（図示せず）を通って変形したポンプライナー８１０に排出される。
[0116]堆積が完了すると、ウエハーヒータ／支持部８２８が下げられ、シャドーリング８８０のタブ８８０ｄが、ポンプライナー８１０により画成された垂直チャネルの底部により画成されるリップ上に乗るようになる。一旦、シャドーリング８８０から外されると、次の処理ステージまで移転するためウエハーを利用可能にするために、ウエハーヒータ／支持部が下がり続ける。
[0117]ＡＰＦ（商標）および他の材料の化学気相堆積は、エネルギー付与されたプラズマの形成と連動して行われてもよい。処理チャンバ内のこのプラズマの存在により、ウエハーおよび上を覆うシャドーリング間に大きな電位差を作成し、ウエハーを損傷しかねないアーク放電を生じさせかねない。
[0118]そこで、本発明のシャドーリングの実施形態は、傾斜した堆積を回避する必要性をこのようなアーク放電を最小限に抑える必要性に対して釣り合わせるように設計すべきである。図８Ｅ〜図８Ｆは、３００ｍｍ径基板上にＡＰＦ（商標）材料を堆積するのに使用するために、本発明によるシャドーリングの一実施形態の種々の寸法（インチで）を図示する簡略平面図を示す。図８Ｇ〜図８Ｈは、図８Ｅ〜図８Ｆのシャドーリングの実施形体の寸法を図示する簡略断面図を示す。
[0119]通常、ＡＰＦ（商標）材料の堆積には、２００ｍｍの径を有するウエハーについて約８００〜１２００Ｗの間の、３００ｍｍの径を有するウエハーについて約１４００〜１８００Ｗの間のＲＦ電源のチャンバへの印加が包含される。横方向張り出し距離Ｘは、約０．８〜２．０ｍｍ間の範囲とすることができ、垂直間隙距離Ｙは０．００４５インチ〜±−０．００３インチとすることができる。精密な光学寸法範囲は、異なる条件化のウエハー傾斜上の材料の堆積を阻止するように構成されたシャドーリングの他の実施形態によって変動することがある。
[0120]図９Ａは、本発明によるシャドーリングの実施形態を利用して堆積されたＡＰＦ（商標）層を持った、２５枚のウエハーのバッチの平均厚さおよび均一性をプロットしている。図９Ａは、ウエハーごとに一貫性があるように図９Ａの装置を利用して堆積された材料のこれらの特性を示している。
[0121]図９Ｂは、図９Ａのバッチのウエハーについて２つの異なるサイズの粒子汚染加算器をプロットしている。図９Ｂは、シャドーリングを使用することがウエハーの実質的な汚染をもたらさないことを示している。
[0122]図９Ｃは、堆積された膜の厚さ対図９Ａのウエハーの中心からの距離をプロットしている。図９Ｃは、シャドーリングがない最も既知である方法（ＢＫＭ）のための堆積機器と比較して、ウエハーエッジで堆積された材料の厚さの低減が観察されたことを示す。
[0123]本発明によるシャドーリングの実施形態は、種々の形状を想定し、異なる材料から構築され、異なる電気状態で維持することができる。次の表は、図１０ＡＡ〜１０ＡＥの簡略断面に示した物理的特性を呈示するシャドーリングを利用して、３００ｍｍ径ウエハー上に酸窒化ケイ素の誘電体反射防止コーティング（ＤＡＲＣ）を堆積した結果をまとめている。

Figure 0004790699
[0124]ＤＡＲＣ材料は、シラン、Ｎ２Ｏ３、およびヘリウムガスを包含するプラズマアシスト化学気相堆積により形成された。図１０ＡＢ〜図１０ＥＢは、それぞれ堆積材料の厚さ対図１０ＡＡ〜図１０ＥＡのシャドーリングについての径方向距離をプロットしている。
[0125]表と図１０ＡＢ〜図１０ＥＢは、堆積ＤＡＲＣ相の最高の平均均一性が図１０ＡＡの斜めの陽極酸化アルミニウムのシャドーリングで達成され、これがウエハー周辺に亘って最短距離（５３ミル）を延長したことを明らかにしている。このシャドーリング設計を反転する簡単な実験（図１０ＢＡ）は、堆積材料の不均一性の増大をもたらした。
[0126]ウエハー周辺に亘ってさらに延長するように変形された斜めの陽極酸化アルミニウムのシャドーリング（図１０ＣＡ）を利用すると、図１０ＡＡのシャドーリングを利用して堆積したものよりも低い均一性を有する堆積膜がもたらされる。これは、シャドーリングのエッジから３ｍｍエッジ排除境界までの堆積に利用可能な距離の損失によると考えられている。詳細には、短くしたシャドーリングを利用してこの「失われた」距離内に形成された材料は、３ｍｍエッジ排除境界に達する前に堆積層を平均厚み値に近づけ、それによって厚さの均一性を高める。
[0127]シャドーリングの組成および電気的状態も、材料の堆積の品質に影響することがある。図１０ＡＡ〜図１０ＣＡのシャドーリングの各々を利用する堆積は、アースと電気的に通信する導電性陽極酸化アルミニウムを含んだシャドーリングを利用して発生した。対照的に、図１０Ｄ〜図１０Ｅのシャドーリングを利用する堆積は、誘電材料−酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を含んだシャドーリングを利用して発生した。
[0128]本発明によるシャドーリングの実施形態が導電性または誘電性材料を備える一方で、少なくとも電気的に伝導性の表面を持った接地シャドーリングが堆積材料の均一性を改善することができる。詳細には、このような接地導電性シャドーリングが、ウエハー表面を覆っている電磁界の形状を実質的に変えることがない。このように、接地導電性シャドーリングは、ウエハーの傾斜部上の材料の堆積に対し純粋に物理的な障壁として機能する可能性がある。対照的に、誘電材料を備えるシャドーリングは、ウエハーのエッジ領域を覆っている電磁界の形状を変える可能性があり、それによってプラズマとそれから堆積される材料の均一性に影響を与える。
[0129]本発明によるシャドーリングの実施形態は、種々の材料から構築することができる。このような材料の例には、アルミニウム、陽極酸化アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、石英、ならびにＩＣＯＮＥＬ（登録商標）およびＨａｓｔｅｅｌｌｏｙ等のニッケルの合金等の他の材料が含まれる。ある実施形態によれば、シャドーリングが、例えば電気めっきおよび／または溶射により形成されたニッケル等の導電性表面を持った誘電体コア等の材料の化合物を備えていてもよい。
[0130]最後に、斜めの、というよりむしろ鈍い端部（図１０ＥＡ）を有する延長された酸化アルミニウムシャドーリングを使用することにより、厚さの均一性の最低値をもたらした。これは、鈍い端部が、処理ガスがシャドーリングのエッジ近傍のシャドーされていないウエハー領域に達するのを、妨げる効果に起因すると思われる。図１０ＡＡおよび１０ＣＡのシャドーリング設計の傾斜したエッジは、このようなシャドーされていない領域へのガスの流れを増進し、それによって、他のシャドーされていない領域に匹敵する厚さを有する材料のそれら領域における堆積を促進する。
[0131]本発明による実施形態は、図８Ａ〜図８Ｄに示した特定の支持機構に限定されない。図１１Ａは、ポンプライナー内に位置決めされた、本発明によるシャドーリングの別の代替的な実施形態の簡略斜視切断図を示す。図１１Ｂは、図１１Ａのシャドーリングの拡大簡略斜視切断図を示す。図１１Ａ〜Ｂの設計は、使用しない時にシャドーリング１１８０がポンプライナーにある垂直チャネルのリップによってではなく、むき出しのアルミニウムフィンガー１１９０によって支持されることを除いて、図８Ａ〜図８Ｈに示したものと類似である。
[0132]本発明によるシャドーリングの実施形態は、他の種の特徴を含んでもよい。例えば、上述のように、ウエハーヒータヒータ／支持部が、埋め込み電極を含んでいる。この埋め込み電極は、反応チャンバ内にある帯電した種に方向性を与える電界を生成する役割を担っている。
[0133]図３および図８Ａにも示したように、埋め込み電極は、支持されるウエハーの予想されるエッジを越えてある距離だけ延長している。これは、電極エッジに関連する電界が平面的な形状および強度を呈示しないからである。電極を延長することにより、これらの電極エッジに関連する電界の不均一性はウエハーエッジを越えて移動し、それによって堆積材料を確実により均一にする。
[0134]図８Ａに更に示すように、本発明の実施形態によるシャドーリングの一部も埋め込み電極を覆っており、その透明性がそこから生成された電界の形状および強度を望ましくないように変えてしまいかねない。
[0135]したがって、本発明によるシャドーリングの代替的な実施形態は、ウエハーエッジに亘る電界の均一性の維持を助けるために、張り出し部およびエッジ部間のギャップを特徴とする。
[0136]図１２Ａは、本発明によるこのような「クモの巣状」シャドーリングの実施形態の簡略断面図を示す。図１２Ｂは、図１２Ａのシャドーリングの斜視図を示す。
[0137]クモの巣状シャドーリング９８０は、図８Ａ〜図８Ｄのものに類似であるが、それぞれポンプライナー９１０およびウエハー支持部９２８の凹特徴部に嵌合するように構成された水平タブ９８０ａおよび垂直タブ９８０ｂを特徴とする。しかしながら、クモの巣状シャドーリング９８０は、介在するスパー部９８０ｆにより物理的接触が維持される張り出し部９８０ｄおよびエッジ部９８０ｅ間のギャップ９８０ｃを特徴とする。
[0138]図１２Ｃは、堆積材料の厚さ対図１２Ａのシャドーリングについての径方向距離をプロットしている。ギャップ９８０ｃの存在により、ウエハーのエッジ領域での磁界の均一性、ひいてはシャドーされていないエッジ領域の均一性が確実になる。
[0139]図１３は、本発明によるシャドーリングのまた別の実施形態の簡略断面図を示す。詳細には、シャドーリング１３８０の張り出し部１３８０ａが、その下側の１つ以上の突出部１３８０ｂを特徴とする。突出部１３８０ｂは、かのウエハー１３８２と物理的に接触する。
[0140]図１３に示す型のシャドーリングを使用することによって、多数の可能な機構に従う処理を増進する。突出部は、物理的スペーサとして機能することができ、狭いが最小の要求される間隙が確実にシャドーリングの張り出し部および下のウエハー間にできる。この物理的スペーサとしての役割において、突出部はそれゆえに、さもなければウエハーおよびリング厚さプロファイルの固有変動を考慮に入れなければならない許容限度の緩和を可能にし、それによってシャドーリングのウエハーとのより一層近接した間隙を可能とする。
[0141]突出部の存在は、シャドーリングおよび下のウエハー間の電気的な接触も確立する。シャドーリングおよびウエハーを同じ電位に維持することによって、処理の不均一性を生じさせるシャドーリングおよびウエハー間の不要なアーク放電を低減するかなくすことができる。
[0142]突出部１３８０ｂは、除外されたエッジ領域１３８２ａにおいてのみ基板１３８２に接触するように設計されている。ゆえに、シャドーリング１３８０および下のウエハー１３８２間の物理的接触から生じるあらゆる可能な汚染が、ウエハー歩留まりに影響すべきではない。
[0143]本発明の一実施形態によれば、３００ｍｍウエハー上に材料を堆積するためのシャドーリングが、＋０．０００２インチ〜−０．０００１インチの間の公差の０．０５インチ±０．０１インチの径および０．４５インチの高さの３つの突出部を有するＡＩＮを備えていた。本発明によるシャドーリングの実施形態は、少なくとも３つの突出部を特徴とし、より多くても可能である。
[0144]エッジパージヒータ
[0145]エッジパージヒータ特徴部を特徴とするように、上述の処理キットを本発明の実施形態に従って変形することができる。これは、傾斜部上に材料の堆積を阻止するために、パージガスを基板のエッジ部に流すように変形されるヒータ構造を包含している。
[0146]図１４Ａは、本発明の実施形態によるエッジパージガスシステムを特徴とするヒータの簡略断面図を示す。図１４Ｂは、図１４Ａのヒータの簡略拡大断面図を示す。
[0147]図１４Ａ〜図１４Ｂは、ガス分配シャワーヘッド１４０４の真下のチャンバ１４０２に置かれたヒータ／支持部１４００を示している。基板１４０６は、周囲エッジリング１４０８により画成されるポケット内の支持部１４００上に位置決めされている。ヒータ１４００は、パージガス１４１０をエッジリング１４０８および基板のエッジ間をエッジリング１４０８のベースへと流すチャネル１４００ａを含むように構成されている。パージガスの外方向への流れをウエハーエッジに沿うように方向付けることにより、基板のエッジ／傾斜領域への処理ガスの流れを防ぎ、これらエッジ領域における材料の堆積を減少する、またはなくす。
[0148]図１４Ｃは、堆積ＤＡＲＣ材料の厚さ対図１４Ａのヒータ構造により支持されるウエハー上の位置を、エッジリングへの窒素ガスの種々の流速についてプロットしている。図１４Ｄは、堆積ＤＡＲＣ材料の厚さ対図１４Ａのヒータ構造により支持されるウエハー上の位置を、エッジリングへのヘリウムガスの種々の流速についてプロットしている。
[0149]上記説明は、ウエハーの傾斜上の酸窒化ＤＡＲＣまたはＡＰＦ（商標）の層の堆積を低減する参照技術の使用を中心としたものであるが、本発明による実施形態はこの特定の用途に限定されない。例えば、低い誘電率（Ｋ）を呈示する膜は、ｓｈａｌｌｏｗ ｔｒｅｎｃｈ ｉｓｏｌａｔｉｏｎ（ＳＴＩ）、ｐｒｅ−ｍｅｔａｌ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ （ＰＭＤ）、およびｉｎｔｅｒ−ｍｅｔａｌ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ （ＩＭＤ）等の用途での使用が増えていることが分かっている。
[0150]このような低誘電率膜の形成は、相当量の炭素を組み込んだ酸化ケイ素の堆積を包含してもよい。このような一つの低誘電率膜は、カリフォルニア州サンタクララにあるアプライドマテリアルズ社により販売されているＢＬＡＣＫ ＤＩＡＭＯＮＤ（商標）として既知である。
[0151]別の種類の低誘電率膜は、堆積したままの形状のポロゲンとしての炭素含有分子を特徴としている。堆積後のアニールがポロゲンを遊離させ、膜の誘電率を下げるナノ細孔を残す。このようなナノ細孔膜の一例は、全ての目的のために参照として本明細書に組み入れられる米国特許第６，５４１，３６７号で説明されている。
[0152]これら膜のいずれについてもプラズマアシストＣＶＤ形成プロセス中のウエハー傾斜上の増大した堆積が観察されてきた。したがって、本発明による方法および装置の実施形態を、これらおよび他の種の炭素含有低誘電率膜の傾斜堆積を低減するために利用することができる。
[0153]上記は本発明の特定の実施形態の完全な説明であるが、種々の変形、変化、変更を用いることができる。これらの等価物および代替物が本発明の範囲内に含まれる。したがって、本発明の範囲は説明された実施形態に限定されないが、特許請求の範囲およびそれらの等価物の全範囲により定義される。
例示的な半導体処理システム１００の上面図を提供する。処理システムは、本発明のプロセスキットを受容する一対の堆積チャンバを含んでいる。 比較のための図示的な堆積チャンバの断面図を提供する。図２のチャンバは対すなわち「タンデム」チャンバである。しかしながら、本明細書で説明するプロセスキットをシングルチャンバ設計で使用してもよいことが理解される。 通常のチャンバ本体の部分断面図を提供する。ガス流路を明示するために、チャンバ本体は概略的に描かれている。矢印は、チャンバ内の主要ガス流および寄生ガス流を描いている。 堆積チャンバの一部の斜視図を提示する。チャンバ本体は、基板処理領域を画成し、種々のライナーを支持するために提供されている。ウエハースリット弁がチャンバ本体内に見られ、ウエハー通過スリットを提供している。 図４の図示的な堆積チャンバの切断斜視図を示す。図５に見ることができるのは、周囲Ｃ型チャネルライナーにより支持される頂部ライナー、すなわち「ポンプライナー」である。 図５のチャンバ本体を示し、切断図から２つの露出されたエリアを強調している。これら２つの断面エリアはエリア６Ａおよび６Ｂと指定される。 図６からの断面エリア６Ａの拡大図を提供する。頂部ライナーおよびＣ型チャネルライナーが見られる。 図６からの断面エリア６Ｂの拡大図を提供する。頂部ライナーおよびＣ型チャネルライナーが見られる。 図４のチャンバ本体部分の分解図を示す。この図では、一実施形態におけるプロセスキットからの種々のライナーがより明確に識別可能である。 ポンプライナー内に位置決めされ基板支持と嵌め合わせ係合する、本発明によるシャドーリングの実施形態の簡略断面図を示す。 図８Ａのシャドーリングの簡略切断斜視図を示す。 図８Ａのシャドーリングの簡略拡大斜視図を示す。 図８Ａのシャドーリングの簡略拡大斜視断面図を示す。 ３００ｍｍの径を有する基板と共に使用するための本発明によるシャドーリングの一実施形態の種々の寸法を図示する簡略平面図を示す。 ３００ｍｍの径を有する基板と共に使用するための本発明によるシャドーリングの一実施形態の種々の寸法を図示する簡略平面図を示す。 図８Ｅ〜Ｆに示したシャドーリングの実施形態の他の寸法を図示する簡略断面図を示す。 図８Ｅ〜Ｆに示したシャドーリングの実施形態の他の寸法を図示する簡略断面図を示す。 図８Ａ〜Ｈのシャドーリングを利用して処理された２５枚のウエハーのバッチのファイアウエハーについての平均厚さおよび均一性のプロットである。 図９Ａのバッチのウエハーについての２つの異なるサイズの粒子汚染加算器をプロットである。 堆積された膜の厚さ対図９Ａのウエハーの中心からの距離のプロットである。 異なる組成および形状を有するシャドーリングの簡略概略図を示す。 異なる組成および形状を有するシャドーリングの簡略概略図を示す。 異なる組成および形状を有するシャドーリングの簡略概略図を示す。 異なる組成および形状を有するシャドーリングの簡略概略図を示す。 異なる組成および形状を有するシャドーリングの簡略概略図を示す。 それぞれ堆積材料の厚さ対図１０ＡＡ〜ＥＡのシャドーリングについての径方向距離のプロットである。 それぞれ堆積材料の厚さ対図１０ＡＡ〜ＥＡのシャドーリングについての径方向距離のプロットである。 それぞれ堆積材料の厚さ対図１０ＡＡ〜ＥＡのシャドーリングについての径方向距離のプロットである。 それぞれ堆積材料の厚さ対図１０ＡＡ〜ＥＡのシャドーリングについての径方向距離のプロットである。 それぞれ堆積材料の厚さ対図１０ＡＡ〜ＥＡのシャドーリングについての径方向距離のプロットである。 ポンプライナー内に位置決めされた、本発明によるシャドーリングの別の代替的な実施形態の簡略斜視切断図を示す。 図１１Ａのシャドーリングの拡大簡略斜視切断図を示す。 ポンプライナー内に位置決めされ、基板支持部を嵌め合わせ係合している、本発明によるシャドーリングの代替的な実施形態の簡略断面図を示す。 図１２Ａのシャドーリングの斜視図を示す。 堆積材料の厚さ対図１２Ａのシャドーリングについての径方向距離のプロットである。 本発明によるシャドーリングの代替的な実施形態の簡略断面図を示す。 本発明の実施形態によるエッジパージガスシステムを特徴とするヒータの簡略断面図を示す。 図１４Ａのヒータの簡略拡大断面図を示す。 堆積膜厚対窒素エッジパージガスの流れを特徴とする基板についての位置のプロットである。 堆積膜厚対ヘリウムパージガスの流れを特徴とする基板についての位置のプロットである。 ポリシリコン特徴部を基板上に形成するためのプロセスステップの簡略断面図を示す。 ポリシリコン特徴部を基板上に形成するためのプロセスステップの簡略断面図を示す。 ポリシリコン特徴部を基板上に形成するためのプロセスステップの簡略断面図を示す。 ポリシリコン特徴部を基板上に形成するためのプロセスステップの簡略断面図を示す。 ポリシリコン特徴部を基板上に形成するためのプロセスステップの簡略断面図を示す。 ポリシリコン特徴部を基板上に形成するためのプロセスステップの簡略断面図を示す。 ポリシリコン特徴部を形成するステップの断面電子顕微鏡写真である。 ポリシリコン特徴部を形成するステップの断面電子顕微鏡写真を示す。 ポリシリコン特徴部を形成するステップの断面電子顕微鏡写真である。 ポリシリコン特徴部を形成するステップの断面電子顕微鏡写真である。
符号の説明
４０…プロセスキット、１００…半導体処理システム、１０６…チャンバ、２００、４００…堆積チャンバ、２０２、４０２…チャンバ本体、２１８、２２０…処理領域、２２８…ペデスタル、３１２…基板、３４８…ヒータアセンブリ、４１０…頂部ポンプライナー、４２０…支持Ｃ型チャネルライナー、４４０…中部ライナー、４５０…底部ライナー、８８０…シャドーリング。

Claims (4)

  1. 処理チャンバー内で、基板上に材料を化学気相堆積する装置であって、
    処理ガスをチャンバー内に流すガス分配アセンブリと、
    基板を支持する基板支持部と、
    基板のエッジ領域を覆う張り出し部を備えるシャドーリングと、
    プラズマを処理チャンバー内に生成するエネルギーを印加するエネルギー源と、を備え、
    さらに、シャドーリングは導電性表面を持った誘電体コアを備え、接地されている、装置。
  2. 誘電体の材料が、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、および石英の少なくとも１種を含む、請求項１に記載の装置。
  3. 導電性表面が、電気めっきおよび溶射された金属のいずれか一方を備える、請求項１に記載の装置。
  4. パージガスが、基板支持部から基板エッジ方向に流され、さらに、シャドーリングの外側面側にパージガスの排気口が設けられた、請求項１に記載の装置。
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