JP6751448B2 - 半導体処理用のガス分配シャワーヘッド - Google Patents

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Description

[0001]本開示の実施形態は、概して、半導体基板を処理するためのシステム及び装置に関する。より具体的には、本開示の実施形態は、大面積基板上で堆積の均一性を改善するためにデュアルゾーンシャワーヘッドを有するガス分配アセンブリに関する。
[0002]ガス分配シャワーヘッドは、半導体処理チャンバ内に配置され、通常、ワークピース又は基板の上にある。フラットパネルディスプレイや集積回路などの電子デバイスに対する需要が高まり続けるにつれて、基板及び基板を処理するチャンバの大きさに対する要求も当然ながら高まる。ディスプレイや集積回路は、基板に層が堆積され、堆積された材料が所望のパターンにエッチングされるという一連の処理によって製造されるのが一般的である。処理には、化学気相堆積(CVD)が含まれることが多い。
[0003]さらに、基板の大きさが増大し続けるにつれて、基板に堆積される膜の均一性を実現することが益々困難になる。したがって、当該技術分野では、基板処理の均一性の改善を可能にする処理チャンバが必要とされている。特に、半導体処理チャンバ内において処理ガスの改善された均一分配をもたらす改善されたガス分配アセンブリが必要とされている。
[0003]本明細書に開示された実施形態は、概して、半導体処理チャンバ内に処理ガスの改善された均一分配をもたらすガス分配アセンブリに関する。ガス分配アセンブリは、ガス分配プレート、ブロッカプレート、及びデュアルゾーンシャワーヘッドを含む。ガス分配アセンブリは、独立した中心から端部への流れのゾーン性(zonality)、独立した2前駆体供給、ミキシングマニホールドを介した2前駆体混合、及びガス分配プレートでの反復的な質量流分配をもたらす。
[0004]一実施形態では、ガス分配アセンブリが開示される。ガス分配アセンブリは、ガス分配プレート、ガス分配プレートに連結されたブロッカプレート、及びブロッカプレートに連結されたデュアルゾーンシャワーヘッドを含む。ガス分配プレートは、少なくとも1つのガス供給口、ガス供給口に作動可能に接続された多様に分かれる経路を形成する複数のチャネル、及び複数のチャネルの内部に且つガス分配プレートを通るように配置された第1の複数のガス孔を含む。ブロッカプレートは、第2の複数のガス孔を備えた内側ゾーン、第3の複数のガス孔を備えた外側ゾーン、及び内側ゾーンを外側ゾーンから分離する第1の隔壁を含む。デュアルゾーンシャワーヘッドは、第4の複数のガス孔を備えた内側ゾーン、第5の複数のガス孔を備えた外側ゾーン、及び内側ゾーンと外側ゾーンとの間に配置されたトレンチを含む。トレンチは、デュアルゾーンシャワーヘッドの内側ゾーンが、デュアルゾーンシャワーヘッドの外側ゾーンから物理的に分離されるよう、第1の隔壁を受け入れるように構成されている。さらに、第2の複数のガス孔及び第4の複数のガス孔は、同軸流を避けるためにパターン化され、第3の複数のガス孔及び第5の複数のガス孔は、同軸流を避けるためにパターン化されている。
[0005]別の実施形態では、ガス分配アセンブリが開示される。ガス分配アセンブリは、ガス分配プレート、ガス分配プレートに連結されたブロッカプレート、ブロッカプレートに連結されたデュアルゾーンシャワーヘッド、及びガス分配プレートに作動可能に連結されたミキシングマニホールドを含む。ガス分配プレートは、少なくとも1つのガス供給口、ガス供給口に作動可能に接続された多様に分かれる経路を形成する複数のチャネル、及び複数のチャネルの内部に且つガス分配プレートを通るように配置された第1の複数のガス孔を含む。ブロッカプレートは、第2の複数のガス孔を備えた内側ゾーン、第3の複数のガス孔を備えた外側ゾーン、及び内側ゾーンを外側ゾーンから分離する第1の隔壁を含む。デュアルゾーンシャワーヘッドは、第4の複数のガス孔を備えた内側ゾーン、第5の複数のガス孔を備えた外側ゾーン、及び内側ゾーンと外側ゾーンとの間に配置されたトレンチを含む。トレンチは、デュアルゾーンシャワーヘッドの内側ゾーンが、デュアルゾーンシャワーヘッドの外側ゾーンから物理的に分離されるよう、第1の隔壁を受け入れるように構成されている。ミキシングマニホールドは、複数のミキシングチャネルを含む。ミキシングチャネルは、それぞれ、第1の部分及び第2の部分を含む。第1の部分と第2の部分との間に配置されたチョークチャネルの直径は、第1の部分又は第2の部分の任意の直径より短い。
[0006]別の実施形態では、ガス分配アセンブリが開示される。ガス分配アセンブリは、ガス分配プレートに連結されたミキシングマニホールド、ガス分配プレートに連結されたブロッカプレート、及びブロッカプレートに連結されたデュアルゾーンシャワーヘッドを含む。ミキシングマニホールドは、複数のミキシングチャネルを含む。ミキシングチャネルは、第1の部分及び第2の部分を含み、第1の部分と第2の部分との間に配置されたチョークチャネルの直径は、第1の部分又は第2の部分の任意の直径より短い。ガス分配プレートは、少なくとも1つのガス供給口、ガス供給口に作動可能に接続された多様に分かれる経路を形成する複数のチャネル、及び複数のチャネルの内部に且つガス分配プレートを通るように配置された第1の複数のガス孔を含む。ブロッカプレートは、第2の複数のガス孔を備えた内側ゾーン、第3の複数のガス孔を備えた外側ゾーン、及び内側ゾーンを外側ゾーンから分離する第1の隔壁を含む。デュアルゾーンシャワーヘッドは、第4の複数のガス孔を備えた内側ゾーン、第5の複数のガス孔を備えた外側ゾーン、及び内側ゾーンと外側ゾーンとの間に配置されたトレンチを含む。トレンチは、デュアルゾーンシャワーヘッドの内側ゾーンが、デュアルゾーンシャワーヘッドの外側ゾーンから物理的に分離されるよう、第1の隔壁を受け入れるように構成されている。第2の複数のガス孔及び第4の複数のガス孔は、同軸流を避けるためにパターン化され、第3の複数のガス孔及び第5の複数のガス孔は、同軸流を避けるためにパターン化されている。
[0007]別の実施形態では、処理チャンバが開示される。処理チャンバは、内部で処理空間を少なくとも部分的に画定するチャンバ本体、処理空間内に配置され、チャンバ本体に連結された基板支持体、入口アダプタ、及びガス分配アセンブリを含む。ガス分配アセンブリは、複数のミキシングチャネルを画定するミキシングマニホールド、ブロッカプレート、及びブロッカプレートに連結されたデュアルゾーンシャワーヘッドを含む。ブロッカプレートは、第1の複数のガス孔を画定する内側ゾーン、第2の複数のガス孔を画定する外側ゾーン、及び内側ゾーンを外側ゾーンから分離する第1の隔壁を含む。デュアルゾーンシャワーヘッドは、第3の複数のガス孔を画定する内側ゾーン、第4の複数のガス孔を画定する外側ゾーン、及び内側ゾーンと外側ゾーンとの間に配置されたトレンチを含む。トレンチは、デュアルゾーンシャワーヘッドの内側ゾーンが、デュアルゾーンシャワーヘッドの外側ゾーンから物理的に分離されるよう、第1の隔壁を受け入れるように構成されている。第1の複数のガス孔及び第3の複数のガス孔は、同軸流を避けるためにパターン化され、第2の複数のガス孔及び第4の複数のガス孔は、同軸流を避けるためにパターン化されている。
[0008]別の実施形態では、処理チャンバが開示される。処理チャンバは、内部で処理空間を画定するチャンバ本体、ガス分配プレート、ガス分配プレートに連結されたブロッカプレート、ブロッカプレートに連結されたデュアルゾーンシャワーヘッド、及びガス分配プレートに作動可能に連結されたミキシングマニホールドを含む。ガス分配プレートは、少なくとも1つのガス供給口、及びガス分配プレートを通して画定された第1の複数のガス孔を含む。ブロッカプレートは、第2の複数のガス孔を備えた内側ゾーン、第3の複数のガス孔を備えた外側ゾーン、及び内側ゾーンを外側ゾーンから分離する第1の隔壁を含む。デュアルゾーンシャワーヘッドは、第4の複数のガス孔を備えた内側ゾーン、第5の複数のガス孔を備えた外側ゾーン、及び内側ゾーンと外側ゾーンとの間に配置されたトレンチを含む。トレンチは、デュアルゾーンシャワーヘッドの内側ゾーンが、デュアルゾーンシャワーヘッドの外側ゾーンから物理的に分離されるよう、第1の隔壁を受け入れるように構成されている。ミキシングマニホールドは、複数のミキシングチャネルを含む。ミキシングチャネルは、第1の部分及び第2の部分を含み、第1の部分と第2の部分との間に配置されたチョークチャネルの直径は、第1の部分又は第2の部分の任意の直径より短い。
[0009]別の実施形態では、処理チャンバが開示される。処理チャンバは、内部で処理空間を画定するチャンバ本体、処理空間内に配置され、チャンバ本体に連結された基板支持体、チャンバ本体に連結されたガス供給源、チャンバ本体内に配置されたガス分配アセンブリ、及びガス分配プレートに作動可能に連結されたミキシングマニホールドを含む。ガス分配アセンブリは、ガス分配プレート、ガス分配プレートに連結されたブロッカプレート、及びブロッカプレートに連結されたデュアルゾーンシャワーヘッドを含む。ガス分配プレートは、少なくとも1つのガス供給口、及びガス分配プレートを通して配置された第1の複数のガス孔を含む。ブロッカプレートは、第2の複数のガス孔を備えた内側ゾーン、第3の複数のガス孔を備えた外側ゾーン、及び内側ゾーンを外側ゾーンから分離する第1の隔壁を含む。デュアルゾーンシャワーヘッドは、第4の複数のガス孔を備えた内側ゾーン、第5の複数のガス孔を備えた外側ゾーン、及び内側ゾーンと外側ゾーンとの間に配置されたトレンチを含む。トレンチは、デュアルゾーンシャワーヘッドの内側ゾーンが、デュアルゾーンシャワーヘッドの外側ゾーンから物理的に分離されるよう、第1の隔壁を受け入れるように構成されている。ミキシングマニホールドは、複数のミキシングチャネルを含み、ミキシングチャネルは、第1の部分及び第2の部分を含み、第1の部分と第2の部分との間に配置されたチョークチャネルの直径は、第1の部分又は第2の部分の任意の直径より短い。
[0010]本開示の上述の特徴を詳細に理解することができるように、上記で簡単に要約された本開示のより具体的な説明は、実施形態を参照することによって、得ることができる。そのうちの幾つかの実施形態は添付の図面で例示されている。しかし、本開示は他の等しく有効な実施形態も許容し得ることから、添付の図面はこの開示の典型的な実施形態のみを例示しており、したがって、本開示の範囲を限定すると見なすべきではないことに留意されたい。
本明細書で開示された一実施形態に係る、処理チャンバの概略断面図である。 本明細書で開示された一実施形態に係る、ガス分配プレートの上部の概略斜視図である。 本明細書で開示された一実施形態に係る、図2Aのガス分配プレートの底部の概略斜視図である。 本明細書で開示された一実施形態に係る、ブロッカプレートの上部の概略斜視図である。 本明細書で開示された一実施形態に係る、シャワーヘッドの上部の概略斜視図である。
[0016]理解を容易にするために、図に共通する同一の要素を指し示すために、可能な場合には、同一の参照番号を使用した。具体的な記述がなくとも、一方の実施形態で開示された要素を他方の実施形態で有益に利用できると考えられている。
[0017]本明細書で開示された実施形態は、概して、半導体処理チャンバ内に処理ガスの改善された均一分配をもたらすガス分配アセンブリに関する。ガス分配アセンブリは、ガス分配プレート、ブロッカプレート、及びデュアルゾーンシャワーヘッドを含む。ガス分配アセンブリは、独立した中心から端部への流れのゾーン性、独立した2前駆体供給、ミキシングマニホールドを介した2前駆体混合、及びガス分配プレートでの反復的な質量流分配をもたらす。
[0018]図1は、処理システム100の断面図である。処理システム100は、ガス源102、及び処理チャンバ104を含む。処理チャンバ104は、内部で画定される処理空間105を有する。幾つかの実施形態では、処理空間は、基板を上部で保持する基板支持体124を囲むスペーサ122によって画定される。基板は、ガス分配シャワーヘッド130からの処理領域128にわたって、基板支持体124上に置かれてもよい。基板は、処理チャンバ104を通るように配置されたスリットバルブ開口132を通して、処理チャンバ104を出入りすることができる。幾つかの実施形態では、基板支持体124は、基板支持体に熱を供給するペデスタルヒータ126に連結される。
[0019]図1の配向では、ガス及び/又は生成物の流れの概括的な方向は下向きであり、この方向は、本明細書では「下流(downstream)」と呼ばれ得るが、図1の配向における上向きの反対方向は、「上流(upstream)」と呼ばれ得る。また、図1に示す装置のかなりの部分は、中心軸106の周囲で円筒形に対称であってよく、関連する方向は、径方向108及び方位方向110と定義される。本明細書ではこの方向の慣例が使用され得るが、当業者は、本明細書に記載の原理の多くが、円筒形状に対称なシステムに限定されないことを理解されよう。
[0020]図1に示すように、処理チャンバ104は、概して、処理チャンバ104に連結された少なくとも1つの流量比率コントローラ114から下流に配置された入口アダプタ112を含む。幾つかの実施形態では、処理システム100は、複数の流量比率コントローラ114を含み得る。図1に示すように、2つの4チャネル流量比率コントローラ114が処理チャンバ104に連結されている。流量比率コントローラ114は、処理領域128の外部及び/又は内部に配置され得る。各流量比率コントローラ114は、独立したチャンバマッチングをもたらし得る。入口アダプタ112の第1の側116Aでガスが流量比率コントローラ114から入口アダプタ112に入り、ガス分配アセンブリの第1のセクションにガスが供給され得る。さらに、入口アダプタの第2の側116Bでガスが流量比率コントローラ114から入口アダプタ112に入り、ガス分配アセンブリの第2のセクションにガスがさらに供給され得る。流量比率コントローラ114に入るガスは、HF及び/又はNHであり得る。
[0021]入口アダプタ112は、ミキシングプレート118に連結され得る。ミキシングプレート118は、入口アダプタ112から下流に配置され得る。ミキシングプレート118は、ガス分配アセンブリ134に連結され得る。ガス分配アセンブリ134は、ミキシングプレート118から下流に配置され得る。幾つかの実施形態では、ガス分配アセンブリ134は、とりわけ、ミキシングマニホールド120、ガス分配シャワーヘッド130、ガス分配プレート136、及び/又はブロッカプレート138を含み得る。ブロッカプレート138は、処理領域128をさらに画定するためにスペーサ122に連結される。
[0022]ミキシングマニホールド120は、第1の端部でミキシングプレート118に作動的に連結され、第2の端部でガス分配プレート136に連結される。ミキシングマニホールド120は、複数のミキシングチャネル140を含む。図1で示すように、2つのミキシングチャネルが示されている。各ミキシングチャネル140は、チョークチャネル146によって分けられた第1の部分142及び第2の部分144を含む。チョークチャネル146は、第1の部分142と第2の部分144との間に配置される。チョークチャネル146の直径は、第1の部分142及び/又は第2の部分144の直径より短い。チョークチャネル146の直径と第1の部分142又は第2の部分144の直径の違いにより、ガスの可変流量が可能となり得る。
[0023]ガス分配アセンブリ134は、ガス分配プレート136をさらに含む。ガス分配プレート136は、ミキシングマニホールド120に連結され、幾つかの実施形態では、ミキシングマニホールド120の下流に配置される。幾つかの実施形態では、ガス分配プレート136は、アルミニウム材料、例えば、Al6061−T6材料を含む。幾つかの実施形態では、ガス分配プレート136は、セラミック材料、誘電材料、石英材料、又はステンレス鋼材料を含み得る。
[0024]ガス分配アセンブリは、ブロッカプレート138をさらに含む。ブロッカプレート138は、ガス分配プレート136に連結され、幾つかの実施形態では、ガス分配プレート136の下流に配置される。幾つかの実施形態では、ブロッカプレート138は、アルミニウム材料、例えば、Al6061−T6材料を含む。幾つかの実施形態では、ブロッカプレート138は、セラミック材料、誘電材料、石英材料、又はステンレス鋼材料を含み得る。
[0025]ガス分配アセンブリは、ガス分配シャワーヘッド130をさらに含む。ガス分配シャワーヘッド130は、ブロッカプレート138に連結され、幾つかの実施形態では、ブロッカプレート138の下流に配置される。特定の実施形態では、ガス分配シャワーヘッド130は、ブロッカプレート138と処理領域128との間に配置され得る。幾つかの実施形態では、ガス分配シャワーヘッド130は、アルミニウム材料、例えば、Al6061−T6材料を含む。幾つかの実施形態では、ガス分配シャワーヘッド130は、セラミック材料、誘電材料、石英材料、又はステンレス鋼材料を含み得る。
[0026]図2A及び図2Bは、それぞれ、ガス分配プレート136を概略的に示す。図2Aは、ガス分配プレート136の上表面202を示す。図示されているように、ガス分配プレート136は、少なくとも1つのガス供給口206を含む。ここでは第1のガス供給口206A及び第2のガス供給口206Bが示されているが、ガス分配プレート136内に任意の数のガス供給口206(例えば、1つのガス供給口又は4つのガス供給口)が含まれ得ると考えられている。第1のガス供給口206Aは、ミキシングマニホールド120の第1のミキシングチャネル140に第1の位置で作動的に接続される。第1の位置は、中心軸106において又は中心軸106に隣接して配置され得る。第1のガス供給口206Aは、さらにブロッカプレート138に作動的に接続される。第2のガス供給口206Bは、ミキシングマニホールド120の第2のミキシングチャネル140に第2の位置で作動的に接続される。第2の位置は、第1の位置に隣接して配置され得る。第2のガス供給口206Bは、さらにブロッカプレート138に作動的に接続される。各ガス供給口206は、ミキシングマニホールド120を介してガスを受け入れることができる。第1のガス供給口206Aは、通路208を介してブロッカプレート138にガスを供給し得る。
[0027]図2Aに示すように、ガス分配プレート136は、複数のガスチャネル210を含む。複数のガスチャネル210は、ガス分配プレート136において多様に分かれる経路を形成する。複数のガスチャネル210は、少なくとも1つのガス供給口に連結されている。図2Aに示すように、複数のガスチャネル210は、第1の端部において第2のガス供給口206Bに作動可能に接続されている。複数のガスチャネル210の第2の端部において、複数のガスチャネル210が第1の複数のガス孔212に作動可能に接続されている。第1の複数のガス孔212は、複数のガスチャネル210の内部に配置され、第2の端部においてガス分配プレート136を通って延在する。
[0028]複数のガスチャネル210は、ガス分配プレート136の中心から径方向外側に配置される。さらに、複数のガスチャネル210が、第1のガス供給口206A及び/又は第2のガス供給口206Bの周りに分散される。図2Aに示すように、複数のガスチャネル210が、第1のガス供給口206A及び/又は第2のガス供給口206Bの周りで対称的に分散されるが、複数のガスチャネルは、第1のガス供給口206A及び/又は第2のガス供給口206Bの周りで非対称的に分散され得ることも考えられている。図2Aのガス分配プレート136の例示の実施形態で示すように、第1のガス供給口206Aは、ガス分配プレートの内側ゾーンを介してガスを供給し得、第2のガス供給口206Bは、ガス分配プレートの外側ゾーンを介してガスを供給し得る。複数のガスチャネル210は、複数のT型ジャンクション214で展開する。各T型ジャンクション214でガスの流れが両方の周方向にほぼ等しく分かれる。各T型ジャンクション214は、カスケード接続されるので、長いチャネル210Aで始まり、短いチャネル210Cで終わる連続的に短くなる円弧状チャネル210A、210B、210Cの間でガスの流れが分割される。短いチャネル210Cは、第1の複数のガス孔212のうちの少なくとも1つが位置する先端で終端する。各T型ジャンクション214は、ガス分配プレート136において対称的であるので、ガスが移動する各ガスチャネル210の距離は同じである。この特徴は、すべての第1の複数のガス孔212にわたって均一なガス圧を加える助けとなる。さらに、各T型ジャンクション214は、当該ジャンクションでガスの流量を等しく分配する。複数のガスチャネル210は、反復的なガス流をもたらす。複数のガスチャネル210は、電子ビーム溶接によって製造されてもよい。図2Aに示すように、第1の複数のガス孔212は、8つの等しく分散したガス孔212を含み得、これらは、ブロッカプレート138にガス排出口を設ける。しかしながら、第1の複数のガス孔212は、任意の数のガス孔を含み得ると考えられている。
[0029]図2Bは、ガス分配プレート136の底面204を示す。図示されているように、ガスは、ガス分配プレート136の底面204を通って延在する第1の複数のガス孔212から排出される。第1の複数のガス孔212は、ガス分配プレートの外部分あたりで均等に離間されている。第1の複数のガス孔212から排出されると、ガスは、ブロッカプレート138の外側ゾーン304内に流動し得る(以下で説明する)。さらに、ガスは、さらにガス分配プレート136の底面204を通って延在する第1のガス供給口206Aから排出される。第1のガス供給口206Aから排出されると、ガスは、ブロッカプレート138の内側ゾーン302内に流動し得る(以下で説明する)。
[0030]図3は、ブロッカプレート138の上面図を示している。ブロッカプレート138の対応する底面図は、幾つかの実施形態では、ブロッカプレート138の上面図と実質的に類似し得ることに留意するべきである。ブロッカプレート138は、ガス分配プレート136とガス分配シャワーヘッド130との間に配置される。幾つかの実施形態では、ブロッカプレート138は、ガス分配プレート136及び/又はガス分配シャワーヘッド130に連結される。
[0031]幾つかの実施形態では、図3で示すように、ブロッカプレート138は、デュアルゾーンブロッカプレート138である。このように、ブロッカプレート138は、内側ゾーン302及び外側ゾーン304を含む。内側ゾーン302は、外側ゾーン304内に配置され得る。幾つかの実施形態では、内側ゾーン302は、外側ゾーン304の中に完全に配置されてもよい。他の実施形態では、外側ゾーン304は、内側ゾーン302を取り囲んでもよい。
[0032]内側ゾーン302は、第2の複数のガス孔306を含む。幾つかの実施形態では、第2の複数のガス孔306は、まっすぐに穿孔されたガス孔であり得る。まっすぐに穿孔されたガス孔は、それぞれ、ブロッカプレート138及び/又はガス分配シャワーヘッド130の長手方向軸と位置合わせされた長手方向軸を有し得る。幾つかの実施形態では、第2の複数のガス孔306は、角度を付けて穿孔されてもよい。他の実施形態では、第2の複数のガス孔306は、まっすぐに穿孔されたガス孔及び/又は角度を付けて穿孔されたガス孔の混合を含み得る。このようにして、角度を付けて穿孔されたガス孔は、ブロッカプレート138及び/又はガス分配シャワーヘッド130の長手方向軸と位置ずれした長手方向軸を有し得る。さらに、幾つかの実施形態では、第2の複数のガス孔306は、約0.01インチと約0.3インチとの間の直径、例えば、約0.015インチの直径を有し得る。このようにして、幾つかの実施形態では、第2の複数のガス孔306は、それぞれ均一幅を有し得る。他の実施形態では、第2の複数のガス孔306は、それぞれ可変幅を有し得る。さらに、第2の複数のガス孔306は、それぞれ均等に離間され得るが、幾つかの実施形態では、第2の複数のガス孔306は、それぞれ、可変的に離間され得る。
[0033]外側ゾーン304は、第3の複数のガス孔308を含む。幾つかの実施形態では、第3の複数のガス孔308は、まっすぐに穿孔されたガス孔であり得る。まっすぐに穿孔されたガス孔は、それぞれ、ブロッカプレート138及び/又はガス分配シャワーヘッド130の長手方向軸と位置合わせされた長手方向軸を有し得る。他の実施形態では、第3の複数のガス孔308は、角度を付けて穿孔されてもよい。他の実施形態では、第3の複数のガス孔308は、まっすぐに穿孔されたガス孔及び/又は角度を付けて穿孔されたガス孔の混合を含み得る。このようにして、角度を付けて穿孔されたガス孔は、ブロッカプレート138の長手方向軸と位置ずれした長手方向軸を有し得る。さらに、幾つかの実施形態では、第3の複数のガス孔308は、約0.01インチと約0.3インチとの間の直径、例えば、約0.015インチの直径を有し得る。このようにして、幾つかの実施形態では、第3の複数のガス孔308は、それぞれ均一幅を有し得る。他の実施形態では、第3の複数のガス孔308は、それぞれ可変幅を有し得る。さらに、第3の複数のガス孔308は、それぞれ均等に離間され得るが、幾つかの実施形態では、第3の複数のガス孔308は、それぞれ、可変的に離間され得る。全体的に、ブロッカプレート138は、約600から約2200の間のガス孔を含み得る。
[0034]ブロッカプレート138は、複数の表面312を含み得る。各表面312は、ブロッカプレートから異なる上昇率を有するよう段状に並べられる。幾つかの実施形態では、図3で示すように、ブロッカプレートは、第1の表面312A、第2の表面312B、及び第3の表面312Cを有し得る。第1の表面312Aは、最も低い高さであり得、第3の表面312Cは、最も高い高さであリ得る。内側ゾーン302及び外側ゾーン304は、同一の表面に配置される。図示されているように、内側ゾーン302及び外側ゾーン304は、第1の表面312A内に配置される。しかしながら、内側ゾーン302及び外側ゾーン304は、完全に且つ/又は部分的に、異なる表面312に配置されてもよいと考えられている。
[0035]第1の隔壁310が、ブロッカプレート138の内側ゾーン302と外側ゾーン304との間に配置される。第1の隔壁310は、ブロッカプレート138に連結され、ブロッカプレート138の第1の表面312Aから外側に延在する。第1の隔壁310の上表面314は、ブロッカプレートのより高い段の表面、例えば、第2の表面312B又は第3の表面312Cと実質的に同一平面であり得る。幾つかの実施形態では、第1の隔壁310は、ブロッカプレートの第1の表面312Aから外側に約0.125インチから約0.350インチの間の長さだけ延在し得る。
[0036]第1の内側Oリング316(図1参照)が、第1の隔壁310の第1の表面に配置されるか、且つ/又は、第1の隔壁310の第1の表面に連結されてもよい。図2Bに戻ると、トレンチ216が、ガス分配プレート136の底面204に形成され得る。ガス分配プレート136におけるトレンチ216は、ブロッカプレート138の第1の隔壁310及び第1の内側Oリング316を受け入れ且つ/又は受容するように寸法形成され得る。それにより、ブロッカプレート138をガス分配プレート136に連結すると、ブロッカプレート138の内側ゾーン302及び外側ゾーン304は、ブロッカプレートの上表面で密封的に封入且つ/又は連結される。このようにして、第1の内側Oリング316は、第1の隔壁310とガス分配プレート136との間に配置される。幾つかの実施形態では、第1の内側Oリング316は、パーフロロエラストマー材料、例えば、カルレッツ(Kalrez)材料を含む。
[0037]ブロッカプレート138は、ブロッカプレート138の一表面に形成されたトレンチ318を含み得る。トレンチ318は、第2の表面312Bを取り囲むように、ブロッカプレート138の外側ゾーン304の周りに配置され得る。トレンチ318は、ブロッカプレート138をガス分配プレート136に密封するように構成される。ブロッカプレート138におけるトレンチ318は、第1の外側Oリング315を受け入れ且つ/又は受容するように寸法形成され得る。それにより、ブロッカプレート138をガス分配プレート136に連結すると、ブロッカプレート138は、ガス分配プレートに密封連結される。このようにして、第1の外側Oリング315は、トレンチ318内に、且つブロッカプレート138とガス分配プレート136との間に配置される。幾つかの実施形態では、第1の外側Oリング315は、パーフロロエラストマー材料、例えば、カルレッツ材料を含む。
[0038]上述のように、ブロッカプレート138の底面側は、図3に示すブロッカプレート138の上面側に実質的に類似する。このようにして、ブロッカプレート138の底面側(図示せず)は、内側ゾーン及び外側ゾーンも含む。この内側ゾーン及び外側ゾーンは、それぞれ、第2の複数のガス孔306及び第3の複数のガス孔308それぞれを介して、内側ゾーン302及び外側ゾーン304それぞれに連結される。さらに、ブロッカプレート138の底面側の内側ゾーンは、ブロッカプレートの底面側の外側ゾーン内に配置され得る。幾つかの実施形態では、ブロッカプレート138の底面側の内側ゾーンは、ブロッカプレート138の底面側の外側ゾーン内に完全に配置され得る。他の実施形態では、ブロッカプレート138の底面側の外側ゾーンは、ブロッカプレート138の底面側の内側ゾーンを取り囲み得る。
[0039]ブロッカプレート138の底面側は、複数の表面312をさらに含み得る。各表面312は、ブロッカプレート138から異なる上昇率を有するよう段状に並べられる。さらに、ブロッカプレート138の底面側は、上述の第1の隔壁310に実質的に類似する第2の隔壁(図1に示す)をさらに含む。第2の隔壁は、ブロッカプレート138の底面側の内側ゾーンとブロッカプレート138の底面側の外側ゾーンとの間に配置される。第2の隔壁は、ブロッカプレート138に連結され、ブロッカプレート138の表面から外側に延在する。第2の隔壁の上表面は、第1の隔壁310について以上で述べたように、ブロッカプレートのより高い段の表面と実質的に同一平面であり得る。
[0040]第2の内側Oリング316が、第2の隔壁の第1の表面に配置されるか、且つ/又は、第2の隔壁の第1の表面に連結されてもよい。図4に示すように、第1のトレンチ416が、ガス分配シャワーヘッド130の上表面404に形成され得る。ガス分配シャワーヘッド130における第1のトレンチ416は、ブロッカプレート138の第2の隔壁及び第2の内側Oリング316を受け入れ且つ/又は受容するように寸法形成され得る。それにより、ガス分配シャワーヘッド130をブロッカプレート138に連結すると、ブロッカプレート138の底面側の内側ゾーン及びブロッカプレート138の底面側の外側ゾーンは、ブロッカプレートの底面上で密封的に封入且つ/又は連結される。このようにして、第2の内側Oリング316は、第1の隔壁310とガス分配シャワーヘッド130との間に配置される。幾つかの実施形態では、第2の内側Oリング316は、パーフロロエラストマー材料、例えば、カルレッツ材料を含む。
[0041]図4は、ガス分配シャワーヘッド130の上面図を示している。ガス分配シャワーヘッド130は、ブロッカプレート138と処理領域128との間に配置される。幾つかの実施形態では、ガス分配シャワーヘッド130は、ブロッカプレート138及び/又はスペーサ122に連結される。
[0042]幾つかの実施形態では、且つ図4で示すように、ガス分配シャワーヘッド130は、デュアルゾーンシャワーヘッドであり得る。このように、ガス分配シャワーヘッド130は、内側ゾーン406及び外側ゾーン408を含む。内側ゾーン406は、外側ゾーン408内に配置され得る。幾つかの実施形態では、内側ゾーン406は、外側ゾーン408の中に完全に配置されてもよい。他の実施形態では、外側ゾーン408は、内側ゾーン406を取り囲んでもよい。
[0043]図示されているように、ガス分配シャワーヘッド130は、その上表面に内側ゾーン406及び外側ゾーン408を有する。ガス分配シャワーヘッド130の内側ゾーン406は、ブロッカプレートの内側ゾーン138に対応してもよく、且つ/又はブロッカプレートの内側ゾーン138に作動的に接続してもよい。ガス分配シャワーヘッド130の内側ゾーン406は、それを通る第4の複数のガス孔410を含む。
[0044]幾つかの実施形態では、第4の複数のガス孔410は、まっすぐに穿孔されたガス孔であり得る。まっすぐに穿孔されたガス孔は、それぞれ、ブロッカプレート138及び/又はガス分配シャワーヘッド130の長手方向軸と位置合わせされた長手方向軸を有し得る。他の実施形態では、第4の複数のガス孔410は、角度を付けて穿孔されてもよい。他の実施形態では、第4の複数のガス孔410は、まっすぐに穿孔されたガス孔及び/又は角度を付けて穿孔されたガス孔の混合を含み得る。このようにして、角度を付けて穿孔されたガス孔は、ガス分配シャワーヘッド130の長手方向軸と位置ずれした長手方向軸を有し得る。さらに、幾つかの実施形態では、第4の複数のガス孔410は、約0.01インチと約0.6インチとの間の直径、例えば、約0.03インチの直径を有し得る。このようにして、幾つかの実施形態では、第4の複数のガス孔410は、それぞれ均一幅を有し得る。他の実施形態では、第4の複数のガス孔410は、それぞれ可変幅を有し得る。さらに、第4の複数のガス孔410は、それぞれ均等に離間され得るが、幾つかの実施形態では、第4の複数のガス孔410は、それぞれ、可変的に離間され得る。
[0045]ガス分配シャワーヘッド130の外側ゾーン408は、ブロッカプレート138の外側ゾーンに対応してもよく、且つ/又はブロッカプレート138の外側ゾーンに作動的に接続してもよい。ガス分配シャワーヘッド130の外側ゾーンは、それを通る第5の複数のガス孔412を含む。幾つかの実施形態では、第5の複数のガス孔412は、まっすぐに穿孔されたガス孔であり得る。まっすぐに穿孔されたガス孔は、それぞれ、ブロッカプレート138及び/又はガス分配シャワーヘッド130の長手方向軸と位置合わせされた長手方向軸を有し得る。他の実施形態では、第5の複数のガス孔412は、角度を付けて穿孔されてもよい。他の実施形態では、第5の複数のガス孔412は、まっすぐに穿孔されたガス孔及び/又は角度を付けて穿孔されたガス孔の混合を含み得る。このようにして、角度を付けて穿孔されたガス孔は、ガス分配シャワーヘッド130の長手方向軸と位置ずれした長手方向軸を有し得る。さらに、幾つかの実施形態では、第5の複数のガス孔412は、約0.01インチと約0.6インチとの間の直径、例えば、約0.03インチの直径を有し得る。このようにして、幾つかの実施形態では、第5の複数のガス孔412は、それぞれ均一幅を有し得る。他の実施形態では、第5の複数のガス孔412は、それぞれ可変幅を有し得る。さらに、第5の複数のガス孔412は、それぞれ均等に離間され得るが、幾つかの実施形態では、第5の複数のガス孔412は、それぞれ、可変的に離間され得る。全体的に、ガス分配シャワーヘッド130は、約600から約2200の間のガス孔を含み得る。
[0046]ガス分配シャワーヘッド130は、ガス分配シャワーヘッド130内に配置された第1のトレンチ416をさらに含む。幾つかの実施形態では、第1のトレンチ416は、ガス分配シャワーヘッド130の内側ゾーン406とガス分配シャワーヘッド130の外側ゾーン408との間に配置される。第1のトレンチ416は、内側ゾーン406を取り囲み得る。第1のトレンチ416は、ブロッカプレートの第1の隔壁310及び第1の内側Oリング316を受け入れるように構成され、又は幾つかの実施形態では、第1のトレンチ416は、ブロッカプレート138の底面側に配置された第2の隔壁、及びブロッカプレート138の底面側にさらに配置された第2の内側Oリング316を受け入れるように構成される。第1のトレンチ416は、第1の隔壁310及び/又は第2の隔壁(図示せず)を受け入れるように構成され、それにより、ガス分配シャワーヘッド130の内側ゾーン406は、ガス分配シャワーヘッド130の外側ゾーン408から物理的に分離される。
[0047]幾つかの実施形態では、ガス分配シャワーヘッド130は、ガス分配シャワーヘッド130内に配置された第2のトレンチ418をさらに含み得る。第2のトレンチ418が外側ゾーン408を取り囲むように、第2のトレンチ418は、ガス分配シャワーヘッド130の外側ゾーンの周りに配置され得る。第2のトレンチ418は、ブロッカプレート138をガス分配シャワーヘッド130に密封するように構成される。ガス分配シャワーヘッド130における第2のトレンチ418は、第2の外側Oリング315(図1を参照)を受け入れ且つ/又は受容するように寸法形成され得る。それにより、ブロッカプレート138をガス分配シャワーヘッド130に連結すると、ブロッカプレート138は、ガス分配シャワーヘッド130に密封連結される。このようにして、第2の外側Oリング315は、第2のトレンチ418内に、且つブロッカプレート138とガス分配シャワーヘッド130との間に配置される。幾つかの実施形態では、第2の外側Oリング315は、パーフロロエラストマー材料、例えば、カルレッツ材料を含む。
[0048]特定の実施形態では、ガス分配シャワーヘッド130は、第5の複数のガス孔412と第2のトレンチ418との間に配置されたボイド領域420をさらに含み得る。ボイド領域420は、外側ゾーン408及び/又は第5の複数のガス孔412を取り囲み得る。ボイド領域420は、ガス孔を含まなくてもよい。
[0049]これより図1、図2、及び図3を参照すると、ガス分配プレート136がブロッカプレート138に連結且つ/又は作動的に接続されると、第1のプレナム150が、ガス分配プレート136とブロッカプレート138の外側ゾーン304との間に形成/配置される。さらに、第2のプレナム152が、ガス分配プレート136とブロッカプレート138の内側ゾーン302との間に形成/配置される。さらに、ブロッカプレート138がガス分配シャワーヘッド130に連結且つ/又は作動的に接続されると、ブロッカプレート138の外側ゾーン304は、ガス分配シャワーヘッド130の外側ゾーン408と位置合わせされ、ブロッカプレート138の内側ゾーン302は、ガス分配シャワーヘッド130の内側ゾーン406と位置合わせされる。さらに、第3のプレナム154が、ブロッカプレート138の外側ゾーン304とガス分配シャワーヘッド130の外側ゾーン408との間に形成/配置される。さらに、第4のプレナム156が、ブロッカプレート138の内側ゾーン302とガス分配シャワーヘッド130の内側ゾーン406との間に形成/配置される。第1の隔壁310及び/又は第2の隔壁は、第1のプレナム150を第2のプレナム152から、そして、第3のプレナム154を第4のプレナム156から分離し得る。第1のプレナム150、第2のプレナム152、第3のプレナム154、及び/又は第4のプレナム156は、ガスの突然の膨張を許容し、より均一な流れをもたらす。
[0050]これより図1、図3、及び図4を参照すると、ブロッカプレート138の第2の複数のガス孔306及びガス分配シャワーヘッド130の第4の複数のガス孔410がパターン化され、ブロッカプレート138がガス分配シャワーヘッド130に連結且つ/又は作動的に接続されたときに同軸流が避けられる。このようにして、ブロッカプレート138の第2の複数のガス孔306のそれぞれの長手方向軸は、ガス分配シャワーヘッド130の任意の第4の複数のガス孔410の長手方向軸と位置合わせされない。さらに、ブロッカプレート138の第3の複数のガス孔308及びガス分配シャワーヘッド130の第5の複数のガス孔412がパターン化され、ブロッカプレート138がガス分配シャワーヘッド130に連結且つ/又は作動的に接続されたときに同軸流が避けられる。このようにして、ブロッカプレート138の第3の複数のガス孔308のそれぞれの長手方向軸は、ガス分配シャワーヘッド130の任意の第5の複数のガス孔412の長手方向軸と位置合わせされない。
[0051]本開示の利点は、独立した中心から端部への流れのゾーン性、独立したHF/NH供給、ミキシングマニホールドを介したリッド上でのHF/NH混合、及びガス分配プレートでの反復分配を含む。さらに、半導体処理チャンバ内への処理ガスの改善された均一分配が実現する。さらに、本開示の実施形態は、現在の、既存の装置に追加導入することができる。さらに、無電解ニッケルメッキを用いてアルミニウムAl6061−T6から作られた部品は、耐腐食性の改善をもたらす。
[0052]さらなる利点には、処理チャンバ内の流量を変更且つ/又は変化させ、基板上で改善された均一性を可能にする能力が含まれる。例えば、ガス分配アセンブリの内側ゾーンと外側ゾーンとの間で種々の流量が可能であり得る。
[0053]要約すると、本明細書で開示された実施形態は、半導体処理チャンバ内に処理ガスの改善された均一分配をもたらすガス分配アセンブリに関する。ガス分配アセンブリは、ガス分配プレート、ブロッカプレート、及びデュアルゾーンシャワーヘッドを含む。ガス分配アセンブリは、独立した中心から端部への流れのゾーン性、独立した2前駆体供給、ミキシングマニホールドを介した2前駆体混合、及びガス分配プレートでの反復的な質量流分配をもたらす。
[0054]以上の記述は本開示の実施形態を対象としているが、本開示の基本的な範囲から逸脱することなく、本開示の他の実施形態及びさらなる実施形態を考案してもよい。本開示の範囲は、下記の特許請求の範囲によって決定される。

Claims (13)

  1. ガス分配アセンブリであって、
    ガス分配プレートであって、
    少なくとも1つのガス供給口、
    前記ガス供給口に作動可能に接続された多様に分かれる経路を形成する複数のチャネル、及び
    前記複数のチャネルの内部に且つ前記ガス分配プレートを通るように配置された第1の複数のガス孔を備えたガス分配プレートと、
    前記ガス分配プレートに連結されたブロッカプレートであって、
    第2の複数のガス孔を備えた内側ゾーン、
    第3の複数のガス孔を備えた外側ゾーン、及び
    前記内側ゾーンを前記外側ゾーンから分離する第1の隔壁を備えたブロッカプレートと、
    前記ブロッカプレートに連結されたデュアルゾーンシャワーヘッドであって、
    第4の複数のガス孔を備えた内側ゾーン、
    第5の複数のガス孔を備えた外側ゾーン、及び
    前記内側ゾーンと前記外側ゾーンとの間に配置されたトレンチであって、前記デュアルゾーンシャワーヘッドの前記内側ゾーンが、前記デュアルゾーンシャワーヘッドの前記外側ゾーンから物理的に分離されるよう、前記第1の隔壁を受け入れるように構成されたトレンチを備えたデュアルゾーンシャワーヘッドと
    を備え、前記第2の複数のガス孔及び前記第4の複数のガス孔が、同軸流を避けるためにパターン化され、前記第3の複数のガス孔及び前記第5の複数のガス孔が、同軸流を避けるためにパターン化されている、ガス分配アセンブリ。
  2. 前記デュアルゾーンシャワーヘッドの前記内側ゾーンが、前記ブロッカプレートの前記内側ゾーンと位置合わせされ、前記デュアルゾーンシャワーヘッドの前記外側ゾーンが、前記ブロッカプレートの前記外側ゾーンと位置合わせされる、請求項1に記載のガス分配アセンブリ。
  3. 前記複数のチャネルが、前記ガス供給口の周りで対称的に分散され、前記第1の複数のガス孔が、少なくとも8つのガス孔である、請求項1に記載のガス分配アセンブリ。
  4. 前記ガス分配プレートと前記ブロッカプレートの前記外側ゾーンとの間に配置された第1のプレナム、及び
    前記ガス分配プレートと前記ブロッカプレートの前記内側ゾーンとの間に配置された第2のプレナム
    をさらに備えている、請求項1に記載のガス分配アセンブリ。
  5. 前記デュアルゾーンシャワーヘッドと前記ブロッカプレートの前記外側ゾーンとの間に配置された第3のプレナム、及び
    前記デュアルゾーンシャワーヘッドと前記ブロッカプレートの前記内側ゾーンとの間に配置された第4のプレナム
    をさらに備えている、請求項1に記載のガス分配アセンブリ。
  6. 前記第1の隔壁と前記ガス分配プレートとの間に配置された第1のOリング、及び
    前記第1の隔壁と前記デュアルゾーンシャワーヘッドとの間に配置された第2のOリング
    をさらに備え、前記第1のOリング及び前記第2のOリングが、パーフロロエラストマー材料を含む、請求項1に記載のガス分配アセンブリ。
  7. 前記ガス分配プレート、前記ブロッカプレート、又は前記デュアルゾーンシャワーヘッドが、アルミニウム材料、セラミック材料、誘電材料、石英材料、又はステンレス鋼材料を含む、請求項1に記載のガス分配アセンブリ。
  8. 前記第2の複数のガス孔、前記第3の複数のガス孔、前記第4の複数のガス孔、及び前記第5の複数のガス孔が、個々にそれぞれ均一幅を有する、請求項1に記載のガス分配アセンブリ。
  9. 前記第2の複数のガス孔、前記第3の複数のガス孔、前記第4の複数のガス孔、及び前記第5の複数のガス孔が、個々にそれぞれ可変幅を有する、請求項1に記載のガス分配アセンブリ。
  10. ガス分配アセンブリであって、
    ガス分配プレートであって、
    少なくとも1つのガス供給口、
    前記ガス供給口に作動可能に接続された多様に分かれる経路を形成する複数のチャネル、及び
    前記複数のチャネルの内部に且つ前記ガス分配プレートを通るように配置された第1の複数のガス孔を備えたガス分配プレートと、
    前記ガス分配プレートに連結されたブロッカプレートであって、
    第2の複数のガス孔を備えた内側ゾーン、
    第3の複数のガス孔を備えた外側ゾーン、及び
    前記内側ゾーンを前記外側ゾーンから分離する第1の隔壁を備えたブロッカプレートと、
    前記ブロッカプレートに連結されたデュアルゾーンシャワーヘッドであって、
    第4の複数のガス孔を備えた内側ゾーン、
    第5の複数のガス孔を備えた外側ゾーン、及び
    前記内側ゾーンと前記外側ゾーンとの間に配置されたトレンチであって、前記デュアルゾーンシャワーヘッドの前記内側ゾーンが、前記デュアルゾーンシャワーヘッドの前記外側ゾーンから物理的に分離されるよう、前記第1の隔壁を受け入れるように構成されたトレンチを備えたデュアルゾーンシャワーヘッドと
    前記ガス分配プレートに作動可能に連結されたミキシングマニホールドであって、
    第1の部分及び第2の部分を含む複数のミキシングチャネルであって、前記第1の部分と前記第2の部分との間に配置されたチョークチャネルの直径が、前記第1の部分又は前記第2の部分の任意の直径より短い、複数のミキシングチャネルを備えたミキシングマニホールドと
    を備えているガス分配アセンブリ。
  11. 前記第2の複数のガス孔及び前記第4の複数のガス孔が、同軸流を避けるためにパターン化され、前記第3の複数のガス孔及び前記第5の複数のガス孔が、同軸流を避けるためにパターン化されている、請求項10に記載のガス分配アセンブリ。
  12. 前記ガス分配プレートと前記ブロッカプレートの前記外側ゾーンとの間に配置された第1のプレナム、
    前記ガス分配プレートと前記ブロッカプレートの前記内側ゾーンとの間に配置された第2のプレナム、
    前記デュアルゾーンシャワーヘッドと前記ブロッカプレートの前記外側ゾーンとの間に配置された第3のプレナム、及び
    前記デュアルゾーンシャワーヘッドと前記ブロッカプレートの前記内側ゾーンとの間に配置された第4のプレナム
    をさらに備えている、請求項10に記載のガス分配アセンブリ。
  13. ガス分配アセンブリであって、
    第1の部分及び第2の部分を含む複数のミキシングチャネルであって、前記第1の部分と前記第2の部分との間に配置されたチョークチャネルの直径が、前記第1の部分又は前記第2の部分の任意の直径より短い、複数のミキシングチャネルを備えたミキシングマニホールドと
    前記ミキシングマニホールドに連結されたガス分配プレートであって、
    少なくとも1つのガス供給口、
    前記ガス供給口に作動可能に接続された多様に分かれる経路を形成する複数のチャネル、及び
    前記複数のチャネルの内部に且つ前記ガス分配プレートを通るように配置された第1の複数のガス孔を備えたガス分配プレートと、
    前記ガス分配プレートに連結されたブロッカプレートであって、
    第2の複数のガス孔を備えた内側ゾーン、
    第3の複数のガス孔を備えた外側ゾーン、及び
    前記内側ゾーンを前記外側ゾーンから分離する第1の隔壁を備えたブロッカプレートと、
    前記ブロッカプレートに連結されたデュアルゾーンシャワーヘッドであって、
    第4の複数のガス孔を備えた内側ゾーン、
    第5の複数のガス孔を備えた外側ゾーン、及び
    前記内側ゾーンと前記外側ゾーンとの間に配置されたトレンチであって、前記デュアルゾーンシャワーヘッドの前記内側ゾーンが、前記デュアルゾーンシャワーヘッドの前記外側ゾーンから物理的に分離されるよう、前記第1の隔壁を受け入れるように構成されたトレンチを備えたデュアルゾーンシャワーヘッドと
    を備え、前記第2の複数のガス孔及び前記第4の複数のガス孔が、同軸流を避けるためにパターン化され、前記第3の複数のガス孔及び前記第5の複数のガス孔が、同軸流を避けるためにパターン化されている、ガス分配アセンブリ。
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