JPH10199874A - リモートプラズマ源清浄技術を用いた窒化ケイ素堆積中の白色粉末低減用の装置および方法 - Google Patents
リモートプラズマ源清浄技術を用いた窒化ケイ素堆積中の白色粉末低減用の装置および方法Info
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Abstract
える装置及び方法を提供する。 【解決手段】 本方法は、プロセスチャンバの壁の少な
くとも一部分を加熱するステップ、プロセスチャンバの
壁の大部分を覆うライナを設けるステップ、プロセスチ
ャンバの内部に接続されたリモートチャンバを設けるス
テップ、リモートチャンバ内で清浄ガスのプラズマを生
じさせるステップ、及び清浄ガスのプラズマの一部をプ
ロセスチャンバ内に流入するステップを含んでいる。本
装置は、壁を有する堆積チャンバ、壁に熱結合され壁を
加熱する手段、壁の大部分を覆うライナ、チャンバの外
側に配置されたリモートチャンバ、リモートチャンバ内
にエネルギを供給することの可能な活性化源、リモート
ガス供給源からの前駆ガスをリモートチャンバ内に流入
させる第1導管、及びリモートチャンバからの反応種を
堆積チャンバ内に流入させる第2導管を含んでいる。
Description
源清浄技術を用いて窒化ケイ素堆積中の白色粉末を低減
する装置および方法に関するものである。
d chemical reactions)は、半導体産業やフラットパネ
ルディスプレイ産業で広く利用されている。その一例
が、プラズマ励起式化学的気相堆積(PECVD)であ
り、これは、アクティブマトリクス液晶ディスプレイ
(AMLCD)用の薄膜トランジスタ(TFT)の製造
時に使用されるプロセスである。PECVDでは、基板
は、一対の平行平板電極が設置された真空堆積チャンバ
(vacuum deposition chamber)内に配置される。これ
らの電極の一方、例えば一般にサセプタと呼ばれる下部
電極が基板を保持する。他方の電極、すなわち上部電極
は、ガス入口マニホールドまたはシャワーヘッドとして
機能する。堆積中、反応ガスは上部電極を通ってチャン
バ内に流れ込み、高周波(RF)電圧が電極間に印加さ
れて、反応ガス中にプラズマが形成される。このプラズ
マは、反応ガスを分解し、材料の層を基板の表面上に堆
積する。
素(SiN)がある。SiNは、その耐水性や耐ナトリ
ウム汚染性のために、ゲート絶縁層およびパッシベーシ
ョン層の共通の材料となっている。SiNの堆積では、
本発明の譲受人に譲渡された米国特許第5,399,387号に
記載されているように、シラン(SiH4)ガスおよび
アンモニア(NH3)ガスからなるプラズマを用いるこ
とで、幾つかの反応経路に従ってSiNを堆積すること
が可能である。例えば、
ムの上にも堆積する。既知の現場清浄プロセスは、清浄
ガス(cleaning gas)(多くの場合、フッ化窒素(NF
3)である)を供給し、排気可能な揮発性生成物を形成
するためにRFプラズマを用いてチャンバ内部のガスを
活性化することにより、壁からSiN膜を除去すること
が可能である。この反応は、次のように進行する。
積プロセス中にNH3およびフッ化水素(HF)と反応
して、例えば六フッ化アンモニウム((NH4)2SiF
6)を形成する。このような生成物および他の同様のケ
イ素含有フッ化物生成物は、ここでは「白色粉末」と呼
ばれ、より一般的には、部分反応SiN膜を構成する。
この望ましくない白色粉末は、例えば、真空ポンプ内で
濃縮(condense)することがある。また、この白色粉末
は、プロセスチャンバをポンプに接続する真空ライン
(フォアライン)やポンプを排気システムに接続する真
空ライン(排気ライン)内で濃縮することもある。最終
的に、この白色粉末は、燃焼箱(排気を扱う)内で、お
よびチャンバ壁上で濃縮する可能性がある。ポンプおよ
び排気の場合、濃縮は、総計で数キログラムの白色粉末
になることがあり、これにより、しばしばポンプが故障
する。フォアラインおよび排気ラインの場合、目詰まり
が起こることがある。この白色粉末は、堆積プロセス中
において望ましくない微粒子の源ともなる。
浄プロセスは、白色粉末の除去やSiN堆積中における
白色粉末の発生の低減には有効でない。チャンバやチャ
ンバ内の露出部品を清浄するこのようなシステムでは、
前駆ガスがチャンバに供給される。この後、チャンバ内
の前駆ガスにグロー放電プラズマを局所的に加えること
により、反応種が生成される。この反応種は、チャンバ
表面上のプロセス堆積物と揮発性の化合物を形成するこ
とによりチャンバの表面を清浄する。このプラズマ現場
清浄は、通常、白色粉末を除去せず、ポンプおよび排気
の定期的な整備が依然として必要である。
粉末を除去するために開発されている。例えば、ある改
良システムは、プロセスチャンバとポンプとの間に追加
のプラズマ源を導入する。別の例では、ポンプとプロセ
スチャンバとの間、あるいは(排気ライン中における)
ポンプの後にトラップが導入されている。しかしなが
ら、これらの方法も、白色粉末の除去やSiN堆積中に
おける白色粉末の発生の低減には有効でない。
れる白色粉末の量を低減することを目的としている。ま
た、白色粉末形成の結果として生じる可能性のある部品
への損傷を低減することを関連する目的としている。
は、窒化ケイ素を堆積するために用いられるプロセスチ
ャンバ内での白色粉末の生成を低減する方法に関してお
り、プロセスチャンバの壁の少なくとも一部分を加熱す
るステップと、プロセスチャンバの壁の実質的な部分を
覆うライナを設けるステップと、プロセスチャンバの内
部に接続されたリモートチャンバを設けるステップと、
このリモートチャンバ内で清浄ガスのプラズマを発生さ
せるステップと、この清浄ガスのプラズマの一部をプロ
セスチャンバ内に流入するステップと、を備え、白色粉
末の生成が実質的に低減されるようになっている。
れる。上記の加熱ステップは、壁内の少なくとも1個の
中空隔室内に加熱された流体を流入することにより行わ
れる。白色粉末の生成は、真空ライン内や、プロセスチ
ャンバに機能を提供するポンプシステム内で低減され
る。この方法は、ウェーハを約85℃以上の温度に加熱
するステップをさらに備えていても良い。上記のライナ
は、プロセスチャンバの内部の実質的に全体を覆ってい
る。このライナは、アルマイト(陽極酸化アルミニウ
ム)(anodized aluminum)またはセラミックから作ら
れている。
積するために使用されるプロセスチャンバ内での白色粉
末の生成を低減する方法に関しており、プロセスチャン
バの壁を加熱する手段を設けるステップと、プロセスチ
ャンバの内部の実質的な部分を覆うライナを設けるステ
ップと、を備え、白色粉末の生成が実質的に低減される
ようになっている。
れる。上記の加熱手段は、抵抗ヒータ、またはプロセス
チャンバの外側を実質的に覆う熱絶縁ブランケットであ
る。
が低減される窒化ケイ素堆積用の装置に関する。本発明
は、壁を有する堆積チャンバと、この壁を加熱する手段
であってこの壁に熱結合(thermally couple)された手
段と、壁の実質的な部分を覆うライナと、チャンバの外
側に配置されたリモートチャンバと、このリモートチャ
ンバ内にエネルギを供給する活性化源(activation sou
rce)と、リモートガス供給源からの前駆ガスを、前駆
ガスが活性化源によって活性化されて反応種が形成され
るリモートチャンバ内に流入する第1の導管と、リモー
トチャンバからの反応種を堆積チャンバ内に流入する第
2の導管と、を備えている。
れる。上記の加熱手段は、壁の少なくとも一部分の内部
に配置された隔室と、この隔室に接続された流体流入口
と、この隔室に接続された流体流出口と、を有してい
る。また、前記流体流入口に接続された流体源もある。
この加熱手段は、チャンバの外部を実質的に覆う熱絶縁
ブランケットであっても良い。
生成される白色粉末の量が低減されることである。ま
た、白色粉末によって引き起こされるポンプの故障やラ
イン目詰まりの発生が低減されることも利点である。
中で述べるが、その一部は以下の説明から明らかにな
り、また本発明の実施によって理解することができる。
本発明の目的および利点は、特に特許請求の範囲で指摘
される手段および組合せによって実現および取得するこ
とができる。
明および以下の詳細な説明とともに本発明を概略的に示
しており、本発明の原理を説明するのに役立っている。
なお、添付図面は、本明細書に組み込まれて本明細書の
一部をなす。
ルニア州サンタクララのアプライドコマツテクノロジー
製モデルAKT−3500PECVDシステムを使用し
た。このシステムには、本明細書で説明するように改修
が加えられている。このAKT−3500PECVD
は、AMLCDの生成に使用するために設計されてい
る。これは、複数のプロセスチャンバを有するモジュラ
システムである。これらのプロセスチャンバは、アモル
ファスシリコン膜、SiN膜、シリコン酸化膜および酸
窒化膜を堆積するために使用することができる。このシ
ステムに関するより詳しい説明は、本発明の譲受人に譲
渡された米国特許出願第08/707,491号に見出すことがで
きる。なお、この文献は、参照文献として本明細書に組
み込まれる。しかしながら、本発明は、任意の市販の堆
積システムとともに使用することも可能である。
修されたPECVDシステムは、堆積ガスを導入するた
めのガス入口マニホールド(またはシャワーヘッド)1
2を内側に有する堆積チャンバ10と、材料が堆積され
るべき基板16を保持するサセプタ14と、を含んでい
る。入口マニホールド12およびサセプタ14は、双方
とも平行平板形であり、それぞれ上部電極および下部電
極としても機能する。下部電極およびチャンバ本体は、
グラウンドに接続されている。RF電源38は、整合回
路網(matching network)40を介して上部電極に電力
を供給する。RF電源38は、上部電極と下部電極との
間にプラズマを生成するために用いられる。
気ライン64、ポンプ36、燃焼箱(burn box)66お
よび流出口72を有している。ポンプ輸送されるべきガ
スは、チャンバ10内のランダム運動を介してフォアラ
イン62に入る。このガスは、ポンプ36によって除去
され、排気ライン64を介してポンプ36から排気され
る。燃焼箱66はこの排気ガスを処理し、この後、この
排気ガスは流出口72を介して除去される。燃焼箱66
は、酸素およびメタンを燃焼する場合に特に有用であ
る。流出口72は、別のポンプまたは処理設備に接続さ
れていても良いし、あるいは単に大気への出口であって
も良い。
れる複数のガスを含んだ堆積ガスシステム32がある。
SiNの堆積では、これらのガスは、通常、アンモニア
およびシランである。これらは、例えば、アンモニアガ
ス供給源71およびシランガス供給源68によって示さ
れている。これらのプロセスガスは、入口を通ってガス
マニホールド内に流入した後、シャワーヘッドを通って
チャンバ内に流入する。電動バルブおよび流れ制御機構
34は、ガス供給源からチャンバ内へのガスの流れを制
御する。
る。図1では、ライナ15は、チャンバの内壁70の所
定部分をライニングする2枚の平行平板として概略図示
されている。ライナ15は、実質的にチャンバ10の内
壁70全体をライニングしていることが好ましく、チャ
ンバ内壁70の全てをライニングしているとより一層好
ましい。ライナ15は、例えばアルマイト(陽極酸化ア
ルミニウム)やセラミック材料から形成されていても良
い。使用可能なセラミックライナは、本発明の譲受人に
譲渡された米国特許第5,366,585号に記載されている。
なお、この文献は、参照文献として本明細書に組み込ま
れる。ライナ15は、通常、チャンバ10の内壁と物理
的および熱的に接触している。
上の少なくとも3個の要素からの対流、伝導、および放
射によって加熱される。第1に、堆積チャンバ内の熱い
プロセスガスは、ライナ15を加熱する傾向がある。こ
れらのガスは、ライナ15と直接接触し、熱伝導によっ
てエネルギを直接伝達する。第2に、サセプタの加熱が
チャンバ内に熱い要素を作り出し、この熱が放射および
対流によってライナ15に部分的に伝達される。第3
に、ライナ15は、チャンバの壁から更に加熱を受ける
ことがある。ここで、チャンバの壁は、後述するように
して加熱される。約370℃程度に高くすることできる
通常のプロセス温度では、ライナ15は、約150℃か
らサセプタの温度(370℃)付近までの温度に達する
ことが可能である。但し、通常は、約250℃である。
一般に、濃縮を排除する効果は、ライナ温度が高まるに
伴って大きくなる。上記の温度において、ライナ15上
での濃縮は低減される。注目すべきことに、これらの温
度は、通常、ライナ15との化学反応が生じない程度に
低い温度である。
る。これは、多数の理由によるものである。第1に、ラ
イナ15は、チャンバ10の内壁70への衝突を全ての
ガスについて防ぐことはできないからである。このた
め、清浄ガス粒子が内壁70に付着することを防ぐため
に、壁70の温度は、いかなる衝突ガス粒子も壁70上
で濃縮しないように加熱によって上昇させられる。壁7
0を加熱する第2の理由は、ライナ15の加熱を高める
ためである。上述のように、ライナ15は、加熱された
壁70からの熱伝導により、ある程度の熱を受け取る。
ができる。壁を加熱する方法は、重要ではない。一例と
して、壁70に熱結合された抵抗ヒータにより加熱を行
うことができる。このような結合の方法は、当業者にと
って公知である。
流入口11および流出口13に接続された中空部分17
を有している。再循環流体供給装置61は、これらの出
入口を用いて、加熱済みのガスまたは液体をチャンバ壁
を通して流す。例えば、水は、約75℃からその沸点ま
での温度範囲で使用することができる。特に、温度85
℃の水を使用することができる。その後、加熱済みの水
が、チャンバ壁を加熱する。流体の流れは、図1におい
て矢印“A”で概略的に示されている。このチャンバフ
ローシステムは、チャンバ10の一又は複数の中空セク
ションを形成する一連の流体接続された隔室を含んでい
てもよい。すなわち、壁は、隔室を画成する中空セクシ
ョンを有していてもよい。流体通路によって隔室を接続
することができるので、一つの隔室内に継続して流れ込
む流体は、最終的には他の隔室に到達し、この隔室にも
流体が流れることになる。このような隔室の設計は、チ
ャンバ10の壁の形状寸法や設計に応じて決めることが
できる。好ましくは、実質的に全ての内壁が、少なくと
も一つの中空隔室に極めて接近していると良い。
ともに用いられる。換言すると、ライナおよび加熱壁
は、(参照文献として組み込まれた上記特許出願に記載
されているように)リモートプラズマ源清浄によっても
たらされる有利な清浄効果とともに用いられる。ライナ
および加熱壁とともに用いられるリモートプラズマ源
は、白色粉末の生成を実質的に低減することを可能にす
る。
は、流入口33を介して清浄ガス供給システム69もチ
ャンバに接続されている。清浄ガス供給システムは、ガ
ス、例えばNF3、を供給して、一連の堆積作業の後に
チャンバの内側を清浄する。これらのガスが混合の望ま
れるものである場合は、第1および第2ガス供給源を結
合することも可能である。
源と、前駆ガス44の流れを制御する電動バルブおよび
流れ制御機構と、堆積チャンバの外側において所定距離
だけ離れたリモート活性化チャンバ(remote activatio
n chamber)46にガス44を流入する第1の導管67
と、を含んでいる。電力励起源(power activation sou
rce)、例えば高出力マイクロ波発生器48は、リモー
ト活性化チャンバ内で前駆ガスを活性化するために用い
られる。第2の導管またはパイプ57は、リモートチャ
ンバ46を流入口33を介して堆積チャンバ10に接続
する。流れレストリクタ(flow restrictor)59は、
リモートチャンバ46と堆積チャンバ10との間に圧力
差が存在できるようにするため、パイプ57内で使用さ
れる。リモートチャンバ46は、サファイアチューブで
あってもよく、電源は、サファイアチューブ用の出力を
有する2.54GHzマイクロ波エネルギ源であっても
よい。
ある。活性種の流量は約2リットル毎分であり、プロセ
スチャンバ圧力は約0.5Torrである。前駆ガスを
活性化するため、マイクロ波源は、約3000〜120
00ワットをリモート活性化チャンバに供給する。50
00ワットという値は、多くの応用例に用いることがで
きる。
に、熱絶縁ブランケット73を用いてチャンバ10の外
側を覆っても良い。この実施形態では、図2に示される
ように、ブランケット73は、チャンバ10内のプロセ
スガスおよびサセプタにより生成された熱を維持するの
に役立っている。言い換えると、ブランケット73は、
この熱が環境から逃げることを許さない。ブランケット
73を用いると、熱放散の通常の経路が取り除かれるの
で、内壁70は加熱される。この実施形態は、再循環流
体システム61を介して壁を通して流体を流しつつ、あ
るいは流すことなく使用することができる。
積中に基板を加熱する抵抗ヒータ18を含んでいる。外
部ヒータ制御モジュール20は、ヒータに電力を供給し
て、システム内で行われているプロセスにより指示され
る適切な温度レベルにサセプタを到達させ、その温度レ
ベルに維持する。
ナのリモートプラズマ源と協同した動作は、以下のよう
に少なくとも部分的に説明することができる。リモート
プラズマ源を用いると、清浄ガスは、チャンバ内の長い
距離を進行する長い期間にわたってプラズマ状態を維持
する。(この特徴は、参照文献として本明細書に組み込
まれる上記特許出願でも説明されている。)清浄ガスが
長い距離を進行すると、清浄ガスは、チャンバの離れた
部分に広がる。例えば、ガス粒子はポンプに到達するこ
とができるが、これらのガス粒子は依然としてプラズマ
状態にある。このため、これらの粒子は、ポンプ付近の
領域、すなわち白色粉末の主な収集箇所を清浄すること
ができる。チャンバの他の離れた部位も、同様に清浄さ
れる。
ートプラズマシステムは、従来のシステムよりも大量の
清浄ガスを供給する。このため、化学清浄反応を完了ま
で押し進める活性プラズマガスがより大量に存在してい
る。再度述べるが、この説明は一つの提案として理解さ
れるべきであり、限定的なものと解釈されるべきではな
い。
ライナからなる上記システムを用いることで、幾つかの
利点が得られる。例えば、システム中に形成される白色
粉末の量が、特にフォアライン62、排気ライン64、
ポンプ36、燃焼箱66、およびチャンバ内壁70上で
低減される。これにより、SiNが堆積される従前のシ
ステムよりもポンプや燃焼箱の故障が少なくなる。
い選択範囲から選択することができる。この選択範囲に
は、一般に用いられるハロゲンやハロゲン化合物が含ま
れる。
はシステム特有のものであり、これらは、プロセスが行
われる特定のシステムに最適化する必要がある。プロセ
ス条件を適切に調節して特定のシステムに対して最適な
性能を達成することは、通常の当業者の能力の範囲内で
ある。
ら説明してきた。しかしながら、本発明は、上述の実施
形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許
請求の範囲によって定められる。
プラズマ清浄システムのブロック図である。
プラズマ清浄システムであって熱絶縁ブランケットを用
いる清浄システムのブロック図である。
4…サセプタ、15…ライナ、16…基板、36…ポン
プ、38…RF電源、62…フォアライン、64…排気
ライン、66…燃焼箱、72…流出口。
Claims (17)
- 【請求項1】 窒化ケイ素を堆積するために用いられる
プロセスチャンバ内での白色粉末の生成を低減する方法
であって、 前記プロセスチャンバの壁の少なくとも一部分を加熱す
るステップと、 前記プロセスチャンバの壁の実質的な部分を覆うライナ
を設けるステップと、 前記プロセスチャンバの内部に接続されたリモートチャ
ンバを設けるステップと、 前記リモートチャンバ内に清浄ガスのプラズマを生じさ
せるステップと、 前記清浄ガスのプラズマの一部を前記プロセスチャンバ
内に流入するステップと、 を備え、これにより前記白色粉末の生成が実質的に低減
されるようになっている方法。 - 【請求項2】 前記加熱ステップは、前記壁内の少なく
とも1個の中空隔室内に、加熱された流体を流すことに
より行われる、請求項1記載の方法。 - 【請求項3】 真空ライン内、および前記プロセスチャ
ンバに機能を提供するポンプシステム内で、白色粉末の
生成が低減される請求項2記載の方法。 - 【請求項4】 前記加熱された流体が実質的に水である
請求項2記載の方法。 - 【請求項5】 前記水を約85℃以上の温度に加熱する
ステップを更に備える請求項4記載の方法。 - 【請求項6】 前記ライナがアルマイト製である請求項
2記載の方法。 - 【請求項7】 前記ライナがセラミック製である請求項
2記載の方法。 - 【請求項8】 窒化ケイ素を堆積するために用いられる
プロセスチャンバ内での白色粉末の生成を低減する方法
であって、 前記プロセスチャンバの壁を加熱する手段を設けるステ
ップと、 前記プロセスチャンバの内部の実質的な部分を覆うライ
ナを設けるステップと、 を備え、これにより前記白色粉末の生成が実質的に低減
されるようになっている方法。 - 【請求項9】 前記加熱手段は、前記プロセスチャンバ
の外部を実質的に覆う熱絶縁ブランケットである、請求
項8記載の方法。 - 【請求項10】 前記加熱手段は、抵抗ヒータである、
請求項8記載の方法。 - 【請求項11】 白色粉末の生成が低減される窒化ケイ
素堆積用の装置であって、 壁を有する堆積チャンバと、 前記壁を加熱する手段であって、前記壁に熱結合された
手段と、 前記壁の実質的な部分を覆うライナと、 前記チャンバの外側に配置されたリモートチャンバと、 前記リモートチャンバ内にエネルギを供給する活性化源
と、 リモートガス供給源からの前駆ガスを、この前駆ガスが
前記活性化源によって活性化されて反応種が形成される
前記リモートチャンバ内に流入する第1の導管と、 前記リモートチャンバからの反応種を前記堆積チャンバ
内に流入する第2の導管と、 を備える装置。 - 【請求項12】 前記加熱手段は、 前記壁の少なくとも一部分の内部に配置された隔室と、 前記隔室に接続された流体流入口と、 前記隔室に接続された流体流出口と、 を有している、請求項11記載の装置。
- 【請求項13】 前記流体流入口に接続された流体源を
更に備える請求項12記載の装置。 - 【請求項14】 前記流体は、約85℃以上の温度に加
熱された水である、請求項13記載の装置。 - 【請求項15】 前記ライナがアルミニウム製である請
求項11記載の装置。 - 【請求項16】 前記ライナがセラミック製である請求
項11記載の装置。 - 【請求項17】 前記加熱手段は、前記チャンバの外部
を実質的に覆う熱絶縁ブランケットである、請求項11
記載の装置。
Applications Claiming Priority (2)
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