KR102493324B1 - 필름 스택들의 형성을 위한 이중-채널 샤워헤드 - Google Patents

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Abstract

이중-채널 샤워헤드를 위한 방법 및 장치가 제공된다. 일 실시예에서, 샤워헤드는 전도성 재료를 포함하는 본체를 포함하고, 본체는, 제 1 가스 채널을 포함하는, 본체를 통하여 형성된 복수의 제 1 개구부들, 및 제 1 가스 채널로부터 유체적으로 분리된 제 2 가스 채널을 포함하는, 본체를 통하여 형성된 복수의 제 2 개구부들을 가지며, 제 1 개구부들 각각은 제 2 개구부들 각각과 상이한 기하학적 형상을 갖는다.

Description

필름 스택들의 형성을 위한 이중-채널 샤워헤드{DUAL-CHANNEL SHOWERHEAD FOR FORMATION OF FILM STACKS}
[0001] 본원에서 개시된 실시예들은 일반적으로, 반도체 기판과 같은 기판들 상에 필름들을 형성하기 위한 샤워헤드에 관한 것이고, 더 구체적으로, 필름 스택(film stack) 형성을 위한 이중 채널(dual channel) 샤워헤드에 관한 것이다.
[0002] 반도체 프로세싱은, 미세한(minute) 집적 회로들이 기판 상에 생성되는 것을 가능하게 하는 다수의 상이한 화학적 및 물리적 프로세스들을 수반한다. 집적 회로를 구성하는(make up), 재료들의 층들은 화학 기상 증착, 물리 기상 증착, 및 에피텍셜 성장, 등에 의해 생성된다. 재료의 층들 중 일부는, 포토레지스트 마스크들 및 습식(wet) 또는 건식(dry) 에칭 기술들을 사용하여 패터닝된다. 집적 회로들을 형성하는 데에 활용되는 기판은 실리콘, 갈륨 비소, 인화 인듐, 유리, 또는 다른 적절한 재료일 수 있다.
[0003] 집적 회로들의 제조에서, 플라즈마 프로세스들은 보통, 기판들 상에서의 다양한 재료 층들의 증착을 위해 사용된다. 플라즈마 프로세싱은, 열 프로세싱에 배히 많은 장점들을 제공한다. 예를 들어, 플라즈마 강화 화학 기상 증착 (PECVD)은, 증착 프로세스들이, 유사한 열 프로세스들에서 달성 가능한 것보다 더 높은 증착 레이트들(rates)에서 그리고 더 낮은 온도들에서 수행되는 것을 허용한다. 따라서, PECVD는, VLSI 또는 ULSI(very large scale or ultra-large scale integrated circuit) 디바이스 제조와 같은, 열 예산들(thermal budgets)이 엄격한 집적 회로 제조에 유리하다.
[0004] 옥사이드-나이트라이드-옥사이드 (ONO) 스택들 및 옥사이드-폴리실리콘-옥사이드 (OPO) 스택들과 같은 필름 스택들을 형성하기 위한 전구체 가스들은, 샤워헤드를 통해 기판에 전달된다. 가스들의 플라즈마는, 가스들이 샤워헤드의 개구부들을 빠져나갈 때, 샤워헤드에서 또는 샤워헤드 근처에서 형성되고, 반응성 종은, 다양한 필름들을 형성하기 위해, 기판 상에 증착된다.
[0005] 그러나, 전구체 가스들은 전형적으로, 샤워헤드(예를 들어, 단일 채널 샤워헤드)의 동일한 개구부들을 통해 전달된다. 이러한 유형의 샤워헤드는, 플라즈마 밀도 측면에서 제한되는데, 이는 증착 레이트 및 처리량(throughput)을 제한한다. 게다가, 옥사이드 전구체들 및 나이트라이드 전구체들은 상이한 유동 민감도들(flow sensitivities)뿐만 아니라, 플라즈마를 형성하는 데에 활용되는 전자기 에너지에 대한 상이한 민감도들을 갖는다. 부가적으로, 종래의 샤워헤드들은, 샤워헤드의 개구부들의 패턴과 매칭되는(match) 시각적인 임프린트(visual imprint)를 기판 상에 남길 수 있는데, 이는 바람직하지 않다.
[0006] 그러므로, 옥사이드 및 나이트라이드 전구체들의 균일한 전달을 위한 개별적인(discrete) 채널들을 포함하는 샤워헤드가 필요하다.
[0007] 이중-채널 샤워헤드를 위한 방법 및 장치가 제공된다. 일 실시예에서, 샤워헤드는 전도성 재료를 포함하는 본체를 포함하고, 본체는, 제 1 가스 채널을 포함하는, 본체를 통하여 형성된 복수의 제 1 개구부들, 및 제 1 가스 채널로부터 유체적으로(fluidly) 분리된 제 2 가스 채널을 포함하는, 본체를 통하여 형성된 복수의 제 2 개구부들을 가지며, 제 1 개구부들 각각은 제 2 개구부들 각각과 상이한 기하학적 형상(geometry)을 갖는다.
[0008] 다른 실시예에서, 샤워헤드는 전도성 재료를 포함하는 본체를 포함하고, 본체는, 제 1 가스 채널을 포함하는, 본체를 통하여 형성된 복수의 제 1 개구부들, 및 제 1 가스 채널로부터 유체적으로 분리된 제 2 가스 채널을 포함하는, 본체를 통하여 형성된 복수의 제 2 개구부들을 가지며, 제 1 개구부들 각각은 제 2 개구부들 각각과 상이한 기하학적 형상을 갖고, 복수의 제 1 개구부들 및 복수의 제 2 개구부들 각각은 플레어형(flared) 부분을 포함한다.
[0009] 다른 실시예에서, 샤워헤드는 전도성 재료를 포함하는 본체를 포함하고, 본체는, 제 1 가스 채널을 포함하는, 본체를 통하여 형성된 복수의 제 1 개구부들, 및 제 1 가스 채널로부터 유체적으로 분리된 제 2 가스 채널을 포함하는, 본체를 통하여 형성된 복수의 제 2 개구부들을 가지며, 제 1 개구부들 각각은 제 2 개구부들 각각과 상이한 기하학적 형상을 갖고, 복수의 제 1 개구부들 및 복수의 제 2 개구부들 각각은 플레어형 부분을 포함하며, 제 1 개구부들의 플레어형 부분들은, 제 2 개구부들의 플레어형 부분들의 기하학적 형상과 상이한 기하학적 형상을 갖는다.
[0010] 본 개시물의 상기 열거된 특징들이 상세히 이해될 수 있는 방식으로, 앞서 간략히 요약된 보다 구체적인 설명이 실시예들을 참조로 하여 이루어질 수 있는데, 이러한 실시예들의 일부는 첨부된 도면들에 예시되어 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 단지 전형적인 실시예들을 도시하는 것이므로 실시예들의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다는 것이 주목되어야 하는데, 이는 본원에서 개시되는 실시예들이, 다른 균등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있기 때문이다.
[0011] 도 1은, 플라즈마 시스템의 부분 단면도이다.
[0012] 도 2a는, 본원에서 설명되는 실시예들에 따른, 도 1의 이중-채널 샤워헤드의 단면도이다.
[0013] 도 2b는, 본원에서 설명되는 실시예들에 따른, 도 2a의 이중-채널 샤워헤드의 저면도이다.
[0014] 도 3a는, 본원에서 설명되는 실시예들에 따른 복수의 제 2 개구부들 중 하나의 확대 단면도이다.
[0015] 도 3b는, 본원에서 설명되는 실시예들에 따른 복수의 제 1 개구부들 중 하나의 확대 단면도이다.
[0016] 도 4는, 제 1 개구부 및 제 2 개구부의 대안적인 또는 부가적인 실시예들의 부분 측단면도이다.
[0017] 도 5는, 복수의 제 1 개구부들 및 복수의 제 2 개구부들 중 하나 또는 양자 모두와 활용될 수 있는 개구부의 대안적인 또는 부가적인 실시예의 부분 측단면도이다.
[0018] 도 6은, 복수의 제 1 개구부들 및 복수의 제 2 개구부들 중 하나 또는 양자 모두와 활용될 수 있는 개구부의 대안적인 또는 부가적인 실시예의 부분 측단면도이다.
[0019] 도 7은, 복수의 제 1 개구부들 및 복수의 제 2 개구부들 중 하나 또는 양자 모두와 활용될 수 있는 개구부의 대안적인 또는 부가적인 실시예의 부분 측단면도이다.
[0020] 이해를 용이하게 하기 위하여, 가능하면, 도면들에 공통되는 동일한 엘리먼트들을 나타내는데 동일한 참조번호들이 사용되었다. 일 실시예에 개시되는 엘리먼트들이, 구체적인 언급 없이 다른 실시예들에서 유익하게 사용될 수 있다는 점이 고려된다.
[0021] 본 개시물의 실시예들은, 플라즈마 챔버들과 관련하여 이하에서 예시적으로 설명되지만, 본원에서 설명되는 실시예들은 다른 챔버 유형들 및 다수의 프로세스들에서 활용될 수 있다. 일 실시예에서, 플라즈마 챔버는 플라즈마 강화 화학 기상 증착 (PECVD) 시스템에서 활용된다. 본 개시물로부터 이익을 향유하도록 이루어질 수 있는 PECVD 시스템들의 예들은, PRODUCER® SE CVD 시스템, PRODUCER® GT™ CVD 시스템 또는 DXZ® CVD 시스템을 포함하고, 이들 전부는, 캘리포니아 주 산타 클라라의 Applied Materials, Inc.로부터 상업적으로 입수 가능하다.
[0022] PRODUCER® SE CVD 시스템 챔버(예를 들어, 200 mm 또는 300 mm)는, 전도성 필름들, 실리콘 옥사이드 필름들과 같은 옥사이드 필름들, 나이트라이드 필름들, 폴리실리콘 필름들, 탄소-도핑된 실리콘 옥사이드들 및 다른 재료들과 같은 얇은 필름들을 기판들 상에 증착시키는 데에 사용될 수 있는 2개의 격리된(isolated) 프로세싱 영역들을 갖는다. 예시적인 실시예는 2개의 프로세싱 영역들을 포함하지만, 본원에서 개시된 실시예들은 유리하게, 단일 프로세싱 영역 또는 둘 초과의 프로세싱 영역들을 갖는 시스템들에서 사용될 수 있음이 고려된다. 또한, 본원에서 개시된 실시예들은 유리하게, 특히, 에칭 챔버들, 이온 주입 챔버들, 플라즈마 처리 챔버들, 및 레지스트 스트리핑(resist stripping) 챔버들을 포함하여, 다른 플라즈마 챔버들에서 활용될 수 있음이 고려된다. 본원에서 개시된 실시예들은 유리하게, 다른 제조사들로부터 입수 가능한 플라즈마 프로세싱 챔버들에서 활용될 수 있음이 추가적으로 고려된다.
[0023] 도 1은, 플라즈마 시스템(100)의 부분 단면도이다. 플라즈마 시스템(100)을 일반적으로, 한 쌍의 프로세싱 영역들(120A 및 120B)을 정의하는, 측벽들(112), 바닥부 벽(116), 및 내부 측벽(101)을 갖는 챔버 본체(102)를 포함한다. 프로세싱 영역들(120A-120B) 각각은 유사하게 구성되고, 간결함을 위해 오직 프로세싱 영역(120B)의 컴포넌트들만 설명된다.
[0024] 페데스탈(128)은, 시스템(100)의 바닥부 벽(116)에 형성된 통로(122)를 통해 프로세싱 영역(120B)에 배치될 수 있다. 페데스탈(128)은 가열기를 제공하고, 가열기는, 가열기의 상부 표면 상에서 기판(도시되지 않음)을 지지하도록 이루어진다. 페데스탈(128)은, 기판 온도를 원하는 프로세스 온도로 가열하고 제어하기 위해, 가열 엘리먼트들, 예를 들어 저항성 가열 엘리먼트들을 포함할 수 있다. 대안적으로, 페데스탈(128)은, 램프 조립체와 같은 원격 가열 엘리먼트에 의해 가열될 수 있다.
[0025] 페데스탈(128)은 플랜지(133)에 의해 스템(126)에 커플링될 수 있다. 스템(126)은 페데스탈(128)을 파워 아울렛(power oulet) 또는 파워 박스(103)에 커플링할 수 있다. 파워 박스(103)는, 프로세싱 영역(120B) 내에서 페데스탈(128)의 높이(elevation) 및 이동을 제어하는 구동 시스템을 포함할 수 있다. 스템(126)은 또한, 전력을 페데스탈(128)에 제공하기 위해, 전력 인터페이스들(electrical power interfaces)을 포함할 수 있다. 파워 박스(103)는 또한, 전력 및 온도 인디케이터들(indicators)을 위한, 열전대(thermocouple) 인터페이스와 같은 인터페이스들을 포함한다. 스템(126)은 또한, 파워 박스(103)를 스템(126)에 분리 가능하게(detachably) 커플링하도록 이루어진 베이스 조립체(129)를 포함한다. 주변부 링(circumferential ring; 135)이 파워 박스(103) 위에 도시된다. 일 실시예에서, 주변부 링(135)은, 베이스 조립체(129)와 파워 박스(103)의 상부 표면 사이에 기계적 인터페이스를 제공하도록 구성된 기계적 정지부(stop) 또는 랜드(land)로서 이루어진 숄더(shoulder)이다.
[0026] 로드(rod; 130)는 프로세싱 영역(120B)의 바닥부 벽(116)에 형성된 통로(124)를 통해 배치될 수 있고, 페데스탈(128)을 통해 배치된 기판 리프트 핀들(161)을 포지셔닝하도록 활용될 수 있다. 기판 리프트 핀들(161)은, 기판 이송 포트(160)를 통해 프로세싱 영역(120B)의 안과 밖으로 기판을 이송하기 위해 활용되는 로봇(도시되지 않음)을 이용한 기판의 교환을 용이하게 하기 위해, 페데스탈로부터 기판을 선택적으로 이격시킨다.
[0027] 챔버 덮개(104)는 챔버 본체(102)의 정상부 부분에 커플링될 수 있다. 덮개(104)는, 덮개(104)에 커플링된 하나 또는 그 초과의 가스 분배 시스템들(108)을 수용할 수 있다. 가스 분배 시스템(108)은, 이중-채널 샤워헤드(118)를 통해 프로세싱 영역(120B) 내에 반응물(reactant) 및 세정 가스들을 전달하는 가스 유입구 통로(140)를 포함한다. 이중-채널 샤워헤드(118)는, 페이스플레이트(faceplate; 146)와의 중간에(intermediate to) 배치된 차단 플레이트(blocker plate; 144)를 갖는 환형 베이스 플레이트(148)를 포함한다. RF(radio frequency) 소스(165)는 이중-채널 샤워헤드(118)에 커플링될 수 있다. RF 소스(165)는, 이중-채널 샤워헤드(118)의 페이스플레이트(146)와 페데스탈(128) 사이에 플라즈마 영역을 생성하는 것을 용이하게 하기 위해, 이중-채널 샤워헤드(118)에 전력을 공급한다(power). 일 실시예에서, RF 소스(165)는, 13.56 MHz RF 생성기(generator)와 같은 HFRF(high frequency radio frequency) 파워 소스일 수 있다. 다른 실시예에서, RF 소스(165)는 HFRF 파워 소스, 및 300kHz RF 생성기와 같은 LFRF(low frequency radio frequency) 파워 소스를 포함할 수 있다. 대안적으로, RF 소스는, 플라즈마 생성을 용이하게 하기 위해, 페데스탈(128)과 같은, 챔버 본체(102)의 다른 부분들에 커플링될 수 있다. 유전체 아이솔레이터(isolator)(158)는, RF 파워가 덮개(104)에 전도되는(conducting) 것을 방지하기 위해, 덮개(104)와 이중-채널 샤워헤드(118) 사이에 배치될 수 있다. 섀도우 링(shadow ring; 106)은 페데스탈(128)의 주위(periphery)에 배치될 수 있고, 페데스탈(128)의 원하는 높이에서, 기판을 맞물리게(engage) 한다.
[0028] 선택적으로, 냉각 채널(147)은, 동작 동안 환형 베이스 플레이트(148)를 냉각시키기 위해, 가스 분배 시스템(108)의 환형 베이스 플레이트(148)에 형성될 수 있다. 물, 에틸렌 글리콜, 또는 가스, 등과 같은 열 전달 유체는, 베이스 플레이트(148)가 미리 정의된 온도에서 유지될 수 있도록, 냉각 채널(147)을 통해 순환될(circulated) 수 있다.
[0029] 라이너 조립체(127)는, 프로세싱 영역(120B) 내의 프로세싱 환경에 대한 측벽들(101, 112)의 노출을 방지하기 위해, 프로세싱 영역(120B) 내에, 챔버 본체(102)의 측벽들(101, 112)에 매우 근접하여 배치될 수 있다. 라이너 조립체(127)는, 가스들 및 부산물들을 프로세싱 영역(120B)으로부터 배기하고 프로세싱 영역(120B) 내의 압력을 제어하도록 구성된 펌핑 시스템(164)에 커플링될 수 있는 주변부 펌핑 공동(circumferential pumping cavity; 125)을 포함한다. 복수의 배기 포트들(131)은 라이너 조립체(127) 상에 형성될 수 있다. 배기 포트들(131)은, 시스템(100) 내의 프로세싱을 촉진하는 방식으로, 프로세싱 영역(120B)으로부터 주변부 펌핑 공동(125)으로의 가스들의 유동을 허용하도록 구성된다.
[0030] 도 2a는, 본원에서 설명되는 실시예들에 따른 이중-채널 샤워헤드(118)의 단면도이다. 이중-채널 샤워헤드(118)는 프로세싱 영역(120B)에서 사용될 수 있다. 이중-채널 샤워헤드(118)는, 가스 분배 시스템(108)(도 1에 도시됨)을 향하는(facing) 제 1 표면(202), 및 제 1 표면(202)에 대향하는(opposite) 제 2 표면(204)을 가질 수 있다. 제 2 표면(204)은 페데스탈(128)(도 1에 도시됨)을 향할 수 있다. 제 1 표면(202)은, 내부 용적(206)을 제공하기 위해, 제 2 표면(204)으로부터 이격될 수 있다. 제 1 및 제 2 표면들(202, 204)은 각각, 이중-채널 샤워헤드(118)의 제 1 표면(202)과 제 2 표면(204) 사이에 형성된 개구부들을 통해 전달되는 전구체 가스들의 플라즈마에 존재하는 이온들 또는 라디칼들에 대해 실질적으로 비반응적(unreactive)일 수 있는 재료로 구성될 수 있거나, 그러한 재료로 코팅될 수 있다. 복수의 제 1 개구부들(207) 및 복수의 제 2 개구부들(209)은, 개별적인 전구체 가스들을 기판에 전달하기 위해, 제공될 수 있다. 예를 들어, 복수의 제 1 개구부들(207) 각각은 옥사이드 전구체 가스를 전달하는 데에 활용될 수 있고, 복수의 제 2 개구부들(209) 각각은 나이트라이드(또는 폴리실리콘) 함유 가스를 전달하는 데에 활용될 수 있거나, 또는 그 반대로 활용될 수 있다. 복수의 제 1 개구부들(207) 및 복수의 제 2 개구부들(209) 각각은, 전구체 가스들의 혼합(mixing)을 방지하기 위해, 유체적으로 분리될 수 있다. 복수의 제 1 개구부들(207) 각각은, 복수의 제 2 개구부들(209) 각각으로부터 기하학적 형상이 상이할 수 있다. 상이한 기하학적 형상은, 상이한 전구체 가스들에 대해 상이한 유동 특성들을 제공한다. 상이한 기하학적 형상은 또한, 플라즈마를 형성하기 위한 상이한 전기장을 제공할 수 있다.
[0031] 이중-채널 샤워헤드(118)는, 이중-채널 샤워헤드(118)가 전극으로서 기능할 수 있도록, 전기 전도성 재료로 형성될 수 있거나, 전기 전도성 재료를 포함하는 본체(211)를 포함할 수 있다. 예시적인 전도성 재료들은, 프로세스 케미스트리(chemistry)를 견디는(resist) 능력을 포함하는, 알루미늄, 스테인리스 강, 티타늄, 또는 다른 전도성 재료를 포함한다. 복수의 제 1 개구부들(207) 및 복수의 제 2 개구부들(209)은 본체(211)에 기계가공된(machined) 튜브들(tubes) 또는 오리피스들(orifices)일 수 있다. 적어도 표면들(202, 204)의 부분뿐만 아니라, 제 1 개구부들(207) 및 제 2 개구부들(209)의 내부 표면들은 비드 블라스팅될(bead blasted) 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 적어도 표면들(202, 204)의 부분뿐만 아니라, 제 1 개구부들(207) 및 제 2 개구부들(209)의 내부 표면들은, Al2O3, 사파이어, AlN, Y2O3, MgO, 또는 SivYwMgxAlyOz중 하나 또는 그 초과를 함유하는 세라믹들, AlN, SiO2, Y2O3, MgO, 아노다이징된 Al2O3, 사파이어, 또는 다른 플라즈마 내성 및/또는 프로세스 케미스트리 내성 코팅으로 코팅될 수 있다. SivYwMgxAlyOz의 분자 구성에서, v는 약 0.0196 내지 약 0.2951 범위이고; w는 약 0.0131 내지 약 0.1569 범위이며; x는 약 0.0164 내지 약 0.0784 범위이고; y는 약 0.0197 내지 약 0.1569 범위이며; z는 약 0.5882 내지 약 0.6557 범위이고, v+w+x+y+z=1(불순물들 제외)이다. 코팅이 사용되는 경우에, 코팅의 두께는 약 1㎛ 내지 1mm일 수 있다.
[0032] 복수의 제 1 개구부들(207) 각각은 제 1 표면(202)으로부터 제 2 표면(204)으로 연장될 수 있다. 복수의 제 1 개구부들(207)은 가스 소스(215)와 유체적으로 연통(in fluid communication with)한다. 가스 소스(215)는, NH3, 및 SiN, 등과 같은 나이트라이드 전구체들을 포함할 수 있다.
[0033] 내부 용적(206)은 하나 또는 그 초과의 환형 채널들(208, 210)과 유체적으로 연통할 수 있다. 복수의 제 2 개구부들(209) 각각은 내부 용적(206)으로부터 제 2 표면(204)으로 연장될 수 있다. 하나 또는 그 초과의 환형 채널들(208, 210)은 유입구(212)에 연결될 수 있고, 유입구(212)는 가스 소스(213)에 커플링될 수 있다. 가스 소스(213)는, 실리콘 함유 가스와 같은 전구체 가스를 이중-채널 샤워헤드(118)에 제공할 수 있고, 전구체 가스는 하나 또는 그 초과의 환형 채널들(208, 210)을 통해 내부 용적(206)으로, 그리고 복수의 제 2 개구부들(209)을 통해 프로세싱 영역(120B)으로 유동한다. 실리콘 함유 전구체 가스의 예들은, 오르가노실리콘(organosilicon), 테트라알킬 오소실리케이트(tetraalkyl orthosilicate) 가스들, 및 다이실록산(disiloxane)을 포함한다. 오르가노실리콘 가스들은, 적어도 하나의 탄소-실리콘 결합(carbon-silicon bond)을 갖는 유기 화합물들(organic compounds)의 가스들을 포함한다. 테트라알킬 오소실리케이트 가스들은, SiO4 4-이온에 부착된(attached) 4개의 알킬기들(alkyl groups)로 구성된 가스들을 포함한다. 더 구체적으로, 하나 또는 그 초과의 전구체 가스들은, (디메틸실릴)(트리메틸실릴)메탄((dimethylsilyl)(trimethylsilyl)methane)((Me)3SiCH2SiH(Me)2), 헥사메틸디실란(hexamethyldisilane)((Me)3SiSi(Me)3), 트리메틸실란(trimethylsilane)((Me)3SiH), 테트라메틸실란(tetramethylsilane)((Me)4Si), 테트라에폭시-실란(tetraethoxy-silane)((EtO)4Si), 테트라메톡시실란(tetramethoxysilane)((MeO)4Si), 테트라키스-(트리메틸실릴)실란(tetrakis-(trimethylsilyl)silane)((Me3Si)4Si), (디메틸아미노)디메틸실란((dimethylamino)dimethylsilane)((Me2N)SiHMe2), 디메틸디에톡시실란(dimethyldiethoxysilane)((EtO)2Si(Me)2), 디메틸디메톡시실란(dimethyldimethoxysilane)((MeO)2Si(Me)2), 메틸트리메톡시실란(methyltrimethoxysilane)((MeO)3Si(Me)), 트리스(디메틸아미노)실란(tris(dimethylamino)silane)((Me2N)3SiH), 디메톡시테트라메틸디-실록산)(dimethoxytetramethyldi-siloxane)(((Me)2Si(OMe))2O), 디실록산(disiloxane)((SiH3)2O), 비스(디메틸아미노)메틸실란(bis(dimethylamino)methylsilane)((Me2N)2CH3SiH), 및 이들의 조합들(combinations)일 수 있다.
[0034] 하나 또는 그 초과의 환형 채널들(208, 210)은, 환형 채널들(208, 210)보다 더 작은 단면을 갖는 하나 또는 그 초과의 연결 채널들(216)에 의해 유체적으로 연결될 수 있다. 이러한 구성은, 전구체 가스를 내부 용적(206) 내로 그리고 제 2 개구부들(209) 밖으로 균등하게 분배하도록 역할을 할 수 있다.
[0035] 도 2b는, 본원에서 설명되는 실시예들에 따른 이중-채널 샤워헤드(118)의 저면도이다. 이중-채널 샤워헤드(118)는, 복수의 제 1 개구부들(207) 및 복수의 제 2 개구부들(209)을 갖는 제 2 표면(204)을 포함한다. 하나 또는 그 초과의 환형 채널들(208, 210) 및 내부 용적(206)은 모두 이중-채널 샤워헤드(118)에 매립될(embedded) 수 있고, 따라서, 이중-채널 샤워헤드(118)의 저면도에는 도시되지 않는다. 명료함을 위해 실척으로(to-scale) 도시되지 않았지만, 제 1 개구부들(207) 및 제 2 개구부들(209)의 개수는, 300밀리미터 기판의 경우, 5,000을 초과할 수 있다.
[0036] 도 3a는, 본원에서 설명되는 실시예들에 따른 복수의 제 2 개구부들(209) 중 하나의 확대 단면도이다. 도 3b는, 본원에서 설명되는 실시예들에 따른 복수의 제 1 개구부들(207) 중 하나의 확대 단면도이다. 도시되지 않았지만, 도 2a 및 2b의 복수의 제 2 개구부들(209) 전부는 도 3a에 도시된 제 2 개구부(209)와 같이 구성될 수 있다. 유사하게, 도 2a 및 2b의 복수의 제 1 개구부들(207) 전부는 도 3b에 도시된 제 1 개구부(207)와 같이 구성될 수 있다. 제 2 개구부(209) 및 제 1 개구부(207)는 길이방향 축(longitudinal axis)(A)을 중심으로 동심으로(concentrically) 형성될 수 있다.
[0037] 도 3a 및 3b에 도시된 바와 같이, 제 1 개구부(207) 및 제 2 개구부(209)는 각각, 제 1 보어(300B, 300A)를 포함한다. 각각의 제 1 개구부(207) 및 각각의 제 2 개구부(209)는 각각, 한정(restricting) 오리피스(305B, 305A)를 포함한다. 각각의 한정 오리피스(305B, 305A)는, 각각, 제 1 깔때기 형상(funnel shaped) 인터페이스(310B, 310A)에 의해 각각의 제 1 보어(300B, 300A)에 커플링될 수 있다. 제 2 깔때기 형상 인터페이스(320B, 320A)는 각각의 한정 오리피스(305B, 305A)를 제 2 보어(325B, 325A)에 각각 커플링한다. 플레어형 개구부(330B, 330A)는 각각의 제 2 보어(325B, 325A)에 커플링될 수 있다. 그러나, 적어도 제 1 개구부(207) 및 제 2 개구부(209)의 하부 부분(즉, 제 1 보어 아래의 부분)은, 상이한 유동 특성 및/또는 상이한 전기장을 가능하게 하는 상이한 기하학적 형상을 갖는다.
[0038] 몇몇 실시예들에서, 제 2 개구부(209)의 길이(335A)는 제 1 개구부(207)의 길이(335B)와 상이할 수 있다. 길이들(335A, 335B)은, 플레어형 개구부 (330A, 330B) 및 제 2 보어(325A, 325B) 중 하나 또는 양자 모두의 길이를 조정하는 것에 의해 제공될 수 있다. 일 실시예에서, 길이들(335A 및/또는 335B)은 이중-채널 샤워헤드(118)(도 2a 및 2b에 도시됨)의 두께의 약 75% 내지 50%일 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 제 1 개구부(207) 및 제 2 개구부(209)의 주(major) 치수(340A, 340B)(예를 들어, 직경)는, 각각, 상이할 수 있다. 이론에 의해 구속되길 의도하지 않고, 압력(Torr) 곱하기(times) 직경(cm) 인자(factor)가, 이중-채널 샤워헤드(118)의 개구부들(209 및 207) 전부에 대해서 1 Torr-cm 내지 10 Torr-cm 범위에서 유지될 수 있도록, 개구부들(209 및 207)의 주 치수(340A, 340B)의 크기를 정하는 것이 바람직할 수 있다. 압력은, 가스들이 이중-채널 샤워헤드(118)를 통해 전달될 때, 챔버 본체 내부에서(예를 들어, 도 1의 프로세싱 영역들(120A-120B)에서) 이중-채널 샤워헤드(118)의 제 2 표면(204) 근처에서 개구부들(209 및 207)에 인접하여 측정될 수 있다. 게다가, 대안으로서 또는 부가적으로, 제 2 개구부(209) 및 제 1 개구부(207)의 플레어 각도(flare angle; 345A, 345B)는, 각각, 상이할 수 있다. 일 실시예에서, 플레어 각도(345A 및 345B)는 길이방향 축(A)으로부터 약 5 도 내지 약 20 도일 수 있다. 다른 대안으로서 또는 부가적으로, 제 2 개구부(209) 및 제 1 개구부(207)의 길이(350A, 350B)는, 각각, 상이할 수 있다. 일 실시예에서, 길이(350A 및/또는 350B)는 이중-채널 샤워헤드(118)(도 2a 및 2b에 도시됨)의 두께의 약 50% 내지 약 25%일 수 있다. 제 2 개구부(209) 및 제 1 개구부(207)의 하부 부분에서의 차이점들 중 하나 또는 전부는, 원하는 유동 특성 및/또는 플라즈마를 형성하기 위한 원하는 전기장 형성에 기초하여 제공될 수 있다.
[0039] 도 4는, 제 1 개구부(207) 및 제 2 개구부(209)의 대안적인 또는 부가적인 실시예들의 부분 측단면도이다. 도시되지 않았지만, 도 2a 및 2b의 복수의 제 2 개구부들(209) 전부는 도 4에 도시된 제 2 개구부(209)로서 구성될 수 있다. 유사하게, 도 2a 및 2b의 복수의 제 1 개구부들(207) 전부는 도 4에 도시된 제 1 개구부(207)로서 구성될 수 있다. 제 1 개구부(207)의 실시예들은 제 2 개구부(209)의 실시예들과 조합될(combined) 수 있거나 제 2 개구부(209)의 실시예들로 교체될 수 있거나, 또는 그 반대일 수 있고, 도 3a 및 3b에 도시된 실시예들과 조합될 수 있다.
[0040] 제 1 개구부(207)는 조면화된(roughened) 표면(400)을 포함할 수 있다. 조면화된 표면(400)은, 기판 상의 결함들을 감소시키는 접착(adhesion)을 증가시키는 데에 활용될 수 있다. 일 실시예에서, 조면화된 표면(400)은 비드 블라스팅에 의해 형성될 수 있다. 조면화된 표면(400)은, 이중-채널 샤워헤드(118)가 코팅되지 않은 경우, 약 30마이크로-인치 내지 약 50마이크로-인치의 평균 표면 거칠기(Ra)를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 제 1 개구부(207)의 플레어형 개구부(330B)는 또한, 수정된 코너 영역(405)을 포함할 수 있다. 수정된 코너 영역(405)은 테이퍼질(tapered) 수 있거나 라운딩될(rounded) 수 있다. 수정된 코너 영역(405)은 이중-채널 샤워헤드(118)에 의해 제공되는 전기장을 증가시킬 수 있다. 제 2 개구부(209)는 코팅(410)을 포함할 수 있다. 코팅(410)은, 상기 설명된 바와 같이, Al2O3, 사파이어, AlN, Y2O3, MgO, 또는 SivYwMgxAlyOz 중 하나 또는 그 초과를 함유하는 세라믹들, 아노다이징된 알루미늄, AlN, SiO2, Y2O3, MgO, 사파이어를 포함할 수 있다. 코팅(410)은 접착을 개선할 수 있고, 또한, 알루미늄 플루오라이드 형성을 상당히 감소시킬 수 있다. 코팅(410)이 사용될 때, 조면화된 표면(400)은 약 200마이크로-인치 내지 약 300마이크로-인치의 Ra를 포함할 수 있다.
[0041] 도 5-7은, 이중-채널 샤워헤드(118)(도 1, 2a 및 2b에 도시됨)의 본체(211) 내에 각각 형성된 개구부들(500, 600 및 700)의 대안적인 또는 부가적인 실시예들의 부분 측단면도들이다. 개구부들(500, 600 및 700)은 복수의 제 1 개구부들(207)(도 2a-4에 도시됨) 중 하나 또는 그 초과일 수 있거나, 복수의 제 2 개구부들(209)(도 2a-4에 도시됨) 중 하나 또는 그 초과일 수 있다. 개구부들(500, 600 및 700)의 실시예들은 복수의 제 1 개구부들(207)과 또는 복수의 제 2 개구부들(209)과 조합될 수 있다. 개구부들(500, 600 및 700)은, 증착된 필름의 균일성에 영향을 미칠 수 있는 플라즈마 생성을 모듈레이팅하는(modulate) 데에 활용될 수 있다. 예를 들어, 개구부들(500, 600 및 700)은, 개구부들(500, 600 및 700)이 포지셔닝되는 위치들에서 플라즈마 형성을 최소화하는 데에 사용될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 도 2b의 도면에 도시된 바와 같이, 개구부들(500, 600 및/또는 700)은 이중-채널 샤워헤드(118)의 중앙 지역(214)에 포지셔닝될 수 있다. 예를 들어, 개구부(500, 600 및/또는 700)는 이중-채널 샤워헤드(118) 상의 중앙 개구부로서 활용될 수 있다. 다른 예에서, 개구부들(500, 600 및 700) 중 하나 또는 그러한 개구부들의 조합은, 중앙 지역(214)에 있는 개구부들의 열들(rows)의 개구부들로서 활용될 수 있다. 따라서, 이러한 실시예에 따르면, 플라즈마 형성은 이중-채널 샤워헤드(118)의 중앙 지역(214)에서 최소화될 수 있다. 다른 실시예들에서, 개구부들(500, 600 및/또는 700)은 복수의 제 1 개구부들(207) 및/또는 복수의 제 2 개구부들(209) 중 하나 또는 양자 모두에 산재될(interspersed) 수 있다. 추가적인 실시예들에서, 개구부들(500, 600 및 700)은, 감소된 플라즈마 형성이 바람직한 포지션들에서, 복수의 제 1 개구부들(207) 또는 복수의 제 2 개구부들(209) 중 하나 또는 그 초과를 교체할 수 있다.
[0042] 도 5에서, 개구부(500)는 막힌 원뿔(blind cone; 505)을 포함한다. 막힌 원뿔(505)은, 원뿔을 통과하는 전구체들의 활성화된 유동(active flow)을 제공하지 않을 수 있다. 그러나, 막힌 원뿔(505)은, 중공 음극 효과(hollow cathode effect)에 의해, 플라즈마 형성을 용이하게 할 수 있다. 막힌 원뿔(505)은, 도 3a 및 3b에 도시된 길이들(350A, 350B)에 따라, 제 2 표면(204) 내로 연장될 수 있다. 막힌 원뿔(505)은, 도 3a 및 3b에 도시된 플레어 각들(345A, 345B) 중 하나와 유사한 플레어 각을 포함할 수 있다. 막힌 원뿔(505)은, 도 3a 및 3b에 도시된 주 치수들(340A, 340B) 중 하나와 유사한 주 치수를 포함할 수 있다.
[0043] 도 6에서, 개구부(600)는, 제 1 표면(202)에 형성된 제 1 보어(605)를 포함한다. 제 1 보어(605)는 제 2 보어(610)와 유체적으로 연통한다. 제 2 보어(610)는 제 1 보어(605)와 동심일 수 있다. 제 2 보어(610)는, 제 1 보어(605)의 직경보다 더 큰 직경을 포함한다. 개구부(600)는 또한, 제 2 보어(610)와 유체적으로 연통하는 플레어형 개구부(615)를 포함한다. 개구부(600)는, 개구부(600)를 통하는 전구체 가스들의 유동을 최소화하는 데에 활용될 수 있고, 이는, 개구부(600)에 인접한 포지션들에서 플라즈마 형성을 최소화할 수 있다. 제 1 보어(605)는, 도 3a 및 3b에 각각 도시된 한정 오리피스(305A, 305B)와 유사하게 크기가 정해질 수 있다(sized). 제 2 보어(610)는 제 1 보어(300A, 300B) 또는 제 2 보어(325A, 325B)(양자 모두 도 3a 및 3b에 각각 도시됨)와 유사하게 크기가 정해질 수 있다. 플레어형 개구부(615)는 도 3a 및 3b에 각각 도시된 플레어형 개구부들(330A, 330B)과 유사하게 크기가 정해질 수 있다.
[0044] 도 7의 개구부(700)는 제 1 표면(202)에 형성된 제 1 보어(705)를 포함한다. 제 1 보어(705)는 제 2 보어(710)와 유체적으로 연통한다. 제 2 보어(710)는 제 1 보어(705)와 동심일 수 있다. 제 2 보어(710)는 제 1 보어(705)의 직경보다 더 작은 직경을 포함한다. 개구부(700)는, 개구부(700)를 통하는 전구체 가스들의 유동을 최소화하는 데에 활용될 수 있고, 이는, 개구부(700)에 인접한 포지션들에서 플라즈마 형성을 최소화할 수 있다. 제 1 보어(705)는 제 1 보어(300A, 300B) 또는 제 2 보어(325A, 325B)(양자 모두는 도 3a 및 3b에 각각 도시됨)와 유사하게 크기가 정해질 수 있다. 제 2 보어(710)는 도 3a 및 3b에 각각 도시된 한정 오리피스(305A, 305B)와 유사하게 크기가 정해질 수 있다.
[0045] 본원에서 설명된 바와 같은 이중-채널 샤워헤드(118)의 실시예들은 옥사이드들 및 나이트라이드들(또는 폴리실리콘) 전구체들 위한 상이한 유동 경로들을 제공한다. 옥사이드 및 나이트라이드(또는 폴리실리콘) 전구체들 각각은, 이중-채널 샤워헤드(118)를 통해 기판에 개별적으로 전달될 수 있다. 이중-채널 샤워헤드(118)의 제 1 개구부들(207) 및 제 2 개구부들(209)뿐만 아니라, 개구부들(500, 600 및 700)의 형상 및 크기는, 본원에서 설명된 바와 같이, 전구체 가스들의 유동 특성들을 튜닝하도록(tune) 제공될 수 있다. 예를 들어, 옥사이드들 및 나이트라이드들(또는 폴리실리콘) 전구체들의 유동 특성들은 튜닝될 수 있다. 이중-채널 샤워헤드(118)의 제 1 개구부들(207) 및 제 2 개구부들(209)뿐만 아니라, 개구부들(500, 600 및 700)의 형상 및 크기는, 옥사이드들 및 나이트라이드들(또는 폴리실리콘) 전구체들을 위한 전기장 형성을 튜닝하는 데에 활용될 수 있다. 예를 들어, 복수의 제 2 개구부들(209) 각각의 그리고 복수의 제 1 개구부들(207) 각각의 상이한 플레어 각들(345A, 345B) 및/또는 길이들(350A, 350B)은, 각각, 플라즈마 밀도를 모듈레이팅하기 위해, 상이할 수 있다. 부가적으로, 개구부들(500, 600 및 700)의 형상 및 크기는, 플라즈마 생성을 튜닝하는 데에 활용될 수 있다. 복수의 제 2 개구부들(209) 및 복수의 제 1 개구부들(207)의 밀도가 증가된 상태(예를 들어, 제 2 개구부들(209)과 제 1 개구부들(207) 사이의 조밀한(tight) 간격(spacing) 또는 피치(pitch))에서, 복수의 제 2 개구부들(209) 또는 복수의 제 1 개구부들(207) 중 하나의 더 얕은(shallower) 길이들(350A, 350B)은, 기판 상에서의 시각적 임프린트의 형성을 감소시킬 수 있다. 게다가, 복수의 제 2 개구부들(209) 또는 복수의 제 1 개구부들(207) 중 몇몇의(a number of) 감소된 길이(350A, 350B)는, 제 1 개구부들(207) 및/또는 제 2 개구부들(209)에 의해 제공되는 중공 음극 효과를 변화시키는 것에 의해, 이차 전자들(secondary electrons)의 모듈레이션(modulation)을 제공할 수 있다. 개구부들(500, 600 및/또는 700)의 활용은, 개구부들(500, 600 및/또는 700)에 근접한 위치들에서, 감소된 플라즈마 형성을 제공할 수 있고, 이는 전역에 걸친(global) 균일성을 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 이중-채널 샤워헤드(118)의 중앙 지역(214)의 개구부들(500, 600 및 700) 중 하나 또는 그 초과에 대한 테스팅(testing)은 기판의 중앙에서의 증착을 감소시켰다. 감소된 증착은, 결과적으로 기판 상에 증착된 필름의 균일성을 증가시켰다.
[0046] 전술한 내용은 본 개시물의 실시예들에 관한 것이지만, 본 개시물의 다른 그리고 추가적인 실시예들이, 본 개시물의 기본 범위에서 벗어나지 않고 안출될 수 있으며, 본 개시물의 범위는 이하의 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (15)

  1. 반도체 프로세싱 챔버를 위한 샤워헤드로서,
    상기 샤워헤드는 전도성 재료를 포함하는 본체를 포함하고, 상기 본체는,
    제 1 가스 채널을 포함하는, 상기 본체를 통하여 형성된 복수의 제 1 개구부들, 및 상기 제 1 가스 채널로부터 유체적으로(fluidly) 분리된 제 2 가스 채널을 포함하는, 상기 본체를 통하여 형성된 복수의 제 2 개구부들을 가지며,
    상기 제 1 개구부들 각각은 상기 제 2 개구부들 각각과 상이한 기하학적 형상(geometry)을 갖고,
    상기 본체는, 상기 복수의 제 1 개구부들 및 상기 복수의 제 2 개구부들에 산재된(interspersed) 막힌 원뿔(blind cone)을 포함하는,
    반도체 프로세싱 챔버를 위한 샤워헤드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 제 1 개구부들 각각 및 상기 복수의 제 2 개구부들 각각은 플레어형(flared) 개구부를 포함하고, 상기 제 1 개구부들의 플레어형 개구부들은, 상기 제 2 개구부들의 플레어형 개구부들의 기하학적 형상과 상이한 기하학적 형상을 갖는,
    반도체 프로세싱 챔버를 위한 샤워헤드.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 개구부들의 플레어형 개구부들의 길이는, 상기 제 1 개구부들의 플레어형 개구부들의 길이보다 더 짧은,
    반도체 프로세싱 챔버를 위한 샤워헤드.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 개구부들 및 상기 제 2 개구부들 중 하나 또는 양자 모두의 플레어형 개구부들은 조면화된(roughened) 표면을 포함하는,
    반도체 프로세싱 챔버를 위한 샤워헤드.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 개구부들 및 상기 제 2 개구부들 중 하나 또는 양자 모두의 플레어형 개구부들은 코팅을 포함하는,
    반도체 프로세싱 챔버를 위한 샤워헤드.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 코팅은 SivYwMgxAlyOz를 포함하고, 여기서,
    v+w+x+y+z=1(불순물들 제외)이며,
    v는 약 0.0196 내지 약 0.2951 이고;
    w는 약 0.0131 내지 약 0.1569 이며;
    x는 약 0.0164 내지 약 0.0784 이고;
    y는 약 0.0197 내지 약 0.1569 이며;
    z는 약 0.5882 내지 약 0.6557 인,
    반도체 프로세싱 챔버를 위한 샤워헤드.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 개구부들 및 상기 제 2 개구부들 중 하나 또는 양자 모두의 플레어형 개구부들은 라운딩된(rounded) 코너를 포함하는,
    반도체 프로세싱 챔버를 위한 샤워헤드.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 막힌 원뿔은 상기 본체의 중앙 지역에 형성되는,
    반도체 프로세싱 챔버를 위한 샤워헤드.
  9. 반도체 프로세싱 챔버를 위한 샤워헤드로서,
    상기 샤워헤드는 전도성 재료를 포함하는 본체를 포함하고, 상기 본체는,
    제 1 가스 채널을 포함하는, 상기 본체를 통하여 형성된 복수의 제 1 개구부들, 및 상기 제 1 가스 채널로부터 유체적으로 분리된 제 2 가스 채널을 포함하는, 상기 본체를 통하여 형성된 복수의 제 2 개구부들을 가지며,
    상기 제 1 개구부들 각각은 상기 제 2 개구부들 각각과 상이한 기하학적 형상을 갖고, 상기 복수의 제 1 개구부들 및 상기 복수의 제 2 개구부들 각각은 플레어형 부분을 포함하고,
    상기 본체는, 상기 복수의 제 1 개구부들 및 상기 복수의 제 2 개구부들에 산재된 막힌 원뿔을 포함하는,
    반도체 프로세싱 챔버를 위한 샤워헤드.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 개구부들의 플레어형 부분들은, 상기 제 2 개구부들의 플레어형 부분들의 기하학적 형상과 상이한 기하학적 형상을 갖는,
    반도체 프로세싱 챔버를 위한 샤워헤드.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 막힌 원뿔은 상기 본체의 중앙 지역에 형성되는,
    반도체 프로세싱 챔버를 위한 샤워헤드.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 개구부들 및 상기 제 2 개구부들 중 하나 또는 양자 모두의 플레어형 부분들은 코팅을 포함하는,
    반도체 프로세싱 챔버를 위한 샤워헤드.
  13. 반도체 프로세싱 챔버를 위한 샤워헤드로서,
    상기 샤워헤드는 전도성 재료를 포함하는 본체를 포함하고, 상기 본체는,
    제 1 가스 채널을 포함하는, 상기 본체를 통하여 형성된 복수의 제 1 개구부들, 및 상기 제 1 가스 채널로부터 유체적으로 분리된 제 2 가스 채널을 포함하는, 상기 본체를 통하여 형성된 복수의 제 2 개구부들을 가지며,
    상기 제 1 개구부들 각각은 상기 제 2 개구부들 각각과 상이한 기하학적 형상을 갖고,
    상기 복수의 제 1 개구부들 및 상기 복수의 제 2 개구부들 각각은 플레어형 부분을 포함하며,
    상기 제 1 개구부들의 플레어형 부분들은, 상기 제 2 개구부들의 플레어형 부분들의 기하학적 형상과 상이한 기하학적 형상을 갖고, 그리고
    상기 본체는, 상기 복수의 제 1 개구부들 및 상기 복수의 제 2 개구부들에 산재된 막힌 원뿔을 포함하는,
    반도체 프로세싱 챔버를 위한 샤워헤드.
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