KR20040085164A - 가스 분배 샤워헤드 - Google Patents

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KR20040085164A
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쳉 유안
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

반도체 제조 프로세스에서 이용되는 가스 분배 샤워헤드는 연장된 슬롯 또는 채널 형태의 가스 출구부(318b)를 갖는 면판을 특징으로 한다. 본 발명의 실시예에 따른 연장된 가스 출구부의 이용은 샤워헤드가 웨이퍼로부터 가깝게 이격된 경우 증착된 재료의 원치 않는 얼룩 및 줄무늬의 발생을 실질적으로 감소시킨다. 가까운 면판 대 웨이퍼 간격에서 증착된 재료의 에지 두께를 감소시키기 위해 테이퍼진 프로파일을 갖는 면판을 특징으로 하는 샤워헤드가 또한 개시된다.

Description

가스 분배 샤워헤드 {GAS DISTRIBUTION SHOWERHEAD}
고온 화학 기상 증착(CVD) 프로세스는 반도체 산업에서 광범위하게 사용되고 있다. 도 1a는 고온 화학 기상 증착을 수행하는 종래의 장치의 개략적인 횡단면도이다. 설명을 위해, 도 1a, 및 본 출원의 다른 도면은 실제 크기대로 도시되지 않는다.
장치(100)는 증착 챔버(105) 내에 수용된 웨이퍼 지지 구조물(104)을 포함한다. 웨이퍼(102)는 기판 프로세싱 중에 지지 구조물(104) 상에 장착될 수도 있다.
가스 분배 샤워헤드(106)는 웨이퍼(102) 위에 위치되고 웨이퍼(102)로부터 갭 Y만큼 떨어져 있다. 특정 용도에서의 갭 Y의 크기는 샤워헤드(106)에 대한 웨이퍼 지지 구조물(104)의 크기를 조절함으로써 제어될 수도 있다. 예를 들어, 도핑되지 않은 실리케이트 유리(USG) 재료의 종래의 증착 중에, 갭 Y는 약 300밀(mils) 이상일 수도 있다.
가스 분배 샤워헤드(106)는 어퍼쳐(112)를 구비한 블로커판(110)과 유체 연통하는 프로세스 가스 유입구(108)를 포함한다. 가스 분배 면판(114)은 블로커판(110) 아래에 위치된다. 면판(114)은 블로커판(110)으로부터 프로세스 가스의 흐름을 수용하고 이 가스를 홀(116)을 통해 웨이퍼(102)로 유동시킨다. 증착된 재료의 층(118)은 프로세스 가스 유동의 결과로서 웨이퍼(102) 상에 형성된다.
도 1b는 도 1a의 종래의 가스 분배 면판(114)의 바닥 투시도이다. 면판(114)의 홀(116)은 면판의 표면에 걸쳐 분포된다. 도 1b는 면판 상에 있는 홀(116)의 단지 예시적인 하나의 분포를 도시하며, 면판 상에서 다양한 홀 배열이 가능하다.
도 1a를 다시 참조하면, 블로커판(110)의 역할은 유입하는 프로세스 가스 스트림(120)을 면판(114)의 입구측(114a)으로 대략적으로 균일하게 분포시키는 것이다. 이어서, 면판(114)은 가스 스트림을 분포시켜 웨이퍼(102)에 노출되는 균일하고, 미세하게 분포된 유동을 발생시킨다. 이러한 미세하게 분포된 프로세싱 가스의 유동에 노출된 결과로서, 증착 재료의 고품질 층(118)이 웨이퍼(102) 상에 형성된다.
도 1a 및 도 1b에 도시된 종래의 고온 증착 장치는 반도체 웨이퍼의 표면 상에 구조물을 형성시키는데 효과적이다. 고온 CVD에 의해 형성된 일 형태의 구조물은 쉘로우 트렌치 분리(STI, shallow trench isolation)이다. 도 2는 활성 트랜지스터와 같은 반도체 구조물(202)을 지지하는 웨이퍼(200)의 확대된 횡단면도이다. 인접한 활성 반도체 소자(202)는 도핑되지 않은 실리케이트 유리(USG)와 같은 유전체 재료로 채워진 트렌치를 포함하는 STI 구조물(204)에 의해 서로 전기적으로 분리된다.
STI 구조물은 트렌치를 형성하기 위해 웨이퍼의 노출된 영역을 마스킹 및 에칭함으로써 형성된다. 마스크는 그 후 제거되고 USG가 트렌치 내부를 포함하여, 고온 프로세스를 이용하여 웨이퍼 상에 증착된다. USG 증착된 트렌치의 외부는 후속적으로 에칭 또는 화학 기계적 연마(CMP)에 의해 제거되어 최종 STI 구조물을 나타낼 수도 있다.
도 1a 및 도 1b에 도시된 종래의 장치는 STI 및 다른 응용에 있어서, 고온에서 USG와 같은 재료를 증착시키는데 성공적으로 이용되어 왔다. 그러나, 고온 증착 장치의 설계는 개선되는 것이 필요하다. 예를 들어, 샤워헤드를 웨이퍼에 보다 가깝게 이격시킴으로써 보다 신속한 증착 속도가 달성될 수도 있음이 공지되어 있다. 보다 신속한 증착 속도는 증착 장치의 처리량을 향상시킴으로써, 작업자가 장치를 구입하고 유지시키는 비용을 보다 신속하게 보상할 수 있게 한다.
그러나, 샤워헤드에 대해 보다 가까운 웨이퍼의 간격은 웨이퍼 상에서 얼룩(spotting) 또는 줄무늬(streaking)로서 관찰되는 불균일한 형상을 나타내는 증착된 재료를 야기할 수 있다. 이러한 근접한 웨이퍼 대 샤워헤드 간격에서 증착된 재료의 형상은 면판 상의 홀의 위치를 반영할 수도 있다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 재료 증착의 결과를 도시하는 사진이다. 도 3a는 면판 대 웨이퍼의 간격이 75밀인 종래의 샤워헤드로부터 증착된 USG 필름을 지지하는 웨이퍼를 도시하는 사진이다. 도 3a의 웨이퍼는 상당한 얼룩과 줄무늬를 나타낸다.
도 3b는 면판 대 웨이퍼의 간격이 50밀인 종래의 샤워헤드로부터 증착된 USG 필름을 지지하는 웨이퍼를 도시하는 사진이다. 도 3b의 웨이퍼는 도 3a의 웨이퍼 보다 현저한 얼룩과 줄무늬를 나타낸다.
따라서, 기판의 표면에 근접해서 프로세싱 가스의 도포를 허용하는 방법 및 구조물이 필요하다.
본 발명에 따른 실시예들은 일반적으로 반도체 소자의 제조에 이용되는 방법 및 장치에 관한 것이며, 보다 구체적으로 고온 증착 프로세스에 사용되는 가스 분배 샤워헤드에 관한 것이다.
도 1a는 종래의 고온 증착 시스템의 단순 횡단면도이며,
도 1b는 도 1a의 시스템의 종래의 가스 분배 샤워헤드의 면판의 바닥 투시도이며,
도 2는 종래의 쉘로우 트렌치 분리 구조의 횡단면도이며,
도 3a는 면판 대 웨이퍼 간격이 75밀인 종래의 샤워헤드로부터 증착된 USG 필름을 지지하는 웨이퍼를 도시하는 사진이며,
도 3b는 면판 대 웨이퍼 간격이 50밀인 종래의 샤워헤드로부터 증착된 USG 필름을 지지하는 웨이퍼를 도시하는 사진이며,
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 고온 증착 시스템의 단순 횡단면도이며,
도 4b는 본 발명에 따른 가스 분배 샤워헤드용 면판의 일 실시예의 평면도이며,
도 4c는 본 발명에 따른 가스 분배 샤워헤드용 면판의 일 실시예의 저면도이며,
도 4d는 도 4a 및 도 4b의 면판의 확대 횡단면도이며,
도 5a는 면판 대 웨이퍼 간격이 75밀인, 본 발명의 실시예에 따른 샤워헤드로부터 증착된 USG 필름을 지지하는 웨이퍼를 도시하는 사진이며,
도 5b는 면판 대 웨이퍼 간격이 50밀인, 본 발명의 실시예에 따른 샤워헤드로부터 증착된 USG 필름을 지지하는 웨이퍼를 도시하는 사진이며,
도 6a는 홀과 연장된 슬롯을 모두 지지하는 복합 면판의 평면도이며,
도 6b는 면판 대 웨이퍼 간격이 75밀인 경우에, 복합 홀/슬롯 구조를 갖는 샤워헤드로부터 증착된 USG 필름을 지지하는 웨이퍼를 도시하는 사진이며,
도 6c는 면판 대 웨이퍼 간격이 50밀인 경우에, 복합 홀/슬롯 구조를 갖는샤워헤드로부터 증착된 USG 필름을 지지하는 웨이퍼를 도시하는 사진이며,
도 7a 내지 도 7d는 상이한 패턴의 연장된 슬롯을 지지하는 본 발명의 실시예에 따른 면판의 단순 평면도이며,
도 8은 상이한 온도와 압력에서 USG 증착에 대한 증착 속도 대 면판 대 웨이퍼 간격을 도시하며,
도 9는 넓은 범위의 면판 대 웨이퍼 간격에 대한 증착 속도를 도시하며,
도 10은 상이한 온도와 압력에서 USG 증착 프로세스에 대한 % 필름 수축(shrinkage) 및 습식 에칭 선택비 대 면판 대 웨이퍼 간격을 도시하며,
도 11a 및 도 11b는 각각 종래의 샤워헤드와 본 발명에 따른 샤워헤드를 이용하여 고온 USG 증착에 의해 형성된 쉘로우 트렌치 분리 구조의 횡단면의 사진을 도시하며,
도 12는 면판 대 웨이퍼의 두 간격에 대해 측정된 추가 질량 유량(mass flow) 대 웨이퍼의 중심으로부터의 거리를 도시하며,
도 13은 본 발명에 따른 고온 증착 시스템의 대안적인 실시예의 단순 횡단면도이며,
도 14는 세 개의 상이한 면판 프로파일에 대해 측정된 추가 질량 유량 대 웨이퍼 중심으로부터의 거리를 도시한다.
반도체 제조 분야용 가스 분배 샤워헤드는 분리된 홀 보다는 연장된 슬롯 또는 채널 형태의 가스 출구 포트를 갖는 면판을 포함한다. 본 발명의 실시예에 따른 연장된 가스 출구 포트의 이용은 실질적으로 샤워헤드가 웨이퍼로부터 가깝게 이격된 경우에도 증착된 재료의 바람직하지 않은 얼룩 및 줄무늬의 발생을 감소시킨다. 증착된 재료의 에지 두께를 감소시키기 위해 경사진 프로파일을 갖는 샤워헤드가 또한 개시된다.
반도체 웨이퍼 상에 재료를 형성하는 장치의 실시예는 벽에 의해 한정된 프로세싱 챔버, 프로세싱 가스 공급원, 및 프로세싱 챔버 내에 위치되고 반도체 웨이퍼를 수용하도록 구성된 웨이퍼 지지부를 포함한다. 가스 분배 샤워헤드는 웨이퍼 지지부로부터 분리되어 위에 놓이고, 가스 분배 샤워헤드는 면판의 출구부의 연장된 슬롯과 유체 연통하는 홀을 포함하는 유입구를 구비한 면판을 포함하며, 연장된 슬롯의 길이는 면판 두께의 적어도 2배이다.
본 발명에 따른 가스 분배 면판의 실시예는 소정 두께를 갖는 면판 본체를 포함한다. 면판의 유입부는 프로세싱 가스의 유동을 수용하도록 구성되며, 유입구는 소정 폭을 갖는 어퍼쳐를 포함한다. 면판의 출구부는 프로세싱 가스 유동을 반도체 웨이퍼로 이송시키도록 구성되고, 출구부는 어퍼쳐와 유체 연통하는 연장된 슬롯을 포함하며, 연장된 슬롯은 면판 본체 두께의 적어도 두배를 갖는다.
반도체 웨이퍼 상에 재료를 형성하는 장치는 벽에 의해 한정된 프로세싱 챔버, 프로세싱 가스 공급원, 및 프로세싱 챔버 내에 위치되고 반도체 웨이퍼를 수용하도록 구성된 웨이퍼 지지부를 포함한다. 가스 분배 샤워헤드는 웨이퍼 지지부를 덮고 웨이퍼 지지부에 근접한 테이퍼진 면판을 포함하며, 테이퍼진 면판의 에지가 면판의 중심 두께에 비해 감소된 두께를 가져, 웨이퍼 지지부와 접촉하고 있는 웨이퍼 상에 증착된 재료가 균일한 중심 대 에지 두께를 나타낸다.
반도체 제조 프로세스 중에 가스를 분배하는 방법은 가스를 가스 공급원으로부터 소정 폭을 갖는 홀을 특징으로 하는 가스 분배 면판의 유입부로 유동시키는 단계, 및 가스를 홀로부터 가스 분배 면판의 출구부의 연장된 슬롯을 통해 반도체 웨이퍼의 표면으로 유동시키는 단계를 포함하며, 연장된 슬롯은 가스 분배 면판 두께의 적어도 두 배의 길이를 갖는다.
본 발명의 이러한 실시예 및 다른 실시예 뿐만 아니라, 그 특징 및 소정의 잠재적인 장점이 이후의 설명 및 첨부 도면을 참조하여 보다 자세히 설명된다.
본 발명에 따른 가스 분배 샤워헤드의 실시예는 연장된 슬롯 또는 채널 형태의 가스 출구부를 갖는 면판을 포함한다. 본 발명의 실시예에 따라 연장된 출구부의 이용은 가까운 면판 대 웨이퍼 간격에서 증착된 재료의 바람직하지 않은 얼룩 및 줄무늬의 발생을 실질적으로 감소시킨다. 증착된 재료의 에지 두께를 감소시키기 위해 테이퍼진 프로파일을 갖는 샤워헤드가 또한 개시된다.
도 4a는 본 발명에 따른 화학 기상 증착 시스템의 일 실시예의 단순 횡단면도이다. 장치(300)는 웨이퍼 지지 구조물(304)과 접촉하고 있고 증착 챔버(306) 내에 수용된 웨이퍼(302)를 포함한다. 가스 분배 샤워헤드(308)는 웨이퍼(302) 위에 위치되고 웨이퍼(302)로부터 갭 Y'만큼 분리되어 있다.
가스 분배 샤워헤드(308)는 어퍼쳐(314)를 갖는 블로커판(312)과 유체 연통하는 프로세스 가스 유입구(310)를 포함한다. 두께 Z의 본체(315)를 갖는 가스 분배 면판(316)은 블로커판(312) 아래에 위치된다. 면판(316)은 블로커판(312)으로부터 프로세스 가스의 유동을 수용하고 이 가스를 본체(315) 내의 어퍼쳐(318)를 통해 웨이퍼(302)로 유동시킨다.
전체 증착 장치의 도시를 위해, 도 4a는 일정한 단면 프로파일을 갖는 어퍼쳐(318)를 도시하기 위해 단순화된다. 그러나, 본 출원의 양수인에게 공동 양도된 미국 특허 제 4,854,263호에는 가스 유동 방향을 가로지르는 횡단면의 증가를 나타내는 면판 어퍼쳐의 수치가 개시되어 있다.
도 4b는 본 발명에 따른 가스 분배 샤워헤드용 면판(316)의 일 실시예의 평면도(가스 유입구)이다. 도 4c는 본 발명에 따른 가스 분배 샤워헤드용 면판(316)의 일 실시예의 저면도(가스 출구)이다.
도 4b에 도시된 바와 같이, 블로커판으로부터 대략적으로 균일하게 분포된프로세스 가스의 유동을 수용하는 면판(316)의 가스 입구측(316a)은 직경이 X인 다수의 분리된 홀(318a)을 포함한다. 도 4c에 도시된 것처럼, 미세하게 분포된 프로세스 가스를 면판으로부터 웨이퍼로 이송시키는 면판(316)의 가스 출구측(316b)은 길이가 L인 다수의 연속적인 연장된 슬롯(318b)을 포함한다. 연장된 슬롯(318b)은 하나 이상의 분리된 홀(318a)로부터 가스 유동을 수용할 수도 있다. 면판(316)의 두께 Z의 절반 이상인 길이 L을 갖는 연장된 슬롯을 제공하면, 증착된 재료가 얼룩 및 줄무늬와 같은 원치 않는 형상 특성을 나타냄이 없이 면판(316)이 웨이퍼의 표면에 가깝게 위치될 수 있음이 공지되어 있다.
도 4d는 도 4a 내지 도 4c의 면판의 확대된 횡단면도이다. 도 4d는 도시된 특정 실시예에서 유동 유입부(316a)에서 홀(318a)의 횡단면 폭 X가 유동 출구부(316b)에서 연장된 슬롯(318b)의 횡단면 폭 X'보다 실질적으로 좁다는 것을 도시한다. 본 발명의 실시예는 2.25 이상의 X'/X의 비를 갖는 연장된 면판 슬롯을 이용할 수도 있다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 재료 증착 결과를 도시하는 사진이다. 도 5a는 면판 대 웨이퍼 간격이 75밀인 경우에 본 발명의 실시예에 따른 샤워헤드로부터 증착된 USG 필름을 지지하는 웨이퍼를 도시하는 사진이다. 도 5a의 웨이퍼는 도 3a에 도시된 종래의 샤워헤드를 이용하여 동일한 간격에서 증착된 웨이퍼 보다 실질적으로 적은 얼룩 및 줄무늬를 나타낸다.
도 5b는 면판 대 웨이퍼 간격이 50밀인 경우에 본 발명의 실시예에 따른 샤워헤드로부터 증착된 USG 필름을 지지하는 웨이퍼를 도시하는 사진이다. 도 5b의웨이퍼는 도 3b에 도시된 종래의 샤워헤드를 이용하여 동일한 간격에서 증착된 웨이퍼 보다 실질적으로 적은 얼룩 및 줄무늬를 나타낸다.
본 발명의 개발 중에, 종래의 홀과 연장된 슬롯 개구를 모두 지지하는 복합 면판이 웨이퍼 상에 USG를 증착하기 위해 사용되었다. 도 6a는 종래의 홀(454)을 포함하는 제 1 영역(452)과, 본 발명의 실시예에 따른 연장된 홀(458)을 포함하는 제 2 영역(456)을 포함하는 복합 샤워헤드(450)의 단순 평면도를 도시한다.
도 6b는 면판 대 웨이퍼 간격이 75밀일 때 도 6a의 복합 샤워헤드로부터 증착된 USG 필름을 지지하는 웨이퍼를 도시하는 사진이다. 도 6c는 면판 대 웨이퍼 간격이 50밀일 때 복합 홀/슬롯 구조를 갖는 샤워헤드로부터 증착된 USG 필름을 지지하는 웨이퍼를 도시하는 사진이다. 도 6b 및 도 6c 모두는 연장된 슬롯을 통해 증착된 재료(402)가 복합 면판의 종래 홀로부터 증착된 재료(400) 보다 실질적으로 평탄한 형상을 나타냄을 도시한다.
전술한 도면은 출구측 상에 다수의 연속적이고 동심적으로 배향된 슬롯을 지지하는 샤워헤드를 도시하지만, 이러한 특정 구성이 본 발명에서 요구되는 것은 아니다. 연장된 슬롯의 다른 구성이 이용될 수 있고, 샤워헤드는 본 발명의 범위 내에 있을 것이다.
도 7a 내지 도 7d는 각각 연장된 슬롯의 상이한 배향을 지지하는 본 발명에 따른 가스 분배 면판의 다양한 대안적인 실시예의 출구부의 단순 저면도이다. 도 7a의 면판 출구부(660)는 원주방향으로 배향된 다수의 불연속 슬롯(662)을 지지한다. 도 7b의 면판 출구부(664)는 방사방향으로 배향된 다수의 불연속 슬롯(666)을지지한다. 도 7c의 면판 출구부(668)는 동심적으로도 아니고 방사방향으로도 아닌 배타적으로 배향된 다수의 불연속 슬롯(670)을 지지한다. 도 7d의 면판 출구부(672)는 종래의 홀(676)과 조합된 다수의 불연속 슬롯(674)을 지지한다.
본 발명에 따른 장치 및 방법의 실시예는 많은 장점을 제공한다. 예를 들어, 도 8은 USG 증착 프로세스에 대해 상이한 온도에서 증착 속도 대 면판 대 웨이퍼 간격을 도시한다. 도 8은 510℃ 내지 540℃에서 일어나는 증착 프로세스에 대해, 면판 대 웨이퍼 간격의 감소가 증착 속도의 증가를 야기함을 도시한다. 이러한 관계는 보다 가까운 면판 대 웨이퍼 간격에서 보다 현저하다.
도 9는 보다 넓은 범위(50-250밀)의 면판 대 웨이퍼 간격에서 USG 증착 속도를 도시한다. 도 9는 이러한 보다 넓은 범위에 걸쳐 도 8의 결과와 일치한다. 특히, 도 9는 보다 가까운 간격에서 USG 증착 속도의 증가를 나타내고, 또한 보다 가까운 간격에서 증착 속도에 보다 현저한 효과를 나타낸다.
도 10은 USG 증착 프로세스에 대해 상이한 온도 및 압력에서 % 필름 수축 및 습식 에칭 선택비 대 면판 대 웨이퍼 간격을 도시한다. 도 10은 510℃ 및 540℃에서 증착된 USG 필름이 가까운 면판 대 웨이퍼 간격에서 증착될 때 낮은 수축을 나타냄을 도시한다. 이러한 데이타는 가까운 간격에서 보다 조밀하고 높은 품질의 필름을 형성함을 나타낸다.
도 10의 습식 에칭 데이타는 가까운 면판 대 웨이퍼 간격에서 증착된 개선된 품질의 층의 발견과 상호관련된다. 특히, 보다 가까운 면판 대 웨이퍼 간격에서 증착된 USG 필름은 보다 큰 밀도와 일치하는 습식 에칭 선택비를 나타내었다.
도 11a 및 도 11b는 본 발명에 따른 샤워헤드를 이용하여 고온 USG 증착에 의해 형성된 쉘로우 트렌치 분리 구조의 단면 사진이다. 도 11a 및 도 11b에 도시된 USG 증착 프로세스는 면판 대 웨이퍼 간격이 75밀인 경우 510℃의 온도에서 일어난다. 상기 사진은 USG가 1050℃에서 60분 동안 사후 증착 어닐링 후에 쉘로우 트렌치 구조물을 채움을 도시한다. 도 11a 및 도 11b는 종래의 면판 설계를 이용한 프로세스와 비교할 때 유사한 품질의 갭 충진이 본 발명의 실시예에 따른 프로세스로 달성됨을 도시한다.
지금까지 본 발명은 도핑되지 않은 실리케이트 유리의 고온 증착에서 이용되는 실리콘 함유 전구체 가스의 유동과 관련하여 설명되었지만, 본 발명은 이러한 특정 실시예에 제한되지 않는다. 본 발명의 실시예에 따른 샤워헤드는 포스포실리케이트 유리(PSG), 보로실리케이트 유리(BSG), 또는 보로포스포실리케이트 유리(BPSG) 형태의 도핑된 실리콘 산화물의 화학 기상 증착을 포함하지만 이에 제한되지 않는 반도체 제조 프로세스의 어레이에 유용한 광범위한 가스를 분포시키는데 이용될 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 샤워헤드를 이용하여 분포될 수도 있는 가스의 예로는 테트라에틸올소실란(TEOS), 트리에틸포스페이트(TEPO), 및 트리에틸보레이트(TEB)를 포함하지만 이에 한정되지 않는다. 본 발명은 전구체 가스의 유동을 분배시키는데 제한되지 않고, CVD 반응에 직접 참여하지 않는 He 및 N2와 같은 캐리어 가스를 유동시키는데 이용될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 샤워헤드는 금속, 나이트라이드, 및 옥시나이트라이드를 포함하지만 이에 한정되지 않는 실리콘 산화물 이외의 재료 형성을 위해 전구체 가스를 유동시키는데 이용될 수도 있다. 그리고 샤워헤드는 고온 CVD 프로세스와 관련하여 설명되지만, 본 발명의 실시예에 따른 실시예는 플라즈마 강화 화학 기상 증착(PECVD) 프로세스 또는 저압 화학 기상 증착(SACVD) 프로세스와 같은 다른 형태의 CVD 프로세스에서 가스를 유동시키는데 이용될 수도 있다.
본 발명에 따른 실시예는 또한 화학 기상 증착 프로세스와 관련하여 이용되는 것에 제한되지 않는다. 본 발명에 따른 샤워헤드는 건식 또는 플라즈마 에칭 프로세스와 같은 다른 형태의 반도체 제조 프로세스에서 가스를 유동시키는데 이용될 수도 있다.
본 발명에 따른 실시예는 또한 슬롯 샤워헤드 면판의 이용에 제한되지 않는다. 도 4a를 다시 참조하면, 웨이퍼(302)에 대한 샤워헤드(308)의 근접 결과는 웨이퍼의 에지 부근에서 프로세스 가스의 하방향 유동의 증가일 수도 있다. 웨이퍼 에지에서 질량 유량의 증가는 증착된 재료(320)의 증가된 에지 두께(320a)를 일으킬 수도 있다.
도 12는 면판 대 웨이퍼의 두 간격에 대해 측정된 추가 질량 유량(mass flow) 대 웨이퍼의 중심으로부터의 거리를 도시한다. 0.270"의 종래의 넓은 면판 대 웨이퍼 간격에서, 증착은 웨이퍼의 중심으로부터 에지까지 상대적으로 일정한 질량 유량을 추가시켰다. 그러나, 0.075"의 보다 좁은 면판 대 웨이퍼 간격에서, 프로세스는 웨이퍼의 주변 영역에 현저한 추가 질량 유량을 나타낸다. 이러한 추가 질량 유량은 웨이퍼의 중심에서 보다 에지에서 상당히 큰 두께를 갖는 증착된 재료 층을 발생시킬 수도 있다.
따라서, 본 발명의 샤워헤드의 대안적인 실시예는 가까운 면판 대 웨이퍼 간격에서 증착된 재료의 증가된 에지 두께를 방지하기 위해 테이퍼진 프로파일을 갖는 면판을 이용할 수도 있다. 도 13은 본 발명에 따른 고온 증착 시스템의 대안적인 실시예의 단순 횡단면도이다. 장치(900)는 웨이퍼 지지 구조물(904)과 접촉하고 있고 증착 챔버(906) 내에 위치된 웨이퍼(902)를 포함한다. 가스 분배 샤워헤드(908)는 웨이퍼(902) 위에 위치되고 웨이퍼(902)로부터 갭 Y"만큼 떨어져 있다.
가스 분배 샤워헤드(908)는 어퍼쳐(916)를 갖는 블로커판(914)과 유체 연통하는 프로세스 가스 유입구(912)를 포함한다. 가스 분배 면판(918)은 블로커판(914) 아래에 위치된다. 면판(918)은 블로커판(914)으로부터 프로세스 가스의 유동을 수용하고 이 가스를 홀(920)을 통해 웨이퍼(902)로 유동시킨다.
도 4a에서 설명된 바와 같이, 웨이퍼에 대한 면판의 근접 위치는 웨이퍼의 에지에 향상된 질량 유량을 야기할 수도 있다. 따라서, 도 13에 도시된 실시예는 테이퍼진 프로파일을 갖는 면판(918)을 포함한다. 특히, 면판(918)의 에지부(918a)는 면판(918)의 중심부(918b)에 대해 리세스된다. 테이퍼 각 A는 면판 중심과 에지 사이의 두께 차이에 의해 정의되는 각도이며, 약 0.5°내지 약 5°범위일 수도 있다.
가스 분배 샤워헤드의 이용은 가까운 면판 대 웨이퍼 간격에서 증착된 재료의 개선된 두께 균일성을 특징으로 한다. 표 A는 테이퍼진 면판 그리고 평탄한 면판에 의해, 100 및 75밀의 간격에서 증착된 재료에 대해 증착 속도, 두께 균일성, 및 두께 범위를 비교한다.
표 A는 테이퍼진 면판을 이용하는 증착이 보다 균일한 중심 대 에지 두께를 갖는 재료층의 형성을 야기함을 나타낸다. 표 A의 데이타는 연장된 슬롯을 갖는 평탄한 면판과 테이퍼진 면판을 이용한 증착을 반영하지만, 본 발명의 실시예에 따른 테이퍼진 면판은 연장된 슬롯을 가질 것을 요구하지 않는다.
도 14는 세 개의 상이한 면판 프로파일에 대해 측정된 추가 질량 유량 대 웨이퍼 중심으로부터의 거리를 도시한다. 도 14는 웨이퍼를 가로질러 추가 질량 유량의 피크 대 밸리(peak-to-valley) 변화가 각각 0.025" 및 0.050"만큼 갭을 테이퍼링시킴으로써 35% 및 46% 감소됨을 나타낸다. 본 발명의 실시예에 따른 테이퍼진 면판 구조물의 이용은 800Å 이하의 중심 대 에지 두께 변화를 나타내는 재료층의 증착을 야기할 수도 있다.
본 발명의 단지 소정의 실시예가 본 출원에서 도시되고 설명된다. 본 발명이 다양한 다른 조합 및 환경에서 사용될 수 있고 본 발명의 범위로부터 벗어남이 없이 변경 및 수정될 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에따른 장치 및 방법은 소정의 특정 크기의 반도체 웨이퍼 프로세싱에 제한되지 않고, 200mm 직경의 웨이퍼, 300mm 직경의 웨이퍼, 또는 다른 형상 및 크기의 반도체 웨이퍼와 관련된 반도체 제조 프로세스에 유용하다.
본 발명의 상세한 설명 및 전술된 다양한 실시예가 개시되지만, 명백한 변형예 및 수정예와 함께 그 균등예 및 대안예가 본 발명의 범위에 포함된다고 의도된다.

Claims (29)

  1. 반도체 웨이퍼 상에 재료를 형성하는 장치로서,
    벽에 의해 한정된 프로세싱 챔버,
    상기 프로세싱 챔버 내에 위치되고 반도체 웨이퍼를 수용하도록 구성된 웨이퍼 지지부,
    프로세싱 가스 공급원, 및
    상기 웨이퍼 지지부로부터 분리되어 그 위에 놓이는 가스 분배 샤워헤드를 포함하며,
    상기 가스 분배 샤워헤드는 면판을 포함하며, 상기 면판은 상기 면판의 출구부의 연장된 슬롯과 유체 연통하는 홀을 포함하는 유입부를 구비하는,
    반도체 웨이퍼 상에 재료를 형성하는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 연장된 슬롯의 길이가 상기 면판 두께의 절반 이상인,
    반도체 웨이퍼 상에 재료를 형성하는 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 분배 샤워헤드는 천공부를 구비한 블로커판을 더 포함하며, 상기 블로커판은 상기 면판의 유입부 상류에서 상기 면판의 유입부가 유체 연통하도록위치되는,
    반도체 웨이퍼 상에 재료를 형성하는 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 연장된 슬롯은 연속적이고 동심적으로 배향된,
    반도체 웨이퍼 상에 재료를 형성하는 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 연장된 슬롯의 단면 폭은 상기 홀의 단면 폭 보다 큰,
    반도체 웨이퍼 상에 재료를 형성하는 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 연장된 슬롯의 단면 폭은 상기 홀의 단면 폭 보다 2.25배 이상 큰,
    반도체 웨이퍼 상에 재료를 형성하는 장치.
  7. 가스 분배 면판으로서,
    소정 두께를 갖는 면판 본체,
    프로세싱 가스의 유동을 수용하도록 구성되고, 폭을 갖는 어퍼쳐를 포함하는 유입부,
    상기 프로세싱 가스 유동을 반도체 웨이퍼로 이송시키도록 구성되고, 상기어퍼쳐와 유체 연통하는 연장된 슬롯을 포함하는 출구부를 포함하는,
    가스 분배 면판.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 연장된 슬롯이 상기 면판 본체 두께의 절반 이상의 길이를 갖는,
    가스 분배 면판.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 연장된 슬롯이 원형이고 연속적인,
    가스 분배 면판.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 연장된 슬롯의 폭이 상기 어퍼쳐의 폭 보다 큰,
    가스 분배 면판.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 연장된 슬롯의 폭이 상기 어퍼쳐의 폭 보다 2.25배 이상 큰,
    가스 분배 면판.
  12. 반도체 웨이퍼 상에 재료를 형성하는 장치로서,
    벽에 의해 한정된 프로세싱 챔버,
    상기 프로세싱 챔버 내에 위치되고 반도체 웨이퍼를 수용하도록 구성된 웨이퍼 지지부,
    프로세싱 가스 공급원, 및
    상기 웨이퍼 지지부 위에 놓이고 상기 웨이퍼 지지부에 근접한 테이퍼진 면판을 포함하는 가스 분배 샤워헤드를 포함하며,
    상기 테이퍼진 면판의 에지가 테이퍼 각도를 형성하도록 상기 면판의 중심 두께에 비해 감소된 두께를 나타내어 상기 웨이퍼 지지부와 접촉하고 있는 웨이퍼 상에 증착된 재료가 균일한 중심 대 에지 두께를 나타내는,
    반도체 웨이퍼 상에 재료를 형성하는 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 테이퍼 각도는 약 0.5°내지 5°범위인,
    반도체 웨이퍼 상에 재료를 형성하는 장치.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 테이퍼진 면판은,
    프로세싱 가스의 유동을 수용하도록 구성되고, 폭을 갖는 어퍼쳐를 포함하는 유입부,
    상기 프로세싱 가스 유동을 반도체 웨이퍼로 이송시키도록 구성되고, 상기어퍼쳐와 유체 연통하는 연장된 슬롯을 포함하는 출구부를 포함하는,
    반도체 웨이퍼 상에 재료를 형성하는 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 연장된 슬롯이 상기 면판 두께의 절반 이상의 길이를 갖는,
    반도체 웨이퍼 상에 재료를 형성하는 장치.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 연장된 슬롯은 원형이고 연속적인,
    반도체 웨이퍼 상에 재료를 형성하는 장치.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 연장된 슬롯의 폭이 상기 어퍼쳐의 폭 보다 큰,
    반도체 웨이퍼 상에 재료를 형성하는 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 연장된 슬롯의 폭이 상기 어퍼쳐의 폭 보다 2.25배 이상 큰,
    반도체 웨이퍼 상에 재료를 형성하는 장치.
  19. 반도체 제조 프로세스 중에 가스를 분배하는 방법으로서,
    가스 공급원으로부터의 가스를 소정 폭을 갖는 홀을 특징으로 하는 가스 분배 면판의 유입부로 유동시키는 단계, 및
    상기 홀로부터의 상기 가스를 상기 가스 분배 면판의 출구부의 연장된 슬롯을 통해 반도체 웨이퍼의 표면으로 유동시키는 단계를 포함하는,
    반도체 제조 프로세스 중에 가스를 분배하는 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 가스는 상기 가스 분배 면판 두께의 절반 이상의 길이를 갖는 연장된 슬롯을 통해 유동되는,
    반도체 제조 프로세스 중에 가스를 분배하는 방법.
  21. 제 19 항에 있어서,
    캐리어 가스 및 프로세스 가스 중 하나 이상이 상기 면판을 통해 유동되는,
    반도체 제조 프로세스 중에 가스를 분배하는 방법.
  22. 제 19 항에 있어서,
    상기 가스가 화학 기상 증착(CVD) 프로세스 중에 유동되는,
    반도체 제조 프로세스 중에 가스를 분배하는 방법.
  23. 제 19 항에 있어서,
    상기 가스가 도핑되지 않은 실리케이트 유리의 고온 증착 프로세스 중에 유동되고, 상기 면판과 상기 웨이퍼 사이의 간격이 300밀 이하인,
    반도체 제조 프로세스 중에 가스를 분배하는 방법.
  24. 제 19 항에 있어서,
    상기 유동된 가스는 테트라에틸올소실란(TEOS), 트리에틸포스페이트(TEPO), 트리에틸보레이트(TEB), 오존(O3), 산소, 헬륨, 및 질소(N2)로 구성된 그룹 중 하나 이상으로부터 선택되는,
    반도체 제조 프로세스 중에 가스를 분배하는 방법.
  25. 제 19 항에 있어서,
    상기 유동된 가스는 보로실리케이트 유리(BSG), 포스포실리케이트 유리(PSG), 및 보로포스포실리케이트 유리(BPSG)로 구성된 그룹으로부터 선택된 재료의 증착을 야기하는,
    반도체 제조 프로세스 중에 가스를 분배하는 방법.
  26. 제 19 항에 있어서,
    상기 가스는 약 0.5°내지 5°범위의 면판 테이퍼 각도를 형성하도록 중심부에 대해 리세스된 에지부를 갖는 상기 가스 분배 면판으로부터 유동되는,
    반도체 제조 프로세스 중에 가스를 분배하는 방법.
  27. 제 19 항에 있어서,
    상기 가스는 건식 에칭 프로세스 중에 유동되는,
    반도체 제조 프로세스 중에 가스를 분배하는 방법.
  28. 반도체 웨이퍼 상에 재료를 형성하는 장치로서,
    벽에 의해 한정된 프로세싱 챔버,
    상기 프로세싱 챔버 내에 위치되고 반도체 웨이퍼를 수용하도록 구성된 웨이퍼 지지부,
    프로세싱 가스 공급원, 및
    상기 웨이퍼 지지부 위에 놓이고 상기 웨이퍼 지지부에 근접한 테이퍼진 면판을 포함하는 가스 분배 샤워헤드를 포함하며,
    상기 테이퍼진 면판이, 프로세싱 가스의 유동을 수용하도록 구성되고 소정 폭을 갖는 어퍼쳐를 포함하는 유입부와, 상기 프로세싱 가스 유동을 반도체 웨이퍼로 이송하도록 구성되고 어퍼쳐와 유체 연통하는 연장된 슬롯을 포함하는 출구부를 포함하며,
    상기 테이퍼진 면판의 에지가 테이퍼 각도를 형성하도록 상기 면판의 중심 두께에 비해 감소된 두께를 나타내어, 상기 웨이퍼 지지부와 접촉하고 있는 웨이퍼 상에 증착된 재료가 균일한 중심 대 에지 두께를 나타내는,
    반도체 웨이퍼 상에 재료를 형성하는 장치.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 테이퍼 각도가 약 0.5°내지 5°범위인,
    반도체 웨이퍼 상에 재료를 형성하는 장치.
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