KR20180080993A - Hdp-cvd 챔버 아킹을 방지하기 위한 첨단 코팅 방법 및 재료들 - Google Patents

Hdp-cvd 챔버 아킹을 방지하기 위한 첨단 코팅 방법 및 재료들 Download PDF

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췌송 루
앤드류 브이. 레
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Abstract

본원에서 설명되는 실시예들은, 예컨대 HDP-CVD, PECVD, PE-ALD 및 식각 챔버들에서 챔버 아킹을 감소시키기 위한 장치 및 코팅 방법들에 관한 것이다. 장치는 코팅 재료들의 인-시튜 증착을 위해 사용되는 링 형상 가스 분배기, 및 링 형상 가스 분배기를 포함하는 프로세스 챔버를 포함한다. 링 형상 가스 분배기는 링 형상 바디의 제1 측 상에 배치된 적어도 하나의 가스 입구 포트를 갖는 그러한 링 형상 바디 및 링 형상 바디의 제1 표면 상에 배치된 복수의 가스 분배 포트들을 포함한다. 복수의 가스 분배 포트들은 복수의 균일하게 분포된 로우(row)들로 배열된다. 복수의 균일하게 분포된 로우들 중 제1 로우의 복수의 가스 분배 포트들은, 복수의 균일하게 분포된 로우들 중 제2 로우의 복수의 가스 분배 포트들의 출구 각도와 상이한 출구 각도로 가스를 지향시키도록 적응된다.

Description

HDP-CVD 챔버 아킹을 방지하기 위한 첨단 코팅 방법 및 재료들
[0001] 본 개시내용의 실시예들은 일반적으로, HDP-CVD 챔버 아킹(chamber arcing)을 감소시키기 위한 장치들 및 코팅 방법들에 관한 것이다.
[0002] HDP-CVD(High-Density Plasma Chemical Vapor Deposition)는 낮은 진공 압력들에서 더 고밀도의 플라즈마의 생성을 위해 유도성으로 커플링된 플라즈마 소스를 이용한다. 더 고밀도의 플라즈마는 우수한 갭 충전 성능, 더 저온들에서의 고품질의 막 증착, 높은 스루풋 및 용이한 사용성(serviceability)을 유발한다. HDP-CVD의 리액터 설계 및 프로세스 기술은, STI(shallow trench isolation), PMD(pre-metal dielectric layer)들, ILD(interlevel dielectric) 층들, IMD(intermetal dielectric) 층들, 및 패시베이션을 비롯한 광범위한 애플리케이션들에 대해 도핑되지 않은 막 및 도핑된 막 둘 모두의 증착을 가능하게 한다. 그러므로, HDP-CVD는 반도체 산업에서 폭넓게 사용된다.
[0003] 낮은 프로세스 압력으로 인해, HDP-CVD 챔버들에서 보고되는 주요 문제들 중 하나는 챔버 아킹이다. 아킹은, 날카로운 지점(sharp point)에서의 고농도의 E-필드가 금속성 챔버 벽, 가스 링 및 캐소드 바디에서 유전체 파괴(dielectric break down)를 야기할 때 발생한다. 작은 영역에 걸쳐 발생하는 높은 방전 전류는, 노출된 금속을 증발시키고 기판 표면들을 오염시켜서, 감소된 프로세스 수율을 초래한다.
[0004] 챔버 아킹을 감소시키기 위해 다양한 기법들이 제안되었다. 예컨대, 외부 코팅 방법은 새로운 챔버 상에서 사전-설치에 사용될 수 있다. 그러나, 사전-설치 코팅이 이송, 설치, 또는 유지보수 동안 균열되는 경우 또는 일단 코팅 층이 너무 얇아지는 경우, 코팅은 재도포되어야 한다. 아킹을 완화시키기 위해, 챔버 세정 후에 시즈닝 동작(seasoning operation)들 동안, 시즈닝 층이 금속성 챔버 표면들 상에 증착될 수 있다. 그러나, 종래의 시즈닝 층들은 챔버 컴포넌트들에 대해 불충분한 커버리지를 제공하며, 그에 따라 챔버 아킹 문제들이 여전히 존재한다.
[0005] 그러므로, HDP-CVD 챔버 아킹을 감소시키기 위한 개선된 장치들 및 코팅 방법들에 대한 필요성이 존재한다.
[0006] 일 구현에서, 링 형상 가스 분배기가 개시된다. 링 형상 가스 분배기는 링 형상 바디의 제1 측 상에 배치된 적어도 하나의 가스 입구 포트를 갖는 링 형상 바디 및 링 형상 바디의 제1 표면 상에 배치된 복수의 가스 분배 포트들을 포함한다. 복수의 가스 분배 포트들은 복수의 균일하게 분포된 로우(row)들로 배열된다. 복수의 균일하게 분포된 로우들 중 제1 로우의 복수의 가스 분배 포트들 중 제1 가스 분배 포트는, 복수의 균일하게 분포된 로우들 중 제1 로우의 복수의 가스 분배 포트들 중 제2 가스 분배 포트의 출구 각도(exit angle)와 상이한 출구 각도로 가스를 지향시키도록 적응된다.
[0007] 다른 구현에서, 프로세스 챔버가 개시된다. 프로세스 챔버는 챔버 바디 및 챔버 바디 상에 배치된 돔 리드 어셈블리(dome lid assembly), 챔버 바디 내에 포지셔닝된 기판 지지부, 돔 리드 어셈블리 상에 장착된 가스 유입구, 및 링 형상 가스 분배기를 포함한다. 링 형상 가스 분배기는 링 형상 바디, 및 링 형상 바디의 제1 표면 상에 배치된 복수의 가스 분배 포트들을 포함한다.
[0008] 또 다른 구현에서, 방법이 개시된다. 방법은, 제1 전구체(precursor)를 제1 가스 유입구를 통해 프로세스 챔버 내로 유동시키는 단계; 제1 전구체를 이온화하는 단계; 제2 전구체를 분배하도록 적응된 링 형상 바디를 통해 프로세스 챔버 내로 제2 전구체를 유동시키는 단계 ― 제2 전구체는 제1 전구체와 상이함 ―; 제2 전구체를 이온화하는 단계; 및 이온화된 제2 전구체로부터의 시즈닝 재료(seasoning material)를 프로세스 챔버의 내부 표면 상에 증착하는 단계를 포함한다.
[0009] 본 개시내용의 상기 열거된 특징들이 상세히 이해될 수 있는 방식으로, 앞서 간략히 요약된 본 개시내용의 보다 구체적인 설명이 실시예들을 참조로 하여 이루어질 수 있는데, 이러한 실시예들의 일부는 첨부된 도면들에 예시되어 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 단지 예시적인 실시예들을 예시하는 것이므로 본 개시내용의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다는 것이 주목되어야 하는데, 이는 본 개시내용이 다른 균등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있기 때문이다.
[0010] 도 1은 본원에서 설명되는 일 실시예에 따른 프로세스 챔버의 개략도이다.
[0011] 도 2는 본원에서 설명되는 일 실시예에 따른 링 형상 가스 분배기의 개략도이다.
[0012] 도 3은 본원에서 설명되는 일 실시예에 따른 방법의 흐름도를 예시한다.
[0013] 도 4a는 본원에서 설명되는 다른 실시예에 따른 프로세스 챔버의 일 부분의 개략도이다.
[0014] 도 4b는 본원에서 설명되는 다른 실시예에 따른 링 형상 가스 분배기의 개략적 단면도이다.
[0015] 이해를 촉진시키기 위해, 도면들에 대해 공통적인 동일한 엘리먼트들을 가리키기 위해 가능한 경우 동일한 도면부호들이 사용되었다. 일 실시예의 엘리먼트들 및 피처(feature)들이 추가의 언급없이 다른 실시예들에 유익하게 통합될 수 있음이 예상된다.
[0016] 본원에서 설명되는 실시예들은, 예컨대 HDP-CVD, PECVD, PE-ALD 및 식각 챔버들에서 챔버 아킹을 감소시키기 위한 장치 및 코팅 방법들에 관한 것이다. 장치는 코팅 재료들의 인-시튜 증착(in-situ deposition)에 적절한 링 형상 가스 분배기, 및 링 형상 가스 분배기를 포함하는 프로세스 챔버를 포함한다. 링 형상 가스 분배기는 하나 또는 그 초과의 가스 입구 포트들, 및 복수의 가스 분배 포트들을 포함할 수 있다. 링 형상 가스 분배기는 시즈닝 재료의 증착을 위해 전구체 가스를 프로세스 챔버의 하부 부분에 제공하기 위해, PECVD(plasma enhanced chemical vapor deposition) 챔버와 같은 프로세스 챔버의 하부 부분에 포지셔닝될 수 있다. 본원에서 설명되는 실시예들은 또한, 프로세스 챔버를 시즈닝(seasoning)하기 위한 방법을 포함한다. 방법은 제1 전구체를 제1 가스 유입구를 통해 프로세스 챔버 내로 유동시키는 단계, 및 시즈닝 전구체를 링 형상 가스 분배기를 통해 프로세스 챔버 내로 유동시키는 단계를 포함한다. 제1 및 제2 전구체는 이온화되고 반응하여 프로세스 챔버 내에 시즈닝 재료를 증착시킬 수 있다.
[0017] 도 1은 본원에서 설명되는 일 실시예에 따른 프로세스 챔버(100)의 개략도이다. 일 예에서, 프로세스 챔버(100)는 HDP-CVD(high density plasma chemical vapor deposition) 시스템일 수 있다. 프로세스 챔버(100)는 챔버 바디(116), 기판 지지부(106), 및 돔 리드 어셈블리(115)를 포함하며, 돔 리드 어셈블리(115)는 돔(102), 유도성 어셈블리(112) 및 온도 제어 플레이트(110)를 포함한다. 돔(102)은 챔버 바디(116) 상에 포지셔닝된다. 돔(102) 및 챔버 바디(116)는 프로세스 챔버(100)의 내부 볼륨을 정의한다. 기판 지지부(106)는 프로세스 챔버(100)의 내부 볼륨 내에 로케이팅되고 프로세싱 동안 기판 지지부(106) 상에 기판(190)을 지지한다. 기판 지지 아암(substrate support arm)(108)이 기판 지지부(106)에 커플링되어 기판 지지부(106)의 지지 및 작동을 가능하게 한다. 액추에이터(134)는 벨로우즈(136)를 통해 기판 지지 아암(108)에 커플링된다. 액추에이터(134)는, 기판 이송 프로세스 동안 기판 이송 로봇(도시되지 않음)과 기판 지지부(106) 사이의 기판 이송을 가능하게 하기 위해, 기판 지지 아암(108) 및 기판 지지 아암(108)에 커플링된 기판 지지부(106)를 수직으로 작동시킨다.
[0018] 돔(102)은 프로세스 챔버(100) 내에 로케이팅된 플라즈마 프로세싱 구역(104)의 상부 경계를 정의한다. 돔(102)은 알루미늄, 알루미늄 산화물 또는 알루미늄 질화물과 같은 세라믹 유전체 재료로 제조될 수 있다. 플라즈마 프로세싱 구역(104)의 하부 경계는 기판 지지부(106)의 상부 표면에 의해 정의된다. 프로세싱 동안, 플라즈마 또는 다른 이온화된 가스가 플라즈마 프로세싱 구역(104) 내에서 생성되어 기판(190)의 프로세싱을 가능하게 할 수 있다. 예컨대, 플라즈마는 HDP-CVD, PECVD(plasma-enhanced chemical vapor deposition) 또는 PE-ALD(plasma enhanced atomic layer deposition) 프로세스에서 기판(190) 상에 재료를 증착하기 위해 플라즈마 프로세싱 구역(104)에서 생성될 수 있다.
[0019] 하나 또는 그 초과의 유도성 코일들(114)을 포함하는 유도성 어셈블리(112)는 플라즈마 프로세싱 구역(104)에서의 플라즈마 생성을 가능하게 하기 위해 돔(102) 위에 포지셔닝된다. 전력원(도시되지 않음)은 전력을 하나 또는 그 초과의 유도성 코일들(114)에 제공하기 위해 유도성 어셈블리(112)에 커플링될 수 있다. 동작 동안, 복수의 유도성 코일들(114)은, 전구체 또는 프로세스 가스들을 이온화하기 위해 플라즈마 프로세싱 구역(104) 내에 로케이팅된 하나 또는 그 초과의 전구체 또는 프로세스 가스들에 RF(radio frequency) 전력을 제공할 수 있다. 일 예에서, 복수의 유도성 코일들(114)은 공칭적으로 2 MHz에서 최대 5,000 와트의 RF 전력을 제공할 수 있다. 복수의 유도성 코일들(114)의 동작 주파수는 플라즈마-생성 효율성을 개선하기 위해 공칭적인 동작 주파수로부터 오프셋될 수 있다. 온도 제어 플레이트(110)는 유도성 어셈블리(112) 위에 포지셔닝되고 유도성 어셈블리(112)를 통해 돔(102)에 열적으로 커플링된다. 온도 제어 플레이트(110)는 대략 100℃ 내지 200℃의 범위에 걸쳐 대략 ± 10℃ 이내의 돔 온도의 제어를 허용한다. 온도 제어 플레이트(110)는 다양한 프로세스들에 대한 돔 온도의 최적화를 가능하게 한다. 일 예에서, 온도 제어 플레이트(110)에 의해 제공되는 온도 제어에 추가하여 또는 그에 대한 대안으로서 유도성 코일들의 냉각을 가능하게 하기 위해, 액체 냉각제가 유도성 코일들(114)을 통해 유동할 수 있다.
[0020] 프로세스 챔버(100)는 HDP-CVD, PECVD 또는 PEALD 프로세스와 같은 프로세싱 동안 활용되는 하나 또는 그 초과의 전구체 또는 프로세스 가스들을 저장하도록 적응된 가스 패널(130)을 포함한다. 전구체 또는 프로세스 가스들은, 돔 리드 어셈블리(115)에 장착되는 하나 또는 그 초과의 가스 유입구들(128)(2개의 가스 유입구들이 128a, 128b로 도시됨)을 통해 플라즈마 프로세싱 구역(104)에 유입될 수 있다. 하나 또는 그 초과의 가스 유입구들(128a, 128b)은 하나 또는 그 초과의 가스 공급 라인들(132)(그 중 하나가 도시됨)을 통해 가스 패널(130)에 커플링된다. 일 실시예에서, 하나 또는 그 초과의 가스 유입구들(128)은 단일 가스 링으로서 구성될 수 있다. 다른 실시예에서, 하나 또는 그 초과의 가스 유입구들(128)은 최상부 배플(top baffle)로서 구성될 수 있다. 프로세싱 동안 사용되는 전구체 가스 또는 다른 가스와 같은 프로세스 가스, 또는 그것의 반응 부산물들은 펌핑 시스템(122)에 의해 프로세스 챔버(100)로부터 배기될 수 있다. 펌핑 시스템(122)은 프로세스 챔버(100)의 하부 부분에 접합되며 스로틀 밸브(124) 및 펌프(126)를 포함한다. 스로틀 밸브(124)는 펌프(126)를 챔버 바디(116)에 커플링시킨다. 스로틀 밸브(124)는, 펌프(126)를 통해 프로세스 챔버(100)를 퇴장하는(exiting) 배기 유량을 제한함으로써, 챔버 압력을 제어하도록 활성화될 수 있다.
[0021] 링 형상 가스 분배기(118)는 스로틀 밸브(124)와 기판 지지부(106) 사이의 챔버 바디(116)의 하부 부분에 포지셔닝된다. 링 형상 가스 분배기(118)는 프로세스 챔버(100)의 하부 부분에서 프로세스 또는 전구체 가스들을 분배하기 위해 하나 또는 그 초과의 가스 입구 포트들 및 가스 분배 포트들을 갖는 중공 튜브형 링(hollow tubular ring)을 포함한다. 링 형상 가스 분배기(118)는 어태치먼트(attachment)(120)에 의해 챔버 바디(116)의 내부 표면(105)에 부착될 수 있다. 어태치먼트(120)는 스프링-로딩된 클립(spring-loaded clip), 브래킷, 파스너 등일 수 있다. 전구체 또는 프로세스 가스들은 제2 가스 패널(140)로부터 가스 공급 라인(138)을 통해 링 형상 가스 분배기(118)에 공급된다. 가스 공급 라인(138)은 기판 지지 아암(108)에 인접한 벨로우즈(136)를 통해 라우팅될 수 있다. 대안적으로, 가스 공급 라인(138)은 가스 유입구들(128a, 128b)을 통해 라우팅될 수 있다.
[0022] 프로세싱 동안 사용되는 전구체 가스 또는 다른 가스와 같은 프로세스 가스는, 챔버 바디(116)의 내부 표면(105) 상에서의 시즈닝 층의 형성을 가능하게 하기 위해, 제2 가스 패널(140)로부터 링 형상 가스 분배기(118)에 공급되고, 프로세스 챔버(100)의 하부 부분에 분배된다. 링 형상 가스 분배기(118)는 종래의 접근법들보다 더 균일한 시즈닝 층을 형성하기 위해 가스들을 프로세스 챔버(100)의 하부 부분에 균일하게 분배하도록 적응되며, 그에 따라, 원하지 않는 아킹의 가능성을 감소시킨다. 링 형상 가스 분배기(118)는 챔버 바디(116)의 내부 표면(105)의 직경보다 더 작은 직경을 가질 수 있다. 일 예에서, 링 형상 가스 분배기는 내부 표면(105)의 직경보다 대략 3 퍼센트 내지 대략 20 퍼센트 더 작은 직경을 가질 수 있다. 링 형상 가스 분배기(118)는 금속, 금속 합금, 또는 세라믹 재료로 제조될 수 있다. 일 실시예에서, 링 형상 가스 분배기(118)는 금속 오염을 방지하기 위해 챔버 바디(116)와 동일한 재료로 제조된다. 다른 실시예에서, 링 형상 가스 분배기(118)는 알루미늄 산화물로 제조될 수 있다. 다른 실시예에서, 링 형상 가스 분배기(118)는 알루미늄 질화물로 제조될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 링 형상 가스 분배기(118)는 알루미늄으로 제조될 수 있다.
[0023] 도 2는 링 형상 가스 분배기(118)의 개략도이다. 링 형상 가스 분배기(118)는 중공 링 형상 바디(250)를 포함하는 링 형상 가스 분배기이며, 중공 링 형상 바디(250)는 중공 링 형상 바디(250)의 대향 측들 상에 배치된 2개의 가스 입구 포트들(254a 및 254b) 및 링 형상 바디(250)의 제 1 표면 상에 배치된 복수의 가스 분배 포트들(253)을 갖는다. 일 예에서, 링 형상 바디(250)의 상부 절반은 도 1에 도시된 프로세스 챔버(100)의 내부 표면(105)의 시즈닝을 가능하게 하기 위해서 가스를 상방향으로 지향시키기 위한 가스 분배 포트들(253)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 복수의 가스 분배 포트들(253) 각각은 직경이 대략 0.5 밀리미터(mm) 내지 대략 3 mm인데, 이를테면 직경이 대략 1 mm이다.
[0024] 복수의 가스 분배 포트들(253)은 복수의 로우들(252a, 252b)(복수의 로우들 중 2개가 라벨링됨)로 배열될 수 있다. 로우(252a)는 제1 로우를 나타낼 수 있고, 로우(252b)는 제2 로우를 나타낼 수 있다. 복수의 로우들은 바디(250)의 원주 둘레에 동심원들로 균일하게 분포될 수 있다. 동심원들의 로우들의 분포를 도시하기 위해 로우들(252a 및 252b)의 포트들(253) 사이에 라인들이 포함되었다. 각각의 로우를 포함하는 포트들(253)은 또한, 바디(250)의 중심선과 방사상으로 정렬될 수 있다. 제1 로우(252a)의 복수의 가스 분배 포트들(253)은 퇴장 가스(exiting gas)를 제2 로우(252b)와 같은 인접한 로우들의 출구 각도(exit angle)와 상이한 각도로 지향시키도록 포지셔닝된다. 다시 말해, 복수의 가스 분배 포트들의 각각의 로우(252)는 퇴장 가스를 인접한 로우들과 상이한 각도로 지향시키도록 적응된다. 다른 예에서, 특정 로우의 가스 분배 포트들(253)은 트리플렛(triplet)들로 그룹화될 수 있으며, 트리플렛의 각각의 가스 분배 포트는 상이한 가스 출구 각도를 갖는다. 3개의 상이한 각도들은 로우(252a) 또는 로우(252b)와 같은 단일 로우의 가스 분배 포트들(253)의 각각의 트리플렛에 대해 반복될 수 있다. 인접한 로우들(252a, 252b) 사이의 또는 인접한 가스 분배 포트들(253) 사이의 출구 각도의 변동들은 가스 분배 디바이스(218)의 제1 표면의 직경에 의해 제어될 수 있다. 출구 각도들의 상대적 차이는 대략 15° 내지 대략 30°일 수 있다. 일 실시예에서, 복수의 가스 분배 포트들(253)의 각각의 가스 분배 포트(253) 사이의 간격은 대략 1 센티미터(cm) 내지 대략 3 cm, 이를테면, 대략 1 cm이다.
[0025] 도 2가 링 형상 가스 분배기(118)의 일 실시예를 예시하지만, 다른 실시예들이 또한 고려된다. 다른 실시예에서, 링 형상 가스 분배기(118)는 2개 초과의 또는 2개 미만의 가스 입구 포트들(254a, 254b)을 포함할 수 있다. 이러한 예에서, 가스 입구 포트들은 링 형상 가스 분배기(118)의 외측 원주 둘레에 균일한 인터벌들로 포지셔닝될 수 있다. 부가적으로, 가스 분배 포트들(253)이 불균일하게 분포되어 프로세스 챔버(100) 내의 가스 유동에 영향을 미칠 수 있는 것이 고려된다. 또한, 인접한 로우들(252a, 252b)은 또한 불균일하게 분포될 수 있다. 불균일한 분포는 프로세스 챔버(100)의 비대칭적 피처(feature)들 또는 프로세스 챔버(100) 내의 가스 유동 프로파일들의 차이들을 보상할 수 있다. 더욱이, 가스 분배기(118)가 링 형상 바디를 갖는 것으로 예시되지만, 프로세스 챔버 내의 가스 유동에 영향을 미치기 위해 타원형과 같은 다른 형상들이 활용될 수 있다는 것이 고려된다.
[0026] 도 3은 본원에서 설명되는 일 실시예에 따른 방법(360)의 흐름도를 예시한다. 본 개시내용의 실시예들의 이해를 가능하게 하기 위해, 도 3은 도 1과 함께 논의될 것이다. 방법(360)은 프로세스 챔버(100)의 내부 표면들(105) 상에 시즈닝 재료를 증착시키는 데 활용될 수 있다. 방법(360)은 동작(362)에서 시작된다. 동작(362)에서, 프로세싱 가스, 예컨대 제1 전구체는 가스 유입구들(128a 또는 128b) 중 하나 또는 둘 모두를 통해 프로세스 챔버(100) 내로 유입된다. 제1 전구체는 산소 전구체 또는 질소 전구체일 수 있다. 예시적 제1 전구체들은 물(H2O), 오존(O3), 산소(O2), 질소(N2), 및 암모니아(NH3)를 포함한다(그러나 이에 제한되지 않음). 동작(364)에서, 제1 전구체는 이온화된다. 이온화된 제1 전구체는 프로세스 챔버(100)의 내부 표면(105) 상에 단층(monolayer)을 형성한다.
[0027] 동작(366)에서, 제2 전구체는 링 형상 가스 분배기(118)를 통해 프로세스 챔버(100) 내로 유입된다. 유입된 링 형상 가스 분배기(118)는, 제2 전구체가 기판 지지부(106) 위에 배치된 가스 유입구들(128a, 128b)을 통해 단독으로 유입되는 경우에는 일반적으로 도달불가능하거나 또는 불충분하게 도달되는 챔버의 부분들에 걸쳐 전구체들을 지향시킨다. 제2 전구체 재료는 알루미늄-함유 전구체 또는 임의의 다른 금속-함유 전구체일 수 있다. 예시적 제2 전구체들은 트리메틸알루미늄(TMA) 또는 알루미늄 염화물(AlCl3)을 포함한다(그러나 이에 제한되지 않음). 동작(368)에서, 제2 전구체는 이온화된다.
[0028] 동작(370)에서, 이온화된 제2 전구체는 내부 표면(105) 상에 형성된 제1 전구체의 단층에 흡착(adsorb)되거나 또는 그 단층과 반응한다. 제2 단층의 흡수(absorption) 또는 반응은 프로세스 챔버(100)의 챔버 바디(116)의 내부 표면(105) 상에서의 시즈닝 재료의 형성을 유발한다. 시즈닝 재료는, 다음의 특징들, 즉, (1) 높은 파괴 전압, 이를테면 7 MV/cm 초과, (2) 플루오르(F) 라디칼들에 대해 내성인 것, (3) 최소 입자 오염 우려(minimal particle contamination concern), 또는 (4) 최소 금속 오염 우려(minimal metal contamination concern) 중 하나 또는 그 초과를 갖는 임의의 유전체 재료를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 시즈닝 재료는 알루미늄 산화물(Al2O3)이다. 다른 실시예에서, 시즈닝 재료는 알루미늄 질화물(AlN)이다. 시즈닝 재료는 아킹을 방지하는 두께, 예컨대 대략 0.1 미크론 내지 대략 10 미크론, 이를테면, 대략 1 미크론 내지 대략 3 미크론으로 증착될 수 있다. 일 예에서, 방법(360)은 ALD 프로세스일 수 있고, 시즈닝 재료는 증착 사이클 당 대략 5 옹스트롬 내지 대략 10 옹스트롬의 두께로 증착될 수 있다. 이러한 예에서, 동작들(362 내지 370)은, 바람직한 두께의 시즈닝 재료가 형성될 때까지 반복된다.
[0029] 일 예에서, 방법(360)은 PECVD 또는 PE-ALD 프로세스일 수 있다. PE-ALD 프로세스에서, 라디칼들은 HDP RF 소스에 의해 생성된다. PE-ALD는, 챔버 벽 또는 다른 챔버 컴포넌트들의 상대적 저온 한계 미만인(<100℃) 비교적 낮은 온도들에서 발생한다. 방법(360)은 예방적 유지보수 동안, 정정 유지보수 동안, 또는 다르게는 챔버 바디와 같은 모든 금속성 부분들이 실질적으로 챔버 아킹을 방지하도록 충분히 코팅되는 것을 확실히 하기 위해 필요에 따라 발생할 수 있다. 일 예에서, 방법(360)은 박막이 기판(190) 상에 형성되는 박막 형성 프로세스 이후에 발생할 수 있다.
[0030] 도 4a는 본원에서 설명되는 다른 실시예에 따른 프로세스 챔버(480)의 일 부분의 개략도이다. 프로세스 챔버(480)는 프로세스 챔버(100)와 실질적으로 유사하지만, 링 형상 가스 분배기(118) 대신에 링 형상 가스 분배기(418)를 포함한다. 가스 분배기(418)는 챔버 바디(116)에 커플링된다. 가스 분배기(418)는 챔버 바디(116)의 내부 표면(105)과 맞물리는 테이퍼링된 외부 측벽들을 포함한다. 일 예에서, 가스 분배기(418)의 외부 측벽의 직경은, 가스 분배기(418)의 하부 부분과 비교하여 가스 분배기(418)의 최상부 부분에서 더 크다. 가스 분배기(418)의 측벽의 테이퍼(taper)의 정도(degree)는 내부 표면(105)의 테이퍼와 동일하거나 유사하도록 선택될 수 있다. 이러한 예에서, 가스 분배기(418)는 웨지 피트(wedge fit)를 통해 제 포지션에 유지될 수 있으며, 그에 따라, 가스 분배기(418)의 신속한 유지보수 또는 교환을 가능하게 한다. 전구체 또는 프로세스 가스들은, 가스 분배기(418) 상에 배치된 적어도 하나의 가스 입구 포트와 상호작용하는 가스 공급 라인(138)을 통해 링 형상 가스 분배기(418)에 공급된다. 1개 초과의 가스 공급 라인(138)이 활용될 수 있다는 것이 고려된다.
[0031] 도 4b는 일 실시예에 따른 링 형상 가스 분배기(418)의 개략적 단면도이다. 링 형상 가스 분배기(418)는 링 형상 가스 분배 바디(450)를 갖는다. 링 형상 가스 분배 바디(450)는 제1 곡선형 표면(456) 및 제2 평평한 표면(458)을 포함한다. 복수의 가스 분배 포트들(453a, 453b, 및 453c)(3개가 도시됨)은 링 형상 가스 분배 바디(450)의 제1 곡선형 표면(456) 상에 배치되고, 프로세스 가스를 프로세스 챔버 내의 위치들로 지향시키도록 적응된다. 링 형상 가스 분배 바디(450)의 제1 곡선형 표면(456)은 챔버 바디(116)와 맞물리는 제2 평평한 표면(458) 반대편에 포지셔닝된다. 제2 평평한 표면(458)은 대략 5 mm 내지 대략 30 mm의 높이(459)를 갖는다. 일 예에서, 링 형상 가스 분배 바디(450)의 제1 곡선형 표면(456)은 도 4a에 도시된 챔버(480)의 내부 표면(105)의 시즈닝을 가능하게 하기 위해 가스를 내측 방향으로 지향시키기 위한 가스 분배 포트들(453a, 453b, 453c)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 복수의 가스 분배 포트들(453a, 453b, 453c) 각각은 직경이 대략 0.5 mm 내지 대략 3 mm인데, 이를테면 직경이 대략 1 mm이다.
[0032] 복수의 가스 분배 포트들(453a, 453b, 453c)은 복수의 로우들로 배열될 수 있다. 로우들은 예컨대, 제1 곡선형 표면(456)에 걸쳐 링 형상 가스 바디(450) 둘레에 균일하게 분포될 수 있다. 도 4b의 가스 분배 포트들(453a, 453b, 및 453c)은 제1 로우로 구성될 수 있다. 제1 가스 분배 포트(453a)는 제2 가스 분배 포트(453b)와 상이한 각도로 퇴장 가스를 지향시키도록 포지셔닝된다. 제3 가스 분배 포트(453c)는 또한, 제2 가스 분배 포트(453b)와 상이한 그리고 제1 포트(453a)와 상이한 각도로 퇴장 가스를 지향시키도록 포지셔닝될 수 있다. 게다가, 다른 예에서, 복수의 가스 분배 포트들(453a, 453b, 453c)의 각각의 로우는 퇴장 가스를 인접한 로우들과 상이한 각도로 지향시키도록 적응될 수 있다. 가스 분배 포트들(453a, 453b, 453c) 사이의 출구 각도의 변동들은 가스 분배기(418)의 제1 곡선형 표면(456)의 직경에 의해 제어될 수 있다. 인접한 가스 분배 포트들(453a, 453b, 453c) 사이의 출구 각도들의 상대적 차이는 대략 15° 내지 대략 30°일 수 있다. 일 실시예에서, 인접한 가스 분배 포트들(453a, 453b, 453c) 사이의 간격은 대략 1 cm 내지 대략 3 cm, 이를테면, 대략 1 cm일 수 있다.
[0033] 본 개시내용의 이익들은 챔버 아킹 및 아킹 관련 결함들의 감소뿐만 아니라, 아킹에 취약한 챔버의 부분들에서의 시즈닝 재료의 증착을 통한 챔버 수명 증가 및 유지보수 비용들의 감소를 포함한다.
[0034] 본원의 설명이 HDP-CVD 챔버를 참조하여 이루어졌지만, 본원의 개시내용들은 PECVD 프로세스 챔버들, 식각 프로세스 챔버들 및 PE-ALD 프로세스 챔버들과 같은 다른 반도체 장비 툴들에 또한 적용가능하다는 것이 이해되어야 한다.
[0035] 전술한 바가 본 개시내용의 실시예들에 관한 것이지만, 본 개시내용의 다른 그리고 추가적인 실시예들이, 본 개시내용의 기본적인 범위로부터 벗어나지 않으면서 고안될 수 있고, 본 개시내용의 범위는 다음의 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (15)

  1. 링 형상 가스 분배기로서,
    링 형상 바디 ― 상기 링 형상 바디는 상기 링 형상 바디의 제1 측 상에 배치된 적어도 하나의 가스 입구 포트를 가짐 ―; 및
    상기 링 형상 바디의 제1 표면 상에 배치된 복수의 가스 분배 포트들을 포함하고,
    상기 복수의 가스 분배 포트들은 복수의 균일하게 분포된 로우(row)들로 배열되고, 그리고 상기 복수의 균일하게 분포된 로우들 중 제1 로우의 복수의 가스 분배 포트들은, 상기 복수의 균일하게 분포된 로우들 중 제2 로우의 복수의 가스 분배 포트들의 출구 각도(exit angle)와 상이한 출구 각도로 가스를 지향시키도록 적응되는,
    링 형상 가스 분배기.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 링 형상 바디의 제1 표면은 곡선형이고, 그리고 상기 링 형상 바디의 제2 표면은 평평한,
    링 형상 가스 분배기.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 링 형상 바디는 알루미늄, 알루미늄 산화물, 및 알루미늄 질화물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료를 포함하는,
    링 형상 가스 분배기.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 가스 분배 포트들 각각은 대략 0.5 밀리미터 내지 대략 3 밀리미터의 직경을 갖는,
    링 형상 가스 분배기.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 균일하게 분포된 로우들은 대략 1 센티미터 내지 대략 3 센티미터만큼 이격되는,
    프로세스 챔버.
  6. 프로세스 챔버로서,
    챔버 바디;
    상기 챔버 바디 상에 배치된 돔 리드 어셈블리(dome lid assembly);
    상기 돔 리드 어셈블리 상에 장착된 가스 유입구;
    상기 챔버 바디 내에 포지셔닝된 기판 지지부;
    상기 돔 리드 어셈블리 상에 장착된 가스 유입구; 및
    상기 기판 지지부 아래에 포지셔닝된 링 형상 가스 분배기를 포함하고,
    상기 링 형상 가스 분배기는,
    링 형상 바디; 및
    상기 링 형상 바디의 제1 표면 상에 배치된 복수의 가스 분배 포트들을 포함하는,
    프로세스 챔버.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 링 형상 바디는 알루미늄을 포함하는,
    프로세스 챔버.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 링 형상 가스 분배기의 복수의 가스 분배 포트들 각각은 대략 0.5 밀리미터 내지 대략 3 밀리미터의 직경을 갖는,
    프로세스 챔버.
  9. 제6 항에 있어서,
    복수의 균일하게 분포된 로우들은 대략 1 센티미터 내지 대략 3 센티미터만큼 이격되는,
    프로세스 챔버.
  10. 제6 항에 있어서,
    적어도 하나의 가스 입구 포트를 더 포함하고,
    상기 가스 입구 포트는 상기 링 형상 바디의 제1 측 상에 배치되는,
    프로세스 챔버.
  11. 방법으로서,
    제1 전구체(precursor)를 제1 가스 유입구를 통해 프로세스 챔버 내로 유동시키는 단계;
    상기 제1 전구체를 이온화하는 단계;
    제2 전구체를, 상기 제2 전구체를 분배하도록 적응된 링 형상 바디를 통해 상기 프로세스 챔버 내로 유동시키는 단계 ― 상기 제2 전구체는 상기 제1 전구체와 상이함 ―;
    상기 제2 전구체를 이온화하는 단계; 및
    이온화된 제1 전구체 및 이온화된 제2 전구체로부터의 시즈닝 재료(seasoning material)를 상기 프로세스 챔버의 내부 표면 상에 증착하는 단계를 포함하는,
    방법.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 제1 전구체는 H2O, 오존, 산소, N2 또는 NH3를 포함하는,
    방법.
  13. 제11 항에 있어서,
    상기 제2 전구체는 금속-함유 전구체인,
    방법.
  14. 제11 항에 있어서,
    상기 제2 전구체는 트리메틸알루미늄 또는 AlCl3를 포함하는,
    방법.
  15. 제11 항에 있어서,
    상기 시즈닝 재료는 Al2O3 또는 AlN이고, 그리고 상기 시즈닝 재료는 대략 0.1 미크론 내지 대략 10 미크론의 두께로 증착되는,
    방법.
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