(57)【要約】  本発明は、大面積の成膜に適合した成膜チャンバをクリーニングするための方法を記述する。本発明による方法においては、リモートプラズマ源からの活性化ガスを、成膜チャンバ内へと、少なくとも２つの注入箇所を介して供給し、この際、供給を一様な態様で行い得るよう、活性化ガスのための複数の経路を、反応性種に関して互いに同等なものとする。ガス注入システムは、反応性ガスの供給源と；ガスを分散させるためのチューブと；真空引き可能なチャンバと；を具備している。チューブは、供給源に対して連通した少なくとも１つの入口と、チャンバに対して開口した少なくとも２つの出口と、を備え、これにより、少なくとも部分的に互いに独立な複数のチューブブランチを備え、各チューブブランチの長さと横断面積とは、互いに実質的に同等なものとされている。
2009512221.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１平方メートル以上の基板用に構成された真空成膜装置をクリーニングするための方法であって、
リモートプラズマ源からの活性化ガスを、前記真空成膜装置のチャンバ内へと、少なくとも２つの注入箇所を介して、供給し、
この際、前記供給を一様な態様で行い得るよう、前記活性化ガスのための複数の経路を、互いに同等なものとすることを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法において、
前記互いに同等な複数の経路を、材料という観点から、または、温度という観点から、または、長さという観点から、または、直径という観点から、または、パイプ構成という観点から、または、圧力降下という観点から、互いに同等なものとすることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１または２記載の方法において、
前記リモートプラズマ源が、複数の真空成膜装置の各チャンバに対して動作可能に接続され、これにより、並行して複数のクリーニング操作を行い得るものとされていることを特徴とする方法。
【請求項４】
１平方メートル以上の基板用に構成された真空成膜チャンバ内へにわたって活性化反応性ガスを分散させるためのガス注入システムであって、
反応性ガスの供給源と；
前記反応性ガスを活性化するためのリモートプラズマ源と；
前記ガスを分散させるためのチューブと；
を具備し、
前記チューブが、前記供給源に対して連通した少なくとも１つの入口と、前記チャンバに対して開口した少なくとも２つの出口と、を備え、これにより、少なくとも部分的に互いに独立な複数のチューブブランチを備え、
各チューブブランチの長さと、各チューブブランチの、ガス流れ方向に対して垂直な横断面積とが、前記入口とそれぞれ対応する前記出口との間にわたって、互いに実質的に同等なものとされていることを特徴とするガス注入システム。
【請求項５】
請求項４記載のガス注入システムにおいて、
各チューブブランチが、互いに異なる複数の直径を有した複数の配管からなるネットワークを構成するものとされ、
各チューブブランチが、ガス注入に関して互いに対称なものとされているとともに、互いに実質的に同じインピーダンスを有していることを特徴とするガス注入システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全体的には、半導体層の製造に関するものであり、より詳細には、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の製造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
そのようなＴＦＴを製造するための非常に一般的な方法は、プラズマによって励起された化学気相蒸着（ＰＥＣＶＤ）プロセスを使用することである。前駆体ガスを含有したシリコンが、プラズマによる補助のもとに、基板上に成膜される。そのような半導体は、様々な電子デバイス内において、とりわけ、例えば、ＬＣＤディスプレイ内において、あるいは、太陽電池内において、あるいは、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイ内において、使用することができる。例えば、液晶ディスプレイの製造に際しては、層厚さという観点からおよび層抵抗の一様性という観点から、成膜体の材料特性に関して高品質の規格が要求される。成膜プロセス時には、リアクタ壁上への望ましくないフィルム成膜を回避することはできない。なぜなら、基板上においてのみ成膜を行うことができないからである。よって、リアクタ壁上のフィルムが成長して、粒子という態様での不純物（『フレーキング』）が発生することとなる。これら粒子は、成膜時にこれら粒子が基板上へと落下した場合には、製造収率を大幅に低減させてしまう。したがって、リアクタ底部へと基板を配置する前に、リアクタをクリーニングすることが、通常的である。リアクタ壁上のフィルム層は、除去される。これにより、フィルム層が剥がれ落ちて基板上の半導体層を汚染してしまうことが、防止される。２つの周知のクリーニング技術は、エッチングプラズマをリアクタ内で生成させるインサイチュでのクリーニングと、リモートプラズマ源（ＲＰＳ）を使用したクリーニングと、である。特に、ＲＰＳクリーニングは、スループットサイクルの低減化に非常に効果的であることのために、ＰＥＣＶＤ産業の全体にわたって幅広く利用される。ＲＰＳクリーニングは、フッ素または他のハロゲンを含有したガスと一緒に、動作する。それらガスは、離隔して配置されたプラズマリアクタ内に導入されて分解される。第２ステップにおいては、それら腐食性の大きなラジカルが、流体連通部分を通してメインリアクタ内へと導入されて、リアクタ壁に付着した半導体フィルムをエッチングする。
【０００３】
本明細書においては、添付図面を参照することによって、従来技術における様々な問題点と、本発明による解決手段とを、詳細に説明する。
【０００４】
絶縁体層（二酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素）および半導体層（アモルファスシリコン、微結晶、ナノ結晶）の成膜前に、ＰＥＣＶＤチャンバをクリーニングすることは、製造における通常のプロセスステップである。半導体製造産業においては製造ラインにおけるコストの低減化が大いに要求されていることにより、この方向性に向けてのすべての努力が重要であることが、明らかとなってきている。従来技術においては、ＰＥＣＶＤチャンバの外部でフッ素ラジカルを生成するためにリモートプラズマ源を使用することが公知であり、さらに、そのようなフッ素ラジカルのフラックスをパイプを通してチャンバ内へと導入することが公知である。しかしながら、このような手法は、ガス分布の一様性という観点から、大面積ＰＥＣＶＤツールに対して完全には適合していない。ここで、『大面積』という用語は、１平方メートル以上といったような基板サイズとして理解されたい。
【０００５】
特許文献１〜４においては、大面積ツール（例えば、７３０×９２０ｍｍ２ 以上という寸法）に関連した一様性という課題に関しては、一切の注意が払われていない。従来技術においては、図１に示すように、（反応性の）ガス１が、注入箇所３を通してさらにガス導入マニホールド（あるいは、シャワーヘッド）４を通して、成膜チャンバ２の内部へと導入される。このような構成においては、成膜されるチャンバの端部Ａへと流れるガス部分は、チャンバの中央部Ｂへと直接的に流れるガス部分よりも、より長い距離を移動する。
【０００６】
以下の点に注意しなければならない。
１．成膜が平行プレートとチャンバ壁との間において起こることにより、ガス導入マニホールド（あるいは、シャワーヘッド）４内にわたって反応性種（反応性ガス）１が流れても、成膜が起こらないこと。
２．反応性ガスの流通時には反応性種の再結合が起こることが、公知である。他のパラメータ（温度、圧力、材料、その他）はさておき、再結合は、主に、距離に依存する（非特許文献１）。再結合した種は、シリコンをベースとした材料に対して、かなり小さな反応性しか有していない。
【０００７】
上述の事柄は、チャンバの端部Ａにまで流れる反応性種１が、より長い距離を移動していることのために（すなわち、再結合した種をより多く含有していることのために）、反応性が小さなものとなっていることを意味している。上記の事柄をクリーニング速度という観点から解釈するならば、チャンバの端部においては、成膜された材料の除去速度は、チャンバの中央領域における材料の除去速度と比較して、より小さなものである。これら２つの事実により、成膜されたチャンバの全体にわたって、エッチング速度は、一様ではない。よって、全体的なクリーニング速度が低減し、システムのスループットが低減する。フラットパネルディスプレイに係わる半導体産業は、より大きなチャンバを指向している。よって、クリーニング速度における上記相違（端部と中央領域との間におけるクリーニング速度の相違）は、より重大となる。
【０００８】
チャンバ内におけるフッ素分布の非一様性を克服するために、特許文献５は、成膜チャンバ内にＲＦパワーを追加的に印加することを提案している。この手法においては、再結合したラジカルの再活性化が引き起こされ、例えばＨｅといったようなキャリアガスの導入により、より一様な分布がは達成される。しかしながら、インサイチュでのＲＦクリーニングの主要な欠点が、再び現れる。すなわち、イオン衝撃によるハードウェア損傷、および、成膜チャンバのキット構成部材上へのフッ化アルミニウムＡｌｘＦｙ層の形成、といったような欠点が、再び現れる。
【特許文献１】米国特許第４，８２０，３７７号明細書
【特許文献２】米国特許第５，７８８，７７８号明細書
【特許文献３】米国特許第６，２７４，０５８号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２００４／０２００４９９号明細書
【特許文献５】米国特許第６，８２８，２４１号明細書
【非特許文献１】K.Iskenderova 氏による Thesis at Drexel University, "Cleaning Process in High Density Plasma Chemical Vapor Deposition Reactor", October 2003
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、大面積成膜に適合した成膜チャンバをクリーニングするための方法に関するものである。本発明においては、複数の注入箇所（少なくとも２つの注入箇所）を介することにより、一様な態様でもって、リモートプラズマ源から、チャンバ内の成膜された領域へと、活性化されたガスを輸送する。
【００１０】
本発明は、（活性化された）反応性ガスを分散させるためのガス注入システムとして、最良に記述され、ガス注入システムは、反応性ガスの供給源と；ガスを分散させるためのチューブと；真空引き可能なチャンバと；を具備している。ガスは、チューブを介して供給される。チューブは、供給源に対して連通した少なくとも１つの入口と、チャンバに対して開口した少なくとも２つの出口と、を備え、これにより、少なくとも部分的に互いに独立な複数のチューブブランチを備え、各チューブブランチの長さと、各チューブブランチの、ガス流れ方向に対して垂直な横断面積とは、入口とそれぞれ対応する出口との間にわたって、互いに実質的に同等なものとされている。
【００１１】
各チューブブランチは、互いに異なる複数の直径を有した複数の配管からなるネットワークを構成することができる。しかしながら、最終的には、ネットワークの全体は、ガス注入に関して対称的なものとされる必要がある。言い換えれば、ＲＰＳの出口から真空チャンバの各入口へと流れるガスは、互いに異なる直径を有した一連をなす複数の『パイプ』（円形、矩形、その他）に『遭遇する』ことができる。当然のことながら、これら横断面は、同じインピーダンスを有し得るよう、各ブランチどうしの間にわたって互いに実質的に同じである必要がある。
【００１２】
エッチングガスおよび／またはキャリアガスの混合物は、リモートプラズマ源内へと導入され、そこで、ガスの活性化が引き起こされる。リモートプラズマ源の出口のところにおいては、活性化されたラジカルが、（好ましくは陽極処理されたアルミニウム製の）チューブからなるシステムを通して、成膜チャンバへと流れる。大気雰囲気においてあるいは真空雰囲気において、活性化された種は、互いに同等な少なくとも２つの経路へと分割される。反応性ガスの各部分は、プロセスチャンバに適合した導入ポートを介して、チャンバ内へと流れる。導入ポートの空間的配置は、成膜チャンバの寸法に応じて、および、様々な経路の量に応じて、決定される。すべての場合において、反応性ガスの各部分は、材料・温度・長さ・直径・パイプ構成・圧力降下という観点から互いに同等な複数の経路を介して、成膜領域に対して到達する必要がある。
【００１３】
フッ素をベースとしたガスを例にとって説明するならば、リモートプラズマ源の出口のところにおける反応性ガスは、非常に大量の原子状フッ素Ｆと、不活性ガスからなる副生成物と、微量の分子状フッ素Ｆ２ と、を含有している。反応性種（この場合には、原子状フッ素）は、一般に、次式に従う三体反応（a third-body reaction）によって再結合する。
Ｆ＋Ｆ＋Ｍ  →  Ｆ２＋Ｍ
【００１４】
一般に、原子状フッ素Ｆが、分子状フッ素Ｆ２ と比較して、および／または、マイナーな化学的再結合に起因する他の可能な副生成物と比較して、より激しくシリコンベースの材料をエッチングすることは、公知である。言い換えると、クリーニング速度は、原子状フッ素の濃度［Ｆ］に、より多く関連する。先のセクションにおいては、本発明者らは、従来技術では、図２に示すように、チャンバの成膜領域の内部における［Ｆ］および［Ｆ２ ］が位置に依存することを議論した。チャンバの端部Ａにおける［Ｆ］が中央領域Ｂにおける［Ｆ］よりも小さいことを、（および、チャンバの端部Ａにおける［Ｆ２ ］が中央領域Ｂにおける［Ｆ２ ］よりも大きいことを、）容易に導くことができる。これにより、局所的なクリーニング速度に差が生じ、合計クリーニング時間に影響を及ぼす。
【００１５】
本発明は、チャンバの成膜領域の端部領域と中央領域との間での比率［Ｆ］／［Ｆ２ ］の違いを低減させることにより、チャンバの成膜領域の全体にわたって、クリーニングの一様性を改良する。一様に加熱されたチャンバにおいては、エッチングの一様性は、チャンバの成膜領域にわたっての［Ｆ］濃度の一様性として定義することができる。本発明の様々な例示として、４つの可能な実施形態が図示されている（図３および図４）。すべての場合において、成膜領域内における［Ｆ］濃度の分布は、従来技術よりも、より一様である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図３ａは、二点注入を示している。リモートプラズマ源で生成された反応性種／反応性ガス１は、互いに同等な（あるいは、互いに等価な）２つの経路６ａ，６ｂへと分割され、その後、注入箇所５を通して、既に成膜が起こったプロセスチャンバ２内へと注入される。図３ｂは、四点注入構成を示している。この構成においては、さらに一様な反応ガス分布が起こる。多数箇所注入（図４）においては、反応性ガス１は、互いに同等な複数の経路７（選択）を通して流れ、その後、注入箇所８（選択）を介して、プロセスチャンバ２内に注入される（あるいは、導入される）。適切な構成の選択、および、注入箇所の数の選択は、チャンバ構成に依存するものでありまた配管内のガス圧力に依存するものであって、一般に、注入ガスの一様性と反応性種の再結合速度との間の妥協とされるべきである。
【００１７】
図５に示す他の可能な実施形態においては、注入は、いわゆるガススパイダ（スパイダ状経路）を介して行われている。エッチングガスは、互いに同等な複数の経路を通って、成膜領域へと到達する。この場合、反応性ガスは、互いに同等な複数の経路を通って流れる。そのため、すべての成膜領域にわたって、［Ｆ］濃度が同じとなることが、理解されるであろう。ＫＡＩ３０００ＰＥＣＶＤシステムで行われた実験により、６％未満というレベルのエッチング一様性が達成されることが示された（図６）。これにより、成膜されたチャンバに関して、より高速のクリーニング速度を得ることができる。チャンバ内においてすべての成膜材料を除去するのに要した時間を比較すると、より一様な分布（スパイダ状経路を介した注入）の場合の方が、合計クリーニング時間が短い（図７）。さらに、合計クリーニング時間が短いことにより、ガス消費量が少なくて済み、産業的応用において重要な特徴点を提供する。最後に、本発明者らは、一点注入（従来技術）が最悪の結果を与えるものと、推定する。
【００１８】
『本発明の他の利点』
リアクタの形状に関しては、様々な可能な構成を適用することができる。これらすべての構成に関し、主要なアイデアは、互いに同等な２つ以上の経路を通して反応性ガスを成膜領域へと到達させることである。経路の数および分布は、ＰＥＣＶＤチャンバ内における成膜領域の幾何形状や成膜物の性質や成膜領域のプロファイルに応じて、変更することができる。
【００１９】
さらに、本発明の他の利点は、１つのリモートプラズマ源から複数の成膜チャンバへと供給し得るように、構成し得ることである。実際、互いに同等な複数のラジカル経路が設けられたならば、複数のチャンバ内において一様なクリーニングを達成することができる。各チャンバ内へのクリーニングガスの注入に際しては、上記のこと（すなわち、互いに同等な複数のラジカル経路を設けること）が考慮されなければならない。
【００２０】
最後に、ＰＥＣＶＤ成膜チャンバに対して本発明を適用するに際しては、既存のハードウェアをわずかに修正する必要がある。ガス分布の計算に基づく配管の調整が、必要とされる。既存のシステムが既にスパイダ状のガス分配部材を備えている場合には、メインガスパイプ（成膜ガスのためのガスパイプ）に対してクリーニングガスを接続するだけで良い。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】従来技術を示す図であって、ＰＥＣＶＤチャンバの内部への反応性ガスの一点注入を概略的に示している。
【図２】従来技術を示す図であって、ＰＥＣＶＤチャンバの内部への反応性ガスの一点注入を概略的に示しており、［Ｆ］および［Ｆ２ ］のプロファイル（分布状況）が、チャンバ長手方向位置Ｌの関数として示されている。
【図３ａ】本発明の一実施形態による二点注入を概略的に示す平面図である。
【図３ｂ】本発明の他の実施形態による四点注入を概略的に示す平面図である。
【図３ｃ】本発明の一実施形態によるＰＥＣＶＤチャンバの内部への反応性ガスの二点注入を概略的に示す図であり、［Ｆ］および［Ｆ２ ］のプロファイル（分布状況）が、一つの軸線に沿ってチャンバ長手方向位置Ｌの関数として示されている。
【図４】本発明のさらに他の実施形態によるＰＥＣＶＤチャンバの外部の一群をなす多数の注入箇所を介しての反応性ガス分布を概略的に示す図であり、［Ｆ］および［Ｆ２ ］のプロファイル（分布状況）が、チャンバ長手方向位置の関数として示されている。
【図５】本発明のなおもさらに他の実施形態によるＰＥＣＶＤチャンバ内への（成膜ガスと共通の経路をなす）スパイダ状経路を通しての反応性ガスの導入を概略的に示す図であり、［Ｆ］および［Ｆ２ ］のプロファイル（分布状況）が、チャンバ長手方向位置の関数として示されている。
【図６】スパイダ状経路を通しての導入を使用した場合に、エッチングされた材料の量を、成膜領域の長手方向位置の関数として示す図であり、エッチングの一様性は、２ｍ×２ｍという領域上において、５．５％である。
【図７】ＰＥＣＶＤチャンバからすべての成膜物を除去するのに要した合計時間を示す図であり、（スパイダ状経路を通しての）より一様な注入によって、合計クリーニング時間が低減されている。
【符号の説明】
【００２２】
１    反応性ガス
２    プロセスチャンバ
５    注入箇所
６ａ  経路
６ｂ  経路
７    互いに同等な複数の経路
８    注入箇所
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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