(57)【要約】  本発明は、一般に、半導体処理用の堆積装置に関する。より具体的には、本発明の実施形態は、縮小反応ゾーン容積を有する堆積装置に関する。幾つかの実施形態では、堆積装置は、上昇反応ゾーンを有するプロセスチャンバを備える。本発明の他の実施形態は、垂直バッフルリングを有するプロセスチャンバを備えた堆積装置を提供する。本発明の実施形態は、均一なガス流パターン及びより高速なガス交換を促進する縮小反応ゾーンを提供する。【選択図】図１
2009503876.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロセスチャンバ内で基板を処理するための装置であって、
基板を保持するためのウェーハ支持体と、
ロボット移送デバイスによって前記プロセスチャンバの壁の開口を通って前記ウェーハ支持体上に前記基板を搬送するウェーハ移送領域と、
前記基板上に位置するガス分配組立体と、
前記装置内に形成されて前記ウェーハ支持体を囲み、複数のアパーチャが形成されたバッフルリングと、
を備え、
前記バッフルリングが排出領域から反応ゾーンを隔離するように構成され、
前記ウェーハ支持体は、前記ウェーハ移送領域及び前記プロセスチャンバの壁の開口の水平位置よりも上に前記基板を上昇させるように前記ガス分配組立体に向かって垂直方向に移動可能であり、前記ウェーハ支持体は、前記バッフルリングと協働して縮小容積を有する前記反応ゾーンを定める、
ことを特徴とする装置。
【請求項２】
前記バッフルリングが、上側バッフルリング及び下側バッフルリングから構成され、前記複数のアパーチャは該上側バッフルリング内に形成される、
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記バッフルリングの形状は、円筒、円錐、多角形、又はこれらの組み合わせを含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記アパーチャの形状は、スリット、スロット、矩形、円、三角形、台形、又はこれらの組み合わせを含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記上側バッフルリング及び下側バッフルリングは同じ材料で作られる、
ことを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項６】
前記上側バッフルリング及び下側バッフルリングは異なる材料で作られる、
ことを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項７】
前記バッフルリング組立体は単一の要素を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記反応ゾーンからガスを排出するために前記バッフルリング内の前記アパーチャと連通するガス排出プレナムを更に備える、
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記ガス排出プレナムは、前記バッフルリングの実質的に周囲を囲み、前記反応ゾーンから実質的に３６０度にわたってガスを排出するように構成されている、
ことを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
壁の開口と内外にウェーハが移送されるウェーハ移送領域とを含む、ウェーハを処理するための堆積装置であって、
該装置が、処理中にガス分配組立体と、ウェーハ支持体と、前記ウェーハ支持体を囲むバッフルリングとによって反応ゾーンが形成されるように構成されており、前記反応ゾーンは前記開口及び前記ウェーハ移送領域から隔離される、
ことを特徴とする堆積装置。
【請求項１１】
環状排出空間を形成するように前記バッフルリングの実質的に周囲を囲むガス排出プレナムを更に備え、前記ガス排出プレナムは、前記反応ゾーンから実質的に３６０度にわたってガスを排出するように構成されている、
ことを特徴とする請求項１０に記載の堆積装置。
【請求項１２】
ウェーハを処理するためのＡＬＤ堆積装置であって、
ウェーハ支持体を収容するプロセスチャンバと、
前記ウェーハにガスを搬送するための注入器と、
前記ウェーハ支持体を囲み、前記ウェーハが前記プロセスチャンバの内外に移動される領域から隔離されるように、前記ウェーハが処理される反応ゾーンを前記ウェーハ支持体及び前記注入器と共に定めるバッフルリングと、
前記バッフルリングを囲み、前記バッフルリングに形成されたアパーチャと流体連通したガス排出プレナムと、
を備え、
前記ガス排出プレナムが、前記反応ゾーンから実質的に３６０度にわたってガスを排出するように構成されている、
ことを特徴とするＡＬＤ堆積装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本発明は、２００５年７月２９日に出願された米国仮特許出願第６０／７０３，７１１号、２００５年７月２９日に出願された第６０／７０３，７１７号、及び２００５年７月２９日に出願された第６０／７０３，７２３号の利益及びこれらに対する優先権を主張し、これらの全ての開示事項全体は引用により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、一般に、半導体処理用の堆積装置に関する。より具体的には、本発明は、半導体基板上に薄膜を形成する種々のプロセス法を実施するのに有用な反応ゾーン又は容積の小さい堆積装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
半導体デバイスの製造には、半導体ウェーハを作動デバイスの総体に変換するために多くの段階を必要とする。処理段階の多くは、一度に１つの基板上で実施されるように適合された方法を含む。これらは単一ウェーハ処理として知られている。これらの方法を実施するのに用いられるプロセスチャンバは、単一ウェーハチャンバとして公知であり、複数の基板を同時に処理することができるバッチプロセスチャンバとは区別されるべきである。単一のウェーハプロセスチャンバは、クラスタツールに共にグループ化されることが多く、これにより幾つかの基板上で同じプロセス法を並行して同時に実施するか、又は同じクラスタツール内で幾つかのプロセス法を順次実施することのいずれかの可能性が許容される。
【０００４】
幾つかのプロセス法は、単一ウェーハプロセスチャンバ内で実施されるのに特に好適である。これらのプロセス法の実施例は、限定ではないが、化学蒸着法（ＣＶＤ）、原子層堆積法（ＡＬＤ）、物理蒸着法（ＰＶＤ）、Ｅｐｉ法、エッチング法、灰化法、急速加熱処理（ＲＴＰ）、スパイクアニール等の短時間熱プロセス、及び同様のものを含む。これらの方法は、多くの場合、処理、特に熱処理を容易にするためのエネルギー源を含む。これらのエネルギー源の実施例は、熱、プラズマ、光子、及び同様のものを含む。これらの様々な種類のプロセスチャンバの詳細な構成は、プロセス方法の要件及び処理段階の望ましい結果によって決定されることになる。
【０００５】
ドル／ウェーハ単位の維持費（ＣＯＯ）は、半導体処理装置を選択する上での主な検討事項である。ＣＯＯの計算は極めて複雑である。入力変数の１つは、装置の稼動時間である。稼動時間は、システム信頼性、手動洗浄間の時間、手動洗浄時間、再適格時間、及び同様のもの等の要因に依存する。上述のプロセス法の大部分は、高温及び低圧で実施され、種々の方法段階の間に幾つかのガス状化学種の交換を必要とする。従って、プロセスチャンバ容積、プロセスチャンバ材料、エネルギー源の統合、ガス導入手段、排出手段、及び同様のもの等の詳細は、そのプロセス法の成功を決定付ける上で重要である。
【０００６】
原子層堆積法（ＡＬＤ）により薄膜を堆積させるためのプロセスチャンバ設計を例として用いる。一般に基板又はウェーハは、基板支持体状に支持され、１００℃から６００℃の範囲の温度まで加熱される。シャワーヘッド注入器のようなガス分配装置が基板の上に配置される。シャワーヘッド注入器は、ウェーハ表面全体にわたってガスを分配するための複数の孔を含む。場合によっては、水平プレート又はリングが基板支持体の周りに配置され、反応容積の底部を大まかに定める。このような従来技術のシステムでは、この反応容積は比較的大きい。プレートは、通常は基板平面の下にあるプロセスチャンバの下側部分に見られる単一の排出ポートを通じて、プロセスチャンバからガスを排出可能にする複数の孔を含むことができる。更に当該技術分野では、プレートをウェーハ移送平面の下に位置付けることが一般的である。この構成の１つの主な欠点は、ウェーハが移送されるスロット弁及びウェーハ移送領域も反応ゾーンに暴露される点である。これにより、スロット弁領域内に材料、粒子、及び汚染物質の堆積が生じる。同様にこれにより、プラズマエネルギー源を用いるプロセス法では、プラズマ場の非対称性が生じる。更にこのウェーハ移送領域は、処理中に温度の不均一性を引き起こす。この領域は、黒体のキャビティ作用を有する傾向があり、この領域に隣接するヒータ区域は低温区域を生じ、従って、ウェーハの一様でない加熱及び処理を引き起こす。
【０００７】
従って、公知のプロセスチャンバ設計には、幾つかの欠点がある。反応容積は、基板支持体の直径で定義される円筒容積に対して大き過ぎる傾向がある。かかるプロセスチャンバの壁は、追加のポート、基板移送開口、及び同様のものなどの要件に起因して対称ではないことが多い。熱、プラズマ、及び光子発生源等のエネルギー源からのパワーは、プロセスチャンバの壁に到達し、基板の直ぐ上にある区域の外側でのプロセス法の動作を容易にする。このことは、長い排気時間、過度の化学物質の使用、長いパージ時間、ＡＬＤプロセス法における長いサイクル時間、非対称なガス流、粒子の発生、プラズマプロセス法における非対称なプラズマ密度、プロセスチャンバの壁上の材料堆積、プロセスチャンバの洗浄間の時間短縮、及び同様のもののうちの１つ又はそれ以上を含む望ましくない作用をもたらす。
【０００８】
反応ゾーン容積、基板支持体、シャワーヘッド、プレート、及び同様のもの等のプロセス装置及び構成要素の詳細及び具体的な構成は、ウェーハの加熱、プロセスチャンバの排気、種々のガスの導入及び排出、及び同様のことを行うのに必要な時間に直接的な作用をもたらすことになる。その結果、これらの態様の全ては、半導体処理装置全体のスループット及び生産性に影響を及ぼすことになる。
【０００９】
公知の堆積装置設計の多くの制限を考慮すると、半導体処理に好適な堆積装置及び構成要素の設計における更なる発展に対する要求がある。
【００１０】
【特許文献１】米国特許第６，９２１，４３７号公報
【特許文献２】米国特許出願番号第１１／＿＿＿号（代理人整理番号１８６４３９／ＵＳ／２／ＭＳＳであり、米国仮特許出願第６０／７０３，７１１号に対する優先権を主張する）
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、一般に、半導体処理用の堆積装置に関する。より具体的には、本発明の実施形態は、縮小反応ゾーン容積を有する堆積装置に関する。幾つかの実施形態では、堆積装置は、上昇反応ゾーンを有するプロセスチャンバを備える。本発明の他の実施形態は、垂直バッフルリングを有するプロセスチャンバを備えた堆積装置を提供する。本発明の実施形態は、均一なガス流パターン及びより高速なガス交換を促進する縮小反応ゾーン又は容積を提供する。本発明の実施形態は、チャンバ汚染を最小にし、チャンバ洗浄をより容易にすることができる。本発明の実施形態は、処理中にウェーハに対してより均一な温度分布を促進する。
【００１２】
幾つかの実施形態では、基板を処理するための堆積装置が提供され、該装置は、基板を保持するためのウェーハ支持体を有するプロセスチャンバと、ロボット移送デバイスによってプロセスチャンバの壁の開口を通ってウェーハ支持体上に基板を搬送するウェーハ移送領域と、基板上に位置するガス分配組立体と、反応容積を排出容積から隔離するプロセスチャンバ内のバッフルリングとを備え、ウェーハ支持体がウェーハ移送領域及びプロセスチャンバの壁の開口の水平位置よりも上に基板を上昇させるようにガス分配組立体に向かって垂直方向に移動可能であり、且つバッフルリングと協働して縮小容積を有する反応ゾーンを定める。
【００１３】
別の態様では、本発明の実施形態は、半導体プロセスチャンバ内で反応容積を定めるのに用いられる垂直バッフルリング組立体と、バッフルリングの壁を貫通する複数のアパーチャとを含む装置を提供する。
【００１４】
幾つかの実施形態では、壁の開口と内外にウェーハが移送されるウェーハ移送領域とを含む、ウェーハを処理するための堆積装置が提供され、該堆積装置は、処理中にガス分配組立体、ウェーハ支持体、及び該ウェーハ支持体を囲むバッフルリングによって反応ゾーンが形成されるように構成されており、該反応ゾーンは開口及びウェーハ移送領域から隔離されることを特徴とする。
【００１５】
他の実施形態では、環状排出空間を形成するようにバッフルリングの実質的に周囲を囲むガス排出プレナムを備えた堆積装置が提供され、該ガス排出プレナムは、反応ゾーンから実質的に３６０度にわたってガスを排出するように構成される。
【００１６】
別の実施形態では、ウェーハを処理するためのＡＬＤ堆積装置が、ウェーハ支持体を収容するプロセスチャンバと、ウェーハにガスを搬送するための注入器と、ウェーハ支持体を囲み、ウェーハがプロセスチャンバの内外に移動される領域から隔離されるように、ウェーハが処理される反応ゾーンをウェーハ支持体及び注入器と共に定めるバッフルリングと、バッフルリングを囲み、該バッフルリングに形成されたアパーチャと流体連通したガス排出プレナムと、を備え、該ガス排出プレナムは、反応ゾーンから実質的に３６０度にわたってガスを排出するように構成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明のこれら及び他の種々の特徴並びに利点は、添付図面を参照しながら以下で詳述される説明及び以下で提供される添付の請求項を読めば理解されるであろう。
【００１８】
本発明は、一般に、半導体処理用の堆積装置に関する。より具体的には、本発明の実施形態は、縮小反応ゾーン容積を有する堆積装置に関する。幾つかの実施形態では、堆積装置は、上昇反応ゾーンを有するプロセスチャンバを備える。本発明の他の実施形態は、垂直バッフルリングを有するプロセスチャンバを備えた堆積装置を提供する。本発明の実施形態は、均一なガス流パターン及びより高速なガス交換を促進する縮小反応ゾーン又は容積を提供する。本発明の実施形態は、チャンバ汚染を最小にし、チャンバ洗浄をより容易にすることができる。本発明の実施形態は、処理中にウェーハに対してより均一な温度分布を促進する。
【００１９】
図１及び２は、本発明の堆積装置の一実施形態の簡略断面図を示している。図３及び４は、本発明の堆積装置の実施形態の、それぞれ部分３次元断面図、及び３次元分解図を示している。本発明の実施形態は、化学蒸着法（ＣＶＤ）、原子層堆積法（ＡＬＤ）、物理蒸着法（ＰＶＤ）、Ｅｐｉ法、エッチング法、灰化法、急速加熱処理（ＲＴＰ）、スパイクアニール等の短時間熱プロセス法といった広範な半導体プロセス法を実施するために適用することができる点は当業者には理解されるであろう。
【００２０】
図１から４を参照すると、一般に、堆積装置１００は、容積を囲み且つチャンバにガスを搬送するためのガス分配デバイス１０２を含むプロセスチャンバ本体又はハウジング１０１と、処理するためにウェーハ又は基板１０４を支持するように適合されたウェーハ支持体１０３と、ウェーハ支持体１０３を囲むバッフルリング２００とを含み、これらは共に反応ゾーン又は容積２０８を形成する。
【００２１】
通常、ロボット移送デバイス（図示せず）は、プロセスチャンバ１０１の壁を貫通するスロット弁１１２を通ってウェーハ移送領域１１０にウェーハを移動させる。ウェーハは、ウェーハ支持体１０３上、又はウェーハ支持体１０３を貫通して突出するピン１０８上に配置される。堆積装置１００は、排出ポート２２０を介して真空ポンプにより排出が行われる。
【００２２】
ガスは、ガス分配組立体１０２を通じて堆積装置１００に導入される。ガス分配組立体１０２は、いずれか好適なガス送給デバイスから構成することができ、例えば単一の注入口、１つ又はそれ以上の注入器、シャワーヘッド注入器、ガスリング、又は同様のものから構成することができる。ガス分配組立体１０２は、実施される特定のプロセス法の要件に応じて給電することができる。例示的な実施形態では、ガス分配組立体１０２は、シャワーヘッド型注入器から構成され、注入器のガス送給表面全体にわたって離隔された複数の注入器ポート又はオリフィス１０６を含む。別の実施形態では、ガス分配組立体１０２は、本明細書に引用によりその全体が組み込まれる米国特許第６，９２１，４３７号に記載された注入器から構成され、該注入器により、独立したガス分配網を介して反応ゾーン２０８に２つのガスの送給が可能になる。
【００２３】
通常ガスは、１つ又はそれ以上のガス送給ライン（図示せず）によってガス分配組立体１０２に搬送される。一実施形態では、ガス送給ラインは、本明細書にその開示内容全体が引用により組み込まれる米国特許出願番号第１１／＿＿＿号（代理人整理番号１８６４３９／ＵＳ／２／ＭＳＳであり、米国仮特許出願第６０／７０３，７１１号に対する優先権を主張する）で詳細に説明されている、ガスを高速に送給及び動作させるためのガスマニフォールド弁クラスタを含む。
【００２４】
ウェーハ支持体１０３は、処理中にウェーハ１０４を支持するように構成される。一般的に、ウェーハ支持体１０３は、ウェーハ１０４を受けて固定するポケットが形成された頂面を含む。リフトピンガイド１０９（図４）は、リフトピン１０８を受けるためにウェーハ支持体内に形成することができる。リフトピン１０８は通常、ウェーハ移送ロボット（図示せず）からウェーハを受けるためにウェーハ支持体の表面上に延伸され、次いで、処理するためにウェーハ支持体１０３の表面内に形成されたポケット内にウェーハが載置されるように後退される。リフトピン１０８は、独立して動くように構成することができる。或いは、リフトピン１０８は固定とすることができ、ウェーハ支持体１０３の垂直移動によって延伸及び後退される。
【００２５】
ウェーハ支持体１０３は、支持体の本体内に形成されたヒータ要素及び／又は冷却通路（図示せず）を介して加熱及び／又は冷却することができる。幾つかの実施形態では、ウェーハ支持体１０３は、ステージヒータから構成することができる。他の実施形態では、ウェーハ支持体は、静電チャックから構成することができ、実施される特定のプロセス法の要件に応じて接地又は給電することができる。プラズマ源、放射熱ランプ、ＵＶ源、及び同様のもの等の他のエネルギー源を設けることができ、かかる他のエネルギー源は、堆積装置１００内の好適な場所に配置することができる。
【００２６】
特定の利点に関して、ウェーハ支持体１０３は、ｚ軸を移動するように適合されたシャフト組立体によって支持される。またシャフト組立体は、必要に応じて基板支持体１０３に回転を加えることができる。例示的な実施形態では、シャフト組立体は一般に、ウェーハ支持体１０３に結合されたシャフト１０５から構成され、シールされた可撓性ベロー１０７及び垂直動作カプラ１０９によって作動される。シャフト組立体の１つの特定の実施形態を図示しているが、ｚ軸移動を可能にする多くの他のタイプの組立体を本発明の範囲内で用いることができる。
【００２７】
シャフトのｚ軸移動は、ウェーハ支持体１０３を昇降させる。図１は、シャフト１０５及びウェーハ支持体１０３が下方又は下降位置にある時の堆積装置１００を示している。図２は、シャフト１０５及びウェーハ支持体１０３が上方又は上昇位置にある時の堆積装置１００を示している。例示的な実施形態では、可撓性ベロー１０７は、プロセスチャンバ１０１の底部と垂直動作カプラ１０９との間を結合する。この配置により、反応ゾーン容積２０８が変化して、プロセスチャンバ内のウェーハ支持体１０３の高さ位置を変えるが、それでも外側大気とプロセスチャンバ内部との間の隔離シールが維持されたままである。本発明の実施形態によれば、堆積装置１００は、ウェーハ支持体１０３及びシャフト１０５が上昇位置にある時に処理するように構成される。図２に示すような上昇位置にある時には、基板支持体１０３は、バッフルリング２００及びガス分配組立体１０２と協働して縮小容積を有する反応ゾーン２０８を定める。明らかに、ウェーハ移送区域１１０及びスロット弁１１２は縮小反応ゾーン２０８内には存在しない。ウェーハ移送区域１１０及びスロット弁１１２はウェーハ支持体１０３の下にあり、従って、処理中にウェーハ１０４に影響を及ぼさない。
【００２８】
処理中、反応ゾーン２０８の容積のこの実質的な縮小によって、ＡＬＤパルス処理段階の間に遙かに少ない容積が排出されるはずであるので、より高速な処理時間が促進される。更に、この縮小反応ゾーンは、より均一なガス分布を促進する。更に、移送区域１１０、スロット弁１１２、及びその関連のスロット弁シールド１１４は、ウェーハ支持体１０３の下にあるので、ウェーハ１０４は、黒体作用の影響を受けず、従来技術システムにおいて一般的な問題であった加熱及び温度の均一性が乱されることもない。
【００２９】
特定の利点として、本発明の堆積装置の実施形態は、バッフルリング２００を用いる。排出ポート２２０は通常、プロセスチャンバ１０１の底部の単一の場所にあるので、反応ゾーン２０８内で非対称のガス流が発生する可能性がある。かかる非対称ガス流は、処理中にウェーハ表面上の膜の加熱及び堆積において不均一性を招く可能性がある。本発明の実施形態は、この問題に対処する。図１から４に示すように、バッフルリング２００は、一般に、ウェーハ支持体１０３を囲み、例示的な実施形態では上側部分２０４及び下側部分２０６から構成される。複数のバッフル孔又はオリフィス２０２がバッフルリング２００の上側部分２０４に形成される。バッフル孔２０２は、未反応又は副生成ガスが、反応ゾーン２０８から排出プレナム２１６に流れるのを可能にする。バッフル孔２０２は、ウェーハの外周全体に対する実質部分の周りにガスの排出経路を形成するように、好ましくはバッフルリング２００の実質的に周辺に離間して配置される。このことによって、ウェーハからのガスの実質的に対称な流れが促進され、３６０度にわたるガスの排出が可能になる。
【００３０】
バッフル孔２０２は、反応容積２０８における流れの非対称性を補償するために異なるサイズになるように構成され、及び／又は特定の用途及び処理に合わせることができる。幾つかの実施形態では、バッフル孔２０２は、ウェーハ全体にわたるより均一なガス分布を促進する局所圧力降下を生じる流量制限を引き起こす。バッフル孔２０２は、バッフルリング２００の全周に対する実質部分の周りに等間隔で配置することができる。或いは、バッフル孔２０２は、ガスを選択的に分配するために、バッフルリング２００の全周に対する実質部分の周りに非等間隔で配置することができる。バッフル孔２０２の好ましい個数、幾何学形状、サイズ、及び分布は、特定の用途又は処理要件に基づいて選択することができ、通常の実験によって決定することができる。好適な幾何学形状の実施例は、スリット、スロット、矩形、円、三角形、台形、及び同様のものを含む。
【００３１】
処理中にウェーハ支持体１０３が上方又は上昇位置にある時には、未反応ガス又は副生成物の実質的に対称な排出を促進するために、ウェーハ１０４の頂面は、好ましくはバッフル孔２０２に隣接して位置付けられる。バッフル孔がスロットから構成される一実施形態では、ウェーハの頂面は、スロットの底部半径の中心線に隣接して位置付けられる。勿論、他の位置付けが可能であり、これらは本発明の範囲内にある。
【００３２】
上側バッフルリング２０４とも呼ばれるバッフルリング２００の上側部分は、金属、金属合金、セラミック、ガラス、ポリマー、複合材料、又はこれらの組み合わせを含む材料で作られる。材料の選択は、一般に、材料の処理要件及びコストによって決定されることになる。好ましくは、上側バッフルリング２０４はセラミックから構成される。幾つかの実施形態では、上側バッフルリング２０４の頂面は、上側チャンバシールド２１０と結合され、これは通常は同様の材料で作られ、堆積装置１００のリッド１０６上の材料の堆積を低減する役割を果たす。更に、プラズマプロセスを用いる場合には、この構成は、プラズマベースのプロセス法におけるプラズマ密度の閉じ込めに有用である。上側バッフルリング２０４は、下側バッフルリング２０６とも呼ばれるバッフルリング２００の下側部分によって支持される。
【００３３】
下側バッフルリング２０６は、基板移送区域１１０と協働して堆積装置のプロセスチャンバに基板を移送し、基板支持体１０３上に配置することを可能にするスロット又は開口２０７を有する。この構成は、上側バッフルリング２０４が特殊な高価な材料から構成される場合に、下側バッフルリング２０６をより安価な材料で製造することを可能にする。下側バッフルリング２０６は、金属、金属合金、セラミック、ガラス、ポリマー、複合材料、又はこれらの組み合わせを含む材料から作ることができる。好ましくは、下側バッフルリング２０６は、アルミニウム等の単純な金属から構成される。例示的な実施形態では、上側バッフルリング２０４は単純な円筒形として示されているが、上側バッフルリング２０４の形状は、円筒、円錐、多角形、又はこれらの組み合わせを含むことができる。
【００３４】
本発明の一実施形態では、バッフルリング組立体は、上側バッフルリング２０４及び下側バッフルリング２０６の２つの部品から作られる。上側バッフルリング２０４及び下側バッフルリング２０６は、同じ材料から作ってもよく、又は異なる材料から作ってもよい。材料の実施例は、金属、金属合金、セラミック、ガラス、ポリマー、複合材料、又はこれらの組み合わせを含む。
【００３５】
本発明の別の実施形態では、バッフルリング２００は、上側バッフルリング２０４と下側バッフルリング２０６との融合によって形成された単一部品で作られる。単一部品のバッフルリングは、様々な材料から作ることができる。材料の実施例は、金属、金属合金、セラミック、ガラス、ポリマー、複合材料、又はこれらの組み合わせを含む。
【００３６】
本発明の更に別の実施形態では、バッフルリング２００は、上側バッフルリング２０４と下側バッフルリング２０６との融合によって形成された単一部品で作られ、ここでは上側シールド２１０を上側バッフルリング２０４と組み合わせて単一の要素にされている。この単一部品バッフルリング組立体は、様々な材料から作ることができる。材料の実施例は、金属、金属合金、セラミック、ガラス、ポリマー、複合材料、又はこれらの組み合わせを含む。
【００３７】
更に、図に示される例示的な実施形態は、２つの部品２０４及び２０６から構成され、結合又は融合されたバッフルリング２００を示しているが、代替的にバッフルリング２００は単一リングで形成してもよいことは理解されたい。
【００３８】
本発明の実施形態は、堆積装置からの実質的に対称なガス排出を可能にする。堆積装置１００は更に、ガス排出プレナム２１６を含む。排出プレナム２１６は、反応ゾーンの実質的に円周の周りで延びて反応ゾーン２０８からの対称なガス排出を促進する環状空間又はチャネルから構成されるのが好ましい。例示的な実施形態では、排出プレナム２１６は、バッフルリング２００と、複数のチャンバシールド、すなわち具体的には上側チャンバシールド２１０、下側チャンバシールド２１２、及びフロアチャンバシールド２１４によって形成され、これらのチャンバシールドは、バッフルリング２００から間隔を置いて配置され、且つバッフルリング２００の全体的輪郭を辿って間に環状空間を形成する。ガスは、バッフル孔２０２を介して反応ゾーン２０８から出て、排出プレナム２１６に流入し、ここでガスは、真空ポンプ口２２０を通じて堆積装置１００から排出される。
【００３９】
本発明の１つの例示的な実施形態を示す図３及び４を参照すると、チャンバシールド２１０、２１２、２１４、及びガス排出プレナム２１６がより詳細に示されている。上側チャンバシールド２１０は、排出プレナム２１６の頂部を形成し、幾つかの実施形態では、チャンバリッド１０６と当接して、部分的にガス分配組立体１０２と共に反応ゾーン２０８の頂部を形成する。上述のような上側バッフルリング２０４と同様に、上側チャンバシールド２１０は、特に上側チャンバシールド２１０が反応ゾーン２０８に暴露される場合には、特殊な材料で形成することができる。
【００４０】
一般に下側チャンバシールド２１２が排出プレナムの外壁を形成するのに対し、バッフルリング２００は排出プレナム２１６の内壁を形成する。一実施形態では、下側チャンバシールド２１２は、基板移送区域１１０と協働して堆積装置内に基板を移送し、基板支持体１０３上に配置することを可能にするスロット又は開口２１８を有する。下側チャンバシールド２１２の開口２１８は、下側バッフルリング２０６の開口２０７と同様の輪郭及び形状を有することができる。更に、上述の下側バッフルリング２０６と同様に、下側チャンバシールド２１２は、上側チャンバシールド２１０とは異なるより安価な材料で形成することができる。
【００４１】
下側バッフルリング２０６の開口２０７及び下側チャンバシールド２１２の開口２１８は、ガス排出プレナム２１６の隔離を維持しながらウェーハ移送区域１１０を通じてプロセスチャンバの内外にウェーハ１０４を移送可能にするスロット弁シールド１１４を受けるように適合されている。幾つかの実施形態では、上側バッフルリング２０４及び上側チャンバシールド２１０の各々はまた、開口２１７及び２１９をそれぞれ含み、これらの開口は、下側バッフルリング２０６及び下側チャンバシールド２１２の開口２０７及び２１８と協働してスロット弁シールド１１４を受ける。特定の利点として、従来技術の装置とは対照的に、上記のことによってウェーハ移送領域から反応ゾーン２０８を隔離しながら３６０度にわたる完全で対称的なガス排出が可能になる。
【００４２】
一般にチャンバフロアシールド２１４は、排出プレナム２１６のフロアを形成し、例示的な実施形態では３６０度全体に延びる。フロアシールド２１４は、いずれかの好適な材料から構成することができ、反応ゾーンには暴露されないので、上側チャンバシールド２１０とは異なる材料から構成することができる。
【００４３】
例示的な実施形態において示されるように、チャンバシールド２１０、２１２、及び２１４は別個の部品で形成される。これは材料選択における融通性を許容し、更に堆積装置１００全体の稼働を停止する必要もなくシールドの各々を取り外して個別に洗浄及び／又は保守することを可能にする。しかしながら、他の実施形態も本発明の範囲内にある点を理解されたい。例えば、幾つかの実施形態では、３つのシールド全てを単一部品で形成することができる。更に、別の代替の実施形態では、下側チャンバシールドとチャンバフロアシールドを単一部品として形成することができる。
【００４４】
本発明の堆積装置は、原子層堆積（ＡＬＤ）プロセスを実施するのに特に好適である。一般に、ＡＬＤは、前駆体の第１のパルスを反応ゾーンに運ぶ段階を含み、ここで前駆パルスは基板表面上に単分子層を形成する。次いで、第１の前駆体の超過量がパージング、排気、又はこれらの組み合わせ等の技術により除去される。次に、反応物の次のパルスを導入し、第１の前駆体の単分子層と反応させて、所要の材料を形成する。次いで、反応物の超過量がパージング、排気、又はこれらの組み合わせ等の技術により除去される。結果として所要の材料の単一単分子層の堆積が得られる。ターゲット材料の所要の厚さが堆積されるまでこのシーケンスを繰り返す。
【００４５】
上述のように、バッフルリング２００、ガス分配組立体１０２、及びウェーハ支持体１０３は全て、図２に示すように上昇位置にある時には、極めて小さい反応容積２０８を定め、該反応容積は３６０度の対称性を有し、ウェーハ移送作業に対応するのに必要などのような幾何形状もない。この縮小反応ゾーンは、化学物質の使用がより少ないこと、化学効率がより大きいこと、ガスパージ及び排気時間がより高速であること、ガス交換時間がより高速であること、及び同様のことの１つ又はそれ以上を促進する。本発明の実施形態は更に、半導体処理装置におけるより高いスループット及びより低い維持費を促進する。更にバッフルリング２００は、熱エネルギー又はプラズマエネルギー等のエネルギー源の反応容積２０８内への閉じ込めを促進する。これにより、堆積物蓄積がより少なくなり、ウェーハ上の粒子汚染がより少なくなり、洗浄のためにプロセスチャンバを開放しなければならない合間の時間間隔がより長くなる。本発明の実施形態はまた、ウェーハ移送区域１１０が縮小反応ゾーン２０８内に存在しないので、かかる区域における材料、副生成物、又は粒子の堆積を最小限にする。
【００４６】
本発明の実施形態を用いて実施される実験は、化学物質の使用量がより少なく且つ均一性を示す。一例において、酸化アルミニウムＡｌ2Ｏ3の堆積をＡＬＤによってトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）及び水から実施した。本発明の堆積装置の実施形態で行った方法を短い時間及び前駆体の少ない量を用いて実施しながら、堆積速度を維持した。更に、成膜の均一性が従来技術のシステムと比べて改善された。
【００４７】
本発明の特定の実施形態の上記の説明は、例証及び説明の目的で提示されている。これらは、網羅的であること、又は開示された厳密な形態に本発明を限定することを意図するものではなく、上記の教示を考慮すると明らかに多くの修正、実施形態、及び変形形態が可能である。本発明の範囲は、本明細書に添付される請求項及びこれらの均等物によって定義されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】下方位置にあるウェーハ支持体を示す、本発明の堆積装置の一実施形態の概略断面図である。
【図２】上方位置にあるウェーハ支持体を示す、本発明の堆積装置の一実施形態の概略断面図である。
【図３】本発明の実施形態による堆積装置の一部の３次元断面図である。
【図４】本発明の実施形態による堆積装置の３次元分解図である。
【符号の説明】
【００４９】
１００  堆積装置
１０２  ガス分配組立体
１０３  ウェーハ支持体
１０４  ウェーハ
１０６  リッド
１１０  ウェーハ移送区域
２００  バッフルリング
２０２  バッフル孔
２１６  排出プレナム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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