(57)【要約】半導体製造プロセスに使用するためのガス分配シャワーヘッドは、細長いスロット又はチャンネルの形態のガス出口ポート(318B)を有するフェースプレート(316)を特徴とする。本発明の実施形態に基づく細長いガス出口ポートを使用すると、シャワーヘッドとウェハとの間隔が接近された場合に、堆積材料の望ましからぬ斑点や縞の発生率が著しく低減される。接近したフェースプレート対ウェハ間隔において堆積材料の縁厚みを減少するためのテーパー付けされたプロフィールを有するフェースプレートを特徴とするシャワーヘッドも開示される。
2005516407.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェハ上に材料を形成する装置において、
壁により画成されたプロセスチャンバーと、
上記プロセスチャンバー内に配置されて、半導体ウェハを受け取るように構成されたウェハ支持体と、
プロセスガス供給源と、
上記ウェハ支持体の上に横たわり且つそこから分離されたガス分配シャワーヘッドであって、該ガス分配シャワーヘッドはフェースプレートを含み、該フェースプレートの入口部分のホールが、該フェースプレートの出口部分の細長いスロットと流体連通しているガス分配シャワーヘッドと、
を備えた装置。
【請求項２】
上記細長いスロットの長さは、上記フェースプレートの厚みの少なくとも半分である、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
上記ガス分配シャワーヘッドは、更に、孔を含むブロッカープレートを含み、該ブロッカープレートは、上記フェースプレートの上記入口部分の上流に配置されてそれと流体連通する、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
上記細長いスロットは連続的で且つ同心的に配向される、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
上記細長いスロットの断面巾は上記ホールの断面巾より大きい、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
上記細長いスロットの断面巾は上記ホールの断面巾より少なくとも２．２５倍大きい、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
ある厚みを有するフェースプレート本体と、
プロセスガスの流れを受け取るように構成された入口部分であって、ある巾のアパーチャーを含む入口部分と、
上記プロセスガスの流れを半導体ウェハへ搬送するように構成された出口部分であって、上記アパーチャーと流体連通する細長いスロットを含む出口部分と、
を備えたガス分配フェースプレート。
【請求項８】
上記細長いスロットは、その長さが上記フェースプレート本体の厚みの少なくとも半分である、請求項７に記載のガス分配フェースプレート。
【請求項９】
上記細長いスロットは円形で且つ連続的である、請求項７に記載のガス分配フェースプレート。
【請求項１０】
上記細長いスロットの巾は上記アパーチャーの巾より大きい、請求項７に記載のガス分配フェースプレート。
【請求項１１】
上記細長いスロットの巾は、上記アパーチャーの巾より少なくとも２．２５倍大きい、請求項１０に記載のガス分配フェースプレート。
【請求項１２】
半導体ウェハ上に材料を形成する装置において、
壁により画成されたプロセスチャンバーと、
上記プロセスチャンバー内に配置されて、半導体ウェハを受け取るように構成されたウェハ支持体と、
プロセスガス供給源と、
上記ウェハ支持体の上に横たわり且つ上記ウェハ支持体の近くにテーパー付けされたフェースプレートを含んだガス分配シャワーヘッドであって、該テーパー付けされたフェースプレートの縁が、該フェースプレートの中心の厚みに対して減少された厚みを示してテーパー角を形成し、上記ウェハ支持体に接触したウェハに堆積される材料が均一な中心対縁厚みを示すようにしたガス分配シャワーヘッドと、
を備えた装置。
【請求項１３】
上記テーパー角は約０．５°から５°である、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
上記テーパー付けされたフェースプレートは、
プロセスガスの流れを受け取るように構成された入口部分であって、ある巾のアパーチャーを含む入口部分と、
上記プロセスガスの流れを半導体ウェハへ搬送するように構成された出口部分であって、上記アパーチャーと流体連通する細長いスロットを含む出口部分と、
を備えた請求項１２に記載の装置。
【請求項１５】
上記細長いスロットは、その長さが上記フェースプレートの厚みの少なくとも半分である、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
上記細長いスロットは円形で且つ連続的である、請求項１４に記載の装置。
【請求項１７】
上記細長いスロットの巾は上記アパーチャーの巾より大きい、請求項１４に記載の装置。
【請求項１８】
上記細長いスロットの巾は、上記アパーチャーの巾より少なくとも２．２５倍大きい、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
半導体製造プロセス中にガスを分配する方法において、
ガス供給源からのガスを、ある巾のホールを特徴とするガス分配フェースプレートの入口部分へ流すステップと、
上記ホールからのガスを、上記ガス分配フェースプレートの出口部分の細長いスロットを経て半導体ウェハの表面へ流すステップと、
を備えた方法。
【請求項２０】
上記ガスは、長さが上記ガス分配フェースプレートの厚みの少なくとも半分である細長いスロットを経て流される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
担体ガス及びプロセスガスの少なくとも一方が上記フェースプレートを通して流される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
上記ガスは化学蒸気堆積（ＣＶＤ）プロセス中に流される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
上記ガスは、非ドープ珪酸ガラスの高温堆積プロセス中に上記フェースプレートとウェハとの間の間隔が３００ミル以下であるようにして流される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２４】
上記流されるガスは、テトラエチルオーソシラン（ＴＥＯＳ）、燐酸トリエチル（ＴＥＰＯ）、硼酸トリエチル（ＴＥＢ）、オゾン（Ｏ３）、酸素、ヘリウム及び窒素（Ｎ２）より成る少なくとも１つのグループから選択される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２５】
上記流されるガスは、硼珪酸ガラス（ＢＳＧ）、燐珪酸ガラス（ＰＳＧ）、又は硼燐珪酸ガラス（ＢＰＳＧ）より成るグループから選択された材料の堆積を生じさせる、請求項１９に記載の方法。
【請求項２６】
上記ガスは、約０．５°から５°のフェースプレートテーパー角を形成するように縁部分が中心部に対して後退したガス分配フェースプレートから流される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２７】
上記ガスは乾式エッチングプロセス中に流される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２８】
半導体ウェハ上に材料を形成する装置において、
壁により画成されたプロセスチャンバーと、
上記プロセスチャンバー内に配置されて、半導体ウェハを受け取るように構成されたウェハ支持体と、
プロセスガス供給源と、
上記ウェハ支持体の上に横たわり且つ上記ウェハ支持体の近くにテーパー付けされたフェースプレートを含んだガス分配シャワーヘッドと、
を備え、上記テーパー付けされたフェースプレートは、
プロセスガスの流れを受け取るように構成された入口部分であって、ある巾のアパーチャーを含む入口部分と、
上記プロセスガスの流れを半導体ウェハへ搬送するように構成された出口部分であって、上記アパーチャーと流体連通する細長いスロットを含む出口部分と、
を有し、
上記テーパー付けされたフェースプレートの縁が、該フェースプレートの中心の厚みに対して減少された厚みを示してテーパー角を形成し、上記ウェハ支持体に接触したウェハに堆積される材料が均一な中心対縁厚みを示すようにした装置。
【請求項２９】
上記テーパー角は約０．５°から５°である、請求項２８に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【発明の背景】
【０００１】
[01]本発明による実施形態は、一般に、半導体デバイスの製造に使用するための方法及び装置に関し、より詳細には、高温堆積プロセスに使用されるガス分配シャワーヘッドに関する。
【０００２】
[02]高温化学気相堆積（ＣＶＤ）プロセスは、半導体産業において広範囲に利用されている。図１Ａは、高温化学気相堆積を実行する従来の装置を簡単に示す断面図である。説明上、図１Ａを始めとして本明細書の他の図面は、一定の縮尺で描かれていない。
【０００３】
[03]装置１００は、堆積チャンバー１０５内に収容されたウェハ支持構造体１０４を備えている。この支持構造体１０４には基板処理中にウェハ１０２を載せることができる。
【０００４】
[04] ガス分配シャワーヘッド１０６が、ウェハ１０２の上に、ギャップＹだけ分離されて配置される。特定用途に対するギャップＹの大きさは、シャワーヘッド１０６に対してウェハ支持構造体１０４の高さを調整することで制御できる。例えば、非ドープ珪酸ガラス（ＵＳＧ）材料の従来の堆積中に、ギャップＹは、約３００ミルより大きくてもよい。
【０００５】
[05]ガス分配シャワーヘッド１０６は、アパーチャー１１２を有するブロッカープレート１１０と流体連通するプロセスガス入口１０８を備えている。ブロッカープレート１１０の下流には、ガス分配フェースプレート１１４が配置されている。このフェースプレート１１４は、ブロッカープレート１１０からプロセスガス流を受け取り、このガスを、ホール１１６を経てウェハ１０２へと流す。プロセスガス流により、堆積材料層１１８がウェハ１０２上に形成される。
【０００６】
[06]図１Ｂは、図１Ａの従来のガス分配フェースプレート１１４の下方斜視図である。フェースプレート１１４のホール１１６は、フェースプレートの表面上に分布されている。図１Ｂは、フェースプレートにおけるホール１１６の分布の一例を示すに過ぎず、フェースプレートにおける他の多数のホール配列が考えられる。
【０００７】
[07]図１Ａを再び参照すれば、ブロッカープレート１１０の役割は、到来するプロセスガス流１２０をフェースプレート１１４の入口側１１４ａでおおまかに分配することである。次いで、フェースプレート１１４が、ウェハ１０２に照射される均一の微細分配流を形成するようにガス流を分配する。このプロセスガスの微細分配流が照射された結果として、高品質の堆積材料層１１８がウェハ１０２の上に形成される。
【０００８】
[08]図１Ａ−図１Ｂに示された従来の高温堆積装置は、半導体ウェハの表面上に構造体を形成するのに有効である。高温ＣＶＤにより形成される構造体の一形式は、浅いトレンチ分離（ＳＴＩ）である。図２は、活性トランジスタのような半導体構造体２０２を保持するウェハ２００の拡大断面図である。隣接する活性半導体デバイス２０２は、非ドープ珪酸ガラス（ＵＳＧ）のような誘電体材料で埋められたトレンチで構成されたＳＴＩ構造体２０４により互いに電子的に分離される。
【０００９】
[09]ＳＴＩ構造体は、ウェハの露出領域にマスキング及びエッチングを施してトレンチを作ることにより形成される。その後、マスクを除去し、高温プロセスを使用して、トレンチ内を含むウェハ上にＵＳＧを堆積する。トレンチの外部に堆積したＵＳＧは、その後、エッチング又は化学的機械的研磨（ＣＭＰ）により除去して、最終的なＳＴＩ構造体を露呈させることができる。
【００１０】
[10]図１Ａ−図１Ｂに示された従来の装置は、ＳＴＩ及び他の用途に対し高温でＵＳＧのような材料を堆積するように首尾良く使用されている。しかしながら、高温堆積装置の設計上の改善が望まれる。例えば、シャワーヘッドとウェハとの間隔をより接近させることで堆積速度をより速くできることが知られている。速い堆積速度は、堆積装置のスループットを向上させ、従って、オペレータは、装置の購入費や維持費をより迅速に埋め合わせることができる。
【００１１】
[11]しかしながら、ウェハとシャワーヘッドとの間隔がより接近していることは、堆積材料がウェハ上に斑点や縞のように見える非均一なトポグラフィーを示すことになり得る。このように接近したウェハ対シャワーヘッド間隔で堆積される材料のトポグラフィーは、フェースプレートのホールの位置に反映することがある。
【００１２】
[12]図３Ａ−図３Ｂは、本発明の実施形態に基づく材料の堆積結果を示す写真である。図３Ａは、フェースプレート対ウェハの間隔が７５ミルの状態で従来のシャワーヘッドから堆積されたＵＳＧ膜を保持するウェハを示す写真である。図３Ａのウェハは、著しい斑点及び縞を示す。
【００１３】
[13]図３Ｂは、フェースプレート対ウェハの間隔が５０ミルの状態で従来のシャワーヘッドから堆積されたＵＳＧ膜を保持するウェハを示す写真である。図３Ｂのウェハは、図３Ａのウェハよりも均一に現われた斑点及び縞を示す。
【００１４】
[14]従って、基板の表面に間近に接近した状態でプロセスガスの印加を許す方法及び構造が要望される。
【発明の概要】
【００１５】
[15]半導体製造用途向けのガス分配シャワーヘッドは、個別のホールではなく細長いスロット又はチャンネルの形態のガス出口ポートを有するフェースプレートを備えている。本発明の実施形態に基づく細長いガス出口ポートを使用すると、シャワーヘッドとウェハとの間隔が接近された場合に、堆積材料の望ましからぬ斑点や縞の発生率が著しく低減される。堆積材料の縁厚みを減少するためのテーパー付けされたプロフィールを有するシャワーヘッドも開示される。
【００１６】
[16]半導体ウェハ上に材料を形成する装置の実施形態は、壁により画成されたプロセスチャンバーと、プロセスガス供給源と、プロセスチャンバー内に配置されて半導体ウェハを受け取るように構成されたウェハ支持体とを備えている。ガス分配シャワーヘッドがウェハ支持体の上に横たわってウェハ支持体から分離され、ガス分配シャワーヘッドはフェースプレートを備え、フェースプレートの入口部分のホールは、フェースプレートの出口部分の細長いスロットと流体連通しており、細長いスロットの長さは、フェースプレートの厚みの少なくとも２倍である。
【００１７】
[17]本発明によるガス分配フェースプレートの実施形態は、ある厚みを有するフェースプレート本体を備えている。フェースプレートの入口部分は、プロセスガスの流れを受け入れるように構成され、この入口部分は、ある巾のアパーチャーを含む。フェースプレートの出口部分は、プロセスガス流を半導体ウェハへと搬送するように構成され、この出口部分は、アパーチャーと流体連通する細長いスロットを含み、この細長いスロットは、その長さがフェースプレート本体の厚みの少なくとも２倍である。
【００１８】
[18]半導体ウェハ上に材料を形成する装置は、壁により画成されたプロセスチャンバーと、プロセスガス供給源と、プロセスチャンバー内に配置されて半導体ウェハを受け取るように構成されたウェハ支持体とを備えている。ガス分配シャワーヘッドがウェハ支持体の上に横たわり、ウェハ支持体の近くにテーパー付けされたフェースプレートを備え、このテーパー付けされたフェースプレートの縁は、フェースプレートの中心部の厚みに対して減少された厚みを示し、ウェハ支持体に接触するウェハに堆積される材料が均一な中心対縁厚みを示すようになる。
【００１９】
[19]半導体製造プロセス中にガスを分配する方法は、ガス源からのガスを、ある巾のホールを特徴とするガス分配フェースプレートの入口部分へ流すステップと、ホールからのガスを、ガス分配フェースプレートの出口部分の細長いスロットであって、その長さがガス分配フェースプレートの厚みの少なくとも２倍である細長いスロットを経て、半導体ウェハの表面へ流すステップとを備えている。
【００２０】
[20]本発明のこれら及び他の実施形態、並びにその特徴及び幾つかの潜在的な効果は、添付図面を参照して以下に詳細に説明する。
【特定の実施形態の説明】
【００２１】
[43]本発明によるガス分配シャワーヘッドの実施形態は、細長いスロット又はチャンネルの形態のガス出口ポートを有するフェースプレートを備えている。本発明の実施形態による細長いガス出口ポートを使用すると、接近したフェースプレート対ウェハ間隔において堆積される材料の望ましからぬ斑点及び縞の発生率を実質的に減少する。堆積材料の縁厚みを減少するためのテーパー付けされたプロフィールを有するシャワーヘッドも開示される。
【００２２】
[44]図４Ａは、本発明による化学蒸気堆積システムの一実施形態を示す簡単な断面図である。この装置３００では、ウェハ３０２がウェハ支持構造体３０４に接触されて堆積チャンバー３０６内に収容される。ガス分配シャワーヘッド３０８がウェハ３０２の上に配置され、ウェハ３０２からギャップＹ’だけ分離される。
【００２３】
[45]ガス分配シャワーヘッド３０８は、プロセスガス入口３１０を備え、これは、アパーチャー３１４を有するブロッカープレート３１２と流体連通している。厚みＺの本体３１５を有するガス分配フェースプレート３１６が、ブロッカープレート３１２の下流に配置されている。フェースプレート３１６は、ブロッカープレート３１２からプロセスガスの流れを受け取り、このガスを、本体３１５のアパーチャー３１８を経てウェハ３０２へ流す。
【００２４】
[46]全堆積装置の説明上、図４Ａは、一定断面積プロフィールをもつアパーチャー３１８を示すように簡単化されている。しかしながら、本出願の譲受人に共通に譲渡された米国特許第４，８５４，２６３号は、フェースプレートのアパーチャーの値が、ガス流の方向を横切る断面の増加を示すものを開示している。
【００２５】
[47]図４Ｂは、本発明によるガス分配シャワーヘッドのフェースプレート３１６の一実施形態を示す上面（ガス入口側の）図である。図４Ｃは、本発明によるガス分配シャワーヘッドのフェースプレート３１６の一実施形態を示す下面（ガス出口側の）図である。
【００２６】
[48]図４Ｂに示すように、ブロッカープレートからおおまかに分配されたプロセスガスの流れを受け取るフェースプレート３１６のガス入口面３１６ａは、直径Ｘの複数の個別のホール３１８ａを含む。図４Ｃに示すように、フェースプレートからウェハへ微細に分配されたプロセスガスを搬送するフェースプレート３１６のガス出口面３１６ｂは、長さＬの複数の連続的に細長いスロット３１８ｂを含む。この細長いスロット３１８ｂは、２つ以上の個別のホール３１８ａからのガス流を受け取ってもよい。フェースプレート３１６の厚みＺの少なくとも半分である長さＬの細長いスロットを設けると、堆積材料が斑点や縞のような望ましからぬトポグラフィー特徴を示すことなく、フェースプレート３１６をウェハの表面に接近して配置できることが分かった。
【００２７】
[49]図４Ｄは、図４Ａ−４Ｃのフェースプレートの拡大断面図である。図４Ｄは、ここに示す特定の実施形態に対して、流れ入口部分３１６ａのホール３１８ａの断面巾Ｘが、流れ出口部分３１６ｂの細長いスロット３１８ｂの断面巾Ｘ’より実質的に狭いことを示している。本発明の実施形態は、Ｘ’／Ｘの比が２．２５以上である細長いフェースプレートスロットを使用することができる。
【００２８】
[50]図５Ａ−図５Ｂは、本発明の実施形態に基づく材料堆積の結果を示す写真である。図５Ｂは、フェースプレート対ウェハ間隔が７５ミルの状態で本発明の一実施形態によるシャワーヘッドから堆積されたＵＳＧ膜を保持するウェハを示す写真である。図５Ａのウェハは、図３Ａに示した、従来のシャワーヘッドを使用して同じ間隔での堆積により得られたウェハより、斑点や縞が著しく少ない。
【００２９】
[51]図５Ｂは、フェースプレート対ウェハ間隔が５０ミルの状態で本発明の一実施形態によるシャワーヘッドから堆積されたＵＳＧ膜を保持するウェハを示す写真である。図５Ｂのウェハは、図３Ｂに示した、従来のシャワーヘッドを使用して同じ間隔での堆積により得られたウェハより、斑点が著しく少ない。
【００３０】
[52]本発明の開発中に、従来のホール及び細長いスロット開口の両方を保持する複合フェースプレートを使用して、ウェハにＵＳＧを堆積させた。図６Ａは、この複合シャワーヘッド４５０の簡単な平面図であり、これは、従来のホール４５４を含む第１領域４５２と、本発明の実施形態による細長いスロット４５８を含む第２領域４５６とを備えている。
【００３１】
[53]図６Ｂは、フェースプレート対ウェハ間隔が７５ミルの状態で図６Ａの複合シャワーヘッドから堆積されたＵＳＧ膜を保持するウェハを示す写真である。図６Ｃは、フェースプレート対ウェハ間隔が５０ミルの状態で複合ホール／スロット構成を有するシャワーヘッドから堆積されたＵＳＧ膜を保持するウェハを示す写真である。図６Ｂ及び６Ｃは、両方とも、細長いスロットを経て堆積された材料４０２が、複合フェースプレートの従来のホールから堆積された材料４００より実質的に滑らかなトポグラフィーを示すことを明らかにしている。
【００３２】
[54]上記図は、複数の連続的な同心的配向のスロットをその出口面に保持するシャワーヘッドを示すが、この特定の構成が本発明により要求されるのではない。細長いスロットの他の構成を使用することもでき、シャワーヘッドは、本発明の範囲内に保持される。
【００３３】
[55]図７Ａ−図７Ｄは、異なる配向の細長いスロットを各々保持する本発明によるガス分配フェースプレートの種々の別々の実施形態の出口部分を示す簡単な底面図である。図７Ａのフェースプレートの出口部分６６０は、周囲方向に配向された複数の非連続的スロット６６２を保持する。図７Ｂのフェースプレートの出口部分６６４は、半径方向に配向された複数の非連続的スロット４６６を保持する。図７Ｃのフェースプレートの出口部分６６８は、同心的にも半径方向にも限定的に配向されるのではない複数の非連続的スロット６７０を保持する。図７Ｄのフェースプレートの出口部分６７２は、従来のホール６７６と組み合わされた複数の非連続的スロット６７４を保持する。
【００３４】
[56]本発明による装置及び方法の実施形態は、多数の利益をもたらす。例えば、図８は、異なる温度でのＵＳＧ堆積プロセスに対して堆積速度とフェースプレート対ウェハ間隔とを示すグラフである。図８は、５１０℃又は５４０℃で行なわれる堆積プロセスに対して、フェースプレート対ウェハ間隔が減少すると、堆積速度が高くなることを示している。この関係は、フェースプレート対ウェハ間隔が接近するにつれてより明白になる。
【００３５】
[57]図９は、より広い範囲（５０−２５０ミル）のフェースプレート対ウェハ間隔に対するＵＳＧ堆積速度を示すグラフである。図９は、図８の結果を、この広い範囲に対して確認するものである。特に、図９は、接近した間隔でのＵＳＧ堆積速度の増加を示すと共に、間隔が接近するほど堆積速度により明白に作用することも示す。
【００３６】
[58]図１０は、異なる温度及び圧力におけるＵＳＧ堆積プロセスに対して％膜収縮及び湿式エッチング選択性とフェースプレート対ウェハ間隔とを示すグラフである。図１０は、５１０℃及び５４０℃の両方において堆積されたＵＳＧ膜が、接近したフェースプレート対ウェハ間隔で堆積されたときに低い収縮を示したことを示している。このデータは、接近した間隔において高密度で高品質の膜が形成されることを指示する。
【００３７】
[59]図１０の湿式エッチングデータは、接近したフェースプレート対ウェハ間隔で堆積される層の品質が改善されるというこの発見を相関させるものである。より詳細には、接近したフェースプレート対ウェハ間隔で堆積されたＵＳＧ膜は、より高い密度に一致する湿式エッチング選択性を示した。
【００３８】
[60]図１１Ａ及び図１１Ｂは、本発明によるシャワーヘッドを使用して高温ＵＳＧ堆積により形成された浅いトレンチ分離構造体の断面を示す写真である。図１１Ａ及び図１１Ｂに示すＵＳＧ堆積プロセスは、フェースプレート対ウェハ間隔が７５ミルの状態で５１０℃の温度において行なわれた。この写真は、堆積後のアニールを１０５０℃で６０分間行なった後にＵＳＧが浅いトレンチ構造体を埋めたことを示している。図１１Ａ及び図１１Ｂは、従来のフェースプレート設計を使用したプロセスに比して、本発明の実施形態によるプロセスでも、同等のギャップ充填品質が達成されることを示している。
【００３９】
[61]以上、本発明は、非ドープ珪酸ガラスの高温堆積に使用されるシリコン含有先駆ガスの流れに関連して説明したが、本発明は、この特定の実施形態に限定されるものではない。本発明の実施形態によるシャワーヘッドは、燐珪酸ガラス（ＰＳＧ）、硼珪酸ガラス（ＢＳＧ）、又は硼燐珪酸ガラス（ＢＰＳＧ）の形態のドープされたシリコン酸化物の化学蒸気堆積を含む（これに限定されない）半導体製造プロセスのアレイに有用な種々のガスを分配するのに使用されてもよい。
【００４０】
[62]本発明の実施形態によるシャワーヘッドを使用して分配することのできるガスは、例えば、テトラエチルオーソシラン（ＴＥＯＳ）、燐酸トリエチル（ＴＥＰＯ）及び硼酸トリエチル（ＴＥＢ）を含むが、これらに限定されない。本発明は、先駆ガス流の分配に限定されず、ＣＶＤ反応に直接関与しないＨｅやＮ２のような担体ガスを流すのにも使用できる。
【００４１】
[63]又、本発明の実施形態によるシャワーヘッドは、金属、窒化物及びオキシニトライドを含む（これに限定されない）、シリコン酸化物以外の材料を生成するための先駆ガスを流すのに使用されてもよい。シャワーヘッドは、高温ＣＶＤプロセスに関連して上述したが、本発明の実施形態は、プラズマ改善型の化学蒸気堆積（ＰＥＣＶＤ）プロセス又は大気中以下の化学蒸気堆積（ＳＡＣＶＤ）プロセスのような他の形式のＣＶＤプロセスにおいてガスを流すのに使用されてもよい。
【００４２】
[64]又、本発明による実施形態は、化学蒸気堆積プロセスに関連して使用することに限定されない。又、本発明によるシャワーヘッドは、乾式又はプラズマエッチングプロセスのような他の形式の半導体製造プロセスにおいてガスを流すのに使用されてもよい。
【００４３】
[65]又、本発明による実施形態は、スロット付きシャワーヘッドフェースプレートの使用に限定されない。図４Ａに戻ると、ウェハ３０２に対してシャワーヘッド３０８を間近に接近させる１つの作用として、ウェハの縁付近でプロセスガスの下方流を増加させることができる。その結果、ウェハの縁への質量流量が増加して、堆積材料３２０の縁厚み３２０ａを増加することができる。
【００４４】
[66]図１２は、２つのフェースプレート対ウェハ間隔に対して計算された追加質量流量とウェハの中心からの距離とを示すグラフである。０．２７０”の従来の広いフェースプレート対ウェハ間隔では、堆積の追加質量流量は、ウェハの中心から縁まで比較的一貫している。しかしながら、０．０７５”の狭いフェースプレート対ウェハ間隔では、プロセスは、ウェハの周辺領域に対して著しい追加質量流量を示した。この追加質量流量は、中心よりも縁の方が著しく大きな厚みを有する堆積材料の層を形成することができる。
【００４５】
[67]従って、本発明のシャワーヘッドの別の実施形態は、接近したフェースプレート対ウェハ間隔における堆積材料の縁厚みの増加を回避するようにテーパー付けされたプロフィールを有するフェースプレートを使用することができる。図１３は、本発明による高温堆積システムの別の実施形態を示す簡単な断面図である。この装置９００は、ウェハ支持構造体９０４に接触して堆積チャンバー９０６内に配置されたウェハ９０２を含む。ガス分配シャワーヘッド９０８は、ウェハ９０２の上に配置され、ウェハ９０２からギャップＹ”だけ分離される。
【００４６】
[68]ガス分配シャワーヘッド９０８は、プロセスガス入口９１２を備え、これは、アパーチャー９１６を有するブロッカープレート９１４と流体連通している。ガス分配フェースプレート９１８は、ブロッカープレート９１４の下流に配置される。フェースプレート９１８は、ブロッカープレート９１４からプロセスガスの流れを受け取り、このガスを、ホール９２０を経てウェハ９０２へ流す。
【００４７】
[69]図４Ａを参照して上述したように、ウェハに対してフェースプレートを間近に接近させたことでウェハの縁への質量流量を向上させることができる。従って、図１３に示す実施形態は、テーパー付けされたプロフィールを有するフェースプレート９１８を含む。より詳細には、フェースプレート９１８の縁部分９１８ａは、フェースプレート９１８の中心部９１８ｂに対して後退されている。テーパー角Ａは、フェースプレートの中心と縁との間の厚みの差によって定義される角度を表わし、約０．５°から約５°の範囲でよい。
【００４８】
[70]接近したフェースプレート対ウェハ間隔において堆積材料の厚み均一性の改善を特徴とするガス分配シャワーヘッドの使用。テーブルＡは、テーパー付けされたフェースプレート及びフラットなフェースプレートにより１００及び７５ミルの間隔で堆積された材料に対する堆積速度、厚み均一性及び厚み範囲を比較するものである。
【００４９】
【表１】
2005516407.tif 000003
[71]テーブルＡは、テーパー付けされたフェースプレートを使用する堆積が、より均一な中心対縁厚みを有する材料層を形成することを示している。テーブルＡに収集されたデータは、細長いスロットを有するテーパー付けされたフェースプレート及びフラットなフェースプレートを使用した堆積を表わしているが、本発明の実施形態に基づくテーパー付けされたフェースプレートは、細長いスロットをもつ必要がない。
【００５０】
[72]図１４は、３つの異なるフェースプレートプロフィールに対して計算された追加質量流量とウェハの中心からの距離とを示すグラフである。図１４は、ギャップを０．０２５”及び０．０５０”だけテーパー付けすることで、ウェハにわたる追加質量の山−谷変化が各々３５％及び４６％減少されたことを示している。本発明の実施形態に基づくテーパー付けされたフェースプレート構造を使用すると、中心対縁厚みの変化が８００Å以下であることを示す材料層を付着することができる。
【００５１】
[73]以上、本発明の幾つかの実施形態だけを図示して説明した。本発明は、他の種々の組合せ及び環境で使用することもでき、且つここに示す本発明の概念の範囲内で変更及び修正が可能であることを理解されたい。例えば、本発明の実施形態による装置及び方法は、特定サイズの半導体ウェハの処理に限定されず、２００ｍｍ直径のウェハ、３００ｍｍ直径のウェハ、又は他の形状及びサイズの半導体ウェハを伴う半導体製造プロセスにも有用である。
【００５２】
[74]本発明を以上に詳細に説明し種々の実施形態を説明したが、それらの等効物及び代替物、並びに理解される明らかな変更や修正は、本発明の範囲内に包含されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１Ａ】従来の高温堆積システムの簡単な断面図である。
【図１Ｂ】図１Ａのシステムの従来のガス分配シャワーヘッドのフェースプレートを示す下方斜視図である。
【図２】従来の浅いトレンチ分離構造体を示す断面図である。
【図３Ａ】フェースプレート対ウェハ間隔が７５ミルの状態で従来のシャワーヘッドから堆積されたＵＳＧ膜を保持するウェハを示す写真である。
【図３Ｂ】フェースプレート対ウェハ間隔が５０ミルの状態で従来のシャワーヘッドから堆積されたＵＳＧ膜を保持するウェハを示す写真である。
【図４Ａ】本発明の一実施形態による高温堆積システムの簡単な断面図である。
【図４Ｂ】本発明によるガス分配シャワーヘッドのフェースプレートの一実施形態を示す上面図である。
【図４Ｃ】本発明によるガス分配シャワーヘッドのフェースプレートの一実施形態を示す下面図である。
【図４Ｄ】図４Ａ−４Ｂのフェースプレートの拡大断面図である。
【図５Ａ】フェースプレート対ウェハ間隔が７５ミルの状態で本発明の一実施形態によるシャワーヘッドから堆積されたＵＳＧ膜を保持するウェハを示す写真である。
【図５Ｂ】フェースプレート対ウェハ間隔が５０ミルの状態で本発明の一実施形態によるシャワーヘッドから堆積されたＵＳＧ膜を保持するウェハを示す写真である。
【図６Ａ】ホール及び細長いスロットの両方を保持する複合フェースプレートの平面図である。
【図６Ｂ】フェースプレート対ウェハ間隔が７５ミルの状態で複合ホール／スロット構成を有するシャワーヘッドから堆積されたＵＳＧ膜を保持するウェハを示す写真である。
【図６Ｃ】フェースプレート対ウェハ間隔が５０ミルの状態で複合ホール／スロット構成を有するシャワーヘッドから堆積されたＵＳＧ膜を保持するウェハを示す写真である。
【図７Ａ】異なるパターンの細長いスロットを保持する本発明の別の実施形態によるフェースプレートの簡単な平面図である。
【図７Ｂ】異なるパターンの細長いスロットを保持する本発明の別の実施形態によるフェースプレートの簡単な平面図である。
【図７Ｃ】異なるパターンの細長いスロットを保持する本発明の別の実施形態によるフェースプレートの簡単な平面図である。
【図７Ｄ】異なるパターンの細長いスロットを保持する本発明の別の実施形態によるフェースプレートの簡単な平面図である。
【図８】異なる温度及び圧力におけるＵＳＧ堆積に対して堆積速度とフェースプレート対ウェハ間隔とを示すグラフである。
【図９】広い範囲のフェースプレート対ウェハ間隔に対して堆積速度を示したグラフである。
【図１０】異なる温度及び圧力におけるＵＳＧ堆積プロセスに対して％膜収縮及び湿式エッチング選択性とフェースプレート対ウェハ間隔とを示すグラフである。
【図１１Ａ】従来のシャワーヘッドを使用する高温ＵＳＧ堆積により形成された浅いトレンチ分離構造体の断面を示す写真である。
【図１１Ｂ】本発明によるシャワーヘッドを使用する高温ＵＳＧ堆積により形成された浅いトレンチ分離構造体の断面を示す写真である。
【図１２】２つのフェースプレート対ウェハ間隔に対して計算された追加質量流量とウェハの中心からの距離とを示すグラフである。
【図１３】本発明による高温堆積システムの別の実施形態を示す簡単な断面図である。
【図１４】３つの異なるフェースプレートプロフィールに対して計算された追加質量流量とウェハの中心からの距離とを示すグラフである。
【符号の説明】
【００５４】
３００・・・装置、３０２・・・ウェハ、３０４・・・ウェハ支持構造体、３０６・・・堆積チャンバー、３０８・・・ガス分配シャワーヘッド、３１０・・・プロセスガス入口、３１２・・・ブロッカープレート、３１４・・・アパーチャー、３１５・・・本体、３１６・・・ガス分配フェースプレート、３１８・・・アパーチャー、３１８ａ・・・ホール、３１８ｂ・・・細長いスロット、４５０・・・複合シャワーヘッド、４５２・・・第１領域、４５４・・・ホール、４５６・・・第２領域、４５８・・・細長いスロット、９００・・・装置、９０２・・・ウェハ、９０４・・・ウェハ支持構造体、９０６・・・堆積チャンバー、９０８・・・ガス分配シャワーヘッド、９１２・・・プロセスガス入口、９１４・・・ブロッカープレート、９１６・・・アパーチャー、９１８・・・ガス分配フェースプレート、９１８ａ・・・縁部分、９１８ｂ・・・中心部、９２０・・・ホール、Ａ・・・テーパー角、Ｘ、Ｘ’・・・断面巾、Ｙ’、Ｙ”・・・ギャップ、Ｚ・・・厚み
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
2005516407.tif 000019
【図７Ｃ】
2005516407.tif 000020
【図７Ｄ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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