(57)【要約】  本発明の実施形態は、ガスをより均一にプロセスチャンバーへ分配するガス分配システムに向けられる。一実施形態において、ガス分配システムは、外面及び内面を含むガスリングと、このガスリングの外面に配置されたガス入口とを備えている。ガス入口は、ガスリングの外面と内面との間に配置された第１チャンネルに流体結合される。ガスリングの内面には複数のガス出口が分布され、それら出口は、ガスリングの外面と内面との間に配置された第２チャンネルに流体結合される。第１チャンネルと第２チャンネルとの間には複数のオリフィスが流体結合される。複数のオリフィスは、ガス入口から複数の距離で離間され、オリフィスのサイズは、第１チャンネルに沿って測定されたガス入口からの距離と共に変化し、第１チャンネルに沿って測定されたオリフィスとガス入口との間の距離の増加と共にオリフィスのサイズも増加するようにされる。【選択図】      図１
2008522416.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外面及び内面を含むガスリングと、
上記ガスリングの外面に配置されたガス入口であって、上記ガスリングの外面と内面との間に配置された第１チャンネルに流体結合されたガス入口と、
上記ガスリングの内面にわたって分布された複数のガス出口であって、上記ガスリングの外面と内面との間に配置された第２チャンネルに流体結合された複数のガス出口と、
上記第１チャンネルと上記第２チャンネルとの間に流体結合された複数のオリフィスであって、これら複数のオリフィスは、上記ガス入口から複数の距離で離間され、これらオリフィスのサイズは、上記第１チャンネルに沿って測定された上記ガス入口からの距離と共に変化し、上記第１チャンネルに沿って測定された上記オリフィスと上記ガス入口との間の距離の増加と共に上記オリフィスのサイズも増加するようにされた複数のオリフィスと、
を備えたガス分配システム。
【請求項２】
上記複数のオリフィスは、上記第１チャンネルの周囲に沿って実質的に均一に離間される、請求項１に記載のガス分配システム。
【請求項３】
上記第２チャンネルは、上記ガスリングの内面の周りを３６０°にわたって延びる、請求項１に記載のガス分配システム。
【請求項４】
上記第１チャンネルは、上記ガスリングの内面の周りを３６０°未満で部分的に延び、第１チャンネルの２つの端は互いに離間される、請求項３に記載のガス分配システム。
【請求項５】
上記ガス入口は、上記第１チャンネルに沿って測定された距離で上記第１チャンネルの２つの端間のほぼ中間の位置において上記第１チャンネルに結合され、上記複数のオリフィスは、２より大きな偶数個のオリフィスである、請求項４に記載のガス分配システム。
【請求項６】
上記複数のオリフィスは、上記ガス入口及び上記第１チャンネルの周囲の中心を通る線に対して実質的に対称的に配置される、請求項５に記載のガス分配システム。
【請求項７】
上記第１チャンネルの周囲に沿って６個のオリフィスが分布される、請求項６に記載のガス分配システム。
【請求項８】
プロセスガスをチャンバーへ流し込み、チャンバー内でプロセスガスの反応を生じさせることにより半導体基板を処理する装置において、プロセスガスの流れを上記チャンバーへ向けるためのガス分配システムが、
外周及び内周を含むガスリングと、
上記ガスリングの外周に配置されたガス入口であって、上記ガスリングの外周と内周との間に配置された第１チャンネルに流体結合されたガス入口と、
上記ガスリングの内周にわたって分布された複数のガス出口であって、上記ガスリングの外周と内周との間に配置された第２チャンネルに流体結合された複数のガス出口と、
を備え、
上記第１チャンネルは、上記ガス入口から複数の距離で離間された複数の開口を経て複数の位置において上記第２チャンネルに流体結合され、上記開口は、上記ガスリングへガスが最初に導入されるときの過渡的な周期中に上記ガス出口を経て実質的に均一のガス分布を与えるように異なるサイズを有する、ガス分配システム。
【請求項９】
上記開口のサイズは、上記第１チャンネルに沿って測定された上記ガス入口からの距離と共に変化し、上記第１チャンネルに沿って測定された上記開口と上記ガス入口との間の距離の増加と共に上記開口のサイズも増加するようにした、請求項８に記載のガス分配システム。
【請求項１０】
上記複数の開口は、上記ガス入口及び上記第１チャンネルの周囲の中心を通る線に対して実質的に対称的に配置される、請求項８に記載のガス分配システム。
【請求項１１】
上記複数の開口は、２より大きな偶数個の開口であり、上記開口は、上記ガス入口及び上記第１チャンネルの周囲の中心を通る線上には存在しない、請求項８に記載のガス分配システム。
【請求項１２】
上記複数の開口は、上記第１チャンネルの周囲に沿って実質的に均一に離間される、請求項８に記載のガス分配システム。
【請求項１３】
基板を処理するチャンバーへ流れ込むガスを分配する方法において、
外面及び内面を含むガスリング、上記外面と内面との間に配置された第１チャンネル、及び上記外面と内面との間に配置された第２チャンネルを設けるステップであって、上記第１チャンネルが、複数のオリフィスを経て上記第２チャンネルに流体結合されるステップと、
上記ガスリングの外面に配置されたガス入口を経て上記ガスリングへガスを導入するステップであって、上記ガスが、上記ガス入口を経て上記第１チャンネルに流れ込み、上記複数のオリフィスを通して上記第２チャンネルに入り、次いで、上記第２チャンネルに流体結合された複数のガス出口を通して、上記チャンバーへ流れるようにするステップと、
を備え、
上記複数のオリフィスは、上記ガス入口から複数の距離で離間され、上記オリフィスは、ガスが上記ガスリングへ最初に導入されるときの過渡的な周期中に上記ガス出口を経て上記チャンバーへガスの実質的に均一な分布を与えるように異なるサイズを有するようにした方法。
【請求項１４】
上記開口のサイズは、上記第１チャンネルに沿って測定された上記ガス入口からの距離と共に変化し、上記第１チャンネルに沿って測定された上記開口と上記ガス入口との間の距離の増加と共に上記開口のサイズも増加するようにした、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
上記複数のオリフィスは、上記ガス入口及び上記第１チャンネルの周囲の中心を通る線に対して実質的に対称的に配置される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
上記複数のオリフィスは、２より大きな偶数個のオリフィスであり、上記オリフィスは、上記ガス入口及び上記第１チャンネルの周囲の中心を通る線上には存在しない、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
上記複数のオリフィスは、上記第１チャンネルの周囲に沿って実質的に均一に離間される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
上記ガスは、シリコンソースガスである、請求項１３に記載の方法。
【請求項１９】
上記ガスは、上記チャンバー内で反応されて基板上にライニング層を形成する、請求項１３に記載の方法。
【請求項２０】
上記ガスは、上記チャンバー内にプラズマを印加することによって上記チャンバー内で反応される、請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
[0001]本出願は、参考の為に本願に全開示内容を援用する２００４年１１月２９日に出願された米国仮特許出願第６０／６３１，７１４号の利益を請求する。
【発明の背景】
【０００２】
[0002]本発明は、一般的に、半導体処理に関し、より詳細には、例えば、過渡的段階の堆積を改善するための化学気相堆積チャンバー用の改良されたガス分配システムに関する。
【０００３】
[0003]近代的な半導体デバイスの製造における主たるステップの１つは、ガスの化学反応により半導体基板上に薄い層を形成することである。このような堆積プロセスは、一般に、化学気相堆積（“ＣＶＤ”）と称される。従来の熱的ＣＶＤプロセスは、反応ガスを基板表面に供給して、熱誘起化学反応を生じさせ、希望の層を形成する。他方、プラズマエンハンストＣＶＤ（“ＰＥＣＶＤ”）技術は、基板表面付近の反応ゾーンに高周波（“ＲＦ”）エネルギーを印加することにより反応ガスの励起及び／又は分解を促進し、これにより、プラズマを生成する。プラズマ中の種子の高い反応性は、従来の熱的ＣＶＤプロセスに比して、化学反応を生じさせるに必要なエネルギーを減少させ、ひいては、このようなＣＶＤプロセスに必要な温度を下げる。これらの効果は、更に、高密度プラズマ（“ＨＤＰ”）ＣＶＤ技術により利用され、ここでは、低い真空圧力で濃密なプラズマが形成されて、プラズマ種子の反応性が更に高められる。“高密度”とは、ここでは、１０１１イオン／ｃｍ３に等しいか又はそれを越えるイオン密度をもつことを意味する。
【０００４】
[0004]ＨＤＰ−ＣＶＤ技術を有効に使用するのに適した特定の用途は、浅いトレンチ分離（“ＳＴＩ”）、プリメタル誘電体（“ＰＭＤ”）用途、及びインターメタル誘電体（“ＩＭＤ”）用途を含む。このような種々の用途において堆積特性に影響を及ぼす１つの問題は、異なる組成を有する隣接層の間の拡散であり、これは、得られる層構造に望まれるある特性に悪影響を及ぼし得る。このような拡散を防止するために使用されている１つの解決策は、付加的な中間バリア層を堆積することである。例えば、ドープされた酸化シリコンがＩＭＤ用途において堆積されるときには、ドーパントがメタルラインへ拡散して、望ましからぬ化学的種子を酸化物／メタル界面に形成し、酸化物とメタルとの間の接着を不充分にすることがある。ドープされた酸化シリコン層を堆積する前に、シリコンに富んだライナーをメタルに堆積すると、ドーパントの拡散を防止するように作用する。バリア層を含ませることは、構造体における接着性を改善するという有利な作用を及ぼす。現在、多くの用途では、ある構造体を形成するときにバリア層を堆積することが、ほぼ日常的に行なわれている。例えば、ＨＤＰ−ＣＶＤを使用するフルオロシリケートガラス（“ＦＳＧ”）用途ではフッ素ドープの酸化シリコンの層を堆積する前に、シリコンに富んだ酸化物ライナーが基板上に普通に形成される。
【０００５】
[0005]初期堆積層又はライナーの堆積は、ＨＤＰ−ＣＶＤリアクタにおいてプラズマダメージを防止する上で重要な要素である。初期堆積の過渡的段階ではガスの分配が非均一であるために、均一なライナーを得ることは実質的に困難である。均一なライナーを堆積するための１つの現在の解決策は、プラズマなしにチャンバー内でガス混合を行なうことを含む低圧力ストライク(strike)を使用している。混合ステップ中に、基板は、プラズマなしに冷却され、これにより、ライナーの堆積温度が下げられる。ライナーの先駆ガスは、通常、酸素及びシリコンソースガス、例えば、シランを含み、また、おそらくは、フッ素含有ガス、例えば、ＳｉＦ４も含むことができる。前混合ステップの後にプラズマを当てることが、１９９９年１２月２３日出願の“LOW PRESSURE STRIKE IN HDP-CVD CHAMBER”と題する出願中の共通に譲渡された米国特許出願第０９／４７０，８１９号に説明されたような低圧力ストライクにより行うことができる。また、低圧力ストライクの使用は、もしこれがなければ一貫性のない膜のクオリティを招くことになるプラズマステージ点火周期中のプラズマの不安定性を回避する。
【０００６】
[0006]他方、堆積温度を最大にすることは、ＨＤＰ−ＣＶＤリアクタにおいて重要なギャップ充填(gapfill)要素である。低圧力ストライクを使用して堆積温度を下げることにより、ギャップ充填特性が悪化する傾向となる。
【発明の簡単な概要】
【０００７】
[0007]本発明の実施形態は、ガスが最初にガス分配システムを経てプロセスチャンバーへ流れ込むときの過渡的段階中にプロセスチャンバーへガスをより均一に分配するガス分配システムに向けられる。特定の実施形態において、ガス分配システムは、外側チャンネルと内側チャンネルとの間に可変オリフィスサイズを含む。ガスは、ガス入口を経て外側チャンネルへ流れ込み、次いで、異なるサイズのオリフィスを経て内側チャンネルへと進む。オリフィスのサイズは、外側チャンネルに沿って測定されたオリフィスとガス入口との間の距離と共に増加する。このように、ガスの流れは、内側ガスチャンネルへより均一に分配され、内側ガスチャンネルは、チャンバーの周りに配置された複数のガス出口へと流体結合されて、チャンバーへガスが導入される。外側チャンネル及び内側チャンネルは、プロセスチャンバーの周りに円形ガスリングに構成される。ガス分配システムは、低圧力ストライク解決策で行なわれたように初期堆積温度を下げることなく均一なライナーを堆積するのに使用され、これにより、良好なギャップ充填特性を含む堆積のクオリティを確保することができる。
【０００８】
[0008]本発明の１つの態様によれば、ガス分配システムは、外面及び内面を含むガスリングと、このガスリングの外面に配置されたガス入口とを備えている。ガス入口は、ガスリングの外面と内面との間に配置された第１チャンネルに流体結合される。ガスリングの内面には複数のガス出口が分布され、それら出口は、ガスリングの外面と内面との間に配置された第２チャンネルに流体結合される。第１チャンネルと第２チャンネルとの間には複数のオリフィスが流体結合される。複数のオリフィスは、ガス入口から複数の距離で離間され、オリフィスのサイズは、第１チャンネルに沿って測定されたガス入口からの距離と共に変化し、第１チャンネルに沿って測定されたオリフィスとガス入口との間の距離の増加と共にオリフィスのサイズも増加するようにされる。
【０００９】
[0009]本発明の別の態様によれば、基板を処理するチャンバーへ流れ込むガスを分配する方法は、外面及び内面を含むガスリング、外面と内面との間に配置された第１チャンネル、及び外面と内面との間に配置された第２チャンネルを設けるステップを備えている。第１チャンネルは、複数のオリフィスを経て第２チャンネルに流体結合される。ガスリングの外面に配置されたガス入口を経てガスリングへガスが導入される。ガスは、ガス入口を経て第１チャンネルに流れ込み、複数のオリフィスを通して第２チャンネルに入り、次いで、この第２チャンネルに流体結合された複数のガス出口を通して、チャンバーに流れ込む。複数のオリフィスは、ガス入口から複数の距離で離間されている。オリフィスは、ガスがガスリングへ最初に導入されるときの過渡的周期中にガス出口を経てチャンバーへガスを実質的に均一に分配するために異なるサイズを有する。
【発明の詳細な説明】
【００１０】
[0016]図１は、誘電体層を堆積することのできる高密度プラズマ化学気相堆積（ＨＤＰ−ＣＶＤ）システム１０の一実施形態を示す。このシステム１０は、チャンバー１３と、真空システム７０と、ソースプラズマシステム８０Ａと、バイアスプラズマシステム８０Ｂと、ガス配送システム３３と、リモートプラズマ洗浄システム５０とを備えている。
【００１１】
[0017]チャンバー１３の上部は、酸化アルミニウムや窒化アルミニウムのようなセラミック誘電体材料で作られたドーム１４を備えている。このドーム１４は、プラズマ処理領域１６の上部境界を画成する。プラズマ処理領域１６は、その底部が基板１７及び基板支持体１８の上面により境界定めされる。
【００１２】
[0018]ヒータプレート２３及びコールドプレート２４がドーム１４の上に載せられて、そこに熱的に結合されている。ヒータプレート２３及びコールドプレート２４は、ドームの温度を、約１００℃から２００℃の範囲にわたり約±１０℃以内に制御することができる。これは、ドームの温度を種々のプロセスに最適なものにするのを許容する。例えば、洗浄又はエッチングプロセス中には、堆積プロセスよりも、ドームを高い温度に維持するのが望ましいことがある。また、ドームの温度を正確に制御することで、チャンバー内の薄片又は粒子の数を減少し、堆積された層と基板との間の接着性を改善する。
【００１３】
[0019]一般的に、プラズマに露出すると、基板支持体１８に位置された基板が加熱される。基板支持体１８は、熱伝達ガス（時には、背面冷却ガスとも称される）を基板の背面へ配送できる内側通路及び外側通路（図示せず）を含む。
【００１４】
[0020]チャンバー１３の下部は、チャンバーを真空システムに接合する本体部材２２を備えている。基板支持体１８のベース部分２１は、本体部材２２に装着され、本体部材２２とで連続する内面を形成する。基板は、ロボットブレード（図示せず）によりチャンバー１３の側部にある挿入／除去開口（図示せず）を通してチャンバー１３へ移送されたり取り出されたりする。リフトピン（図示せず）が、モータ（これも図示せず）の制御のもとで持ち上げられ、次いで、下げられて、基板を、上部ロード位置５７におけるロボットブレードから、下部処理位置５６へ移動し、そこで、基板を基板支持体１８の基板受け入れ部分１９に載せる。基板受け入れ部分１９は、静電チャック２０を備え、これは、基板処理中に基板を基板支持体１８に固定する。好ましい実施形態では、基板支持体１８は、酸化アルミニウム又はアルミニウムセラミック材料で作られる。
【００１５】
[0021]真空システム７０は、スロットル本体２５を備え、これは、３ブレードのスロットルバルブ２６を収容し、ゲートバルブ２７及びターボ分子ポンプ２８に取り付けられる。スロットル本体２５は、ガス流に対する妨害を最小限にすると共に、対称的なポンピングを許容することに注意されたい。ゲートバルブ２７は、ポンプ２８をスロットル本体２５から分離できると共に、スロットルバルブ２６が完全に開いたときに排気流の容量を制限することによりチャンバー圧力を制御することもできる。スロットルバルブ、ゲートバルブ、及びターボ分子ポンプの構成は、約１ミリトールから約２トールのチャンバー圧力を正確且つ安定に制御できるようにする。
【００１６】
[0022]ソースプラズマシステム８０Ａは、ドーム１４に装着される頂部コイル２９及び側部コイル３０を備えている。対称的な接地シールド（図示せず）は、コイル間の電気的結合を減少させる。頂部コイル２９は、頂部ソースＲＦ（ＳＲＦ）ジェネレータ３１Ａにより電力供給され、一方、側部コイル３０は、側部ＳＲＦジェネレータ３１Ｂにより電力供給され、各コイルに対して独立した動作電力レベル及び周波数を許容する。この二重コイルシステムは、チャンバー１３における放射状のイオン密度を制御して、プラズマの均一性を改善できるようにする。側部コイル３０及び頂部コイル２９は、通常、誘導的に駆動され、これは、補足的電極を必要としない。特定の実施形態では、頂部ソースＲＦジェネレータ３１Ａは、公称２ＭＨｚにおいて約８０００ワットまで（７ｋＷ）のＲＦ電力又はそれ以上を与え、側部ソースＲＦジェネレータ３１Ｂは、公称２ＭＨｚにおいて８０００ワットまで（５ｋＷ）のＲＦ電力又はそれ以上を与える。頂部及び側部のＲＦジェネレータの動作周波数は、プラズマ発生効率を改善するために公称動作周波数からずれてもよい（例えば、各々、１．７−１．９ＭＨｚ、及び１．９−２．１ＭＨｚまで）。
【００１７】
[0023]バイアスプラズマシステム８０Ｂは、バイアスＲＦ（ＢＲＦ）ジェネレータ３１Ｃ及びバイアス整合ネットワーク３２Ｃを備えている。バイアスプラズマシステム８０Ｂは、補足的電極として働く本体部材２２に基板部分１７を容量性結合する。バイアスプラズマシステム８０Ｂは、ソースプラズマシステム８０Ａにより生成されたプラズマ種子（例えば、イオン）を基板の表面へ搬送するのを向上させるように働く。特定の実施形態では、バイアスＲＦジェネレータは、１３．５６ＭＨｚにおいて８０００ワットまでのＲＦ電力又はそれ以上を発生する。
【００１８】
[0024]ＲＦジェネレータ３１Ａ及び３１Ｂは、デジタル制御されるシンセサイザーを含み、約１．８乃至約２．１ＭＨｚの周波数範囲にわたって動作する。各ジェネレータは、当業者により理解されるように、チャンバー及びコイルからジェネレータへ反射されて戻される電力を測定して、その反射電力を最低にするよう動作周波数を調整するＲＦ制御回路（図示せず）を備えている。ＲＦジェネレータは、通常、５０オームの特性インピーダンスをもつ負荷に対して動作するように設計される。ジェネレータとは異なる特性インピーダンスを有する負荷からＲＦ電力が反射されることがある。これは、負荷へ送り込まれる電力を減少させる。更に、負荷からジェネレータへ反射されて戻される電力は、ジェネレータを過負荷状態にし、ダメージを及ぼすことがある。プラズマのインピーダンスは、他のファクタの中でも、プラズマイオン密度に基づいて、５オーム未満から、９００オームを越える範囲になることがあり、且つ反射電力は、周波数の関数となることがあるので、反射電力に基づいてジェネレータの周波数を調整することで、ＲＦジェネレータからプラズマへ伝達される電力を高めて、ジェネレータを保護することができる。反射電力を下げて効率を改善する別の方法は、整合ネットワークによるものである。
【００１９】
[0025]整合ネットワーク３２Ａ及び３２Ｂは、ジェネレータ３１Ａ及び３１Ｂの出力インピーダンスをそれらの各々のコイル２９及び３０と整合させる。ＲＦ制御回路は、負荷が変化するときにジェネレータを負荷に整合させるように整合ネットワーク内のキャパシタの値を変化させることにより、両整合ネットワークを同調することができる。ＲＦ制御回路は、負荷から反射されてジェネレータへ戻る電力がある限界を越えたときに整合ネットワークを同調することができる。一定の整合を与えて、ＲＦ制御回路が整合ネットワークを同調するのを効果的にディスエイブルする１つの仕方は、反射電力限界を反射電力の予想値より高くセットすることである。これは、整合ネットワークをその最も最近の状態において一定に保持することにより、プラズマをある条件のもとで安定化する上で助けとなり得る。他の尺度も、プラズマを安定化する上で助けとなり得る。例えば、ＲＦ制御回路は、負荷（プラズマ）へ配送される電力を決定するのに使用でき、層の堆積中に配送電力を実質的に一定に保つように、ジェネレータの出力電力を増加又は減少してもよい。
【００２０】
[0026]ガス配送システム３３は、多数のソース３４Ａ−３４Ｆからガス配送管路３８（幾つかを示しただけである）を経て基板処理チャンバーへガスを供給する。当業者に明らかなように、ソース３４Ａ−３４Ｆとして使用される実際のソース、及び配送管路３８からチャンバー１３への実際の接続は、チャンバー１３内で実行される堆積及び洗浄プロセスに基づいて異なる。ガスは、ガスリング３７及び／又は頂部ノズル４５を通してチャンバー１３へ導入される。図２は、チャンバー１３の簡単な部分断面図で、ガスリング３７の更なる細部を示している。
【００２１】
[0027]一実施形態において、第１及び第２のガスソース３４Ａ及び３４Ｂと、第１及び第２のガスフローコントローラ３５Ａ’及び３５Ｂ’は、ガス配送管路３８（幾つかを示しただけである）を経てガスリング３７のリング充満部３６へガスを供給する。ガスリング３７は、基板上へ均一なガスの流れを供給する複数のガスノズル３９（説明上１つしか示されていない）を有する。ノズルの長さ及びノズルの角度は、個々のチャンバー内の特定のプロセスに対して均一性プロフィール及びガス利用効率の調整を許容するために変更されてもよい。一実施形態において、ガスリング３７は、酸化アルミニウムセラミックで作られた２４個のガスノズル３９を有する。
【００２２】
[0028]また、ガスリング３７は、複数のガスノズル４０（１つしか示されていない）も有し、これは、好ましい実施形態では、ソースガスノズル３９と同一平面にあって且つ長さが同じであり、また、一実施形態では、本体充満部４１からガスを受け取る。ガスノズル３９及び４０は、ガスをチャンバー１３に注入する前に混合しないことが望ましい実施形態では、流体結合されない。他の実施形態では、本体充満部４１とガスリング充満部３６との間にアパーチャー（図示せず）を設けることにより、ガスをチャンバー１３に注入する前に混合することができる。一実施形態では、第３及び第４のガスソース３４Ｃ及び３４Ｄと、第３及び第４のガスフローコントローラ３５Ｃ及び３５Ｄ’は、ガス配送管路３８を経て本体充満部へガスを供給する。４３Ｂのような付加的なバルブ（他のバルブは示されていない）は、フローコントローラからチャンバーへのガスを遮断することができる。
【００２３】
[0029]可燃性、有毒又は腐食性ガスが使用される実施形態では、堆積後にガス配送管路に残留するガスの排除が望まれることがある。これは、三方バルブ、例えば、バルブ４３Ｂを使用して、チャンバー１３を配送管路３８Ａから分離し、この配送管路３８を、例えば、真空フォアライン(foreline)４４へ通気するようにして、達成できる。図１に示すように、他の同様のバルブ、例えば、４３Ａ及び４３Ｃが、他のガス配送管路に組み込まれてもよい。このような三方バルブは、通気されないガス配送管路の容積（三方バルブとチャンバーとの間）を最小にするために、チャンバー１３に実際上近付けて配置することができる。更に、マスフローコントローラ（“ＭＦＣ”）とチャンバーとの間、又はガスソースとＭＦＣとの間に、二方（オン／オフ）バルブ（図示せず）が配置されてもよい。
【００２４】
[0030]再び図１を参照すれば、チャンバー１３は、頂部ノズル４５及び頂部通気口４６も有している。この頂部ノズル４５及び頂部通気口４６は、ガスの頂部及び側部の流れの独立した制御を許容し、膜の均一性を改善すると共に、膜の堆積及びドーピングパラメータの微調整を許容する。頂部通気口４６は、頂部ノズル４５の周りの環状開口である。一実施形態では、第１のガスソース３４Ａは、ソースガスノズル３９及び頂部ノズル４５へガスを供給する。ソースノズルＭＦＣ３５Ａ’は、ソースガスノズル３９へ配送されるガスの量を制御し、また、頂部ノズルＭＦＣ３５Ａは、頂部ガスノズル４５へ配送されるガスの量を制御する。同様に、２つのＭＦＣ３５Ｂ及び３５Ｂ’は、ソース３４Ｂのような単一の酸素ソースから頂部通気口４６及び酸化ガスノズル４０の両方への酸素の流れを制御するのに使用できる。頂部ノズル４５及び頂部通気口４６へ供給されるガスは、チャンバー１３にこれが流れ込むまで別々に保持されてもよく、又はガスは、チャンバー１３に流れ込む前に頂部充満部４８において混合されてもよい。同じガスの別々のソースを使用して、チャンバーの種々の部分に供給してもよい。
【００２５】
[0031]図１及び図２に示す実施形態では、チャンバー要素から堆積残留物を周期的に洗浄するために、リモートマイクロ波発生プラズマ洗浄システム５０が設けられる。この洗浄システムは、リアクタ空洞５３において洗浄ガスソース３４Ｅ（例えば、分子状フッ素、三フッ化窒素、他のフルオロカーボン、又はそれと同等のもの）からプラズマを生成するリモートマイクロ波ジェネレータ５１を備えている。このプラズマから生じる反応種子は、アプリケータ管５５を経て洗浄ガスフィードポート５４を通ってチャンバー１３へ搬送される。洗浄プラズマを収容するのに使用される材料（例えば、空洞５３及びアプリケータ管５５）は、プラズマによる攻撃に耐えるものでなければならない。リアクタ空洞５３とフィードポート５４との間の距離は、実際上短く保持されねばならない。というのは、望ましいプラズマ種子の濃度が、リアクタ空洞５３からの距離と共に減少し得るからである。リモート空洞において洗浄プラズマを発生することで、効率的なマイクロ波ジェネレータの使用を許容すると共に、現場で形成されるプラズマに生じ得るグロー放電の温度、放射線又は衝撃をチャンバー要素が受けないようにする。その結果、静電チャック２０のような比較的敏感な要素を、現場のプラズマ洗浄プロセスで要求され得るように、ダミーウェハでカバーしたり、他の仕方で保護したりする必要はない。
【００２６】
[0032]図３は、本発明の一実施形態によるガスリング３００を示す。このガスリング３００は、外面又は外周３０２と、内面又は内周３０４とを含む。ガスリング３００の外面３０２にはガス入口３０６が配置されて、第１チャンネル又は充満部３０８に流体結合されている。この第１チャンネル３０８は、ガスリング３００の外面３０２と内面３０４との間に配置される。また、第２チャンネル又は充満部３１０が、ガスリング３００の外面３０２と内面３０４との間に配置されて、複数のオリフィス又は開口３１２を経て第１チャンネル３０８に流体結合される。図３に示すように、第１チャンネルは、外側チャンネル３０８であり、第２チャンネルは、この外側チャンネル３０８と、ガスリング３００の内面３０４との間に配置された内側チャンネル３１０である。しかしながら、他の実施形態では、第１及び第２チャンネル３０８、３１０は、異なる配置にされてもよい。例えば、２つのチャンネルは、ガスリング３００の軸に沿って互いに横方向に離間されて、ほぼ同じ周囲をもつようにしてもよい。
【００２７】
[0033]図３は、第１チャンネル３０８又は第２チャンネル３１０の周囲に沿って実質的に均一に離間された６つのオリフィス３１２を示している。複数の第１ガス出口３１６が、ガスリング３００の内面３０４にわたって分布されて、第２チャンネル３１０に流体結合される。図３は、２４個の第１ガス出口３１６を示している。また、１２個の第２ガス出口３１８があって、第２チャンネル３１０から流体分離され、別のガスソースからプロセスチャンバーへガスを導入するように構成される。例えば、第１ガス出口３１６は、シランのようなシリコンソースガスを導入するのに使用でき、また、第２ガス出口３１８は、酸素のような別の反応ガスを導入するのに使用できる。
【００２８】
[0034]ここに示す特定の実施形態では、第２チャンネル３１０は、ガスリング３００の内面３０４の周りを３６０°にわたって延びるが、第１チャンネル３０８は、ガスリング３００の内面３０４の周りを３６０°未満で部分的に延び、第１チャンネルの２つの端３２０は互いに離間される。図３に示すように、６個の均一に離間されたオリフィス３１２を含むガスリング３００において約６０°だけ互いに角度的に離間された第１チャンネルの２つの端３２０の各々の付近にオリフィス３１２が配置される。ガス入口３０６は、第１チャンネル３０８に沿って測定された距離において第１チャンネルの２つの端３２０間のほぼ中間の位置で第１チャンネル３０８に結合される。一般に、複数のオリフィス３１２は、２より大きな偶数個のオリフィス３１２である。複数のオリフィス３１２は、ガス入口３０６及び第１チャンネル３０８の周囲の中心を通る線３２４に対して実質的に対称的に配置される。ガス入口３０６及び第１チャンネル３０８の周囲の中心を通る線上には、オリフィス３１２が存在しない。もちろん、別の実施形態では、オリフィス３１２の数及び間隔が異なってもよい。
【００２９】
[0035]複数のオリフィス３１２は、ガス入口３０６から複数の距離で離間される。オリフィス３１２は、ガスリング３００にガスが最初に導入されるときの過渡的な周期中にガス出口３１６を経て実質的に均一なガス分布を与えるように異なるサイズを有する。一般に、オリフィス３１２は、第１チャンネル３０８に沿って測定されたガス入口３０６からの距離と共に変化するサイズを有し、オリフィス３１２のサイズは、第１チャンネル３０８に沿って測定されたオリフィス３１２とガス入口３０６との間の距離の増加と共に増加する。
【００３０】
[0036]図４は、第１チャンネルの１つの端３２０付近の領域の拡大図である。オリフィス３１２を形成する１つの仕方は、ガスリング３００の一部分を通して外面３０２から第１チャンネル３０８を経て第２チャンネル３１０へ穴を開けることである。外面３０２と第１チャンネル３０８との間の穴は、次いで、栓３３０で閉じることができる。
【００３１】
[0037]図５及び図６は、従来のガスリング５００及び本発明の実施形態によるガスリング３００を使用して基板にライナー又はライニング層を堆積する実験結果を示す。図５において、従来のガスリング５００は、ガス入口５０２が外側チャンネル５０４に流体結合され、次いで、外側チャンネルが、１８０°離れて配置された２つのオリフィス５０８により内側チャンネル５０６に流体結合される。２４個の第１ガス出口５１０が内側チャンネル５０６に流体結合され、また、１２個の第２ガス出口５１２が別のガスソースに流体結合される。オリフィス５０８は、直径が約０．１８８インチである。ガスリング３００は、６個のオリフィス３１２を有し、これらは、ガス入口３０６から約３０°の２つのオリフィス３１２ａと、ガス入口３０６から約９０°の２つのオリフィス３１２ｂと、ガス入口３０６から約１５００°の２つのオリフィス３１２ｃとを含む。最も近いオリフィス３１２ａは、直径が約０．０９３インチであり、中間のオリフィス３１２ｂは、直径が約０．１２５インチであり、最も離れたオリフィス３１２ｃは、直径が約０．２２１インチである。
【００３２】
[0038]堆積されるライナーは、ＨＤＰ−ＣＶＤシステム１０を使用してプラズマエンハンスト化学気相堆積により形成される酸化シリコンライナーである。プロセスガスは、第１ガス出口３１６又は５１０を通して導入されるシランと、第２ガス出口３１８又は５１２を通して導入されるＯ２とを含む。印加されるエネルギーは、頂部コイル２９に約１５００Ｗを含み、側部コイル３０に約５０００Ｗを含む。動作温度は約４５０℃であり、動作圧力は約６ミリトールである。基板５２０及び６２０は、直径が３００ｍｍである。堆積時間は、約３秒である。
【００３３】
[0039]従来のガスリング５００を使用して基板５２０に形成されたライナーは、厚みが約２４１．８Åで、８．１０％の変動を伴う。図５に示すように、このライナーは、２つのオリフィス５００に接近した２つの側部が厚くなっている。本発明のガスリング３００を使用して基板６２０に形成されたライナーは、厚みが約２１６．５Åで、３．６２％の変動を伴い、これは、４．４８％の著しい改善である。厚み変動は、半分以上減少された。図６に示すように、ライナーの厚みは、基板６２０の中心に対してより対称的である。ライナーの対称値は、図６では２．６６（Å／Å）であり、図５では４．２である。異なるオリフィスサイズに対して複数のテストを行い、第１チャンネル３０８に沿って測定されたオリフィス３１２とガス入口３０６との間の距離の増加と共にオリフィス３１２のサイズを増加することによりライナーの均一性が改善されることが確立された。テスト結果は、更に、過渡的な周期の後に、より定常的な条件のもとでの後続堆積が、可変オリフィス３１２を伴うガスリング３００を使用して一般的に均一な層を形成し続けることも示している。
【００３４】
[0040]以上の説明は、例示であって、これに限定するものではないことを理解されたい。当業者であれば、以上の説明を検討したときに多数の実施形態が明らかとなろう。例えば、本発明は、他の形式のチャンバー、及び基板を処理する他のプロセスへと拡張できる。可変オリフィス３１２の数、サイズ及び配列は、特定の状態に対して変更し、適応させることができる。それ故、本発明の範囲は、前記説明を参照して決定されてはならず、特許請求の範囲及びその等効物の完全な範囲を参照して決定されねばならない。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明による高密度プラズマ化学気相堆積（ＨＤＰ−ＣＶＤ）システムの一実施形態を簡単に示す図である。
【図２】図１の例示的なＨＤＰ−ＣＶＤシステムに関連して使用できるガスリングの簡単な断面図である。
【図３】本発明の一実施形態によるガスリングの断面図である。
【図４】図３のガスリングの一部分の拡大断面図である。
【図５】従来のガスリングを使用して基板に堆積された層の厚み変動を示す図である。
【図６】図５の層と同じ条件のもとで、本発明の一実施形態によるガスリングを使用して基板に堆積された層の厚み変動を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０…高密度プラズマ化学気相堆積（ＨＤＰ−ＣＶＤ）システム、１３…チャンバー、１４…ドーム、１６…プラズマ処理領域、１７…基板、１８…基板支持体、１９…基板受け入れ部分、２０…静電チャック、２１…ベース部分、２２…本体部材、２３…ヒータプレート、２４…コールドプレート、２５…スロットル本体、２６…スロットルバルブ、２７…ゲートバルブ、２８…ポンプ、２９…頂部コイル、３０…側部コイル、３１Ａ…頂部ソースＲＦ（ＳＲＦ）ジェネレータ、３１Ｂ…側部ＳＲＦジェネレータ、３１Ｃ…バイアスＲＦ（ＢＲＦ）ジェネレータ、３２Ａ、３２Ｂ…整合ネットワーク、３２Ｃ…バイアス整合ネットワーク、３３…ガス配送システム、３４Ａ−３４Ｆ…ガスソース、３６…ガスリング充満部、３７…ガスリング、３８…ガス配送管路、３９…ガスノズル、４０…ガスノズル、４１…本体充満部、４５…頂部ノズル、４６…頂部通気口、５０…リモートプラズマ洗浄システム、５１…マイクロ波ジェネレータ、５３…リアクタ空洞、７０…真空システム、８０Ａ…ソースプラズマシステム、８０Ｂ…バイアスプラズマシステム、３００…ガスリング、３０６…ガス入口、３０８…第１チャンネル、３１０…第２チャンネル、３１２…オリフィス、３１６…第１ガス出口、３１８…第２ガス出口、３２０…第１チャンネルの端、５００…従来のガスリング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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