(57)【要約】【課題】  半導体プロセスチャンバ内にガスを分配するための装置及び方法の提供。【解決手段】  一実施形態において、ガス処理チャンバ内で用いられるガス分配器は本体を備えている。本体には、第一方向から第二方向にガスの流れをそらすガス偏向面を有するバッフルが含まれる。ガス偏向面は、凹面を備えている。凹面は、ガス偏向面の少なくとも約７５％を含む。凹面は、チャンバ壁に向かってガスを大幅に偏向させ、バッフルからの金属原子汚染が減少するので、シーズニング時間を短縮し得る。【選択図】  図３Ａ
2008147648.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体処理チャンバ内で用いるためのガス分配器であって、
該ガス分配器が、
本体を備え、その本体が、
ガスの流れを第一方向から第二方向にそらすガス偏向面を有するバッフルであって、該ガス偏向面が凹面を備え、該凹面が該ガス偏向面の表面積の少なくとも約７５％を備える、前記バッフルを含む、前記ガス分配器。
【請求項２】
該本体が、該本体の周囲の周りにフランジを備え、該フランジが、該凹面から該本体の外縁部までの距離を半径方向に外向きに伸び、該フランジ距離が、該分配器全体の最大幅の約２５％以下を含む、請求項１に記載のガス分配器。
【請求項３】
該凹面が、該ガス偏向面の表面積の少なくとも約９０％を含む、請求項１に記載のバッフル。
【請求項４】
該凹面が、該分配器の上部近くの該第一方向に沿って伸び、該分配器の下部近くの該第二方向に沿って伸びる、請求項１に記載のバッフル。
【請求項５】
該凹面が、該凹面を画成する幾つかの段差を含み、該段差が、該凹面の第一上部から該凹面の第二下部まで伸びる、請求項１に記載のバッフル。
【請求項６】
該バッフルが、該凹面の周囲の凸面を有するフランジを備え、該バッフルが、該凹面と該凸面との間の平坦移行面を有することなく、該ガスを該第一方向から該第二方向にそらすように適合されている、請求項１に記載の分配器。
【請求項７】
該本体が、該第一方向に沿って伸びる上部と、該第二方向に沿って伸びるフランジ部分と、を含み、該フランジ部分が、該フランジ部分の厚さよりも小さい距離で該凹面を超えて該第２の方向に沿って伸びる、請求項１に記載の分配器。
【請求項８】
該本体が、該分配器を取り付けるためのガス供給ポートの近くに位置決めされたネック部を備え、該ネック部が、軸に沿って伸び、該ガス偏向面が、該軸に関してほぼ回転対称であり、該第一方向が、該軸に沿っており、該第二方向が、該軸から離れている、請求項１に記載の分配器。
【請求項９】
該本体が、堆積ガスを分配するように適合された曝された下面を備え、該下面が、中央部分と段差面によって該中央部分から分離された凹部周囲部分を有し、該本体が、ガス入口と、該段差面に配置された複数のガス出口と、該入口を該複数のガス出口に接続するガス通路とを更に含む、請求項１に記載の分配器。
【請求項１０】
該ガス分配器が、単一成形物から構成される、請求項１に記載の分配器。
【請求項１１】
基板処理チャンバであって、該チャンバが、
天井と側壁を有するエンクロージャと、
基板を支持するように適合された基板支持体と、
該基板支持体の上の中央に位置決めされたガス分配器であって、該ガス分配器が、本体を備え、その本体が、ガスを該本体から該エンクロージャ側壁に向って外向きに進めさせるように適合された曝された上面を有するバッフルを含み、曝された該上面が、凹部を備え、該凹部が、曝された該上面の面積の少なくとも約７５％を備え、該分配器が、該上面の下に、該基板支持部から隔置された曝された下面を備え、該下面が、堆積ガスを該チャンバへ注入するように適合されている、前記ガス分配器と、
を備える、前記基板処理チャンバ。
【請求項１２】
該下面が、中央部分と、段差面によって該中央部分から分離された凹部周囲部分と、を備え、該本体が、ガス入口と、該段差面に配置された複数のガス出口と、該入口を該複数のガス出口に接続するガス通路と、を更に含む、請求項１１に記載の基板処理チャンバ。
【請求項１３】
該ガスを該バッフル上面に進ませるように適合された環状ガス通路を画成する該本体の一部の周りに配置された環状構造を更に備える、請求項１１に記載の基板処理チャンバ。
【請求項１４】
ガス処理チャンバで用いるためのガス分配器であって、
該ガス分配器が、本体を備え、その本体が、
ガスをそらすバッフルであって、該バッフルが、該ガスを第一方向から第二方向に偏向させる凹面と、該凹面の周囲に配置された凸面と、該凹面から該凸面への移行を与えるための該凹面と該凸面との間に配置された移行面と、を備え、該凸面が、バッフル全体に最大幅を含み、該移行面が、該最大幅の約２０％以下の該最大幅に沿って伸びる、前記バッフルを含む、前記ガス分配器。
【請求項１５】
該移行面が、該最大幅の約１０％以下の該最大幅に沿って伸びる、請求項１４に記載のガス分配器。
【請求項１６】
該凸面が、該第一方向に沿った厚さを備え、該移行面が、該凸面の該厚さよりも小さい距離を該最大幅に沿って伸びる、請求項１４に記載のガス分配器。
【請求項１７】
該凹面が、トーリック凹面を備え、該凸面が、トーリック凸面を備え、該トーリック凸面とトーリック凹面が、該トーリック凹面から該トーリック凸面への滑らかな移行を与えるように適合されている、請求項１４に記載のガス分配器。
【請求項１８】
ガス処理チャンバ内で用いるためのガス分配器であって、
該ガス分配器が、本体を備え、その本体が、
ガスの流れをガス偏向面で第１の方向から第２の方向にそらすためのバッフルであって、該ガス偏向面が、凹面と、凸面と、該凸面から該凹面への移行部と、を備え、該凹面が、該ガス偏向面の表面積の少なくとも約７５％を含み、該移行部が、該本体全体に最大幅の約１０％以下を含む、前記バッフルと、
該本体の上端近くに配置されたネック部と、
堆積ガスを複数のジェットを通して分配するように適合された曝された下面であって、該下面が、中央部と段差面によって該中央部から分離された凹部周囲部を有し、該バッフルが、該ネック部と該下面との間に配置される、前記下面と、
軸であって、該軸が、該ネック部から該下面に沿って配置され、該ガス偏向面が、該軸に関してほぼ回転対称であり、該第一方向が、該軸に沿い、該第二方向が該軸から離れている、前記軸と、
ここで、該凹面が該本体の該ネック部の近くに該第一方向に沿って伸び且つ該下面の近くに第二方向に沿って伸びており、
ガス入口と、
該段差面に配置された複数のガス出口と、
該入口を該複数のガス出口に接続するガス通路と、を含み、
ここで、該ガス分配器が、酸化アルミニウム又は窒化アルミニウムの少なくとも１つの単一成形物を含む、前記ガス分配器。
【請求項１９】
半導体プロセスで用いられるガスを偏向する方法であって、
該方法が、
ガスを第一方向にガス分配器に向って進ませるステップであって、該ガス分配器が、凹面を備える、前記ステップと、
該ガスをほぼ該凹面で第一方向から第二方向に偏向させるステップであって、該第二方向が、該第一方向を横切る、前記ステップと、
を含む前記方法。
【請求項２０】
該ガス分配器が、ガス偏向面を備え、該凹面が、該ガス偏向面の少なくとも約７５％を含むので、該ガスが凹面で第一方向から第二方向にほぼ偏向される、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の背景】
【０００１】
[0001]本発明は、一般的に、半導体製造の分野に関する。より詳細には、本発明は、集積回路の形成に用いられるガスを配送するためのガスバッフル及び方法に関する。
【０００２】
[0002]現在の半導体デバイスの製造における主要なステップの一つは、半導体基板上の膜、例えば、酸化シリコン膜の形成である。酸化シリコンは、半導体デバイスの製造における誘電体層として幅広く用いられている。周知のように、酸化シリコン膜は熱化学気相堆積（“ＣＶＤ”）プロセス又はプラズマ増強型化学気相堆積（“ＰＥＣＶＤ”）プロセスによって堆積させることができる。従来の熱ＣＶＤプロセスにおいて、反応性ガスが基板の表面に供給され、熱によって誘導された化学反応が起こり、所望の膜が得られる。従来のプラズマ堆積プロセスでは、制御されたプラズマを形成して、反応性化学種を分解及び/又は活性化し、所望の膜が得られる。
【０００３】
[0003]半導体デバイスの形状は、このようなデバイスが数十年前に最初に導入されたときから、サイズが著しく減少してきており、また、減少し続けている。このデバイス形状のスケールの継続している減少により、半導体基板上に製造された集積回路に形成された回路素子及び相互接続部の密度が劇的に増加してきた。このような高密度に充填された集積回路の設計や製造において半導体製造者が直面している一つの持続的な課題は、回路素子間のスプリアス相互作用を防止するという要望であり、目標は、スケールが減少し続けるにつれて、継続的な革新を必要としてきた。
【０００４】
[0004]望まれない相互作用は、典型的には、物理的及び電気的の両方で素子を絶縁するための誘電体材料で充填された隣接した素子間に空間を設けることによって防止される。そのような空間を時々、ここでは“ギャップ”又は“トレンチ”と呼び、このような空間を充填するためのプロセスは、一般的に、当技術分野では“ギャップ充填”プロセスと呼ばれている。従って、このようなギャップを完全に充填する膜を得るための一定のプロセスの能力は、しばしばプロセスの“ギャップ充填能力”と呼ばれ、膜は“ギャップ充填層”又は“ギャップ充填膜”と呼ばれている。回路密度が、より小さい特徴部サイズとともに増加するにつれて、これらのキャップの幅は減少し、ギャップ高さとギャップ深さとの比によって定義されるそれらのアスペクト比が増加した。高アスペクト比のギャップは、比較的ギャップ充填能力に乏しい傾向がある従来のＣＶＤ技術を用いて完全に充填することが難しい。とりわけ金属間誘電体（“ＩＭＤ”）適用、プレメタル誘電体（“ＰＭＤ”）適用、浅いトレンチ絶縁（“ＳＴＩ”）適用においてギャップを充填するために一般に用いられる誘電体膜の一つの種類は、酸化シリコン（しばしば“石英ガラス”又は“ケイ酸塩ガラス”とも呼ばれる）である。
【０００５】
[0005]ある集積回路製造者らは、酸化シリコンギャップ充填層を堆積するのに高密度プラズマＣＶＤ（“ＨＤＰ-ＣＶＤ”）システムの使用に変わってきた。このようなシステムは、標準の容量結合プラズマＣＶＤシステムによって示されるプラズマ密度より約二桁大きい約１０１１イオン/ｃｍ３を超える密度を有するプラズマを形成する。誘導結合プラズマ（“ＩＣＰ”）システムが、ＨＤＰ-ＣＶＤシステムの例である。このようなＨＤＰ-ＣＶＤ技術によって堆積された膜をギャップ充填特性を改善させることを可能にする一つの要因は、材料の堆積と同時にスパッタリングが行われることである。スパッタリングは、材料を衝撃によって放出する機械的プロセスであり、ＨＤＰ-ＣＶＤプロセスのプラズマの高イオン密度によって促進される。従って、ＨＤＰ堆積のスパッタリング要素は、隆起した表面の隅のようなある特徴部で堆積を遅くし、それによってギャップ充填能力の増大に寄与する。
【０００６】
[0006]ＨＤＰプロセスとＩＣＰプロセスの使用によってさえ、所望の堆積特性を達成するのに多数の持続的な課題が残っている。これらは、特にチャンバ内の構造を損傷し、汚染を引き起こす温度が生じてしまう高エネルギープロセスにおいて、処理チャンバ内のプラズマの熱特性を処理する必要を含んでいる。例えば、高温はＡｌＦ３の形成と昇華に関連しており、このような高温に曝された腐食系成分やアルミニウム不純物の基板上への堆積が生じる。フッ素は非常に腐食性であり、チャンバ壁から腐蝕的に材料を除去する洗浄ガス、また、エッチングガスとしてチャンバ内にしばしば存在する。例えば、解離したＮＦ３は、チャンバを洗浄するために又はチャンバ内でＮＦ３プラズマを用いる堆積-エッチング-堆積レシピのエッチング要素としてバッフルの裏面からチャンバ中に導入することができる。
【０００７】
[0007]更に、ウエハ全体で均一な堆積プロセスを与えることが一般に望まれている。不均一性は、デバイス性能の不一致をもたらし、多数の異なる要因から生じることがある。ウエハの上の異なる点での堆積特性は、多数の異なる作用の複雑な相互作用から生じる。例えば、ガスをチャンバへ導入する方法、前駆化学種をイオン化するために用いられる電力レベル、イオンを送る電界の使用などは、最終的にウエハ全体に堆積特性の均一性に影響を及ぼすことがある。更に、これらの作用が現れる方法は、例えば、チャンバ内のイオンの分配に影響を及ぼす異なる拡散作用を与えることによって、チャンバの物理的形状やサイズに左右されることがある。
【０００８】
[0008]本発明の実施形態に関連した研究は、現在のシステムを提案しているが、方法は理想的ではないものである。例えば、半導体回路及び回路素子間の関連したギャップが縮小するにつれて、特に粒子サイズがギャップのサイズに近い場合、小さい粒子による汚染が問題となってくることがあり得る。また、ギャップ充填層内の金属、例えば、Ａｌによる汚染も、誘電体ギャップ充填層の所望の電気的絶縁特性を減少させ得る。この汚染は、歩留まりの減少、材料の浪費、場合によっては欠陥のある回路を生じ得る。その結果、浅いトレンチ絶縁のためのＨＤＰ-ＣＶＤプロセス膜の一つの規格は、膜のアルミニウム含量である。
【０００９】
[0009]ウエハ汚染を防止する一つの方法は、ウエハをチャンバ内に配置する前に保護コーティングでチャンバをシージングすることであった。例えば、プロセスチャンバは、しばしば、汚染を防止し、洗浄ガスによる腐食からチャンバを保護するために、チャンバ内側に、例えば、チャンバ壁上に、保護コーティングを堆積させる堆積ガス、例えば、ＳｉＨ４で、シーズニングされる。しかしながら、保護コーティングによるチャンバのシーズニングは、時間がかかり、典型的なシーズニング時間は、１２０秒程度であり得る。その結果、処理能力、一定の時間かけて処理されたウエハの数が減少し、現在の半導体プロセスシステムの処理能力は理想的なものではない。本発明に関する研究は、ウエハ製造処理能力は、ウエハを処理するために必要とされる時間の量を短縮させることによって、例えば、シーズニング時間の短縮によって、増大し得ることを示している。半導体プロセスチャンバに用いられ上記欠点の少なくとも一部があることを示している従来技術のガスバッフルの実施形態を、図１に示す。
【００１０】
[0010]従って、金属原子、例えば、アルミニウム原子からの汚染が減少した、且つＨＤＰプロセスやＩＣＰプロセスにおける処理能力が増大した堆積均一性を与える改善されたシステム及び方法が当該技術において一般に求められている。
【発明の概要】
【００１１】
[0011]本発明の実施形態は、半導体プロセスのための方法及び装置を提供する。より詳細には、本発明の実施形態は、ガス、例えば、洗浄ガス及び/又は堆積ガスをプロセスチャンバへ分配するために用いられるガス分配器を提供する。
【００１２】
[0012]本発明の一実施形態において、半導体プロセスチャンバに用いるためのガス分配器は、本体を備える。本体は、ガスの流れを第一方向から第二方向にそらす、ガス偏向面を有するバッフルを含む。ガス偏向面は、凹部を備える。凹部は、ガス偏向面の表面積の少なくとも約７５％を備える。
【００１３】
[0013]本発明の他の実施形態において、基板処理チャンバは、天井と側壁を有するエンクロージャと、基板を支持するように適合された基板支持体とを備える。ガス分配器は、基板支持体の上の中央に位置決めされる。ガス分配器は、バッフルを含む本体を備える。バッフルは、ガスを本体からエンクロージャ側壁に向かって外向きに送るように適合された曝された上面を有する。曝された上面は、凹部を備え、凹部は、バッフルの曝された上面の面積の少なくとも約７５％を含む。分配器は、上面の下に且つ基板支持体から隔置された下面を備える。下面は、堆積ガスをチャンバへ注入するように適合されている。
【００１４】
[0014]本発明の追加の実施形態において、ガス処理チャンバに用いるためのガス分配器は、本体を備える。本体は、ガスをそらすためのバッフルを含む。バッフルは、ガスを第一方向から第二方向に偏向させるための凹面を備える。バッフルは、また、凹面の周囲に配置された凸面を含む。移行面は、凹面から凸面への移行を与えるように凹面と凸面との間に配置される。凸面は、バッフル全体に最大幅を含む。移行面は、最大幅の約２０％以下に沿って伸びる。
【００１５】
[0015]本発明の実施形態において、更に、半導体プロセスに用いられるガスを偏向する方法が提供される。洗浄ガスを、第一方向にガス分配器に向って進ませる。ガス分配器は、凹面を備える。ガスを、ほぼ凹面で第一方向から第二方向に偏向する。第二方向は、第一方向を横切る。
【００１６】
[0016]本発明の他の実施形態において、半導体プロセスチャンバ内で半導体ウエハを処理する方法が提供される。前記方法は、チャンバを洗浄ガスで洗浄するステップを含む。チャンバは約２５〜６０秒間シーズニングする。ウエハをチャンバ内に配置して、ウエハを誘電体層でコーティングする。ウエハは、ＨＤＰプロセス及び/又はＣＶＤプロセスにより誘電体層でコーティングする。誘電体層は、約２×１０１２金属原子/平方センチメートル以下を有する。コーティングされたウエハをチャンバから取り除く。
【００１７】
[0017]本発明の更に他の実施形態において、基板処理デバイスが提供される。デバイスは、天井及び側壁を有するエンクロージャを含む。基板支持体は、エンクロージャ内で半導体基板を支持するように適合されている。高密度プラズマ堆積システムは、高密度プラズマを基板へ分配して基板上に誘電体層を形成するように適合されている。ガス分配器は、基板支持部の上の中央に配置される。ガス分配システムは、ガス分配器へのガス分配を制御するように適合されている。プロセッサは、ガス分配システムとプラズマ堆積システムに結合され、チャンバをシーズニングするとともに誘電体層をウエハに付ける。バッフルとエンクロージャは、約２５〜６０秒のシーズニング時間による高電力プロセスについて、層上に約１.５×１０１２金属原子/平方センチメートルを提供するように適合されている。
【００１８】
[0018]従来の技術についての多くの利点が、本発明によって達成される。本発明の実施形態は、ガスを偏向させ、ガスをチャンバ壁に向って送るための凹面を用いて、例えば、ウエハ汚染の減少、アルミニウム汚染の減少を提供する。また、本発明の実施形態は、短縮されたシーズニング時間によりギャップ充填層の金属原子汚染、例えば、アルミニウム原子汚染の減少を提供するので、半導体ウエハを処理するために必要とされる総時間が短縮される。これらの利点の少なくとも一部は、以下に記載された本発明の実施形態によって提供される。
【発明の詳細な説明】
【００１９】
[0029]本発明の実施形態は、半導体を処理するための方法及び装置を提供する。更に詳細には、本発明の実施形態は、プロセスチャンバ内     で洗浄ガスを分配し且つ堆積ガスを分配するために用いられるガス分配器を提供する。
【００２０】
[0030]図１は、既知のガス分配器を示す図である。ガス分配器１００は、ガス偏向面１０２とガス分配面１０４を持つ。ガス偏向面１０２は、チャンバ洗浄プロセスの間、洗浄ガスのための通路を備える。洗浄ガスは、ガス分配器の真下に位置した基板支持部材の代わりにチャンバ壁に進む。ガス分配器１００は、近接部１０６でチャンバ壁に接続される。ＣＶＤプロセスの間、堆積ガスは、近接端１０８のガス分配器１００へ供給される。この堆積ガスは、ガス分配器１００を通って流れ、アパーチャ１１０で、基板支持部材上の基板位置に出る。図１に示されるように、アパーチャ１１０は、ステップ１１２のガス分配面１０４、隆起面に配置される。
【００２１】
[0031]１.例示的ＩＣＰチャンバ
[0032]本発明者らは、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社が製造したＵＬＴＩＭＡＴＭシステムにより本発明の実施形態を実施し、この一般的な説明は、共同譲渡された米国特許第５,９９４,６６２号；同第６,１７０,４２８号；同第６,４５０,１１７号；米国特許出願第１０/９６３０３０号；同第１１/０７５５２７号に示され、これらの特許及び出願の全体の開示内容は本明細書に援用されている。ＩＣＰリアクタの外観は、図２に関連して示される。図２は、一実施形態における例示的ＨＤＰ-ＣＶＤシステムの構造を示す概略図である。システム２１０は、チャンバ２１３と、真空システム２７０と、ソースプラズマシステム２８０Ａと、バイアスプラズマシステム２８０Ｂと、ガス分配システム２３３と、リモートプラズマ洗浄システム２５０と、を含む。リモートプラズマ洗浄システム２５０は、システムの下の部分に示されているが、他の場所、例えば、米国特許第１０/９６３０３０号に記載されるチャンバの最上部付近も可能であり、このすべての開示内容はあらかじめ本明細書に援用されている。
【００２２】
[0033]チャンバ上部２１３には、ドーム２１４が含まれ、これは、酸化アルミニウム又は窒化アルミニウム、サファイア、ＳｉＣ又は石英のようなセラミック誘電材料で作られている。ヒータプレート２２３と冷却プレート２２４がドーム２１４の上にあり、熱的に結合している。ヒータプレート２２３と冷却プレート２２４は、ドームの温度を約１００℃から２００℃までの範囲にわたって約±１０℃以内に制御することができる。ドーム２１４は、プラズマ処理領域２１６の上限境界を画成している。プラズマ処理領域２１６は、基板２１７と基板支持部材２１８の上面によって底部に結合している。
【００２３】
[0034]チャンバ２１３の下部には、チャンバを真空システムにつなぐ本体部材２２２が含まれる。基板支持体のベース部２２１は、本体部材２２２に取り付けられ、それにより連続の内面を形成する。基板は、チャンバ２１３の側面において挿入/取り出し開口部（図示せず）を通してロボットブレード（図示せず）によってチャンバ２１３の内外へ搬送される。リフトピン（図示せず）は、モータ（図示せず）の制御下で上げられその後下げられ、基板を上の装填位置２５７から下の処理位置２５６に移動させ、基板が基板支持部材２１８の基板受容部２１９上に載置される。基板受容部２１９は、基板処理の間、基板支持部材２１８に基板を固定する静電チャック２２０を含む。好適実施形態において、基板支持部材２１８は、酸化アルミニウム又はアルミニウムセラミック材料から作られている。
【００２４】
[0035]真空システム２７０には、スロットル本体２２５が含まれ、これは、ツインブレードスロットルバルブ２２６を収納し、ゲートバルブ２２７とターボ分子ポンプ２２８に装着されている。スロットル本体２２５が、ガスフローに対する妨害を最小限にし、対称のポンピングを可能にすることは留意すべきである。ゲートバルブ２２７は、ポンプ２２８をスロットルバルブ２２５から分離することができ、スロットルバルブ２２６が完全に開放するときに排気流容量を制限することによって、チャンバ圧を制御することができる。スロットルバルブ、ゲートバルブ、ターボ分子ポンプの配置は、約１ミリトール〜２ミリトールのチャンバ圧の正確で安定な制御を可能にする。
【００２５】
[0036]ガス分配システム２３３は、幾つかのソースからガス分配ライン２３８（一部だけ図示）を経て基板を処理するための２３４Ａ-２３４Ｅチャンバにガスを供給する。当業者が理解するように、ソース２３４Ａ-２３４Ｅに用いられる実際のソースと分配ラインのチャンバ２１３への実際の接続は、チャンバ内で実行される堆積プロセスと洗浄プロセスに依存して変動する。ガスは、ガスリング２３７及び/又はガス分配器２１１を通してチャンバに導入される。
【００２６】
[0037]一実施形態において、第一と第二のガス源、２３４Ａと２３４Ｂと、第一と第二のガスフローコントローラ、２３５Ａ’と２３５Ｂ’が、ガス分配ライン２３８（一部だけ図示）を経てガスリング２３７におけるリングプレナムへガスを供給する。ガスリング２３７は、基板の上に均一なガスフローを供給する複数のガス源ノズル２３９（説明のために一つだけ図示）を持つ。ノズルの長さとノズルの角度は、個々のチャンバ内の具体的なプロセスに対して均一なプロファイルとガス利用効率の調整を可能にする。好適実施形態において、ガスリング２３７は、酸化アルミニウムセラミックから作られた１２のソースガスノズルを持つ。
【００２７】
[0038]ガスリング２３７は、また、好適実施形態において、ソースガスノズル２３９と同一平面上にあり、より短く、一実施形態において、本体プレナムからガスを受容する、複数の酸化剤ガスノズル２４０（一つだけ図示）を持つ。ある実施形態において、ガスをチャンバ２１３へ注入する前にソースガスと酸化剤ガスを混合させないことが望ましい。他の実施形態において、酸化剤ガスとソースガスは、本体プレナムとガスリングプレナムの間にアパ-チャ（図示せず）を設けることによりガスがチャンバ２１３に注入される前に混合されてもよい。一実施形態において、第三、第四、第五のガス源２３４Ｃ、２３４Ｄ、２３４Ｄ’と、第三、第四のガスフローコントローラ２３５Ｃと２３５Ｄ’は、ガス分配ライン２３８を経て本体プレナムにガスを供給する。追加のバルブ、例えば、２４３Ｂ（他のバルブは図示せず）は、フローコントローラからチャンバへのガスを遮断することができる。
【００２８】
[0039]引火性、中毒性、腐食性のガスが用いられる実施形態において、堆積後のガス分配ラインの中に残存するガスを排除することは望ましいことである。このことは、３-ウェイバルブ、例えば、バルブ２４３Ｂを用いて、例えば、チャンバ２１３を分配ライン２３８Ａから分離するとともに分配ライン２３８Ａを真空フォアライン２４４へ通気して達成される。図２に示されるように、他の同様なバルブ、例えば、２４３Ａと２４３Ｂは、他のガス分配ラインに組み込まれてもよい。
【００２９】
[0040]再び図２を参照すると、チャンバ２１３は、また、ガス分配器２１１とトップベント２４６も持つ。ガス分配器２１１とトップベント２４６は、ガスの上方流と側方流の独立した制御を可能にし、膜の均一性を改善し、膜の堆積とドーピングパラメータの微細な調整を可能にする。トップベント２４６は、ガス分配器２１１の周りの環状開口部である。ガス分配器２１１は、改善されたガス分配器のための本発明の実施形態によれば一段差に複数のアパーチャを含む。一実施形態において、第一ガス源２３４Ａは、ソースガスノズル２３９とガス分配器２１１を供給する。ソースノズルＭＦＣ２３５Ａ’は、ソースガスノズル２３９に分配されるガス量を制御し、トップノズルＭＦＣ２３５Ａは、ガス分配器２１１に分配されるガス量を制御する。同様に、二つのＭＦＣ２３５Ｂと２３５Ｂ’は、ソース２３４Ｂのような単一酸素源からトップベント２４６と酸化剤ガスノズル２４０への酸素フローを制御するために用いることができる。ガス分配器２１１とトップベント２４６に供給されるガスは、ガスがチャンバ２１３に流れる前に別々に保たれてもよく、チャンバ２１３へ流れる前にトッププレナム２４８でガスが混合されてもよい。チャンバの種々の部分に供給するために、同一ガスの別々のソースを用いることができる。
【００３０】
[0041]システムコントローラ２６０は、システム２１０の動作を制御する。好適実施形態において、コントローラ２６０には、メモリー２６２が含まれ、これは、有形的表現媒体、例えば、ハードディスクドライブ、フロッピーディスクドライブ（図示せず）、プロセッサ２６１に結合したカードラック（図示せず）を備えている。カードラックは、シングルボードコンピュータ（ＳＢＣ）（図示せず）、アナログ及びデジタル入力/出力ボード（図示せず）、インタフェースボード（図示せず）、ステッパモータ制御ボード（図示せず）を含有することができる。システムコントローラは、ＶｅｒｓａＭｏｄｕｌａｒ Ｅｕｒｏｐｅａｎ（“ＶＭＥ”）規格に準じ、ボード、ガードゲージ、コネクタ寸法と種類を画成する。ＶＭＥ規格は、１６ビットデータバスと２４ビットアドレスバスを持つのでバス構造を画成する。システムコントローラ２６０は、有形的表現媒体、例えば、ハードディスクドライブに保存されたコンピュータプログラムの制御下に、又は他のコンピュータプログラム、例えば、リムーバブルディスクに保存されたプログラムを通して作動する。コンピュータプログラムは、例えば、タイミング、ガスの混合物、ＲＦ電力レベル、具体的なプロセスの他のパラメータを決定する。使用者とシステムコントローラ間のインタフェースは、モニタ、例えば、陰極線管（“ＣＲＴ”）やライトペンによる。
【００３１】
[0042]システムコントローラ２６０は、チャンバをシーズニングするために用いられるチャンバとガスのシーズニング時間、チャンバを洗浄するために用いられる洗浄時間とガス、ＨＤＰＣＶＤプロセスによるプラズマ適用を制御する。この制御を達成するために、システムコントローラ２６０は、多くのシステム要素２１０に結合される。例えば、システムコントローラ２６０は、真空システム２７０、ソースプラズマシステム２８０Ａ、バイアスプラズマシステム２８０Ｂ、ガス分配システム２３３、リモートプラズマ洗浄システム２５０に結合される。システムコントローラ２６０は、ライン２６３によって真空システム２７０に結合される。システムコントローラ２６０は、ライン２６４Ａによってソースプラズマシステム２８０に、ライン２６４Ｂによってバイアスプラズマシステム２８０Ｂに結合される。システムコントローラ２６０は、ライン２６５によってガス分配システム２３３に結合される。システムコントローラ２６０は、ライン２６６によってリモートプラズマ洗浄システム２５０に結合される。ライン２６３、２６４Ａ、２６４Ｂ、２６５、２６６は、システムコントローラ２６０から真空システム２７０、ソースプラズマシステム２８０Ａ、バイアスプラズマシステム２８０Ｂ、ガス分配システム２３３、リモートプラズマ洗浄システム２５０にそれぞれ制御シグナルを伝達する。システムコントローラ２６０がシステム要素２１０を制御するために幾つかの配分されたプロセッサを含み得ることが理解される。
【００３２】
[0043]２.バッフル特性
[0044]本明細書に記載される本発明の実施形態は、ＨＤＰ-ＣＶＤプロセスにおいて、洗浄ガスをかなり偏向させ且つかなり水平にチャンバ壁に進めさせるようにバッフルの凹面を用いる。洗浄ガスを凹面によって偏向させ且つ洗浄ガスを凹面によってチャンバ壁に送ることによって、熱がバッフルのガス偏向面から容易に伝わる。この熱の伝導は、ガス偏向凹面に付随したバッフル形状から生じる。洗浄ガスをチャンバ壁に向かってかなり偏向させ且つかなり進めさせるガス偏向凹面の使用は、かなり拡張されたフランジの使用なしで洗浄ガスを偏向させ且つ送ることを可能にする。
【００３３】
[0045]少なくとも二つのメカニズムがＡｌウエハの汚染の一因となると考えられる。一つのメカニズムは、フッ化アルミニウム（ＡｌＦ３）の形成である。バッフルは、典型的には、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）又は酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）の一体成形物から作られ、これらの物質のいずれもがフッ化アルミニウムを形成するためにフッ素と反応し得る。バッフル上のＡｌＦ３の形成は、洗浄ステップ/エッチングステップの間のバッフルの温度に関連する。ウエハ汚染の一因となるもう一つのメカニズムは、ＡｌＦ３の昇華である。これらの二つのメカニズムの結果として、ＡｌＦ３が化学反応によってバッフル上に形成され、続いて昇華によって除去され、それにより、より多くのＡｌＮ又はＡｌ２Ｏ３がフッ素と反応することを可能にする。洗浄エッチングステップ間のバッフルがより低いことにより、ＡｌＦ３の昇華がより少なくなる。昇華したＡｌＦ３が半導体ウエハ基板上に堆積されるので、ＡｌＦ３の昇華がより少ないことにより、ギャップ充填プロセスで形成される膜上のＡｌがより少なくなる。
【００３４】
[0046]凹面によってチャンバ壁に向かう洗浄ガスを偏向させ進ませることにより、処理されたウエハのギャップ充填層上のＡｌ汚染の減少が生じる。典型的には、金属原子からのウエハ汚染は、ウエハ内に堆積された金属原子の優勢化学種を含む。ウエハ内の金属原子のこの優勢化学種は、ガス分配器内の金属原子の優勢化学種、例えば、ＡｌＮガス分配器からのＡｌ金属原子に対応する。バッフル上の昇華と化学反応を減少させることによって、堆積プロセスの間、バッフルから除去される金属原子の量は減少し、ウエハ上に堆積される金属原子の数も減少する。従って、バッフル上のより薄い保護コーティングがＡｌ汚染を少なくすることから、シーズニング時間を短縮することができる。結果として、Ａｌウエハの汚染をなお少なくしつつ、半導体ウエハ処理能力が増加する。
【００３５】
[0047]本発明の実施形態は、低、中、高の電力ＨＤＰ/ＣＶＤプロセスにおいて使用し得る。高電力プロセスは、典型的には、約１５〜１８ｋＷの範囲の電力を含む。中電力プロセスは、典型的には、約８〜１２ｋＷの範囲の電力を含む。低電力プロセスは、一般的には、約８ｋＷ未満である。本発明の多くの実施形態は、３００ｍｍのウエハを処理するために使用し得るが、他のウエハサイズ、例えば、２００ｍｍウエハや４５０ｍｍウエハが本発明の実施形態で処理し得る。
【００３６】
[0048]図３Ａは、本発明の実施形態に従ったガス分配器の断面図である。この図は、単に一例であり、本明細書の特許請求の範囲を不当に制限するべきでない。当業者によって、他の変更、修正、代替が認識される。示されるように、本発明は、半導体プロセスチャンバへガスを導入するためのガス分配器３００を提供する。ガス分配器３００は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）から作られ、あらゆる適切な物質、酸化アルミニウム（アルミナ、Ａｌ２Ｏ３）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、ジルコニウム、石英、サファイア等で作られ得る。この実施形態において、ガス分配器３００は一体成形物である。
【００３７】
[0049]ガス分配器３００は、ガス偏向面３０２とガス分配器面３０４を持つ。ガス偏向面３０２は、チャンバ洗浄プロセスの間、ガスを洗浄するための通路を与える。洗浄ガスは、ガス分配器の真下に位置する基板支持部材の一部分の代わりにチャンバ壁に送られる。ガス分配器３００は、近接部３０６でチャンバ壁に接続される。ＣＶＤプロセス中、近接端３０８で堆積ガスがガス分配器３００に供給される。リム３３８は、近接端３０８の周りに環状に伸びる。この堆積ガスは、ガス分配器３００を通って流れ、アパーチャ３１０で、基板支持部材上の基板位置に出る。
【００３８】
[0050]アパーチャ３１０は、一段差３１２、持ち上げられた面でガス分配器面３０４上に配置される。段差３１２は、所定の直径を持つガス分配器面３０４上に楕円レベル、又はより好ましくは円形レベルを形成し得る。直径は、約０.１インチ〜約３.００インチの範囲にあり得る。段差３１２は、約０.６０インチ〜約０.７５インチの範囲の垂直高さを持ち、約９０度〜１５度の範囲の傾斜を持つ。段差３１２は、ガス分配器３００のガス分配を改善する。特に、堆積ガスは、段差３１２の結果として基板支持部材の周囲から更に外へ分散され得る。段差３１２の傾斜が小さくなると、更にガスが外側に向かって分散する。ガス分配器３００は、段差とアパーチャの実施形態を示しているが、例えば、２００５年３月７日出願の米国特許出願第１１/０７５５２７号に記載されている、他の実施形態も可能であり、このすべての開示内容は既に本明細書に援用されている。
【００３９】
[0051]個々の実施形態において、ガス分配器３００は、４、６、８以上のアパーチャ３１０を持ち得る。これらのアパーチャ３１０は、段差３１２の外周に沿って均一に分散されるか、或いはその特定部分に加重される。アパーチャ３１０の位置と数は、堆積ガスの基板への均一な分配を達成するために個々の適用に調整され得る。同様に、アパーチャ３１０の直径もまた調整され得る。直径は、約０.００５インチ〜約０.２５０インチの範囲にあり得る。個々の実施形態において、アパーチャ３１０の直径は、０.０６０インチである。
【００４０】
[0052]バッフル３２０は、洗浄ガスを偏向するように形成されている。バッフル３２０は、ガス偏向面３０２を含む。ガス偏向面３０２は、凹面３２２と凸面の一部３４６を含む。ガス偏向面３０２とバッフル３２０は、軸３１４について回転対称である。凹面３２２は、半径３２４に適合するように形成される。凹面３２２は上部３２８と下部３２９を含むので、凹面３２２は上の境界３２２ａから下の境界３２２ｂまで伸びる。半径３２４の弧３２６は、上の境界３２２ａから下の境界３２２ｂまで伸びる。ガス偏向面３０２は、下の境界３２２ｂで凹面３２２から凸面３４６に移行する。凸面３４６は、フランジ３３０内に形成される。
【００４１】
[0053]凸面３４６は、半径３４８の弧状通路に適合するように形成される。凸面３４６と凹面３２２は、ガス偏向面３０２が連続面を有する下の境界３２２ｂで凹面３２２から凸面３４６に移行するように配置されている。凹面３２２と凸面３４６との交点は、下の境界３２２ｂとして滑らかな連続面の移行を与えるわずかな角度である。代替的実施形態において、この滑らかな移行は、凹面の角度が移行で凸面の角度に適合するので凸面から凹面への移行が完全に滑らかであるように凸面と凹面の傾斜を下の境界３２２でゼロに設定することによって達成される。更に他の実施形態において、凹面と凸面との交点は、凹面から凸面への移行で湾曲のわずかな連続移行面を与えるためにかなりの角度である。
【００４２】
[0054]ガス分配器３００は、ガス分配器全体に最大幅３４０を含む。最大幅３４０は、凸面３４６全体の直径に相当する。最大幅３４０は、約１.４〜２.０インチの範囲を持ち、典型的には１.７インチである。
【００４３】
[0055]ガス分配器の下面に関して、スムーズな移行は、凹面３２２から凸面３４６への滑らかな移行と同様にガス分配面３０４と凸面３４６の間の移行で形成される。フランジ３３０は、厚さ３４２を持つ。厚さ３４２は、二つの半径３４８に等しい距離に相当する。
【００４４】
[0056]図３Ｂは、本発明の実施形態に従った半導体プロセスチャンバ内に位置するガス分配器の断面図である。ガス分配器３００は、半導体ガスプロセスチャンバ内に位置するように設計される。チャンバ内に位置するので、ガス偏向面３０２はガス分配器の曝された上面に相当し、ガス分配面３０４はガス分配器の曝された下面に相当する。ガス分配器３００は、環状構造３６０によって支持される。環状構造３６０は、その中に形成されたチャネル３６２を持ち、堆積ガスを分配する。リム３３８は、環状構造３６０に係合し、環状構造３６０で密封するように適合される。スレッド３３６は、環状構造３６０上の対応するスレッドと結合する。ショルダー３３４は、凹ガス分配面の上部３２８に隣接したガス分配器上に位置する。ショルダー３３４は、環状構造３６０に形成された対応する面と結合する。環状構造３６０は、環状支持構造からガス偏向面への滑らかな面移行を与えるように凹ガス偏向面の上部３２８と適合する外面３６４を持つ。トップベント２４６は、チャンバへの環状開口部３６８を含む。
【００４５】
[0057]バッフルは、洗浄ガスの流れを第一方向から第一方向を横切る第二方向にそらすように作用する。トップベント２４６は、ガス偏向面の上部３２８に沿って洗浄ガスを第一方向３５０に下向きに進ませる。凹面３２２は、凹面３２２の下部３２９に沿って洗浄ガスを第二方向３５２に水平に進ませ、第二方向３５２は、第一方向を横切る。凹面３２２は、第三方向３５４に水平に洗浄ガスを進ませ、第三方向３５４は、第一方向３５０を横切る。凹面３２２は、ガス偏向面３０２の曝された面の約９０％を含む。ガス偏向面３０２は、フランジ３３０の厚さ３４２より短い距離が第二方向３５２に沿って伸びる。
【００４６】
[0058]図３Ｃは、本発明の実施形態に従った、図３Ａに示されるガス分配器の平面図である。図３Ｃでわかるように、図３Ａに示される構造の多くは、環状で回転対称である。ガス分配器３００の外端３３２は、円形の形状を持つ。フランジ３３０は、環状の形状を持つ。下の境界３２２ｂは、円形の形状を持つ。ガス偏向面の凹面３２２は、環状の形状を持つ。凹面３２２の上の境界３２２ａは、円形の形状を持つ。ショルダー３３４は、環状の形状を持つ。スレッド３３６は環状の形状を持つ。リム３３８は、環状の形状を持つ。軸３１８は参考に示されている。
【００４７】
[0059]図３Ａと図３Ｃを参照すると、凹面３２２が第一トーラスの一部を備え、凹面３４６が第二トーラスの一部を備えることが理解される。凹面３２２は、軸３１４を回転する半径３２４によって画成され、第一トーラスを画成する。凹面３４６は、軸３１８を回転する半径３４８によって画成されて、第二トーラスを画成する。従って、下の境界３２２ｂは、第一トーリック面から第二トーリック面まで滑らかな移行で結合するように適合される二つのトーリック面の交点によって画成された境界である。代替的実施形態において、凹面か凸面のいずれか又は双方が、非トーリック形状、例えば楕円曲面、立方スプライン等によって画成される形状によって画成される。また、幾つかの小さい段差を用いた段差のある面も、凹面と凸面を画成するために使用し得る。
【００４８】
[0060]図４は、本発明の実施形態に従った端を切り取ったガス偏向面を有するガス分配器４００の断面図である。バッフル４２０は、その上に形成されたガス偏向面４０２を持つ。ガス偏向面４０２は、上部３２８と下部３２９を含む、上記凹面３２２を含む。ガス偏向面４０２は、環状縁部４８２で終わる。フランジ４３０は、円筒形外面４３２を含む。バッフル全体の最大幅４４０は、円筒形外面４３２全体の直径に相当する。環状縁部４８２は、ガス偏向面４０２と円筒形外面４３２とを接続させる。環状縁部４８２は、曲率の短い半径に適合するように丸くされ、トーイック凸面を含む。環状縁部４８４は、ガス分配面３０４と円筒形外面４３２とを接続させる。フランジ４３０の厚さ４４２は、下部３２９から環状縁部４８４近くのガス分配面３０４の環状部までフランジ４３０全体の距離に相当する。
【００４９】
[0061]図５は、本発明の実施形態に従った、凹ガス偏向面と凸ガス偏向面の間に伸びる環状平坦移行部５６４を有するガス分配器５００の断面図である。凹面と凸面は、上記のようにトーイック面である。ガス分配器５００は、その上に形成されたガス偏向面５０２を有するバッフル５２０を含む。凹面５２２は、ガス偏向面５０２の曝された面積の約７５％を含む。ガス分配器５００は、上記のアパーチャ３１０と一段差３１２を有する堆積ガスを分配するように適合されたガス分配面５０４を含む。ガス分配面５０２は、凹面３２２と、環状平坦移行部５６４と、凸面５４６の上部を含む。凹面３２２は、上の境界３２２ａと下の境界３２２ｂの間に伸び、上記の上部３２８と下部３２９を含む。環状平坦移行部５６４は、凹面３２２から凸面５４６まで滑らかな移行を与える。
【００５０】
[0062]凸面５４６は、ガス分配器の半径５４８と他の特質を含む。凸面５４６は、上の境界５４６ａと下の境界５４６ｂの間に伸びる。凸面５４６は外縁部５３２を含む。ガス分配器の最大幅５４０は、外縁部５３２によって画成される分配器全体の直径に相当する。環状平坦移行部５６４は、凹面３２２の下の境界３２２ｂと凸面５４６の上の境界５４６ａの間に伸びる。下の境界５４６ｂは、凸面５４６とガス分配面５０４の間に位置する。フランジ５３０は、環状平坦移行部５６４と凸面５４６を含む。フランジ厚５４２は、半径５４８の二倍に等しい距離に相当する。
【００５１】
[0063]環状平坦移行部の寸法は、ガス分配器の他の寸法に関連する。例えば、最大幅５４０に沿った環状平坦移行部５６４の距離は、図５に示される最大幅の約１０％以下である。ある実施形態において、環状平坦移行部の距離は、最大幅の約２０％以下である。他の実施形態において、環状平坦移行部の距離は、最大幅の約５％以下である。他の実施形態において、例えば、図３Ａ〜図３Ｃに示されるように、凹部が、凸部と凹部の間の境界に沿って直接凸部に移行するので、環状平坦移行部がない。
【００５２】
[0064]図６は、本発明の実施形態に従った、シーズニング時間とＡｌ汚染が減少したウエハを処理する方法６００を示すフローチャートである。洗浄チャンバステップ６１０は、例えば、図３Ａ〜図３Ｃに示されるように、上記のガスバッフルでチャンバを洗浄する。チャンバを洗浄するのに必要とされる時間は、使用される半導体プロセスの種類、シーズニング時間、洗浄ガス及び/又は用いられるガス、温度に左右される。典型的な洗浄時間は、約２分〜７分の範囲であり、しばしば３〜５分であり、例えば３〜４分である。シーズニングチャンバステップ６２０は、上記の保護コーティングを与える堆積ガス、例えば、保護ＳｉＯ２層を堆積するために用いられるシランでチャンバをシーズニングする。チャンバをシーズニングする時間は、６０秒未満、例えば、２５〜６０秒、しばしば約２５〜４５秒、好ましくは２５〜３５秒間である。ウエハを挿入するステップ６３０は、ウエハが上記のように位置するように半導体ウエハをチャンバ内に挿入する。ウエハにＨＤＰ-ＣＶＤギャップ充填層を付けるステップ６４０は、上記のＨＤＰ-ＣＶＤプロセスによりギャップ充填層をウエハに付ける。ＨＤＰ-ＣＶＤプロセスは、低電力プロセス、中電力プロセス、高電力プロセスのいずれか一つであり得る。ギャップ充填プロセスは、典型的には、６０秒間適用される。ギャップ充填プロセスを適用したギャップ充填層の厚さは、しばしば約４０００オングストローム（４００ｎｍ）〜８０００オングストローム（８００ｎｍ）厚、例えば、４０００オングストローム（４００ｎｍ）〜６０００オングストローム（６００ｎｍ）厚、典型的には約５０００オングストローム（５００ｎｍ）厚さである。処理されたウエハのギャップ充填層におけるアルミニウム汚染の正確な量は、選択された正確なパラメータに左右されるが、Ａｌ原子の数は、典型的には、２×１０１２原子/平方センチメートル、例えば、約０.３×１０１２〜２.０×１０１２原子/平方センチメートルであり、約０.３×１０１２〜１.５×１０１２原子/平方センチメートル、好ましくは、３×１０１２〜１.０×１０１２原子/平方センチメートルであり得る。ウエハを取り出すステップ６５０は、ウエハがチャンバの外側で追加のプロセスステップを受けることができるように、ウエハをチャンバから取り出す。ウエハを取り出すステップ６５０の後、チャンバは洗浄され、ステップ６１０〜６５０が追加のウエハのために繰り返される。
【００５３】
[0065]チャンバ洗浄時間、シーズニング時間、プロセス電力のいかなる組合せも、 所望のレベルの金属原子汚染を与えるように選ぶことができる。シーズニング時間が増加するにつれて、金属原子汚染は減少し、シーズニング時間は所定の最大許容量未満である金属イオン汚染を与えるように選ばれる。ウエハの処理能力を最適化するためには、所定量未満の金属原子汚染を与える最も短いシーズニング時間を選ぶ。例えば、３０秒間のシーズニング時間が、最大許容量の１.５×１０１２Ａｌ原子/平方センチメートル未満である１.２×１０１２アルミニウム原子/平方センチメートルの金属イオン汚染を与え得る。３０秒間のシーズニング時間において、チャンバを洗浄し、チャンバ内にウエハを配置し、チャンバ内でウエハを処理し、ウエハをチャンバから取り出す合計時間は、少なくとも約８ウエハ/時間の処理能力に相当する。
【００５４】
[0066]図６に示される個々のステップは、本発明の実施形態に従った、ウエハを処理する具体的な方法を提供する。ステップの他の順序は、また、代替的実施形態に従って行われてもよい。例えば、本発明の代替的実施形態は、異なる順序で上記のステップを行うのがよい。更に、図６に示される個々のステップは、個々のステップに適切なように種々の順序で行うことができる複数のサブステップを含むことができる。その上、具体的な適用によっては追加のステップが加えられても取り除かれてもよい。当業者は、多くの変更、修正、代替を認識している。
【００５５】
[0067]３.実験結果
[0068]本発明の実施形態による予備的試験は、チャンバ内で処理されたＡｌ汚染の減少とウエハ処理能力の増加を含む大幅な改善を達成し得ることを示している。本発明の実施形態による試験には、典型的には、金型から形成された一体成形物ＡｌＮ（窒化アルミニウム）ガス分配器とＮＦ３洗浄ガスが含まれたが、他のガス分配器材料、例えば、アルミナと、他の洗浄ガス、例えば、Ｆ２が使用し得る。一例として、高電力プロセスを用いた実施形態の予備的試験は、Ａｌ汚染が、図１のように従来のバッフルの場合のシーズニング時間１２０秒による基板上の１.３×１０１３原子/平方センチメートルから図３のようなバッフルの場合のシーズニング時間３０秒による基板上のＡｌ汚染１.２×１０１２原子/平方センチメートルに減少され得ることを示している。試験されたコーティングの厚さは、約８０００オングストロームであった。それ故、Ａｌ汚染の約一桁の減少が、高電力プロセスにおいてシーズニング時間が１２０秒から３０秒に減少しつつ達成される。シーズニング時間の１２０秒から３０秒への減少により、ウエハ処理の間、チャンバが数分間シーズニングされるので、一時間につき約７ウエハから８ウエハに処理されるウエハが増加し得る。
【００５６】
[0069]図７は、本発明の実施形態に従った、図１のような従来のガス分配器と図３のようなガス分配器の洗浄終点の比較を示すグラフである。試験された各実施形態のシーズニング時間は、同じである。時間に対する任意単位の“洗浄シグナル”を、図７に示す。洗浄シグナル７１０と７１２は、それぞれ従来の分配器と試験された実施形態について示されている。洗浄シグナルは、フーリエ変換赤外分光法（ＦＴＩＲ）で測定した。二つの分配器の洗浄シグナルは、ほぼ同一であり、ほとんど違いは示されない。それ故、本発明の実施形態は、試験された実施形態が従来のバッフルを用いるシステムと一致するように試験された従来のバッフルとほぼ同一である洗浄特性を示すことができ、試験された実施形態は、従来のバッフルを用いるシステムに対するアップグレードとして示すことができる。
【００５７】
[0070]図８は、図１のような従来のガス分配器と本発明の実施形態に従った図３のようなガス分配器による処理チャンバにおけるＡｌ汚染の比較を示すグラフである。シーズニング時間は、Ａｌ汚染によるバッフルの効果の評価を示すために両バッフルに用いられるプロセスについて１２０秒間に設定した。プロセスＡは、約１０ｋＷの電力を持つ中電力プロセスであり、プロセスガスにはＮＦ３、Ｈｅ、ＳｉＨ４、Ｏ２ガスが含まれた。プロセスＡがＮＦ３と中電力を用いたので、フッ素に関連した化学反応が、チャンバ汚染の主な原因であると考えられる。大体プロセスＢの電力を通常用いる中電力プロセスは、約１８ｋＷの電力とＮＦ３、Ｈ２、ＳｉＨ４、Ｏ２を含むプロセスガスによる高電力プロセスであった。プロセスＢが高電力プロセスであったので、熱反応、例えば、昇華は、チャンバ汚染の主な原因であると考えられる。プロセスＡに関して、試験された従来のバッフルは、約２００×１０１０Ａｌ原子/平方センチメートルのＡｌ汚染を示し、試験された実施形態は、約７０×１０１０Ａｌ原子/平方センチメートルを示した。プロセスＡで付けられたコーティングの厚さは、約４０００オングストロームであった。プロセスＢに関して、従来のバッフルは、約１０００×１０１０Ａｌ原子/平方センチメートルのＡｌ汚染を示し、試験された実施形態は、約３０×１０１０Ａｌ原子/平方センチメートルを示した。プロセスＢで付けられたコーティングの厚さは、約８０００オングストロームであった。従って、試験された実施形態は、中電力プロセスにおいて約３倍の改善、高電力プロセスにおいて約３０倍を示した。
【００５８】
[0071]上記装置の配置及び方法は、本発明の原理の適用を単に説明するものであり、多くの他の実施形態と変更が、特許請求の範囲で定義された本発明の精神と範囲から逸脱することなくなされてもよい。それ故、発明の範囲は、上記説明によって決定されるべきでなく、代わりに、同等物の完全な範囲と共に添付の特許請求の範囲によって決定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】図１は、従来のガス分配器の断面図である。
【図２】図２は、例示的ＩＣＰ反応システムの簡易断面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の実施形態に従ったガス分配器の断面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本発明の実施形態に従った、半導体プロセスチャンバ内に位置するガス分配器の断面図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、本発明の実施形態に従った、図３Ａのようなガス分配器の平面図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態に従った、端が切り取られたガス偏向面を有するガス分配器の断面図である。
【図５】図５は、本発明の実施形態に従った、凹凸のガス偏向面の間に伸びている環状平坦部分を有するガス分配器の断面図である。
【図６】図６は、本発明の実施形態に従った、シーズニング時間が短縮され且つＡｌ汚染が減少したウエハを処理する方法を示すフローチャートである。
【図７】図７は、本発明の実施形態に従った、図１のようなガス分配器と図３のようなガス分配器の洗浄の終点の比較を示すグラフである。
【図８】図８は、図１のような従来のガス分配器と、本発明の実施形態に従った図３のようなガス分配器の処理チャンバ内のＡｌ汚染の比較を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６０】
１００…ガス分配器、１０２…ガス偏向面、１０４…ガス分配面、１０６…近接部、１０８…近接端、１１０…アパーチャ、１１２…段差、２１０…ＨＤＰ-ＣＶＤシステム、２１１…ガス分配器、２１３…チャンバ、２１４…ドーム、２１６…プラズマ処理領域、２１７…基板、２１８…基板支持部材、２１９…基板受容部分、２２０…静電チャック、２２２…本体部材、２２３…ヒータプレート、２２４…冷却プレート、２２５…スロットル本体、２２６…ツインブレードスロットルバルブ、２２７…ゲートバルブ、２２８…ターボ分子ポンプ、２３３…ガス分配システム、２３４…ガス源、２３５…ガスフローコントローラ、２３７…ガスリング、２３８…ガス分配ライン、２３９…ソースガスノズル、２４０…酸化剤ガスノズル、２４４…真空フォアライン、２４６…トップベント、２４８…トッププレナム、２５０…リモートプラズマ洗浄システム、２５６…下の処理位置、２５７…上の装填位置、２６０…システムコントローラ、２６１…プロセッサ、２６３…ライン、２６４…ライン、２６５…ライン、２６６…ライン、２７０…真空システム、２８０Ａ…ソースプラズマシステム、２８０Ｂ…バイアスプラズマシステム、３００…ガス分配器、３０２…ガス偏向面、３０４…ガス分配面、３０６…近接部、３０８…近接端、３１０…アパーチャ、３１２…段差、３１４…軸、３１８…軸、３２０…バッフル、３２２…凹面、３２４…半径、３２６…弧、３２８…上部、３２９…下部、３３０…フランジ、３３４…ショルダー、３３６…スレッド、３３８…リム、３４０…最大幅、３４２…厚さ、３４６…凸面、３６０…環状構造、３６８…環状開口部、４００…ガス分配器、４０２…ガス偏向面、４２０…バッフル、４３０…フランジ、４３２…外面、４４２…厚さ、４８２…環状縁部、５００…ガス分配器、５０２…ガス偏向面、５０４…ガス分配面、５２０…バッフル、５２２…凹部、５３２…外縁部、５４６…凸面、５４８…半径、５６４…環状平坦移行部。
【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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【図８】
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【外国語明細書】
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