(57)【要約】      （修正有）【課題】ウエハの縁を含むウエハ表面における膜厚の均一性を向上させる。【解決手段】成膜プロセスの実行に使用するためのチャンバ１０２は、半導体ウエハ１０１を支持するための台座１４０を含む。台座１４０の上には、シリコンリング１３２が配置され、半導体ウエハ１０１を取り囲む。シリコンリング１３２は、半導体ウエハ厚さに近いリング厚さを有する。シリコンリング１３２は、半導体ウエハ１０１の上に画定されるプロセスゾーン１５２を半導体ウエハ１０１及びシリコンリング１３２の上に画定される拡張プロセスゾーン１５４に拡張する環状幅を有する。シリコンリング１３２の環状幅は、曝される半導体ウエハ１０１の表面積を拡大し、半導体ウエハ１０１の上における成膜材料の不均一性の影響を、半導体ウエハ１０１の縁からシリコンリング１３２の外縁にシフトさせる。【選択図】図３Ａ−１
2017017316.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウエハを処理するためのチャンバであって、前記半導体ウエハの処理は、前記半導体ウエハの表面の上で材料の成長を実施することを含み、前記チャンバは、
前記半導体ウエハを支持するための台座と、
前記半導体ウエハを取り囲み、前記台座の上に配置されるシリコンリングであって、半導体ウエハ厚さに近いリング厚さを有し、前記半導体ウエハの上のプロセスゾーンを前記半導体ウエハ及び前記シリコンリングの上の拡張プロセスゾーンに拡張する環状幅を有するシリコンリングと、
前記シリコンリングを取り囲み、前記台座上に配置される閉じ込めリングであって、誘電体材料で形成される閉じ込めリングと、
中央シャワーヘッドエリアと、拡張シャワーヘッドエリアとを有するシャワーヘッドであって、前記中央シャワーヘッドエリアは、実質的に前記半導体ウエハ及び前記シリコンリングの上に配置され、前記拡張シャワーヘッドエリアは、実質的に前記閉じ込めリングの上に配置される、シャワーヘッドと、
を備え、前記シリコンリングの前記環状幅は、前記拡張シャワーヘッドエリアに曝される前記半導体ウエハの表面積を拡大し、前記半導体ウエハの上における成膜材料の不均一性の影響を、前記半導体ウエハの縁から前記シリコンリングの外縁にシフトさせる、チャンバ。
【請求項２】
請求項１に記載のチャンバであって、
前記半導体ウエハは、約３００ｍｍの直径を有し、前記シリコンリングは、直径約４５０ｍｍにまで及ぶ、チャンバ。
【請求項３】
請求項１に記載のチャンバであって、
前記半導体ウエハは、第１の標準直径を有し、前記シリコンリングは、前記半導体ウエハを第２の標準直径に拡張させる、チャンバ。
【請求項４】
請求項１に記載のチャンバであって、
前記環状幅は、約７５ｍｍである、チャンバ。
【請求項５】
請求項１に記載のチャンバであって、
前記シリコンリングのリング厚さは、約１．５ｍｍから約２ｍｍの間である。チャンバ。
【請求項６】
請求項１に記載のチャンバであって、
前記台座の表面は、前記半導体ウエハを支持するための第１の最小接触面積（ＭＣＡ）を有する第１の領域と、前記シリコンリングを支持するための第２のＭＣＡを有する第２の領域と、前記閉じ込めリングを支持するための第３のＭＣＡを有する第３の領域とを含む、チャンバ。
【請求項７】
請求項１に記載のチャンバであって、
前記シリコンリングは、前記半導体ウエハと同様な電気的性質を見せる、チャンバ。
【請求項８】
請求項１に記載のチャンバであって、
前記シリコンリングは、前記シリコンリングの内縁が前記半導体ウエハの外縁に隣接するように、前記台座の上に配置される、チャンバ。
【請求項９】
請求項１に記載のチャンバであって、
前記台座は、整合回路網を通じて高周波数（ＲＦ）電力源に接続され、前記シャワーヘッドは、電気的に接地され、前記ＲＦ電力源は、前記チャンバ内でプラズマを生成するための電力を提供する、チャンバ。
【請求項１０】
請求項１に記載のチャンバであって、
前記シャワーヘッドは、整合回路網を通じて高周波数（ＲＦ）電力源に接続され、前記台座は、電気的に接地され、前記ＲＦ電力源は、前記チャンバ内でプラズマを生成するための電力を提供する、チャンバ。
【請求項１１】
請求項１に記載のチャンバであって、
前記シリコンリングは、前記半導体ウエハの外縁と前記シリコンリングの内縁との間の隙間を画定するために、前記台座上に配置され、前記隙間は、約０．２５ｍｍから約１．０ｍｍの間である、チャンバ。
【請求項１２】
請求項１に記載のチャンバであって、
前記シリコンリングは、段差を含み、前記段差は、上面と、側壁と、底面とで画定され、前記底面は、前記半導体ウエハを前記チャンバ内における１つの処理ステーションから別の処理ステーションへの移行時に支持するように構成され、前記側壁の高さは、前記半導体ウエハ厚さに近い、チャンバ。
【請求項１３】
半導体ウエハを処理するためのチャンバであって、前記半導体ウエハの処理は、前記半導体ウエハの表面の上で材料の成長を実施することを含み、前記チャンバは、
環状リング表面とポケットとを含むキャリアウエハであって、前記ポケットは、前記キャリアウエハの中央に画定され、段差を含み、前記環状リング表面は、前記ポケットを取り囲むように及び前記キャリアウエハの外縁から前記段差の上縁部まで広がるように画定され、前記段差の底面は、前記半導体ウエハを支持するために使用され、前記段差の高さは、前記半導体ウエハの厚さに近く、前記キャリアウエハの前記環状リング表面は、前記半導体ウエハの上に画定されるプロセスゾーンを前記キャリアウエハの前記環状リング表面の上に画定される拡張プロセスゾーンに拡張する、キャリアウエハと、
前記キャリアウエハを支持するための台座と、
前記キャリアウエハを取り囲み、前記台座上に配置される閉じ込めリングであって、誘電体材料で形成される閉じ込めリングと、
中央シャワーヘッドエリアと、拡張シャワーヘッドエリアとを有するシャワーヘッドであって、前記中央シャワーヘッドエリアは、実質的に前記キャリアウエハの上に配置され、前記拡張シャワーヘッドエリアは、実質的に前記閉じ込めリングの上に配置される、シャワーヘッドと、
を備え、前記キャリアウエハの前記環状リング表面は、前記拡張シャワーヘッドエリアに曝される前記半導体ウエハの表面積を拡大し、前記半導体ウエハの上における成膜材料の不均一性の影響を、前記半導体ウエハの縁から前記キャリアウエハの外縁にシフトさせる、チャンバ。
【請求項１４】
請求項１３に記載のチャンバであって、
前記ポケット内に受け止められる前記半導体ウエハは、約３００ｍｍの直径を有し、前記キャリアウエハの前記環状リング表面は、前記キャリアウエハを直径約４５０ｍｍに拡張させる、チャンバ。
【請求項１５】
請求項１３に記載のチャンバであって、
前記半導体ウエハは、第１の標準直径を有し、前記キャリアウエハは、前記半導体ウエハを第２の標準直径に拡張させる、チャンバ。
【請求項１６】
請求項１３に記載のチャンバであって、
前記環状リング表面の幅は、約７５ｍｍである、チャンバ。
【請求項１７】
請求項１３に記載のチャンバであって、
前記段差の高さは、約０．７９ｍｍである。チャンバ。
【請求項１８】
請求項１３に記載のチャンバであって、
前記台座の上面は、前記キャリアウエハを支持するための第１の最小接触面積（ＭＣＡ）を有する第１の領域と、前記閉じ込めリングを支持するための第２のＭＣＡを有する第２の領域とを含む、チャンバ。
【請求項１９】
請求項１３に記載のチャンバであって、
前記ポケットの前記底面は、前記半導体ウエハを支持するための最小接触面積（ＭＣＡ）を含む、チャンバ。
【請求項２０】
請求項１３に記載のチャンバであって、
前記台座は、整合回路網を通じて高周波数（ＲＦ）電力源に接続され、前記シャワーヘッドは、電気的に接地され、前記ＲＦ電力源は、前記チャンバ内でプラズマを生成するための電力を提供する、チャンバ。
【請求項２１】
請求項１３に記載のチャンバであって、
前記シャワーヘッドは、整合回路網を通じて高周波数（ＲＦ）電力源に接続され、前記台座は、電気的に接地され、前記ＲＦ電力源は、前記チャンバ内でプラズマを生成するための電力を提供する、チャンバ。
【請求項２２】
請求項１３に記載のチャンバであって、
前記半導体ウエハの外縁と、前記ポケット内に画定される前記段差の前記上縁部との間に、隙間が画定され、前記隙間は、約０．２５ｍｍから約１．０ｍｍの間である、チャンバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本実施形態は、半導体ウエハ処理機器ツールに関し、特に、成膜プロセスに使用されるチャンバに関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ強化化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）は、成膜化学物質からなる薄膜を半導体ウエハなどの基板上に成長させるために使用されるタイプのプラズマ蒸着である。気体状の化学物質の適用を可能にするために、ＰＥＣＶＤシステムは、制御方式で液体状の成膜化学物質を気体状に変換して成膜プロセス時にプラズマチャンバに供給するための気化器を含む。半導体基板（又は、単純に「ウエハ」と称される）の表面上に適用されるときに、気体状の成膜化学物質は、固体状に変換される。ＰＥＣＶＤのために使用されるチャンバは、処理時に半導体ウエハを支持するためのセラミック製台座等のウエハ受け止め機構を含む。セラミック台座が使用されるのは、それが、成膜プロセス時にプラズマ処理チャンバ内に存在する高温に耐えられる能力を有するからである。
【０００３】
ウエハ内に画定されるウエハごとの半導体製品の歩留まりを向上させるには、成長膜の均一性を高めなければならない。膜の均一性を高めるやり方は、１つには、効果的なプラズマ閉じ込め技術を使用するやり方である。チャンバ内で生成されるプラズマを効果的に閉じ込めるものとして知られてきた閉じ込め技術の幾つかの例として、誘電体材料で作成された閉じ込めリングの使用、電極の端子形成、シャドーリングの使用等が挙げられる。このような閉じ込め技術の使用は、ウエハ上の一部のエリアでは、膜の均一性に検出可能な向上を見せてきたが、その一方で、その他のエリアでは、依然として不均一性に見舞われる。より頻繁に膜厚の不均一性が見られるウエハ上の主なエリアの１つは、ウエハの縁である。これは、上述の又は使用されてきたその他の任意のプラズマ閉じ込め技術が、プラズマの閉じ込めをウエハの縁に一致させるように操作されている、という事実に起因すると考えられる。ウエハの縁では、ウエハ、電極、及びプラズマと相互作用を起こすリアクタチャンバのその他のパーツゆえに、膜厚がばらつく。したがって、ウエハの縁を含むウエハ表面における膜厚の均一性を向上させるためには、これらの欠点の一部に対処する必要がある。
【０００４】
本発明が提起されるのは、このような状況においてである。
【発明の概要】
【０００５】
本開示の実施形態は、成膜プロセス時に半導体ウエハを支持するための台座などのウエハ受け止め機構を用いたプロセスチャンバを定めている。一実装形態では、台座は、半導体ウエハ及びシリコンリングを受け止めて保持するように構成される。台座の上に配置されたシリコンリングは、半導体ウエハの存在時にその半導体ウエハを取り囲む。台座の上面は、ウエハ及びシリコンリングを支持するための支持構造を含む。シリコンリングは、半導体ウエハと同様の電気的性質を見せる材料で作成され、成膜表面を半導体ウエハの表面からシリコンリングの表面に拡張するように設計される。台座の上には、シリコンリングを取り囲むように閉じ込めリングが配置されよい。閉じ込めリングは、その存在時にシリコンリングの外縁にプラズマを閉じ込めるために使用される。シリコンリングは、半導体ウエハ表面の続きのように振る舞って、成膜を受けるように設計される。
【０００６】
台座に加えて、プロセスチャンバは、台座上におけるウエハ及びシリコンリングが上に配置される表面を少なくとも覆うサイズにされたシャワーヘッドを含む。半導体ウエハに隣接するシリコンリング及び拡張された上部電極の存在は、半導体ウエハの縁の代わりにシリコンリングの外縁を拡張するようにプラズマの閉じ込め（即ち、抑制又は終結）を操作し、そうすることよって、成膜がウエハの縁を超えて続くようにする。半導体ウエハの縁を超えて続く成膜は、半導体ウエハの縁における成長膜の厚さを、その膜があたかもウエハ表面の中心にあるかのごとく均一にし、その結果、不均一性の影響を半導体ウエハの縁から遠ざけてシリコンリングの外縁にシフトさせる。
【０００７】
シリコンリングは、一実施形態では、例えばシリコンなどの半導体ウエハと同じ材料で作成される。しかしながら、留意すべきは、半導体ウエハを取り囲むリングが、半導体ウエハと同様な電気的性質を見せるその他の材料（例えば、ゲルマニウム、ジルコニア強化アルミナ（ＺＴＡ）等のシリコン様材料）で作成されてもよいことである。一部の実施形態では、シリコンリングは、例えば材料が上に成長されるウエハ最上部の材料層に似せるために、その上にコーティング（例えば、１枚以上の被覆）を予め堆積されて有することもできる。このような材料からのリング（例えば、シリコンリング）の操作は、半導体ウエハ表面からシリコンリング表面への滑らかな移行を可能にする。
【０００８】
一実施形態では、滑らかな移行を引き起こすことができるように、シリコンリングと半導体ウエハとを隔てる隙間が最小に維持される。例えば、隙間は、プラズマが隙間によって悪影響を受けることがないように又は成膜表面の電気的性質にプロセスシフト変化を生じさせないように設定される。このような性質として、インピーダンス、電力、電位、密度、又はこれらの組み合わせ等の１つ以上が挙げられる。一実施形態では、半導体ウエハの表面積を拡大して、成長膜の不均一性の影響を半導体ウエハの縁からシリコンリングの外縁にシフトさせるように、シリコンリングの幅が定められる。半導体ウエハの縁と、シリコンリングの内縁との間の隙間は、一部の実施形態では、チャンバの幾何学形状、上部電極及び（下部電極として機能する）台座の設計、上部電極と下部電極との間の隙間、チャンバ内におけるプロセス圧力等などのプロセスパラメータ、並びに場合によっては、チャンバ内で生成されるプラズマのデバイ長などの、数々の要素に依存する。一構成では、隙間は、プラズマのデバイ長未満であるように設定され、これは、成膜表面がウエハの縁を超えて拡張することを可能にし、ウエハの縁における及びウエハの縁近くにおける不均一性の実質的な排除を可能にする。不均一性の影響を半導体ウエハの縁から遠ざけてシフトさせることは、ウエハの縁における成長膜厚の均一性を向上させて、ウエハの縁から離れたウエハ上と実質的に同程度に均一にする。
【０００９】
一構成では、支持構造は、台座表面上の隆起、即ち盛り上がった面として提供されてよい。支持構造は、支持構造に対する半導体ウエハの下面の精確な接触を向上させるために使用される。ウエハの下面と接触することになる支持構造の縁は、成膜プロセス時にウエハが定位置に受け止められて保持されることを可能にする最小接触面積（ＭＣＡ）を提供する。
【００１０】
一実施形態では、半導体ウエハを処理するためのチャンバが開示される。チャンバは、成膜プロセス時に半導体ウエハを支持するための台座を含む。シリコンリングが、半導体ウエハの存在時にその半導体ウエハを取り囲み、台座の上に配置される。シリコンリングは、半導体ウエハの厚さに近い厚さを有する。シリコンリングは、半導体ウエハの上に画定されるプロセスゾーンを半導体ウエハ及びシリコンリングの両方の上にくるように画定される拡張プロセスゾーンに拡張する環状幅を有する。閉じ込めリングが、台座上に配置され、シリコンリングを取り囲む。閉じ込めリングは、誘電体材料で形成される。チャンバは、シャワーヘッドも含む。シャワーヘッドは、中央シャワーヘッドエリアと、拡張シャワーヘッドエリアとを含む。中央シャワーヘッドエリアは、実質的に半導体ウエハ及びシリコンリングの上に配置される。拡張シャワーヘッドエリアは、実質的に閉じ込めリングの上に配置される。シリコンリングの環状幅は、拡張プロセスゾーンに曝される半導体ウエハの表面積を拡大し、半導体ウエハの上における成膜材料の不均一性の影響を、半導体ウエハの縁からシリコンリングの外縁にシフトさせる。
【００１１】
一実施形態では、半導体ウエハは、約３００ｍｍの直径を有し、シリコンリングは、直径約４５０ｍｍにまで及ぶ。上述された寸法は、例であり、限定的であると見なされるべきではない。
【００１２】
一実施形態では、台座の上面は、半導体ウエハを支持するための第１の最小接触面積（ＭＣＡ）を有する第１の領域と、シリコンリングを支持するための第２のＭＣＡを有する第２の領域と、閉じ込めリングを支持するための第３のＭＣＡを有する第３の領域とを含む。
【００１３】
一実施形態では、シリコンリングは、半導体ウエハと同様な電気的性質を見せる。
【００１４】
一実施形態では、シリコンリングは、シリコンリングの内縁が半導体ウエハの外縁に隣接するように、台座の上に配置される。
【００１５】
一実施形態では、台座は、整合回路網を通じて高周波数電力（ＲＦ）源に接続され、シャワーヘッドは、電気的に接地される。ＲＦ電力源は、チャンバ内でプラズマを生成するための電力を提供する。
【００１６】
別の一実施形態では、シャワーヘッドは、整合回路網を通じて高周波数電力（ＲＦ）源に接続され、台座は、電気的に接地される。ＲＦ電力源は、チャンバ内でプラズマを生成するための電力を提供する。
【００１７】
一実施形態では、台座上に配置されたシリコンリングは、半導体ウエハの外縁とシリコンリングの内縁との間の隙間を画定する。
【００１８】
一実施形態では、シリコンリングは、段差を含む。段差は、上面と、側壁と、底面とによって画定される。底面は、半導体ウエハをチャンバ内における１つの処理ステーションから別の処理ステーションへの移行時に支持するように構成される。段差の側壁の高さは半導体ウエハの厚さに近い。
【００１９】
一実施形態では、半導体ウエハを処理するためのチャンバが開示される。チャンバは、半導体ウエハの表面の上で材料の成長を実施するために使用される。チャンバは、環状リング表面を含むキャリアウエハと、その上に画定されるポケットとを含む。ポケットは、キャリアウエハの中心に画定される。ポケット内には、段差が画定される。環状リング表面は、ポケットを取り囲むように及びキャリアウエハの外縁から段差の上縁部まで広がるように画定される。段差の底面は、半導体ウエハを支持するために使用される。段差の高さは、半導体ウエハの厚さに近い。キャリアウエハは、半導体ウエハの上に画定されるプロセスゾーンを、環状リングの表面及びキャリアウエハのポケットの両方の上にくるように画定される拡張プロセスゾーンに拡張する。チャンバは、キャリアウエハが上で支持される台座を含む。誘電体材料で形成された閉じ込めリングが、台座上に配置され、キャリアウエハを取り囲む。チャンバは、シャワーヘッドも含む。シャワーヘッドは、中央シャワーヘッドエリアと、拡張シャワーヘッドエリアとを含む。中央シャワーヘッドエリアは、実質的にキャリアウエハの上に配置され、拡張シャワーヘッドエリアは、実質的に閉じ込めリングの上に配置される。キャリアウエハの環状リング表面は、拡張プロセスゾーンに曝される半導体ウエハの表面積を拡大し、半導体ウエハの上における成膜材料の不均一性の影響を、半導体ウエハの縁からキャリアウエハの外縁にシフトさせる。
【００２０】
一実施形態では、台座の上面は、キャリアウエハを支持するための第１の最小接触面積（ＭＣＡ）を有する第１の領域と、閉じ込めリングを支持するための第２のＭＣＡを有する第２の領域とを含む。
【００２１】
一実施形態では、ポケットの底面は、半導体ウエハを支持するためのＭＣＡを含む。
【００２２】
開示の実施形態は、プラズマの抑制を半導体ウエハの縁からシリコンリングの外縁に遠ざけるやり方を提供する。半導体ウエハに隣接して配置されるシリコンリングは、シリコンリングがあたかも半導体ウエハの一部であるかのように成膜がシリコンリングの表面上まで続くことを可能にする。シリコンリングの組成及び設計は、プラズマが成膜表面で遭遇する変化を最小にすることを可能にする。シャワーヘッドは、ウエハの縁の上に画定されるプロセスゾーンを超えて半導体ウエハ及びシリコンリングの上に画定される拡張プロセスゾーンまで及ぶようにサイズ決定される。これは、ウエハの縁における成膜の均一性の大幅な向上をもたらす。
【００２３】
本発明の原理を例として示した添付の図面との関わりのもとで提供される以下の詳細な説明から、本発明のその他の態様が明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
本発明は、添付の図面との関わりのもとでなされる以下の詳細な説明を参照することによって、最も良く理解されるだろう。
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態における、半導体ウエハを例えばその上に膜を形成するために処理するために使用されるウエハ処理システムの例を示した図である。
【００２６】
【図２Ａ】本発明の一実施形態における、図１の成膜チャンバで用いられる台座の側面を示した簡略ブロック図である。
【００２７】
【図２Ｂ】本発明の異なる実施形態における、図２Ａの台座の側面を示した図である。
【図２Ｃ】本発明の異なる実施形態における、図２Ａの台座の側面を示した図である。
【００２８】
【図３Ａ−１】本発明の代替の実施形態における、成膜チャンバ内で使用される台座の側面を示した簡略ブロック図である。
【図３Ａ−２】本発明の代替の実施形態における、成膜チャンバ内で使用される台座の側面を示した簡略ブロック図である。
【００２９】
【図３Ｂ】本発明の一実施形態における、台座上で支持されるキャリアウエハの側面を示した簡略ブロック図である。
【００３０】
【図３Ｃ】本発明の一実施形態における、図３Ｂに例示されたキャリアウエハの一部分を示した分解図である。
【００３１】
【図３Ｄ】本発明の様々な実施形態における、キャリアウエハ内に画定される段差の様々な構成を示した図である。
【図３Ｅ】本発明の様々な実施形態における、キャリアウエハ内に画定される段差の様々な構成を示した図である。
【図３Ｆ】本発明の様々な実施形態における、キャリアウエハ内に画定される段差の様々な構成を示した図である。
【図３Ｇ】本発明の様々な実施形態における、キャリアウエハ内に画定される段差の様々な構成を示した図である。
【００３２】
【図４Ａ】本発明の一実施形態にしたがった、図１〜３Ｇに例示されたチャンバ構成を使用した場合のウエハ縁における均一性を示したＸ線形走査の図である。
【図４Ｂ】本発明の一実施形態にしたがった、図１〜３Ｇに例示されたチャンバ構成を使用した場合のウエハ縁における均一性を示したＹ線形走査の図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
本開示の実施形態は、半導体ウエハを処理するために成膜チャンバ（例えば、リアクタ）内で使用される台座及びシャワーヘッドを定めている。一実装形態では、チャンバは、半導体ウエハを支持するための台座と、シリコンリングとを含む。シリコンリングは、半導体ウエハを取り囲み、成膜材料の不均一性の影響をウエハの縁から遠ざけてシリコンリングの外縁にシフトさせるように半導体ウエハの表面積を拡大させる働きをする。随意として、チャンバは、閉じ込めリングを含む。閉じ込めリングは、台座上に受け止められ、閉じ込めリングの内縁がシリコンリングの外縁に隣接するようにシリコンリングを取り囲むように設計される。一実装形態では、ウエハ及びシリコンリングを台座上で支持するために、突起又は隆起面の形態をとる支持構造が台座の上面に提供されてよい。閉じ込めリングが存在する実施形態では、台座は、閉じ込めリングを支持するための支持構造を含む。プロセスチャンバは、また、シャワーヘッドの形態で上部電極も含む。シャワーヘッドは、半導体ウエハ及びシリコンリングの上の領域を実質的に覆う中央シャワーヘッドエリアと、一部の実施形態では、閉じ込めリングの上の領域を実質的に覆う拡張シャワーヘッドエリアとを含む。シャワーヘッドは、チャンバ内でプラズマを生成するための、及び特定の実施形態では材料を成長させるための、ガス化学物質を提供する。
【００３４】
一構成例では、シリコンリングは、半導体ウエハ（又は単に「ウエハ」と呼ばれる）と同じ材料（例えば、シリコン）で作成され、ウエハと実質的に同様な電気的性質を見せる。留意すべきは、この例では、ウエハを取り囲むためにシリコンリングが使用されるが、これらの実施形態は、シリコンリングの使用に限定されないことである。その代わりに、半導体ウエハを取り囲むリングは、その他のシリコン様材料（例えば、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ジルコニア強化アルミナ（ＺＴＡ）、イットリア添加（例えば酸化イットリウム）アルミナ、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、サファイア等）で作成されてよい。半導体ウエハと同じ又は同様なタイプの材料でリングを構成することは、成膜表面がウエハの縁を超えて拡張することを可能にする。したがって、成膜プロセス時にプラズマが形成されるときに、シリコンリングは、成膜表面積を、半導体ウエハ表面を超えてシリコンリング表面上へ拡大させ、これは、成膜の不均一性の影響をウエハの縁から遠ざけてシリコンリングの外縁までシフトさせるのに有用である。
【００３５】
一実施形態では、ウエハの縁とそれに隣接するシリコンリングの縁との間に画定された隙間によってプラズマが大きく阻害されることがない限り、成膜表面がウエハの縁を超えて拡張することが可能にされる。一実施形態では、半導体ウエハとシリコンリングとの間の隙間のサイズが最小にされる。ウエハとシリコンリングとを隔てる隙間のサイズは、チャンバの幾何学形状、シャワーヘッド及び台座の幾何学形状、シャワーヘッドと台座との間の隙間、プロセス圧力、結果として得られるチャンバ内で生成されるプラズマのデバイ長、これらの組み合わせ等などの、１つ以上の要素に依存することができる。
【００３６】
一実施形態では、隙間は、約１．０ｍｍ未満であり、別の一実施形態では、約０．５ｍｍ未満であることができ、一例では、約０．２５ｍｍである。尚も別の一実施形態では、隙間は、成膜によって隙間が実質的に閉じられることがない限り、約０．２５ｍｍ未満であってよい。
【００３７】
上述された要素は、単なる例に過ぎず、ウエハとシリコンリングとの間の隙間の選択に影響を及ぼすものとして、更に少ない又は多い要素が使用されてよいことが、理解されるべきである。
【００３８】
シリコンリング、又はウエハと同様なシリコン様材料で作成されたリングの提供による成膜表面の拡張は、プラズマの不均一性をウエハの縁からシリコンリングの外縁に移行させるのに役立つ。シリコンリングは、プロセスの標的、即ち対象ではないので、シリコンリングの縁における不均一性は、関係がない（例えば、シリコンリングは、交換可能な消耗パーツである）。一実施形態では、シリコンリングの表面は、ウエハと同じ又は同様な、インピーダンス、電力、電位、密度等などの電気的性質を見せるように構成される。更に、一実施形態では、ウエハの縁とシリコンリングの縁との間の隙間は、ウエハとシリコンリングとの間における電気的性質の変化を最小限に抑えるように定められる。その結果、成膜は、あたかもシリコンリングがウエハの一部であるかのようにシリコンリングの上まで続き、そうすることによって、プラズマのエッジ効果をウエハの縁からシリコンリングの縁にシフトさせる。例えば、ウエハの縁の表面は、ウエハの縁から離れたウエハの表面と同様な厚さの成膜を受ける。縁における成膜の均一性の向上は、したがって、ウエハの歩留まりを向上させる働きをする。
【００３９】
本実施形態は、プロセス、装置、システム、デバイス、又は方法などの、数々の形態で実現可能であることがわかる。幾つかの実施形態が、以下で説明される。
【００４０】
成膜は、プラズマ援用化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）システム内で実現されることが好ましい。ＰＥＣＶＤシステムは、多くの異なる形態をとりえる。例えば、ＰＥＣＶＤシステムは、１枚以上のウエハをそれぞれ収容するウエハ処理に適した１つ以上のチャンバ又は「リアクタ」（複数のステーションを含むことがある）を含む。１つ以上のチャンバは、ウエハを１つ以上の既定の位置に（その位置で例えば回転、振動、若しくはその他の撹拌などの運動を伴って又は伴わずに）維持する。成膜を経ているウエハは、プロセス時に１つのリアクタチャンバ内で１つのステーションから別のステーションへ移送されてよい。成膜は、１つのステーションにおいて全て生じてよい、又は膜の任意の部分が任意の数のステーションにおいて成長されてよい。成膜を実現するために、ＰＥＣＶＤシステムの使用を参照にして様々な実施形態が説明されるが、これらの実施形態は、ＰＥＣＶＤシステムに限定されず、原子層堆積（ＡＬＤ）システム、又はひいてはエッチングシステムにも広げることができる。
【００４１】
成膜プロセス時に、各ウエハは、台座、ウエハチャック、又はチャンバ内に配置されたその他のウエハ受け止め機構によって成膜チャンバ内の定位置に保持される。例えば台座などのウエハ受け止め機構は、その上面全域に分布する複数の支持構造を含んでいてよい。一実施形態では、支持構造は、台座などのウエハ受け止め機構の上面上に画定された隆起である。支持構造は、最小接触面積（ＭＣＡ）を定め、半導体ウエハの下面に対する支持構造の（とりわけ、高い許容誤差での）精確な接触を強化することによって成膜プロセス時にウエハを支持するように動作可能である。特定の動作のために、ウエハ受け止め機構は、一部の実施形態では、ウエハを加熱するための加熱板などのヒータも含んでいてよい。
【００４２】
図１は、一実施形態における、ウエハ１０１を処理するために使用されるウエハ処理システム１００を示している。システム１００は、チャンバ下部１０２ｂと、チャンバ上部１０２ａとを有するチャンバ１０２を含む。チャンバ下部１０２ｂにある中央の柱が、台座１４０などのウエハ受け止め機構を支持するように構成され、この台座１４０は、一実施形態では通電電極である。台座１４０は、この実施形態では、整合回路網１０６を通じて電力供給部１０４（例えば、ＲＦ電力供給部）に電気的に接続される。チャンバ上部１０２ａは、シャワーヘッド１５０を収容し、一実施形態では、このシャワーヘッド１５０が、（図３Ａ−２を参照にして説明されるように）電気的に接地される。別の一実施形態では、チャンバ下部１０２ｂ内のウエハ受け止め機構（即ち、台座１４０）が、（図３Ａ−１を参照にして説明されるように）電気的に接地される。この実施形態では、チャンバ上部１０２ａ内のシャワーヘッド１５０は、整合回路網１０６を通じて電力供給部１０４に電気的に接続される。シャワーヘッド１５０は、上記のように、プラズマを生成するためのガス化学物質を供給する。電力供給部は、チャンバ内でプラズマを生成するために使用され、例えばコントローラなどの制御モジュール１１０によって制御される。制御モジュール１１０は、プロセス入力・制御モジュール１０８を実行することによってウエハ処理システム１００を動作させるように構成される。プロセス入力・制御モジュール１０８は、ウエハ１０１の上に膜を成長させる又は形成するために、電力レベル、タイミングパラメータ、プロセスガス、ウエハ１０１の機械的動き等などのプロセスレシピを制御するために使用されてよい。
【００４３】
下方チャンバ１０２ｂ内の中央の柱は、ウエハを受け止めて保持して台座１４０から上昇させるためのリフト機構を含む。一実施形態では、リフト機構は、リフトピン１２０を含み、これらのリフトピン１２０は、リフトピン制御部１２２によって制御される。リフトピン制御部１２２は、ウエハ１０１が取り除かれる必要があるときにウエハ１０１を台座１４０から上昇させるように、及びウエハ１０１がエンドエフェクタによってプロセスチャンバ１０２内へ移動されるときにウエハ１０１を受け止めて下降させて保持するように、リフトピン１２０を制御するように動作する。シリコンリングリフト・回転制御モジュール１２４は、台座１４０からのウエハ１０１のリフト、及び同じチャンバ内の又は異なるチャンバ内の異なる処理ステーションへのウエハの移動を制御するために使用されてよい。一実施形態では、シリコンリングリフト・回転制御モジュール１２４は、１つの処理ステーションの台座１４０（即ち、ウエハ受け止め機構）から異なる処理ステーションのウエハ受け止め機構にウエハを移動させるために使用される、フォークリフト機構などの移動機構を操作するために使用されてよい。
【００４４】
ウエハ処理システム１００には、例えば設備から供給されたガス化学物質を維持するガス化学物質貯蔵部などのプロセスガス供給モジュール１１４に接続されたガス供給マニホールド１１２が、動作可能式に接続される。実施されている処理に応じて、制御モジュール１１０は、ガス供給マニホールド１１２を通じた（１種以上の）プロセスガス（即ち、ガス化学物質）の配送を制御するように動作可能である。（１種以上の）選ばれたガスは、次いで、シャワーヘッド１５０に流れ込み、半導体ウエハ１０１に面したシャワーヘッド１５０面と、台座１４０の上に載っているウエハ１０１の上面との間に画定された空間体積内に分散される。シャワーヘッド１５０は、上部電極の一部である。
【００４５】
１種以上のプロセスガスが使用されるときは、プロセスガスは、予め混合されてよい、又は別々のままであってよい。別々のままである場合は、プロセスガスは、既定の順序で供給されてよい。プロセスの成膜段階中及びプラズマ加工段階中に正しいガスが配送されることを保証するために、適切な弁・質量流量制御機構が用いられてよい。プロセスガスは、出口（不図示）を通ってチャンバから出ていく。チャンバからプロセスガスを引き出して、チャンバ内を適切な圧力に維持するために、真空ポンプが用いられてよい。真空ポンプは、絞り弁又振り子弁（不図示）などの閉ループ制御式の流量制限機器によって運転されてよい。
【００４６】
一実施形態では、チャンバ下部１０２ｂ内に配置された台座１４０の表面は、少なくとも半導体ウエハ１０１及びシリコンリング１３２を納めるのに十分な大きさであるように設計される。台座１４０の表面は、この実施形態では、成膜プロセス時に半導体ウエハ１０１を支持する明確なウエハ支持領域（図１では参照文字「Ｂ」で表わされる）と、ウエハ支持領域（「Ｂ」）を取り囲むキャリア支持領域（参照文字「Ａ」で表わされる）とを含む。キャリア支持領域（「Ａ」）は、台座１４０上の、中心に画定されたウエハ支持領域に直接隣接して該ウエハ支持領域を取り囲むエリアをその範囲に含むように定められる。台座１４０のキャリア支持領域上には、シリコンリング１３２が、半導体ウエハ１０１の存在時にその半導体ウエハ１０１を取り巻くように配置される。一部の実施形態では、シリコンリング１３２は、半導体ウエハ１０１と同じ材料（例えば、シリコン）で作成される。その他の実施形態では、シリコンリング１３２は、シリコン様材料（例えば、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ジルコニア強化アルミナ（ＺＴＡ）、イットリア添加アルミナ、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、サファイア等）で作成される。シリコンリング１３２とウエハ１０１とで使用される材料の類似性ゆえに、シリコンリング１３２は、ウエハ支持領域上に配置されるウエハ１０１と実質的に同様な電気的性質を見せる。
【００４７】
一実施形態では、シリコンリング１３２（又はシリコン様リング）は、成膜をウエハ１０１の縁を超えて拡張させて、プラズマのための成膜表面がウエハ表面からシリコンリング表面へ滑らかに移行することを可能にする。一実施形態では、ウエハと、台座上に配置されたシリコンリングとの間に画定された隙間が、プラズマを大きく阻害しないように設定され、そうすることによって、プラズマの滑らかな移行を可能にしている。
【００４８】
一実施形態では、ウエハ支持領域及びキャリア支持領域に加えて、台座表面は、閉じ込めリング（不図示）が上に配置される閉じ込め領域（不図示）も含んでいてよい。閉じ込め領域は、キャリア支持領域を取り囲むように画定される。台座１４０の閉じ込め領域上に受け止められる閉じ込めリングは、形状が環状であり、台座１４０上に受け止められたシリコンリング１３２の外縁が閉じ込めリングの内縁に隣接するようにシリコンリング１３２を取り囲む。閉じ込めリングは、一実施形態では、誘電体材料で作成される。閉じ込めリングは、チャンバ１０１内で生成されたプラズマをシリコンリング１３２の外縁付近に閉じ込めるのを助けるように構成される。
【００４９】
図２Ａは、一実施形態における、成膜プロセスに使用されるチャンバ１０２を伴う処理システムの一例の側面の簡略ブロック図を示している。チャンバ１０２は、成膜表面を半導体ウエハ表面を超えてシリコンリング表面まで拡張させるように設計された台座１４０及びシャワーヘッド１５０を含む。台座１４０の表面は、図１に例示されたものと同様であり、ウエハ１０１を受け止めて保持するための明確なウエハ支持領域（参照文字「Ｂ」で表わされる）と、シリコンリング１３２を受け止めるためのキャリア支持領域（参照文字「Ａ」で表わされる）とを含む。ウエハ支持領域は、一実施形態では、成膜プロセス時にウエハ１０１を受け止めて保持するように動作可能式に構成された複数の支持構造１３８を含む。上記のように、シリコンリング１３２は、形状が環状であり、半導体ウエハ１０１を取り巻くように構成される。シリコンリング１３２は、ウエハ材料と同様な材料で作成され、一実施形態では、ウエハ１０１とおおよそ同じ厚さであるように設計される。その他の実施形態では、シリコンリング１３２は、ウエハよりも厚くてよい、又はウエハよりも薄くてよい。ウエハ１０１の上面及びシリコンリング１３２の上面は、一実施形態では、ほぼ同一面上にある。
【００５０】
一実施形態では、台座１４０は、誘電体材料又はセラミック材料で作成された絶縁体ブロック１３４も含む。絶縁体ブロック１３４は、シリコンリング１３２の下方の領域内で台座１４０上に配置される。領域は、外側段差壁１３６を含む外側段差によって画定され、絶縁体ブロック１３４は、外側段差壁１３６に隣接して配置される。絶縁体ブロック１３４は、１つのブロックであってよい、又は２つ以上のブロックを含んでいてよい。図２Ａに例示された実施形態では、領域は、２ブロックの絶縁体構造を含み、絶縁体ブロック１３４とシリコンリング１３２との間には、第２の絶縁体ブロック１３４ａが配置されている。一実施形態では、絶縁体ブロック１３４又は絶縁体ブロック１３４ａは、セラミック、誘電体、又はチャンバ１０２内のプロセス条件に耐えることができるその他の任意の絶縁材料で作成されてよい。
【００５１】
チャンバ１０２内に配置されたシャワーヘッド１５０は、プラズマを生成するために必要とされるプロセスガスを提供する。シャワーヘッド１５０は、一実施形態では、ウエハ支持領域及びキャリア支持領域を含む台座１４０の表面積を少なくとも覆うのに十分な大きさであるように設計される。例えば、一実施形態では、シャワーヘッド１５０は、ウエハ１０１の上に画定されるプロセス領域１５２のみならず、シリコンリング１３２の上に画定される領域もその範囲に含む、拡張プロセス領域１５４を覆っている。シャワーヘッド１５０は、図２Ａに例示された実施形態では、整合回路網１０６を通じてＲＦ電力源１０４に接続され、台座１４０は、電気的に接地される。
【００５２】
図２Ｂは、一実施形態における、台座１４０上にシリコンリング１３２が配置されたチャンバ１０２の下部を示している。台座１４０の構造は、図２Ａに例示されたものと同様である。台座１４０は、成膜プロセス時にウエハ１０１及びシリコンリング１３２を受け止めて支持するための最小接触面積を画定するためにウエハ支持領域（「Ｂ」）及びキャリア支持領域（「Ａ」）全域に配置された複数の支持構造１３８を含むように設計される。簡潔を期するために、段差壁１３６によって画定された外側段差が、絶縁体ブロック１３４を伴わずに示されており、使用時には、絶縁体ブロック１３４が、図２Ａを参照にして例示及び説明されたのと同様な形でシリコンリングの側方又は下方に配置されてよい。
【００５３】
シリコンリング１３２と半導体ウエハ１０１との間に画定される隙間４４は、プラズマに悪影響を及ぼすことがないように、最小であるように設定される。シリコンリング１３２の厚さ４５は、一実施形態では、ウエハ１０１の上面がシリコンリング１３２の上面とおおよそ同じ高さにくるように、ウエハ１０１の厚さに近くされる。シリコンリング１３２の厚さをウエハ１０１の厚さに近いように設計することは、ウエハ表面からシリコンリング表面へのプラズマの滑らかな移行を更に助ける。一実施形態では、シリコンリング１３２の厚さは、約１．７５ｍｍである。別の一例では、シリコンリング１３２の厚さは、約１．５ｍｍから約２ｍｍの間である。その他の実施形態では、シリコンリング１３２は、その上面とウエハとが少なくともおおよそ同一面上にある限り、更に薄くても又は厚くてもよい。この例では、隙間は、隙間４４として識別される。一実施形態では、隙間４４は、約１．０ｍｍ未満であり、別の一実施形態では、約０．５ｍｍ未満であることができ、一例では、約０．２５ｍｍである。尚も別の一実施形態では、隙間は、成膜によって隙間が実質的に閉じられることがない限り、約０．２５ｍｍ未満であることができる。
【００５４】
図２Ｃは、シリコンリング１３２の代わりにシリコンキャリアリング１３３が台座１４０上に配置される代替の一実施形態を示している。シリコンキャリアリング１３３は、下がる段差によって画定される棚を含むものとして示されている。段差は、上面１３３ａと、段差側壁１３３ｂと、底面１３３ｃとによって画定される。台座１４０は、ウエハ１０１を支持するための及びシリコンキャリアリング１３３を保持するための支持構造１３８を含む。シリコンキャリアリング１３３の段差の底面１３３ｃは、ウエハ１０１がチャンバ１０２内で１つの処理ステーションから別の処理ステーションへ移動されるときにウエハ１０１を支持するように設計される。一実施形態では、段差の側壁１３３ｂの高さ４５’は、シリコンキャリアリング１３３が非係合モードにあるときに、シリコンキャリアリング１３３がウエハ１０１の上面と同じ高さにあるように画定される。その結果、一実施形態では、シリコンキャリアリング１３３の段差の底面１３３ｃは、非係合モードにあるときはウエハの下面に触れておらず、ただし、係合モードにあるときはウエハの下面に触れるように位置決めされる。非係合モードでは、ウエハ１０１は、支持構造１３８によって台座１４０上に支持される。シリコンキャリアリング１３３は、係合モードにあるときは、ウエハ１０１を支持するように移動される。シリコンキャリアリング１３３は、一実施形態では、成膜プロセス時には非係合モードに設定される。一実施形態では、台座１４０上で受け止められるウエハ１０１の厚さは、段差の側壁１３３ｂの高さ４５’未満である。この実施形態では、側壁１３３ｂの高さ４５’は、約０．７９ｍｍであり、ウエハ１０１の厚さは、約０．７６ｍｍである。
【００５５】
ウエハ１０１の縁と、段差側壁１３３ｂによって画定されるシリコンキャリアリング１３３の縁との間に画定される隙間４４は、プラズマが悪影響を受けることがないように、最小であるように設計される。上記のように、隙間のサイズには、チャンバの様々なコンポーネントに関係付けられた幾つかの要素、及びプラズマに関係したパラメータが影響する。図２Ａ〜２Ｃを参照すると、一実施形態では、台座１４０の表面は、直径が約３００ｍｍであるウエハ１０１と、シリコンリング１３２又はシリコンキャリアリング１３３のいずれかとを受け止めるのに十分な大きさの直径を有する。この実施形態では、台座上に配置されるシリコンリング１３２又はシリコンキャリアリング１３３の環状幅は、約７５ｍｍであり、シャワーヘッドは、直径が約４５０ｍｍである。例えば、シャワーヘッドは、ウエハ表面及びシリコンリング１３２又はシリコンキャリアリング１３３のいずれかを覆うのに十分な大きさである。もちろん、上述されたウエハ表面、シリコンリング１３２表面又はシリコンキャリアリング１３３表面、及びシャワーヘッド１５０の寸法は、単なる例であり、限定的であると見なされるべきではない。例えば、一部の実施形態では、３００ｍｍよりも大きい又は小さいウエハ１０１が処理されるときに、シリコンリング１３２又はシリコンキャリアリング１３３は、半導体ウエハ１０１と、シリコンリング１３２又はシリコンキャリアリング１３３のいずれかとの合計の直径を増加させて、より大きい標準サイズにするように、選択及びサイズ決定される。例えば、もし、２００ｍｍウエハが処理されるならば、シリコンリング１３２又はシリコンキャリアリング１３３は、ウエハと、シリコンリング１３２又はシリコンキャリアリング１３３との合計の直径を、３００ｍｍに拡張することができる。一部の実施形態では、シリコンリング１３２又はシリコンキャリアリング１３３のサイズ決定は、合計直径を次の標準サイズに拡張する必要はない。その代わりに、シリコンリング１３２又はシリコンキャリアリング１３３のサイズは、エッジ効果が実際のウエハ１０１の縁から離れてシリコンリング１３２上又はシリコンキャリアリング１３３上に移動しさえすれば、合計の直径を任意の既定の増分で増加させるように定められてよい。
【００５６】
図３Ａ−１は、一実施形態における、成膜システム内で用いられる台座１４０の一例の側面の簡易ブロック図を示している。台座１４０は、ウエハ支持領域（「Ｂ」）上で半導体ウエハ１０１を、キャリア支持領域（「Ａ」）の上でシリコンリング１３２を、そして閉じ込め領域（参照符号「Ｃ」）の上で閉じ込めリング１４４を受け止めるように設計される。ウエハ１０１、シリコンリング１３２、及び閉じ込めリング１４４を受け止めるための最小接触面積を定めるために、複数の支持構造１３８が、台座１４０の上面上に分布される。台座１４０は、この実施形態では、電気的に接地される。
【００５７】
シャワーヘッド１５０は、チャンバ１０２内でプラズマを生成するためにプロセスガスを提供するように構成される。シャワーヘッド１５０は、台座１４０の上のエリアを覆うように設計され、整合回路網１０６を通じてＲＦ電力源１０４に接続される。シャワーヘッド１５０は、一実施形態では、中央シャワーヘッドエリア１５０−１と、拡張シャワーヘッドエリア１５０−２とを含む。中央シャワーヘッドエリア１５０−１は、ウエハ１０１の上に画定されるプロセスゾーン１５２、並びにウエハ１０１及びシリコンリング１３２の両方の上に画定される拡張プロセスゾーン１５４の上に広がる。拡張シャワーヘッドエリア１５０−２は、閉じ込めリング１４４の上に画定される領域を更に覆うように、シャワーヘッドを拡張する。プロセスガスを提供するために、台座１４０に面したシャワーヘッド１５０の表面上には、複数の出口が画定される。一実施形態では、拡張プロセスゾーン１５４の上に画定される出口は、互いに近くに配置されてよく、これに対して、シャワーヘッド内の、閉じ込めリングの上に画定される出口は、それよりも互いに離されて広がっていてよい。この設計は、閉じ込めリング領域の上にプラズマを引き続き維持しつつ、よりいっそう拡張プロセスゾーン１５４の上にプラズマを集約させるのに役立つだろう。別の一実施形態では、出口は、１５０−１及び１５０−２を包囲する各エリア内で均等に分布している。
【００５８】
一実施形態では、閉じ込めリング１４４の高さは、シリコンリング１３２又はキャリアウエハ１４２の高さと実質的に同じであるように設計される。その他の実施形態では、閉じ込めリングは、閉じ込めリング表面がキャリアウエハ１４２表面及びウエハ１０１表面と実質的に同一面上に配置されさえすれば、シリコンリング１３２及びキャリアウエハ１４２よりも厚くてよい又は薄くてよい。
【００５９】
図３Ａ−２は、代替の一実施形態における、成膜システム内の台座１４０の一例の側面の簡略ブロック図を示している。図３Ａ−２に例示された実施形態は、台座１４０が整合回路網１０６を通じてＲＦ電力源１０４に接続され、シャワーヘッド１５０が電気的に接地されるという点で、図３Ａ−１に例示された実施形態と異なる。図３Ａ−１及び図３Ａ−２に例示された実施形態では、台座１４０のサイズは、ウエハ１０１、シリコンリング１３２、及び閉じ込めリング１４４に納めるのに十分な大きさである。
【００６０】
図３Ｂは、シリコンリング１３２の代わりにキャリアウエハ１４２が上に配置された台座１４０の側面の簡略ブロック図を示している。図３Ｃは、図３Ｂで特定されたキャリアウエハ１４２の一部分の拡大図を示している。図３Ｂに例示されるように、台座１４０は、キャリアウエハ１４２及び閉じ込めリング１４４を受け止めるように構成される。台座１４０の上面は、キャリアウエハ１４２及び閉じ込めリング１４４を受け止めて支持するための複数の支持構造１３８（即ち、ＭＣＡ）を含む。キャリアウエハ１４２は、環状リング表面１４３と、ウエハ１０１を受け止めるために中央に画定されたポケット２３２とを含む。キャリアウエハ１４２は、シリコン、又はウエハ１０１と同様な電気的性質を見せるシリコン様材料で作成される。台座上には、閉じ込めリング１４４の外縁に隣接して外側段差１３６が画定される。外側段差１３６は、１つ以上の絶縁体ブロック（不図示）を含んでいてよい。台座１４０は、整合回路網１０６を通じてＲＦ電力源１０４に接続される。ＲＦ電力源１０４は、チャンバ１０２内でプラズマを生成するために必要な電力を提供する。
【００６１】
閉じ込めリング１４４は、一実施形態では、形状が環状であり、キャリアウエハ１４２を取り巻くように設計される。一実施形態では、閉じ込めリング１４４は、シャドーリングであってよい。一部の実施形態では、閉じ込めリングは、誘電体材料又はその他の閉じ込め材料で作成されてよい。その他の実施形態では、閉じ込めリング１４４は、アルミナ、イットリア添加アルミナ、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、サファイア等で作成されてよい。
【００６２】
シャワーヘッド１５０は、チャンバ内に配置され、ウエハ１０１の上に画定されるプロセス領域１５２、キャリアウエハ１４２の上に画定されるプロセス領域１５４、及び閉じ込めリング１４４の上に画定される領域をその範囲に含む拡張プロセス領域１５６を覆うのに十分な大きさであるように設計される。シャワーヘッド１５０は、この実施形態では、電気的に接地される。別の一実施形態では、所望のプロセス及びシステム構成に応じて、シャワーヘッド１５０が通電されて、台座１４０が接地されてよい。
【００６３】
図３Ｃは、ウエハ１０１を受け止めるために使用されるキャリアウエハ１４２の中央に画定されたポケット２３２の様々なコンポーネントを示している。前述のように、キャリアウエハ１４２は、ポケット２３２を取り囲む環状リング表面１４３を含む。ポケット２３２は、下に下がる内側段差２４２によって画定される。内側段差２４２は、（環状リング表面１４３に相当する）上面２３６と、側壁２３４と、底面２４０とを含む。ポケット２３２を画定している内側段差２４２の高さ（ＨSTEP）は、一部の実施形態では、ウエハ１０１の厚さに等しい又はウエハ１０１の厚さよりも大きい。一部の実施形態では、キャリアウエハの底面の厚さ４５”は、約０．９７ｍｍであるように画定され、内側段差２４２の高さ（ＨSTEP）は、約０．７９ｍｍである。一部の実施形態では、ポケットの底面２４０は、成膜プロセス時にウエハ１０１を支持するための複数の支持構造１３８を含んでいてよい。支持構造１３８の高さは、一実施形態では、ウエハがポケット２３２内で支持構造１３８の上に配置されるときに、ウエハ１０１の上面がキャリアウエハ１４２内に画定された内側段差２４２の上面２３６とおおよそ同じ高さであるように、画定される。環状リング表面１４３は、キャリアウエハ１４２の外縁から段差の上縁部２４２ａまで広がる。
【００６４】
環状リング表面１４３及びポケット２３２の、幾何学形状及び寸法は、成膜表面がウエハの縁を超えてキャリアウエハ２３２の環状リング表面１４３まで続くことを可能にする。キャリアウエハ１４２は、台座１４０上に受け止められる。一実施形態では、キャリアウエハ１４２は、単結晶シリコンで作成される。その他の実施形態では、キャリアウエハ１４２は、ゲルマニウムやＺＴＡ等のシリコン様材料で作成される。一実施形態では、台座１４０の上面は、キャリアウエハ１４２及び閉じ込めリング１４４を受け止めるための複数の支持構造１３８を含む。
【００６５】
一実施形態では、キャリアウエハは、外側縁２３８を含む。台座１４０上には、閉じ込めリング１４４の内縁がキャリアウエハ１４２の外側縁２３８に隣接するように、環状閉じ込めリング１４４がキャリアウエハ１４２を取り囲むように配置される。閉じ込めリング１４４の高さは、一実施形態では、閉じ込めリング１４４が存在するときに閉じ込めリング１４４の上面１４４ａがキャリアウエハ１４２の環状リング表面１４３とほぼ同一面上であるように、キャリアウエハ１４２とおおよそ同じ高さであるように設計される。その他の実施形態では、前述のように、閉じ込めリング１４４は、キャリアウエハ１４２よりも厚くてよく又は薄くてよく、閉じ込めリング１４４は、閉じ込めリング１４４の表面がキャリアウエハ１４２表面と実質的に同一面上にあるように配置される。閉じ込めリング１４４は、誘電体材料、又はアルミナ等のその他の閉じ込めリングで作成されてよく、プラズマをキャリアウエハ１４２の外側縁２３８に閉じ込める働きをする又は閉じ込めるのに役立つ。
【００６６】
図３Ｄ〜３Ｇは、成膜チャンバ内に配置された台座１４０上に受け止められたキャリアウエハ１４２のポケット２３２内に画定される段差側壁２３４の様々な構成を示している。なお、図３Ｄ〜３Ｇに例示された段差側壁の様々な構成は、単なる例であること、及びその他の構成の段差側壁がキャリアウエハ１４２内で用いられてよいことが、留意されるべきである。例えば、一部の実施形態では、内側段差２４２の側壁２３４は、図３Ｄに示されるように、垂直な形で下に延びていてよい。内側段差２４２の側壁２３４と上面２３６とが交差するところには、上縁部２４２ａが画定される。内側段差２４２の側壁２３４と底面２４０とが交差するところには、底縁部２４２ｂが画定される。この例では、縁部２４２ａ、２４２ｂは、尖った、即ち機械加工された縁部であってよい。
【００６７】
ウエハの外縁と内側段差２４２の側壁２３４との間には、隙間４４が画定される。キャリアウエハの外側縁２３８は、台座１４０（不図示）上に配置された閉じ込めリング（不図示）に隣接している。
【００６８】
図３Ｅは、別の一実施形態における、ポケット２３２の側壁２３４の一変形形態を示しており、この場合、内側段差２４２の側壁２３４は、（図３Ｅでは破線２４７で表わされる）垂直線から外向きに延びる角度β0で配置されている。図３Ｄに例示された実施形態と同様に、上縁部２４２ａ及び底縁部２４２ｂは、尖った、即ち機械加工された縁部を有しているが、これらの縁部２４２ａ及び２４２ｂは、丸められていてもよい、又は先細っていてもよい。この実施形態では、ウエハの外縁と内側段差２４２の上縁部２４２ａとの間に隙間４４ａが画定される。
【００６９】
図３Ｆは、尚も別の一実施形態における、ポケット２３２を画定する内側段差２４２の側壁２３４の別の一変形形態を示しており、この場合は、ポケット２３２の側壁２３４が、垂直線２４７から内向きに延びる角度θ0で配置される一方で、上縁部２４２ａ及び底縁部２４２ｂは、尖った、即ち機械加工された縁部のままであってよく、ただし、これらの縁部（２４２ａ、２４２ｂ）は、丸められていてもよい、又は先細っていてもよい。この実施形態では、ウエハの外縁と内側段差２４２の上縁部２４２ａとの間に隙間４４ｂが画定される。
【００７０】
図３Ｇは、図３Ｂ〜３Ｄに例示された内側段差２４２の上縁部２４２ａ及び底縁部２４２ｂの一変形形態を示している。ここでは、内側段差２４２の上縁部２４２ａ及び底縁部２４２ｂは、丸められている。上縁部（２４２ａ及び２４２ｂ）は、ともに、丸められた状態で示されているが、この実施形態の変形形態としては、上縁部２４２ａのみが丸められた又は底縁部２４２ｂのみが丸められた変形形態も挙げられる。この実施形態では、ウエハ１０１の外縁と内側段差２４２の側壁２３４との間に隙間４４が画定される。図３Ｄ〜３Ｇに例示された、キャリアウエハ１４２のポケット２３２を画定する内側段差２４２の側壁２３４の変形形態は、例であり、内側段差２４２の側壁として、その他の変形形態が用いられてもよい。
【００７１】
様々な実施形態で述べられたように、チャンバ内で生成されたプラズマは、（ａ）シリコン又はシリコン様材料で作成された、シリコンリング（又はシリコンキャリアリング若しくはキャリアウエハ）を、（様々な実施形態を参照にして論じられたように）台座上で半導体ウエハに隣接して提供すること、（ｂ）チャンバ内で生成されたプラズマが悪影響を受けることがないように、半導体ウエハの外縁とシリコンリングの内縁（又はシリコンキャリアリング若しくはキャリアウエハの段差壁）との間の隙間を最小に維持すること、（ｃ）半導体ウエハとシリコンリング（又はシリコンキャリアリング若しくはキャリアウエハ）とを少なくとも含む、台座の上に画定された拡張プロセスゾーンを覆うように、シャワーヘッドを拡張させること、並びに随意として、（ｄ）シリコンリング（又はシリコンキャリアリング若しくはキャリアウエハ）を取り囲むように、閉じ込めリングを提供することによって、ウエハの縁を超えてシリコンリングの縁まで拡張されえる。閉じ込めリングが存在するときは、シャワーヘッドは、半導体ウエハ及びシリコンリング（又はシリコンキャリアリング若しくはキャリアウエハ）の上のエリアに加えて、閉じ込めリングの上に画定される台座のエリアも覆うように、拡張されえる。
【００７２】
様々な実施形態は、このようにして、成長膜の不均一性の影響を半導体ウエハの縁から遠ざけてシリコンリングの縁までシフトさせることを可能にする。このシフトは、結果として、ウエハの縁における膜の厚さの均一性を、ウエハの縁から離れたウエハのその他のエリアで見られる膜の厚さの均一性に実質的に匹敵させ、そうすることによって、ウエハの歩留まりを向上させる。
【００７３】
図４Ａ及び図４Ｂは、本明細書で説明されるシリコンリング又はキャリアウエハの実施形態を使用した成膜の影響を特定するＸ線形走査グラフ及びＹ線形走査グラフを示している。図４Ａは、キャリアウエハ又はシリコンリングを伴わないチャンバを用いた成膜プロセスについてプロットされたＸ線形走査４０４と、キャリアウエハを含むチャンバを使用した成膜プロセスの場合についてプロットされたＸ線形走査４０２とを示している。キャリアウエハ又はシリコンリングを含まないチャンバについてのＸ線形走査４０４に示されるように、（点４０４ａ、４０４ｃによって定められた）エッジウィングは、グラフの中央４０４ｂと比べて目立っている。目立ったエッジウィングは、ウエハの中央と比べたときの、ウエハの縁における不均一性の影響を表わしている。これに対し、例えば本明細書で論じられた一実施形態のキャリアウエハを用いた成膜プロセスについてプロットされたＸ線形走査４０２では、（点４０２ａ、４０２ｃで表わされた）エッジウィングが大幅に抑制され、グラフの中央４０２ｂに、より近くなっている。抑制されたエッジウィングは、ウエハの縁から離れたウエハのその他のエリア（例えば、ウエハの中央）と比べたときの、ウエハの縁における成長膜の均一性の大幅な向上を表わしている。
【００７４】
図４Ｂに例示されるように、キャリアウエハ又はシリコンリングを伴わないチャンバを用いた成膜プロセスについてプロットされたＹ線形走査グラフ４１４は、同様な影響を示しており、中央４１４ｂと比べて（点４１４ａ、４１４ｃで表わされた）エッジウィングが目立っていた。これは、ウエハの中央と比べたときの、ウエハの縁における不均一性の影響を示している。同様に、Ｙ線形走査グラフ４１２からわかるように、本明細書で論じられたキャリアウエハを伴うチャンバの一実施形態を用いた成膜プロセスでは、グラフ４１２の中央４１２ｂと比べて抑制されたエッジウィングからわかるように、ウエハの縁における不均一性の影響が大幅に軽減された。
【００７５】
一実施形態では、チャンバ内で用いられたシャワーヘッドは、直径が約４５０ｍｍであるようにサイズ決定され、キャリアウエハ上に配置されたウエハ１０１は、直径が約３００ｍｍであった。別の一実施形態では、キャリアウエハの外径は、約４５０ｍｍであり、ウエハ１０１を受け止めるためのポケットを画定するキャリアウエハの内径は、約３００ｍｍであった。シャワーヘッドは、この実施形態では、少なくともキャリアウエハを覆うようにサイズ決定された。別の一実施形態では、キャリアウエハに隣接して閉じ込めリングが配置され、シャワーヘッドは、キャリアウエハ及び閉じ込めリングを覆うようにサイズ決定された。前述のように、上述された寸法は、単なる例であり、限定的であると見なされるべきではない。ウエハの直径に応じて、シリコンリングは、ウエハとシリコンリング（又はシリコンキャリアリング若しくはキャリアウエハ）との合計の直径を増加させて、より大きい標準サイズにするように、選択及びサイズ決定される。一部の実施形態では、シリコンリング（又はシリコンキャリアリング若しくはキャリアウエハ）は、エッジ効果がウエハの縁から離れてシリコンリング（又はシリコンキャリアリング若しくはキャリアウエハ）の縁に移動することを可能にする任意の既定の増分で合計の直径を増加させるように、サイズ決定されてよい。本明細書で説明される実施形態は、ウエハの縁における膜の厚さの均一性を大幅に向上させて、ウエハの縁から離れたウエハ上と同程度に均一にするように、プラズマの閉じ込めをウエハの縁から分離することを可能にする。
【００７６】
図１に例示された制御モジュール１１０は、チャンバ内におけるプラズマの生成及び成膜条件の維持を管理するために使用される。例えば、制御モジュール１１０は、成膜プロセスに使用されるプラズマを生成するために成膜チャンバの処理パラメータを制御するために使用されてよい。制御モジュール１１０は、プロセッサと、メモリと、１つ以上のインターフェースとを含んでいてよい。制御モジュール１１０は、一部の実施形態では、一部には検知値に基づいてシステム内の１つ以上のデバイスを制御するために用いられてよい。例えば、制御モジュール１１０は、検知値及びその他の制御パラメータに基づいて、１つ以上の弁、フィルタ加熱器、ポンプ、及びシステム１００内に一体化されたその他のデバイスの１つ以上を制御するために使用されてよい。制御モジュールは、チャンバ１０２の随所に配置された、圧力計、流量計、温度センサ、及び／又はその他のセンサなど様々なセンサを通じて検知値を受信する。制御モジュールは、膜の配送時及び成長時におけるプロセス条件を制御するために用いられてもよい。制御モジュールは、通常は、１つ以上のメモリデバイスと、１つ以上のプロセッサとを含む。
【００７７】
制御モジュールは、配送システム及び成膜装置の活動を制御してよい。制御モジュールは、特定のプロセスの、プロセスタイミング、配送システム温度、フィルタ間の圧力差、弁の位置、ガスの混合、チャンバ圧力、チャンバ温度、ウエハ温度、ＲＦ電力レベル、ウエハチャック又は台座の位置、電極間の（上部電極と下部電極との間の）隙間、及びその他のパラメータを制御するための命令一式を含むコンピュータプログラムを実行する。制御モジュールは、また、圧力差を監視して、（１本又は複数本の）第１の経路から（１本又は複数本の）第２の経路へ蒸気の配送を自動的に切り替えてもよい。実施形態によっては、制御モジュールに関係付けられたメモリデバイスに格納されたその他のコンピュータプログラムが用いられてよい。
【００７８】
通常は、制御モジュールにユーザインターフェースが関連付けられている。ユーザインターフェースとしては、ディスプレイ（例えば、ディスプレイ画面、並びに／又は装置及び／若しくはプロセス条件のグラフィックソフトウェアディスプレイ）、並びにポインティングデバイス、キーボード、タッチ画面、マイクロフォン等のユーザ入力機器が挙げられる。
【００７９】
プロセス手順における成膜の配送及びその他のプロセスを制御するためのコンピュータプログラムは、例えば、アセンブリ言語、Ｃ、Ｃ＋＋、Ｐａｓｃａｌ、Ｆｏｒｔｒａｎなどの、従来の任意のコンピュータ読み取り可能プログラミング言語で記述することができる。プログラムに定められたタスクを実施するために、コンパイル済みのオブジェクトコード又はスクリプトがプロセッサによって実行される。
【００８０】
制御モジュールパラメータは、例えば、フィルタ圧力差、プロセスガスの組成及び流量、温度、圧力、並びにＲＦ電力レベル及び低周波ＲＦ周波数などのプラズマ条件、冷却ガス圧力、並びにチャンバ壁温度などの、プロセス条件に関する。
【００８１】
システムソフトウェアは、様々に設計又は構成されてよい。例えば、本発明の成膜プロセスを実施するために必要とされるチャンバコンポーネントの動作を制御するために、様々なチャンバコンポーネントサブルーチン又は制御オブジェクトが記述されてよい。これを目的としたプログラム又はプログラム部分の例として、ウエハ位置決めコード、プロセスガス制御コード、圧力制御コード、ヒータ制御コード、及びプラズマ制御コードが挙げられる。
【００８２】
ウエハ位置決めプログラムは、ウエハを台座又はチャックに載せるために、並びにウエハとガス入口及び／又は標的などのチャンバのその他のパーツとの間の間隔を制御するために使用される、チャンバコンポーネントを制御するためのプログラムコードを含んでいてよい。プロセスガス制御プログラムは、ガスの組成及び流量を制御するための、及び随意としてチャンバ内の圧力を安定化させるために成膜前にチャンバにガスを流し込むための、コードを含んでいてよい。フィルタ監視プログラムは、（１つ又は複数の）測定差を（１つ又は複数の）所定値と比較するためのコード、及び／又は経路を切り替えるためのコードを含む。圧力制御プログラムは、チャンバの排気システム内の例えば絞り弁を調整することによってチャンバ内の圧力を制御するためのコードを含んでいてよい。ヒータ制御プログラムは、配送システム内のコンポーネント、ウエハ、及び／又はシステムのその他の部分を加熱するための加熱ユニットへの電流を制御するためのコードを含んでいてよい。或いは、ヒータ制御プログラムは、ヘリウムなどの熱伝達ガスの、ウエハチャックへの配送を制御してよい。
【００８３】
成膜時に監視されえるセンサの例として、質量流量制御モジュール、圧力計などの圧力センサ、配送システム内に位置付けられた熱電対、台座、又はチャック（例えば温度センサ）が挙げられるが、これらに限定はされない。適切にプログラムされたフィードバック・制御アルゴリズムが、所望のプロセス条件を維持するためにこれらのセンサからのデータと併せて使用されてよい。以上は、チャンバが１つ又は複数である半導体処理ツールにおける本発明の実施形態の実現形態を説明している。
【００８４】
実施形態に関する以上の説明は、例示及び説明を目的として提供されたものであり、総括的であること又は発明を限定することを意図していない。特定の実施形態の個々の要素又は特徴は、総じて、その特定の実施形態に限定されず、たとえ具体的に図示又は説明されていなくても、該当するところでは、置き換え可能であり、選択された実施形態に使用することができる。これらは、また、様々に可変であってもよい。このような変形形態は、発明からの逸脱とは見なされず、このような変更形態は、全て、発明の範囲内に含まれることを意図している。
【００８５】
以上の発明は、理解を明瞭にする目的で幾らか詳細に説明されてきたが、添付の特許請求の範囲内で特定の変更及び修正が加えられてよいことが明らかである。したがって、これらの実施形態は、例示的であって、限定的ではないと見なされ、本明細書で与えられる詳細に限定されず、添付の特許請求の範囲及びそれらの均等物の範囲内で変更されてよい。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ−１】
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【図３Ａ−２】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図３Ｆ】
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【図３Ｇ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【外国語明細書】
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