特許 7500584 マルチチャネルスプリッタスプール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-06-07

(45)【発行日】2024-06-17

(54)【発明の名称】マルチチャネルスプリッタスプール

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20240610BHJP

   H01L 21/31 20060101ALI20240610BHJP

【ＦＩ】

H01L21/302 101G

H01L21/31 C

H01L21/302 101B

【請求項の数】 15

(21)【出願番号】P 2021545490

(86)(22)【出願日】2020-01-21

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-03-24

(86)【国際出願番号】 US2020014428

(87)【国際公開番号】W WO2020163074

(87)【国際公開日】2020-08-13

【審査請求日】2023-01-16

(31)【優先権主張番号】62/801,593

(32)【優先日】2019-02-05

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】390040660

【氏名又は名称】アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ

【住所又は居所原語表記】３０５０ Ｂｏｗｅｒｓ Ａｖｅｎｕｅ Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ ＣＡ ９５０５４ Ｕ．Ｓ．Ａ．

(74)【代理人】

【識別番号】110002077

【氏名又は名称】園田・小林弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】カマス， サンジャイ

(72)【発明者】

【氏名】パディ， ディーネッシュ

(72)【発明者】

【氏名】バルマン， アルカジット ロイ

(72)【発明者】

【氏名】ムチャラ， マドゥー サントシュ クマール

【審査官】河合 俊英

(56)【参考文献】

【文献】特開２００９－０５４６５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００３／００８４８４８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００９－２７７８９０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

プロセスチャンバ用のガスラインのシステムであって、
第１の直径を有する第１のガスライン、
前記第１のガスラインに結合された複数の第２のガスラインを有するスプールであって、前記複数の第２のガスラインの各々が第２の直径を有する、スプール、
前記スプールを囲む第１のヒータジャケット、及び
前記複数の第２のガスラインの各々を囲む第２のヒータジャケットを備え、
前記第１の直径は前記第２の直径よりも大きい、システム。

【請求項2】

前記第１の直径は、前記第２の直径のサイズの少なくとも２倍である、請求項１に記載のシステム。

【請求項3】

前記第１の直径は、前記第２の直径のサイズの少なくとも３倍である、請求項１に記載のシステム。

【請求項4】

前記複数の第２のガスラインは、長さが１５インチと３０インチとの間である、請求項１に記載のシステム。

【請求項5】

プロセスチャンバにガスを供給するためのガスラインのシステムであって、
第１のガスを移送するように構成された、第１の直径を有する第１のガスライン、
前記第１のガスラインに結合された複数の第２のガスラインを有するスプールであって、前記複数の第２のガスラインの各々が、前記第１のガスを移送するように構成され、前記複数の第２のガスラインの各々が第２の直径を有する、スプール、
第２のガスを移送するように構成された第３のガスライン、
第１の接合部で前記スプールに結合され、第２の接合部で前記第３のガスラインに結合された第４のガスライン、並びに
前記スプールを囲む第１のヒータジャケット、前記複数の第２のガスラインの各々を囲む第２のヒータジャケット、前記第３のガスラインを囲む第３のヒータジャケット、及び前記第４のガスラインを囲む第４のヒータジャケット、を備え、
前記第２の直径は前記第１の直径よりも小さく、
前記第２のヒータジャケット、前記第３のヒータジャケット、及び前記第４のヒータジャケットのそれぞれは、実質的に同様な温度で、前記複数の第２のガスライン、前記第３のガスライン、及び前記第４のガスラインを加熱するように構成されている、システム。

【請求項6】

前記第１のヒータジャケットは、前記スプールを摂氏１７５度に加熱するように構成され、前記第４のヒータジャケットは、前記第４のガスラインを摂氏１７５度に加熱するように構成されている、請求項５に記載のシステム。

【請求項7】

前記第１のガスが１５L／分を超える流量で前記第１のガスラインを通って流れるよう、前記第１のガスを前記第１のガスラインに供給するように構成された第１のガス源を更に備える、請求項５に記載のシステム。

【請求項8】

前記第１のガスが２５L／分を超える流量で前記第１のガスラインを通って流れるよう、前記第１のガスを前記第１のガスラインに供給するように構成された第１のガス源を更に備える、請求項５に記載のシステム。

【請求項9】

前記第１のガスラインに結合され、前記第１のガスを供給するように構成された第１のガス源を更に備え、前記第１のガスはO₂である、請求項５に記載のシステム。

【請求項10】

前記第３のガスラインに結合され、前記第２のガスを供給するように構成された第２のガス源を更に備え、前記第２のガスはTEOSである、請求項５に記載のシステム。

【請求項11】

半導体基板を処理するためのシステムであって、
プロセスチャンバ、
第１のガスを移送するように構成された、第１の直径を有する第１のガスライン、
前記第１のガスラインに結合された複数の第２のガスラインを有するスプールであって、前記複数の第２のガスラインの各々が、前記第１のガスを移送するように構成され、前記複数の第２のガスラインの各々が第２の直径を有する、スプール、
第２のガスを移送するように構成された第３のガスライン、
第１の接合部で前記スプールに結合され、第２の接合部で前記第３のガスラインに結合され、第３の接合部で前記プロセスチャンバに結合された第４のガスライン、並びに
前記スプールを囲む第１のヒータジャケット、前記複数の第２のガスラインの各々を囲む第２のヒータジャケット、前記第３のガスラインを囲む第３のヒータジャケット、及び前記第４のガスラインを囲む第４のヒータジャケット、を備え、
前記第２の直径は前記第１の直径よりも小さく、
前記第２のヒータジャケット、前記第３のヒータジャケット、及び前記第４のヒータジャケットのそれぞれは、実質的に同様な温度で、前記複数の第２のガスライン、前記第３のガスライン、及び前記第４のガスラインを加熱するように構成されている、システム。

【請求項12】

前記第１の直径は、前記第２の直径のサイズの少なくとも２倍である、請求項１１に記載のシステム。

【請求項13】

前記第１のヒータジャケットは、前記スプールを摂氏１７５度に加熱するように構成され、前記第４のヒータジャケットは、前記第４のガスラインを摂氏１７５度に加熱するように構成されている、請求項１１に記載のシステム。

【請求項14】

前記第１のガスが１５L／分を超える流量で前記第１のガスラインを通って流れるよう、前記第１のガスを前記第１のガスラインに供給するように構成された第１のガス源を更に備える、請求項１１に記載のシステム。

【請求項15】

前記第１のガスが２５L／分を超える流量で前記第１のガスラインを通って流れるよう、前記第１のガスを前記第１のガスラインに供給するように構成された第１のガス源を更に備える、請求項１１に記載のシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

[0001] 本明細書で説明される実施形態は、広くは、半導体プロセスチャンバ内で使用されるガスラインシステムに関し、特に、半導体プロセスチャンバ内で使用されるマルチチャネルスプリッタスプールを備えたガスラインシステムに関する。

【0002】

[0002] 半導体デバイスが非常に小さい技術プロセスノードに進化し、メモリデバイス内の層の数が増加するにつれて、粒子仕様（particle specification）は、各ノードでより厳しくなってきた。更に、半導体デバイスの処理中のかなりのプロセスオーバヘッドは、RF／プラズマを印加しない流入ガス流を含む。したがって、流入ガス流が粒子仕様の範囲内であることが重要である。

【0003】

[0003] 酸化ケイ素（SiO₂）などの化合物の堆積は、面板上の電極と半導体プロセスチャンバのペデスタルとの間に印加されるRFバイアスの存在下で、オルトケイ酸テトラエチル（TEOS）などのガスと酸素（O₂）との反応を含み得る。ガス源から堆積チャンバへのTEOSおよびO₂の移送中に、ガスはそれぞれ、別個の加熱ガスラインを通って流れ、最終的には、プロセスチャンバに入る前に、更なる別個のガスラインで遭遇して合流する。ガスライン内の圧力は、プロセスチャンバ内の圧力よりもはるかに高くなる。ガスライン内で観察されるより高い圧力条件下では、過剰な量のO₂を流すと、O₂ガスの加熱が不十分になることが多い。したがって、より冷たいO₂ガスがガスライン内の加熱されたTEOSガスと合流すると、ガスライン内で凝縮が起こり、最終的には、低温及び高圧でのTEOSとO₂との間の気相反応に起因する粒子生成が生じる。

【0004】

[0004] 従来のガスラインは、ヒータジャケットにより加熱される。しかし、従来のヒータジャケットにおける制限のために、ヒータジャケットは、より大量のO₂が流されるときに、凝縮及びその結果としての粒子の生成が生じることを防止するために必要な加熱の量を提供しない。より良い応力、屈折率、及びより高い堆積速度のために、幾つかのプロセス用途では、より大量のO₂が必須である。

【0005】

[0005] したがって、プロセスチャンバに入る前にガスを十分に加熱するガスラインシステムが必要とされている。

【発明の概要】

【0006】

[0006] 本明細書で説明される１以上の実施形態は、広くは、処理チャンバ用のガスラインのシステム、及び半導体基板を処理するためのシステムに関する。

【0007】

[0007] 一実施形態では、プロセスチャンバ用のガスラインのシステムが、第１の直径を有する第１のガスライン、第１のガスラインに結合された複数の第２のガスラインを有するスプールであって、複数の第２のガスラインの各々が第２の直径を有する、スプール、及び、スプールを囲むヒータジャケットを含み、第１の直径は第２の直径よりも大きい。

【0008】

[0008] 別の一実施形態では、プロセスチャンバにガスを供給するためのガスラインのシステムが、第１のガスを移送するように構成された第１の直径を有する第１のガスライン、第１のガスラインに結合された複数の第２のガスラインを有するスプールであって、複数の第２のガスラインの各々が、第１のガスを移送するように構成され、複数の第２のガスラインの各々が第２の直径を有するスプール、第２のガスを移送するように構成された第３のガスライン、第１の接合部でスプールに結合され、第２の接合部で第３のガスラインに結合された第４のガスライン、並びに、スプール、第３のガスライン、及び第４のガスラインを囲むヒータジャケットを含み、第２の直径は第１の直径よりも小さく、ヒータジャケットは、実質的に同様な温度で、複数の第２のガスライン、第３のガスライン、及び第４のガスラインを加熱するように構成される。

【0009】

[0009] 別の一実施形態では、半導体基板を処理するためのシステムが、プロセスチャンバ、第１のガスを移送するように構成された第１の直径を有する第１のガスライン、第１のガスラインに結合された複数の第２のガスラインを有するスプールであって、複数の第２のガスラインの各々が、第１のガスを移送するように構成され、複数の第２のガスラインの各々が第２の直径を有するスプール、第２のガスを移送するように構成された第３のガスライン、第１の接合部でスプールに結合され、第２の接合部で第３のガスラインに結合され、第３の接合部でプロセスチャンバに結合された第４のガスライン、並びに、スプール、第３のガスライン、及び第４のガスラインを囲むヒータジャケットを含み、第２の直径は第１の直径よりも小さく、ヒータジャケットは、実質的に同様な温度で、複数の第２のガスライン、第３のガスライン、及び第４のガスラインを加熱するように構成される。

【0010】

[0010] 上述の本開示の特徴を詳細に理解し得るように、上記で簡単に要約された本開示のより具体的な説明が、実施形態を参照することによって得られ、一部の実施形態は、付随する図面に例示されている。しかし、添付の図面は、本開示の典型的な実施形態のみを示し、したがって、本開示は、他の等しく有効な実施形態を認めることができるので、本開示の範囲を限定すると見なされるべきではないことに留意されたい。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】[0011] 本開示で説明される少なくとも１つの実施形態による、半導体基板を処理するためのプロセスチャンバの概略断面図である。

【図2A】[0012] 本開示で説明される少なくとも１つの実施形態による、図１で示されているガスラインシステムの概略断面図である。

【図2B】[0013] 本開示で説明される少なくとも1つの実施形態による、図１で示されているガスラインシステムの斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

［0014］ 以下の記載では、本開示の実施形態のより完全な理解をもたらすために、多数の具体的な詳細が提示されている。しかしながら、当業者には、これらの具体的な詳細のうちの１以上がなくても、本開示の実施形態のうちの１以上を実施することが可能であることが明白であろう。他の事例では、本開示の実施形態のうちの１以上を不明瞭にしないために、周知の機能は説明されていない。

【0013】

[0015] 本明細書で説明される実施形態は、広くは、マルチチャネルスプリッタスプールを有するガスラインシステムに関する。これらの実施形態では、ガスラインシステムが、第１のガスを供給するように構成された第１のガスラインを含む。第１のガスラインは、第１のガスがその中に流入する複数の第２のガスラインを有するマルチチャネルスプリッタスプールに結合される。複数の第２のガスラインのそれぞれは、第１のガスラインの容積よりも小さい容積を有することになる。より小さい第２のガスラインは、ヒータジャケットによって巻かれることになる。第２のガスラインの容積が小さいので、O₂などの第１のガスが第２のガスラインを通って流れるときに、ヒータジャケットは第１のガスを十分に加熱することになる。

【0014】

[0016] 幾つかの実施形態では、更なる第３のガスラインが、TEOSなどの第２のガスを供給するように構成される。次いで、第２のガスは、第３のガスラインとスプールとの両方に結合された第４のガスライン内で第１のガスと合流する。第２のガスライン、第３のガスライン、及び第４のガスラインのそれぞれは、ヒータジャケットによって囲まれる。複数の第２のガスラインの設計は、ヒータジャケットが第１のガスを第２のガスと実質的に同様な温度まで加熱するように設計される。したがって、第１のガスと第２のガスとが、第４のガスライン内で合流するときに、第１のガスは、２つのガスの交差部分で第２のガスを冷却しない。第１及び第２のガスが実質的に同様な温度を有するので、第１及び第２のガスが合流する第４のガスライン内で凝縮が防止され、従来のガスラインシステム内で生じる凝縮誘起粒子欠陥（condensation induced particle defect）が排除される。

【0015】

[0017] 図１は、本開示で説明される少なくとも１つの実施形態による、半導体基板を処理するためのプロセスチャンバ１００の概略断面図である。プロセスチャンバ１００は、閉じた減圧を生成するために、上壁１０２、側壁１０４、及び下壁１０６を含む。基板支持体１０８が、プロセスチャンバ１００内に配置される。基板支持体１０８は、基板支持体１０８の上面に配置され得る基板１１０を支持する。幾つかの実施形態では、基板１１０が、シリコン（Si）から作製され得るが、他の同様な材料から作製されてもよい。基板支持体１０８は、電源１１２を使用して加熱され得る。以下の図２Ａ～図２Ｂでより詳細に説明されるガスラインシステム１１４は、シャワーヘッド１１６の近くの上壁１０２を通してプロセスチャンバ１００の中にガスを流入させるように構成される。シャワーヘッド１１６は、上壁１０２から下方に配置され、プロセス領域１１８に入る前にガスの流量と分布とを制御するように設計される。プロセス領域１１８は、シャワーヘッド１１６と基板支持体１０８との間に位置付けられる。ガスは、プロセス領域１１８内でプラズマ状態に励起され、そこで堆積して、基板１１０上に１以上の層を形成する。

【0016】

[0018] 図２Ａは、本開示で説明される少なくとも１つの実施形態による、図１で示されているガスラインシステム１１４の概略断面図であり、図２Ｂはその斜視図である。ガスラインシステム１１４は、第１のナット２２２によってスプール２００に結合された第１のガスライン２０２を含む。この実施形態では、第１のナット２２２を結合用に使用しているが、本明細書で説明される実施形態では、他の結合手段を使用することもできる。スプール２００は、複数の第２のガスライン２０５を含む。第１のガスライン２０２は、例えば、約１６．５インチの長さであり得るが、他の長さが使用されてもよい。第２のガスライン２０５は、例えば、約１５インチと約３０インチとの間の長さであり得るが、他の長さが使用されてもよい。第１のガスは、第１のガス源２０４から第１のガスライン２０２の中に流入する。第１のガスは、１５L／分を超える流量で流すことができ、幾つかの実施形態では、２５L／分を超える流量で流すことができる。本明細書の実施形態で説明されるようなガスラインシステム１１４の設計は、例えば、粒子の生成を起こすことなしに、使用されるO₂ガスのより大きな流量を可能にする。より大きな流量は、そのより良い応力、屈折率、及びより高い堆積速度のために、幾つかのプロセス用途での使用により良い。その後、第１のガスは、第１のガスライン２０２からスプール２００の複数の第２のガスライン２０５の中に流入する。第１のガスの流れは、図２Ａの矢印で示される第１の移動経路２０６によって示されている。第１のガスはO₂であってよいが、他の同様なガスをガスラインシステム１１４内で使用することができる。更に、スプール２００は、図２Ａ～図２Ｂにおいて３つの第２のガスライン２０５に分割されているが、スプール２００は、他の数の第２のガスライン２０５に分割されてもよい。

【0017】

[0019] 第１のガスライン２０２は、第１の直径２１４（すなわち、内径）を有し、第２のガスライン２０５は、それぞれ、第２の直径２１６（すなわち、内径）を有する。第１の直径２１４は、第２の直径２１６よりも大きい。幾つかの実施形態では、第１の直径２１４が、第２の直径２１６のサイズの少なくとも２倍である。他の実施形態では、第１の直径２１４が、第２の直径２１６のサイズの少なくとも３倍である。例えば、一実施形態では、第１の直径２１４が約０．４インチであり、第２の直径２１６が約０．１８インチである。第２の直径２１６の小さい直径は、第１のガスライン２０２の容積と比較して、第２のガスライン２０５のより小さい容積を生成する。第２のガスライン２０５の容積が小さいため、第１のガスが第２のガスライン２０５を通って流れるときに、第２のガスライン２０５は、第１のガスを十分に加熱し、第１のガスを所望の高温に維持することができる。ヒータジャケット２２８が、スプール２００及び第２のガスライン２０５の周囲に巻かれ、第２のガスライン２０５に熱を提供する。ヒータジャケット２２８は、第２のガスライン２０５を摂氏約１７５度（℃）の温度まで加熱することができるが、他の温度まで加熱することも可能である。

【0018】

[0020] ガスラインシステム１１４は、第３のガスライン２１８を含む。第２のガスが、第２のガス源２０８から第３のガスライン２１８の中に流入する。第１のガスライン２０２と同様に、第３のガスライン２１８は、約０．４インチの直径及び約１６．５インチの長さを有し得るが、他の直径及び長さが使用されてもよい。第２のガスの流れは、図２Ａの矢印で示される第２の移動経路２１０によって示されている。第２のガスはTEOSであってよいが、他の同様なガスが、ガスラインシステム１１４内で使用されてもよい。ヒータジャケット２２８は、上述の第２のガスライン２０５と同様のやり方で、第３のガスライン２１８の周囲に巻かれてよい。ヒータジャケット２２８は、第３のガスライン２１８を摂氏約１７５度（℃）の温度まで加熱することができるが、他の温度まで加熱することも可能である。したがって、第３のガスライン２１８の温度は、第２のガスライン２０５と実質的に同様な温度に加熱することができ、第２のガスが第１のガスと実質的に同様な温度に加熱されることになる。例えば、各ガスは、許容可能な誤差範囲（例えば、＋／－１５℃）内で約１７５℃に加熱されてよい。

【0019】

[0021] ガスラインシステム１１４は、第４のガスライン２１２を含む。第４のガスライン２１２は、第１の接合部２３２でスプール２００に結合され、第２の接合部２３４で第３のガスライン２１８に結合される。第４のガスライン２１２は、一端が第２のナット２２４によってスプール２００に結合されているが、本明細書で説明される実施形態では、他の結合手段が使用されてもよい。第４のガスライン２１２は、もう一つの端部が、第３の接合部２３６でプロセスチャンバ１００に結合される。第１のガス及び第２のガスは、第４のガスライン２１２の中に流入する。第４のガスライン２１２内では、第１のガスと第２のガスとが混合領域２３０において合流する。

【0020】

[0022] 上述のように、第２のガスライン２０５は、第３のガスライン２１８と実質的に同様な温度で加熱される。したがって、第１のガスと第２のガスとが、第４のガスライン２１２内で合流すると、第１のガスは、混合領域２３０内の２つのガスの交差部分で第２のガスを冷却しない。第１及び第２のガスの実質的に同様な温度により、第４のガスライン２１２の混合領域２３０内での凝縮が防止される。ヒータジャケット２２８は、上述の第２のガスライン２０５及び第３のガスライン２１８と同様なやり方で、第４のガスライン２１２の周囲に巻かれてよい。ヒータジャケット２２８は、第４のガスライン２１２を摂氏約１７５度（℃）の温度まで加熱することができるが、他の温度まで加熱することも可能である。したがって、第４のガスライン２１２も、第２のガスライン２０５及び第３のガスライン２１８と実質的に同様な温度に加熱され、従来のガスラインシステムで生じる凝縮誘起粒子欠陥を排除する。

【0021】

[0023] その後、混合された第１のガス及び第２のガスは、第４のガスライン２１２から第３の接合部２３６でプロセスチャンバ１００の中に流入する。混合領域２３０とプロセスチャンバ１００の上壁１０２（図１）との間の全長は、約３３インチ、又は他のより短い長さであってよい。第４のガスライン２１２は、約０．４インチの直径を有し得るが、他の同様な直径が使用されてもよい。混合ガスの流れは、図２Ａの矢印で示される第３の移動経路２２０によって示されている。混合ガスの流量は、第１のガスライン２０２を通る流量と実質的に同様な流量であってよい。幾つかの実施形態では、第４のガスライン２１２を通る混合ガスの流量が、例えば、１５L／分を超えてよい。他の実施形態では、第４のガスライン２１２を通る混合ガスの流量が、例えば、２５L／分を超えてよい。混合ガスがプロセスチャンバ１００の中に流入した後で、それらを堆積させて、基板１１０（図1）上に（１以上の）層を形成することができる。第１のガスライン２０２、第２のガスライン２０５、第３のガスライン２１８、及び第４のガスライン２１２は、それぞれステンレス鋼から作製することができるが、他の同様な材料が使用されてもよい。

【0022】

[0024] 以上の説明は本開示の実施形態を対象としているが、本開示の基本的な範囲から逸脱せずに本開示の他の実施形態及び更なる実施形態が考案されてよく、本開示の範囲は、以下の特許請求の範囲によって規定される。

【図1】

【図2A】

【図2B】