特許 7547382 処理システム用の動的マルチゾーン流量制御

(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】2024-08-30

(45)【発行日】2024-09-09

(54)【発明の名称】処理システム用の動的マルチゾーン流量制御

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/31 20060101AFI20240902BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALI20240902BHJP

   H01L 21/316 20060101ALI20240902BHJP

   H01L 21/318 20060101ALI20240902BHJP

   C23C 16/455 20060101ALI20240902BHJP

【ＦＩ】

H01L21/31 B

H01L21/302 101G

H01L21/316 M

H01L21/318 M

C23C16/455

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2021567825

(86)(22)【出願日】2020-04-09

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-07-15

(86)【国際出願番号】 US2020027523

(87)【国際公開番号】W WO2020231557

(87)【国際公開日】2020-11-19

【審査請求日】2023-04-03

(31)【優先権主張番号】62/848,306

(32)【優先日】2019-05-15

(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】ベンジャミン ラジ， デミアン ラジ

(72)【発明者】

【氏名】チシュカノフ， グレゴリー ユージン

(72)【発明者】

【氏名】スリヴァスタヴァ， シャイレンドラ

(72)【発明者】

【氏名】アデパリ， サイ ススミタ

(72)【発明者】

【氏名】ジョラプール， ニクヒル スディンドララオ

(72)【発明者】

【氏名】ケシュリ， アビギャン

(72)【発明者】

【氏名】ヤウ， アリソン

【審査官】加藤 芳健

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１９／０１００８３９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００７－３３５７５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／０８１９２４（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

Ｈ０１Ｌ ２１／３１６

Ｈ０１Ｌ ２１／３１８

Ｃ２３Ｃ １６／４５５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

処理チャンバ用のリッドアセンブリにおいて、
ガスボックスであって、
第１のガス供給システムに結合された第１のガス分配プレナム；
前記ガスボックス内の導管によって前記第１のガス分配プレナムに流体連結された第２のガス分配プレナム；及び
前記第１のガス分配プレナム及び前記第２のガス分配プレナムと位置合わせされた複数の孔を含む分配プレート；
を含む、ガスボックス；
前記ガスボックスを貫通し、第２のガス供給システムに結合されたガス導管；並びに
前記ガスボックスに結合されたブロッカプレートであって、前記ブロッカプレートと前記ガスボックスとの間に第１のプレナムが形成される、ブロッカプレート
を含む、リッドアセンブリ。

【請求項2】

前記ブロッカプレートに結合されたシャワーヘッドをさらに含み、前記シャワーヘッドと前記ブロッカプレートとの間に第２のプレナムが形成される、請求項１に記載のリッドアセンブリ。

【請求項3】

前記第１のガス供給システムが、前駆体ガス及び不活性ガスのうちの少なくとも１つを供給するように構成される、請求項１に記載のリッドアセンブリ。

【請求項4】

前記前駆体ガスが、シラン及びオルトケイ酸テトラエチルのうちの少なくとも１つを含み、前記不活性ガスが、アルゴン及びヘリウムのうちの少なくとも１つを含む、請求項３に記載のリッドアセンブリ。

【請求項5】

前記第１のガス供給システムが、前記前駆体ガス及び前記不活性ガスのうちの少なくとも１つの流量を選択するように構成される、請求項３に記載のリッドアセンブリ。

【請求項6】

前記第１のガス分配プレナムが、前記ガスボックスの中心から約７０ｍｍから約１６０ｍｍである、請求項１に記載のリッドアセンブリ。

【請求項7】

処理チャンバにおいて、
リッドアセンブリであって、
ガスボックスであって：
第１のガス分配プレナム；
前記ガスボックス内の導管によって前記第１のガス分配プレナムに流体連結された第２のガス分配プレナム；及び
前記第１のガス分配プレナム及び前記第２のガス分配プレナムと位置合わせされた複数の孔を含む分配プレート
を含む、ガスボックス；
前記ガスボックスを貫通するガス導管；
前記ガスボックスに結合されたブロッカプレートであって、第１のプレナムが前記ブロッカプレートと前記ガスボックスとの間に形成される、ブロッカプレート；及び
前記ブロッカプレートに結合されたシャワーヘッドであって、前記シャワーヘッドと前記ブロッカプレートとの間に第２のプレナムが形成される、シャワーヘッド；
を含む、リッドアセンブリ；
前記第１のガス分配プレナムに結合された第１のガス供給システム；
前記ガス導管に結合された第２のガス供給システム；
前記シャワーヘッドに結合されたチャンバ本体；並びに
前記チャンバ本体の内部容積内に配置された基板支持アセンブリであって、処理中に基板を支持するように構成される、基板支持アセンブリ
を含む、処理チャンバ。

【請求項8】

前記第１のガス供給システムが、前駆体ガス及び不活性ガスのうちの少なくとも１つを供給するように構成される、請求項７に記載の処理チャンバ。

【請求項9】

前記前駆体ガスがシラン及びオルトケイ酸テトラエチルのうちの少なくとも１つを含み、前記不活性ガスがアルゴン及びヘリウムのうちの少なくとも１つを含む、請求項８に記載の処理チャンバ。

【請求項10】

前記第１のガス供給システムが、前記前駆体ガス及び前記不活性ガスを供給するように構成される、請求項８に記載の処理チャンバ。

【請求項11】

前記第１のガス供給システムが、前記前駆体ガス及び前記不活性ガスのうちの少なくとも１つの流量を選択するように構成される、請求項８に記載の処理チャンバ。

【請求項12】

前記第１のガス供給システムが、プロセス方策に基づいて、前記前駆体ガス及び前記不活性ガスのうちの少なくとも１つ、並びに前記前駆体ガス及び前記不活性ガスのうちの少なくとも１つの流量を供給するように構成される、請求項８に記載の処理チャンバ。

【請求項13】

前記第１のガス分配プレナムが、前記ガスボックス及び前記基板支持アセンブリのうちの少なくとも一方の中心から約７０ｍｍから約１６０ｍｍである、請求項７に記載の処理チャンバ。

【請求項14】

基板を処理する方法であって、
第１のガス供給システムによって、第１のガスをガスボックスの第１のガス分配プレナムに導入することであって、前記第１のガスが、前記第１のガス分配プレナムから前記ガスボックス内の導管を通って第２のガス分配プレナムに流出し、かつ、前記第１のガス分配プレナム及び前記第２のガス分配プレナムからガス分配プレートを通って、ブロッカプレートと前記ガスボックスとの間に形成された第１のプレナムに流れる、第１のガスを導入すること；及び
第２のガス供給システムによって、第２のガスを前記第１のプレナムに導入することであって、前記第２のガスが前記ガスボックスを貫通するガス導管を通って流れ、前記第１のガスが前記第１のプレナムの少なくとも一部において前記第２のガスと混合する、第２のガスを導入すること
を含む、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示の実施形態は、概して、基板処理中のガスの流れの動的制御のためのシステム及び方法に関する。

【背景技術】

【0002】

多くの半導体デバイスは、通常、基板の表面に異なる材料の複数の層を形成することによって生成される。多くの場合、半導体デバイスは、異なる材料の複数の層の複数の階層のスタックを含んでいる。例えば、３Ｄ ＮＡＮＤメモリでは、酸化物層及び窒化物層の複数の階層が垂直に積み重ねられ、対応するメモリセルを形成する。酸化物及び窒化物の階層の数は、約５０階層から約３００階層の範囲、又はそれ以上でありうる。処理中、堆積される各層は、比較的少量の局所応力の不均一性（例えば、面内歪み）を経験する。しかしながら、層の数が増加するにつれて、各層が経験する累積的な局所応力の不均一性が増加する。さらには、多くの半導体デバイスでは、層の数が多いことに起因して、経験した累積的な局所応力の不均一性が半導体デバイスの故障を引き起こす可能性がある。

【0003】

したがって、局所応力の不均一性を低減するための動的に調整可能な装置が必要とされている。

【発明の概要】

【0004】

一実施形態では、処理チャンバ用のリッドアセンブリは、ガスボックス、ガス導管、及びブロッカプレートを含む。ガスボックスは、第１のガス供給システムに結合されたガス分配プレナムと、ガスプレナムと位置合わせされた複数の孔を含む分配プレートとを含む。ガス導管は、ガスボックスを貫通し、第２のガス供給システムに結合される。ブロッカプレートはガスボックスに結合され、ブロッカプレートとガスボックスとの間に第１のプレナムが形成される。

【0005】

一実施形態では、処理チャンバは、リッドアセンブリ、第１のガス供給、第２のガス供給、チャンバ本体、及び基板支持体を含む。リッドアセンブリは、ガスボックス、該ガスボックスを貫通するガス導管、ブロッカプレート、及びシャワーヘッドを含む。ガスボックスは、ガス分配プレナム及び分配プレートを含む。分配プレートは、ガス分配プレナムと位置合わせされた複数の孔を含む。ブロッカプレートはガスボックスに結合され、ブロッカプレートとガスボックスとの間に第１のプレナムが形成される。シャワーヘッドはブロッカプレートに結合され、シャワーヘッドとブロッカプレートとの間に第２のプレナムが形成される。第１のガス供給はガス分配プレナムに結合され、第２のガス供給システムはガス導管に結合される。チャンバ本体はシャワーヘッドに結合され、基板支持アセンブリは、チャンバ本体の内部容積内に配置され、処理中に基板を支持するように構成される。

【0006】

一実施形態では、基板を処理する方法は、第１のガス供給システムによって、第１のガスをガスボックスのガス分配プレナムに提供することを含む。第１のガスは、ガス分配プレナムからガス分配プレートを通って、ブロッカプレートとガスボックスとの間に形成された第１のプレナムに流れる。該方法は、第２のガス供給システムによって、第２のガスを第１のプレナムに提供することをさらに含み、第２のガスはガスボックスを貫通するガス導管を通って流れる。第１のガスは、第１のプレナムの少なくとも一部において第２のガスと混合する。

【0007】

本開示の上記の特徴を詳細に理解することができるように、その一部が添付の図面に示されている実施形態を参照することにより、上に簡単に要約されている本開示のより詳細な説明を得ることができる。しかしながら、本開示は他の等しく有効な実施形態も許容しうることから、添付の図面が例示しているのはこの開示の典型的な実施形態のみであること、したがって、添付の図面は本開示の範囲を限定すると見なすべきではないことに留意されたい。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1A】１つ以上の実施形態による、処理チャンバの概略図

【図1B】１つ以上の実施形態による、処理チャンバの概略図

【図2】１つ以上の実施形態による、ガス供給システムの概略図

【図3】１つ以上の実施形態による、分配プレートの概略図

【図4】１つ以上の実施形態による、注入点の概略図

【図5】１つ以上の実施形態による、基板を処理する方法のフローチャート

【発明を実施するための形態】

【0009】

理解を容易にするため、可能な場合には、図面に共通する同一の要素を示すために同一の参照番号が用いられる。一実施形態で開示される要素は、それに関してその具体的な記述がなくとも、他の実施形態において有益に利用することができることが想定されている。

【0010】

異なる材料の複数の層を基板上に堆積させて、さまざまな異なる半導体デバイスを生成することができる。例えば、３Ｄ ＮＡＮＤメモリを生成するために、酸化物層及び窒化物層の複数の階層が基板上に堆積される。酸化物及び窒化物の階層の数は、約５０階層から約３００階層の範囲でありうる。しかしながら、他の階層数も想定されている。各個別の層は、比較的小さい局所応力の不均一性（例えば、面内歪み）を有しうる；しかしながら、階層の数が増加すると、層における局所応力の不均一性が蓄積される可能性があり、したがって、プロセスの後半に堆積された層は、プロセスの初期に堆積された層よりも高い、累積された局所応力の不均一性を経験する。基板処理の動作中に処理チャンバの選択された部分に１つ以上の追加のガスを適用することによって、層における累積的な局所応力の不均一性が低減され、各層の面内歪みを低減することができる。したがって、堆積されうる層の数は、追加のガスの使用を採用しない処理システムと比較して増加する。

【0011】

図１Ａは、１つ以上の実施形態による処理チャンバ１００Ａを示している。処理チャンバ１００Ａは、側壁１０４、底部１０５、及びリッドアセンブリ１１０を有するチャンバ本体１０２を含む。リッドアセンブリ１１０の側壁１０４及びシャワーヘッド１１８は、処理容積１０８を画成する。処理容積１０８の内外へと基板を移送するために、側壁１０４に基板移送ポート１１１が形成される。処理チャンバ１００Ａは、とりわけ、化学気相堆積（ＣＶＤ）処理チャンバ、原子層堆積（ＡＬＤ）処理チャンバ、有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ）処理チャンバ、プラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）処理チャンバ、及びプラズマ原子層堆積（ＰＥＡＬＤ）処理チャンバのうちの１つでありうる。

【0012】

基板支持アセンブリ１２６は、リッドアセンブリ１１０の下の処理チャンバ１００Ａの処理容積１０８内に配置される。基板支持アセンブリ１２６は、処理中に基板１０１を支持するように構成される。基板支持アセンブリ１２６は、それを通じて移動可能に配置された複数のリフトピン（図示せず）を含んでいてもよい。リフトピンは、基板支持アセンブリ１２６の支持面１３０から突出するように作動させることができ、それによって、基板１０１を基板支持アセンブリ１２６に対して離間した関係に置き、基板移送ポート１１１を介した移送ロボット（図示せず）による移送を容易にする。基板支持アセンブリ１２６は、シャフト１２９に結合されて、基板支持アセンブリ１２６の垂直方向の作動及び／又は回転を容易にする。

【0013】

リッドアセンブリ１１０は、リッド１０６、ガスボックス１１４、ブロッカプレート１１６、及びシャワーヘッド１１８を含む。ガスボックス１１４は、該ガスボックス１１４の下面に形成されたガス分配プレナム１２０及び分配プレート１２２を含む。分配プレート１２２は、ガス分配プレナム１２０と位置合わせされた開孔（例えば、孔又は開口部）１２３を含む。１つ以上のガスが、ガス分配プレナム１２０から該ガス分配プレナム１２０の開孔１２３を通って流れる。

【0014】

ガス分配プレナム１２０は、導管１４３を介してガス供給システム１４４と結合される。ガス供給システム１４４は、１つ以上のガスをガス分配プレナム１２０に供給又は提供する。ガス供給システム１４４の１つ以上の要素がリッドアセンブリ１１０に取り付けられる。ガス供給システム１４４は、１つ以上の前駆体又は１つ以上の不活性ガスのうちの少なくとも１つをガス分配プレナム１２０に供給する。例えば、ガス供給システム１４４は、とりわけシラン（ＳｉＨ４）及びオルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）などの１つ以上の前駆体を供給することができる。さらには、ガス供給システム１４４は、とりわけ、アルゴン（Ａｒ）及びヘリウム（Ｈｅ）などの１つ以上の不活性ガスを供給することができる。加えて、又は代替的に、ガス供給システム１４４は、前駆体ガス及び不活性ガスをガス分配プレナム１２０に同時に供給するように構成される。

【0015】

ガスボックス１１４とブロッカプレート１１６との間にプレナム１２４が形成される。さらには、ブロッカプレート１１６とシャワーヘッド１１８との間にプレナム１２５が形成される。ブロッカプレート１１６は開孔１１７を含み、シャワーヘッド１１８は、そこを通じてガスが処理容積１４２内へと流れる開孔１１９を含む。

【0016】

処理チャンバ１００Ａは、中心導管１３８をさらに含む。中心導管１３８はガスボックス１１４を貫通する。例えば、中心導管１３８は、リッド１０６及びガスボックス１１４を貫通して形成され、プレナム１２４へと開口している。中心導管１３８は、堆積ガス及び／又はキャリアガスなどの１つ以上のプロセスガスを、ガス供給システム１４０からプレナム１２４へと提供するように構成される。プレナム１２４では、中心導管１３８を介してガス供給システム１４０によって供給される一又は複数のプロセスガスの少なくとも一部が、ガス分配プレナム１２０から導入されたガスと混合する。例えば、ガス供給システム１４０によって供給されるプロセスガスは、プレナム１２４の領域１２１においてガス供給システム１４４によって導入されたガスと混合する。領域１２１において一又は複数のプロセスガスを混合すると、これらの領域の一又は複数のプロセスガスが希釈され、堆積中のプロセスガスの局所的な濃度変化に起因して、堆積された膜の１つ以上の特性が変化する。例えば、１つ以上の前駆体及び不活性ガスを利用して、面内歪みが程度の差はあれ引張及び／又は圧縮になるように、面内歪みを変更することができる。さらには、プロセス方策の異なる動作中に１つ以上の前駆体ガス及び／又は１つ以上の不活性ガスを選択的に適用することによって、面内歪みをさらに変更して、面内歪みを程度の差はあれ引張及び／又は圧縮にすることができる。

【0017】

ガス分配プレナム１２０を通して１つ以上のガスを流すことにより、基板１０１上の層の面内歪み及び局所応力の不均一性のうちの少なくとも１つを変更することができる。例えば、ガス分配プレナム１２０を通して不活性ガスを流すことにより、処理ガスを少なくとも領域１２１において希釈及び分散させることができる。処理ガスは、該処理ガスがブロッカプレート１１６及びシャワーヘッド１１８を通って移動する際に、領域１２１に対応する半径方向の位置で希釈されたまま維持することができ、したがって、基板１０１上に堆積される材料の特性に影響を与える。

【0018】

ブロッカプレート１１６の複数の開孔１１７は、プレナム１２４とプレナム１２５との間の流体連結を可能にする。ブロッカプレート１１６は、プレナム１２５に導入されたガス混合物を分散し、該混合物のさらなる混合を促進するように構成される。プレナム１２５は、シャワーヘッド１１８を貫通して形成された複数の開孔１１９を介して、シャワーヘッド１１８と基板支持アセンブリ１２６との間に画成された処理容積１４２と流体連結している。開孔１１９は、プレナム１２５と処理容積１４２との間に流体連結を提供する。

【0019】

第１のガスは、ガス供給システム１４４によってガス分配プレナム１２０へと供給され、ガス分配プレナム１２０から分配プレート１２２の開孔１２３を通ってプレナム１２４内へと流れる。プロセスガスは、ガス供給システム１４０によって供給され、中心導管１３８を通ってプレナム１２４内へと流れる。第１のガス及びプロセスガスは、プレナム１２４の領域１２１内で混合され、混合されたガスは、ブロッカプレート１１６の開孔１１７を通ってプレナム１２５内へと流れる。さらには、プレナム１２４の領域１２７では、プロセスガスは、第１のガスとは混合せず、又は領域１２１と比較して混合が低減され、プロセスガスのみが領域１２７のブロッカプレート１１６を通って流れる。さらには、ガスは、シャワーヘッド１１８の開口１１９を通って処理容積１４２内へと流れる。

【0020】

中心ライン１７０は、処理チャンバ１００Ａを２つの等しい部分へと二分する。加えて、中心ライン１７２はガス分配プレナム１２０の第１の部分を二分し、中心ライン１７４はガス分配プレナム１２０の第２の部分を二分する。別の言い方をすれば、中心ライン１７２及び１７４は、分配プレナム１２０の半径方向の中心位置に位置している。さらには、中心ライン１７０と中心ライン１７２及び１７４との間の距離１７６及び１７８は、約７０ｍｍから約１６０ｍｍの範囲であり、等距離でありうる。あるいは、中心ライン１７０と中心ライン１７２及び１７４との間の距離１７６及び１７８は、約７０ｍｍ未満又は約１６０ｍｍ超であってもよい。

【0021】

コントローラ１９０が処理チャンバ１００Ａに結合される。コントローラ１９０は、中央処理装置（ＣＰＵ）１９２、メモリ１９４、及びサポート回路１９６を含む。コントローラ１９０は、ガス供給システム１４４によってガス分配プレナム１２０に供給されるガスの量及びタイプを制御するために利用される。ガス分配プレナム１２０に供給されるガスのタイプ及びガスの量を制御することにより、中心導管１３８を介してガス供給システム１４０によって供給される一又は複数のプロセスガスを変化させる。例えば、コントローラ１９０は、第１のガスを第１の速度で供給して、プレナム１２４の領域１２１内の処理ガスを希釈する。コントローラ１９０は、処理方策に基づいて、ガス供給システム１４４によって供給される一又は複数のガス、及び一又は複数のガスがガス供給システム１４４によって供給される速度のうちの少なくとも１つを変更するように構成することができる。

【0022】

ＣＰＵ１９２は、産業環境で使用することができる任意の形態の汎用コンピュータプロセッサでありうる。ソフトウェアルーチンは、ランダムアクセスメモリ、読出専用メモリ、フロッピー又はハードディスクドライブ、若しくは他の形式のデジタルストレージなどのメモリ１９４内に格納することができる。サポート回路１９６は、ＣＰＵ１９２に結合され、キャッシュ、クロック回路、入出力サブシステム、電源などを含むことができる。ソフトウェアルーチンは、ＣＰＵ１９２によって実行されると、ＣＰＵ１９２を、プロセスが本開示に従って実行されるようにプロセスチャンバ１００Ａを制御する特定の目的のコンピュータ（コントローラ）１９０へと変換する。ソフトウェアルーチンはまた、チャンバから遠隔に位置する第２のコントローラ（図示せず）によって格納及び／又は実行されうる。

【0023】

図１Ｂは、１つ以上の実施形態による、追加のガス分配プレナム１８０を有する処理チャンバ１００Ｂを示している。ガス分配プレナム１８０は、ガス分配プレナム１２０と同様に構成されている。ガス分配プレナム１８０とガス分配プレナム１２０は、同心円でありうる。さらには、ガス分配プレナム１８０はガス分配プレナム１２０に流体連結されている。ガス供給システム１４４は、１つ以上のガスを、ガス分配プレナム１２０及び導管１４３を介してガス分配プレナム１８０に供給又は提供する。ガス分配プレナム１８０を含めることにより、ガス分配プレナム１２０及び１８０によって提供されるガスが中心導管１３８を介して提供される処理ガスと混合する体積が増加し、基板１０１に対する処理ガスの効果をさらに変化させる。

【0024】

ガス分配プレナム１２０及び１８０は、サイズが類似していてもよい（例えば、共通の高さ及び幅を有する）。あるいは、ガス分配プレナム１２０及び１８０のうちの一方は、他方より大きくてもよい（例えば、高さ及び幅のうちの１つ以上が大きい）。さらには、分配プレート１２２は、ガス分配プレナム１２０及びガス分配プレナム１８０と位置合わせされた開孔１２３を含む。ガス分配プレナム１２０及び１８０は、導管１３９によってともに結合されている。

【0025】

ガス分配プレナム１８０の中心は、中心ライン１７０から約７０ｍｍから約９５ｍｍの範囲でありうる。さらには、ガス分配プレナム１２０の中心は、中心ライン１７０から約１００ｍｍから約１３０ｍｍの範囲でありうる。例えば、ガス分配プレナム１８０は中心ライン１７０から約７５ｍｍであり、ガス分配プレナム１２０の中心は中心ライン１７０から約１２５ｍｍである。あるいは、ガス分配プレナム１８０は中心ライン１７０から約９０ｍｍであり、ガス分配プレナム１２０の中心は中心ライン１７０から約１２５ｍｍである。

【0026】

図１Ｂは、２つのガス分配プレナム（例えば、ガス分配プレナム１２０、１８０）を有する処理チャンバ（例えば、処理チャンバ１００Ｂ）のガスボックス（例えば、ガスボックス１１４）を示しているが、ガスボックスは、２つより多くのガス分配プレナムを含んでいてもよい。例えば、ガスボックスは、３つ以上のガス分配プレナムを有することができる。ガス分配プレナムの各々は、導管（例えば、導管１３９）によってともに流体連結され、ガス分配プレナムの１つは、ガス供給システム（例えば、ガス供給システム１４４）に結合される。さらには、ガス分配プレナムの各々は、共通のサイズ（例えば、共通の幅及び高さ）を有していてもよく、あるいは１つ以上のガス分配プレナムは、他方よりも大きくてもよい（例えば、より大きい高さ及び／又は幅を有する）。ガス分配プレナム１２０、１８０のサイズ、並びに導管１３９のサイズは、対応するガス分配プレナムからの所望の流量に従って変化させることができ、これは、対応するガスが処理ガスと混合する方法を変化させ、基板１０１に対する対応する効果を変化させる。さらには、ガス分配プレナム１２０、１８０、導管１３９、及び開孔１２３のサイズは、所望のコンダクタンスに従って変化させることができる。

【0027】

図２は、１つ以上の実施形態によるガス供給システム１４４を示している。ガス供給システム１４４は、ガス供給２１０、２１２、２１４、及び２１６、バルブ２２０、２２２、２２４、及び２２６、並びにマニホールド２４０を含む。マニホールド２４０は、ガス分配プレナム１２０に流体連結されている。例えば、マニホールド２４０は、導管１４３を介してガス分配プレナム１２０に結合される。加えて、１つ以上のバルブ２３０は、マニホールド２４０と導管１４３との間に、導管１４３に沿って、及び／又は導管１４３とガス分配プレナム１２０との間に位置決めすることができる。

【0028】

ガス供給２１０、２１２、２１４、及び２１６の各々は、異なるタイプ、組成、及び／又は濃度のガスを供給するように構成される。例えば、ガス供給２１０、２１２、２１４、及び２１６のうちの１つ以上は前駆体ガスを供給するように構成され、ガス供給２１０、２１２、２１４、及び２１６のうちの第２の１つ以上は不活性ガスを供給するように構成される。加えて、又は代替的に、ガス供給２１０、２１２、２１４、及び２１６のうちの２つは前駆体を供給することができ、ガス供給２１０、２１２、２１４、及び２１６のうちの２つは不活性ガスを供給することができる。例えば、ガス供給２１０は第１の前駆体ガスを供給することができ、ガス供給２１２は第１の前駆体ガスとは異なる第２の前駆体ガスを供給することができる。さらには、ガス供給２１４は第１の不活性ガスを供給することができ、ガス供給２１６は第１の不活性ガスとは異なる第２の不活性ガスを供給することができる。第１の前駆体ガスはシランであり、第２の前駆体ガスはＴＥＯＳである。さらには、第１の不活性ガスはアルゴンであり、第２の不活性ガスはヘリウムである。あるいは、異なる前駆体及び／又は不活性ガスを利用することもできる。例えば、ガス供給２１０、２１２、２１４、及び２１６のうちの１つ以上は、アンモニア（ＮＨ_３）を提供するように構成することができる。

【0029】

図２は、ガス供給システム１４４を、４つのガス供給２１０、２１２、２１４、及び２１６、並びに４つのバルブ２２０、２２２、２２４、及び２２６を含むものとして示しているが、代替的に、ガス供給システム１４４は、４つより少ないガス供給及びバルブ、又は４つより多くのガス供給及びバルブを含んでいてもよい。加えて、又は代替的に、２つ以上のガス供給が共通のバルブに結合されていてもよい。例えば、ガス供給２１０及び２１２は、バルブ２２０に結合することができる。

【0030】

バルブ２２０、２２２、２２４、及び２２６は、ガス供給２１０、２１２、２１４、及び２１６の対応する１つからのガスの流れを制御する。例えば、バルブ２２０はガス供給２１０からのガスの流れを制御し、バルブ２２２はガス供給２１２からのガスの流れを制御し、バルブ２２４はガス供給２１４からのガスの流れを制御し、バルブ２２６はガス供給２１６からのガスの流れを制御する。さらには、バルブ２３０は、マニホールド２４０へのガスの流れを制御する。バルブ２２０、２２２、２２４、及び２２６は、コントローラ１９０によって独立して制御されうる。追加のバルブは、ガス供給システム１４４のガス供給の数及びマニホールド２４０への接続の数に基づいて、追加又は削除することができる。

【0031】

マニホールド２４０は、ガス供給２１０、２１２、２１４、及び２１６から１つ以上のガスを受け取り、１つ以上のガスをガス分配プレナム１２０に出力する。マニホールド２４０は、ガス供給２１０、２１２、２１４、及び２１６からガス分配プレナム１２０へのガスの流れ、例えば、ガスの流量を制御する。さらには、マニホールド２４０は、ガス供給２１０、２１２、２１４、及び２１６の２つ以上から供給される２つ以上のガスを混合し、混合されたガスをガス分配プレナム１２０に出力する。バルブ２３０は、バルブ２２０、２２２、２２４、及び２２６の各々の出力に流体連結され、マニホールド２４０へのガスの流れを制御する。あるいは、バルブ２３０は省略することができ、バルブ２２０、２２２、２２４、及び２２６の各々の出力はマニホールド２４０に直接接続することができる。

【0032】

コントローラ１９０（図１に示される）は、対応するバルブ２２０、２２２、２２４、及び２２６の各々を開く期間を制御することによって、ガス供給２１０、２１２、２１４、２１６の各々からのガスの流量を制御する。例えば、コントローラ１９０は、ガスがガス供給２１０からマニホールド２４０に第１の期間流れることを可能にするために開くように、及びガス供給２１０からマニホールド２４０へのガスの流れを停止するために閉じるように、バルブ２２０に命令することができる。コントローラ１９０は、ガスがガス供給２１２からマニホールド２４０に第２の期間流れることを可能にするために開くように、及びガス供給２１２からマニホールド２４０へのガスの流れを停止するために閉じるように、バルブ２２２に命令することができる。さらには、コントローラ１９０は、ガスがガス供給２１４からマニホールド２４０に第３の期間流れることを可能にするために開くように、及びガス供給２１４からマニホールド２４０へのガスの流れを停止するために閉じるように、バルブ２２４に命令することができる。加えて、コントローラ１９０は、ガスがガス供給２１６からマニホールド２４０に第４の期間流れることを可能にするために開くように、及びガス供給２１６からマニホールド２４０へのガスの流れを停止するために閉じるように、バルブ２２６に命令することができる。第１、第２、第３、及び第４の期間は重複しなくてもよく、あるいは第１、第２、第３、及び第４の期間のうちの少なくとも２つが少なくとも部分的に重複していてもよい。例えば、第１、第２、第３、及び第４の期間のうちの少なくとも２つが少なくとも部分的に重複している場合、２つ以上又はガスは同時に供給されると呼ばれることがある。さらには、第１、第２、第３、及び第４の期間の長さ及び発生は、基板を処理するためのプロセス方策のステップに対応しうる。

【0033】

コントローラ１９０は、基板を処理して半導体デバイスを生成するためのプロセス方策の動作に基づいて、各バルブ２２０、２２２、２２４、及び２２６を通るガスの流れを制御することができる。例えば、プロセス方策は、第１のタイプのプラズマ及び第２のタイプのプラズマを生成して、基板に第１の層及び第２の層を堆積させる複数の動作を含みうる。第１のタイプのプラズマは酸化物プラズマに対応してよく、第２のタイプのプラズマは窒化物プラズマに対応してよい。酸化物プラズマを利用して基板１０１上に酸化物層を生成することができ、窒化物プラズマを利用して基板１０１上に窒化物層を生成することができる。酸化物プラズマの生成は、プロセスガスのＴＥＯＳ、亜酸化窒素（Ｎ_２Ｏ）、及び／又は酸素（Ｏ_２）、並びに１つ以上の不活性ガスをガス供給システム１４０から処理容積１４２に提供することを含みうる。さらには、窒化物プラズマの生成は、プロセスガスのシラン、アンモニア（ＮＨ_３）、及び窒素（Ｎ_２）、並びに１つ以上の不活性ガスをガス供給システム１４０から処理容積１４２に提供することを含みうる。さらには、酸化物と窒化物の交互の層を生成するために、プロセス方策の動作は、酸化物プラズマ及び窒化物プラズマの生成と、対応するプロセスガス及び不活性ガスの提供間の切り替えとを、交互に行うことができる。

【0034】

コントローラ１９０は、プロセス方策の動作に基づいてバルブ２２０、２２２、２２４、及び２２６を制御し、各層について面内歪みを多かれ少なかれ引張及び圧縮にさせる。コントローラ１９０は、プロセス方策の動作に基づいてバルブ２２０、２２２、２２４、及び２２６を制御して、実質的に中立の面内歪みを生成することができる。例えば、コントローラ１９０は、プロセス方策の動作に応答して、バルブ２２０、２２２、２２４、及び２２６のうちの１つ以上を開き、ガス供給２１０、２１２、２１４、及び２１６のうちの対応する１つのガスがマニホールド２４０内へと流れることを可能にする。コントローラ１９０が一又は複数のバルブを開いたままにするように命令する時間の長さは、プロセス方策内の動作が行われるときに対応しうる。例えば、コントローラ１９０が第１の動作中に一又は複数のバルブを開いたままにするように命令する時間の長さは、第１の動作の後に行われる第２の動作中に、コントローラ１９０がバルブを開いたままにするように命令する時間の長さより短くても長くてもよい。あるいは、コントローラ１９０が第１の動作中に一又は複数のバルブを開いたままにするように命令する時間の長さは、第２の動作中に、コントローラ１９０がバルブを開いたままにするように命令する時間の長さと実質的に同様であってもよい。さらには、第１のプラズマの生成に対応する各動作中に一又は複数のバルブが開かれる時間量は、第２のプラズマの生成に対応する各動作中に一又は複数のバルブが開かれうる時間とは異なっていてもよい。さらには、プロセス方策の各動作中に一又は複数のバルブが開かれる時間量は、基板１０１の処理中に経時的に徐々に増加しうる。

【0035】

コントローラ１９０は、１つ以上のバルブに、プロセス方策の第１の動作の第１の期間及び第２の動作の第２の期間中に開くように命令する。第１の動作及び第２の動作は両方とも、第１のタイプのプラズマの生成に対応してもよく、第２の動作は、第１の動作の後に行うことができる。第１の期間の長さは、第２の期間の長さより長くても、短くても、あるいは第２の期間の長さと同じであってもよい。さらには、第１の期間中に開かれるバルブは、第２の期間中に開かれるバルブと同じであってもよく、あるいは第１の期間中に開かれるバルブは、第２の期間中に開かれるバルブとは異なっていてもよい。例えば、各期間に開かれるバルブの数は異なっていてもよく、及び／又は各期間中に開かれるバルブは異なっていてもよい。したがって、コントローラ１９０は、第１のバルブ、例えばバルブ２２０に、ガス供給２１０からガスを提供する第１の動作に対応する第１の期間の間開くように、かつ第１のバルブに、ガス供給２１０からガスを提供する第２の動作に対応する第２の期間の間開くように、命令することができる。あるいは、コントローラ１９０は、第１のバルブ、例えばバルブ２２０に、ガス供給２１０からガスを提供する第１の動作に対応する第１の期間の間開くように、かつ第２のバルブ、例えばバルブ２２２に、ガス供給２１２からガスを提供する第２の動作に対応する第２の期間の間開くように、命令することができる。さらには、コントローラ１９０は、第１のバルブ、例えばバルブ２２０に、ガス供給２１０からガスを提供する第１の動作に対応する第１の期間の間開くように、かつ第１のバルブ及び第２のバルブに、ガス供給２１０及びガス供給２１２からガスを提供する第２の動作に対応する第２の期間の間開くように、命令することができる。あるいは、コントローラ１９０は、第１のバルブ、例えばバルブ２２０、及び第２のバルブ、例えば２２２に、ガス供給２１０及び２１２からガスを提供する第１の動作に対応する第１の期間の間開くように、かつ第１のバルブの１つに、ガス供給２１０及び２１２の一方からガスを提供する第２の動作に対応する第２の期間の間開くように、命令することができる。

【0036】

加えて、又は代替的に、コントローラ１９０は、処理チャンバ１００（例えば、処理チャンバ１００Ａ又は１００Ｂ）の感知されたパラメータに基づいてバルブ２２０、２２２、２２４、及び２２６を制御することができる。例えば、コントローラ１９０は、処理チャンバ１００（例えば、処理チャンバ１００Ａ又は１００Ｂ）内に位置決めされた１つ以上のセンサからセンサデータを受け取り、それに応じて、バルブ２２０、２２２、２２４、及び２２６のうちの１つ以上を通る流れを調整することができる。センサデータは、処理容積１０８の１つ以上の領域におけるプロセスガスの流れに対応するデータ、及び／又は処理容積１０８において生成されるプラズマに対応するデータでありうる。

【0037】

ガス分配プレナム１２０に供給されるガスの流量及び／又はガスのタイプを制御することにより、基板１０１上に形成された対応する層の厚さプロファイルは、例えば前駆体濃度の局所的な調整によって、変更することができる。例えば、シランをプロセス方策の窒化物プラズマ動作中に利用して、対応する窒化物層の厚さプロファイルを変更することができる。シランの流量は、約１ｓｃｃｍから約２０ｓｃｃｍの範囲でありうる。さらには、ヘリウムを酸化物動作中に利用して、基板１０１上に形成された対応する層の厚さプロファイルを調整することができる。

【0038】

コントローラ１９０は、バルブ２３０をさらに制御して、マニホールド２４０へのガスの流量を制御することができる。例えば、コントローラ１９０は、バルブ２３０を開閉して、マニホールド２４０内へとバルブ２３０を通る一又は複数のガスの流量を制御するように、バルブ２３０に命令することができる。加えて、又は代替的に、コントローラ１９０は、１つ以上の命令をマニホールド２４０に伝達することによって、マニホールド２４０を制御して、マニホールド２４０から出る一又は複数のガスの流量を制御することができる。

【0039】

図３は、分配プレート１２２の上面図を示している。分配プレート１２２は、開孔１２３を含む領域３１４を含む。例えば、分配プレート１２２は少なくとも１６個の開孔を含み、これらは同心円に配置することができる。あるいは、分配プレート１２２は、１６個未満の開孔を含む。開孔１２３は、ガス分配プレナム１２０と位置合わせされ、ガス分配プレナムからのガスの流れを制御する。さらには、分配プレート１２２は、中心導管１３８と位置合わせされたキャビティ３１０を含む。キャビティ３１０と領域３１４との間には、穿孔されていない（例えば、開孔１２３のない）領域３１２がある。さらに、分配プレート１２２は、ガスボックス１１４の底部に取り付けることができる。例えば、分配プレート１２２は、ガスボックス１１４の底部に溶接することができる。開孔１２３のサイズ及び／又は位置は、開孔１２３全体にわたり、約３倍から約５倍の圧力損失をもたらすように構成することができる。

【0040】

図４は、ガス分配プレナム１２０用のインジェクタ点４００の概略的な底面図を示している。インジェクタ点４００は、導管１４３とガス分配プレナム１２０との間に位置決めされる。ガス分配プレナム１２０は、複数のインジェクタ点４００を含むことができる。さらには、各インジェクタ点４００は、１つ以上の導管４１０を含むことができる。例えば、図４に示されるように、インジェクタ点４００は、４つの導管、導管４１０ａ～４１０ｄを含む。あるいは、インジェクタ点４００は、４つより多い又は４つより少ない導管を含むことができる。さらに、導管４１０は、図４に示されているものとは異なる位置に位置決めされてもよい。

【0041】

図５は、１つ以上の実施形態による、基板を処理する方法５００のフローチャートである。動作５１０では、第１のガスがガス分配プレナムに導入される。例えば、コントローラ１９０は、プロセス方策の第１の動作に基づいて、第１のガスをガス分配プレナム１２０に供給するようにガス供給システム１４４に命令することができる。第１のガスは、前駆体又は不活性ガスでありうる。図２を参照すると、コントローラ１９０は、ガスがガス供給２１０からマニホールド２４０内及びガス分配プレナム１２０内へと流れることができるように、バルブ２２０に第１の期間の間開くように命令することができる。コントローラ１９０は、基板１０１を処理するためのプロセス方策の第１の動作に応答して、第１の期間の間開くように、バルブ２２０に命令することができる。第１の動作は、処理容積１４２内での第１のプラズマの生成に対応しうる。

【0042】

コントローラ１９０は、プロセス方策の動作に基づいて、バルブ２２０、２２２、２２４、及び２２６のいずれを開くべきか、及びバルブを開く時間の長さを決定することができる。例えば、コントローラ１９０は、プロセス方策内で動作がいつ行われるかに基づいて、時間量及びいずれのバルブ２２０、２２２、２２４、及び２２６を開くかを変更することができる。

【0043】

動作５２０では、プレナム１２４に処理ガスが導入される。例えば、コントローラ１９０は、中心導管１３８を介して処理ガスをプレナム１２４に供給するように、ガス供給システム１４０に命令する。コントローラ１９０は、プロセス方策の第１の動作に基づいて、第１の処理ガスをプレナム１２４に供給することができるように、ガス供給システムに命令することができる。一例では、動作５１０及び５２０は同時に行われる。

【0044】

プロセス方策の第１の動作に基づいて第１のガスを供給することは、第１の不活性ガス及び第１の前駆体のうちの少なくとも１つを供給すること、及び／又はプロセス方策の第１の動作に基づいて、ガス供給システム１４０によって出力された一又は複数のプロセスガスに対応する第１のガスの流量を選択することを含みうる。例えば、プロセス方策の第１の動作は、酸化物プラズマを生成して基板１０１上に酸化物層を堆積することを含むことができ、ガス供給システム１４４は、対応して、アルゴン、ヘリウム、及びＴＥＯＳのうちの少なくとも１つを出力することができる。

【0045】

動作５３０では、第２のガスがガス分配プレナムに導入される。例えば、コントローラ１９０は、プロセス方策の第２の動作に基づいて、第２のガスを出力するように、ガス供給システム１４４に命令することができる。第２のガスは前駆体ガス又は不活性ガスでありうる。図２を参照すると、コントローラ１９０は、ガスがガス供給２１４からマニホールド２４０内及びガス分配プレナム１２０内へと流れることができるように、バルブ２２４に第２の期間の間開くように命令することができる。コントローラ１９０は、基板１０１を処理するためのプロセス方策の第２の動作に応答して、第２の期間の間開くように、バルブ２２４に命令することができる。第１の動作は、処理容積１４２内での第２のプラズマの生成に対応しうる。

【0046】

動作５４０では、第２の処理ガスがプレナム１２４に導入される。例えば、コントローラ１９０は、プレナム１２４のプロセス方策の第２の動作に基づいて、１つ以上の処理ガスを供給するように、ガス供給システム１４０に命令する。第２のガスを供給することは、基板１０１上に窒化物層を堆積するために処理容積１４２内で窒化物プラズマを生成することに対応するプロセス方策の第２の動作に応答して、ヘリウム、アルゴン、及びシランのうちの１つ以上を供給することを含みうる。一例では、動作５３０及び５４０は同時に行われる。

【0047】

基板上に堆積された層内の面内歪みは、処理容積の領域を選択するために１つ以上の不活性ガス及び／又は前駆体を適用することによって調整することができる。例えば、１つ以上の不活性ガス及び／又は前駆体は、ガスボックス１１４内に配置されたガス分配プレナム１２０に供給され、プレナム１２４の領域１２１において処理ガスと混合されて、各層の面内歪みをより引張又は圧縮にすることができ、各層の面内歪みを低減する。加えて、処理チャンバの処理容積の領域を選択するために１つ以上の不活性ガス及び前駆体を適用することにより、基板上に堆積された層内の厚さの不均一性を調整することができる。

【0048】

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を逸脱することなく、本開示の他の実施形態及びさら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決定される。

【図1A】

【図1B】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】