(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-07-17
(54)【発明の名称】エッジプラズマ変調のための成形シャワーヘッド
(51)【国際特許分類】
H01L 21/31 20060101AFI20240709BHJP
C23C 16/455 20060101ALI20240709BHJP
【FI】
H01L21/31 C
C23C16/455
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2024500156
(86)(22)【出願日】2022-07-01
(85)【翻訳文提出日】2024-03-01
(86)【国際出願番号】 US2022035917
(87)【国際公開番号】W WO2023283123
(87)【国際公開日】2023-01-12
(32)【優先日】2021-07-09
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【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】ペマサニ, サケス
(72)【発明者】
【氏名】ラジ, デミアン ラジ ベンジャミン
(72)【発明者】
【氏名】リー, シアオプー
(72)【発明者】
【氏名】ダナクシルル, アクシャイ
(72)【発明者】
【氏名】クルカルニ, マユル ゴビンド
(72)【発明者】
【氏名】ムチャラ, マドゥー サントシュ クマール
(72)【発明者】
【氏名】パディ, ディーネッシュ
(72)【発明者】
【氏名】ユ, ハン
【テーマコード(参考)】
4K030
5F045
【Fターム(参考)】
4K030EA05
4K030EA06
4K030FA03
4K030KA23
5F045AA08
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5F045DQ10
5F045EF05
5F045EH04
5F045EK07
5F045EM05
(57)【要約】
例示的な半導体処理チャンバは、チャンバ本体を含みうる。チャンバは、チャンバ本体内に配置された基板支持体を含みうる。基板支持体は、基板支持面を画定しうる。チャンバは、チャンバ本体の上に支持されて位置付けられたシャワーヘッドを含みうる。基板支持体及びシャワーヘッドの底面は、半導体処理チャンバ内の処理領域を少なくとも部分的に画定しうる。シャワーヘッドは、シャワーヘッドを貫通する複数の開孔を画定しうる。シャワーヘッドの底面は、基板支持体の少なくとも一部の真上に位置付けられた環状の溝又はリッジを画定しうる。
【選択図】
図2A
【特許請求の範囲】
【請求項1】
半導体処理チャンバであって、
チャンバ本体と、
前記チャンバ本体内に配置された基板支持体であって、基板支持面を画定する基板支持体と、
前記チャンバ本体の上部に支持されて位置付けられたシャワーヘッドと
を備え、
前記基板支持体及び前記シャワーヘッドの底面が、前記半導体処理チャンバ内の処理領域を少なくとも部分的に画定し、
前記シャワーヘッドが、前記シャワーヘッドを貫通する複数の開孔を画定し、
前記シャワーヘッドの前記底面が、前記基板支持体の少なくとも一部の真上に位置付けられた環状溝を画定する、半導体処理チャンバ。
【請求項2】
前記基板支持体が、前記基板支持体の上面から上方に突出するヒータポケットを備え、
前記環状溝が、前記ヒータポケットのサイズと形状に対応するサイズと形状を有している、請求項1に記載の半導体処理チャンバ。
【請求項3】
前記基板支持体内に埋め込まれたRFメッシュ
を更に備え、前記RFメッシュと前記シャワーヘッドの前記底面との間の垂直距離が、前記シャワーヘッドの長さにわたって変化する、請求項1に記載の半導体処理チャンバ。
【請求項4】
前記環状溝が、前記複数の開孔の半径方向外側に配置される、請求項1に記載の半導体処理チャンバ。
【請求項5】
前記シャワーヘッドの前記底面が、前記底面から下方に突出する環状リッジを画定する、請求項1に記載の半導体処理チャンバ。
【請求項6】
前記環状溝と前記環状リッジが互いに接触している、請求項5に記載の半導体処理チャンバ。
【請求項7】
前記環状溝と前記環状リッジが互いに間隔を置いて配置される、請求項5に記載の半導体処理チャンバ。
【請求項8】
前記環状溝の内側エッジと外側エッジがテーパ状である、請求項1に記載の半導体処理チャンバ。
【請求項9】
前記溝の深さが、約5ミルと100ミルとの間である、請求項1に記載の半導体処理チャンバ。
【請求項10】
半導体処理チャンバであって、
チャンバ本体と、
前記チャンバ本体内に配置された基板支持体であって、基板支持面を画定する基板支持体と、
前記チャンバ本体の上部に支持されて位置付けられたシャワーヘッドと
を備え、
前記基板支持体及び前記シャワーヘッドの底面が、前記半導体処理チャンバ内の処理領域を少なくとも部分的に画定し、
前記シャワーヘッドが、前記シャワーヘッドを貫通する複数の開孔を画定し、
前記シャワーヘッドの前記底面が、環状レリーフフィーチャを画定する、半導体処理チャンバ。
【請求項11】
前記環状レリーフフィーチャが、溝とリッジの一方又は両方を含む、請求項10に記載の半導体処理チャンバ。
【請求項12】
前記環状レリーフフィーチャの少なくとも一部が、前記複数の開孔の少なくとも1つの半径方向内側に配置される、請求項10に記載の半導体処理チャンバ。
【請求項13】
前記複数の開孔のサブセットが、前記環状レリーフフィーチャ内に配置される、請求項12に記載の半導体処理チャンバ。
【請求項14】
前記複数の開孔の各々が、上側部分と下側部分とを含み、前記下側部分が、前記上側部分よりも小さい直径を有しており、
前記サブセット内の前記複数の開孔の各々の下側部分が、前記サブセットに含まれない前記複数の開孔の各々と同じサイズを有している、請求項13に記載の半導体処理チャンバ。
【請求項15】
前記レリーフフィーチャの深さ又は高さが、前記レリーフフィーチャの幅にわたって一定である、請求項10に記載の半導体処理チャンバ。
【請求項16】
前記レリーフフィーチャの深さ又は高さが、前記レリーフフィーチャの幅にわたって変化する、請求項10に記載の半導体処理チャンバ。
【請求項17】
前記シャワーヘッドの前記底面が、追加の環状レリーフフィーチャを画定する、請求項10に記載の半導体処理チャンバ。
【請求項18】
基板を処理する方法であって、
前駆体を処理チャンバに流入させることであって、
前記処理チャンバが、シャワーヘッドと、基板が配置される基板支持体とを備え、
前記処理チャンバの処理領域が、前記シャワーヘッドと前記基板支持体との間に少なくとも部分的に画定され、
前記シャワーヘッドが、前記シャワーヘッドを貫通する複数の開孔を画定し、
前記シャワーヘッドの底面が、環状レリーフフィーチャを画定する、前駆体を流入させることと、
前記処理チャンバの処理領域内に前記前駆体のプラズマを生成することと、
前記基板上に材料を堆積させることと
を含む、方法。
【請求項19】
前記環状レリーフフィーチャが、溝とリッジの一方又は両方を含む、請求項18に記載の基板を処理する方法。
【請求項20】
前記基板支持体がRFメッシュを含み、
前記RFメッシュと前記シャワーヘッドの前記底面との間の垂直距離が、前記シャワーヘッドの長さにわたって変化する、請求項18に記載の基板を処理する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願との相互参照
[0001]本出願は、「エッジプラズマ変調のための成形シャワーヘッド(SHAPED SHOWERHEAD FOR EDGE PLASMA MODULATION)」と題する2021年7月9日出願の米国特許出願第17/371,575号の利益及び優先権を主張するものであり、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【0002】
[0002]本技術は、半導体製造のための部品及び装置に関する。より具体的には、本技術は、処理チャンバ分配部品及びその他の半導体処理機器に関する。
【背景技術】
【0003】
[0003]集積回路は、基板表面に複雑にパターニングされた材料層を製造するプロセスによって実現される。基板上にパターニングされた材料を製造するには、材料を形成し除去するための制御された方法が必要である。チャンバ部品は、膜堆積又は材料除去のための処理ガスを基板に供給することが多い。対称性と均一性を促進するために、多くのチャンバ部品が、均一性を高めうる方法で材料を供給するための規則的なパターンのフィーチャを含みうる。しかし、この場合、オンウエハ調整のためのレシピ調整能力が制限される可能性がある。
【0004】
[0004]したがって、高品質のデバイス及び構造を製造するために使用できる、改良されたシステム及び方法が必要とされている。現在の技術は、これらのニーズ及び他のニーズに対処している。
【発明の概要】
【0005】
[0005]例示的な半導体処理チャンバは、チャンバ本体を含みうる。チャンバは、チャンバ本体内に配置された基板支持体を含みうる。基板支持体は、基板支持面を画定しうる。チャンバは、チャンバ本体の上に支持されて位置付けられたシャワーヘッドを含みうる。基板支持体及びシャワーヘッドの底面は、半導体処理チャンバ内の処理領域を少なくとも部分的に画定しうる。シャワーヘッドは、シャワーヘッドを貫通する複数の開孔を画定しうる。シャワーヘッドの底面は、基板支持体の少なくとも一部の真上に位置付けられた環状溝を画定しうる。
【0006】
[0006]いくつかの実施形態では、基板支持体は、基板支持体の上面から上方に突出するヒータポケットを含みうる。環状溝は、ヒータポケットのサイズと形状に対応するサイズと形状を有しうる。チャンバは、基板支持体内に埋め込まれたRFメッシュを含みうる。RFメッシュとシャワーヘッドの底面との間の垂直距離は、シャワーヘッドの長さにわたって変化しうる。環状溝は、複数の開孔の半径方向外側に配置されうる。シャワーヘッドの底面は、底面から下方に突出する環状リッジを画定しうる。環状溝と環状リッジは、互いに接触しうる。環状溝と環状リッジは、互いに間隔を置いて配置されうる。環状溝の内側エッジと外側エッジは、テーパ状でありうる。溝の深さは、約5ミルと100ミルとの間でありうる。
【0007】
[0007]本技術のいくつかの実施形態は、半導体処理チャンバを包含しうる。チャンバは、チャンバ本体を含みうる。チャンバは、チャンバ本体内に配置された基板支持体を含みうる。基板支持体は、基板支持面を画定しうる。チャンバは、チャンバ本体の上に支持されて位置付けられたシャワーヘッドを含みうる。基板支持体及びシャワーヘッドの底面は、半導体処理チャンバ内の処理領域を少なくとも部分的に画定しうる。シャワーヘッドは、シャワーヘッドを貫通する複数の開孔を画定しうる。シャワーヘッドの底面は、環状レリーフフィーチャ(annular relief feature)を画定しうる。
【0008】
[0008]いくつかの実施形態では、環状レリーフフィーチャは、溝及びリッジの一方又は両方を含みうる。環状レリーフフィーチャの少なくとも一部は、複数の開孔のうちの少なくとも1つの半径方向内側に配置されうる。複数の開孔のサブセットは、環状レリーフフィーチャ内に配置されうる。複数の開孔の各々が、上側部分と下側部分とを含みうる。下側部分は上側部分よりも小さな直径を含みうる。サブセット内の複数の開孔の各々の下側部分は、サブセットに含まれない複数の開孔の各々と同じサイズを有しうる。レリーフフィーチャの深さ又は高さは、レリーフフィーチャの幅にわたって一定でありうる。レリーフフィーチャの深さ又は高さは、レリーフフィーチャの幅にわたって変化しうる。シャワーヘッドの底面は、追加の環状レリーフフィーチャを画定しうる。
【0009】
[0009]本技術のいくつかの実施形態は、基板を処理する方法を包含しうる。本方法は、前駆体を処理チャンバに流入させることを含みうる。処理チャンバは、シャワーヘッドと、基板が配置される基板支持体とを含みうる。処理チャンバの処理領域は、シャワーヘッドと基板支持体との間に少なくとも部分的に画定されうる。シャワーヘッドは、シャワーヘッドを貫通する複数の開孔を画定しうる。シャワーヘッドの底面は、環状レリーフフィーチャを画定しうる。本方法は、処理チャンバの処理領域内に前駆体のプラズマを発生させることを含みうる。本方法は、基板上に材料を堆積させることを含みうる。
【0010】
[0010]いくつかの実施形態では、環状レリーフフィーチャは、溝及びリッジの一方又は両方を含みうる。基板支持体は、RFメッシュを含みうる。RFメッシュとシャワーヘッドの底面との間の垂直距離は、シャワーヘッドの長さにわたって変化しうる。
【0011】
[0011]このような技術は、従来のシステム及び技術を凌駕する利点を提供しうる。例えば、本技術の実施形態は、基板のエッジ領域における制御された堆積を許容しうる。更に、部品は、プラズマ密度と分布への影響を低減するために、エッジ領域のプラズマ発生を維持しうる。これら実施形態及びその他の実施形態は、その多くの利点や特徴と共に、後述の記載及び添付の図面により詳細に説明されている。
【0012】
[0012]開示された技術の性質及び利点は、本明細書の残りの部分と図面を参照することによって更に理解を深めることができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【
図1】[0013]本技術のいくつかの実施形態による例示的な処理システムの上面平面図を示す。
【
図2A】[0014]本技術のいくつかの実施形態による例示的な処理チャンバの概略断面図を示す。
【
図2B】[0015]
図2Aのシャワーヘッドの部分概略断面図を示す。
【
図2C】[0016]本技術のいくつかの実施形態によるシャワーヘッドの部分概略断面図を示す。
【
図2D】[0017]本技術のいくつかの実施形態によるシャワーヘッドの部分概略断面図を示す。
【
図3】[0018]本技術のいくつかの実施形態による半導体処理の例示的な方法の工程を示す。
【発明を実施するための形態】
【0014】
[0019]概略図としていくつかの図が含まれている。図面は例示を目的としており、縮尺どおりであると明記されていない限り、縮尺どおりであるとみなしてはならないと理解するべきである。更に、概略図として、図面は、理解を助けるために提供されており、現実的な描写に比べてすべての態様又は情報を含まない場合があり、例示を目的として強調された素材を含むことがある。
【0015】
[0020]添付の図面では、類似の構成要素及び/又は特徴は、同じ参照符号を有しうる。更に、同じ種類の様々な構成要素は、類似の構成要素間を区別する文字により、参照符号に従って区別されうる。本明細書において第1の参照符号のみが使用される場合、その記載は、文字に関わりなく、同じ第1の参照符号を有する類似の構成要素のうちのいずれにも適用可能である。
【0016】
[0021]プラズマ励起堆積プロセスは、基板上の膜形成を促進するために、1つ以上の構成前駆体を励起しうる(may energize)。導電体膜及び誘電体膜、並びに材料の移送及び除去を容易にするための膜を含む半導体構造を開発するために、任意の数の材料膜が製造されうる。例えば、ハードマスク膜は、基板のパターニングを容易にする一方で、他の方法で維持されるべき下地材料を保護するために形成されうる。多くの処理チャンバでは、多数の前駆体がガスパネル内で混合され、基板が配置されうるチャンバの処理領域に供給されうる。リッドスタックの構成要素が処理チャンバへの流入分布に影響を与えうる一方で、他の多くのプロセス変数も同様に、堆積の均一性に影響を与えうる。
【0017】
[0022]デバイスフィーチャのサイズが小さくなると、基板表面全体の公差が小さくなり、膜全体の材料特性の差がデバイスの実現と均一性に影響を与えうる。多くのチャンバは、特徴的なプロセスの性質(characteristic process signature)を含み、それが基板全体に残留の不均一性を生じさせうる。温度差、流量パターンの均一性、及び処理の他の態様は、基板上の膜に影響を与え、生成又は除去される材料について、基板全体で膜の均一性に差が生じうる。例えば、乱流の堆積ガス流及び/又はガスボックスの遮蔽板と面板の開孔の位置ずれにより、堆積ガス流が不均一になりうる。更に、ウエハエッジ付近の不連続性(ウエハエッジとヒータポケットとの間の間隙など)により、ウエハを横切るガス流が不均一になり、膜の堆積が不均一になりうる。場合によっては、遮蔽板は、基板のエッジ領域への前駆体の流れを均一に分散させないことがある。更に、いくつかの実施形態では、基板が配置される基板支持体又はヒータは、基板を加熱するための1つ以上の加熱機構を含みうる。基板の領域間で熱の供給や損失が異なると、膜の堆積に影響が出る可能性がある。例えば、基板のより暖かい部分は、より冷たい部分より堆積が厚くなりうる又は膜特性が異なりうる。この温度不均一性は、例えば、基板支持体のシャフト周囲の温度変動に起因し、特に基板のエッジ領域に影響を及ぼしうる。
【0018】
[0023]本技術は、溝及び/又はリッジのような1つ以上のレリーフフィーチャを含むシャワーヘッドを組み込むことにより、これらの課題を克服する。レリーフフィーチャは、シャワーヘッドと基板支持体のRFメッシュ又は他の電極との間に形成される電極間の間隙のサイズを変更しうる。電極間の間隙は、処理チャンバの局所的な領域内でのプラズマ発生(及びその後の膜堆積)を減少させるために増加させることができ、及び/又は局所的な領域内でのプラズマ発生を増加させるために減少させることができる。半径方向の不均一性の問題に対処するため、これらのレリーフフィーチャは環状であることが多い。
【0019】
[0024]残りの開示は、開示された技術を利用する特定の堆積プロセスをルーチン的に識別するが、システム及び方法は、他の堆積チャンバ及び洗浄チャンバ、並びに記載されたチャンバで行われうるプロセスに等しく適用可能であることが容易に理解されよう。従って、本技術は、これらの特定の堆積プロセスやチャンバだけでの使用に限定されると見なすべきではない。本開示では、本技術の実施形態による本システムの追加的な変形例及び調整例を説明する前に、本技術の実施形態によるリッドスタック構成要素を含みうる1つの可能なシステム及びチャンバについて説明する。
【0020】
[0025]
図1は、本技術のいくつかの実施形態による例示的な処理チャンバ100の断面図を示す。図は、本技術の1つ以上の態様を組み込んだシステム、及び/又は本技術の実施形態に従って1つ以上の動作を実行しうるシステムの概要を示しうる。チャンバ100又は実行される方法の追加の詳細については、以下に更に記載されうる。チャンバ100は、本技術のいくつかの実施形態に従って膜層を形成するために利用されうるが、本方法は、膜形成が起こりうる任意のチャンバ内で同様に実行されうることを理解されたい。処理チャンバ100は、チャンバ本体102と、チャンバ本体102内に配置された基板支持体104と、チャンバ本体102と接続され、かつ処理空間120内で基板支持体104を囲むリッドアセンブリ106とを含みうる。基板103は、開口部(opening)126を通して処理空間120に供給されうる。この開口部は、従来は、スリットバルブ又はドアを用いて処理のために密閉される場合がある。基板103は、処理中に基板支持体の表面105に載置されうる。基板支持体104は、矢印145で示すように、軸147に沿って回転可能でありうる。軸147には、基板支持体104のシャフト144が位置しうる。代替的には、基板支持体104は、堆積プロセス中に必要に応じて回転するように持ち上げられうる。
【0021】
[0026]プラズマプロファイルモジュレータ111は、基板支持体104上に配置された基板103にわたるプラズマ分布を制御するために、処理チャンバ100内に配置されうる。プラズマプロファイルモジュレータ111は、チャンバ本体102に隣接して配置されうる第1の電極108を含み、チャンバ本体102をリッドアセンブリ106の他の構成要素から分離しうる。第1の電極108は、リッドアセンブリ106の一部であってもよく、別個の側壁電極であってもよい。第1の電極108は、環状又はリング状の部材であってもよく、リング電極であってもよい。第1の電極108は、処理空間120を取り囲む処理チャンバ100の外周の周りに連続したループであってもよく、又は所望により選択された位置で不連続であってもよい。また、第1の電極108は、穿孔リング若しくはメッシュ電極などの穿孔電極であってもよく、又は、例えば二次ガス分配器などのプレート電極であってもよい。
【0022】
[0027]セラミック又は金属酸化物、例えば酸化アルミニウム及び/又は窒化アルミニウムのような誘電体材料でありうる1つ以上のアイソレータ110a、110bは、第1の電極108に接触し、第1の電極108をガス分配器112及びチャンバ本体102から電気的及び熱的に分離しうる。ガス分配器112は、プロセス前駆体を処理空間120内に分配するための開孔118を画定しうる。ガス分配器112は、高周波(RF)発生器、RF電源、DC電源、パルスDC電源、パルスRF電源、又は処理チャンバと接続されうる任意の他の電源といった、第1の電力源142と接続されうる。いくつかの実施形態では、第1の電力源142は、RF電力源でありうる。
【0023】
[0028]ガス分配器112は、導電性ガス分配器であっても非導電性ガス分配器であってもよい。ガス分配器112はまた、導電性部品及び非導電性部品で形成されうる。例えば、ガス分配器112の本体が導電性である一方で、ガス分配器112の面板は非導電性であってもよい。ガス分配器112は、
図1に示されるような第1の電力源142などによって電力供給されうる。あるいは、ガス分配器112は、いくつかの実施形態では、接地と接続されうる。
【0024】
[0029]第1の電極108は、処理チャンバ100の接地経路を制御しうる第1の同調回路128と接続されうる。第1の同調回路128は、第1の電子センサ130と第1の電子コントローラ134を含みうる。第1の電子コントローラ134は、可変キャパシタ又は他の回路素子であっても、これを含んでもよい。第1の同調回路128は、1つ以上のインダクタ132であっても、これを含んでもよい。第1の同調回路128は、処理中に処理空間120内に存在するプラズマ条件下で可変又は制御可能なインピーダンスを許容する任意の回路でありうる。図示されるようないくつかの実施形態では、第1の同調回路128は、接地と第1の電子センサ130との間に並列に接続された第1の回路脚と第2の回路脚とを含みうる。第1の回路脚は、第1のインダクタ132Aを含みうる。第2の回路脚は、第1の電子コントローラ134と直列に接続された第2のインダクタ132Bを含みうる。第2のインダクタ132Bは、第1の電子コントローラ134と、第1及び第2の回路脚の両方を第1の電子センサ130に接続するノードとの間に配置されうる。第1の電子センサ130は、電圧センサ又は電流センサであってもよく、第1の電子コントローラ134と接続されてもよい。これにより、処理空間120内のプラズマ条件をある程度閉ループ制御することができる。
【0025】
[0030]第2の電極122は、基板支持体104と接続されうる。第2の電極122は、基板支持体104内に埋め込まれてもよく、基板支持体104の表面と接続されてもよい。第2の電極122は、プレート、穿孔板、メッシュ、ワイヤスクリーン、又は導電性素子の他の分散配置物でありうる。第2の電極122は、同調電極であり、例えば基板支持体104のシャフト144内に配置された、50オームなどの選択された抵抗を有するケーブルといった、導管146によって、第2の同調回路136と接続されうる。第2の同調回路136は、第2の電子センサ138と、第2の可変キャパシタでありうる第2の電子コントローラ140とを有しうる。第2の電子センサ138は、電圧センサ又は電流センサであり、処理空間120内のプラズマ条件に対して更なる制御を行うために、第2の電子コントローラ140に接続されうる。
【0026】
[0031]バイアス電極及び/又は静電チャック電極でありうる第3の電極124は、基板支持体104と接続されうる。第3の電極は、インピーダンス整合回路でありうるフィルタ148を通して、第2の電力源150と接続されうる。第2の電力源150は、DC電力、パルスDC電力、RFバイアス電力、パルスRF源若しくはバイアス電力、又はこれら若しくは他の電源の組み合わせでありうる。いくつかの実施形態では、第2の電力源150は、RFバイアス電力でありうる。
【0027】
[0032]
図1のリッドアセンブリ106及び基板支持体104は、プラズマ処理又は熱処理のための任意の処理チャンバと共に使用されうる。動作中、処理チャンバ100は、処理空間120内のプラズマ条件をリアルタイムで制御することができる。基板103は、基板支持体104上に配置されうる。任意の所望の流れ計画に従って、プロセスガスが、入口114を使用してリッドアセンブリ106を通って流されうる。ガスは、出口152を通じて処理チャンバ100から排出されうる。電力は、処理空間120内にプラズマを確立するために、ガス分配器112と接続されうる。いくつかの実施形態では、基板は、第3の電極124を用いて電気バイアスを受けうる。
【0028】
[0033]処理空間120内のプラズマを励起すると、プラズマと第1の電極108との間に電位差が確立されうる。また、プラズマと第2の電極122との間に電位差が設けられてもよい。次に、2つの同調回路128、136によって表される接地経路の流動特性を調整するために、電子コントローラ134、140が使用されうる。堆積速度及び中心からエッジまでのプラズマ密度の均一性の独立した制御を提供するために、設定点が第1の同調回路128及び第2の同調回路136に供給されうる。電子コントローラが両方とも可変キャパシタでありうる実施形態では、電子センサは、独立して、堆積速度を最大化し、厚さの不均一性を最小化するように、可変キャパシタを調整しうる。
【0029】
[0034]同調回路128、136の各々は、それぞれの電子コントローラ134、140を使用して調整されうる可変インピーダンスを有しうる。電子コントローラ134、140が可変キャパシタである場合、可変キャパシタの各々のキャパシタンス範囲、及び第1のインダクタ132A及び第2のインダクタ132Bのインダクタンスは、インピーダンス範囲を提供するように選択されうる。この範囲はプラズマの周波数特性及びと電圧特性に依存する場合があり、各可変キャパシタの容量範囲に最小値が存在しうる。したがって、第1の電子コントローラ134の容量が最小又は最大であるとき、第1の同調回路128のインピーダンスは高くなり、その結果、基板支持体上の空中又は側方の被覆率が最小となるプラズマ形状が得られる可能性がある。第1の電子コントローラ134の容量が、第1の同調回路128のインピーダンスを最小化する値に近づくと、プラズマの空中被覆率が最大になり、基板支持体104の作業領域全体を効果的に覆うことができる。第1の電子コントローラ134の容量が最小インピーダンス設定から逸脱すると、プラズマ形状がチャンバ壁から収縮し、基板支持体の空中被覆率が低下する可能性がある。第2の電子コントローラ140は、第2の電子コントローラ140の容量が変更されうるので、基板支持体上のプラズマの空中被覆率を増減させる、同様の効果を有しうる。
【0030】
[0035]電子センサ130、138は、それぞれの回路128、136を閉ループで調整するために使用されうる。使用されるセンサの種類に応じて、電流又は電圧の設定点が各センサに設置される。センサは、設定点からの偏差を最小化するために各電子コントローラ134、140の調整を決定する制御ソフトウェアを備えうる。その結果、処理中にプラズマ形状が選択され、動的に制御されうる。前述の議論は、可変キャパシタでありうる電子コントローラ134、140に基づいているが、調整可能なインピーダンスを有する同調回路128、136を提供するために、調整可能な特性を有する任意の電子部品が使用されてもよいことを理解されたい。
【0031】
[0036]
図2Aは、本技術のいくつかの実施形態による処理チャンバ200の概略断面図を示す。
図2Aは、
図1に関して上述した1つ以上の構成要素を含み、そのチャンバに関する更なる詳細を示しうる。チャンバ200は、先に説明したように、誘電体材料のスタックの堆積を含む半導体処理工程を実行するために使用されうる。チャンバ200は、半導体処理システムの処理領域の部分図を示し、チャンバ200のいくつかの実施形態に組み込まれると理解される、先に説明した追加のリッドスタック構成要素などの構成要素のすべてを含まなくてもよい。チャンバ200は概して、処理領域210を画定する側壁、底壁、及び内部側壁を有するチャンバ本体205を含みうる。処理領域210は、処理領域210内に配置された基板支持体215を含みうる。基板支持体215は、本体部分などの基板支持体の露出面上に基板220を支持するように適合されたヒータを設けうる。例えば、基板支持体215は、基板支持表面219の外側の境界を画定するポケット217を含みうる。ポケット217は基板支持体215から上方に突出し、ポケット217の上面は基板220の上面と実質的に位置合わせされている。例えば、ポケット217の上面は、基板220の上面の高さの約3%以内、基板220の上面の高さの約2%以内、基板220の上面の高さの約1%以内、基板220の上面の高さの約0.5%以内、又はそれを下回りうる。例えば、1mmの厚さを有する基板220の場合、ポケット217の上面の高さは、約0.970mm~1.030mmの間、約0.980mm~1.020mmの間、約0.990mm~1.010mmの間、約0.995mm~1.005mmの間、又は約1mmでありうる。基板支持体215は、例えば抵抗加熱素子などの加熱素子225を含み、基板温度を所望のプロセス温度に加熱及び制御しうる。基板支持体215は、ランプアセンブリなどの遠隔加熱要素、又は他の任意の加熱デバイスによっても加熱されうる。
【0032】
[0037]基板支持体215の本体は、ステム230であってもよい(may be to a stem 230)。ステム230は、基板支持体215を電源コンセント(power outlet)又は電源ボックス(power box)235と電気的に接続しうる。パワーボックス235は、処理領域210内での基板支持体215の上昇及び移動を制御する駆動システムを含みうる。ステム230はまた、基板支持体215に電力を供給するための電力インターフェースも含みうる。電源ボックス235はまた、熱電対インターフェースなどの電力及び温度インジケータのためのインターフェースを含みうる。前駆体分配アセンブリ240は、チャンバ本体205の上部と、場合によってはその間に位置付けられた1つ以上の介在部品と、接続されうる。前駆体分配アセンブリ240は、反応物及び洗浄前駆体を処理領域210内に供給しうる。前駆体分配アセンブリ240は、ガスボックス245、遮断板250、及び/又はシャワーヘッド255を含みうる。ガスボックス245は、処理チャンバ内へのアクセスを画定又は提供しうる。遮蔽板250は、ガスボックス245と基板支持体215との間に位置付けられうる。遮蔽板250は、プレートを貫通する多数の開孔を含む又は画定しうる。いくつかの実施形態では、遮断板は、中心コンダクタンスの増加によって特徴付けられうる。例えば、いくつかの実施形態では、遮蔽板の中心領域に近接するか、又は中心領域周囲に延びる開孔のサブセットは、中心領域の半径方向外側の開孔よりも大きな開孔直径によって特徴付けられうる。これにより、いくつかの実施形態では、中心のフローコンダクタンス(central flow conductance)が増加する可能性がある。高周波(「RF」)源(図示せず)が、ガス分配アセンブリ240と接続され、ガス分配アセンブリ240に電力を供給して、シャワーヘッド255と基板支持体215との間にプラズマ領域の生成を促進しうる。いくつかの実施形態では、RF源は、プラズマ発生を促進するために、基板支持体215などのチャンバ本体205の他の部分と接続されうる。例えば、RFメッシュ又は電極270は、処理領域210内でのプラズマの発生を促進するためにRF電力が供給されうる基板支持体215の本体内に埋め込まれうる。
【0033】
[0038]シャワーヘッド255は、先に図示したように、遮蔽板250と基板支持体215との間のチャンバ200内に位置付けられうる。シャワーヘッド255は、第1の表面257と、第1の表面257の反対側にある第2の表面259とによって特徴付けられうる。いくつかの実施形態では、第1の表面257は、遮蔽板250、及び/又はガスボックス245の方に向かっていてもよい。第2の表面259は、チャンバ200の処理領域210内で基板支持体215に向かい合うように位置付けられうる。例えば、いくつかの実施形態では、シャワーヘッド255の第2の表面259及び基板支持体215は、処理領域210を少なくとも部分的に画定しうる。シャワーヘッド255は、シャワーヘッド255を通って画定され、第1の表面257から第2の表面259を通って延びる複数の開孔260を画定しうる。各開孔260は、シャワーヘッド255を通る流体経路を提供しうる。開孔260は、チャンバの処理領域への流体アクセスを提供しうる。開孔260は、いくつかの実施形態では、概して円筒形の断面を有しうる。図示されているように、各開孔260は、より大きい上側部分262及びより小さい下側部分264を含む開孔輪郭を有しうるが、種々の実施形態において他の開孔輪郭も可能である。
【0034】
[0039]シャワーヘッド255のサイズ、及び開孔260のサイズに応じて、シャワーヘッド255は、プレートを貫通する任意の数の開孔260、例えば、約1,000以上の開孔、約2,000以上の開孔、約3,000以上の開孔、約4,000以上の開孔、約5,000以上の開孔、約6,000以上の開孔、又はこれを上回る開孔を画定しうる。上述したように、開孔260は、シャワーヘッド255の中心軸から外側に延びる一組のリングに含まれてもよく、前述したように任意の数のリングを含んでもよい。リングは、円形又は楕円形を含む任意の数の形状、並びに長方形、六角形などの任意の他の幾何学パターン、又は半径方向外向きの多数のリングに分布する開孔を含みうる任意の他の幾何学パターンによって特徴付けられうる。開孔の間隔は均一でも千鳥状でもよく、中心から中心までの間隔は約10mm以下でありうる。開孔はまた、約9mm以下、約8mm以下、約7mm以下、約6mm以下、約5mm以下、約4mm以下、約3mm以下、又はこれを下回る間隔を置いて配置されうる。
【0035】
[0040]リングは、上述したように、任意の幾何学形状によって特徴付けられてもよく、いくつかの実施形態では、開孔は、リングあたりの開孔のスケーリング関数によって特徴付けられてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、第1の開孔は、図示されたように中心軸に沿ってなど、面板の中心を通って延びうる。開孔の第1のリングは、中心開孔周囲で延び、約4個と約10個との間の開孔など、任意の数の開孔を含みうる。これらの開孔は、各開孔の中心を通って延びる幾何学形状周囲に等間隔に配置されうる。開孔の任意の数の追加のリングは、第1のリングから半径方向外向きに延び、第1のリングの開孔の数の関数となりうる数の開孔を含みうる。例えば、各連続するリング内の開孔の数は、式XRから求められる、各対応するリング内の開孔の数によって特徴付けられうる。ここで、Xは開孔の基本数であり、Rは対応するリング番号である。開孔の基本数は、第1のリング内の開孔の数であり、いくつかの実施形態では、第1のリングが増加した数の開孔を有する場合には、更に後述するように、他の数でありうる。例えば、第1のリングに分布する5つの開孔を有する例示的な面板について、5が開孔の基本数でありうる場合、第2のリングは10個(5×2)の開孔によって特徴付けられ、第3のリングは15個(5×3)の開孔によって特徴付けられ、第20のリングは100個(5×20)の開孔によって特徴付けられうる。これは、前述したように、最大50、50以上、又は約50のリングなど、任意の数の開孔リングにわたって継続しうる。いくつかの実施形態では、面板を横切る複数の開孔の各開孔は、開孔輪郭によって特徴付けられうる。この開孔輪郭は、本技術の実施形態において、同じであっても異なっていてもよい。
【0036】
[0041]
図2Bの部分概略断面図に最もよく示されているように、シャワーヘッド255の第2の表面259は、1つ以上の環状レリーフフィーチャ275を画定しうる。レリーフフィーチャ275は、第2の表面259周囲を360度以下で延びうる。各レリーフフィーチャ275は、第2の表面259から下方に突出するリッジ及び/又は第2の表面259内に延びる溝の形態でありうる。例えば、図示されているように、レリーフフィーチャ275aは、第2の表面259の周囲に延びる環状溝の形態である。レリーフフィーチャ275の断面は一定であってもよく、レリーフフィーチャ275の長さに沿って変化してもよい。レリーフフィーチャ275は、任意の断面形状を有しうる。例えば、いくつかの実施形態では、レリーフフィーチャ275は、高さ(リッジの場合)又は深さ(溝の場合)がレリーフフィーチャ275の幅にわたって一定であるような長方形の断面形状を有しうる。他の実施形態では、レリーフフィーチャ275の断面は、レリーフフィーチャ275の高さ又は深さがレリーフフィーチャ275の幅にわたって変化するように、テーパ状及び/又は輪郭状でありうる。
【0037】
[0042]シャワーヘッド255内に溝及び/又は突出部/リッジ(レリーフフィーチャ275)を含むことにより、基板220上の所与の位置において堆積速度を変化させることができる。これは、シャワーヘッド255及びRFメッシュ270にRF電力が供給されるときに、シャワーヘッド255の第2の表面259とRFメッシュ270との間の電位が変化することに起因しうる。この電位は、シャワーヘッド255の第2の表面259の一部とRFメッシュ270との間の垂直距離に依存する。リッジレリーフフィーチャ275が存在することで、シャワーヘッド255とRFメッシュ270との間の垂直距離が減少し、レリーフフィーチャ275に近接する基板220の部分の電位及び堆積速度が増加しうる。溝のレリーフフィーチャ275が存在することで、シャワーヘッド255とRFメッシュ270との間の垂直距離が増加し、レリーフフィーチャ275に近接する基板220の部分の電位及び堆積速度が低下しうる。このようにして、任意の数の溝及び/又はリッジが第2の表面259に設けられ、シャワーヘッド255の長さに沿ってシャワーヘッド255とRFメッシュ270との間の垂直距離を変化させ、基板220の1つ以上の領域における堆積速度が制御されうる。
【0038】
[0043]図示されているように、レリーフフィーチャ275aは、ヒータポケット217のサイズ及び形状に実質的に対応するサイズ及び形状を有する環状溝の形態である(例えば、溝の各寸法は、ヒータポケット217の対応する寸法の約10%以内である)。溝の内側エッジは、ヒータポケット217の内側エッジのテーパに対応するテーパを有しうる。溝の外側エッジは、ヒータポケット217の外側エッジの輪郭に一致するように輪郭が決定されうる。溝の上面は、ヒータポケット217の上面と一致するように実質的に平坦でありうる。ヒータポケット217の上方(基板220の半径方向外側)に溝を位置付けることによって、低下した電位の効果は、基板220のエッジ領域(例えば、基板220の半径の外側85%、90%、95%、97%、99%など)で表されうる。
【0039】
[0044]レリーフフィーチャ275の高さ及び/又は深さ(及び結果として生じるシャワーヘッド255とRFメッシュ270との間の間隔の変化)は、膜の厚さの所与の変化に対応しうる。一例として、所与の方向への1ミル(又は他の距離)の間隔変更により、およそ210Å(又は他の厚さ)の膜の厚さ補正が行われうる。例えば、10ミルの溝レリーフフィーチャ275は、基板220の対応する領域における膜の厚さをおよそ2100Å減少させうる一方で、10ミルのリッジレリーフフィーチャ275は、基板220の対応する領域における膜の厚さを約2100Å増加させうる。レリーフフィーチャ275の高さ及び/又は深さと膜の厚さとの間の関係に基づいて、各レリーフフィーチャ275のサイズ、位置、及び/又は形状が、基板220の膜の厚さプロファイルを変更するために選択されうる。例えば、1つ以上のリッジレリーフフィーチャが、低堆積の領域に対応するシャワーヘッド255の領域に位置付けられる一方で、1つ以上の溝レリーフフィーチャは、高堆積の領域に対応するシャワーヘッド255の領域に位置付けられうる。。レリーフフィーチャ275の高さ/深さは、約200ミル以下、約150ミル以下、約100ミル以下、約90ミル以下、約80ミル以下、約70ミル以下、約60ミル以下、約50ミル以下、約40ミル以下、約30ミル以下、約20ミル以下、約10ミル以下、約5ミル以下でありうる。多くの場合、各レリーフフィーチャ275の深さ/高さは、約5ミルと100ミルとの間か又はその程度でありうる。
【0040】
[0045]レリーフフィーチャ275の幅にわたる各レリーフフィーチャ275の高さ及び/又は深さは、基板220の所与の領域内の膜の厚さの所望の変化に対応するように選択されうる。したがって、各レリーフフィーチャ275のサイズ及び形状は、平坦なシャワーヘッドを使用する既知の膜化学物質の膜の厚さプロファイルにおけるピーク又は谷を実質的に模倣しうる。これにより、膜堆積速度が変化して、vの大きさを効果的に低減し、基板220の表面にわたってより均一な膜の厚さを実現しうる。例えば、基板220の半径の約75%から基板220の半径の約95%までの基板の領域の膜が厚すぎる場合、この領域の膜の厚さを減少させるのに役立つように、この領域の上方及び/又はわずかに外側のシャワーヘッド255に溝レリーフフィーチャ275が形成されうる。同様に、基板220の半径の約95%から基板220の半径の約98%までの基板の領域の膜が薄すぎる場合、この領域の膜の厚さを増加させるのに役立つように、この領域の上方及び/又はわずかに外側のシャワーヘッド255にリッジレリーフフィーチャ275が形成されうる。
【0041】
[0046]レリーフフィーチャ275は、シャワーヘッド255の開孔260の半径方向外側に形成されてもよく、及び/又は開孔260の少なくとも1つの最外エッジの半径方向内側に形成されてもよい。例えば、図示されているように、開孔260aのサブセットは、レリーフフィーチャ275a内に配置されている。このような場合、シャワーヘッド255全体にわたって均一なフローコンダクタンスを維持するために、各開孔260の下側部分264は一定に保持されうる。開孔260aの場合、これは、各開孔260aの下側部分264がサブセットに含まれない開孔260の下側部分264と同じ長さになりうるように、上側部分262aの長さが短縮される結果となりうる。
【0042】
[0047]
図2Cは、チャンバ200内で利用されうるシャワーヘッド255cを示す。例えば、シャワーヘッド255bは、リッジレリーフフィーチャ275cを含みうる。レリーフ構造275cは、1つ以上の既知の低い領域(平坦なシャワーヘッドなどの異なるシャワーヘッドを使用して実行される堆積工程に基づいて決定されうる)における膜堆積を増加させるように、サイズ、位置、及び/又は形状が決定されうる。輪郭が変化する鋭利な移行点を有するように示されているが、いくつかの実施形態では、移行点は丸みを帯びうる及び/又は他の輪郭を有しうることが理解されよう。このような輪郭形成は、チャンバ200内の流れの均一性の問題防止に役立つ可能性がある。
図2Dは、チャンバ200内で使用されうるシャワーヘッド255dを示す。例えば、シャワーヘッド255dは、溝及びリッジを含むレリーフフィーチャ275dを含みうる。レリーフ構造275dの溝部分280は、1つ以上の既知の高い領域における膜堆積を減少させるようなサイズ、位置、及び/又は形状とされうる。その一方で、レリーフフィーチャ275dのリッジ分285は、1つ以上の既知の低い領域における膜堆積を増加させるようなサイズ、位置、及び/又は形状とされうる。ここでは、溝部分280とリッジ部分285とが境界を共有し、互いに接触している状態で示されているが、いくつかの実施形態では、溝部分280とリッジ部分285とは、互いに半径方向に間隔を置いて配置されてもよい。更に、溝部分280がリッジ部分285の半径方向内側にある状態で示されているが、この相対的位置関係は、様々な実施形態において逆であってもよいことが理解されよう。更に、溝部分及び/又はリッジ部分の任意の数及び/又は組み合わせが、いくつかの実施形態に含まれうることが理解されよう。
【0043】
[0048]
図3は、本技術のいくつかの実施形態による半導体処理の例示的な方法300の工程を示す。本方法は、シャワーヘッド255などの本技術の実施形態によるシャワーヘッドを含みうる、上述の処理チャンバ200を含む様々な処理チャンバにおいて実行されうる。方法300は、本技術による方法のいくつかの実施形態に特に関連する場合もあれば、関連しない場合もある、多数のオプションの工程を含みうる。
【0044】
[0049]方法300は、ハードマスク膜を形成するための工程又は他の堆積工程を含みうる処理方法を含みうる。方法は、方法300を開始する前のオプションの工程を含みうる。或いは、方法は、追加の工程を含みうる。例えば、方法300は、図示されるのとは異なる順序で実行される工程を含みうる。いくつかの実施形態では、方法300は、工程305において、1つ以上の前駆体を処理チャンバに流入させることを含みうる。例えば、前駆体がチャンバ200などのチャンバに流入され、前駆体をチャンバの処理領域内に供給する前に、前駆体をガスボックス、遮蔽板、又はシャワーヘッドのうちの1つ以上を通して流しうる。
【0045】
[0050]いくつかの実施形態では、シャワーヘッドは、溝及び/又はリッジのような1つ以上の環状レリーフフィーチャを画定しうる。レリーフフィーチャは、シャワーヘッドの離散的な位置で、シャワーヘッドと基板支持体内に配置されたRFメッシュとの間に形成される電極間の間隙のサイズを変更しうる。この間隙サイズの変化は、レリーフフィーチャの位置における基板への堆積速度の変化を引き起こす可能性がある。工程310では、プラズマを生成するためにシャワーヘッドにRF電力を供給することなどにより、処理領域内で前駆体からプラズマが生成されうる。プラズマ中で形成された材料は、工程315で基板上に堆積されうる。いくつかの実施形態では、堆積された材料は、基板のエッジにおける厚さが基板の中心領域内の厚さとほぼ同じであることを特徴としうる。例えば、堆積された材料は、基板のエッジに近接する厚さが1500A未満のターゲット均一性を有することを特徴とする。
【0046】
[0051]更に、基板のエッジにおける厚さは、基板の半径に沿った中間又は中心領域に近接する厚さよりも小さい若しくは約9%大きくてもよく、また小さい若しくは約8%大きくてもよく、小さい若しくは約7%大きくてもよく、小さい若しくは約6%大きくてもよく、小さい若しくは約5%大きくてもよく、小さい若しくは約4%大きくてもよく、小さいか若しくは約3%大きくてもよく、小さい若しくは約2%大きくてもよく、小さい若しくは約1%大きくてもよく、又は基板に沿った位置にわたって実質的に類似又は均一であってもよい。既知の膜の厚さの高い領域と低い領域に対応する1つ以上のレリーフフィーチャを有するシャワーヘッドを利用することで、均一性を向上させうる。
【0047】
[0052]上記の記載では、説明を目的として、本技術の様々な実施形態の理解を促すために、数々の詳細が提示されてきた。しかしながら、特定の実施形態は、これらの詳細のいくつかがなくても或いは追加の詳細があっても実施されうることが、当業者には明らかだろう。
【0048】
[0053]いくつかの実施形態を開示してきたが、当業者には、実施形態の精神から逸脱することなく、様々な修正例、代替構造物、及び均等物を使用できることが認識されよう。更に、本技術を不必要に不明瞭にすることを避けるために、多くの周知のプロセス及び要素については記載していない。従って、上記の説明は、本技術の範囲を限定するものと見なされるべきではない。
【0049】
[0054]値の範囲が提供されている場合、文脈上そうでないと明示されていない限り、当然ながら、その範囲の上限値と下限値との間の各介在値は、下限値の最も小さい単位まで具体的に開示されている。記載された範囲の任意の記載値又は記載されていない介在値の間の任意の小さい範囲、そしてその記載範囲のその他の任意の記載された値又は介在する値も含まれる。これら小さい範囲の上限及び下限は、その範囲に個々に含まれ、又はその範囲から除外される場合があり、小さい範囲に限界値のいずれかが含まれる、どちらも含まれない、又は両方が含まれる各範囲もまた、記載された範囲における明確に除外される任意の限界値を条件として、この技術範囲に包含される。記載された範囲に限界値の一方又は両方が含まれる場合、これらの含有限界値のいずれか又は両方を除外する範囲も含まれる。
【0050】
[0055]本明細書及び特許請求の範囲で使用される単数形「a」、「an」、及び「the」は、文脈が他のことを明らかに示していない限り、複数の参照対象を含む。したがって、例えば、「あるヒータ(a heater)」への言及は、複数のこのようなヒータを含み、「その突出部(the protrusion)」への言及は、当業者に知られている1つ以上の突出部及びその均等物などへの言及を含む。
【0051】
[0056]また、「備える(comprise(s))」、「備えている(comprising)」、「含有する(contain(s))」、「含有している(containing)」、「含む(include(s))」、及び「含んでいる(including)」という用語は、本明細書及び特許請求の範囲で使用された場合、記載された特徴、整数、構成要素、又はステップの存在を特定することを意図しているが、1つ以上のその他の特徴、整数、構成要素、工程、動作、又はグループの存在又は追加を除外するものではない。
【国際調査報告】