JP2022547508A - 処理システムおよび反応体ガスを供給する方法 - Google Patents

Abstract

本明細書に記載される実施形態は、概して、処理システムおよび反応体ガスを供給する方法に関する。処理システムは、基板支持システム、注入コーン、および取り入れ口を含む。注入コーンは、線形ラダーを含む。線形ラダーは、注入コーンを通る反応体ガスの流れが基板の特定部分に膜成長がもたらされるように配置される。本方法は、注入コーンを通してガスを流し、下方の基板上にガスを供給することを含む。反応体ガスの局在化は、基板の特定部分での膜成長を可能にする。【選択図】図２Ｂ

Description

本開示の実施形態は、装置および方法に関し、より具体的には、処理システムおよび反応体ガスを供給する方法に関する。

集積回路およびマイクロデバイスにおけるメモリのゲート酸化物、ライナ酸化物、犠牲酸化物、サイドウォール酸化物、フラッシュのトンネル酸化物、酸化物－窒化物－酸化物（ＯＮＯ：ｏｘｉｄｅ－ｎｉｔｒｉｄｅ－ｏｘｉｄｅ）積層体などの製造では、半導体基板は急速な熱酸化によって処理され得る。このプロセスでは、基板を放射熱源で加熱しながら、基板を酸素および水素ベースの反応体ガスに曝して、酸素および水素ラジカルを生成することによって、基板上に酸化物層を形成し得る。酸素ラジカルは、基板の表面に衝突して、酸化物層、例えばケイ素基板上に二酸化ケイ素層を形成する。

従来は、回転可能な基板支持体が、反応体ガスを基板の中心に向かって真っ直ぐに導入すると共に、基板を回転させる。注入システムは、反応体ガスをチャンバ内および基板上に注入し、そこで反応体ガスが基板と反応して所望の層を形成する。従来の注入コーンは、基板表面全体を覆おうとする反応体ガスの広範囲にわたる拡散をもたらす。

従来技術における注入システムに対する１つの欠点は、注入システムが基板の表面上に反応体ガスを均等に分散しないことである。反応体ガスは基板の中心により多く分散し、基板のエッジ付近では分散が少なく、それにより、基板のエッジ付近で成長する酸化物層の厚さは基板の中心またはその付近よりも薄い。例えば、中心とエッジ（ＣＥ：ｃｅｎｔｅｒ－ｔｏ－ｅｄｇｅ）の厚さの差は、許容できないほど大きい。

したがって、改善された処理システムおよび基板上により均一に反応体ガスを分散させる方法が必要とされている。

一実施形態では、本体を含む注入コーンが提供される。本体は、反応体ガスを供給するように構成された第１の部分、および反応体ガスを受け入れるように構成された第２の部分を含む。第１の部分は、底面および１つラダーを含む。第１の部分および第２の部分とは、分割線によって隔てられている。

別の実施形態では、注入コーン、取り入れ口、および基板支持システムを含む処理システムが提供される。注入コーンは、本体を含む。本体は、反応体ガスを供給するように構成された第１の部分、および反応体ガスを受け入れるように構成された第２の部分を含む。第１の部分は、底面および１つ線形ラダーを含む。第１の部分および第２の部分とは、分割線によって隔てられている。取り入れ口は、注入コーンに連結される。取り入れ口は、反応体ガスを供給するように構成される。基板支持システムは、基板支持体を含む。

さらに別の実施形態では、反応体ガスを供給する方法が提供され、当該方法は、反応体ガスを、取り入れ口を通して流すことと、反応体ガスを、注入コーンを通して流すことと、膜が基板の表面上に形成されるように基板支持体の上に配置された基板の表面に反応体ガスを供給することを含む。注入コーンは、本体を含む。本体は、反応体ガスを供給するように構成された第１の部分、および反応体ガスを受け入れるように構成された第２の部分を含む。第１の部分は、底面および線形ラダーを含む。第１の部分および第２の部分とは、分割線によって隔てられている。取り入れ口は、注入コーンに連結される。取り入れ口は、反応体ガスを供給するように構成される。基板支持システムは、基板支持体を含む。

処理システムによって、基板の一部分に膜の局所的な成長が得られる。本方法は、基板上の膜の区分的または連続的な成長を可能にし、したがって、膜の均一性が改善される。

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、上記で簡単に要約した本開示のより具体的な説明を、添付の図面に図示されるいくつかの実施形態を参照して行い得る。しかしながら、添付の図面は本開示の典型的な実施形態のみを図示し、したがって、本開示は他の等しく有効な実施形態を認め得るので、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。

一実施形態による、処理システムの概略図を図示する。 一実施形態による、膜が堆積した後の処理システムの概略上面図を図示する。 一実施形態による、膜が２回堆積した後の処理システムの概略上面図を図示する。 一実施形態による、２つの線形ラダーを備えた注入コーンの概略図を図示する。 一実施形態による、単一の線形ラダーを備えた注入コーンの概略図を図示する。 一実施形態による、反応ガスを供給するための方法の動作のフロー図である。

理解を容易にするために、図面に共通する同一の要素は、可能であれば同一の参照番号を使用して示している。一実施形態で開示された要素は、特定の記載なしに他の実施形態において有益に利用され得ることが意図される。

本明細書に記載される実施形態は、概して、処理システムおよび反応体ガスを供給する方法に関する。処理システムは、基板支持システム、注入コーン、および取り入れ口を含む。注入コーンは、線形ラダーを含む。線形ラダーは、注入コーンを通る反応体ガスの流れが基板の特定部分に膜の堆積がもたらされるように配置される。本方法は、注入コーンを通してガスを流し、下方の基板上にガスを供給することを含む。反応体ガスの局在化は、基板の特定部分での膜成長を可能にする。基板を回転させ、処理を繰り返すことができ、その結果、均一性が改善された膜の層の区分的な成長をもたらす。本開示の実施形態は、膜の区分的成長のための処理システムおよび方法に有用であり得るが、これらに限定されない。

本明細書で使用されるとき、「約」という用語は、公称値から＋／－１０％のばらつきがあることを指す。このようなばらつきは、本明細書で提供される任意の値に含まれることができることが理解されるべきである。

図１Ａは、一実施形態による、処理システム１００の概略上面図を図示し、図１Ｂは処理システムの概略側面図を図示する。図に示すように、処理システム１００は、基板支持システム１７０、注入コーン２００、および取り入れ口１６０を含む。処理システム１００は処理チャンバ１０１に配置され、処理チャンバ１０１は熱成長チャンバのような、基板上に膜を成長させるために使用される従来技術の任意のチャンバとすることができる。処理チャンバ１０１は排気１２０を含み、膜成長からの不要な副生成物は、排気を通して排出される。処理システム１００は、所望の膜が基板上で成長するように、基板支持システム１７０に配置された基板に反応性ガスを堆積させるように構成される。

図に示すように、基板支持システム１７０は、アクチュエータ１０６、シャフト１０７、および基板支持体１０５を含む。基板支持体１０５は、シャフト１０７によって支持され、シャフトはアクチュエータ１０６に連結される。アクチュエータ１０６は、基板支持体１０５をｚ軸回りで回転させるように構成される。アクチュエータ１０６は、基板支持体１０５を連続的または段階的に回転させることができる。アクチュエータ１０６は、基板支持体１０５を時計回りまたは反時計回りに回転させることができる。アクチュエータ１０６は、膜成長中に基板１１０を回転させることができ、または、基板支持体１０５は、膜成長中に静止状態を維持できる。アクチュエータ１０６は、コントローラ（図示せず）によって制御され、コントローラはアクチュエータにコマンドを与える。基板１１０は、基板支持体１０５上で支持される。基板支持体１０５はまた、膜堆積プロセスが基板温度を上げるか、もしくは下げるか、または基板を電気的にバイアスするかどうかに応じて、冷却システム（図示せず）、ヒータ（図示せず）、静電チャック（ＥＳＣ）（図示せず）、または磁気浮上システムも含むことができる。基板支持システム１７０は、基板上の膜成長の前、最中、または後に基板１１０を回転させるように構成される。

基板１１０は、アモルファス誘電体、非アモルファス誘電体、結晶性誘電体、酸化ケイ素、ポリマー、およびこれらの組み合わせを含むが、これらに限定されない、任意の好適な材料を含む。好適な実施例としては、酸化物、硫化物、リン化物、テルル化物、またはそれらの組み合わせが挙げられる。一実施形態では、基板１１０として、ケイ素（Ｓｉ）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）、またはサファイアが挙げられる。基板は、その上に配置された任意の他の追加の層を含むことができる。

反応ガス（矢印１５０によって示される流れ）は、酸素ガス（Ｏ_２）、水素ガス（Ｈ_２）、亜酸化物窒素（Ｎ_２Ｏ）、二酸化炭素（ＣＯ_２）、過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）、オゾン（Ｏ_３）、水（Ｈ_２Ｏ）、アンモニア（ＮＨ_３）、窒素ガス（Ｎ_２）、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、任意の他の中性キャリアガス、上記の任意の組み合わせ、上記から生成される任意のプラズマ、および上記から生成される任意のイオンまたはラジカルのような膜を成長させるために従来技術で使用される任意のプロセスガスとすることができるが、これらに限定されない。一実施例では、基板１１０はＳｉを含み、反応ガスはＯ_２およびＮ_２を含み、堆積膜１１０ｆはＳｉＯ_２を含む。加えて、「成長」および「成長した」という用語は、本開示全体にわたって使用されるが、膜成長または膜堆積を含む、膜を作製する任意の形態が本開示によって包含されることを理解されたい。

基板支持体１０５は、分離線１１７によって、高成長部分１１６と低成長部分１１５とに分けられる。処理システム１００は、基板支持体１０５の高成長部分１１６の上に配置された基板１１０の部分には、膜１１０ｆの成長が、大部分または全体に起こるように構成される。同様に、基板支持体１０５の低成長部分１１５の上に配置される基板１１０の部分には、膜１１０ｆの成長が、ほとんどまたは何も起こらない。このように、膜成長を基板１１０の特定部分に大きく制限することができる。一実施形態によれば、低成長部分１１５および成長部分１１６は、ほぼ同じ面積を有する。

図１Ｃは、一実施形態による、膜１１０ｆが堆積された後の処理システム１００の概略上面図を図示する。図に示すように、膜１１０ｆは、基板支持体１０５の高成長部分１１６の上に配置された基板の部分の大部分またはその上にのみ成長する。

図１Ｄは、一実施形態による、フィルム１１０ｆ’が２回目に成長した後の処理システム１００の概略上面図を図示する。膜１１０ｆを成長させた後、基板支持体１０５の新しい低成長部分１１５’の上に配置された基板１１０の部分の上に膜１１０ｆを配置するように、基板支持体１０５を約１８０°回転させて、膜成長のない基板の部分を、基板支持体１０５の高成長部分１１６の上に配置する。膜１１０ｆ’が基板支持体１０５の新しい高成長部分１１６’の上に配置された基板１１０上に成長するように、成長を繰り返すことができ、その結果、基板全体にわたって膜１１０ｆ、１１０ｆ’の均一な膜成長がもたらされる。他の実施形態では、反応ガスの第２のデリバリは異なるガスを含むことができ、したがって、膜１１０ｆ、１１０ｆ’は異なる材料を含むことができる。

注入コーン２００は、処理チャンバ１０１の壁（図示せず）の窓（図示せず）に配置することができる。注入コーン２００は、基板支持体１０５の表面と角度θａをなすように配置されている（図１Ｂ）。一実施形態によれば、角度θａは約２０°～約３０°である。

図２Ａおよび図２Ｂは、一実施形態による、２つの線形ラダーおよび１つの線形ラダーを備えた注入コーン２００の概略図を図示する。図２Ａに示すように、注入コーン２００Ａは、本体２０１、底面２０２、および２つの線形ラダー２２０を含む。図２Ｂに示すように、注入コーン２００Ｂは、本体２０１、底面２０２、および線形ラダー２２０を含む。図２Ａに図示される実施形態では２つの線形ラダー２２０のみが示され、図２Ｂに図示される実施形態では１つの線形ラダー２２０のみが示されるが、任意の数の線形ラダー２２０を注入コーン２００に含めることができることを理解されたい。本体２０１および線形ラダー２２０は、石英または反応体ガスに反応しない任意の他の材料で作ることができる。注入コーン２００は、分割線２１５によって第１の部分２３１と第２の部分２３０とに分けられ、分割線はｘ方向に平行である。線形ラダー２２０は、第１の部分２３１に配置される。第１の部分２３１および第２の部分２３０は、注入コーン２００を作るために組み合わされる２つの別個のピースであることができ、または第１の部分および第２の部分が同じピースから作られることができる。注入コーン２００は取り入れ口１６０に連結され、取り入れ口は反応ガスを注入コーンに供給する。注入コーン２００は、反応ガスを基板１１０に供給するように構成される。注入コーン２００は、図１Ｄの一方向から基板支持システム１７０に向かって開いているように表されているが、注入コーン２００が他の方向から基板支持システム１７０に向かって開くことも意図される。特に、図２Ａおよび図２Ｂに表す注入コーン２００がＸ軸を中心に反転させることができ、かつ／または基板支持システム１７０を中心に任意の位置で回転させることができる。

注入コーン２００は、分離線２１０によって上部部分２３２と底部部分２３３とに分けられ、分離線２１０はｙ方向に平行である。一実施形態によれば、線形ラダー２２０（例えば、図２Ａ）または線形ラダー２２０（例えば、図２Ｂ）は、反作ガスが注入コーン２００の上部部分２３２の大部分または全体を通って流れるような方法で、各々が配置され、角度付けられる。いくつかの実施形態では、図２Ｂに示すように、本明細書に記載される他の実施形態と組み合わせることができるラダーは、上部部分２３２に配置される。一実施形態によれば、注入コーン２００の分離線２１０は、基板支持体１０５の分離線１１７と平行である。反応体ガスが注入コーン２００の底部部分２３３を通って流れることが可能な場合、反応ガスの大部分は基板領域の大半をそれて、未反応のままであるか、または排気１２０に引き込まれ、反応体ガスを浪費し、低成長部分１１５の上に配置された基板の部分に不均一な膜成長をもたらす。加えて、ラダーのない注入コーンはジェット気流のような流れを呈し、そこでは流れが１つの狭い流れに集中する。本明細書に開示される注入コーン２００は、高成長部分１１６に依然として集中するが、はるかに広い領域に流れ１５０を分散させることを可能にする。

注入コーン２００の上部部分２３２を通る流れ１５０は、基板支持体１０５の高成長部分１１６の上に配置された基板１１０の部分の大部分または全体に膜１１０ｆの成長を可能にする。加えて、線形ラダー２２０による反応体ガスの循環が増大することで、基板１１０との反応ガスの反応速度を増加させ、より速い膜１１０ｆの成長へとつながる。線形ラダー２２０は、高成長部分１１６の上の反応体ガスの一体となった速度（高成長部分１１６の領域に対する）が可能な限り大きく、一方、一体となった速度が高成長部分１１６において可能な限り均一であるように配置される。線形ラダー２２０は、ウェッジのような他のラダー形状よりも流れ１５０の速度を大きくすることが可能である。

線形ラダー２２０は、注入コーン２００の第１の部分２３１内に任意の配列で配置することができる。線形ラダー２２０は、底面２０２に対して角θを有する。いくつかの実施形態によれば、線形ラダー２２０の各々は、同じ角度θまたは異なる角度を有することができる。いくつかの実施形態によれば、角度θは、約５°～約８５°、例えば、約１０°～約４０°、例えば、約２５°～約５５°、または約３５°～約４５°で変化する。いくつかの実施形態では、一実施形態によれば、底面２０２から約１５ｍｍ～約６０ｍｍの距離だけ隔てられた端部２２０Ｅを有する単一の線形ラダーがある。一実施形態によれば、線形ラダー２２０の端部２２０Ｅは、分割線２１５から約３５ｍｍ～約４５ｍｍの距離だけ隔てられている。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができるいくつかの実施形態では、図２Ｂに示すように、ラダー２２０の端部２２０Ｅは、底面２０２から約１２ｍｍ～約５０ｍｍ、例えば、約１２ｍｍ～約４０ｍｍ、例えば、約２５ｍｍ～約４０ｍｍの距離だけ隔てられている。上面２０１と底面２０２との間の総最大距離は、８０ｍｍ未満、例えば、約６０ｍｍ～約７５ｍｍである。一実施形態によれば、複数の線形ラダー２２０がある中で線形ラダーは、約２５ｍｍ～約７５ｍｍの長さを有する。一実施形態によれば、複数の線形ラダー２２０は、注入コーン２００から出る反応体ガスの流れ１５０が約１００以下のレイノルズ数（Ｒｅ：Ｒｅｙｎｏｌｄｓ ｎｕｍｂｅｒ）を有し、流れが層流となるように配置される。

図３は、一実施形態による、反応ガスを供給するための方法３００の動作のフロー図である。方法３００の動作は、図１Ａ～図１Ｄおよび図３に関連して説明されるが、当業者は、本方法の動作を任意の順序で実行するように構成された任意のシステムが、本明細書に記載される実施形態の範囲内に入ることを理解するのであろう。図１Ａ～図１Ｂは、方法３００が開始する前の処理システム１００を図示する。

方法３００は、反応体ガスが取り入れ口１６０を通って流れる動作３１０から始まる。反応体ガスは、上記の反応体ガスのいずれもが可能である。

動作３２０では、反応体ガスは注入コーン２００を通って流れる。注入コーン２００は、上記の実施形態のいずれもが可能である。一実施形態によれば、反応体ガスの流れ１５０は、注入コーン２００の上部部分２３２のみを通って供給される。一実施形態によれば、反応体ガスの流れ１５０は層流である。一実施形態によれば、注入コーン２００を通る反応体ガスの流れ１５０は、約１００以下のＲｅを有する。

動作３３０では、反応体ガスは基板１１０の表面に供給される。反応体ガスは、上記のように、基板１１０の表面と反応する。基板１１０は、約２３℃～約１２００℃の温度で加熱することができる。反応体ガスが基板支持体１０５の高成長部分１１６の上に配置された基板１１０の部分で膜１１０ｆを成長させるように、反応体ガスを供給することができる。一実施形態によれば、膜１１０ｆが形成する体積の約６０％～約９０％以上が、高成長部分１１６に配置される。いくつかの実施形態では、動作３１０、３２０、３３０を実行している間、基板１１０は連続的に回転する。図１Ｃは、基板支持体１０５の高成長部分１１６の上に配置された基板１１０の部分に、膜１１０ｆが堆積された後の処理システム１００を図示する。

任意選択の動作３４０では、膜１１０ｆが基板支持体の新しい低成長部分１１５’の上に配置された基板１１０の部分に配置されるように、基板１１０を約１８０°回転させて、膜成長のない基板の部分を基板支持体の高成長部分１１６の上に配置する。基板支持体１０５の新しい高成長部分１１６’の上に配置された基板１１０に膜１１０’が成長するように、動作３１０、３２０、および３３０が繰り返され、その結果、基板１１０全体にわたって膜１１０ｆ、１１０ｆ’が均一に膜成長する。他の実施形態では、反応ガスの第２のデリバリは異なるガスを含むことができ、したがって、膜１１０ｆ、１１０ｆ’は異なる材料を含むことができる。図１Ｄは、膜１１０ｆ、１１０ｆ’が基板１１０上に堆積された後の処理システム１００を図示する。

上記のように、処理システムが提供される。処理システムは、基板支持システム、注入コーン、および取り入れ口を含む。注入コーンは、１つまたは複数の線形ラダーを含む。線形ラダーは、注入コーンを通る反応体ガスの流れが、基板の特定部分の膜成長をもたらすように配置される。本方法は、注入コーンを通してガスを流し、下方の基板上にガスを供給することを含む。

反応体ガスの局在化により、基板の特定部分での膜成長を可能にする。基板を回転させることができ、および／またはプロセスを繰り返すことができ、その結果、均一性が改善されたフィルム層の区分的または継続的な成長がもたらされる。

上述のものは、本開示の実施形態に向けられているが、本開示の他のおよびさらなる実施形態は、本開示の基本的な範囲から逸脱することなく考案され得て、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。

Claims (20)

1. 注入コーンであって、
   本体であって、
   反応体ガスを供給するように構成された第１の部分であって、
   底面と、
   線形ラダーと、を備える第１の部分と、
   前記反応体ガスを受け入れるように構成された第２の部分であって、前記第１の部分および前記第２の部分が分割線によって隔てられている第２の部分と、
   を備える本体、
   を備える注入コーン。
2. 各線形ラダーが前記底面に平行な軸となす角度が約１０°～約４０°である、請求項１に記載の注入コーン。
3. 各線形ラダーが前記底面となす角度が約２０°～約３０°である、請求項２に記載の注入コーン。
4. 前記線形ラダーが約２５ｍｍ～約７５ｍｍの長さを有する、請求項１に記載の注入コーン。
5. 前記注入コーンが注入分離線によって上部部分と底部部分とに隔てられ、前記線形ラダーが前記注入コーンの前記上部部分に配置される、請求項４に記載の注入コーン。
6. 前記線形ラダーの端部が前記底面から約１２ｍｍ～約４０ｍｍに配置される、請求項１に記載の注入コーン。
7. 処理システムであって、
   基板支持体を備える基板支持システムと、
   注入コーンであって、
   本体であって、
   前記基板支持体の高成長部分に向かって反応体ガスを供給するように構成された第１の部分であって、
   底面と、
   線形ラダーと、を備える第１の部分と、
   前記反応体ガスを受け入れるように構成された第２の部分と、を備える本体、を備える注入コーンと、
   前記注入コーンに連結された取り入れ口であって、前記反応体ガスを前記注入コーンに供給するように構成された取り入れ口と、を備える処理システム。
8. 前記注入コーンが注入分離線によって上部部分と底部部分とに隔てられ、前記処理システムが前記注入コーンの前記上部部分のみを通して反応ガスを供給するように構成される、請求項７に記載の処理システム。
9. 前記基板支持体が支持体分離線によって前記高成長部分と低成長部分とに分けられ、前記支持体分離線が前記注入分離線と平行である、請求項８に記載の処理システム。
10. 前記支持体分離線が、前記高成長部分および前記低成長部分がほぼ等しい面積を各々有するように、前記高成長部分と前記低成長部分とを隔てる、請求項９に記載の処理システム。
11. 前記注入コーンが前記基板支持体のエッジと角度をなすように配置され、前記角度が約２０°～約３０°である、請求項７に記載の処理システム。
12. 反応体ガスを供給する方法であって、
    取り入れ口を通して前記反応体ガスを流すことと、
    注入コーンを通して前記反応体ガスを流すことであって、前記注入コーンが、
    本体であって、
    前記反応体ガスを供給するように構成された第１の部分であって、
    底面と、
    線形ラダーと、を備える第１の部分と、
    前記反応体ガスを受け入れるように構成された第２の部分と、を備える本体、を含む、注入コーンを通して前記反応体ガスを流すことと、
    膜が基板の表面に形成されるように、基板支持体の上に配置された前記基板の前記表面に前記反応体ガスを供給することと、を含む方法。
13. 前記注入コーンが分割線によって上部部分と底部部分とに隔てられ、前記注入コーンが前記注入コーンの前記上部部分のみを通して反応ガスを供給するように構成される、請求項１２に記載の方法。
14. 前記基板が分離線によって高成長部分と低成長部分とに分けられ、前記膜形成の約６０％超が前記基板の前記高成長部分で起こる、請求項１３に記載の方法。
15. 前記分離線が、前記分割線と平行である、請求項１４に記載の方法。
16. 前記注入コーンを通る前記反応体ガスの流れが、層流である、請求項１３に記載の方法。
17. 前記注入コーンを通る前記反応体ガスの前記流れが、約１００以下のレイノルズ数（Ｒｅ）を有する、請求項１６に記載の方法。
18. 各線形ラダーが前記底面となす角度が、約１０°～約４０°である、請求項１２に記載の方法。
19. 前記基板が、前記方法の間、連続的に回転する、請求項１２に記載の方法。
20. 前記反応体ガスを前記供給することの後に、前記基板を約１８０°回転させることと、取り入れ口を通して前記反応体ガスを前記流すこと、注入コーンを通して前記反応体ガスを流すこと、および前記反応体ガスを供給することを繰り返すことと、をさらに含む、請求項１２に記載の方法。

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