Search

JP-2026514768-A - プレナムによって生じるヒドロキシル燃焼酸化

JP2026514768AJP 2026514768 AJP2026514768 AJP 2026514768AJP-2026514768-A

Abstract

プレナムにより生じるヒドロキシル燃焼酸化のための方法及び処理チャンバ。混合物がプレナム内で生成される。混合物は、第１の入口から注入された第１の反応性ガスと、第２の入口から注入された第２の反応性ガスとを含む。混合物は、処理チャンバの基板に向かって、炎ガス速度よりも速いジェットガス速度で注入される。ラジカルは、チャンバを加熱している間に、第１のガス及び第２のガスに応じて生成される。 【選択図】図４

Inventors

  • オルセン， クリストファー エス．
  • ヒルミー， サーメフ
  • ロー， ヘンゼル
  • ショウノ， エリック キハラ

Assignees

  • アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド

Dates

Publication Date
20260513
Application Date
20240404
Priority Date
20230425

Claims (20)

  1. 処理チャンバであって、 基板支持体と、 コントローラであって、 第１の複数の入口を介してプレナム内の第１の反応性ガスを受け取ることと、 第２の複数の入口を介して前記プレナム内の第２の反応性ガスを受け取ることと、 前記第１の反応性ガスと前記第２の反応性ガスとの混合物を生成することと、 前記処理チャンバを加熱することと、 前記混合物を、前記プレナムから前記基板支持体へと、炎ガス速度よりも速いジェットガス速度で注入することと、 熱と前記混合物に応じてラジカルを生成することと、 を行うように構成されている、コントローラと、 を含む、処理チャンバ。
  2. 前記第１のガスが、Ｈ ２ 又はＯ ２ を含む反応性ガスである、請求項１に記載のチャンバ。
  3. 前記第２のガスが、Ｈ ２ 又はＯ ２ を含む反応性ガスであり、前記第２のガスが前記第１のガスとは異なる、請求項２に記載のチャンバ。
  4. 前記複数の入口が少なくとも３つの入口を含み、前記複数の出口が約３個から約２０個のオリフィスを含む、請求項１に記載のチャンバ。
  5. 前記プレナムが、前記処理チャンバの第１の側に位置する、請求項１に記載のチャンバ。
  6. 前記処理チャンバの第２の側に位置する第２のプレナムをさらに含む、請求項５に記載のチャンバ。
  7. 前記処理チャンバの第３の側に位置する第３のプレナムをさらに含む、請求項６に記載のチャンバ。
  8. プレナムによって生じるヒドロキシル燃焼酸化の方法であって、 コントローラを介して、プレナム内に混合物を生成することであって、前記混合物が、第１の入口から注入された第１の反応性ガスと、第２の入口から注入された第２の反応性ガスとを含む、混合物を生成することと、 チャンバの第１の側に沿って前記チャンバの第１の位置に向かって位置決めされた複数のオリフィスを使用して、前記コントローラを介して前記混合物を注入することであって、前記混合物を注入することが、炎ガス速度よりも速いジェットガス速度を含む、混合物を注入することと、 前記チャンバを加熱している間に、前記混合物に応じてラジカルを生成することと、 をさらに含む、方法。
  9. 前記混合物が、第３の入口から注入された不活性ガスを含む、請求項８に記載の方法。
  10. 前記不活性ガスが、Ａｒ、Ｎ ２ 、及びＨｅから選択される、請求項９に記載の方法。
  11. 前記混合物を注入することが、勾配に従って前記混合物を注入することを含む、請求項９に記載の方法。
  12. 前記勾配が、前記プレナムによって注入される第１のジェットガス速度を含む、請求項１１に記載の方法。
  13. 前記勾配が、前記プレナムによって注入される第２のジェットガス速度を含む、請求項１２に記載の方法。
  14. 前記勾配が、前記プレナムによって注入される第３のジェットガス速度を含む、請求項１３に記載の方法。
  15. 前記第１の反応性ガスが、Ｈ ２ 又はＯ ２ を含む反応性ガスである、請求項８に記載の方法。
  16. 前記第２の反応性ガスが、Ｈ ２ 又はＯ ２ を含む反応性ガスであり、前記第２の反応性ガスが前記第１の反応性ガスとは異なる、請求項１５に記載の方法。
  17. 前記複数のオリフィスが、約３個から約２０個のオリフィスを含む、請求項８に記載の方法。
  18. 前記コントローラを介して第２のプレナム内に混合物を生成することと、 前記チャンバの第２の側に沿って位置決めされた複数のオリフィスを使用して、前記コントローラを介して前記混合物を注入することであって、前記混合物を注入することが、炎ガス速度よりも速いジェットガス速度を含む、前記混合物を注入することと、 をさらに含む、請求項８に記載の方法。
  19. 前記コントローラを介して第３のプレナム内に混合物を生成することと、 前記チャンバの第３の側に沿って位置決めされた複数のオリフィスを使用して、前記コントローラを介して前記混合物を注入することであって、前記混合物を注入することが、炎ガス速度よりも速いジェットガス速度を含む、前記混合物を注入することと、 をさらに含む、請求項１８に記載の方法。
  20. コンピュータ可読媒体であって、 コントローラを介して、プレナム内に混合物を生成することであって、前記混合物が、第１の入口から注入された第１の反応性ガスと、第２の入口から注入された第２の反応性ガスとを含む、混合物を生成することと、 前記チャンバの第１の側に沿って前記チャンバの第１の位置に向かって位置決めされた複数のオリフィスを使用して、前記コントローラを介して、前記混合物を注入することであって、前記混合物を注入することが、炎ガス速度よりも速いジェットガス速度を含む、混合物を注入することと、 前記チャンバを加熱している間に、前記混合物に応じてラジカルを生成することと、 を行うように構成されている、コンピュータ可読媒体。

Description

［０００１］本開示の実施形態は、概して、基板を処理するための処理チャンバに関する。 ［０００２］半導体基板などの基板の処理においては、基板は、処理チャンバ内の支持体上に置かれ、処理チャンバ内で適切な処理条件が維持される。例えば、基板を化学的に処理するために、制御された酸化プロセスにおいて基板を酸化させることができる。基板は、例えば、チャンバ内の基板の上方及び／又は下方に配置された化学物質のアレイによって酸化され得る。酸化処理は、例えば、窒化ケイ素を酸化ケイ素又は酸窒化ケイ素に酸化するために使用することができる。 ［０００３］基板全体での酸化プロセスの変動は、基板の不均一な処理をもたらし得ることが観察されている。現在、多くの不均一な酸化が、種々の基板領域、例えば、メモリホールの近位部分又はメモリホールの遠位部分で起こる。これは、低圧ラジカル酸化要件、例えば、１０Ｔｏｒｒ未満が原因である。残念ながら、高圧酸化プロセスは、酸化ラジカルが急冷されるか又は急速に減衰するため、ほとんど成功していない。高圧酸化プロセスからのラジカルが形成され、基板のメモリホールに十分に浸透できず、均一な酸化反応が保証される。これは、高いアスペクト比を有するメモリホールを使用する場合にはさらに複雑であり、メモリホールの各ノードについて表面積が１０～２０％増加し続ける。 ［０００４］したがって、酸化プロセスの改善された方法及び装置が必要とされている。 ［０００５］一態様では、本開示は処理チャンバを提供する。処理チャンバは、基板支持体を含む。処理チャンバは、コントローラを含む。コントローラは、第１の複数の入口を介してプレナム内の第１の反応性ガスを受け取り、第２の複数の入口を介してプレナム内の第２の反応性ガスを受け取り、第１の反応性ガスと第２の反応性ガスとの混合物を生成し、処理チャンバを加熱し、プレナムから基板支持体へ、炎ガス速度よりも速いジェットガス速度で混合物を噴射し、熱及び混合物に応じてラジカルを生成するように構成されている。 ［０００６］別の態様では、本開示は、プレナム反応物の混合によって生じるヒドロキシル燃焼酸化の方法を提供する。本方法は、コントローラを介して、プレナム内で混合物を生成することを含む。混合物は、第１の入口から注入された第１の反応性ガス、及び第２の入口から注入された第２の反応性ガスを含む。混合物は、コントローラを介して、炎ガス速度よりも速いジェットガス速度で、チャンバの第１の位置に向かって注入される。チャンバを加熱している間に、第１のガス及び第２のガスに応じてラジカルが生成される。 ［０００７］別の態様では、本開示は、コンピュータ可読媒体を提供する。コンピュータ可読媒体は、コントローラを介してプレナム内に混合物を生成するように構成され、混合物は、第１の入口から注入された第１の反応性ガスと、第２の入口から注入された第２の反応性ガスとを含む。混合物は、チャンバの第１の側に沿ってチャンバの第１の位置に向かって位置決めされた複数のオリフィスを使用して、コントローラを介して注入され、混合物は、炎ガス速度よりも速いジェットガス速度で注入される。チャンバを加熱している間に、混合物に応じてラジカルが生成される。 ［０００８］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、実施形態を参照することによって行うことができ、そのいくつかを添付の図面に示す。しかし、他の等しく有効な実施形態も許容され得ることから、付随する図面は典型的な実施形態しか例示しておらず、従って、そ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。 本開示の実施形態による、基板支持体を有する例示的な急速熱処理チャンバを概略的に示す。本開示の実施形態による、支持リングの断面図の概略図である。本開示の実施形態による、複数のオリフィスを有するプレナムの図を示す。図３Ａは、ガスを注入して処理チャンバを部分的に覆うように構成されたプレナムを示す。図３Ａは、ガスを注入して処理チャンバの基板を覆うように構成されたプレナムを示す。本発明の実施形態による、ガスを注入して処理チャンバを部分的に覆うように構成された複数のプレナムを有する基板チャンバの図を示す。本発明の実施形態による、処理チャンバにガスを注入するように構成された複数のプレナムを有する基板チャンバの図を示す。本発明の実施形態による、ガスを注入して処理チャンバの基板を覆うように構成された複数のプレナムを有する基板チャンバの図を示す。本開示の実施形態に係る、基板のメモリホールの概略図を示す。図７Ａは、酸化前のメモリホールを示す。図７Ｂは、ヒドロキシルラジカルが流れている間のメモリホールを示す。図７Ｃは、ヒドロキシルラジカル燃焼酸化後のメモリホールを示す。本開示の実施形態による、処理チャンバ内でラジカルを生成する方法の概略図である。本開示の実施形態に係る、様々な混合比を処理チャンバ内に注入する概略図を示す。 ［００１８］理解を容易にするために、可能な場合には、複数の図に共通する同一の要素を指し示すのに、同一の参照番号を使用した。ある実施形態の要素及び特徴は、さらなる記述がなくても、他の実施形態に有益に組み込むことができると考えられている。 ［００１９］本開示は、共形性、スループット、及び酸化物の品質を維持しながら、高圧ラジカル酸化プロセスを提供するためのシステムを提供する。特定の態様では、システムは、酸化プロセスのために酸素ラジカルの増加又は水酸化物ラジカルの増加を形成することを可能にし得る。 ［００２０］特定の態様では、システムは、燃料酸化燃焼反応を促進する複数のオリフィス又はノズルのために、高圧酸化反応を実行することができる。オリフィス又はノズルは、水素ガス、酸素ガス、又は不活性ガスなどの１つ又は複数の反応性ガスを放出し得る。オリフィス又はノズルは、酸化プロセスの形状及び位置に対するより多くの制御が実現可能になるように、ウエハ上のガスのより良好な広がりを提供することができる。オリフィスは、炎が上流に戻るのを防ぐために、高圧（例えば、５０～２００Ｔｏｒｒ）で３ｍ／ｓを超える速度で１つ又は複数の反応性ガスを注入し得る。例えば、オリフィスは、炎が上流に戻るのを防ぐために、１０ｍ／ｓを超える速度で、高圧（例えば、５０～２００Ｔｏｒｒ）で１つ又は複数の反応性ガスを注入し得る。約３ｍ／ｓから約１０ｍ／ｓを上回る速度は、火炎速度よりも速く、酸化反応を促進しつつ、基板の効率的かつ堅牢な酸化を維持することができる。 ［００２１］処理チャンバ ［００２２］図１は、急速熱処理チャンバ１０を概略的に示す。基板１２、例えば、熱処理されるシリコン基板などの半導体基板は、バルブ又はアクセスポート１３を通過して、処理チャンバ１０の処理エリア１８内に入る。基板１２は、環状の支持リング１４によって周縁に支持されている。エッジリップ１５が、環状支持リング１４の内側に延び、基板１２の周縁に接触する。基板は、基板１２の前面に既に形成された処理済みフィーチャ１６が、透明な石英ウインドウ２０によって上側に画定された処理エリア１８に向かって上向きに向くように、配向され得る。つまり、基板１２の前面は、ランプ２６のアレイに向いている。処理されたフィーチャが形成された基板１２の前面は、ランプ２６のアレイとは反対側に面し、すなわち、パイロメータ４０の方を向き得る。概略図とは対照的に、ほとんどの部分のフィーチャ１６は、基板１２の前面を越えて実質的な距離を突出せず、前面の平面内及び平面付近にパターニングを構成する。 ［００２３］基板がパドル又はロボットブレード（図示せず）の間に渡され、基板が処理チャンバ内に運ばれ、支持リング１４上に上げられると、基板１２の裏側を支持するために、３つのリフトピンなどの複数のリフトピン２２が上昇及び下降し得る。放射加熱装置２４は、ウインドウ２０の上方に位置決めされ、ウインドウ２０を通って放射エネルギーを基板１２に向けて方向付けるように構成される。処理チャンバ１０内では、放射加熱装置は、ウインドウ２０の上方に六角形の密集したアレイ状に配列されたそれぞれの反射チューブ２７内に位置決めされた高強度タングステンハロゲンランプ２６の、例示的な数である多数の４０９を含み得る。ランプ２６のアレイは、ランプヘッドと呼ばれることもある。しかしながら、他の放射加熱装置が置換されてもよいと考えられている。一般的に、これには、放射源の温度を急速に上昇させるための抵抗加熱が含まれる。好適なランプの例は、フィラメントを囲むガラス又はシリカのエンベロープを有する水銀蒸気ランプ、及び、ガスが励起されると熱源を提供する、キセノンなどのガスを囲むガラス又はシリカのエンベロープを備えるフラッシュランプを含む。本明細書で使用される場合、ランプという用語は、熱源を取り囲むエンベロープを含むランプを覆うことを意図している。ランプの「熱源」とは、基板の温度を上げることができる材料又は要素、例えば、エネルギーを与えることができるフィラメント又はガス、又はＬＥＤ若しくは固体レーザ及びレーザダイオードなどの放射を注入する材料の固体領域を指す。 ［００２４］本明細書で使用される場合、急速熱処理又はＲＴＰは、約５０℃／秒以上の速度、例えば、約１００℃／秒から１５０℃／秒、及び約２００℃／秒から４００℃／秒の速度で、基板を均一に加熱することができる装置又はプロセスを指す。温度は、約７００℃～約１，０００℃の温度範囲、例えば、約７００℃、約８００℃、約９００℃、約１，０００℃などに均一に加熱され得る。温度は、約８００℃まで均一に加熱され得る。ＲＴＰチャンバ内の典型的なランプダウン（冷却）速度は、約８０℃／秒から１５０℃／秒の範囲内である。ＲＴＰチャンバ内で実行されるいくつかのプロセスでは、摂氏数度未満の基板全体にわたる温度の変動が利用される。このような加熱制御システムを有するＲＴＰチャンバは、５秒未満、例えば１秒未満、及びいくつかの実施形態では、ミリ秒でサンプルをアニールし得る。 ［００２５］基板１２全体の温度を基板１２全体で厳密に定義された温度に制御することにより、処理の均一性が向上する。均一性を改善する１つの受動的手段は、基板１２の下方に配置されたリフレクタ２８を含み得る。リフレクタ２８は、基板１２と平行に、かつ基板１２よりも広いエリアにわたって延びている。リフレクタ２８は、基板１２から放出された熱放射を基板１２に向かって効率的に反射して、基板１２の見かけ放射率を高める。基板１２とリフレクタ２８との間の間隔は、約３ｍｍから９ｍｍの間であってよく、空洞の厚みに対する幅のアスペクト比は、有利には、２０よりも大きい。アルミニウムで作られ、反射性の高い表面コーティング又は多層誘電体干渉ミラーを有し得るリフレクタ２８の上部、及び基板１２の裏側は、基板の有効放射率を高めるための反射キャビティを形成し、これにより、温度測定の精度が向上する。リフレクタ２８は、より不規則な表面を有してもよく、又は黒体壁により密接に類似するように黒色又は他の色の表面を有してもよい。リフレクタ２８は、第２の壁５３上に堆積され得る。第２の壁５３は、特に冷却中に、基板からの過剰な放射をヒートシンクするために金属で作られた水冷基部５３である。したがって、処理チャンバ１０の処理エリアは、少なくとも２つの実質的に平行な壁を有し、そのうちの第１の壁は、石英などの放射に対して透明な材料で作られたウインドウ２０であり、第１の壁に対して実質的に平行であり、著しく透明でない金属で作られた第２の壁５３である。 ［００２６］均一性を改善する１つの方法は、処理チャンバ１０の外側に位置決めされた回転可能なフランジ３２に磁気的に結合された回転可能なシリンダ３０上で支持リング１４を支持することを含む。モータ（図示せず）は、フ