Search

JP-2026514779-A - オリフィスにより促進されるヒドロキシル燃焼酸化

JP2026514779AJP 2026514779 AJP2026514779 AJP 2026514779AJP-2026514779-A

Abstract

オリフィス促進水酸燃焼酸化のシステム及び方法は、基板支持体上に配置された基板を有する処理チャンバ内に、少なくとも第１のオリフィスを介して第１のガスを導入することを含む。第２のガスは、複数の第２のオリフィスを介して処理チャンバ内に導入される。複数の第２オリフィスは、少なくとも第１オリフィスに対して実質的に垂直に向けられている。ラジカルは、チャンバを加熱している間、第１のガス及び第２のガスの関数として生成される。 【選択図】図３

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
20230424

Claims (20)

  1. ヒドロキシル促進燃焼のための処理チャンバであって、 基板支持体、 複数のオリフィスであって、 チャンバの第１の側に沿って位置決めされ、前記チャンバの第１の位置に向けられた少なくとも１つの第１のオリフィスと、 前記チャンバの第２の側に沿って位置決めされ、前記第１の位置に向けられた複数の第２のオリフィスであって、前記少なくとも第１オリフィスに対して実質的に垂直である複数の第２のオリフィスと を含む複数のオリフィス コントローラであって、 前記チャンバを加熱することと、 前記少なくとも第１のオリフィスから第１のガスを注入することと、 前記複数の第２オリフィスから第２のガスを注入することと、 熱、前記第１のガス、及び前記第２のガスの関数としてラジカルを生成することと を行うように構成されたコントローラ を備えている処理チャンバ。
  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. 前記複数の第２のオリフィスが、前記チャンバの１面当たり約１から約１５の範囲のオリフィスを含む、請求項１に記載のチャンバ。
  5. 前記複数の第２のオリフィスが、前記チャンバの１面当たり約３から約８のオリフィスである、請求項４に記載のチャンバ。
  6. 前記コントローラが、約５０Ｔｏｒｒを上回る圧力で、約１ｍ／秒から約２０ｍ／秒の速度で前記第１のガスを注入するように構成されている、請求項１に記載の方法。
  7. 前記コントローラが、約５０Ｔｏｒｒを上回る圧力で、約１ｍ／秒から約２０ｍ／秒の速度で前記第２のガスを注入するように構成されている、請求項１に記載の方法。
  8. ヒドロキシル促進燃焼の方法であって、 前記チャンバの第１の側に沿って位置決めされ、前記チャンバの第１の位置に向けられた少なくとも１つの第１のオリフィスを使用して、コントローラを介して前記処理チャンバ内に第１のガスを導入することと、 前記コントローラを介して、前記チャンバの第２の側に沿って位置決めされ、前記第１の位置に向けられた複数の第２のオリフィスを使用して、前記処理チャンバ内に第２のガスを導入することであって、前記第１の位置で前記第１のガスと前記第２のガスとが交差するように、前記複数の第２のオリフィスが前記少なくとも第１のオリフィスに対して実質的垂直方向に向けられている、前記処理チャンバ内に第２のガスを導入することと、 前記チャンバを加熱している間に、前記第１のガス及び前記第２のガスの関数としてラジカルを生成することと をさらに含む、請求項１に記載の方法。
  9. 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８に記載の方法。
  10. 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８に記載の方法。
  11. 前記第１のガスが、約５ｓｌｍから約４０ｓｌｍの体積流量で注入される、請求項８に記載の方法。
  12. 前記第１のガスが、約９．４ｓｌｍの体積流量で注入される、請求項１１に記載の方法。
  13. 前記第１のガスが、約５０Ｔｏｒｒを上回る圧力で、約１ｍ／秒から約２０ｍ／秒の速度で注入される、請求項８に記載の方法。
  14. 前記第１のガスが、約５０Ｔｏｒｒを上回る圧力で、約１０ｍ／秒の速度で注入される、請求項１３に記載の方法。
  15. 前記第２のガスが、約５ｓｌｍから約４０ｓｌｍの体積流量で注入される、請求項８に記載の方法。
  16. 前記第２のガスが、約２２ｓｌｍの体積流量で注入される、請求項１５に記載の方法。
  17. 前記第２のガスが、約５０Ｔｏｒｒを上回る圧力で、約１ｍ／秒から約２０ｍ／秒の速度で注入される、請求項８に記載の方法。
  18. 前記第２のガスが、約５０Ｔｏｒｒを上回る圧力で、約１０ｍ／秒の速度で注入される、請求項１７に記載の方法。
  19. 前記処理チャンバを加熱することが、約７００℃から約１，０００℃の温度まで加熱することを含む、請求項８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、チャンバの第１の側に沿って位置決めされ、前記チャンバの第１の位置に向けられた少なくとも１つの第１のオリフィスを使用して、前記処理チャンバ内に第１のガスを導入することと、 前記コントローラを介して、前記チャンバの第２の側に沿って位置決めされ、前記第１の位置に向けられた複数の第２のオリフィスを使用して、前記処理チャンバ内に第２のガスを導入することであって、前記第１のガスと前記第２のガスとが前記第１の位置で交差するように、前記複数の第２のオリフィスが前記少なくとも第１のオリフィスに対して実質的に垂直方向に向けられている、前記処理チャンバ内に第２のガスを導入することと、 前記チャンバを加熱している間、前記第１のガス及び前記第２のガスの関数とし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、及び関連する方法に関する。 ［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配置され、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、低圧、酸素ラジカル要件、例えば１０Ｔｏｒｒ未満のため、多くの不均一な酸化が、種々の基板領域、例えば、メモリ孔の近位部分又はメモリ孔の遠位部分において発生する。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、基板のメモリ孔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孔を使用する場合にはさらに複雑であり、メモリ孔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、第１のオリフィス及び複数の第２のオリフィスを含む複数のオリフィスを含む。第１のオリフィスは、チャンバの第１の側に沿って位置決めされ、チャンバの第１の位置に向けられている。複数の第２のオリフィスは、チャンバの第２の側に沿って位置決めされ、チャンバの第１の位置に向けられている。複数の第２オリフィスは、少なくとも第１オリフィスに対して実質的に垂直である。処理チャンバは、コントローラを含む。コントローラは、処理チャンバを加熱することと、少なくとも第１のオリフィスから第１のガスを注入することと、複数の第２のオリフィスから第２のガスを注入することと、熱、第１のガス、及び第２のガスの関数とし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。 ［０００６］別の態様では、本開示は、オリフィス促進ヒドロキシル燃焼酸化の方法を提供する。当該方法は、コントローラを介して、チャンバの第１の側に沿って位置決めされ、かつチャンバの第１の位置に向けられた少なくとも第１のオリフィスを使用して、処理チャンバ内に第１のガスを導入することを含む。第２のガスは、コントローラを介して、チャンバの第２の側に沿って位置決めされ、かつ第１の位置に向けられた複数の第２のオリフィスを使用して、処理チャンバ内に導入される。複数の第２オリフィスは、少なくとも第１オリフィスに対して実質的に垂直に向けられている。チャンバを加熱している間、ラジカルが第１のガス及び第２のガスの関数として生成される。 ［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、チャンバの第１の側に沿って位置決めされ、かつチャンバの第１の位置に向けられた少なくとも第１のオリフィスを使用して、処理チャンバ内に第１のガスを導入するように構成されている。第２のガスは、コントローラを介して、チャンバの第２の側に沿って配置され、かつ第１の位置に向けられた複数の第２のオリフィスを使用して、処理チャンバ内に導入される。複数の第２オリフィスは、少なくとも第１のオリフィスに対して実質的に垂直に向けられている。チャンバを加熱している間、ラジカルが第１のガス及び第２のガスの関数として生成される。 ［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、その幾つかを添付の図面に示す。しかし、本開示は他の等しく有効な実施形態も許容し得ることから、付随する図面は例示的な実施形態のみを示すものであり、したがって、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。 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、複数の第１のオリフィス及び複数の第２のオリフィスを有する処理チャンバの図を示す。本開示の実施形態による、複数の第１のオリフィス及び複数の第２のオリフィスを有する処理チャンバの図を示す。図４Ａは、４つの高速オリフィス及び複数の第２のオリフィスを有する基板チャンバの図を示す。図４Ｂは、６つの第１のオリフィス及び複数の第２のオリフィスを有する基板チャンバの図を示す。本開示の実施形態による、オリフィス促進ヒドロキシル燃焼酸化の方法の概略図である。本開示の実施形態に係る、基板のメモリ孔の概略図を示す。図６Ａは、酸化前のメモリ孔を示す。図６Ｂは、ヒドロキシルラジカルの流動の間のメモリ孔を示す。図６Ｃは、ヒドロキシルラジカル燃焼酸化後のメモリ孔を示す。本開示の実施形態に係る、基板上のラジカル酸化のプルームスペクトルを示す。 ［００１６］理解が容易になるよう、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ために同一の符号を使用した。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。 ［００１７］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、増加した酸素ラジカル又は増加した水酸化物ラジカルを形成し、メモリ孔の外層を酸化するために使用することを可能にし得る。 ［００１８］特定の態様では、システムは、燃料及び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注入し得る。オリフィス又はノズルは、高圧チャンバが利用され得るように、ＳｉＯ２の均一な酸化層を促進するウエハ又は基板の上に燃焼反応物質を広げるのに十分なガス速度を有するクロスフローを提供し得る。 ［００１９］処理チャンバ ［００２０］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の処理領域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領域１８に向かって上向きに向くように、向けられ得る。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、ほとんどの部分の特徴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。 ［００２１］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、ウィンドウ２０の上方に配置され、ウィンドウ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、ウィンドウ２０の上方に六角形の密集したアレイ状に配置されたそれぞれの反射チューブ２７内に配置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。ランプ２６のアレイは、基板の熱処理を容易にする。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。 ［００２２］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℃から約１，０００℃までの温度範囲、例えば、約７００℃、約８００℃、約９００℃、約１，０００℃等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幾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、及び幾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。 ［００２３］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よりも大きい領域に対して平行に、及び当該領域の上方に延在する。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。特定の実施形態では、リフレクタ２８は、より不規則な表面を有し得るか、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得る。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の処理領域は、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ィンドウ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。 ［００２４］均一性を改善する１つの方法は、処理チャンバ１０の外側に配置された回転可能なフランジ３２に磁気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、フランジ３２を回転させ、したがって、基板をその中心３４の周