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JP-2026514808-A - オリフィス包囲を伴う低圧ヒドロキシル燃焼

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Abstract

ヒドロキシル促進燃焼のため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１のオリフィス及び複数の第２のオリフィスは、複数の第２のオリフィスの各第２のオリフィスが複数の第１のオリフィスの少なくとも第１のオリフィスによって少なくとも部分的に囲まれるように、交互パターンで方向付けられる。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４Ａ

Inventors

  • オルセン， クリストファー エス．
  • ヘルミー， サメ
  • 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. ヒドロキシル促進燃焼のための処理チャンバであって、前記チャンバは、 基板支持体と、 複数の交互オリフィスであって、 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の位置に向かって方向付けられた複数の第１のオリフィス、及び 前記チャンバの前記第１の側に沿って位置決めされ、前記チャンバの前記第１の位置に向かって方向付けられた複数の第２のオリフィスを含み、 前記複数の第１のオリフィス及び前記複数の第２のオリフィスは、前記複数の第２のオリフィスの各第２のオリフィスが前記複数の第１のオリフィスのうちの少なくとも第１のオリフィスによって少なくとも部分的に囲まれるように、交互パターンで方向付けられている、複数の交互オリフィスと、 コントローラと、を備え、前記コントローラは、 前記処理チャンバを加熱することと、 前記複数の第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、チャンバ。
  2. 前記複数の交互オリフィスが、前記チャンバの１つの側につき約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。
  3. 前記複数の交互オリフィスが、前記チャンバの１つの側につき約３から約８のオリフィスである、請求項２に記載のチャンバ。
  4. 前記第１の位置が、前記チャンバの中央開口部を含む、請求項１に記載のチャンバ。
  5. 前記第１の位置が、前記基板支持体のエッジを含む、請求項１に記載のチャンバ。
  6. 前記第１の位置が、前記処理チャンバの半径の半分を含む、請求項１に記載のチャンバ。
  7. 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２の位置に向かって方向付けられた前記複数の第１のオリフィス、及び 前記チャンバの前記第１の側に沿って位置決めされ、前記チャンバの前記第２の位置に向かって方向付けられた前記複数の第２のオリフィス をさらに備えている、請求項１に記載のチャンバ。
  8. 前記第２の位置が、前記チャンバの中央開口部、前記基板支持体のエッジ、又は前記処理チャンバの半径の半分から選択される、請求項７に記載のチャンバ。
  9. 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３の位置に向かって方向付けられた前記複数の第１のオリフィス、及び 前記チャンバの前記第１の側に沿って位置決めされ、前記チャンバの前記第３の位置に向かって方向付けられた前記複数の第２のオリフィス をさらに備えている、請求項１に記載のチャンバ。
  10. 前記第３の位置が、前記チャンバの中央開口部、前記基板支持体のエッジ、又は前記処理チャンバの半径の半分から選択される、請求項９に記載のチャンバ。
  11. ヒドロキシル促進燃焼の方法であって、 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の位置に向けて方向付けられた少なくとも第１のオリフィスを使用して、コントローラによって、基板支持体を有する処理チャンバ内に第１のガスを導入することと、 前記チャンバの第２の側に沿って配置され前記第１の位置に向けて方向付けられた複数の第２のオリフィスを使用して、前記コントローラによって、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、 前記複数の第１のオリフィス及び前記複数の第２のオリフィスが、前記第１のガスと前記第２のガスの混合を促進するために、前記複数の第２のオリフィスの各第２のオリフィスが前記少なくとも１つの第１のオリフィスによって囲まれるように、交互パターンで方向付けられていることと、 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 を含む方法。
  12. 前記第１の位置が、前記チャンバの中央開口部を含む、請求項１１に記載の方法。
  13. 前記第１の位置が、前記基板支持体のエッジを含む、請求項１１に記載の方法。
  14. 前記第１の位置が、前記処理チャンバの半径の半分を含む、請求項１１に記載の方法。
  15. 前記第１のガス及び前記第２のガスが、それぞれ独立して、約５ｓｌｍから約４０ｓｌｍの体積流量で注入される、請求項１１に記載の方法。
  16. 前記第１のガス及び前記第２のガスが、それぞれ、約５０Ｔｏｒｒを上回る圧力において、１ｍ／ｓから約２０ｍ／ｓの速度で別々に注入される、請求項１１に記載の方法。
  17. 前記第１のガスが、約５０Ｔｏｒｒを上回る圧力で１０ｍ／ｓの速度で注入される、請求項１６に記載の方法。
  18. 前記第２のガスが、約５０Ｔｏｒｒを上回る圧力で１０ｍ／ｓの速度で注入される、請求項１６に記載の方法。
  19. 前記処理チャンバを約７００℃から約１，０００℃の温度に加熱することをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
  20. コンピュータ可読媒体であって、 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の位置に向かって方向付けられた少なくとも第１のオリフィスを使用して、コントローラによって、基板支持体を有する処理チャンバ内に第１のガスを導入することと、 前記チャンバの第２の側に沿って位置決めされ前記第１の位置に向けて方向付けられた複数の第２のオリフィスを使用して、前記コントローラによって、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、 前記複数の第１のオリフィス及び前記複数の第２のオリフィスが、前記第１のガスと前記第２のガスの混合を促進するために、前記複数の第２のオリフィスの各第２のオリフィスが前記少なくとも１つの第１のオリフィスによって囲まれるように、交互パターンで方向付けられていることと、 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、低い圧力要件（例えば、１０Ｔｏｒｒ未満）のために、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）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更に複雑であり、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、ヒドロキシル促進燃焼のための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、複数の第１のオリフィスと、複数の第２のオリフィスの各第２のオリフィスが複数の第１のオリフィスの少なくとも第１のオリフィスによって少なくとも部分的に囲まれるように交互パターンで方向付けられた複数の第２のオリフィスとを含む複数の交互オリフィスを含む。処理チャンバは、コントローラを含む。コントローラは、処理チャンバを加熱し、複数の第１のオリフィスから第１のガスを注入し、複数の第２のオリフィスから第２のガスを注入し、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。 ［０００６］別の態様では、本開示は、ヒドロキシル促進燃焼の方法を提供する。本方法は、基板支持体上に基板が配置された処理チャンバ内に、少なくとも第１のオリフィスを使用して、コントローラによって第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のオリフィスを使用して、コントローラによって処理チャンバ内に導入される。複数の第１のオリフィス及び複数の第２のオリフィスは、複数の第２のオリフィスの各第２のオリフィスが複数の第１のオリフィスの少なくとも第１のオリフィスによって少なくとも部分的に囲まれるように、交互パターンで方向付けられる。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。 ［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、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のオリフィスを使用して、コントローラによって第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、複数の第２のオリフィスを使用して、コントローラによって処理チャンバ内に導入される。複数の第１のオリフィス及び複数の第２のオリフィスは、複数の第２のオリフィスの各第２のオリフィスが複数の第１のオリフィスの少なくとも第１のオリフィスによって少なくとも部分的に囲まれるように、交互パターンで方向付けられる。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。 ［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、付随する図面は、例示的な実施形態のみを示しており、したがって実施形態の範囲を限定するものと見なされるべきではなく、他の等しく有効な実施形態を許容しうることに、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、オリフィスを有する処理チャンバの図を示す。本発明の実施形態による、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基板チャンバの図を示す。図４Ａは、第１のオリフィスと第２のオリフィスの第１の配向を有する基板チャンバの図を示す。図４Ｂは、第１のオリフィスと第２のオリフィスの第２の向きにある基板チャンバの図を示す。本発明の実施形態による、第１のオリフィス及び第２のオリフィスの第３の配向を有する基板チャンバの図を示す。ガスの混合物を注入するための複数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。第２のオリフィスを取り囲む複数の第１のオリフィスの図を示す。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９Ａは、酸化前のメモリホールを示す。図９Ｂは、ヒドロキシラジカルの流動の間のメモリホールを示す。図９Ｃ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。 ［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。例えば、オリフィスは、適切な燃焼酸化を確実にするために、各第２のオリフィスが少なくとも２つの第１のオリフィスによって少なくとも部分的に囲まれるように方向付けられ得る。酸化プロセスの位置は、ウエハの特定の領域に移動可能であるか、又は局所化され得る。 処理チャンバ ［００２１］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、透明な石英ウィンドウ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、方向付けられうる。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。 ［００２２］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。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。 ［００２３］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うる。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。 ［００２４］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。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。 ［００２５］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