CN101292059A - 用于利用远程等离子体源的大面积等离子体增强化学气相沉积装置的清洗器具 - Google Patents

用于利用远程等离子体源的大面积等离子体增强化学气相沉积装置的清洗器具 Download PDF

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Abstract

本发明描述了一种用于清洗沉积室的方法，所述方法与大面积沉积是相容的。所述方法包括通过至少两个注射点且在用于反应性物质的等同路径上以均匀的方式将被活化的气体从远程等离子体源输送至所述室中的区域。一种相应的用于分布被活化的反应性气体的气体注射系统包括反应性气体源、用于分布所述气体的管道以及可抽真空的室。所述气体被排放至所述管道，所述管道具有被结构性地连接至所述源的至少一个入口以及通往所述室的至少两个出口，由此形成了至少部分独立的管道分支，其中在入口与每个相应的出口之间计算出的每条管道分支的长度以及与气体流垂直的横截面是基本上相等的。

Description

用于利用远程等离子体源的大面积等离子体增强化学气相沉积装置的清洗器具
技术领域
本发明主要涉及半导体层的生产，且特别地，本发明涉及薄膜晶体管(TFT)的生产。
背景技术
一种非常普遍的生产这种薄膜晶体管的方式是通过利用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺。含硅的前驱气体在等离子体的辅助下被沉积在基底上。这种半导体可用于不同的电子器件中，尤其是用于例如液晶显示器中、用于太阳能电池中或用于有机发光二极管(OLED’s)显示器中。例如，液晶显示器的生产需要在沉积物的材料性质方面具有高质量标准，所述材料性质是就层的厚度和层的电阻均匀性而言的。在沉积工艺过程中，在反应器壁上出现不希望的膜沉积是不可避免的且仅涂覆基底是不可能的。因此，反应器壁上的膜将生长至使得产生了以颗粒形式存在的杂质(“剥落”)的程度。当这些颗粒在膜沉积过程中降落在基底上时，这些颗粒可大大降低产量。因此，在基底被容纳在反应器底部上之前对反应器进行清洗是习惯的做法。反应器壁上的层被擦去且防止了所述层产生剥落且防止了所述层污染基底上的半导体层。两种众所周知的清洗技术是原位清洗和远程等离子体源(RPS)清洗，在所述原位清洗中，蚀刻等离子体在反应器中被点燃。远程等离子体源清洗由于非常有效且有助于减少产量循环(throughput cycle)而在整个等离子体增强化学气相沉积工业中尤其得到了非常普遍的应用。远程等离子体源清洗通过包含氟或其它卤素的气体发挥作用；所述气体被引入且在远程设置的等离子体反应器中产生离解。在第二步骤中，这些具有高侵蚀性的自由基被引导通过流体连接装置到达主反应器，在所述主反应器中，所述自由基对被附接到反应器壁上的半导体膜进行蚀刻。
下面将结合附图更详细地描述现有技术中存在的问题以及根据本发明的解决方案。
附图说明
图1是等离子体增强化学气相沉积室内部的反应性气体的一点注射(现有技术)的示意图；
图2是等离子体增强化学气相沉积室内部的反应性气体的一点注射(现有技术)的示意图，图中标明[F]和[F2]的曲线为室长度L的函数；
图3a是两点注射(本发明的实施例)的示意图，该图为顶视图；
图3b是四点注射(本发明的实施例)的示意图，该图为顶视图；
图3c是等离子体增强化学气相沉积室内部的反应性气体的两点注射(本发明的实施例)的示意图，图中标明[F]和[F2]的曲线为沿一条轴线的室长度的函数；
图4是通过工艺室外部的多个注射点的网络实现的反应性气体分布(本发明的实施例)的示意图，图中标明[F]和[F2]的曲线为室长度的函数；
图5是通过等离子体增强化学气相沉积室内部(与沉积气体有共同路径)的反应性气体的蜘蛛状分配器(一个实施例)的示意图，图中标明[F]和[F2]的曲线为室长度的函数；
图6是蚀刻材料与沉积区域长度的函数关系图，使用蜘蛛状分配器进行注射，在2m×2m的区域上的蚀刻均匀度为5.5％；和
图7是从等离子体增强化学气相沉积室中去除所有沉积物所需的总时间，更均匀的注射(通过蜘蛛状分配器所实现的)导致减少了总的清洗时间。
现有技术的缺点
在沉积绝缘层(二氧化硅、硅的氮化物、硅的氧氮化物)和半导体层(非晶硅、微晶体和纳米晶体)之前对等离子体增强化学气相沉积室进行清洗是生产中常规的工艺步骤。由于半导体制造工业高度关注其生产线成本的降低，因此朝这个方向做出的任何努力显然是很重要的。在现有技术中，已公知的做法是实施远程等离子体源以便在等离子体增强化学气相沉积室外部形成氟自由基并且将该流动体引导通过室内部的管路。然而，就等同的气体分布而言，这些解决方案无法与大面积等离子体增强化学气相沉积工具充分相容。就这方面而言，“大面积”应该理解为基底尺寸为1平方米或更大。
在美国专利No.4,820,377、No.5,788,778、No.6,274,058B1、No.2004/0200499中，对于涉及大面积工具(例如尺寸大于730×920mm2)的均匀性问题并未给予关注。在现有技术中，正如图1所例示地那样，人们发现(反应性)气体1通过注射点3且通过气体入口歧管(或喷淋头)4被引入沉积室2内部。通过这种构型，使得与在室的中心B直接流动的气体的部分相比，流至沉积室的末端A的气体的部分覆盖了更长的距离。必须注意到：
1.由于沉积发生在平行板与室壁之间，因此由气体入口歧管(或喷淋头)4中的反应性物质(气体)1所覆盖的距离上没有沉积物，
2.反应性物质在反应性气体流动期间发生再结合是已公知的。除了其它参数(温度、压力、材料等)(K.Iskenderova Thesis at DrexelUniversity，“Cleaning Process in High Density Plasma ChemicalVapor Deposition Reactor”，2003年10月)以外，这种再结合主要取决于距离。再结合的物质与硅基材料之间的反应性要低得多。
上述内容表明，流至室的末端A的反应性物质1的反应性由于更长的距离(即更多的再结合物质)而变得更低。用清洗速率来解释前面的陈述内容即：与室中心的材料相比，去除室的边缘处的沉积材料将利用更低的速率。这两个事实导致在整个沉积室中的蚀刻速率是不均匀的，这使得降低了总的清洗速率且因此降低了系统产量。用于平板显示器的半导体工业正向着更大的室前进；这种(在边缘与中心之间的)清洗速率的差别变得更为重要。
为了克服氟在室中分布不均匀的问题，美国专利6,828,241B2提出在沉积室中附加地施加射频功率。通过这种手段，使得再结合的自由基发生了再活化且由于引入了载气如He而使得实现了更均匀的分布。然而，进行原位射频清洗的主要缺点重新显露出来：由于离子轰击而因此会损坏硬件以及在沉积室的套件部件上形成了铝的氟化物AlxFy层。
根据本发明的解决方案
本发明涉及一种用于清洗沉积室的方法，所述方法与大面积沉积是相容的。所述方法包括通过多个注射点(至少两个注射点)且在用于反应性物质的路径相等同的情况下以均匀的方式将被活化的气体从远程等离子体源输送至所述室中的沉积区域。
本发明被最佳地描述为一种用于分布(被活化的)反应性气体的气体注射系统，所述气体注射系统包括反应性气体源、用于分布所述气体的管道以及可抽真空的室。所述气体被排放至所述管道，所述管道具有被结构性地连接至所述源的至少一个入口以及通往所述室的至少两个出口，由此形成了至少部分独立的管道分支，其中在入口与每个相应的出口之间计算出的每条管道分支的长度以及与气体流垂直的横截面是基本上相等的
每条管道分支可由具有各种直径的管路的网络构成，但最终总的管路网络对于气体注射而言应该是对称的。换句话说，从远程等离子体源的出口流至真空室的每个入口的气体可“经历(see)”具有不同横截面的一系列“管路”(圆形、矩形等)。当然，这些横截面在每条分支之间需要是大体上相等的以便具有相同的阻抗。
蚀刻气体和/或载气的混合物被引入远程等离子体源中，在所述远程等离子体源中发生了气体的活化。在远程等离子体源的输出装置处，被活化的自由基流动通过管道系统(优选为经阳极氧化处理的铝)到达沉积室。在大气或真空环境中，被活化的物质被分成至少两条等同的路径。反应性气体的每部分在室中流动通过适于位于工艺室中的入口孔。入口孔的空间布置由沉积室尺寸和各条路径的量决定。在所有实例中，反应性气体的每部分应该通过就材料、温度、长度、直径、管路构型、压力降方面而言等同的路径到达沉积区域。
以基于氟的气体为例：位于远程等离子体源的输出装置处的反应性气体包含非常大量的原子氟F和惰性气体副产物以及微量的分子氟F2。反应性物质(在该实例中为原子氟)通常在根据下面的公式所示的三种物质的反应中进行再结合：
F+F+M＝＞F2+M
通常情况下，已公知的是：原子氟F与F2和/或由于次要的化学再结合而产生的其它可能副产物相比对硅基材料的蚀刻更为剧烈。换句话说，清洗速率与原子氟浓度[F]更为相关。在前面的部分中，我们讨论得知：在现有技术中，室的沉积区域内部的[F]和[F2]取决于位置，如图2所示。可易于推知：室的末端A处的[F]低于中心B处的[F](且室的末端A处的[F2]高于中心B处的[F2])。这一事实导致局部清洗速率有所不同，这样就影响了总的清洗时间。
本发明改进了在室中的整个沉积区域内的清洗均匀度，使得降低了室中的沉积区域的边缘与中心之间的[F]/[F2]之比的差别。在均匀受热的室中，蚀刻均匀度可被定义为在室中的整个沉积区域内的[F]浓度的均匀度。作为本发明的实例，图中(图3和图4)示出了四个可能的实施例。在所有情况下，沉积区域内的[F]分布都比现有技术中更为均匀。
图3a示出了两点注射。在远程等离子体源中产生的反应性物质/反应性气体1被分成两条等同路径6a、6b且随后通过工艺室2中的注射点5被注射，在所述工艺室中先前已经发生了沉积。图3b示出了四点注射构型，其中发生了更为均匀的反应性气体分布。在多点注射(图4)中，反应性气体1流动通过多条等同路径7(选择)且随后通过注射点8(选择)将所述反应性气体注入工艺室2内。适当构型和注射点数量的选择可取决于室的设计、取决于管路中的气体压力且通常应该在注射气体的均匀性与反应性物质的再结合速率之间进行折衷。
在如图5所示的另一可能的实施例中，其中通过所谓蜘蛛状气体分配器(gas spider)实现注射，蚀刻剂气体通过多条等同路径到达沉积区域。在这种情况下，反应性气体流动通过等同路径，以便在所有的沉积区域上出现相同的[F]浓度。在KAI3000等离子体增强化学气相沉积系统中进行的实验证实获得了小于6％水平的蚀刻均匀度(图6)，这导致沉积室的清洗速率更快。与去除室中所有沉积材料所需的时间相比，更均匀的分布(通过蜘蛛状分配器进行注射)导致减少了总的清洗时间(图7)。此外，总的清洗时间的减少导致降低了气体消耗，这对于工业应用而言是重要的特征。最后，我们认为一点注射(现有技术)应当给出了最差的结果。
本发明的其它优点
就反应器的几何形状而言，可应用多种可能的设计。对于所有这些设计而言，主要思想在于：反应性气体通过一条以上的等同路径到达沉积区域。可根据沉积区域的几何形状、沉积物的本质及其在等离子体增强化学气相沉积室中的轮廓来改变路径的数量和分布。
此外，本发明的另一优点取决于其可被应用于由一个远程等离子体源提供的一个以上的沉积室的事实。实际上，如果关注等同的自由基路径，则可在一个以上的室中实现均匀清洗。如上文中所述，在每个室中进行的清洗气体注射也应该被考虑在内。
最后，将本发明应用于等离子体增强化学气相沉积室需要对现有的硬件略微进行变型。在计算气体分布之后需要进行管路调节。在现有系统已经包括蜘蛛状气体分配器的情况下，则将清洗气体连通至主气体管路(沉积气体)可能就足够了。

Claims (5)

1、一种用于对被构造成用于1平方米或更大面积的基底的真空沉积装置进行清洗的方法，所述方法包括：通过至少两个注射点以均匀的方式将被活化的气体从远程等离子体源输送至室内，其中用于所述被活化的气体的路径是等同的。
2、根据权利要求1所述的方法，其中所述等同的路径在材料、温度、长度、直径、管路构型或压力降方面是等同的。
3、根据权利要求1或2所述的方法，其中所述远程等离子体源被操作性地连接至多个真空沉积室以便进行平行清洗动作。
4、一种用于在被构造成用于1平方米或更大面积的基底的真空沉积装置中分布被活化的反应性气体的气体注射系统，所述气体注射系统包括反应性气体源、用于对所述反应性气体进行活化的远程等离子体源、用于分布所述气体的管道，所述管道具有被结构性地连接至所述源的至少一个入口以及通往所述室的至少两个出口，由此形成了至少部分独立的管道分支，其中在入口与每个相应的出口之间计算出的每条管道分支的长度以及与气体流垂直的横截面是基本上相等的。
5、根据权利要求4所述的气体注射系统，其中每条管道分支包括具有各种直径的管路的网络，每条分支对于气体注射而言是对称的且具有基本上相同的阻抗。
CNA2006800385614A 2005-10-17 2006-10-13 用于利用远程等离子体源的大面积等离子体增强化学气相沉积装置的清洗器具 Pending CN101292059A (zh)

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