CN101578683B - 通过从等离子体沉积形成膜的方法和设备 - Google Patents

通过从等离子体沉积形成膜的方法和设备 Download PDF

Info

Publication number
CN101578683B
CN101578683B CN2007800407853A CN200780040785A CN101578683B CN 101578683 B CN101578683 B CN 101578683B CN 2007800407853 A CN2007800407853 A CN 2007800407853A CN 200780040785 A CN200780040785 A CN 200780040785A CN 101578683 B CN101578683 B CN 101578683B
Authority
CN
China
Prior art keywords
gas
plasma
purposes
outlet
magnet
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN2007800407853A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101578683A (zh
Inventor
P·罗卡艾卡巴罗卡斯
P·布尔金
D·戴纳卡
P·里波尔
P·狄斯坎普
T·科尔恩德米尔伦德尔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ecole Polytechnique
Dow Silicones Corp
Original Assignee
Ecole Polytechnique
Dow Corning Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ecole Polytechnique, Dow Corning Corp filed Critical Ecole Polytechnique
Publication of CN101578683A publication Critical patent/CN101578683A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101578683B publication Critical patent/CN101578683B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/3266—Magnetic control means
    • H01J37/32678—Electron cyclotron resonance
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/24—Deposition of silicon only
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/50—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
    • C23C16/511—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using microwave discharges
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32192—Microwave generated discharge
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy

Abstract

公开一种从等离子体在衬底上沉积膜的设备。该设备包含罩壳，设置在该罩壳内的多个等离子体发生器单元以及同样在该罩壳内的用于支撑衬底的装置。每个等离子体发生器单元包含具有发射微波的末端的微波天线，设置在所述天线末端的区域中而且与其一起限定出电子回旋共振区域的磁体，在该电子回旋共振区域中可以生成等离子体，以及具有膜前体气体或等离子体气体出口的进气单元。设置该出口以使气体朝向从微波天线来看位于磁体之外的膜沉积区域，该出口位于位于热电子约束包络体之中或之上。

Description

通过从等离子体沉积形成膜的方法和设备
背景技术
本发明涉及通过从等离子体沉积至加工表面上而形成膜的方法。更具体地，本发明涉及使用微波能量以通过电子回旋共振产生等离子体。特别关注的一个领域是在称为等离子体增强CVD(化学气相沉积)的工艺中，通过硅烷如SiH4、Si2H6或者更高阶低聚物的离解沉积无定形硅(a-Si:H)的膜。可以用于沉积无定形硅或无定形硅合金的其它前体气体包括其中硅与一个或多个碳、氧或氮结合、任选地连同氢一起存在的分子。硅合金的实例为SiOxNy所示类型的结构。此外，含硅气体可以与其它气体一起使用，例如锗烷、或可以用于沉积其它膜的不含硅的气体。关于无定形硅膜应用的特别关注的一个领域是将太阳能转化成电功率的装置。这类无定形硅材料还可以用于电子应用中，例如显示器用的TFT。本文使用的术语“无定形硅”表示氢化的无定形硅，a-Si:H。为了用于刚才提及的领域中，必须存在一些氢，通常是3-20％，以钝化作为缺陷的悬空键。
另外认为本发明适用于使用其它前体气体来沉积无定形形态的其它材料，例如使用锗烷以沉积a-Ge:H。此外认为本发明适用于沉积微晶材料例如μc-Si、μc-Ge和DLC(类金刚石碳)。
在激发等离子体至电子回旋共振(在下文缩写为“ECR”)的技术领域中，当静态或准静态磁场中电子的回转频率等于外加加速电场的频率时获得共振。对于磁场B，在由以下关系与B相关的激发频率f下获得该共振：
B＝2πmf/e    (1)
其中m和e是电子的质量和电荷。
当以电子回旋共振频率激发等离子体时，电子与电场同相旋转，并且连续地从满足ECR条件(1)的外部激发源获得能量从而达到离解或电离气体所必需的阈能。为了满足该条件，首先需要的是电子保持陷入磁力线，也就是它的回转半径相对于静态磁场梯度足够小，使得电子在它的回转期间看到基本上恒定的磁场，以及其次是回转频率相对于电子与中性成分例如原子和/或分子之间的碰撞频率保持较大。换句话说，当气体压力相对低且同时激发频率f高(这也意味着磁场强度B必须高)时，可望获得激发等离子体至电子回旋共振的最佳条件。
常规的发散ECR的主要困难在于，在大面积上产生密度基本上均匀的等离子体是不可能的。这意味着不能将它用于例如在大尺寸的加工表面上沉积基本上均匀的材料层。为了解决该问题，已经开发出一种称作分布式电子回旋共振(DECR)的技术，它使用其中多个等离子体激发装置形成网络的设备，这些装置共同地在加工表面产生密度基本上均匀的等离子体。单个的等离子体激发装置各自由微波能量的线式施加器构成，其一端与产生微波能量的源相连，相对一端安装有至少一个用于产生具有恒定且强度对应于电子回旋共振的磁场的至少一个表面的磁偶极子。该偶极子安装在微波施加器的端部，其安装方式确保加速到电子回旋共振的电子在极之间振荡，以至于产生位于远离施加器端部的偶极子一侧上的等离子体扩散区。各个激发装置相对于彼此分布并且位于加工表面附近，以便一起为加工表面产生均匀的等离子体。
上述DECR设备在美国专利6,407,359(对应于EP-1075168)中有描述，而且其中所述设备的更详细论述参照附图在下面给出。从那些图中可以清楚的是，从衬底看去，激发装置采取一般为矩形阵列的形式，其中包括该矩形为正方形的特定情况，因此有时将上述设备称为矩阵DECR(MDECR)设备。然而，应当理解的是，本发明还可以应用于如下的DECR设备，其中激发装置以非矩形的二维网络、例如六边形网络设置，或者其中存在装置的两条平行线，一条线中的装置相对于彼此偏移。六边形阵列的实例在以下给出：“Determination of theEEDF by Langmuir probe diagnostic in a plasma excited at ECRa bove a multipolar magnetic field”，T.Lagarde，Y.Arnal，A.Lacoste，J.Pelletier，Plasma Sources Sci.Technol.10，181-190，2001。该装置还可以设置成环形、部分环形或近环形阵列。应当注意的是，在本发明人完成的一些工作中，已经用三个或六个装置围绕的中心等离子体激发装置进行沉积，周围装置的磁体极性与中心装置的磁体相反设置并且分别以三角形或六边形阵列设置。
此外，本发明可以应用于不是MDECR类型的DECR设备。因此，例如，它可适用于历史上在MDECR类型之前而且具有圆柱体形状并使用从该圆柱体的顶端延伸到底端的磁体和长天线的DECR反应器。上述设置在Michel Moisan和Jacques Pelletier的“Microwave ExcitedPlasmas”，Elsevier，1992中有描述，而且适合于均匀涂覆圆柱形衬底例如管子或者特征如下的物体：其尺寸(长度、半径)比等离子体双极平均自由程小(参见上述参考文献，附录9.1，第269-271页)。该物体可以具有位于等离子体的中心部分并垂直于圆柱体轴线定向的平坦表面。
我们已经发现通过对引入膜前体气体的位置和该引入气体所朝的方向进行适当选择，可以改善由DECR工艺沉积的膜的品质和沉积速率。
发明内容
根据本发明，提供一种从等离子体在衬底上沉积膜的设备，其包含罩壳，设置在该罩壳内的多个等离子体发生器单元以及同样在该罩壳内的用于支撑衬底的装置，每个等离子体发生器单元包含具有从其发射微波的末端的微波天线，设置在所述天线末端的区域中而且与其一起限定出电子回旋共振区域的磁体，在该电子回旋共振区域中可以通过分布式电子回旋共振(DECR)生成等离子体，以及具有膜前体气体或等离子体气体出口的进气单元，设置该出口以使气体朝向从微波天线来看位于磁体之外的膜沉积区域，该出口位于最靠近膜沉积区域的磁体的末端上方，并且因此位于此处限定的热电子约束包络体之中或之上。
“热电子约束包络体”的定义首先要求定义“热电子约束区”。热电子约束区是其中捕集热(快)一次电子的那些区域。这些是其中电子在相反极性的两个相邻磁极之间振荡的区域，这两个磁极可以是单一磁体的两极(以下称为“内磁极”)或两个相邻磁体的磁极(以下称为“间磁极”)，其中满足绝热近似条件(相对于磁场梯度Larmor半径小)，以及其中电子通过穿过满足ECR耦合条件的区域而获得能量。
磁体和热电子约束区限定出热电子约束包络体。这是磁体阵列包络体的容积，该包络体平行于磁体磁轴在两个方向上扩展并且扩展距离使得磁体间区域(如果有的话)延伸超过磁体末端，以及垂直于磁体磁轴在所有方向上扩展并且扩展距离使得磁体内区域延伸超过磁体的朝外表面。
在本发明的一个优选方面，气体出口位于由垂直于磁体磁轴延伸的磁体包络体的体积中，但是忽略磁体间区域(如果有的话)延伸超过最靠近衬底的磁体端部的距离。这样的效果是气体在离开气体出口后必须流过磁体阵列的至少一部分。更优选地，气体出口位于磁体包络体中，不考虑前述延伸中的任一者。
在本发明另一个优选方面，定位气体出口以使得气体必须流过磁体的整个长度。例如，根据本发明所包括的可能性之一，当气体出口位于该约束包络体上方而不是位于该包络体之中时，情况将会如此。
在本发明的一个优选方面，定位气体出口以使得从其引导的气体在它离开该出口后必须行进至少一个平均自由程的距离，然后离开热电子约束区。
此外，在本发明的另一优选方面，定位气体出口以使得从该气体出口引导的气体在它离开出口后必须行进如下距离然后离开热电子约束区，所述距离等于该区域离膜沉积区域最远的边界到该区域最靠近膜沉积区域的边界之间距离的至少一半。
用于本文时，应当理解提及设置出口以将气体引向膜沉积区域不仅包括其中使气体直接瞄准该区域的情形，而且包括其中该区域完全处于从出口开始并在来自该出口的气流方向上延伸的线和与其成直角并穿过该出口的线之间所限定的角度内的任何情形。在上述情况下，从出口出来的气流将会具有朝着所述区域的所有部分的矢量分量。
可以注意到尽管EP-1075168在其图6中显示其中进气出口位于等离子体区域中的等离子体激发装置，但是该位置非常靠近该区域的下边界，以至于在那里不能获得本发明所实现的效果。
附图说明
在附图中：
图1是显示如EP-1075168中描述和显示的等离子体产生设备的概略正视图，省去另外在图4a-4d中所示的引入和抽出气体的装置；
图2是图1设备的俯视图；
图3显示等离子体发生器的天线、等离子体发生器的磁体、气体注入管和衬底支架之间的尺寸关系；
图4a-4d显示将气体引入该设备和从设备中抽出气体的四种方式，其中图4a-4c任一种的设置可以用于本发明中，只要选择适当的尺寸即可，以及出于比较目的而包括图4d的设置；
图5a-5d是其中多种膜性能相对引入气体之处和衬底之间的距离绘制的坐标图；
图6是其中膜沉积速率相对该距离绘制的坐标图；
图7a和7b概略示出在具有四个等离子体发生器的特定反应器中磁体和气体注入器的设置。
图8a-8e是显示注入-中部等离子体距离对各种参数的影响的坐标图；和
图9a和9b显示两种可能的磁体构造的热电子约束包络体。
具体实施方式
图1和2显示相对于其上要沉积膜的衬底产生等离子体的设备。该设备包含概略表示并装配有进气装置和气体泵吸装置(图1中未示出)的密封罩壳1，它使得要电离或离解的气体的压力能够根据气体性质和激发频率保持在期望的值，该值例如可以是约10-2至2×10-1Pa。然而，可以使用小于10-2Pa(比如低至10-4Pa)，或高于2×10-1Pa(比如高达5×10-1Pa，乃至1Pa或更大)的气体压力。例如，泵吸可以由1600l/s Alcatel Turbo-分子泵进行，它用来从罩壳中抽出气体。
使气体在质量流量控制器(MFC)的控制下从适当的气体源、例如压力气瓶进入罩壳。该气体例如可以包含SiH4作为膜前体气体，或者在上面关于无定形硅的沉积提及的其它气体中的一种。除了膜前体外，还可以引入诸如He、Ne或Ar的非反应性稀释气体，诸如氢、氮或氧的反应性气体，或诸如乙硼烷、三甲基硼或膦的掺杂剂气体。通常，任何这些其它气体通过与膜前体气体相同的端口、作为与它的混合物引入罩壳中，然而它们可以分别引入。供气系统应当确保适当的气体流量进入反应器中，其通常为1-1000sccm(标准立方厘米/分钟)。
气体的注入口一般由插入沉积室的单根管子或多根管子构成。该管子、或者存在多于一根的话则每根管子可以由格栅延伸，从而确保沉积室内气体的更均匀分布。可以在反应器中的任何地方进行注入，但是优选将膜前体气体引向衬底表面。一种称为“点”注入的进行注入的方法概略示于图4a中。在这种设置中，通过管子、或多根管子20(显示的是2根)中引入膜前体，每根管子的出口21位于热电子约束包络体(由虚线表示)和衬底表面并且指向该表面。图4a还显示了引出端22，通过它泵吸出未反应的和离解的气体。图4a的其它特征在下面参照图1所示的设备描述。其它特别感兴趣的注入设置为通过具有位于热电子约束包络体“内部”的出口31(图4b)或格栅40(图4c)的管30供给气体的设置。在图4c中气体离开的位置由箭头表示，应理解的是该格栅垂直于纸平面而且横向地延伸，以便存在遍布于整个热电子约束包络体上方的注入点。作为比较，另一种不适合用于本发明而且称为“体积”注入的注入设置示于图4d中。这里气体在与衬底和热电子约束包络体都显著隔开的位置或多个位置(显示的是两个)处、而且在远离衬底的方向上进入沉积室。图4d显示这通过具有出口51的管50实现。
等离子体室装配有衬底支架10，它显示为该设备的固定部件。衬底支架的一个作用是加热衬底至所需的沉积温度。这通常为室温与600℃之间，在沉积无定形硅的情况下优选超过200℃，更优选为225℃-350℃。这里提及的温度是实际的衬底温度，与可以通过测量衬底支架的温度而测得的标称衬底温度不同。该区别的重要性进一步论述于上文所述的我们在与本申请相同日期提交并且题为“Method forforming a film of amorphous silicon by deposition from a plasma”的共同待决的申请中(我们的卷号G27558EP(欧洲专利申请No.06301114.2))。
将其上具有至少一个衬底14、任选具有多个所述衬底的载板12可移动地安装在支架10上，以便可以将它与要涂覆的衬底一起带进室内，并在进行涂覆之后将其与衬底一起从室中取出。然而，作为替代可以用导热胶将衬底直接粘在衬底支架上。这改善衬底与衬底支架之间的热接触，否则在低压条件下难以实现该热接触。这进一步论述于我们在与本申请相同日期提交并且题为“Method for forming a filmof amorphous silicon by deposition from a plasma”的共同待决的申请中(我们的卷号G27558EP(欧洲专利申请No.06301114.2))。在这种情况下需要在沉积过程之前将支架与其衬底一起引入罩壳中并且事后从中取出。不用胶粘的话，一种设法改善衬底加热的方式是在低压膜沉积步骤之前存在其中用相对高压力(通常约100-200Pa)的气体填充罩壳的步骤。该高压气体提供跨越衬底与加热支架间可能存在的任何间隙的热传递，确保衬底的初始加热。另一种可能性是在衬底与衬底支架间放置导热碳膜。可以通过使热流体在衬底支架内循环而加热它，但是作为替代可以通过衬底支架中内嵌的电加热电阻器实现加热。然而，作为替代，可以直接加热衬底，例如通过使用红外灯加热。
衬底支架的另一个作用是容许衬底表面的极化以便控制朝向衬底的离子的能量。极化可以用RF电压源或用DC电压实现而且需要衬底支架对地电绝缘。通过将电绝缘的衬底支架与合适的RF或DC发生器16相连而实现极化，在RF极化的情况下使用合适的匹配电路。当在绝缘衬底上或在预先沉积于衬底(其可以是绝缘的或非绝缘的)上的绝缘层上沉积时，优选使用RF发生器。当在导电衬底或在预先沉积于导电衬底(可以导电或不导电)上的导电层上沉积时，可以通过与衬底表面具有合适电连接的RF或DC发生器施加偏压。在一种具体实施方案中，用经由自动调谐盒与衬底支架相连的13.56MHz Dressler发生器施加RF偏压。即使当使用RF发生器时，由于等离子体中的环境，衬底表面上所得的偏压也包含DC偏压分量。关于这如何发生的解释可以参见以下文献中完全不同的等离子体工艺的说明内容：Suzuki等人，“Radio-frequency biased microwave plasma etchingtechnique：A method to increase SiO2 etch rate”，J.Vac.Sci.Techno l.B 3(4)，1025-1033，七月/八月1985。
等离子体产生设备I具有一系列彼此隔开并位于衬底附近的独立等离子体激发装置E，从而一起运行以产生对于衬底均匀的等离子体。各个独立的等离子体激发装置E包含细长的微波能量施加器4。每个施加器4一端与各自的微波能量源相连，所述微波能量源位于罩壳1外部。然而，作为替代，单个微波能量源可以向所有的施加器4供给微波，或者可以存在数量上少于施加器数目的多个能量源。例如，一排十六个施加器可以方便地由两台2.45GHz微波发生器供给，该发生器各自具有2kW最大功率并且各自经由功率分配器和各自的铁芯调谐器供给八个施加器。每个施加器4有利地是被同轴管4’环绕的管形式，从而使得微波能量能够传播到其自由端同时避免辐射微波，和减少施加器之间的微波耦合。为了确保微波能量适当传递到等离子体中，每个施加器优选配备使反射功率减到最少或至少减小该反射功率的匹配装置。
每个微波施加器4的自由端与至少一个永磁体5相连。每个磁体的磁轴(优选)与磁体本身的长轴平行。在这种设置的一种特定形式中，所有等离子体激发装置的磁体在相同方向上定向(单极构造)，也就是它们所有的北极在顶部且它们所有的南极在底部，反之亦然。在另一形式中，各极中的一些在顶部以及各极中的一些在底部(多极构造)。后者的一个实例为如下阵列，如图2从一端观看并且沿着装置的任何给定的行或列，相继遇到交替极性的极。另一实例为给定行(或列)中的所有磁体具有相同极性，但是列(或行)具有交替极性。然而，还可以使用其中磁体的磁轴并不平行于磁体本身的长轴的设置，只要存在磁场的磁力线平行于微波传播矢量的显著区域即可。为了确保存在其中可以发生ECR衰减的显著区域，这是必要的。
如上所述，图7a和7b显示了两种特定磁体构造的热电子约束包络体。在每张图中由粗线绘制的平行六面体表示该约束包络体。图7a示出完全多极构造的情况，其中每个磁体与它的居间近邻中的每一个都相反放置。图7b示出同极构造的情况，其中所有磁体相同取向。对于其它磁体构造，例如其中在给定行中的所有磁体具有相同取向、但是邻接行具有彼此相反取向的构造，可以构建合适的包络体。
图3概略显示图1的天线之一、及其相应磁体连同衬底支架，而且显示了当这些部件处在用于得出下面所给结果的测试设备中时它们的尺寸。要理解的是用于本发明设备中的尺寸可以极大地变化，而且决不限于所示的尺寸。从下面所述的内容将清楚所述尺寸对所得结果的重要性。
图5a-5d是显示对于点、管和格栅注入，它们全都涉及朝着衬底以100sccm(标准立方厘米每分钟)的流量注入膜前体气体(SiH4)，膜的多种材料性能如何随膜前体气体注入反应器的位置变化的坐标图。在这些图中，性能相对注入管出口与衬底之间的距离作图，尽管正如在下面将会进一步说明的，看来似乎更重要的是注入管出口相对于热电子约束包络体的位置。
通过光谱技术表征材料。椭偏光谱法是测量材料分散函数的技术，并且可以用于测定诸如膜厚度、材料带隙和无序参数的材料性能。膜的伪介电函数εi(介电函数的虚部)也从该方法中得到。该函数的最大值εi(max)与材料在2eV下的折射率相关，而且这又是膜密度的良好量度。通过椭偏光谱法进行测量的方法描述于A.Fontcuberta iMorral，P.Roca i Cabarrocas，C.Clerc，“Structure and hydrogencontent of polymorphous silicon thin films studied byspectroscopic ellipsometry and nuclear measurements”，PHYSICALREVIEW B 69，125307/1-10，2004。
图5a显示当注入点的位置更加远离衬底以及由此更靠近高密度等离子体区域或在其中时，膜的密度增大。作为比较，对于用涉及远离衬底进行注入的体积注入沉积的膜测得的εi(max)值处于20.8-21.7之间。
无序参数没有显示出随注入系统位置的任何显著变化(图5b中观察到的变化归因于噪音)。作为比较，对于用体积注入沉积的膜，无序参数为2.16。
类似地，材料带隙随注入系统的位置变化不大，但是当注入出口靠近衬底时呈现最大值。然而，对于点、管和格栅注入在任何位置所测得的所有带隙值都小于、即优于对照值，该对照值为通过体积注入沉积的膜所测得的值(1.89-1.96eV)。
FTIR(傅立叶变换红外)吸收容许确定膜中氢键的种类。2000和2090cm-1处的吸收峰分别是SiH和SiHx(x＞1)键的特征。第二个峰已知是a-Si:H的降解造成的(即Staebler Wronsky效应)。从图5d中可以看出用不同高度的注入格栅沉积的膜的FTIR谱相似。则格栅位置对膜的性质没有影响。关于点和管注入据预期同样如此。
为了总结图5a-5d中给出的数据，通过增加衬底与气体注入点之间的距离，由εi(max)值反映的膜材料的密度增大，由此得到改善，同时无序参数、材料带隙和归一化吸收基本上不受其影响。
虽然除了密度外材料性能随注入系统的高度变化不大，但是当注入点的位置更远离衬底时沉积速率极大地提高。图6涉及如下配置，其中，使用图3的符号，d1为100mm，d4为32mm，天线下端与磁体上端之间的间隙为3mm。在磁体表面的磁场为1200高斯。图6是沉积速率相对注入点与衬底上表面之间的距离d2的坐标图。从图6中可以看出，当d2从20mm增加到127mm时，沉积速率从14/s提高到38
Figure G2007800407853D00112
/s。考虑到上述尺寸，可以看到在较大的d2值下，膜前体气体直接在天线之间、并且因此在热电子约束包络体中或稍微在其上方注入。该区域内捕集的热电子在使通过该区域朝着衬底注入的前体气体离解方面非常有效，而且注入的方向也产生活化物质从高密度等离子体区域向衬底的流动。该观察结果暗示大的d2值可能不是那么关键，但是注入点相对于热电子约束包络体的位置可能是关键。这在下面进一步论述。作为比较，发现通过体积注入沉积的膜的沉积速率为15-21
Figure G2007800407853D00113
/s。
进行一些另外的沉积试验以确定距离d1和d2的相对重要性。这些数据在以下部分呈现。
在只有4个等离子体发生器的反应器(参见图7a和7b)中进行这些试验。从顶部看，中央的等离子体发生器G1和周围的发生器之一P1具有SN极性(北极朝下)。另外两个周围天线P1和P3具有NS极性(南极朝下)。黑点IP表示前体气体注入点的位置(图7a)。
磁体底部与衬底支架间的距离d1以及注入点与衬底支架间的距离d2都进行改变，因此注入点与高密度等离子体容积的中部(取作穿过磁体中心的水平面)之间的距离d3改变。
对于这些试验，恒定的沉积条件如下：
-硅烷流量85sccm
-偏压-60V
-每根天线上供给的功率125W
-衬底用Ag胶直接粘结在载板上，如同我们在与本申请相同日期提交并且题为“Method for forming a film of amorphous siliconby deposition from a plasma”的共同待决的申请(我们的卷号G27558EP(欧洲专利申请No.06301114.2))中所述的那样
-衬底温度235-240℃
试验的不同距离为：
-d1：10cm，且
○d2＝8.2、12.2和16cm，对应于在高密度等离子体容积的中部之下3.6cm、0cm和之上4.3cm的注入
-d1：14cm，且
○d2＝12.2、16和19.6cm，对应于在高密度等离子体容积的中部之下3.6cm、0cm和之上3.9cm的注入
Figure G2007800407853D00121
注意到当正好在热电子约束包络体中部(磁体中部)进行注入时d3的值等于0。在热电子约束包络体下方进行注入的话它将取负数值，而在热电子约束包络体上方进行注入的话它会取正数值。
在每一沉积期间涂覆两种玻璃试样。试样1(在上表中试样索引号的最后的数字由1标明)直接放在注入管下方，而第二种试样(试样2)并不直接在管子下。
由于对于每个d1值，通过在热电子约束包络体中心之上、之中或之下的相似距离处注入而进行沉积，通过着眼于d1和d3对材料性能的影响可以进行分析。
在下表中给出最有影响的参数，在其中可以看出最重要的参数并非总是相同，而且d1和d3并非总是同时影响给定参数。
  特性   首要影响   次要影响
  沉积速率   d1   d3
  表面粗糙度   d1
  带隙   d3
  无序参数(C)   d1
  介电函数的虚部εi(max)   d1
将用于生成图6的数据与刚才所述的实验的沉积速率数据结合，并且图解示于图8a中。在该图中注入-中部等离子体距离d3对沉积速率的影响清楚可见。
图8b显示距离d3对εi(max)的影响，而且表明当d3从大的负数值经过0到正数值时，该εi(max)改善(增大)。当考虑材料带隙时，上表中的数据显示距离d3具有如同从图8c中可以看出的大的影响。这表明优选在等离子体上方注入，因为这产生具有较小带隙的材料。将表中关于带隙的数据与图5c的数据结合，(参见图8d)十分清楚地看到距离d3的影响。
显然趋势为通过至少在高密度等离子体区域之中以及甚至在其上方(并且因此更加远离衬底)注入来实现更好的材料带隙。
作为上表主题的试样的少数载流子扩散长度Ld在图8e中相对d3绘出。该图显示Ld受距离d3影响，而且存在通过在高等离子体密度区域之中或甚至在它上方注入而增大(改善)扩散长度的趋势。
总之，为了实现高品质材料的高沉积速率，应当朝着衬底以短的天线-衬底距离d1和大的注入衬底距离(由此大的注入-中部等离子体距离d3)进行膜前体气体注入，使得气体注入至少发生在热电子约束包络体之中且优选发生在它上方。

Claims (10)

1.一种从等离子体在衬底上沉积膜的设备的用途，该设备包含罩壳，设置在该罩壳内的多个等离子体发生器单元以及同样在该罩壳内的用于支撑衬底的装置，每个等离子体发生器单元包含具有从其发射微波的末端的微波天线，设置在所述天线末端的区域中而且与其一起限定出电子回旋共振区域的磁体，在该电子回旋共振区域中可以通过分布式电子回旋共振生成等离子体，以及至少一个具有膜前体气体或等离子体气体出口的进气单元，该出口使气体朝向从微波天线来看位于磁体之外的膜沉积区域，该出口位于最靠近膜沉积区域的磁体的末端之上，并且因此位于热电子约束包络体之中或之上，所述热电子约束包络体是指其中捕集热一次电子的区域；
其中该用途包括使用硅前体作为膜前体气体来形成无定形硅膜。
2.权利要求1的用途，其中所述发生器单元排列形成二维网络。
3.权利要求2的用途，其中所述发生器单元排列成矩形阵列。
4.权利要求2的用途，其中所述发生器单元排列成正方形阵列。
5.权利要求1-4任一项的用途，其中存在多个进气单元。
6.权利要求1-4任一项的用途，其中所述进气单元包含具有多个出口的格栅以及用于接收气体并将它供给至出口的装置。
7.权利要求1-4任一项的用途，其中所述气体出口位于磁体包络体中。
8.权利要求1-4任一项的用途，其中定位气体出口以使得气体必须流过磁体的整个长度。
9.权利要求1-4任一项的用途，其中定位气体出口以使得从该气体出口引导的气体在它离开该出口后必须行进至少一个平均自由程的距离，然后离开热电子约束包络体。
10.权利要求1-4任一项的用途，其中定位气体出口以使得从该气体出口引导的气体在它离开出口后必须行进如下距离然后离开热电子约束包络体，所述距离等于该热电子约束包络体离膜沉积区域最远的边界到该热电子约束包络体最靠近膜沉积区域的边界之间距离的至少一半。
CN2007800407853A 2006-11-02 2007-10-26 通过从等离子体沉积形成膜的方法和设备 Expired - Fee Related CN101578683B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP06301115.9 2006-11-02
EP06301115A EP1918965A1 (en) 2006-11-02 2006-11-02 Method and apparatus for forming a film by deposition from a plasma
PCT/EP2007/009303 WO2008052703A1 (en) 2006-11-02 2007-10-26 Method and apparatus for forming a film by deposition from a plasma

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101578683A CN101578683A (zh) 2009-11-11
CN101578683B true CN101578683B (zh) 2012-11-07

Family

ID=37813198

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2007800407853A Expired - Fee Related CN101578683B (zh) 2006-11-02 2007-10-26 通过从等离子体沉积形成膜的方法和设备

Country Status (7)

Country Link
US (1) US8859929B2 (zh)
EP (2) EP1918965A1 (zh)
JP (1) JP5350259B2 (zh)
KR (1) KR101488005B1 (zh)
CN (1) CN101578683B (zh)
AT (1) ATE528784T1 (zh)
WO (1) WO2008052703A1 (zh)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1919264A1 (en) 2006-11-02 2008-05-07 Dow Corning Corporation Device for forming a film by deposition from a plasma
EP1918414A1 (en) 2006-11-02 2008-05-07 Dow Corning Corporation Film deposition of amorphous films with a graded bandgap by electron cyclotron resonance
EP1918966A1 (en) 2006-11-02 2008-05-07 Dow Corning Corporation Method for forming a film with a graded bandgap by deposition of an amorphous material from a plasma
EP1923483A1 (en) 2006-11-02 2008-05-21 Dow Corning Corporation Deposition of amorphous silicon films by electron cyclotron resonance
EP1918967B1 (en) 2006-11-02 2013-12-25 Dow Corning Corporation Method of forming a film by deposition from a plasma
US8435906B2 (en) * 2009-01-28 2013-05-07 Applied Materials, Inc. Methods for forming conformal oxide layers on semiconductor devices
US9831069B2 (en) * 2011-06-03 2017-11-28 Wacom CVD apparatus and method for forming CVD film
FR2984769B1 (fr) * 2011-12-22 2014-03-07 Total Sa Procede de texturation de la surface d'un substrat de silicium, substrat structure et dispositif photovoltaique comportant un tel substrat structure
TWI522490B (zh) * 2012-05-10 2016-02-21 應用材料股份有限公司 利用微波電漿化學氣相沈積在基板上沈積膜的方法
CN103114278B (zh) * 2013-02-06 2014-12-24 上海君威新能源装备有限公司 平面磁控ecr-pecvd等离子源装置
CN104505326A (zh) * 2014-12-19 2015-04-08 中国科学院嘉兴微电子仪器与设备工程中心 一种应用于等离子体设备的腔室结构及等离子体设备
US11037765B2 (en) * 2018-07-03 2021-06-15 Tokyo Electron Limited Resonant structure for electron cyclotron resonant (ECR) plasma ionization
CN110491762A (zh) * 2019-08-23 2019-11-22 兰州城市学院 一种线性微波表面波等离子体沉积装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5666023A (en) * 1994-11-04 1997-09-09 Societe Responabilite Limite, Metal Process Device for producing a plasma, enabling microwave propagation and absorption zones to be dissociated having at least two parallel applicators defining a propogation zone and an exciter placed relative to the applicator
US6407359B1 (en) * 1999-08-04 2002-06-18 Metal Process (Societe A Responsabilite Limitee) Method of producing individual plasmas in order to create a uniform plasma for a work surface, and apparatus for producing such a plasma

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3135411C2 (de) 1980-09-09 1994-07-07 Energy Conversion Devices Inc Fotoempfindliche Anordnung mit übereinanderliegenden pin-Schichten eines amorphen Siliciumlegierungsmaterials
EG18056A (en) 1986-02-18 1991-11-30 Solarex Corp Dispositif feedstock materials useful in the fabrication of hydrogenated amorphous silicon alloys for photo-voltaic devices and other semiconductor devices
US5133826A (en) * 1989-03-09 1992-07-28 Applied Microwave Plasma Concepts, Inc. Electron cyclotron resonance plasma source
JP2719230B2 (ja) 1990-11-22 1998-02-25 キヤノン株式会社 光起電力素子
DE9102438U1 (zh) * 1991-03-01 1992-06-25 Roehm Gmbh, 6100 Darmstadt, De
JPH05314918A (ja) 1992-05-13 1993-11-26 Nissin Electric Co Ltd イオン源用マイクロ波アンテナ
CA2102948C (en) * 1992-11-16 1998-10-27 Keishi Saito Photoelectric conversion element and power generation system using the same
FR2702119B1 (fr) * 1993-02-25 1995-07-13 Metal Process Dispositif d'excitation d'un plasma à la résonance cyclotronique électronique par l'intermédiaire d'un applicateur filaire d'un champ micro-onde et d'un champ magnétique statique.
US5279866A (en) * 1993-06-10 1994-01-18 Applied Science And Technology Inc. Process for depositing wear-resistant coatings
FR2711035B1 (fr) * 1993-10-04 1995-12-29 Plasmion Dispositif et procédé pour former un plasma par application de micro-ondes.
JPH1081968A (ja) 1996-09-03 1998-03-31 Nippon Hoso Kyokai <Nhk> 非晶質シリコン膜の作製法
US6163006A (en) * 1998-02-06 2000-12-19 Astex-Plasmaquest, Inc. Permanent magnet ECR plasma source with magnetic field optimization
JP2001332749A (ja) * 2000-05-23 2001-11-30 Canon Inc 半導体薄膜の形成方法およびアモルファスシリコン太陽電池素子
US6454912B1 (en) * 2001-03-15 2002-09-24 Micron Technology, Inc. Method and apparatus for the fabrication of ferroelectric films
DE10139305A1 (de) * 2001-08-07 2003-03-06 Schott Glas Verbundmaterial aus einem Substratmaterial und einem Barriereschichtmaterial
US6845734B2 (en) * 2002-04-11 2005-01-25 Micron Technology, Inc. Deposition apparatuses configured for utilizing phased microwave radiation
EP1923483A1 (en) 2006-11-02 2008-05-21 Dow Corning Corporation Deposition of amorphous silicon films by electron cyclotron resonance
EP1921178A1 (en) 2006-11-02 2008-05-14 Dow Corning Corporation Film deposition of amorphous films by electron cyclotron resonance
EP1918966A1 (en) 2006-11-02 2008-05-07 Dow Corning Corporation Method for forming a film with a graded bandgap by deposition of an amorphous material from a plasma
EP1918414A1 (en) 2006-11-02 2008-05-07 Dow Corning Corporation Film deposition of amorphous films with a graded bandgap by electron cyclotron resonance
EP1918967B1 (en) 2006-11-02 2013-12-25 Dow Corning Corporation Method of forming a film by deposition from a plasma
EP1919264A1 (en) 2006-11-02 2008-05-07 Dow Corning Corporation Device for forming a film by deposition from a plasma

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5666023A (en) * 1994-11-04 1997-09-09 Societe Responabilite Limite, Metal Process Device for producing a plasma, enabling microwave propagation and absorption zones to be dissociated having at least two parallel applicators defining a propogation zone and an exciter placed relative to the applicator
US6407359B1 (en) * 1999-08-04 2002-06-18 Metal Process (Societe A Responsabilite Limitee) Method of producing individual plasmas in order to create a uniform plasma for a work surface, and apparatus for producing such a plasma

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
D. DAINEKA ET AL..High density plasma enhanced chemical vapor deposition of optical thin films.THE EUORPEAN PHYSICAL JOURNAL -- APPLIED PHYSICS.2004,26(1),3-9.
D. DAINEKA ET AL..High density plasma enhanced chemical vapor deposition of optical thin films.THE EUORPEAN PHYSICAL JOURNAL-- APPLIED PHYSICS.2004,26(1),3-9. *
JP特开平10-81968A 1998.03.31

Also Published As

Publication number Publication date
EP2087502A1 (en) 2009-08-12
KR101488005B1 (ko) 2015-01-29
JP5350259B2 (ja) 2013-11-27
EP2087502B1 (en) 2011-10-12
JP2010508444A (ja) 2010-03-18
US20100105195A1 (en) 2010-04-29
US8859929B2 (en) 2014-10-14
EP1918965A1 (en) 2008-05-07
KR20090084915A (ko) 2009-08-05
CN101578683A (zh) 2009-11-11
ATE528784T1 (de) 2011-10-15
WO2008052703A1 (en) 2008-05-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101578683B (zh) 通过从等离子体沉积形成膜的方法和设备
CN101681784B (zh) 通过从等离子体沉积无定形材料形成具有渐变带隙的膜的方法
CN101578388B (zh) 具有渐变带隙的无定形膜通过电子回旋共振的膜沉积
CN101573469B (zh) 利用电子回旋共振沉积非晶硅薄膜
CN101583737B (zh) 无定形膜通过电子回旋共振的膜沉积
TW201931415A (zh) 線性化高能射頻電漿離子源
JP2014505363A (ja) マイクロ波プラズマを用いた薄膜堆積
CN101584256B (zh) 通过从等离子体沉积形成膜的装置
EP0967844B1 (fr) Procédé de dépôt par plasma à la résonance cyclotron électronique de couches de carbone émetteur d&#39;électrons sous l&#39;effet d&#39;un champ électrique appliqué
JP2020522609A (ja) 基板処理装置
US20080245969A1 (en) Method and Apparatus for Creating a Plasma
WO2015074544A1 (zh) 微波等离子体化学气相沉积装置
KR20090107017A (ko) 전자 사이클로트론 공진에 의한 비정질 실리콘 막들의 증착

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20121107

Termination date: 20161026

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee