CN103797155A - 用于直线型大面积等离子体反应器中均匀处理的气体输送和分配 - Google Patents

用于直线型大面积等离子体反应器中均匀处理的气体输送和分配 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用于引入气体到处理腔室中的装置，所述处理腔室包含具有气体注入孔的一或多个气体分配管，所述气体注入孔可在需要通过气体注入孔更大气体传导的气体引入管的管段处尺寸更大、数目更多，和/或彼此间隔更紧密。具有较大气体注入孔的外部管可围绕每一气体分配管。气体分配管可流体连接到真空前极管道，以促进在制程循环结束时从气体分配管去除气体。

Description

用于直线型大面积等离子体反应器中均匀处理的气体输送和分配
技术领域
本发明实施例大体涉及用于提供气体到处理区域中的气体分配管。
背景技术
用于显示器和薄膜太阳能等离子体增强化学气相沉积(plasma enhanced chemicalvapor deposition;PECVD)工具中的等离子源通常是使用电容耦合射频(radio frequency;RF)或甚高频(very high frequency;VHF)场以电离或离解电极板之间的处理器气体的平行板反应器。下一代平面PECVD腔室包括等离子体反应器，该等离子体反应器能够通过使在一个“垂直”腔室中具有两个基板且在所述基板之间使用“共用”等离子体源和气源来同时处理两个基板。因为当两个基板被处理时，气体和射频功率是由两个基板共享，所以此方法不仅增加系统产量，而且可降低射频硬件和制程气体（按产量）的成本。
此PECVD反应器中的等离子体可由放置在两个基板之间的线性等离子源阵列产生，且制程气体可从分布在基板区域上的气体管线输送。气体管线可与等离子体管线处于同一平面，所述等离子体管线通常被放置在两个基板之间的中平面，或气体管线可更接近基板放置和分布。气体管线可包含具有开口的一或多个输送管，气体通过所述开口被引入处理区域中。在这些系统中，在垂直于等离子体管线和气体管线的方向上的等离子体和气体均匀性为一挑战，此挑战可通过适当分布等离子体管线或气体管线，或通过改变工艺的构成（即，通过一个或若干等离子体/气体管线扫描基板），或通过所述两者的组合来解决。然而，沿着管线的均匀性也具有挑战且对于当管线超过一米长时的情况尤为关键，此情况包括许多下一代显示器和太阳能工具。
均匀气体分布的另一挑战是气体分配管中孔的堵塞，因为工艺残余物沉积在开口周围，阻塞了气体到处理空间中的流动。孔的阻塞妨碍气体均匀地流动到处理区域中。虽然管中的较大孔不易发生阻塞，但是所述孔由于造成沿着气体管的压降而累及到气体输送的均匀性。如此引起至处理腔室中的气体流动将不均匀。如果使用较小的孔，那么孔对沿着气体分配管的压降贡献较小，但是更容易阻塞。
在本领域中，需要通过供气管均匀地横跨基板地提供反应气体到腔室，同时最小化沿着管的阻塞以及压降。
发明内容
本发明实施例大体涉及用于处理腔室中的气体分配管。
在一个实施例中，提供气体分配系统。系统包含气体分配管，其中来源气体被送入气体分配管的至少一个部分中，且其中气体分配管具有沿着气体分配管来自每一孔的大体上相等的来源气流。
在另一实施例中，提供一种气体分配系统，所述气体分配系统包含气体分配管，其中来源气体被送入气体分配管的至少一个部分，且其中气体分配管具有孔，所述孔越接近输送气体的气体分配管的至少一个部分，所述孔彼此间隔越远。
在另一实施例中，提供气体分配管，所述气体分配管包含具有孔的内管，其中内管被连接到气源；和围绕内管的外管，其中外管具有比内管的孔大的孔。
在又一个实施例中，提供处理腔室，所述处理腔室包含气源、等离子源、真空泵、基板支撑件，和流体耦接到气源的至少一个气体分配管，其中来源气体被送入气体分配管的至少一部分，且其中气体分配管具有孔，所述孔到输送来源气体的气体分配管的至少一个部分越近，所述孔的尺寸越小。所述至少一个气体分配管可进一步包含围绕气体分配管的外管，其中外管具有大于气体分配管的孔的孔。在另一实施例中，至少一个气体分配管可被流体连接到真空管，所述真空管耦接到真空泵。
附图说明
因此，以可详细地理解本发明的上述特征的方式，可参考实施例获得上文简要概述的本发明的更特定描述，所述实施例中的一些实施例图示在附图中。然而，应注意，附图仅图示本发明的典型实施例且因此不将附图视为限制本发明的范畴，因为本发明可允许其他同等有效的实施例。
图1是可用于一个实施例的处理系统的示意图；
图2A至图2C是图1的处理腔室的示意图；
图3是图1的处理腔室的示意性横截面俯视图；
图4A至图4E是根据本文所述的实施例的气体分配管的示意性横截面图；
图5A是根据一个实施例的气体分配管的透视图；
图5B和图5C是图5A的气体分配管的不同实施例的示意横截面图；
图6A和图6B是图5A的气体分配管的不同实施例的示意横截面图；
图7是根据一个实施例的在管状气体分配系统之内的管的透视图；
图8图示根据一或更多个实施例的来自气体分配系统的沉积的图形表示。
为了便于理解，在可能的情况下，已使用相同元件符号来指定对诸图共用的相同元件。可以预期，一个实施例的元件和特征可有利地并入其他实施例中而无需进一步叙述。
具体实施方式
本发明实施例大体涉及用于提供气体到处理区域中的气体分配管，所述气体分配管包括气体分配管几何形状和沿着所述管的气体注入孔分布，以便反应气体可沿着管的长度均匀地被送入气体分配管和基板之间的区域中。本文所述的实施例可提供大体上相等的气流，诸如每12英寸的气体分配管长度的流量差不大于20%，其中进一步实施例为每6英寸的气体分配管长度的流量差小于10%。
在一个实施例中，布置在等离子体管线和基板之间的气体分配管可具有小的横截面以最小化等离子体遮蔽。在其他实施例中，沿着气体分配管的气体注入孔的间隔可在需要较少气体流出（和较少压降）的管段处（诸如在输送气体的管段附近）较大。气体注入孔的间隔可在需要更多气体流出的气体分配管的管段处（诸如朝向气体分配管的中心）减小。在另一实施例中，气体分配管中的孔尺寸可在需要较少气体流出的管段（诸如输送气体的管段）处较小，且气体分配管中的孔尺寸可在需要更多气体流出的管段（诸如朝向气体分配管的中心）处较大。类似地，气体分配管中的孔数目可在需要较少气体流出的管段处较小且在需要更多气体流出的管段处较大。在一个实施例中，气体分配系统可包含具有孔的内部气体分配管，所述孔可被布置在外管中，外管具有比内管中的所述孔通常更大且比内管中的所述孔间隔更开的孔。内部气体分配管可被耦接到一或多个气源。在每一气体分配管上的孔的定位、间隔和数目可用以保持均匀气体分布，同时将孔的阻塞最小化。
本文所述的实施例解决与使用线性等离子体源技术在诸如大面积PECVD腔室的腔室中的气体分配有关的不均匀沉积，尤其在轴向（即，平行于管线）上的不均匀性的问题。虽然本文中的一些实施例是针对微波功率等离子体反应器而图示，但是可使用建议的解决方案：(1)对于使用线性等离子体源技术（例如，微波、电感或电容）的任何等离子体反应器；(2)在任何类型的CVD系统、垂直双或单基板腔室、或水平单基板腔室；(3)在使用任何沉积模式（静态或动态模式）的腔室中，和(4)对于其他等离子体技术或应用，例如，蚀刻或光刻胶剥离，或反应性PVD。
图1是可用于本文所述的气体分配管的实施例的处理系统的示意图。图1是垂直线性CVD系统100的示意图。线性CVD系统100可具有一尺寸以处理具有大于约90,000cm2的表面面积的基板、且可能够当沉积2,000埃厚度的氮化硅薄膜时每小时处理多于90个基板。线性CVD系统100可包括两个分离的制程管线114A、114B，所述制程管线114A、114B由共用系统控制平台112耦接在一起以形成双制程管线配置/布局。共用电源（诸如交流电源）、共用和/或共享泵送与排气元件和共用气体面板可用于双制程管线114A、114B。对于每小时处理总计大于90个基板的系统，每一制程管线114A、114B可处理多于45个基板。尽管在图1中图示两个制程管线114A、114B，但是可以预期，系统可使用单个制程管线或多于两个制程管线配置。
每一制程管线114A、114B包括基板堆叠模块102A、102B，新基板（即，在线性CVD系统100之内还没有被处理的基板）是从所述堆叠模块撷取且经处理的基板被存储在所述堆叠模块中。大气机械臂104A、104B从基板堆叠模块102A、102B撷取基板，且大气机械臂104A、104B将基板放置到双基板装载站106A、106B中。应将理解，虽然基板堆叠模块102A、102B被图示为具有以水平定向堆叠的基板，但是布置在基板堆叠模块102A、102B中的基板可保持为垂直定向，所述垂直定向类似于基板如何被保持在双基板装载站106A、106B中的定向。然后，新基板被移动到双基板装载锁定腔室108A、108B中，且随后被移动到双基板处理腔室101A、101B。现在处理的基板随后通过双基板装载锁定腔室108A、108B的一个腔室返回到双基板装载站106A、106B中的一个，在所述双基板装载站处，所述基板是通过大气机械臂104A、104B中的一个撷取且返回到基板堆叠模块102A、102B中的一个。
图2A至图2C是图1中的双基板处理腔室101A、101B的示意图。图3图示图1中的双基板处理腔室101A、101B的示意性横截面俯视图。参看图2A至图2C，双基板处理腔室101A、101B包括数个微波天线210，所述微波天线210在每一双基板处理腔室101A、101B的中心以直线排列布置。微波天线210从处理腔室的顶部到处理腔室的底部垂直地延伸。每一微波天线210具有耦接到微波天线210的在处理腔室的顶部和底部两者处的相应微波功率头212。如图2B中所示，微波功率头212可由于空间限制而交错。功率可通过每一微波功率头212独立地施加到微波天线210的每一端。微波天线210可在300MHz与3GHz的范围内的频率下操作。金属天线可为实心或中空的，且具有任意横截面（圆形、矩形等）且具有比所述金属天线的横截面特征尺寸大得多的长度；天线可被直接暴露于等离子体或嵌入在电介质（注意：电介质被理解为实心绝缘体，或实心绝缘体加空气/气体间隙或多个间隙）中，且天线可由RF功率供电。线性源可使用一个或两个射频发生器在一端或在两端处供电。此外，单个发生器可为单个线性等离子源或者为并联或串联，或并联且串联相结合的若干线性等离子源供电。
每个处理腔室被布置以能够处理两个基板，微波天线210的每一侧有一基板。基板通过基板载体208和遮蔽框架204在处理腔室之内固定就位。气体引入管214可被布置在相邻微波天线210之间。气体引入管214可由用于分布气体的任何适当、较好的抗蚀材料制成，所述材料诸如铝、陶瓷或不锈钢。气体引入管214平行于微波天线210从处理腔室的底部到顶部垂直延伸。气体引入管214允许处理气体的引入，所述气体诸如硅前驱物和氮前驱物。虽然未在图2A至图2C中图示，但是处理腔室101A、101B可通过位于基板载体208之下的泵送口（见图3中的302A至302D）排空。
图3是图1的双基板处理腔室101A（所述双基板处理腔室可与双基板处理腔室101B相同）的示意性横截面俯视图，双基板处理腔室101A具有布置于腔室内部的基板306和耦接到真空前极管道的气体引入管214。气体引入管214接近于布置在基板载体208上的基板306放置和分布。双基板处理腔室101A的连接点302A至302D通向真空前极管道。因为连接点是接近双基板处理腔室101A的角落布置，所以双基板处理腔室101A可在双基板处理腔室101A的所有区域中大体上均匀地排空。如果仅有一个排空点，那么与远处的位置相比，在排空点附近可能有更大的真空。可以想到，其他排空连接是可能的，所述连接包括额外连接。
气体引入管214可以是平行于基板放置的圆形、卵形，或矩形横截面管。气体引入管214通常是经由腔室壁的输送通孔从两端（例如，在图2A和图2B的垂直处理腔室的情况下，位于处理腔室的顶部和底部）输送，且气体管线充气增压部（气体引入管214的内部部分）通过沿着气体引入管214分布的多个气体注入孔（见例如图5A中的430）被连接到处理腔室。在一个实施例中，处理气体或气体是通过主输送管或歧管（未图示）被送入每一气体引入管中，所述主输送管或歧管是流体耦接到每一气体引入管214。主输送管或歧管可由一或多个气源输送。一或多个控制阀可被放置在主气体管或歧管和每一气体引入管214之间，以控制到每一气体引入管214的流动。因此，到每一气体引入管214中的气体流动可取决于气体引入管214位于处理腔室中的位置（例如，朝向与端部相对的中心），或取决于在腔室中处理的基板的形状和大小而变化。
在一个实施例中，气体引入管214具有小的横截面和小的外表面面积，以便最小化等离子体损失（由于等离子体与壁相互作用的带电粒子损失）和反应物损耗（由于在气体管线外表面上的沉积的自由基损失）且提高处理腔室的功率和气体利用效率。因为较少的材料沉积在气体引入管214上，所以气体引入管214的外表面面积的减小还有利地将腔室清洗的频率、清洗气体消耗量和/或清洗时间最小化。因此，因为由于表面面积减小而较少的材料沉积，所以在处理期间沉积于气体引入管214上的薄膜的剥落不太可能发生，且提高了系统产量。
对于其中气体引入管214没有于腔室中被放置在与线性等离子源（诸如微波天线210）相同的平面，而是被放置在更接近于基板的平面中的腔室配置，保持气体引入管214较细还将等离子体的遮蔽最小化。如果气体引入管214接近于基板且直径过大，那么在气体引入管214后的等离子体密度（在相应到等离子体管线的遮蔽中）可显著地低于开放区域（遮蔽之外）中的等离子体密度，且如此可能负面影响垂直于气体引入管214的方向中的处理均匀性。
气体引入管214应足够细以最小化外表面面积和等离子体遮蔽，但不应过细而累及气体引入管214的强度，尤其当所述气体引入管较长时，如在直线型大面积等离子体反应器中的情况下。在一些实施例中，气体引入管可具有圆形横截面，具有约3m的长度、约0.5英寸的外径和约0.25英寸的内径。
然而，具有小的横截面（诸如在具有圆形截面的管的情况下的小的内径）的气体引入管214会在气体引入管214内部具有低的气体传导。较好地，与气体引入管214中的气体传导相比，沿着气体引入管214的气体注入孔的气体传导足够小，以便沿着管线具有均匀气体分布。如果气体注入孔的气体传导较大，那么更多气体将倾向于通过气体注入孔流出气体引入管214到接近于气体管线输送的处理腔室中，而不是穿过气体引入管214的整个长度。如此将产生不均匀的处理。因此，为了补偿此不均匀性，可以最小化气体注入孔的尺寸和数目且最大化孔之间的间隔，以最小化每单位长度气体管线的气体注入孔传导。在一个实施例中，具有约3m长的气体引入管的气体注入孔可以是圆形且具有16mm的直径。在另一实施例中，具有约3m长的气体引入管的气体注入孔可具有范围从约1mm到约14mm的直径。在一些实施例中，所有气体注入孔可具有相同直径。在其他实施例中，气体注入孔可具有变化直径且在气体注入孔之间具有恒定间隔。
在某些实施例中，气体注入传导梯度可通过改变沿着气体引入管214的气体注入孔的间隔和/或尺寸来实现。图4A是根据一个实施例的气体引入管（在气体引入管的每一端处具有气体进口）的示意剖视图，在所述气体引入管中，气体注入传导梯度是通过改变气体注入孔430的间隔而形成。如图4A中所示，沿着气体引入管414的气体注入孔430可接近于气体进口间隔得更远，且气体注入孔430可朝向气体引入管414的中心彼此间隔更紧密。此配置允许较少气体在较接近于气体入口的气体引入管414的管段逸出气体引入管414（通过气体注入孔430），气体在所述管段处的压力较高，从而允许更多气体朝向气体引入管414的中心流动。气体由此更加均匀地流出气体注入孔430且在基板406上形成改善的沉积。
气体注入传导梯度也可通过改变沿着气体引入管414的气体注入孔430的尺寸来实现。图4A是根据一个实施例的气体引入管（在气体引入管的每一端处具有气体进口）的示意剖视图，在所述气体引入管中，气体注入传导梯度是通过改变气体注入孔430的尺寸而形成。如图4B中所示，沿着气体引入管414的气体注入孔430可在接近于气体入口处尺寸较小（例如，在圆孔情况下的较小直径）且朝向气体引入管414的中心处尺寸较大。如此允许较少气体在接近于入口的气体处于较高压力下的气体引入管414逸出，且更多气体朝向气体引入管414的中心流出气体引入管414。气体由此更加均匀地流出气体注入孔430且在基板406上形成改善的沉积。
气体注入传导梯度也可通过改变气体注入孔430的间隔、数目和大小的组合来实现。尽管在图4A至图4B中仅图示一个气体引入管，但是应理解，气体传导梯度可类似地在多个气体管线腔室（诸如图1中所示的线性CVD系统100）中的气体注入管内形成，以实现气体分配均匀性。此外，可使沿着气体引入管的局部气体传导从气体引入管的两端朝向中心，或从气体引入管的一端到另一端改变（通过改变气体注入孔的间隔、数目和/或大小），此举取决于气体管线是从两端输送还是仅从一端输送。例如，图4C图示以仅来自一端的气体输送的气体引入管414。气体注入孔430越接近输送气体的气体引入管414的端部，气体注入孔430可间隔更远。图4D图示以仅来自一端的气体输送的气体引入管414。气体注入孔430可在气体注入孔430更接近输送气体的气体引入管414的端部处尺寸更小，且气体注入孔430可在气体注入孔430远离输送气体的气体引入管414的端部尺寸更大。在另一实施例中，气体引入管414的外表面可被磨刷以便气体引入管414的壁厚度沿着气体引入管414的长度改变。例如，如图4E中所示，气体引入管414（其中气体是从气体引入管的两端输送）的外表面可被磨刷，以便面向基板406的气体引入管414的外表面是凹面。因此，气体注入孔430可在气体注入孔430更接近于输送气体的气体引入管414的端部处较长（来自气体注入孔的较少气体传导），且气体注入孔430可在气体注入孔430远离输送气体的气体引入管414的端部处较短。如果仅气体引入管414的一端输送气体，那么气体引入管414的外表面可被磨刷且锥形化，以便气体注入孔430可在气体注入孔430更接近于输送气体的气体引入管414的端部处较长，且气体注入孔430可在气体注入孔430远离输送气体的气体引入管414的端部处较短。在其他实施例中，沿着气体引入管的局部气体传导可取决于需要而非均匀地布置，诸如与偏移工艺腔室相关的不对称（泵吸、基板/平台边缘，或垂直腔室中的倾斜基板等等）。
图5A图示根据一个实施例的气体引入管514的透视图。如图5A中所示，两排气体注入孔530可沿着气体引入管514的长度形成，其中更多气体注入孔530朝向气体引入管514的中心形成。各排气体注入孔530面向基板（未图示），且由气体注入孔530的分布形成的气体注入传导梯度确保被送入气体引入管514的气体不在接近于气体引入管514的端部处逸出且到达管的中心。因此，最小化了沿着气体引入管514的压降。
图5B和图5C是图5A的气体引入管的不同实施例的示意性横截面图。各列气体注入孔530可以角度A形成，所述角度A可取决于应用而不同。在一个实施例中，角度A可以是从30度至60度的范围中选择的角度。在另一实施例中，角度A可以是从30度至90度的范围中选择的角度。虽然图5A图示在气体引入管514中的两排气体注入孔530，但是实施例可包括仅具有一排气体注入孔，或三排气体注入孔，或三排以上气体注入孔的气体引入管。可用于两排的任何角度也可用于三排或三排以上。此外，当处理三排或三排以上时，各排之间的分离角度不必相等。此外，气体注入孔可取决于应用以其他图案形成，且所述图案可为规则或不规则图案。
图6A和图6B是图5A的供气管的不同实施例的示意性横截面图。在一些实施例中，气体注入孔530可被钻孔以使得孔的直径在气体引入管514的整个厚度上变化。在图6A中所示的实施例中，气体注入孔的直径可在气体引入管514的外表面处最大，且朝向气体引入管514的厚度的中心呈锥形，且当所述直径到达气体引入管514的内表面时成为圆柱形。图6B中所示的气体注入孔530具有圆锥形，气体注入孔的直径从气体引入管514的内表面到气体引入管514的外表面逐渐增加。也可使用其他形状的气体注入孔。
图7图示气体引入管700的另一实施例，所述气体引入管700包括定位在外部气体引入管734之内的内部气体引入管714。气源（未图示）可被耦接到内部气体引入管714。气体引入管714可由用于分布气体的任何适当较好的抗蚀材料（铝、陶瓷或不锈钢）制成，且内部气体引入管714可具有足够小的外径，以使得所述内部气体引入管以在所述内部气体引入管与外部气体引入管之间的间隙g布置在外部气体引入管734内部。内部气体引入管714包括一或多个气体注入孔730，且外部气体引入管734包括一或多个气体注入孔736。气体注入孔730允许来自内部气体引入管714内部的气体从内部气体引入管714逸出到内部气体引入管714和外部气体引入管734之间的空间中。气体注入孔736允许气体从外部气体引入管734逸出到处理区域中。
气体传导梯度可以与如上所述的相同方式用于内部气体引入管714和外部气体引入管734的一者或两者上以提高气体分配均匀性。气体注入孔730越小，气体流出内部气体引入管714就越均匀。较小气体注入孔730将沿着内部气体引入管714的长度的压降最小化，且较小气体注入孔730产生充气增压部，所述充气增压部允许压力积聚在内部气体引入管714之内。因此，逸出内部气体引入管714的气体通常沿着内部气体引入管714在所有位置处处于相同流速。小的气体注入孔730还防止处理区域中的等离子体进入内部气体引入管714之内的充气增压部。为了防止小的气体注入孔730的阻塞，外部气体引入管734围绕内部气体引入管714布置以保护内部气体引入管714和气体注入孔730免于等离子体沉积。通过保持内部气体引入管714内部与处理空间之间的例如两倍的压差，防止气体移动进入内部气体引入管714，且可将等离子体损失（由于等离子体气体管线与壁相互作用的带电粒子的损失）最小化。
为了改进形成在内部气体引入管714之内的充气增压部，可将气体注入孔730的数目最小化以便在内部气体引入管714之内保持足够压力。在其他实施例中，在内部气体引入管714中的气体注入孔730的数目可沿着最接近气体入口的管段减少（例如，图7图示朝向气体正被引入的端部的较少气体注入孔）。此举可通过将气体注入孔730在需要较少气体流出的内部气体引入管714的管段处将气体注入孔730更远地间隔来完成。在另一实施例中，沿着内部气体引入管714的管段的气体流出可通过使在需要较少气体流出的内部气体引入管714的管段处的气体注入孔730较小而改变。在其他实施例中，不同形状和大小的气体注入孔730可用于改变沿着内部气体引入管714的长度的气体流出。
取决于管、处理腔室和沉积制程的配置，气体注入孔730的定位、间隔、形状和大小可依照需求或需要沿内部气体引入管714的整个长度改变。一些管段可具有规则重复的气体注入孔图案，且其他管段可具有不规则间隔、大小或形状的气体注入孔。例如，取决于气体管线是从两端输送还是仅从一端输送，气体注入孔730的数目和/或大小的减少可在内部气体引入管714的一端或两端，或一端可不同于另一端。气体注入孔也可为了特殊需要而非均匀地布置，例如，与偏移工艺腔室相关的不对称（泵送、基板/平台边缘，或垂直腔室中的倾斜基板，等等）。取决于管、处理腔室和沉积制程的配置，外部气体引入管734上的气体注入孔736可在数目、间隔、大小与形状上类似地变化。
在处理循环之间，可能难以排空形成在气体分配管之内的充气增压部，因为气体分配管的长度和气体注入孔的较小尺寸与数目降低来自气体引入管的气体的泄漏速率。为了减少循环之间的清理时间且提高处理效率，气体引入管214可被耦接到真空前极管道以促进且加速剩余在气体引入管内部的气体去除。
气体引入管214之内的压力越高，可能越难以循环处理腔室（此举可能涉及改变处理气体），因为气体引入管214可能具有必须在下一循环之前排空的高气体密度。即使腔室可使用真空泵316排空，但是由于作为气体注入孔的较小直径和气体注入孔的数目减少的结果的流量限制，气体引入管214内部的气体可能需要很长时间来泄漏。例如，当制程终止且必须快速交换气体时，剩余在气体引入管214中的气体可能需要很长时间泄漏到可接受的最低水平。取决于尤其是非晶硅的所使用的制程气体，此延迟可能更加重要。为了促进且加快气体从气体引入管214的去除，可以在气体管线320上安装三通阀350，所述三通阀350将处理腔室的气体引入管214耦接到气源340。三通阀350也可被耦接到管线322，管线322流体地耦接到通向真空泵316的真空前极管道。一旦处理循环结束，真空泵316可用以将气体泵从处理腔室以及气体引入管214中抽出。在处理期间，三通阀350可关闭至管线322的流动，以便仅在处理腔室和气源之间存在气体流动。此三向阀可尽可能实际地接近于气源340放置，以最小化未放气的气体输送管线（在三通阀和气源340之间）的量。其他阀组合和配置也可用于以与三通阀350相同的方式转向气流。
不意欲受理论约束，诸如微波RF等离子体的等离子体产生可在处理腔室主体中被吸收的能量。所述吸收的能量可加热腔室中的元件，所述元件诸如基板、基座、气体分配管，和腔室壁。在标准实施例中，处理腔室内部的气体分配管是由铝制成。加热和冷却标准气体分配管导致气体分配管的热膨胀及收缩。据信，由于等离子体暴露所造成的热膨胀及收缩可引起气体分配管弯曲且甚至弯断。这些热变形的气体分配管可导致气流的扰动，所述气流的扰动被认为导致沉积速率均匀性的降低。因而，对于增加气体管线等离子体暴露或可产生关于气体管线的明确加热和冷却对比的实施例，诸如用于水平气体输送系统中的微波线源，铝不被认为是可靠的材料。
陶瓷气体管线可使用孔定位和结构以便控制从气体入口点的近端到远端的气体的体积流量。此流量控制可横跨气体管线产生近似相等的气流。此外，与铝气体分配管相比，陶瓷气体分配管将由于腔室元件的加热和冷却显示较少热变形。
图8图示根据一个实施例的来自气体分配系统的沉积的图形表示。图8图示在基板表面位置808（自基板边缘开始测量，以mm为单位）上具有沉积速率806（如以
Figure BDA0000474246880000113
/分钟为单位测量）的图800。在此实例中，将对气体注入孔放置无改变的标准气体分配管（无胶带气体管线802）的沉积与气体注入孔以一频率堵塞的气体分配管（有胶带气体管线804）的沉积相比较，所述频率随着气体分配管更接近于气体管线而增加。气体注入孔放置是通过放置在气体注入孔之上的Kepton胶带模拟，以防止来自气体分配管的堵塞的气体注入孔的流动。无胶带管没有由胶带堵塞的气体注入孔。有胶带管具有堵塞的气体注入孔以模拟气体分配管，所述气体分配管具有在距气体管线更远的点处于气体注入孔之间的间距递减的气体注入孔。由于在此实施例中存在两个气体管线，所以在气体分配管中心存在的可利用的（非堵塞的）气体注入孔比在气体管线连接点处存在的更多。
在氩(Ar)等离子体存在的情况下，朝向基板引入氨气(NH3)和硅烷(SiH4)。所有气体的流动速率在无胶带管和有胶带管之间保持恒定，如同对于等离子体生产的电源和速率一样。此外，至气体分配管的每一侧的流动速率被保持恒定以保证所有峰谷反应在气体分配管之内的气体的预期分布。
无胶带管图示在气体入口点处接近2200
Figure BDA0000474246880000111
/分钟的沉积的标准峰值，所述峰值对应于图的x轴上的100mm和2700mm的点。随着气体在管长度上行进，无胶带管的压力和随后沉积降到低至大约1000
Figure BDA0000474246880000112
/分钟。
有胶带管显示对于无胶带管的均匀沉积速率中的显著改进。通常在气体入口点处形成的峰值被减少至大约1500
Figure BDA0000474246880000121
/分，其中中心点沉积到达大约1000
Figure BDA0000474246880000122
/分的最小值。虽然中心附近的谷部仍然存在，但是沉积的总平均值横跨气体分配管的长度更为均匀。因而，孔图案的改变可为基板上的沉积从管提供更为均匀的气体分布。
不受理论约束，据信，不良的沉积均匀性可通过气体分配管内部的不均匀气体压力产生。气体压力被认为受到孔大小、孔位置、至管的气体输送的方法和孔数目以及其他因素的影响。因而，据信，通过改变孔位置、孔大小或孔数目、沿着气体分配管的压力的任一个或者通过包括第二管以扩散差压的影响，可使沉积比通过传统气体分配管设计沉积得更加均匀。
如上所述，虽然图1图示其中基板被垂直地布置且气体分配管与X-Y平面水平地行进的垂直化学气相沉积(CVD)腔室，但是本文所述的实施例不限于图1的腔室配置。例如，气体分配管可用于其他CVD腔室中，在所述CVD腔室中，基板被支撑在大体上平行于地面的水平位置中。
虽然前述内容是针对本发明的实施例，但是可在不背离本发明的基本范围的情况下设计本发明的其他和进一步实施例，且本发明的范围是由以上权利要求书所决定。

Claims (22)

1.一种气体分配系统，包含：
气体分配管，具有一或多个来源气体引入口和数个孔，其中来源气体被送入所述气体分配管的至少一个部分中，且其中所述气体分配管具有沿着所述气体分配管来自每一孔的大体上相等的来源气流。
2.如权利要求1所述的气体分配系统，其特征在于，所述孔至所述一或多个来源气体引入口越近，所述孔的大小越小。
3.如权利要求1所述的气体分配系统，其特征在于，所述孔的所述直径按从所述气体引入管的内部到所述气体引入管的外部进行测量而被从小到大分等级。
4.如权利要求1所述的气体分配系统，其特征在于，所述气体分配管的壁在较接近于所述一或多个来源气体引入口的所述管的部分处较厚。
5.如权利要求1所述的气体分配系统，其特征在于，所述气体分配管在所述气体分配管中的每一孔位置处具有一个以上孔。
6.如权利要求5所述的气体分配系统，其特征在于，所述气体分配管在所述气体分配管中的每一孔位置处具有两个孔，且所述孔彼此分离30度到60度。
7.如权利要求1所述的气体分配系统，其特征在于，所述气体分配管是由陶瓷材料组成。
8.如权利要求1所述的气体分配系统，其特征在于，进一步包含：
围绕所述气体分配管的外管，其中所述外管具有通过所述外管的孔，所述外管的所述孔大于所述气体分配管的所述孔。
9.一种气体分配系统，包含：
气体分配管，其中来源气体被送入所述气体分配管的至少一个部分，且其中所述气体分配管具有孔，所述孔越接近输送所述气体的所述气体分配管的所述至少一个部分，所述孔彼此间隔越远。
10.如权利要求9所述的气体分配系统，其特征在于，所述孔的尺寸按从所述气体引入管的内部到所述气体引入管的外部进行测量而被从小到大分等级。
11.如权利要求9所述的气体分配管，其特征在于，所述气体分配管的壁在较接近于所述一或多个来源气体引入口的所述管的部分处较厚。
12.如权利要求9所述的气体分配管，其特征在于，所述气体分配管在所述气体分配管中的每一孔位置处具有一个以上孔。
13.如权利要求12所述的气体分配管，其特征在于，所述气体分配管在所述气体分配管中的孔位置处具有两个孔，且所述孔彼此分离30度到60度。
14.如权利要求9所述的气体分配系统，其特征在于，进一步包含：
围绕所述气体分配管的外管，其中所述外管具有比所述气体分配管的所述孔大的孔。
15.如权利要求8所述的气体分配系统，其特征在于，所述气体分配管是由陶瓷材料组成。
16.一种处理腔室，包含：
气源；
等离子体源；
真空泵；
基板支撑件；和
至少一个气体分配管，流体耦接到所述气源，所述气体分配管选自由以下气体分配管所组成的组：
气体分配管，具有一或多个来源气体引入口，其中来源气体被送入所述气体分配管的至少一个部分，且其中所述气体分配管具有孔，所述孔越接近输送所述气体的所述气体分配管的所述至少一个部分，所述孔的尺寸越小；和
气体分配管，其中来源气体被送入所述气体分配管的至少一个部分，且其中所述气体分配管具有孔，所述孔越接近输送所述气体的所述气体分配管的所述至少一个部分，所述孔彼此间隔越远。
17.如权利要求16所述的处理腔室，其特征在于，所述至少一个气体分配管进一步包含围绕所述气体分配管的外管，其中所述外管具有大于所述气体分配管的所述孔的孔。
18.如权利要求16所述的处理腔室，其特征在于，所述至少一个气体分配管被流体连接到真空管，所述真空管耦接到所述真空泵。
19.如权利要求16所述的处理腔室，其特征在于，所述孔包含圆锥形形状，其中所述圆锥形形状的尺寸按从所述气体引入管的内部到所述气体引入管的外部进行测量而被从小到大分等级。
20.如权利要求19所述的处理腔室，其特征在于，所述孔包含圆柱形形状，所述圆柱形形状与所述圆锥形形状的较小端连接。
21.如权利要求16所述的处理腔室，其特征在于，所述气体分配管的壁在较接近于所述一或多个来源气体引入口的所述管的部分处较厚。
22.如权利要求16所述的处理腔室，其特征在于，所述气体分配管在所述气体分配管中的每一孔位置处具有一个以上孔。
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