CN105695958A - 一种pecvd气体喷淋头、成膜腔室及工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的PECVD气体喷淋头，包括顶部、底部及位于所述顶部和底部之间的侧壁，所述顶部和底部之间构成气体均匀分布腔，所述顶部包括：中心设置有工艺气体、射频电源信号及RPS等离子体通道的顶壁和位于所述顶壁下方的工艺气体均匀分布层，所述工艺气体通道与所述工艺气体均匀分布层相连并在其中进行第一次气体均匀，然后再进入所述气体均匀分布腔内进行第二次气体均匀，所述射频电源信号直接馈入至所述顶壁内，所述RPS等离子体通道直接与所述气体均匀分布腔相连。本发明能够改善大面积基板的膜厚均一性且提高产能。
Description
技术领域
本发明涉及新型平板显示、晶体硅太阳能电池及半导体相关领域，尤其涉及该领域中的一种PECVD气体喷淋头、成膜腔室及工作方法。
背景技术
PECVD技术(等离子体增强型化学气相沉积)是借助微波或射频等使含有薄膜组成原子的气体电离，在局部形成等离子体，等离子体中充满大量的被解离的化学活性很强的活性基团，很容易被吸附在基片表面沉积出所期望的薄膜。现在，PECVD技术广泛应用在半导体制造、平板制造和太阳能电池制造领域，主要用于沉积各种绝缘薄膜和半导体薄膜，包括：SiNx，SiOx、SiNxOx和aSi等薄膜。随着技术的不断发展，各种覆膜基板面积日益增大，这是因为大面积覆膜不但可以满足显示终端的要求同时也可以降低制造成本，然而，覆膜面积越大，基板的覆膜膜厚均一性越难以保证，特别是对于AMOLED平板显示而言，其覆膜的均一性要求更为严格，通常需要膜厚非均一性降低至5%以下。
另一方面，PECVD腔室在成膜过程中会在腔室内壁形成共沉积，这些沉积的薄膜很可能会因为应力脱落而形成颗粒，影响成膜质量，因此PECVD腔室在执行多次沉积工艺后通常需要清洁以移除形成在腔室壁上的沉积残余物。尤其对于AMOLED平板显示而言，即使很小的颗粒杂质都会造成点缺陷或者线缺陷等产品不良现象。这种因为防止杂质颗粒的产生而需要对PECVD腔室进行的定期清洗和对电极进行的维护，会对设备产能产生一定影响。
为了在对PECVD腔室的清洁期间获得更高的刻蚀速率，可以采用RPS（远程等离子体）方式来对腔体进行清洁，通常清洁等离子体采用的是含氟活性基团的等离子体。然而，从RPS源到沉积腔室的复杂传送路径会导致含氟活性基团复合而使解离效率降低，造成清洗速度过慢。
因此，针对大面积覆膜基板，如何能够改善其膜厚的均一性且保证较高的产能是工业上亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种PECVD气体喷淋头、成膜腔室及工作方法，能够改善大面积基板的膜厚均一性且提高产能。
为实现上述目的，本发明提供了一种PECVD气体喷淋头，包括顶部、底部及位于所述顶部和底部之间的侧壁，所述顶部和底部之间构成气体均匀分布腔，所述顶部包括：中心设置有工艺气体、射频电源信号及RPS等离子体通道的顶壁和位于所述顶壁下方的工艺气体均匀分布层，所述工艺气体通道与所述工艺气体均匀分布层相连并在其中进行第一次气体均匀，然后再进入所述气体均匀分布腔内进行第二次气体均匀，所述射频电源信号直接馈入至所述顶壁内，所述PRS等离子体通道直接与所述气体均匀分布腔相连。
可选地，所述工艺气体、射频电源信号及RPS等离子体通道三者为位置互相独立的通道。
可选地，所述射频电源信号通道与所述工艺气体通道二者互相嵌套，或者所述射频电源信号通道及所述RPS等离子体通道二者互相嵌套。
可选地，所述工艺气体、射频电源信号及RPS等离子体通道三者互相嵌套。
可选地，所述工艺气体均匀分布层的底部设置有多个出气孔，所述工艺气体均匀分布层的进气口至所述每个出气孔的距离相等。
可选地，所述气体均匀分布腔的底部设置有陶瓷介质层，所述陶瓷介质层上设置有多个通气孔。
可选地，所述工艺气体为由氢气、硅烷、磷烷、硼烷、TMB、N2O、N2、H3、Ar中任意一种或几种气体组合形成的成膜气体，或者为由NF3或SF6形成的清洁气体。
可选地，所述PRS等离子体为含氟活性基团，由NF3或SF6气体源供应。
本发明还提供了一种PECVD成膜腔室，包括腔体、上电极、下电极，所述上电极为权利要求1至8中任意一项所述的PECVD气体喷淋头。
可选地，所述上电极的上表面与所述腔体顶壁内表面的距离范围小于等于3mm。
本发明还提供了一种PECVD工作方法，包括以下步骤：
在所述PECVD成膜腔室内的成膜步骤：向所述工艺气体通道内通入成膜气体，使所述成膜气体进入所述工艺气体均匀分布层内先进行第一次气体均匀，然后再进入气体均匀分布腔内进行第二次气体均匀；
在所述PECVD成膜腔室的清洗步骤：所述RPS等离子体沿着所述RPS等离子体通道直接进入所述气体均匀分布腔内。
可选地，在对所述PECVD成膜腔室进行清洗步骤的同时，向所述工艺气体通道内通入NF3或者SF6清洁气体，使其进入所述工艺气体均匀分布层内先进行第一次气体均匀，然后再进入气体均匀分布腔内进行第二次气体均匀。
与现有技术相比，本发明有益的技术效果为：
1，将工艺气体、射频电源信号及RPS清洁气体分别采用三个通道注入至气体喷淋头中，其中，工艺气体先依次进入工艺气体均匀分布层和气体均匀分布腔中进行二次的气体均匀分布，然后再到达等离子体放电区域，由此可以改善工艺气体分布的均匀性，从而有利于获得较好的膜厚均一性；而对均一性要求不高的RPS等离子体则只需在气体均匀分布腔内均匀，通过较短的路径就到达等离子体放电区域，由此可以避免含氟活性基团在管路中与分子气体的复合及降低含氟活性基团与管壁的碰撞几率，提高含氟等离子体的工作效率，从而提高产能。这种同时能够改善大面积基板的膜厚均一性和提高产能的技术效果，具有极高的商业价值。
2，在工艺气体均匀分布层的底部设置有多个出气孔，且使工艺气体均匀分布层的进气口至每个出气孔的距离相等，从而进一步保证工艺气体的均匀性和膜厚均一性。
3，在气体喷淋头内设置的气体均匀分布腔为一个封闭式金属内腔，腔内电磁场强度为0，可以避免腔内等离子体的产生，同时该气体均匀分布腔也是气体的缓冲腔，能够提高气体的均匀分布性。
4，本发明的PECVD腔室的上电极下表面设置有一层氧化铝陶瓷介质层，所述陶瓷介质层上设置有多个通气孔，一方面使得气体在进入等离子体放电区域时更加均匀，另一方面可以保护上电极，防止上电极在清洗过程中形成AlF3产生杂质颗粒而影响成膜质量。
5，本发明的PECVD腔室的上电极的上表面与腔体顶壁的内表面的距离范围小于等于3mm，以防止产生寄生等离子体。
附图说明
图1为本发明一实施例中PECVD成膜腔室的结构示意图。
图2为本发明另一实施例中PECVD成膜腔室的结构示意图。
图3为本发明一实施例中工艺气体均匀分布层底部的示意图。
图4为本发明PECVD工作方法的流程图。
具体实施方式
以下将结合附图所示的具体实施例对本发明进行详细描述。
图1所示为本发明一实施例中PECVD成膜腔室的结构示意图，所述PECVD成膜腔室包括了上电极10，下电极20，和腔体30。所述上电极10和射频电源相连，并与下电极20之间形成等离子体放电区域40，该区域为PECVD成膜腔室的成膜区域，所述上电极的上表面11与腔体顶壁的内表面31的间距范围小于等于3mm，用以防止产生寄生等离子体。
所述上电极10还与气体源相连，所述气体源包括了工艺气体或清洁气体，用于向所述等离子体放电区域提供所需气体，因此上电极10同时也是PECVD成膜腔室的气体喷淋头10。所述PECVD气体喷淋头10包括顶部100、底部200及位于顶部100和底部200之间的侧壁300，所述顶部100和底部200之间构成气体均匀分布腔400，所述气体均匀分布腔400为一个封闭式的金属内腔，腔内电磁场强度为0，一方面避免腔内等离子体的产生，另一方面也可作为气体的缓冲腔，从而提高气体在到达所述等离子体放电区域40的气体均匀分布程度。
所述顶部100包括了顶壁110和位于顶壁110下方的工艺气体均匀分布层120，所述顶壁110的中心位置处分别设置有射频电源信号通道111、工艺气体通道112、及RPS等离子体通道113，所述工艺气体经过所述顶壁110进入所述工艺气体均匀分布层120内进行第一次气体均匀，然后再进入气体均匀分布腔400内进行第二次气体均匀。所述工艺气体可以为由氢气、硅烷、磷烷、硼烷、TMB、N2O、N2、H3、Ar中任意一种或几种气体组合形成的成膜气体，也可以为由NF3或SF6形成的清洁气体，所述工艺气体为成膜气体还是清洁气体根据PECVD腔室所处的不同的工作阶段决定。所述射频电源信号直接馈入至所述顶壁110内。所述RPS等离子体为由NF3或SF6气体源供应供应的含氟活性基团，所述活性基团穿过所述顶壁110和工艺气体均匀分布层120直接与气体均匀分布腔400相连。
在本发明中，工艺气体、射频电源信号及RPS等离子体分别采用三个通道注入至气体喷淋头中。需要说明的是，之所以采用工艺气体和RPS等离子体经过不同通道的方式进入等离子体放电区域，主要是基于PECVD腔室制程对于工艺气体和RPS等离子体的不同的需求而提出的，因为PECVD制程对工艺气体的均匀性和对等离子体的低复合率都有严格的要求，而对RPS等离子体的均匀性要求并不严苛，所以将工艺气体先依次进入工艺气体均匀分布层和气体均匀分布腔中进行二次的气体均匀分布，然后再到达等离子体放电区域，由此可以改善气体分布的均匀性，从而有利于获得较好的膜厚均一性；而RPS等离子体则只需在气体均匀分布腔内均匀，通过较短的路径就到达等离子体放电区域，由此可以避免含氟活性基团在管路中与分子气体的复合及降低含氟活性基团与管壁的碰撞几率，提高含氟等离子体的工作效率，从而提高产能。这种同时能够改善大面积基板的膜厚均一性和提高产能的技术效果，具有极高的商业价值。
在图1所示的实施例中，工艺气体、射频电源信号及RPS等离子体三个通道的位置为互相独立的，除此之外，所述射频电源信号通道111与所述工艺气体通道112二者可以互相嵌套，或者所述射频电源信号通道111及所述RPS等离子体通道113二者互相嵌套，具体可参见图2所示，再者，所述工艺气体、射频电源信号及RPS等离子体通道三者也可以互相嵌套，例如形成同心的结构。
在本发明中，所述工艺气体均匀分布层120的底部121设置有多个出气孔122，具体可参见图3所示，图3为一具有16个出气孔的均匀分布层结构，该均匀分布层120的入口与工艺气体通道112相连，所述进气口至所述任意一出气孔122的距离相等，有利于改善工艺气体的均匀性和膜厚均一性，需要说明的是，此处对出气孔的数量不做限制，只要满足进气口至任意一出气孔的距离相等即可。
请继续参见图1，所述气体均匀分布腔400的底部还设置有陶瓷介质层50，所述陶瓷介质层50上设置有多个通气孔（图未示出）。这样一方面能使得气体在进入等离子体放电区域时更加均匀，另一方面可以防止上电极在清洗过程中形成AlF3杂质颗粒而影响成膜质量。
本发明还提供了利用上述PECVD气体喷淋头及成膜腔室的工作方法，请参见图4，其具体流程如下：
首先，对所述PECVD成膜腔室进行成膜工艺，此时，向所述工艺气体通道内通入成膜气体，例如：由氢气、硅烷、磷烷、硼烷、TMB、N2O、N2、H3、Ar中任意一种或几种气体形成的组合，使所述成膜气体经过所述顶壁进入所述工艺气体均匀分布层内先进行第一次气体均匀，然后再进入气体均匀分布腔内进行第二次气体均匀，有利于改善气体分布的均匀性。
当PECVD腔室内的成膜工艺进行若干次以后，再对PECVD成膜腔室进行清洗，此时，向所述RPS等离子体通道内通入清洁气体，例如NF3或SF6，使所述RPS等离子体穿过所述顶壁和工艺气体均匀分布层直接到达气体均匀分布腔内。该步骤能避免含氟活性基团在管路中与分子气体的复合及降低含氟活性基团与管壁的碰撞几率，提高含氟等离子体的工作效率，从而提高产能。
在PECVD腔室的实际使用中，上述完整的工作流程为循环进行。
需要指出的是，在上述清洁PECVD成膜腔室的过程中，也可以同时向工艺气体通道内通入NF3或者SF6清洁气体，此时为RPS等离子体清洁与本地清洁两种方式相结合，一方面利用了RPS等离子体清洁具有较快刻蚀速率的优点，另一方面也发挥了本地清洁方式对腔体边缘具有较好刻蚀效果的长处，更加有利于提高清洁质量。
应当理解，虽然本说明书按照实施例加以描述，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施例。上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种PECVD气体喷淋头，包括顶部、底部及位于所述顶部和底部之间的侧壁，所述顶部和底部之间构成气体均匀分布腔，其特征在于：所述顶部包括：中心设置有工艺气体、射频电源信号及RPS等离子体通道的顶壁和位于所述顶壁下方的工艺气体均匀分布层，所述工艺气体通道与所述工艺气体均匀分布层相连并在其中进行第一次气体均匀，然后再进入所述气体均匀分布腔内进行第二次气体均匀，所述射频电源信号直接馈入至所述顶壁内，所述PRS等离子体通道直接与所述气体均匀分布腔相连。
2.根据权利要求1所述的一种PECVD气体喷淋头，其特征在于：所述工艺气体、射频电源信号及RPS等离子体通道三者为位置互相独立的通道。
3.根据权利要求1所述的一种PECVD气体喷淋头，其特征在于：所述射频电源信号通道与所述工艺气体通道二者互相嵌套，或者所述射频电源信号通道及所述RPS等离子体通道二者互相嵌套。
4.根据权利要求1所述的一种PECVD气体喷淋头，其特征在于：所述工艺气体、射频电源信号及RPS等离子体通道三者互相嵌套。
5.根据权利要求1所述的一种PECVD气体喷淋头，其特征在于：所述工艺气体均匀分布层的底部设置有多个出气孔，所述工艺气体均匀分布层的进气口至所述每个出气孔的距离相等。
6.根据权利要求1所述的一种PECVD气体喷淋头，其特征在于：所述气体均匀分布腔的底部设置有陶瓷介质层，所述陶瓷介质层上设置有多个通气孔。
7.根据权利要求1所述的一种PECVD气体喷淋头，其特征在于：所述工艺气体为由氢气、硅烷、磷烷、硼烷、TMB、N2O、N2、H3、Ar中任意一种或几种气体组合形成的成膜气体，或者为由NF3或SF6形成的清洁气体。
8.根据权利要求1所述的一种PECVD气体喷淋头，其特征在于：所述RPS等离子体为含氟活性基团，由NF3或SF6气体源供应。
9.一种PECVD成膜腔室，包括腔体、上电极、下电极，其特征在于：所述上电极为权利要求1至8中任意一项所述的PECVD气体喷淋头。
10.根据权利要求8所述的一种PECVD成膜腔室，其特征在于：所述上电极的上表面与所述腔体顶壁内表面的距离范围小于等于3mm。
11.一种实现权利要求8所述的PECVD工作方法，其特征在于：包括以下步骤：
在所述PECVD成膜腔室内的成膜步骤：向所述工艺气体通道内通入成膜气体，使所述成膜气体进入所述工艺气体均匀分布层内先进行第一次气体均匀，然后再进入气体均匀分布腔内进行第二次气体均匀；
在所述PECVD成膜腔室的清洗步骤：所述RPS等离子体沿着所述RPS等离子体通道直接进入所述气体均匀分布腔内。
12.根据权利要求8所述的一种PECVD工作方法，其特征在于：在所述PECVD成膜腔室内进行清洗步骤的同时，向所述工艺气体通道内通入NF3或者SF6清洁气体，使其进入所述工艺气体均匀分布层内先进行第一次气体均匀，然后再进入气体均匀分布腔内进行第二次气体均匀。
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