CN110760823B - 用于消除遮蔽框架的气体限制器组件 - Google Patents

用于消除遮蔽框架的气体限制器组件 Download PDF

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Abstract

本公开涉及一种气体限制器组件，所述气体限制器组件被设计成通过限制气流并改变在基板边缘区域附近的局部气流分布来降低不均匀的沉积速率。所述气体限制器组件的材料、尺寸、形状和其他特征可基于处理要求以及相关联的沉积速率而变化。在一个实施方式中，一种用于处理腔室的气体限制器组件包括气体限制器，所述气体限制器被配置成减少气流并且补偿基板边缘区域上的较高沉积速率。所述气体限制器组件还包括覆盖件，所述覆盖件设置在所述气体限制器下方。所述覆盖件被配置成防止基板支撑件暴露于等离子体下。

Description

用于消除遮蔽框架的气体限制器组件
本申请是申请日为2015年1月20日、申请号为201580006247.7、名称为“用于消除遮蔽框架的气体限制器组”的发明专利申请的分案申请。
本公开的背景
技术领域
本公开的实施方式总体上涉及一种用于使分布均匀性提高的气体限制器组件以及用于在处理腔室中分布气体的方法。
背景技术
液晶显示器或平板通常使用于有源矩阵显示器，诸如计算机和电视机监视器。一般采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)在基板(诸如用于平板显示器或半导体晶片的透光基板)上沉积薄膜。一般通过将前驱气体或气体混合物(例如，硅烷(SiH4)和氮气(N2))引入容纳有基板的真空腔室中实现PECVD。前驱气体或气体混合物通常被向下引导以通过位于腔室顶部附近的分布板。通过从耦接到腔室的一或多个RF源将射频(RF)功率施加至腔室，腔室中的前驱气体或气体混合物被激发(例如激励)成等离子体。受激励的气体或气体混合物发生反应，以便在定位在温度受控的基板支撑件上的基板的表面上形成材料(例如，氮化硅(SiNx))的层。氮化硅层形成用于下一代薄膜晶体管(TFT)和有源矩阵有机发光二极管(AMOLED)中的低温多晶硅(LTPS)膜堆叠的钝化层、栅极绝缘体、缓冲层和/或蚀刻停止层。TFT和AMOLED是用于形成平板显示器的两种类型器件。
通过PECVD技术处理的平板通常较大，常常超过4平方米。由于在平板显示器工业中，基板尺寸持续增长，对大面积PECVD的膜厚度和膜均匀性控制成为问题。遮蔽框架通常在PECVD中用于保护基板支撑件免受等离子体影响。然而，由于遮蔽框架覆盖基板最外边缘，因此这些遮蔽框架：(1)使边缘排除(edge exclusion，EE)增加3mm至5mm；以及(2)不利影响基板周边/边缘区域附近的膜沉积。一种使边缘均匀性改进的方式是消除遮蔽框架。然而，消除遮蔽框架还会使基板支撑表面的周边区域暴露于等离子体下，这可能会由于基板与未覆盖的基板支撑表面之间的偏移而在基板边缘区域处导致较高沉积速率。此外，如果基板支撑表面暴露于等离子体下，就会导致等离子体起弧以及不均匀的沉积。
因此，需要改进在基板中的沉积速率和膜分布均匀性。
发明内容
本公开大体上涉及一种气体限制器组件，所述气体限制器组件被设计成通过限制气流并改变在基板边缘区域附近的局部气流分布来减少在基板边缘区域上的较高沉积速率。所述气体限制器组件的材料、尺寸、形状和其他特征可基于处理要求以及相关联的沉积速率而变化。
在一个实施方式中，一种用于处理腔室的气体限制器组件包括气体限制器，所述气体限制器被配置成减少基板边缘区域上的气流并且补偿基板边缘区域上的较高沉积速率。所述气体限制器组件还包括覆盖件，所述覆盖件设置在所述气体限制器下方。所述覆盖件被配置成防止基板支撑件暴露于等离子体下。
附图说明
因此，为了能够详细理解本公开的上述特征结构所用方式，上文所简要概述的本公开的更具体的描述可以参考实施方式进行，实施方式中的一些在附图中示出。然而，应当注意，附图仅仅示出本公开的典型实施方式，并且因此不应视为限制本公开的范围，因为本公开可允许其他等效实施方式。
图1是具有气体限制器组件的PECVD腔室的一个实施方式的示意性截面图。
图2是包围图1的基板支撑件的气体限制器组件的一个实施方式的平面图。
图3是常规遮蔽框架组件的一个实施方式的截面侧视图。
图4是气体限制器组件的一个实施方式的截面侧视图。
图5是气体限制器组件的一个实施方式的等距视图。
为了促进理解，已尽可能使用相同元件符号指定各图所共有的相同元件。应预见到，一个实施方式的要素和特征可有利地并入其他实施方式，而无需进一步叙述。
具体实施方式
本公开大体上涉及一种气体限制器组件，所述气体限制器组件被设计成通过将气流重新分布来减少基板边缘区域上的较高沉积速率。根据本文所述实施方式，气体限制器通过限制气流并改变在基板边缘区域附近的局部气流分布来减少不均匀的沉积速率。气体限制器组件的材料、尺寸、形状和其他特征可基于处理要求以及相关联的沉积速率而变化。
本文中的实施方式在下文中参考配置为处理大面积基板的PECVD系统(诸如可从加利福尼亚州圣克拉拉市应用材料公司(Applied Materials,Inc.,Santa Clara,California)的子公司AKT购买到的PECVD系统)说明性地描述。然而，应当理解，本公开有用于其他系统配置，诸如蚀刻系统、其他化学气相沉积系统以及期望将气体分布在处理腔室内的任何其他系统，包括配置成处理圆形基板的那些系统。
图1是用于形成电子器件(诸如TFT和AMOLED)的PECVD腔室100的一个实施方式的示意性截面图。应当注意，图1仅为可用于基板上的电子器件的示例性设备。一种合适PECVD腔室可从位于加利福尼亚州圣克拉拉市应用材料公司购得。应预见到，其他沉积腔室(包括来自其他制造商的那些沉积腔室)可用于实践本公开。
腔室100一般包括壁102、底部104和气体分布板或扩散器110以及基板支撑件130，它们限定工艺容积106。在一个实施方式中，基板支撑件130由铝制成。工艺容积106通过贯穿壁102而形成的可密封狭缝阀108进出，使得基板105可传送到处理腔室100中或传送到处理腔室100外。在一个实施方式中，基板105为1850mm x 1500mm。基板支撑件130包括基板接收表面132和杆134，所述基板接收表面132用于支撑基板105，并且所述杆134被耦接到升降系统136以升高和降低基板支撑件130。
气体限制器组件129围绕基板支撑件130周边设置。气体限制器组件129被配置成降低在基板140的边缘区域上的较高沉积速率。在一个实施方式中，气体限制器组件129包括基底131、覆盖件133和气体限制器135。基底131被配置成支撑气体限制器135，并且覆盖件133被配置成当基板140在处理期间被设置在基板支撑件130上时，覆盖所述基板支撑件130，即，防止基板支撑件130暴露于等离子体下。在一个实施方式中，在处于处理温度(例如400摄氏度)时，覆盖件133与基板140重叠10mm、或5mm。即使基板140与基板支撑件130并未对准，覆盖件133也有利地保护基板支撑件130免受等离子体影响。气体限制器组件129的细节将在下文论述。
升降销138可移动地设置穿过基板支撑件130以向和从基板接收表面132移动基板140，从而促进基板传送。基板支撑件130还可包括加热和/或冷却元件139，以将基板支撑件130和位于其上的基板140维持处于期望温度。基板支撑件130还可包括接地条带142，以在基板支撑件130外围提供RF接地。
扩散器110通过悬架114在其外围耦接到背板112。扩散器110也可通过一或多个中心支撑件116耦接到背板112，以有助于防止下垂(sag)和/或控制扩散器110的直度/曲率。气源120被耦接到背板112，以通过背板112将一或多种气体提供到形成在扩散器110中的多个气体通道111并提供到基板接收表面132。合适气体可以包括但不限于：含硅气体(例如，硅烷(SiH4))、含氮气体(例如，氮气(N2)、氧化氮(N2O)和/或氨气(NH3))、含氧气体(例如，氧气(O2))以及氩气(Ar)。真空泵109耦接到处理腔室100以控制工艺容积106内的压力。RF功率源122耦接到背板112和/或扩散器110以将RF功率提供到扩散器110，从而在扩散器110与基板支撑件130之间产生电场，使得可从存在于扩散器110与基板支撑件130之间的气体形成等离子体。可使用多种RF频率，诸如约0.3MHz与约200MHz之间的频率。在一个实施方式中，RF功率源122以13.56MHz的频率向扩散器110提供功率。
远程等离子体源124(诸如电感耦合的远程等离子体源)也可耦接在气源120与背板112之间。在处理基板过程间，清洁气体可提供到远程等离子体源124并被激励形成远程等离子体，可从所述远程等离子体生成并提供解离(dissociated)清洁气体物质以清洁腔室部件。清洁气体可进一步由RF功率源122来激励并提供以流过扩散器110，从而减少解离清洁气体物质的再结合。合适清洁气体包括、但不限于NF3、F2和SF6。
在一个实施方式中，在低于约400摄氏度或更低温度的沉积期间，可利用加热和/或冷却元件139来维持基板支撑件130和在其上的基板140的温度。在一个实施方式中，加热和/或冷却元件139可用于将基板温度控制到小于约100摄氏度，诸如20摄氏度与约90摄氏度之间。
沉积期间，在设置在基板接收表面132上的基板140的顶表面与扩散器110的底表面150之间的间距可以在约400mm与约1200mm之间，例如在约400mm与约800mm之间，例如在约400mm与约600mm之间，例如约500mm。在一个实施方式中，扩散器110的底表面150可包括凹形弯曲部，其中中心区域比其外围区域薄。
可使用处理腔室100来通过PECVD工艺沉积非晶硅(aSi)、氮化物(例如，氮化硅(SiNx))和/或氧化物(例如，氧化硅(SiOx))，上述各项广泛用作TFT和AMOLED中的钝化层、栅极绝缘体膜、缓冲层或蚀刻停止层。沉积的非晶硅、氮化物或氧化物层的均匀性(即，厚度)对最终器件性能(诸如，阈值电压和漏极电流均匀性)具有显著影响。在一个实施方式中，期望跨基板表面的约5％或更小的膜均匀性以及10mm EE(而非常规15mm EE)。虽然已朝这个目标做出许多努力，但是存在基板140的未实现这种均匀性的区域。例如，基板边缘经历较高或较低的沉积速率，这会导致这些区域的膜厚度大于或小于其他区域。尽管不希望受限于理论，但与等离子体驱动工艺相反，在边缘区域中的较高沉积速率的原因在于气流驱动工艺。本发明的气体限制器组件已开发并测试，以便克服这些影响并最小化在基板140的边缘区域上的膜的不均匀性。
图2是围绕基板支撑件130(为了清楚起见，移除气体限制器基底131和气体限制器135)的气体限制器组件129的覆盖件133的一个实施方式的平面图。参考图1和图2，气体限制器组件129被配置成限制气流并且改变将沉积在基板140的边缘区域上的气流的局部分布。在一个实施方式中，在不影响基板140的大范围均匀性分布的情况下，气体限制器组件129降低在基板140的边缘处的较高沉积速率。
图3是常规遮蔽框架组件的一个实施方式的截面侧视图。遮蔽框架310与基板140的外围边缘重叠，所述基板140设置在基板支撑件130上。在PECVD处理期间，遮蔽框架310提供保护基板支撑件130免受等离子体影响的优点。然而，遮蔽框架310的缺点包括其覆盖于基板140的外围边缘，由此增加边缘排除并防止或限制基板140的外围区域中的膜沉积，从而导致降低的边缘均匀性。移除遮蔽框架310还因过量等离子体沉积在基板140的外围边缘上而致在外围处不均匀的沉积、以及可能等离子体电弧。
图4是气体限制器组件129的一个实施方式的截面侧视图，这个实施方式解决关于图3中所示的遮蔽框架以及移除遮蔽框架两方面的许多考虑。气体限制器135设置在基底131上，所述基底131又设置在基板支撑件130上。覆盖件133设置在基板支撑件130上，并且防止基板支撑件130上的沉积。气体限制器135设置在覆盖件133和基底131上，并且围绕基板140外围设置。图5是气体限制器组件129的一个实施方式的等距视图。气体限制器135围绕基板140外围定位。在气体限制器135与基板140之间存在间隙137。由基板支撑件130支撑的覆盖件133设置在间隙137下方，并且保护基板支撑件130以防沉积。
气体限制器组件129由非金属或玻璃制成。例如，气体限制器组件129可由陶瓷(诸如氧化铝(Al2O3))制成。基底131设置在基板支撑件130上，并且在一个实施方式中，基底131包括一或多个陶瓷扣状物(button)(未示出)，所述一或多个陶瓷扣状物设置在基底131的一侧上并配置成面对基板支撑件130的基板接收表面132。陶瓷扣状物可减少与基板支撑件130的热接触和机械接触。气体限制器135经由设置在基板支撑件130上的基底131耦接到基板支撑件130。在一个实施方式中，基底131包括一或多个定位销202以用于与气体限制器135对准。
覆盖件133耦接到基板支撑件130并且在基底131与气体限制器135之间。覆盖件133被配置成使得：即使基板140与基板支撑件130并未对准，基板支撑件130在处理期间也不暴露于等离子体下。在一个实施方式中，覆盖件133包括在相交处或接合处206连结的一或多个陶瓷板200。陶瓷板200位于基板支撑件130的顶部外周边上，并且设置在基板140的外周边下方(如图1中所示)。一或多个带槽的定位销202和固定螺杆204用于使陶瓷板200彼此连结以形成覆盖件133。由于基板支撑件130材料(例如，铝)的热膨胀与陶瓷板200的热膨胀的差异，带槽的定位销202和固定螺杆204防止陶瓷板200在接合处206打开。用于定位销202的孔的中心与用于固定螺杆204的孔的中心之间的距离被限定为“X”。距离X可选择成允许基板支撑件130比陶瓷板200更多地热膨胀，同时仍防止陶瓷板200在接合处206形成较大间隙。甚至在以处理温度(例如400摄氏度)热膨胀时，这有利地防止基板支撑件130暴露于等离子体下。
返回参考图1，气体限制器135具有在约1mm至约9mm之间(例如约3mm或约6mm)的厚度，并且具有在约25mm至约75mm之间(例如，约50mm)的宽度。间隙137可形成在基板140的边缘与气体限制器135之间。在一个实施方式中，间隙137在约1mm至约5mm之间，例如约2mm(或者在400摄氏度下约5mm至约6mm)。本领域的技术人员将认识到，可基于流动气体以及期望补偿气体流速来选择气体限制器组件129的上述材料和测量值、并更具体地是气体限制器135和间隙137的测量值。
有利地，如本文所述的气体限制器组件129的实施方式减少气流并且补偿基板边缘区域上的较高沉积速率。气体限制器129通过将气体推回气体限制器135的高度下方并向上移动气体来改变在气体限制器135下方的局部气流。因此，减少局部气体分布，并且由此也降低了局部等离子体密度以及沉积速率。由此，提高总体膜厚度均匀性，并且在50mm或更小EE的边缘区域处尤其如此。
虽然本公开是针对一种气体限制器组件进行描述，然而应预见到，其他阻挡配置可扩展至处理腔室硬件。例如，可采用的方式如下：增加或减少遮蔽框架厚度或将厚度梯度引入现有遮蔽框架来补偿使用遮蔽框架的效果。
类似于基板140的基板的总体的均匀性已进行了测试，并且本发明的气体限制器组件示出以下有益结果：(1)对于非晶硅沉积，具有约6mm的厚度的气体限制器将标准化DR范围从6.8％改进到4.5％，在边缘处的10mm至50mm的范围中，具有2.3％的可能的均匀性(potential uniformity)，并且在10mm EE处，总体的均匀性从6.0％改进至3.8％；(2)对于高DR氮化硅，具有约6mm的厚度的气体限制器将标准化DR范围从9.5％改进至4.1％，具有2.1％的可能的均匀性，并且在10mm EE处，总体的均匀性从4.3％改进至3.6％；(3)对于高DR氧化硅，具有约6mm的厚度的气体限制器将标准化DR范围从8.5％改进至2.5％，具有1.3％的可能的均匀性，并且总体的均匀性从6.2％改进至4.8％；(4)对于低DR氮化硅，具有约3mm的厚度的气体限制器将标准化DR范围从14.4％改进至9.7％，具有4.8％的可能的均匀性，并且总体的均匀性从12.9％改进至7.7％；以及(5)对于低DR氧化硅，具有约6mm的厚度的气体限制器将标准化DR范围从6.3％改进至1.1％，具有0.6％的可能的均匀性，并且总体的均匀性从7.4％改进至6.8％。
尽管上述内容针对本公开的实施方式，但也可在不脱离本公开的基本范围的情况下设计本公开的其他和进一步实施方式，并且本公开的范围是由随附权利要求书来确定。

Claims (17)

1.一种用于在处理腔室中的基板支撑件的气体限制器组件，所述气体限制器组件包括：
陶瓷气体限制器，所述陶瓷气体限制器围绕基板的外围定位；
基底，所述基底具有：
下表面，所述下表面适于被支撑在所述基板支撑件上；
内部上表面和内部侧表面；以及
外部上表面，所述外部上表面适于支撑所述陶瓷气体限制器；以及
覆盖件，所述覆盖件具有：
外部下表面，所述外部下表面适于由所述基底的所述内部上表面和所述内部侧表面支撑；以及
内部下表面，所述内部下表面适于由所述基板支撑件支撑，
其中所述气体限制器组件围绕所述基板支撑件的外围设置，并且
其中所述陶瓷气体限制器具有在1mm与9mm之间的厚度。
2.根据权利要求1所述的气体限制器组件，其特征在于，所述覆盖件包括四个板，
其中所述板位于所述基板支撑件的顶部外周边上，并且设置在所述基板的外周边下方。
3.根据权利要求2所述的气体限制器组件，其特征在于，其中所述板包括一或多个带槽的定位销和固定螺杆，配置为使所述板彼此连结以形成所述覆盖件。
4.根据权利要求1所述的气体限制器组件，其特征在于，所述基底包含氧化铝。
5.根据权利要求1所述的气体限制器组件，其特征在于，所述陶瓷气体限制器具有内边缘，并且所述基板具有外边缘，并且从所述内边缘到所述外边缘的距离在1mm与5mm之间。
6.根据权利要求1所述的气体限制器组件，其特征在于，所述覆盖件定位成与所述基板重叠5mm或10mm的距离。
7.根据权利要求1所述的气体限制器组件，其特征在于，所述陶瓷气体限制器包含氧化铝。
8.根据权利要求2所述的气体限制器组件，其特征在于，所述板包含陶瓷材料。
9.一种处理腔室，所述处理腔室包括：
扩散器；
基板支撑件，所述基板支撑件定位成与所述扩散器相对地支撑基板；以及
气体限制器组件，所述气体限制器组件包括：
气体限制器，所述气体限制器围绕所述基板的外围定位，其中所述气体限制器包含氧化铝；
基底，所述基底具有：
下表面，所述下表面被支撑在所述基板支撑件上；
内部上表面和内部侧表面；以及
外部上表面，所述外部上表面支撑所述气体限制器；以及
覆盖件，所述覆盖件具有：
外部下表面，所述外部下表面由所述基底的所述内部上表面和所述内部侧表面支撑；以及
内部下表面，所述内部下表面由所述基板支撑件支撑，
其中所述气体限制器组件围绕所述基板支撑件的外围设置，并且
其中所述气体限制器具有在1mm与9mm之间的厚度。
10.根据权利要求9所述的处理腔室，其特征在于，所述气体限制器具有内边缘，并且所述基板具有外边缘，并且从所述内边缘到所述外边缘的距离被配置为在1mm与5mm之间。
11.根据权利要求9所述的处理腔室，其特征在于，所述覆盖件定位成与所述基板重叠5mm或10mm的距离。
12.根据权利要求9所述的处理腔室，其特征在于，所述基底包含氧化铝。
13.根据权利要求9所述的处理腔室，其特征在于，所述覆盖件包括四个板，
其中所述板位于所述基板支撑件的顶部外周边上，并且设置在所述基板的外周边下方。
14.根据权利要求13所述的处理腔室，其特征在于，所述板包括一或多个带槽的定位销和固定螺杆，配置为使所述板彼此连结以形成所述覆盖件。
15.根据权利要求13所述的处理腔室，其特征在于，所述板包含陶瓷材料。
16.一种处理腔室，所述处理腔室包括：
扩散器；
基板支撑件，所述基板支撑件定位成与所述扩散器相对地支撑基板；以及
气体限制器组件，所述气体限制器组件包括：
陶瓷气体限制器，所述陶瓷气体限制器围绕所述基板的外围定位；
陶瓷基底，所述陶瓷基底具有：
下表面，所述下表面被支撑在所述基板支撑件上；
内部上表面和内部侧表面；以及
外部上表面，所述外部上表面支撑所述陶瓷气体限制器；以及
覆盖件，所述覆盖件具有：
外部下表面，所述外部下表面由所述基底的所述内部上表面和所述内部侧表面支撑；以及
内部下表面，所述内部下表面由所述基板支撑件支撑，
其中所述气体限制器组件围绕所述基板支撑件的外围设置，并且
其中所述陶瓷气体限制器具有在1mm与9mm之间的厚度。
17.根据权利要求16所述的处理腔室，其特征在于，所述覆盖件包括在一或多个相交处连结的一或多个陶瓷板，其中所述陶瓷板包括一或多个销或螺杆，所述一或多个销或螺杆被配置成在所述一或多个相交处连结所述一或多个陶瓷板。
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