CN203820883U - 用于沉积腔室的扩散器 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了用于沉积腔室的扩散器。本实用新型通常涉及气体分配板，所述气体分配板被设计以确保基板上的大体上均匀沉积。气体分配板可补偿基板角落区域以及基板边缘中的非均匀性。为了补偿非均匀性，气体通道口可被根据需要不同地定尺寸以使得允许更多的气体流过某些策略上放置的气体通道，以增加位于气体分配板之下的基板区域中的基板上的沉积。可改变孔口尺寸以形成产生大体上均匀沉积的孔口直径梯度或直径混合。

Description

用于沉积腔室的扩散器
技术领域
本实用新型的实施方式通常涉及气体分配板组件和用于在处理腔室中分配气体的方法。
背景技术
液晶显示器或平板被通常用于诸如计算机和电视监视器的有源矩阵显示器。等离子体增强化学气相沉积(PECVD)被通常用于在诸如平板显示器的透明基板或半导体晶片之类的基板上沉积薄膜。PECVD通常是通过引入前驱物气体或气体混合物到包含基板的真空腔室中来完成。前驱物气体或气体混合物通常被向下导向通过位于腔室顶部附近的分配板。通过施加来自耦合至腔室的一个或多个射频(RF)源的射频(RF)功率到腔室来将腔室中的前驱物气体或气体混合物激励（例如，激发）成为等离子体。激发气体或气体混合物反应以在基板表面上形成材料层，所述基板位于温度可控基板支持件上。在反应期间产生的易挥发副产物是通过排气系统从腔室抽出。
由PECVD技术处理的平板典型地较大，往往超过4平方米。尤其与用于200mm和300mm的半导体晶片处理的气体分配板相比，用于在平板上提供均匀工艺气流的气体分配板（或气体扩散器板）在尺寸上相对较大。此外，由于基板为矩形，基板的边缘（诸如基板的侧面和角落）经历可能与在基板的其他部分经历的条件不同的条件。这些不同条件影响处理参数，所述处理参数诸如薄膜厚度、沉积均匀性和/或薄膜应力。
随着在平板显示器行业中的基板尺寸持续增长，对于大面积PECVD的薄膜厚度和薄膜均匀性控制成为一个问题。薄膜晶体管(TFT)和有源矩阵有机发光二极管(AMOLED)而是用于形成平板显示器的两种类型的装置。在基板的中心和边缘之间的沉积速率和/或诸如薄膜厚度或应力的薄膜性质的差异变得显著。
因此，需要一种改进的气体分配板组件，所述气体分配板组件改进薄膜沉积厚度的均匀性和薄膜性质。
实用新型内容
本实用新型通常涉及气体分配板，所述气体分配板被设计用于确保基板上的大体上均匀沉积。气体分配板可补偿基板角落区域以及基板边缘中的非均匀性。为了补偿非均匀性，气体通道口可被根据需要不同地定尺寸，以使得允许更多的气体流过某些策略上放置的气体通道，以增加位于气体分配板之下的基板区域中的基板上的沉积。可改变孔口尺寸以形成产生大体上均匀沉积的孔口直径梯度或直径混合。
在一个实施方式中，沉积腔室的扩散器包含：板，具有边缘区域和角落区域；和多个气体通道，形成在板的上游侧和下游侧之间，其中在边缘区域和角落区域的一个或两个中的一部分所述多个气体通道包括具有第一直径的第一孔洞和具有第二直径的第二孔洞，且所述剩余的多个孔洞包括第三直径，第一直径大于第二直径和第三直径。
在另一实施方式中，提供一种用于沉积腔室的扩散器。扩散器包括：板，所述板具有与第二主要边缘区域相对的第一主要边缘区域、相邻于第一和第二主要边缘区域中的每个的次要边缘区域、在主要边缘区域和次要边缘区域的交叉点处的角落区域；多个气体通道，所述多个气体通道形成在所述板的上游侧和下游侧之间，其中形成在主要边缘区域和角落区域中的一个或两个中的气体通道包括局部流动梯度结构。
附图说明
因此，以可详细地理解本实用新型的上述特征的方式，可参考实施方式获得上文简要概述的本实用新型的更特定描述，所述实施方式中的一些实施方式图示在附图中。然而，应注意，附图仅图示本实用新型的典型实施方式且因此不将附图视为限制本实用新型的范畴，因为本实用新型可允许其他同等有效的实施方式。
图1是PECVD腔室的一个实施方式的示意截面图。
图2是图1的扩散器的一部分的剖视图。
图3是图1和图2的扩散器的横截面平面图。
图4是图3的扩散器的一部分的横截面平面图。
图5是图示角落区域的一个实施方式的图3的扩散器的一部分的横截面平面图。
图6是图示角落区域的另一实施方式的图3的扩散器的一部分的横截面平面图。
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，一个实施方式的元件和特征可有利地并入其他实施方式中而无需进一步叙述。
具体实施方式
本实用新型通常涉及气体分配板，所述气体分配板被设计用于确保基板上的大体上均匀沉积。气体分配板可补偿基板角落区域以及基板边缘中的非均匀性。根据本文所述的实施方式，气体分配板通过调整经过气体分配板的气流来补偿非均匀性，所述气体分配板在其中沉积不均匀的区域中。在一个实施方式中，在气体分配板的一个或多个部分之内的局部流动梯度可被调整以通过气体分配板的部分相对于气体分配板的其他部分提供更大流率，以补偿非均匀性。在一个方面中，气体通道口可被根据需要不同地定尺寸，以使得允许更多的气体流过某些策略上放置的气体通道，以增加位于气体分配板之下的基板区域中的基板上的沉积。可改变孔口尺寸以形成产生大体上均匀沉积的孔口直径梯度或直径混合。
在下文中参照PECVD系统说明性地描述本文的实施方式，所述PECVD系统被设置以处理大面积基板，所述系统诸如可从加利福尼亚州圣克拉拉市的应用材料公司（Applied Materials,Inc.）的分部AKT获得的PECVD系统。然而，应理解，本实用新型可用于其他系统设置，所述系统设置诸如蚀刻系统、其他化学气相沉积系统和其中需要在工艺腔室之内的分配气体的任何其他系统，所述任何其他系统包括被设置以处理圆形基板的那些系统。
图1是用于形成诸如TFT和AMOLED的电子装置的PECVD腔室100的一个实施方式的示意截面图。应注意，图1仅为可用于基板上的电子装置的示例性装置。一个适当的PECVD腔室可从位于加尼福尼亚州圣克拉拉市的应用材料公司（Applied Materials,Inc.）获得。可以预期，包括来自其他制造商的那些沉积腔室的其他沉积腔室也可用于实践本实用新型。
腔室100通常包括壁102、底部104、气体分配板或扩散器110和基板支持件130，上述各部分界定工艺空间206。工艺空间106通过穿过壁102形成的可密封狭缝阀108可通达，以使得基板可被传递进出腔室100。基板支持件130包括用于支持基板105的基板接收表面132，和耦合至升降系统136用于升高和降低基板支持件130的杆134。遮蔽框架133可在处理期间放置在基板105的周边上。升降杆138通过基板支持件130可移动地布置以往返于基板接收表面132移动基板105来促进基板传递。基板支持件130也可包括加热和/或冷却元件139，用于将基板支持件130和位于所述基板支持件130上的基板105保持在所需温度下。基板支持件130也可包括接地带131以在基板支持件130的周边提供RF接地。
扩散器110在所述扩散器110的周边通过悬挂件114耦合至背板112。扩散器110也可通过一个或多个中心支持件116耦合至背板112，以帮助防止扩散器110的下垂和/或控制所述扩散器110的平直度/曲率。气源120被耦合至背板112，以通过背板112提供气体到形成在扩散器110中的多个气体通道211，且提供气体到基板接收表面132。真空泵109被耦合至腔室100以控制工艺空间106之内的压力。RF电源122被耦合至背板112和/或耦合至扩散器110，以提供RF功率到扩散器110以在扩散器110和基板支持件130之间产生电场，以便可由存在于扩散器110和基板支持件130之间的气体形成等离子体。可使用各种RF频率，所述频率诸如在约0.3MHz和约200MHz之间的频率。在一个实施方式中，RF电源122在13.56MHz的频率下提供功率到扩散器110。
诸如电感耦合远程等离子体源的远程等离子体源124也可耦合在气源126和背板112之间。在处理基板之间，清洗气体可被提供到远程等离子体源124且被激发以形成远程等离子体，离解的清洗气体物种从所述远程等离子体产生且被提供以清洗腔室元件。清洗气体可进一步通过所提供的RF电源122激发以流经扩散器110，以降低被分离清洗气体物种的重新结合。适当的清洗气体包括但不限于NF3、F2和SF6。
在一个实施方式中，可利用加热和/或冷却元件139以在沉积期间保持基板支持件130和在基板支持件130上的基板105的温度小于约400摄氏度或更少的温度。在一个实施方式中，可使用加热和/或冷却元件139控制基板温度小于100摄氏度，诸如在20摄氏度和约90摄氏度之间。
在沉积期间，在布置在基板接收表面132上的基板105的顶表面和扩散器110的底表面140之间的间隔可在400密耳和约1,200密耳之间，例如在400密耳和约800密耳之间。在一个实施方式中，扩散器110的底表面140可包括凹曲度，在所述凹曲度中，扩散器110的中心区域比扩散器110的周边区域更薄，如图1的剖视图中所示。
腔室100可被用于通过PECVD工艺利用稀释在一氧化二氮(N2O)中的硅烷(SiH4)气体沉积氧化硅(SiOx)，所述氧化硅(SiOx)被广泛地在TFT和AMOLED中用作栅极绝缘体薄膜、用于热耗散的缓冲层以及蚀刻终止层。氧化膜的均匀性（即，厚度）对诸如迁移率和漏极电流均匀性的最终装置性能具有显著影响，且因此所述均匀性在工艺的发展中非常关键。需要横跨基板表面的约5%，或更少的薄膜均匀性，以及最小的边缘排除。虽然已针对此目标进行许多进展，但是存在其中未获得均匀性的基板区域。例如，诸如基板的角落区域和侧面的基板边缘经历较低沉积速率，所述较低沉积速率在这些区域处产生小于其他区域的薄膜厚度。虽然不希望受理论的约束，但是在边缘区域中的较低沉积速率的原因归因于相邻这些区域的电磁场变化和/或气体分配。本实用新型的扩散器110已被开发且测试以克服这些效应且最小化在基板105上形成的薄膜中的非均匀性。
图2是图1的扩散器110的一部分的剖视图。扩散器110包括面向背板112（图示在图1中）的第一或上游侧202，和面向基板支持件130（图示在图1中）的相对第二或下游侧204。每一气体通道111由通过孔洞214耦合至第二孔212的第一孔210限定，所述第一孔210、孔洞214和第二孔212组合以形成通过扩散器110的流体路径。第一孔210从扩散器110的上游侧202延伸第一深度230到底部218。第一孔210的底部218可以是锥形、斜角、倒角和圆角，以当气体从第一孔210流动到孔洞214中时使流动限制最小化。第一孔210通常具有约0.093英寸到约0.218英寸的直径，且在一个实施方式中，第一孔210是约0.156英寸。
扩散器110的厚度在约0.8英寸到约3.0英寸之间，例如在约0.8英寸到约2.0英寸之间。在扩散器110中形成第二孔212，且第二孔212从下游侧（或端部）204延伸到约0.10英寸至约2.0英寸的深度232。在一个实施方式中，深度232在约0.1英寸到约1.0英寸之间。第二孔212的直径236通常是约0.1英寸到约1.0英寸，且直径236可以约10度到约50度的角度216扩张。在一个实施方式中，直径236在约0.1英寸到约0.5英寸之间，且扩张角度216在约20度到约40度之间。第二孔212的表面在约0.05平方英寸到约10平方英寸之间，且在一个实施方式中，所述表面在约0.05平方英寸到约5平方英寸之间。第二孔212的直径代表与下游表面204相交的直径。用于处理1500mm×1850mm的基板的扩散器110的实例具有直径为0.250英寸和扩张角度216为约22度的第二孔212。相邻第二孔212的边缘282之间的距离280是在约0.0英寸到约0.6英寸之间，且在一个实施方式中，所述距离280是在约0.0英寸到约0.4英寸之间。第一孔210的直径通常但不限于为至少等于或小于第二孔212的直径。第二孔212的底部220可以是锥形、斜角、倒角或圆角以最小化从孔洞214流出且流入到第二孔212中的气体的压力损失。此外，因为孔洞214对下游侧204的接近用于最小化第二孔212的暴露表面区域和面向基板的下游侧204，暴露于在腔室清洗期间提供的氟的扩散器110的下游区域被减小，从而降低沉积膜的氟污染的发生。
孔洞214通常将第一孔210的底部218和第二孔212的底部220耦合。孔洞214通常具有约0.01英寸到约0.3英寸，例如约0.01英寸到约0.1英寸的直径，且孔洞214典型地具有约0.02英寸到约1.0英寸，例如，约0.02英寸到约0.5英寸的长度234。孔洞214的长度234和直径（或其他几何属性）是在扩散器110和背板112（图示在图1中）之间的空间中的背压的主要来源，所述背压促进气体横跨扩散器110的上游侧202的均匀分配。孔洞214被典型地在多个气体通道111之间均匀地配置；然而，通过孔洞214的限制可在气体通道111之间不同地配置，以相对于另一范围或区域促进更多的气体流经扩散器110的一个范围或区域。例如，孔洞214可在接近于处理腔室100的壁102（图示在图1中）的扩散器110的那些气体通道111中具有较大直径和/或较短长度234，以使更多的气体流经扩散器110的边缘以增加在基板105的周边区域部分处的沉积速率。
图3是图示形成在所述扩散器110中的孔洞214的图1和图2的扩散器110的横截面平面图。扩散器110包括在角落305A至305D处连接的四个邻边300A至300D。边300A和300C界定扩散器110的主要边缘，而边300B和300D界定扩散器110的次要边缘。
在扩散器110的侧面300A上由弯曲的虚线指示区域310。区域310包括扩散器110的区域，在所述区域中，孔洞214包括不同于扩散器110中的其他孔洞214的流动限制属性。虽然仅在侧面300A上图示区域310，但是一个或所有侧面300B至300D可包括区域310。扩散器110还包括由相邻角落305A的弯曲的虚线指示的区域315。区域315包括扩散器110的区域，在所述区域中，孔洞214包括不同于扩散器110中的其他孔洞214的流动限制属性。虽然区域315被图示为相邻角落305A，但是一个或所有角落305B至305D可包括区域315。
区域310、315可界定其中根据本文所述的实施方式提供局部流动梯度的扩散器110的部分。局部流动梯度可包括由一个或多个孔洞214组成的结构，所述一个或多个孔洞214具有不同于扩散器110中的其他孔洞214的流动限制属性。局部流动梯度可通过一个或多个孔洞214提供，所述一或多个孔洞214具有直径，所述直径不同于扩散器110中的其他孔洞214的直径。局部流动梯度可包含结构，所述结构由具有第一直径的一个孔洞214组成，所述孔洞214被具有第二直径的其他孔洞214围绕，所述第二直径不同于所述第一直径。局部流动梯度也可包含结构，所述结构由具有第一直径的一组孔洞214组成，所述一组孔洞214相邻于具有第二直径的其他孔洞214，所述第二直径不同于所述第一直径。另外，局部流动梯度可包含由具有第一直径的一个或多个孔洞214的组组成的结构，所述一个或多个孔洞214的组散布在具有第二直径的其他孔洞214之内，所述第二直径不同于所述第一直径。
图4是图3的扩散器110的区域310的一部分的横截面平面图。图示了多个孔洞405、410、415、420、425和430，所述孔洞表示图3中所示的孔洞214的一个实施方式。行1至行6被图示为区域310的子区域400，且行1至行6包括具有不同流动限制属性的孔洞405、410、415、420、425和430，所述属性包含局部流动梯度结构的一个实施方式。在行1中包括孔洞405且孔洞405可包括第一直径，所述第一直径大于行2的孔洞410的直径。在行3中包括孔洞415且孔洞415可包括第二直径，所述第二直径大于行4的孔洞420的直径。在一个实施方式中，第一直径的孔洞可大于具有最小直径的扩散器110的孔洞n的直径约30%。在另一实施方式中，第二直径可大于具有最小直径的扩散器110的孔洞n的直径约20%。在一个实施方式中，扩散器110的孔洞n的直径（即，最小直径）是约17密尔至约22密尔，例如约18密尔至约20密尔。孔洞405、410、415、420、425和430的直径差异的图案可在区域310之内变化。在一个实施方式中，孔洞405、410、415、420、425和430的直径从侧面300A到在区域310之内的扩散器110的中心减小。在另一实施方式中，孔洞405包括第一直径，所述第一直径大于孔洞410、415、420、425和430的一个或组合的直径。在另一实施方式中，在子区域400中的多个选择的行可包括一个或多个孔洞，所述一个或多个孔洞具有类似于孔洞405的直径的直径，所述孔洞405大于孔洞410、415、420、425和430。在另一实施方式中，具有不同直径的孔洞405、410、415、420、425和430可在行1至6的每一行中混合。
图5是图示区域315的一个实施方式的图3的扩散器110的一部分的横截面平面图。多个第一孔洞505A被图示在具有第二直径的多个第二孔洞505B当中，所述布置包含局部流动梯度结构的另一实施方式。在一个实施方式中，第二直径小于第一直径。在一个方面中，第一孔洞505A的直径大于第二孔洞505B的直径约20%至约30%。在一个实施方式中，多个第一孔洞505A包含群集510，且这些群集510的一个或多个群集可被包括在区域315中。
图6是图示区域315的另一实施方式的图3的扩散器110的一部分的横截面平面图。在此实施方式中，多个第一孔洞605A被图示为布置在多个第二孔洞605B、605C和605D周围，所述布置包含局部流动梯度结构的另一实施方式。在一个实施方式中，每个第一孔洞605A包括一直径，所述直径小于每个第二孔洞605B、605C和605D的直径。在另一实施方式中，第二孔洞的一部分具有一直径，所述直径大于第一孔洞605A的直径约20%至约30%。在另一实施方式中，第二孔洞的一部分（诸如孔洞605B）的直径大于第一孔洞605A和其余第二孔洞605C和605D两者的直径。在另一实施方式中，第二孔洞的一部分（诸如孔洞605B）的直径大于第一孔洞605A和其余第二孔洞605C和605D的直径，且所述其余第二孔洞605C和605D具有相同大小。
具有如本文所述的变化孔洞的扩散器110的实施方式增加气体流动且补偿在基板的角落区域和/或边缘区域上的低沉积速率。因此，改进了整个薄膜厚度均匀性。可根据本文所述的实施方式制造扩散器110，或如本文所述的孔洞可在改型工艺中添加到现有扩散器。
类似于扩散器110的扩散器的角落区域被测试，且本实用新型的扩散器展示沉积速率中的15%的增加。此外，因此，在具有1个扩大孔洞的角落处的角落对角线轮廓在15mm的边缘排除处从96%提高到98%。
虽然前述内容是针对本实用新型的实施方式，但是可在不背离本实用新型的基本范围的情况下设计本实用新型的其他和进一步实施方式，且本实用新型的范围是由所附权利要求书所决定。

Claims (21)

1.一种用于沉积腔室的扩散器，包括： 
板，具有边缘区域和角落区域；以及 
多个气体通道，形成在所述板的上游侧和下游侧之间，其中在所述边缘区域和所述角落区域的一个或两个中的所述多个气体通道中的一部分包括具有第一直径的第一孔洞和具有第二直径的第二孔洞，且剩余的多个孔洞包括第三直径，所述第一直径大于所述第二直径和所述第三直径。 
2.如权利要求1所述的扩散器，其中所述第一直径大于所述第三直径30％。 
3.如权利要求1所述的扩散器，其中所述剩余的多个孔洞包括第四直径，所述第四直径小于所述第三直径。 
4.如权利要求3所述的扩散器，其中所述第二直径和所述第三直径大体上相同。 
5.如权利要求3所述的扩散器，其中所述第一直径大于所述第四直径30％。 
6.如权利要求5所述的扩散器，其中所述第二直径和所述第三直径大体上相同。 
7.如权利要求6所述的扩散器，其中所述第二直径和所述第三直径大于所述第四直径20％。 
8.如权利要求7所述的扩散器，其中所述第一直径大于所述第四直径30％。 
9.如权利要求1所述的扩散器，其中在所述角落区域中的所述多个气体通道的所述部分包括具有所述第一直径的孔洞群集。 
10.如权利要求1所述的扩散器，其中在所述边缘区域中的所述多个气体通道的所述部分包括一个或多个第一行的第一孔洞，和关于所述一个或多个第一行的第一孔洞向内定位的一个或多个第二行的第二孔洞。 
11.一种用于沉积腔室的扩散器，包括： 
板，具有与第二主要边缘区域相对的第一主要边缘区域、相邻于所述第一和第二主要边缘区域中的每个的次要边缘区域、在所述主要边缘区域和所述次要边缘区域的交叉处的角落区域；以及 
形成在所述板的上游侧和下游侧之间的多个气体通道，其中形成在所述主要边缘区域和所述角落区域中的一个或两个中的气体通道包括局部流动梯度结构。 
12.如权利要求11所述的扩散器，其中所述局部流动梯度结构包括具有第一直径的第一孔洞和具有第二直径的第二孔洞，且剩余的多个孔洞包括第三直径，所述第一直径大于所述第二直径和所述第三直径。 
13.如权利要求12所述的扩散器，其中所述第一直径大于所述第三直径30％。 
14.如权利要求12所述的扩散器，其中所述剩余的多个孔洞包括第四直径，所述第四直径小于所述第三直径。 
15.如权利要求14所述的扩散器，其中所述第二直径和所述第三直径大体上相同。 
16.如权利要求14所述的扩散器，其中所述第一直径大于所述第四直径30％。 
17.如权利要求16所述的扩散器，其中所述第二直径和所述第三直径大体上相同。 
18.如权利要求17所述的扩散器，其中所述第二直径和所述第三直径大于所述第四直径20％。 
19.如权利要求18所述的扩散器，其中所述第一直径大于所述第四直径30％。 
20.如权利要求12所述的扩散器，其中在所述角落区域中的所述多个气体通道的部分包括具有所述第一直径的孔洞群集。 
21.如权利要求12所述的扩散器，其中在所述边缘区域中的所述多个气体通道的部分包括一个或多个第一行的第一孔洞，和关于所述一个或多个第一行的第一孔洞向内定位的一个或多个第二行的第二孔洞。 
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