CN204857653U - 具有分隔的供气管线的等离子体处理腔室及等离子体处理系统 - Google Patents
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Abstract
本公开案涉及具有分隔的供气管线的等离子体处理腔室及等离子体处理系统。本公开案公开了用于将前驱物气体分别提供到等离子体处理系统的方法与设备，所述等离子体系统包括第一前驱物源和第二前驱物源，以及第三前驱物源，所述第一前驱物源和第二前驱物源通过第一进料管线和第二进料管线耦接到设置在所述腔室上的远程等离子体源，所述第三前驱物源包含含氟气体并且通过与所述第一进料管线和所述第二进料管线分隔的第三进料管线耦接到在所述远程等离子体源和所述腔室之间延伸的输出导管。
Description
技术领域
本文公开的实施方式大体涉及使用等离子体处理基板(诸如，太阳能电池板基板、平板基板，或者半导体基板)的方法和设备。
背景技术
等离子体增强化学气相沉积(PECVD)通常用于在基板上沉积薄膜，所述基板为诸如半导体基板、太阳能电池板基板、液晶显示器(LCD)基板，以及有机发光二极管(OLED)显示器。PECVD通常是通过以下步骤完成的：将前驱物气体引入到其中有基板设置在基板支撑件上的真空腔室中。所述真空腔室可耦接至远程等离子体腔室，所述远程等离子体腔室设置在真空腔室的外部，用于在清洁气体进入所述真空腔室之前将所述清洁气体激励(例如，激发)成等离子体清洁气体。所述前驱物气体的部分通常被引导穿过所述远程等离子体腔室，以便用气体状态将所述前驱物气体引入所述真空腔室。所述前驱物气体随后流动到位于所述真空腔室的顶部附近的分配板处。通过从耦接到真空腔室的一或多个射频(RF)源施加射频(RF)功率到所述真空腔室，可以在所述真空腔室中激励所述前驱物气体。所述被激发的气体发生反应，从而在定位于温度受控的基板支撑件上的基板表面上形成材料层。所述分配板通常是连接到射频功率源，以及所述基板支撑件通常是连接到腔室主体，以提供射频电流返回通路。
然而，用于形成所述层的一些前驱物气体可在到达所述基板之前与其他前驱物气体反应。这些气体之间的反应倾向于在所述基板上形成颗粒，这种情况是不希望有的。因此，存在对具有预防所述前驱物气体在沉积之前混合的供气管线的PECVD腔室的需求。
实用新型内容
本文公开的实施方式大体涉及用于等离子体处理基板的方法和设备。更具体地，本文公开的实施方式提供具有分隔的供气管线的等离子体处理腔室。
在一个实施方式中，提供了等离子体处理腔室。所述腔室包括第一前驱物源和第二前驱物源，以及第三前驱物源，所述第一前驱物源和第二前驱物源通过第一进料管线和第二进料管线耦接到设置在所述腔室上的远程等离子体源，所述第一前驱物源和所述第二前驱物源中的一者包含六甲基二硅氧烷流体，所述第三前驱物源包含含氟气体并且通过与所述第一进料管线和所述第二进料管线分隔的第三进料管线耦接到在所述远程等离子体源和所述腔室之间延伸的输出导管。
在另一实施方式中，描述了等离子体处理系统。所述等离子体处理系统包括腔室、设置在所述腔室内的第一电极，第一前驱物源和第二前驱物源，以及第三前驱物源，所述第一电极促进所述腔室内的等离子体产生并且可相对于所述腔室内的第二电极移动，所述第一前驱物源和所述第二前驱物源通过第一进料管线和第二进料管线耦接到设置在所述腔室上的远程等离子体源，以及所述第三前驱物源包含含氟气体并且通过与所述第一进料管线和所述第二进料管线分隔的第三进料管线耦接到在所述远程等离子体源和所述腔室之间延伸的输出导管。
附图说明
因此，可详细地理解本公开案的实施方式的上述特征结构的方式，即上文简要概述的本文公开的实施方式的更具体描述可参照实施方式进行，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，附图仅图示本公开案的典型实施方式，且因此不应被视为限制本公开案的范围，因为本公开案可允许其他等效的实施方式。
图1是等离子体处理系统的一个实施方式的示意性剖视图。
图2A和图2B是腔室主体的一部分分别在正视图和顶视图中的示意图，示出了分隔的供气管线的一个实施方式以及所述进料管线与所述处理腔室的耦接。
图3是分隔的供气管线的另一实施方式的一部分的示意图。
图4A至图4D是示出用于在图2B中示出的凸缘的穿孔板的一个实施方式的多种视图。
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。预期一个实施方式的元件和/或工艺步骤结构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
本文公开的实施方式大体涉及用于等离子体处理基板的方法和设备。更具体地，本文公开的实施方式提供具有分隔的供气管线的等离子体处理腔室。本文描述的实施方式涉及用于通过提供沉积材料中颗粒的减少来增强等离子体形成以及将材料沉积到基板上的方法。在后续描述中，将参照PECVD腔室，但是应当理解的是本文的实施方式也可在其他腔室中实践，仅举例来说包括物理气相沉积(PVD)腔室、蚀刻腔室、半导体处理腔室、太阳能电池处理腔室，以及有机发光二极管显示器(OLED)处理腔室。可使用的合适的腔室可购自加利福尼亚州圣克拉拉市的AKT美国公司，该公司为应用材料公司(AppliedMaterials,Inc)的子公司。应当理解的是本文论述的实施方式也可在购自其他制造商的腔室中实践。
本公开案的实施方式通常用于处理矩形的基板，诸如用于液晶显示器或者平板的基板，以及用于太阳能电池板的基板。其他合适的基板可为圆形的，诸如半导体基板。用于处理基板的所述腔室通常包括基板传送端口，所述基板传送端口形成在所述腔室的侧壁中以用于传送所述基板。本文公开的实施方式可用于处理任何大小或形状的基板。然而，在具有约15,600cm2的平面表面积的基板中，以及包括具有约90,000cm2(或更大的)的平面表面积的基板中，本文公开的实施方式提供独特的优势。
图1是等离子体处理系统100的一个实施方式的示意性剖视图。所述等离子体处理系统100配置用于使用等离子体处理大面积基板101以在所述大面积基板101上形成结构和元件，以供液晶显示器(LCD)、平板显示、OLED，或者用于太阳电池阵列的光伏电池的制造中使用。所述基板101可为由金属、塑胶、有机材料、硅、玻璃、石英或者聚合物，以及其他合适的材料形成的薄片。所述基板101可具有大于约1平方米的表面积，诸如大于约2平方米。在其它实施方式中，所述基板101可包含为约15,600cm2或更大的平坦表面积，所述面积为例如约90,000cm2(或更大)的平面表面积。所述结构可为薄膜晶体管或OLED结构，所述结构可包含多个顺序沉积和遮罩阶段。其他结构可包括p-n结，以形成用于光伏电池的二极管。
所述等离子体处理系统100可配置成在所述大面积基板101上沉积多种材料，所述材料包括但不限于电介质材料(例如，SiO2、SiOXNy，以及它们的衍生物或组合物)、半导电材料(例如，Si及Si的掺杂物)、阻挡层材料(例如，SiNx、SiOxNy，或者它们的衍生物)，以及六甲基二硅氧烷(HMDSO)。用所述等离子体处理系统100形成或沉积到所述大面积基板上的电介质材料和半导电材料的具体实例可包括外延硅、聚晶硅、非晶硅、微晶硅、硅锗、锗、二氧化硅、氮氧化硅、氮化硅，它们的掺杂物(例如，B、P，或者As)，它们的衍生物或它们的组合。所述等离子体处理系统100还配置成接收气体(诸如，氩气、氢气、氮气、氦气，或者它们的组合)以用作净化气体或载气(例如，Ar、H2、N2、He，它们的衍生物，或者它们的组合)。
如图1所示，所述等离子体处理系统100通常包括腔室主体102，所述腔室主体102包括底部117a和侧壁117b，所述底部117a和侧壁117b至少部分地限定处理体积111。基板支撑件104设置在所述处理体积111中。所述基板支撑件104经调适以在处理期间将所述基板101支撑在顶表面上。所述基板支撑件104耦接到致动器138，所述致动器138经调适以至少垂直地移动所述基板支撑件，从而来促进所述基板101的传送和/或调整在所述基板101和喷淋头组件103之间的距离D。一或多个升降杆110a-110d可延伸穿过所述基板支撑件104。所述升降杆110a-110d经调适以在用致动器138使所述基板支撑件104下降时接触所述腔室主体102的底部117a和支撑所述基板101，以便促进所述基板101的传送。在如图1所示的处理位置中，所述升降杆110a-110d经调适以与所述基板支撑件104的上表面齐平或者略低于所述上表面，从而允许所述基板101在所述基板支撑件104上平放。
所述喷淋头组件103配置成从主气源122供应处理气体到所述处理体积111。所述等离子体处理系统100还包括排气系统118，所述排气系统118配置成施加负压到所述处理体积111。所述喷淋头组件103通常是相对于所述基板支撑件104按实质上平行的关系设置的。
在一个实施方式中，远程等离子体源107耦接到所述腔室主体102。所述远程等离子体源107可用于供应气体到所述处理体积111。所述远程等离子体源107耦接到导管134，以供应气体到通往所述处理体积111的气体分配板114。所述远程等离子体源107还可耦接到所述主气源122，以及辅助气源126和清洁气体源119。来自所述主气源122和所述辅助气源126的气体可在不发生激励的情况下流动穿过所述远程等离子体源107，以及穿过导管134到达所述气体分配板114。来自所述清洁气体源119的气体可流动穿过所述远程等离子体源107，在所述远程等离子体源107中所述气体被激励成等离子体，所述等离子体流动穿过所述气体分配板114以用于清洁。所述喷淋头组件103可包括气体分配板114和背板116。在一个实施方式中，活化的前驱物气体穿过所述气体分配板114流入所述处理体积111。所述背板116可用作区隔板来赋能在所述气体分配板114和所述背板116之间的体积131的形成，在所述体积131中可获得均匀的反压力。
所述气体分配板114、所述背板116和所述导管134通常是由导电材料形成的，并且是彼此电气连通的。所述腔室主体102也是用导电材料形成的。所述腔室主体102通常是与所述喷淋头组件103电绝缘的。在一个实施方式中，用绝缘体135将所述喷淋头组件103安装在所述腔室主体102上。
在一个实施方式中，所述基板支撑件104也是导电性的，并且所述基板支撑件104和所述喷淋头组件103配置成相反的电极，以用于在处理期间在所述基板支撑件104和所述喷淋头组件103之间产生和/或维持前驱物气体的等离子体108。例如，射频(RF)功率源105通常用于在处理之前、期间和之后，在所述喷淋头组件103和所述基板支撑件104之间产生等离子体108，并且还可用于维持从所述远程等离子体源107供应的经激励物质。在一个实施方式中，所述射频功率源105用阻抗匹配电路121的第一导线106a耦接到所述喷淋头组件103。所述阻抗匹配电路121的第二导线106b电性地连接到所述腔室主体102。
在一个实施方式中，所述主气源122包括的气体为诸如氩气(Ar)、氢气(H2)、甲硅烷(SiH4)、含氮气体(N2、N2O、NH3、NF3)，以及它们的组合。所述辅助气源126也可用进料管线127耦接到所述远程等离子体源107。所述辅助气源126可包含前驱物液体，诸如在一个实施方式中为HMDSO。在所述辅助气源126中还可包含载气，诸如氦气(He)。蒸发器128可耦接到进料管线127，以从所述辅助气源126气化所述前驱物液体。在一些实施方式中，还可加热所述进料管线127，以维持在所述进料管线127中的前驱物气体的汽相。在一个实施方式中，所述进料管线127耦接到设置在所述主气源122和所述远程等离子体源107之间的进料管线129。
所述导管134还通过进料管线130耦接到含氟气体源124。所述含氟气体源124可包含含氟气体，诸如在一个实例中为四氟化硅(SiF4)，所述含氟气体可与来自主气源122和/或辅助气源126的气体反应。因此，为了防止所述气体在进入所述处理体积111之前发生不希望有的反应，所述进料管线130被引导成围绕所述远程等离子体源107并且耦接到所述腔室主体102附近的导管134。所述主气源122、辅助气源126和含氟气体源124可分别构成第一前驱物源、第二前驱物源和第三前驱物源。同样也，所述进料管线129、进料管线127和进料管线130可构成第一进料管线、第二进料管线和第三进料管线。
图2A和图2B是腔室主体102的一部分分别在正视图和顶视图中的示意图，示出了分隔的供气管线的另一实施方式，以及所述进料管线与所述处理系统100的耦接。所述腔室主体102包括顶部200，在所述顶部200中可定位所述远程等离子体源107。所述主气源122和所述辅助气源126可直接地耦接到所述远程等离子体源107。来自所述主气源122和所述辅助气源126的气体可以气态流动穿过所述远程等离子体源107。所述气体随后流动穿过第一导管205到达混合区块210。所述第一导管205可为所述远程等离子体源107的输出导管。所述混合区块210还耦接到所述含氟气体源124，以及所述含氟气体在所述混合区块210中混合并穿过导管215(在图2A中以部分剖视图示出)流动到所述处理体积111。所述混合区块210可耦接到设置在所述顶部200上的射频屏蔽装置。所述前驱物气体和所述含氟气体随后流动到所述气体分配板114并且被点燃变成等离子体。
如图2B所示，所述混合区块210可包括第一导管205和第二导管225，所述第二导管225耦接到所述进料管线130。所述第二导管225的末端可包括凸缘230。在一个实施方式中，所述凸缘230可包含穿孔板235，所述穿孔板235具有一或多个斜孔形成在其中以用于混合来自所述含氟气体源124的气体。在一些实施方式中，所述第二导管225的纵轴设置成与所述第一导管205的纵轴成直角。在一些实施方式中，所述进料管线127包括加热器240，以维持来自所述辅助气源126的液体在所述蒸发器128中汽化之后的汽相。
图3是分隔的供气管线的另一实施方式的一部分的示意图。所示出的实施方式类似于在图2A和图2B中示出的实施方式，区别在于所述主气源122和所述辅助气源126耦接到气体区块300。所述气体区块300可混合来自主气源122和辅助气源126两者的气体，并且将混合的气体用进料管线127提供到所述远程等离子体源107。来自含氟气体源124的进料管线130是与所述气体区块300分隔的。所述蒸发器128可耦接到在所述辅助气源126和所述蒸发器128之间的第一进料管线305。可被加热的第二进料管线310可将所述蒸发器128耦接到所述气体区块300。
图4A至图4D是示出用于在图2B中示出的凸缘230的穿孔板235的一个实施方式的多种视图。图4A是穿孔板235的等轴视图，以及图4B是所述穿孔板235的俯视图。所述穿孔板235包括主体400，所述主体400具有多个通孔405A和405B。所述主体400还包括在沟槽415的一侧的凸起的环形唇部410A。所述沟槽415的另一侧包括凸起的环形唇部410B。
图4C是沿着图4B的剖线4C-4C的穿孔板235的侧视剖面图。第一凹槽420A被限定在所述主体400中位于凸起的环形唇部410A的内缘内。第二凹槽420B被限定在所述主体400中位于凸起的环形唇部410B的内缘内。在一个实施方式中，所述第一凹槽420A的高度425A实质上等于所述第二凹槽420B的高度425B(即，+/-0.001英寸)。在一些实施方式中，所述第一凹槽420A和所述第二凹槽420B的每一者的高度425A、425B分别比所述主体400的厚度430大约5％。
所述通孔405A和405B的至少一部分是相对于所述主体400的纵轴A倾斜的。在一个实施方式中，位于所述主体400的中央的所述通孔405A是沿着纵轴A取向的，而通孔405B是倾斜的。所述倾斜的通孔405B可用于提供旋流或涡流，从而促进所述含氟气体与所述前驱物气体的混合。
图4D是沿着图4B的剖线4D-4D的主体400的侧视剖面图。所述通孔405B中的一者的剖面是示出为取向成相对于主体400的纵轴A成角度α。相对于所述纵轴A的所述角度α可为约40度到约50度，诸如约45度。虽然仅示出一个通孔405B，但是所有的通孔405B可以按角度α倾斜。所述通孔405B可以向内地朝向纵轴A倾斜，朝向彼此倾斜，或者使用以上倾斜方式的组合。
根据本文描述的等离子体处理系统100的实施方式，可使用所述主气源122、辅助气源126和含氟气体源124形成OLED结构。所述OLED结构可包括形成在所述基板101上的第一阻挡层和第二阻挡层。所述第一阻挡层可为电介质层，诸如氮化硅(SiN)、氮氧化硅(SiON)、二氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)、氮化铝(AlN)，或者其他合适的电介质层。所述第一阻挡层可通过以下步骤来沉积：引入含硅前驱物(诸如，甲硅烷)以及一或多种含氮前驱物(诸如N2和NH3)，以及氢气。
可在所述第一阻挡层上使用遮罩暴露的区域上形成缓冲粘附层。所述缓冲粘附层可包括电介质材料，诸如氮氧化硅。
可以在所述缓冲粘附层上沉积第二缓冲层。所述第二缓冲层可以是经氟化的等离子体聚合六甲基二硅氧烷(pp-HMDSO:F)。所述pp-HMDSO:F层的沉积是通过使来自含氟气体源124的一或多种含氟气体，以及HMDSO气体，与O2、He或者N2O气体一起流动而实现的。所述含氟气体可以是三氟化氮(NF3)、SiF4、氟气(F2)、碳氟化物(CxFY)，或者它们的任意组合。
氟掺杂的等离子体聚合HMDSO层具有优良的颗粒覆盖性能和表面平面化效应。使用耦接到分隔的进料管线134的含氟气体源124的试验结果显示：与使含氟气体与来自主气源122和辅助气源126的气体一起流动相比，所得膜中的颗粒具有大于约90％的减少。
可通过改进所述系统的气体面板来将现有的等离子体处理系统改装成包括含氟气体源124和进料管线134。例如，可以添加用于所述含氟气体源124的新管段，以及注射阀。还可将压力开关，诸如500托或者550托的开关，添加到所述气体面板和/或进料管线。
如上文所论述的分隔的供气管线的使用防止了前驱物气体和含氟气体之间的过早反应。所述过早反应产生颗粒，颗粒可造成在所述基板上形成的薄膜中的缺陷和/或减少产率。本文公开的实施方式被证实将颗粒减少了约90％或更多。
尽管上述内容是针对本公开案的实施方式，但可在不脱离本公开案的基本范围的情况下设计本公开案的其他和进一步实施方式，且本公开案的范围是由上文的权利要求书确定的。
Claims (25)
1.一种等离子体处理腔室，包括：
第一前驱物源和第二前驱物源，所述第一前驱物源和所述第二前驱物源通过第一进料管线和第二进料管线耦接到设置在所述腔室上的远程等离子体源，所述第一前驱物源和所述第二前驱物源中的一者包含六甲基二硅氧烷流体；以及
第三前驱物源，所述第三前驱物源包含含氟气体，所述第三前驱物源通过与所述第一进料管线和所述第二进料管线分隔的第三进料管线耦接到在所述远程等离子体源和所述腔室之间延伸的输出导管。
2.如权利要求1所述的腔室，其中所述第一进料管线或者所述第二进料管线中的一者包括蒸发器。
3.如权利要求1所述的腔室，其中所述第一进料管线或者所述第二进料管线中的一者包括加热器。
4.如权利要求1所述的腔室，其中所述输出导管包括混合区块的第一导管。
5.如权利要求4所述的腔室，其中所述混合区块包括耦接到所述混合区块的第二导管。
6.如权利要求5所述的腔室，其中所述第二导管包括凸缘，所述凸缘耦接到所述第三进料管线。
7.如权利要求6所述的腔室，其中所述凸缘包括穿孔板。
8.如权利要求7所述的腔室，其中所述穿孔板包括多个通孔，所述通孔中的至少一部分相对于所述穿孔板的纵轴倾斜。
9.如权利要求8所述的腔室，其中通孔的所述部分相对于所述纵轴以40度到50度倾斜。
10.如权利要求1所述的腔室，其中所述第一进料管线和所述第二进料管线耦接到设置在所述远程等离子体源与所述第一前驱物源和所述第二前驱物源之间的混合区块。
11.一种等离子体处理腔室，包括：
第一前驱物源和第二前驱物源，所述第一前驱物源和所述第二前驱物源通过第一进料导管和第二进料导管耦接到设置在所述腔室上的远程等离子体源，所述第一前驱物源和所述第二前驱物源中的一者包含六甲基二硅氧烷流体；
蒸发器，所述蒸发器耦接到所述进料导管，所述进料导管耦接到包含所述六甲基二硅氧烷流体的所述前驱物来源；以及
第三前驱物源，所述第三前驱物源包含含氟气体，所述第三前驱物源通过与所述第一进料导管和所述第二进料导管分隔的第三进料导管耦接到在所述远程等离子体源和所述腔室之间延伸的输出导管。
12.如权利要求11所述的腔室，其中所述第一进料导管和所述第二进料导管耦接到设置在所述远程等离子体源与所述第一前驱物源和所述第二前驱物源之间的混合区块。
13.如权利要求11所述的腔室，其中所述输出导管包括混合区块的第一导管。
14.如权利要求13所述的腔室，其中所述混合区块包括耦接到所述混合区块的第二导管。
15.如权利要求14所述的腔室，其中所述第二导管包括凸缘，所述凸缘耦接到所述第三进料导管。
16.如权利要求15所述的腔室，其中所述凸缘包括穿孔板。
17.如权利要求16所述的腔室，其中所述穿孔板包括多个通孔，所述通孔中的至少一部分相对于所述穿孔板的纵轴倾斜。
18.如权利要求17所述的腔室，其中通孔的所述部分相对于所述纵轴以40度到50度倾斜。
19.一种等离子体处理系统，包括：
腔室；
第一电极，所述第一电极设置在所述腔室内，所述第一电极促进所述腔室内的等离子体产生并且可相对于所述腔室内的第二电极移动；
第一前驱物源和第二前驱物源，所述第一前驱物源和所述第二前驱物源通过第一进料导管和第二进料导管耦接到设置在所述腔室上的远程等离子体源，所述第一前驱物源和所述第二前驱物源中的一者包含六甲基二硅氧烷流体；以及
第三前驱物源，所述第三前驱物源包含含氟气体，所述第三前驱物源通过与所述第一进料导管和所述第二进料导管分隔的第三进料导管耦接到在所述远程等离子体源和所述腔室之间延伸的输出导管。
20.如权利要求19所述的系统，其中所述输出导管包括混合区块的第一导管。
21.如权利要求20所述的系统，其中所述混合区块包括耦接到所述混合区块的第二导管。
22.如权利要求21所述的系统，其中所述第二导管包括凸缘，所述凸缘耦接到所述第三进料导管。
23.如权利要求22所述的系统，其中所述凸缘包括穿孔板。
24.如权利要求23所述的系统，其中所述穿孔板包括多个通孔，所述通孔中的至少一部分相对于所述穿孔板的纵轴倾斜。
25.如权利要求19所述的系统，其中所述第一进料导管和所述第二进料导管耦接到设置在所述远程等离子体源与所述第一前驱物源和所述第二前驱物源之间的混合区块。
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