TWI403612B - 電漿輔助式化學氣相沉積裝置 - Google Patents

Description

電漿輔助式化學氣相沉積裝置

本發明係關於一種電漿輔助式化學氣相沉積裝置，尤指一種具有可縮短射頻回流路徑之連接裝置之電漿輔助式化學氣相沉積裝置。

於半導體、平面顯示器以及太陽能等產業中，電漿輔助式化學氣相沉積(plasma-enhanced chemical vapor deposition,PECVD)係一常見應用於成膜方面之技術。一般之電漿輔助式化學氣相沉積裝置係利用兩電極板以及一射頻來源，於一製程腔室內產生電漿輔助式化學氣相沉積反應，以於一基板上產生特定材料之成膜效果。

於電漿輔助式化學氣相沉積的製程中，影響成膜狀況的因素非常多且相當複雜，而射頻回流路徑(RF return path)所帶來的影響即為其中之一。一般來說，電流都是由源頭流出，然後經過系統形成一個迴路，再重新流回源頭。此流回到源頭的路徑就叫做電流回流路徑(current return path)。在射頻能量傳遞上，射頻電流會試圖經由任何存在的路徑或媒介以回到源頭，而行經的路徑即為所謂的射頻回流路徑。多數射頻的電磁干擾都是由於信號的回流路徑造成的，回流路徑愈大，電磁干擾就愈嚴重。尤其對高頻的交流信號而言，射頻回流路徑造成的電磁干擾現象會更為明顯。

請參考第1圖與第2圖。第1圖繪示了習知之電漿輔助式化學氣相沉積裝置的示意圖。第2圖繪示了習知之電漿輔助式化學氣相沉積裝置之射頻回流路徑狀況示意圖。如第1圖所示，習知之電漿輔助式化學氣相沉積裝置10包括一製程腔室11、一上電極12、一下電極13以及一射頻饋入裝置14。製程腔室11包括一上壁11T、一側壁11S以及一下壁11B。上電極12與下電極13係相對設置於製程腔室11之內。射頻饋入裝置14係與上電極12相連結，用以產生一電漿輔助式化學氣相沉積反應16，以將一薄膜材料17沉積於一設置於下電極13上之基板15上。於電漿輔助式化學氣相沉積裝置10中，射頻訊號是由上電極12往下電極13的方向傳送。因此，如第2圖所示，射頻回流路徑10P即是先由上電極12到下電極13，然後再經由下電極13與製程腔室11接觸的部分傳遞至製程腔室11，再依序經由製程腔室11的下壁11B、側壁11S、上壁11T等處流回至射頻來源，也就是射頻饋入裝置14。因此，除了先前提到於高頻操作下會突顯射頻回流路徑所造成之影響外，當製程規模，也可說是製程基板的大小變大時，射頻回流路徑亦會伴隨著變大，進而對成膜狀況帶來更多負面的影響，例如降低射頻饋入功效，降低成膜穩定性以及均勻度等。

所以，在應用於用來沉積大面積基板或高頻操作之電漿輔助式化學氣相沉積裝置中，如何去改善射頻回流路徑係為改善電漿輔助式化學氣相沉積成效的重要課題之一。

本發明之主要目的之一在於提供一種電漿輔助式化學氣相沉積裝置，利用於下電極與製程腔室間設置連接裝置來縮短射頻回流路徑以改善於進行大尺寸基板的沉積及高頻操作下之電漿輔助式化學氣相沉積的製程狀況。

本發明之一較佳實施例提供一種電漿輔助式化學氣相沉積裝置。上述電漿輔助式化學氣相沉積裝置包括一製程腔室、一上電極、一下電極、一射頻饋入裝置以及至少一連接裝置。製程腔室包括一上壁。上電極與下電極係相對設置於製程腔室之內。射頻饋入裝置係與上電極相連結，用以產生電漿輔助式化學氣相沉積反應，以將一薄膜材料沉積於一設置於下電極上之基板上。連接裝置係設置於製程腔室內，並與下電極及製程腔室之該上壁電性耦合。

本發明之一較佳實施例提供一種電漿輔助式化學氣相沉積裝置。上述電漿輔助式化學氣相沉積裝置包括一製程腔室、一上電極、一下電極、一射頻饋入裝置以及至少一連接裝置。製程腔室包括一側壁。上電極與下電極係相對設置於製程腔室之內。射頻饋入裝置係與上電極相連結，用以產生電漿輔助式化學氣相沉積反應，以將一薄膜材料沉積於一設置於下電極上之基板上。連接裝置係設置於製程腔室內，並與下電極及製程腔室之該側壁電性耦合。

本發明利用於電漿輔助式化學氣相沉積裝置之下電極與製程腔室之間設置連接裝置，來縮短射頻回流路徑，改善接地的效能，進而降低射頻回流路徑於大面積及高射頻頻率之電漿輔助式化學氣相沉積時對於反應狀況之負面影響。

為使熟習本發明所屬技術領域之一般技藝者能更進一步了解本發明，下文特列舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，詳細說明本發明的構成內容及所欲達成之功效。

請參考第3圖與第4圖。第3圖繪示了本發明之一較佳實施例之電漿輔助式化學氣相沉積裝置的示意圖。第4圖繪示了本發明之一較佳實施例之電漿輔助式化學氣相沉積之射頻回流路徑狀況示意圖。如第3圖所示，電漿輔助式化學氣相沉積裝置20包括一製程腔室21、一上電極22、一下電極23、一射頻饋入裝置24以及至少一連接裝置28。製程腔室21包括一上壁21T、一側壁21S以及一下壁21B。上電極22與下電極23係相對設置於製程腔室21之內。射頻饋入裝置24係與上電極22相連結，用以產生一電漿輔助式化學氣相沉積反應26，以將一薄膜材料27沉積於一設置於下電極23上之基板25上。在本發明中，薄膜材料27可包括非晶矽(amorphous silicon)、非晶矽鍺(amorphous silicon germanium)、氧化矽(silicon oxide)、氮化矽(silicon nitride)、微晶體矽(micro-crystal silicon)或微晶體矽鍺(micro-crystal silicon germanium)，但本發明並不以此為限。此外，由於本發明之電漿輔助式化學氣相沉積裝置係應用於大面積及高射頻頻率操作之製程條件下。因此，在本發明中，下電極23之面積大體上係大於1平方公尺(m² )，以利於承載大尺寸(例如面積大於1平方公尺)的基板25來進行電漿輔助式化學氣相沉積製程。而射頻饋入裝置24所產生之一射頻頻率大體上係大於13.56MHz，舉例而言，射頻饋入裝置24所產生之該射頻頻率大體上可介於13.56MHz至100MHz之間，但本發明並不以上述的基板大小及操作射頻頻率範圍為限。此外，連接裝置28係設置於製程腔室21內，並與下電極23及製程腔室21電性耦合。值得注意的是，在本實施例中，連接裝置28係與下電極23及製程腔室21之側壁21S電性耦合。因此，如第4圖所示，在本實施例中，射頻回流路徑20P係由射頻饋入裝置24出發，依序經由上電極22、下電極23、連接裝置28、製程腔室21之側壁21S以及製程腔室21之上壁21T，接回至射頻饋入裝置24。相較於習知之電漿輔助式化學氣相沉積裝置，本實施例之電漿輔助式化學氣相沉積裝置20的射頻回流路徑20P由於不需經過製程腔室21的下壁21B，因此可大幅地縮短射頻回流路徑20P，進而改善於大面積及高射頻頻率之電漿輔助式化學氣相沉積時射頻回流路徑20P對於反應狀況之各種負面影響。

請參考第5圖。第5圖繪示了本發明之又一較佳實施例之電漿輔助式化學氣相沉積裝置的示意圖。如第5圖所示，在本實施例中，電漿輔助式化學氣相沉積裝置40包括複數個連接裝置28，且連接裝置28與下電極23以及製程腔室21之側壁21S電性連結。藉由本實施例複數個連接裝置28之設計，可進一步確保射頻回流路徑能有效地縮小，以改善於大面積及高射頻頻率之電漿輔助式化學氣相沉積的製程效果。本實施例中之各元件及改善機制與上述實施例相同，在此並不再贅述。

請參考第6圖與第7圖。第6圖繪示了本發明之另一較佳實施例之電漿輔助式化學氣相沉積裝置的示意圖。第7圖繪示了本發明之另一較佳實施例之電漿輔助式化學氣相沉積之射頻回流路徑狀況示意圖。為簡化說明，本實施例中之各個與上述實施例相同之元件係以相同之標號進行標示以方便對照。如第6圖所示，電漿輔助式化學氣相沉積裝置30包括一製程腔室21、一上電極22、一下電極23、一射頻饋入裝置24以及至少一連接裝置38。製程腔室21包括一上壁21T、一側壁21S以及一下壁21B。上電極22與下電極23係相對設置於製程腔室21之內。射頻饋入裝置24係與上電極22相連結，用以產生一電漿輔助式化學氣相沉積反應26，以將一薄膜材料27沉積於一設置於下電極23上之基板25上。連接裝置38係設置於製程腔室內，並與下電極23及製程腔室21電性耦合。在本實施例中，連接裝置38係與下電極23及製程腔室21之上壁21T電性耦合。此外，值得說明的是，在本實施例中，連接裝置38與製程腔室21之上壁21T之一連結處38T於一水平方向Y與上電極22之相對應之一邊緣的之距離D大體上係大於或等於3公分，或/且於連結裝置38與上電極22之間設置適當之絕緣材料，以避免射頻訊號回流時與上電極22間產生短路或干擾。

如第7圖所示，在本實施例中，射頻回流路徑30P係由射頻饋入裝置24出發，依序經由上電極22、下電極23、連接裝置38以及製程腔室21之上壁21T，接回至射頻饋入裝置24。相較於習知技術與上述之本發明之較佳實施例，本實施例之電漿輔助式化學氣相沉積裝置30的射頻回流路徑30P由於不需經過製程腔室21的下壁21B及側壁21S，因此可更進一歩地縮小射頻回流路徑30P，因此可改善於大面積及高射頻頻率之電漿輔助式化學氣相沉積時射頻回流路徑30P對於反應狀況之各種負面影響。此外，由於各種電漿輔助式化學氣相沉積裝置的細部配置有所差異，因此，在本發明中，可視機台結構及其他製程及設計考量，選擇使用如本實施例中連接裝置38電性耦合下電極23與製程腔室21之上壁21T，或者選擇使用前述實施例中連接裝置28電性耦合下電極23與製程腔室21之側壁21S之方式來縮短射頻回流路徑，以有效地改善電漿輔助式化學氣相沉積於大面積化及高頻操作下之製程狀況。同時，在本發明中，連接裝置28/38可為一具有伸縮性質的裝置，可視製程與機台作動之需求改變其外型與長度。為了清楚說明本發明之電漿輔助式化學氣相沉積裝置的改善功效，請參考表1，表1列出了有無使用本實施例中的連接裝置38來電性耦合下電極23與製程腔室21之上壁21T對電漿輔助式化學氣相沉積的製程結果影響。此數據使用之基板為長1.4公尺、寬1.1公尺之玻璃基板，且操作頻率大體上為40MHz。如表1所示，當使用連接裝置38後，不論是成膜速率或是成膜均勻性均有明顯地改善。

請參考第8圖與第9圖。第8圖繪示了本發明之更一較佳實施例之電漿輔助式化學氣相沉積裝置的示意圖。第9圖繪示了本發明之再一較佳實施例之電漿輔助式化學氣相沉積裝置的示意圖。如第8圖所示，電漿輔助式化學氣相沉積裝置50包括複數個連接裝置38，且連接裝置38與下電極23以及製程腔室21之上壁21T電性連結。如第9圖所示，電漿輔助式化學氣相沉積裝置60包括複數個連接裝置28與複數個連接裝置38，其中連接裝置28係與下電極23以及製程腔室21之側壁21S電性連結，而連接裝置38係與下電極23以及製程腔室21之側壁21T電性連結。以上兩實施例皆是藉由增加連接裝置28/38以加強下電極23與製程腔室21電性耦合的狀況，來達到對電漿輔助式化學氣相沉積製程狀況改善之目的。此二實施例中之各元件及改善機制與上述實施例相同，在此並不再贅述。

綜上所述，本發明係利用於電漿輔助式化學氣相沉積裝置之下電極與製程腔室之間設置連接裝置，藉由連接裝置來電性耦合下電極與製程腔室之側壁或上壁，使得射頻回流路徑得以大幅縮短，進而改善於大面積及高射頻頻率之電漿輔助式化學氣相沉積時對於反應狀況之各種負面影響。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

10．．．電漿輔助式化學氣相沉積

11．．．製程腔室裝置

11T．．．上壁

11S．．．側壁

11B．．．下壁

12．．．上電極

13．．．下電極

14．．．射頻饋入裝置

15．．．基板

16．．．電漿輔助式化學氣相沉積反應

17．．．薄膜材料

10P．．．射頻回流路徑

20．．．電漿輔助式化學氣相沉積

21．．．製程腔室裝置

21T．．．上壁

21S．．．側壁

21B．．．下壁

22．．．上電極

23．．．下電極

24．．．射頻饋入裝置

25．．．基板

26．．．電漿輔助式化學氣相沉積反應

27．．．薄膜材料

28．．．連接裝置

20P．．．射頻回流路徑

30．．．電漿輔助式化學氣相沉積裝置

38．．．連接裝置

30P．．．射頻回流路徑

38T．．．連結處

D．．．距離

40．．．電漿輔助式化學氣相沉積裝置

50．．．電漿輔助式化學氣相沉積裝置

60．．．電漿輔助式化學氣相沉積裝置

第1圖繪示了習知之電漿輔助式化學氣相沉積裝置的示意圖。

第2圖繪示了習知之電漿輔助式化學氣相沉積裝置之射頻回流路徑狀況示意圖。

第3圖繪示了本發明之一較佳實施例之電漿輔助式化學氣相沉積裝置的示意圖。

第4圖繪示了本發明之一較佳實施例之電漿輔助式化學氣相沉積之射頻回流路徑狀況示意圖。

第5圖繪示了本發明之又一較佳實施例之電漿輔助式化學氣相沉積裝置的示意圖。

第6圖繪示了本發明之另一較佳實施例之電漿輔助式化學氣相沉積裝置的示意圖。

第7圖繪示了本發明之另一較佳實施例之電漿輔助式化學氣相沉積裝置之射頻回流路徑狀況示意圖。

第8圖繪示了本發明之更一較佳實施例之電漿輔助式化學氣相沉積裝置的示意圖。

第9圖繪示了本發明之再一較佳實施例之電漿輔助式化學氣相沉積裝置的示意圖。

20．．．電漿輔助式化學氣相沉積

21．．．製程腔室裝置

21T．．．上壁

21S．．．側壁

21B．．．下壁

22．．．上電極

23．．．下電極

24．．．射頻饋入裝置

25．．．基板

26．．．電漿輔助式化學氣相沉積反應

27．．．薄膜材料

28．．．連接裝置

20P．．．射頻回流路徑

Claims (13)

1. 一種電漿輔助式化學氣相沉積裝置，包括：一製程腔室，該製程腔室包括一上壁；一上電極與一下電極，相對設置於該製程腔室之內；一射頻饋入裝置，與該上電極相連結，用以於該製程腔室中產生一電漿輔助式化學氣相沉積反應，以將一薄膜材料沉積於一設置於該下電極上之基板上；以及至少一連接裝置，設置於該製程腔室內，並與該下電極與該製程腔室之該上壁電性耦合。
2. 如請求項1所述之電漿輔助式化學氣相沉積裝置，更包括複數個連接裝置，其中至少部分之該等連接裝置係與該下電極以及該製程腔室之該上壁電性連結。
3. 如請求項1所述之電漿輔助式化學氣相沉積裝置，其中該連接裝置與該製程腔室之該上壁之一連結處於一水平方向與該上電極之相對應之一邊緣的距離大體上係大於或等於3公分。
4. 如請求項1所述之電漿輔助式化學氣相沉積裝置，其中該射頻饋入裝置所產生之一射頻頻率大體上係大於13.56MHz。
5. 如請求項4所述之電漿輔助式化學氣相沉積裝置，其中該射頻饋入裝置所產生之該射頻頻率大體上係介於13.56MHz至100MHz之間。
6. 如請求項1所述之電漿輔助式化學氣相沉積裝置，其中該薄膜材料可包括非晶矽(amorphous silicon)、非晶矽鍺(amorphous silicon germanium)、氧化矽(silicon oxide)、氮化矽(silicon nitride)、微晶體矽(micro-crystal silicon)或微晶體矽鍺(micro-crystal silicon germanium)。
7. 如請求項1所述之電漿輔助式化學氣相沉積裝置，其中該下電極之面積大體上係大於1平方公尺(m² )。
8. 一種電漿輔助式化學氣相沉積裝置，包括：一製程腔室，該製程腔室包括一側壁；一上電極與一下電極，相對設置於該製程腔室之內；一射頻饋入裝置，與該上電極相連結，用以於該製程腔室中產生一電漿輔助式化學氣相沉積反應，以將一薄膜材料沉積於一設置於該下電極上之基板上；以及至少一連接裝置，設置於該製程腔室內，並與該下電極與該製程腔室之該側壁電性耦合。
9. 如請求項8所述之電漿輔助式化學氣相沉積裝置，更包括複數個連接裝置，其中至少部分之該等連接裝置係與該下電極以及該製程腔室之該側壁電性連結。
10. 如請求項8所述之電漿輔助式化學氣相沉積裝置，其中該射頻饋入裝置所產生之一射頻頻率大體上係大於13.56MHz。
11. 如請求項10所述之電漿輔助式化學氣相沉積裝置，其中該射頻饋入裝置所產生之該射頻頻率大體上係介於13.56MHz至100MHz之間。
12. 如請求項8所述之電漿輔助式化學氣相沉積裝置，其中該薄膜材料可包括非晶矽(amorphous silicon)、非晶矽鍺(amorphous silicon germanium)、氧化矽(silicon oxide)、氮化矽(silicon nitride)、微晶體矽(micro-crystal silicon)或微晶體矽鍺(micro-crystal silicon germanium)。
13. 如請求項8所述之電漿輔助式化學氣相沉積裝置，其中該下電極之面積大體上係大於1平方公尺(m² )。