TWI590715B - 電漿沉積源及用以沉積薄膜之方法 - Google Patents

Description

電漿沉積源及用以沉積薄膜之方法

本發明之實施例係關於用以將薄膜沉積於基板上之電漿增強式化學氣相沉積系統。詳言之，實施例係關於藉助於射頻(RF)電極用以將沉積氣體轉換為電漿相之電漿沉積源。此外，本發明係關於用以將薄膜沉積於移動基板上的方法。

PECVD(電漿增強式化學氣相沉積)提供用以將薄膜沉積於各種基板上之強大工具。此類型之薄膜沉積具有許多應用(例如，在微電子工業中)，以將光電層沉積於可撓性基板上、以大體上改性基板之表面等。矽基沉積氣體係用於(例如)在製造光電電池之基板上製造矽薄膜。用於將矽基材料沉積於基板上之沉積氣體通常包括矽烷或基於矽烷之前驅物氣體。

當將此等氣體自氣相轉換為電漿相時，其之行為就沉積速率、薄膜之均勻性(厚度、組成)及非期望之反應產物及粉塵之形成而言存在問題。在使用矽烷以產生光電電池之情況下，矽烷粉塵之形成對於所沉積之薄膜不利。將薄膜更有效地沉積於基板上係基於增大沉積速率且減少粉塵(矽烷粉塵等)之形成。

線性PECVD源可用於動態沉積用於光電沉積應用的矽基材料。另外，若電漿沉積系統由於非期望之粉塵形成而具有減少之正常運行時間，則基於薄膜沉積之製造光電組件或微電子組件之成本增加。粉塵之形成愈多，整個PECVD系統維護之間的時間間隔愈短。

鑒於以上內容，本發明提供了一種根據獨立項第1項之電漿沉積源，其係用以將沉積氣體轉換為電漿相，且用以自電漿相將薄膜沉積於基板上，該基板在真空腔室中沿基板運送方向移動。此外，本發明提供一種根據獨立項第16項之用以將薄膜沉積於基板上的方法。

根據一實施例，本發明提供一種電漿沉積源，其係用以將沉積氣體轉換為電漿相，且用以自電漿相將薄膜沉積於基板上，該基板在真空腔室中沿基板運送方向移動。該電漿沉積源包括：一多區電極裝置，其適於佈置於真空腔室中且包含至少一個RF電極，該RF電極具有平行於基板運送方向之電極寬度及垂直於基板運送方向之電極長度，且該RF電極經配置與移動基板相對，其中標準化電漿容積係由在電極表面與相對基板位置之間界定的電漿容積除以電極長度所提供，且其中將該標準化電漿容積調節為沉積氣體之耗盡長度；及一RF功率產生器，其適於向該至少一個RF電極供應RF功率，其中該RF電極具有至少一個進氣口及至少一個出氣口，該至少一個進氣口係配置於該RF電極之一邊緣上，該至少一個出氣口係配置於該RF電極之相對邊緣上。

根據另一實施例，本發明提供一種用以將薄膜沉積於基板上之方法。該方法包括以下步驟：提供包括至少一個RF電極之多區電極裝置；導引基板沿基板運送方向經過RF電極；使沉積氣體自進氣口流至出氣口；向RF電極供應RF功率；及將薄膜沉積於經導引之基板上，其中將平行於基板運送方向之RF電極之寬度調節為沉積氣體之耗盡分佈。

現將詳細參閱本發明之各種實施例，該等實施例之一或多個實例係圖示於圖式中。在以下圖式之描述中，相同元件符號代表相同組件。大體而言，僅描述了關於個別實施例之差異。每一實例係以說明本發明之方式提供且並不意欲為本發明之限制。舉例而言，說明或描述為一實施例之部分的特徵結構可用於其他實施例或結合其他實施例使用以產生另一實施例。此意謂本發明包括此等修改及變化。

本文所述之實施例尤其係關於用以自電漿相將薄膜沉積於移動基板上之電漿沉積系統。基板可在真空腔室中沿基板運送方向移動，在該真空腔室中設置用以將沉積氣體轉換為電漿相且用以自電漿相將薄膜沉積於移動基板上之電漿沉積源。

如第1圖所示並根據本文所述之實施例，電漿沉積源100係作為線性PECVD(電漿增強式化學氣相沉積)源而提供，其具有包括經配置與移動基板500相對的三個RF電極301的多區電極裝置300。在第1圖中，多區電極裝置300經圖示安置於沿基板運送方向501移動的基板500上。

大體而言，根據可結合本文所述之其他實施例的不同實施例，電漿沉積源可適於將薄膜沉積於可撓性基板(例如，腹板或金屬薄片、玻璃基板或矽基板)上。通常，電漿沉積源可適於且可用於將薄膜沉積於(例如)可撓性基板上以形成可撓性PV模組。對於PV模組，可提供有效沉積以有可能沉積具有顯著不同之薄膜厚度的不同層。

個別RF電極301各自具有電極寬度304及電極長度305，其中電極寬度係沿平行於基板運送方向501之方向量測且其中電極長度305係沿垂直於移動基板500之基板運送方向501之方向量測。在第1圖所示之一典型實施例中，三個RF電極301可具有相同電極寬度304及電極長度305，以使得所有電極之電極面積相同。

電極面積對應於電漿區域以使得該至少兩個電極301之電漿區域形成組合電漿區域，該組合電漿區域係設置於一真空腔室中。藉此，形成多區電極裝置300，其係設置於一真空腔室中。根據典型實施例，應將一真空腔室理解為在真空系統之區域中未由壓力孔、壓力閥或用以提供不同壓力或不同氣氛的其他元件隔開的區域。根據本文所述之典型實施例，壓力可在0.01毫巴至4.0毫巴範圍內。

可基於電漿參數(諸如，沉積氣流、電漿壓力、個別RF電極上所提供之RF功率及RF頻率，及沉積氣體耗盡分佈)來測定電極寬度304。個別RF電極之電極寬度304之測定將在本文下文相對於第3圖及第4圖來描述。

可調整個別RF電極301之電極長度305，以使得電極長度305超過垂直於基板運送方向501之移動基板500之橫向尺寸。通常，電極長度305可大於電極寬度304。此外，電極寬度304可取決於RF頻率，RF頻率係用於特定電漿沉積製程。

儘管在本揭示案中主要描述電漿沉積製程，但是應瞭解根據本文所述之實施例之電漿沉積源亦可用於電漿增強式蝕刻製程、電漿增強式表面改性製程、電漿增強式表面活化或去活化製程，及熟習此項技術者已知之其他電漿增強式製程。

如第1圖所示，基板運送方向501平行於氣流方向203。將進氣口及出氣口分別配置於每一RF電極301之兩邊緣。根據可結合本文所述之其他實施例之不同實施例，可將進氣口或出氣口提供為氣體噴管、氣體通道、氣體管道、氣體通路、氣體管、導管等。此外，可將出氣口組態為自電漿容積抽出氣體之泵的一部份。將至少一個進氣口201配置於電極前緣302上且將至少一個出氣口202配置於多區電極裝置300之個別RF電極301之電極後緣303上。電極前緣302及電極後緣303係相對於基板運送方向501來界定。

然而，根據可結合本文所述之其他實施例之進一步實施例，可將進氣口201佈置於後緣上且可將出氣口202佈置於前緣上。因此，儘管第1圖所示之實施例展示了平行於基板運送方向501之氣流方向203，但是根據可結合本文所述之實施例之另一實施例，有可能藉由交換個別RF電極301之進氣口201及出氣口202之個別位置而使氣流方向203反平行於基板運送方向。此外，有可能為個別RF電極301提供不同氣流方向203。儘管第1圖中未圖示，但是可提供自一RF電極301至相鄰RF電極301之交替氣流方向203。

在此應注意，術語「進氣口」表示至沉積區域(電漿容積101)之氣體供應，而術語「出氣口」表示自沉積區域向外之氣體排出或沉積氣體之抽出。根據典型實施例之進氣口201及出氣口202基本上係垂直於基板運送方向501來配置。

第2圖為第1圖所示之電漿沉積源100的示意側視橫截面圖。在操作中，亦即若將RF功率施加於個別RF電極且在進氣口201與出氣口202之間提供氣流，則在電漿容積101中形成電漿，電漿容積101係設置於個別RF電極301之下表面與待塗佈之基板表面502之間，基板表面502與反電極406相鄰(參閱第6圖)以產生電漿。待塗佈之基板500係沿基板運送方向501自左至右運送。分別為每一RF電極301之前緣302(第2圖中之左邊緣)及後緣303(第2圖中之右邊緣)提供個別進氣口201及個別出氣口202。因此，在RF電極下方之氣流係自進氣口201提供至出氣口202，以使得氣流方向203(參閱第1圖)基本上平行於基板運送方向501。此外，儘管第2圖中未圖示，但是有可能氣流方向反平行於基板運送方向501。根據另一典型實施例，為了在個別RF電極301上提供此種反平行氣流，個別RF電極301上之進氣口201及出氣口202相對於彼此互換。

因此，本文所述之實施例適於且容許多電極裝置，其中氣流方向相對於基板之運送方向為相同方向或相反方向，亦即氣流方向與運送方向基本上平行或基本上反平行。藉此，多區電極裝置可易於增加至四個電極、五個電極、六個電極乃至更多個電極，而不會顯著地改變整個、組合電漿區域中之電漿製程參數。

向個別RF電極301提供單獨的進氣口201及出氣口202(諸如，進氣通道及出氣通道)之另一優點為可選擇性地向由不同RF電極301提供之不同電漿容積101提供不同沉積氣體。因此，可藉由使用具有至少一個RF電極301之電漿沉積源100來執行各種薄膜沉積製程。在電漿沉積製程(例如，PECVD，電漿增強式化學氣相沉積)期間，當基板500沿基板運送方向501移動時，基板表面502可具有薄膜。該薄膜可藉助於可由沉積源100轉換為電漿相的任何材料來提供。因此，可將薄膜及固體薄膜沉積於基板表面502上。

儘管第2圖之橫截面圖展示了與待塗佈之基板表面502相對的平坦電極表面，但是電極橫截面形狀並不限於平坦形狀。根據可結合本文所述之其他實施例之進一步實施例，可提供其他形狀，諸如(但不限於)彎曲的橫截面形狀。有利地，可將至少一個RF電極301之橫截面形狀調適為待塗佈之基板表面502之表面形狀。個別RF電極301之下表面朝向待塗佈之基板表面502，以使得可控制在個別RF電極301與基板500之間提供的電漿容積101。

在第2圖中，將在RF電極301之下表面與待塗佈之基板表面502之間的距離稱為電極-基板間隙距離308。電漿容積101基本上係由電極長度305、電極寬度304(參閱第1圖)與電極-基板間隙距離308之(幾何)乘積來界定。

個別RF電極301具有電極長度305，其經定向垂直於基板運送方向501，電極長度305至少為垂直於基板運送方向501之移動基板的基板寬度。標準化電漿容積可由電漿容積101除以電極長度305來界定，電漿容積101係提供於電極下表面與相對基板表面502之間。隨後標準化電漿容積係基於沉積氣流、電漿壓力、施加於個別RF電極301上之RF功率，及RF電極301上提供之RF頻率而給定。藉由使用此類型之標準化電漿容積，可調整個別RF電極301之電極寬度304，以使得平行於基板運送方向501之電極寬度304由標準化電漿容積除以第2圖所示之電極-基板間隙距離308而給定。根據典型實施例，分別地，標準化電漿容積可在5 cm²至50 cm²範圍內，矽基PECVD製程之電漿密度可在10⁹ cm³至10¹¹ cm³範圍內，且電子溫度可在1 eV至3 eV範圍內。矽基PECVD製程之矽烷(SiH₄)之流動速率在100 sccm至2200 sccm範圍內。

經由個別進氣口201引入電漿容積101並藉助於個別RF電極301之個別出氣口202自電漿容積101排出之沉積氣體經受電漿製程，該等電漿製程可在引入電漿容積101中之沉積氣體自進氣口201經由電漿容積101至個別出氣口202之過程中將其分解及/或改變。在矽基沉積製程之情況下，可將矽烷引入電漿容積101中。當將矽烷沉積氣體運送過電漿容積101時，矽烷(SiH₄)之耗盡為一問題。沉積氣體之耗盡可影響沉積速率、薄膜組成、薄膜品質等。

第3圖為圖示矽烷耗盡分佈600為距離601(以任意單位(a.u.)計)之函數的圖表。第3圖所示之距離601為沿基板運送方向501在個別進氣口201與待塗佈之基板表面502上之沉積位置之間的間距，其以任意單位(a.u.)給定。如第3圖所示，沉積氣體之耗盡的量度可由矽烷前驅物氣體(沉積氣體)之SiH₄的莫耳分率來提供。

假定在0 a.u.(位在利用進氣口201進入電漿容積101之位置處的初始值)之距離處，矽烷沉積氣體之莫耳分率具有約1.0之值且隨後在直至0.4 a.u.之距離處保持處於恆定位準。隨後，矽烷耗盡分佈600降至較低值且在距離進氣口201 5 a.u.之距離處大致為零。如下文將相對於第4圖闡釋，對於矽基沉積製程，SiH₄之莫耳分率可能不低於臨界莫耳分率。為避免由個別RF電極301界定之電漿容積101中之沉積氣體的SiH₄莫耳分率602過低，可將平行於基板運送方向501之個別電極寬度304限制於一值，其中SiH₄莫耳分率602高於臨界莫耳分率。矽烷莫耳分率隨著距離進氣口之距離增大而減小，其中此減小係基於由以下組成之群組中之至少一者：電漿密度、滯留時間、施加於電極上之功率、電漿壓力、入口矽烷濃度、總流動速率及標準化源容積。由於第3圖所圖示之耗盡長度亦取決於電漿容積101內之電漿，故可調整第2圖所示之電極-基板間隙距離308，以使得沉積氣體之典型耗盡長度等於或大於平行於基板運送方向501之電極寬度304。

藉此，根據可結合本文所述之其他實施例之一些實施例，電極寬度與電極-基板間隙之比率可在5至18範圍內，且通常為約10。

對於沉積於基板500上之矽基材料，前驅物沉積氣體為矽烷(SiH₄)。將矽烷前驅物氣體用作沉積氣體，且一旦其到達電漿容積101，沉積氣體即經分解。此類型之分解導致前驅物氣體之耗盡以獲得如第3圖所示之耗盡分佈600。如第3圖所示，前驅物氣體矽烷之耗盡量取決於距離進氣口201之距離。因此，可調適個別RF電極301之電極寬度304，以使得前驅物氣體之耗盡不超過特定電漿容積101內之預定限度。耗盡分佈可取決於一或多個電漿參數，諸如(但不限於)沉積氣流、電漿壓力，及個別RF電極上提供之RF功率及RF頻率。因此可將標準化電漿容積調節為耗盡分佈，該標準化電漿容積係由在電極下表面與相對基板表面502之間提供之電漿容積101除以電極長度305而界定。此種「調節」可藉由改變上文提及之電極寬度與電極-基板間隙之比率來提供。舉例而言，對於固定之RF電極面積，亦即對於固定之電極寬度及固定之電極長度，可調整電極-基板間隙以獲得所期望之標準化電漿容積。

第4圖為發生於電漿容積101內之製程的更詳細視圖。第4圖圖示單一RF電極301，其具有在其左邊緣之進氣口201及在其右邊緣之出氣口202。RF電極101之橫截面圖下方之圖表圖示SiH₄莫耳分率602為距離進氣口201之距離601的函數。元件符號600指示沿著RF電極301之電極寬度304的矽烷耗盡分佈。將矽烷耗盡圖示為設置於RF電極301之電極表面下方之電漿容積101中的電漿的預定電漿參數。

此外，第4圖圖示SiH₃濃度分佈604。SiH₃濃度分佈604與矽烷耗盡分佈600有關，因為SiH₄莫耳分率602之減小致使SiH₃莫耳分率605之增大。相對於第4圖，在此應注意，SiH₄莫耳分率602對應於曲線600，其中SiH₃莫耳分率605對應於曲線604。第4圖係關於對於RF電極301之幾何尺寸(亦即，其電極寬度304)的矽烷耗盡分佈600及SiH₃濃度分佈604。在此假設矽烷耗盡可能不超過由第4圖中之水平(虛)線指示之臨界莫耳分率603。可允許小於第4圖中指示之耗盡的耗盡，亦即高於臨界莫耳分率值603之SiH₄莫耳分率對於設置於電漿容積101中之電漿而言為可接受的，以可獲得所期望之組成、品質等的薄膜。另一問題為反應產物之形成，諸如隨增大之矽烷耗盡而增加的矽烷粉塵。

對於典型電漿狀況，已發現可將在10 cm至18 cm範圍內之電極寬度304用於本文所述之一些實施例。電極寬度304之更典型範圍可為12 cm至17 cm，例如可提供15 cm之電極寬度304。具有在10 cm至18 cm範圍內之電極寬度304的電極之典型電漿參數包括70 sccm至高達2200 sccm(例如，100 sccm)之沉積氣流(矽烷氣流)，以達成在0.01 s至1 s範圍內之粒子滯留時間。根據另一典型實施例，調整RF電極301之電極寬度304以提供約0.4 s之粒子滯留時間(亦即，電漿粒子(例如，原子、分子、離子)停留於電漿中之時間)。根據一典型實施例，分別地，矽基PECVD製程之電漿密度可在10⁹ cm³至10¹¹ cm³範圍內，且電子溫度可在1 eV至3 eV範圍內。在此應注意，耗盡分佈及耗盡長度係分別經由上文提及之電漿參數而與粒子滯留時間相關。

此外，儘管未明確地圖示於圖式中，但是有可能提供矽烷與氫氣之混合物(SiH₄/H₂混合物)來作為沉積氣體，該沉積氣體可在電漿容積101內轉換為電漿相。可調節矽烷-氫氣比率以提供耗盡長度變化(參閱第3圖)。因此可將個別RF電極301之電極寬度304調節為所期望之耗盡長度。藉此，根據進一步實施例，可取決於SiH₄/H₂混合物將矽層沉積為非晶矽層或微晶/奈米晶矽層。通常，對於結晶矽之沉積，SiH₄/H₂混合物包括顯著較多的H₂。

第4圖中圖示之臨界莫耳分率可基於矽烷耗盡分佈600之典型值來測定，例如，臨界莫耳分率可經測定為最大莫耳分率之1/10。因此，若矽烷之最大莫耳分率以相對單位計為(例如)1(參閱第3圖)，則臨界莫耳分率603可大致等於0.1以使得電極長度(以a.u.計之距離)大致等於3 a.u.。

可調節個別RF電極301之電極寬度304以橫跨前驅物耗盡長度。可藉由提供沿基板運送方向501串聯配置之至少兩個RF電極301來調整總電極面積。相對於前驅物氣體之耗盡長度調節電極寬度304具有若干優點。首先，可增大有效沉積速率，且其次，可減少矽烷粉塵形成量。減少矽烷粉塵形成量可導致源的正常運行時間增加。如上文所指示，相對於該耗盡長度調節電極寬度304可包括：設計平行於基板運送方向501之RF電極301的電極寬度304，以使得電極寬度304小於沉積氣體之耗盡分佈的臨界耗盡長度，該臨界耗盡長度係界定於沉積氣體莫耳分率降至約最大莫耳分率之10%的點上。

此外，個別RF電極301之電極寬度304可藉由界定標準化電漿容積來提供。標準化電漿容積係由在電極表面與相對基板位置之間界定的電漿容積來提供。隨後，標準化電漿容積係由電漿容積101除以垂直於基板運送方向501之電極長度305而獲得。取決於所期望之電漿參數，電極-基板間隙距離308(第2圖)具有一特定值，此係因為標準化電漿容積取決於沉積氣流、電漿壓力、RF電極301上提供之RF功率及RF電極301上提供之RF頻率。隨後，標準化電漿容積係由電極-基板間隙距離308與電極寬度304之(幾何)乘積來界定。由於電極-基板間隙距離308具有取決於電漿參數及耗盡分佈之一特定值，故電極寬度304可基於標準化電漿容積除以電極-基板間隙距離308來測定。

如上所述，由於耗盡分佈本身取決於電漿參數，故個別RF電極301之電極寬度304可基於矽烷耗盡分佈600來測定。可將電漿容積界定為在電極表面與相對基板表面之間的容積101。由於電極長度305係由垂直於基板運送方向501之基板寬度給定，故可界定標準化電漿容積，標準化電漿容積又取決於電極-基板間隙距離308及電極寬度304。對於特定電漿參數，且因此對於特定耗盡長度，提供預定電極-基板間隙距離308以使得標準化電漿容積除以預定電極-基板間隙距離308可給定電極寬度304之量度。使用至少一個RF電極301之此電極寬度304，可增大沉積速率，其中可減少矽烷粉塵形成。

第5圖為根據進一步實施例具有三個RF電極301之電漿沉積源100的橫截面側視圖。兩個相鄰RF電極301係由連接器401(例如，電源支架)連接至彼此，以使得若將該等相鄰RF電極301連接至RF產生器400則可同相驅動該等相鄰RF電極301。RF產生器400在第一產生器極點403與第二產生器極點404之間提供RF功率輸出。通常，將第二產生器極點404接地或連接至接地電極。

在第5圖圖示之可結合本文所述之其他實施例的實施例中，接地電極或反電極對應於基板500。因此，基板500係由(例如)導電輥(第5圖中未圖示)電氣連接至第二產生器極點404。根據進一步實施例，在第5圖中可將接地電極或反電極設置於基板500下方，亦即以使得基板接收面積位在電極301與與接地電極或反電極之間。可將匹配網路402提供於連接器401與RF產生器400之間。提供匹配網路402以達成RF電極301之RF配置及基板500之阻抗與RF產生器400之阻抗之間的阻抗匹配。

RF產生器400可提供固定頻率或可提供頻譜以激發電漿容積101中之電漿。施加於該等RF電極或個別RF電極301上之RF頻率可在10 MHz至100 MHz範圍內，且通常為約40.68 MHz。其他典型驅動頻率為13.56 MHz及94.92 MHz。電漿容積101中提供之電漿參數(諸如，電漿密度、電漿壓力、電漿組成、前驅物氣體之分解等)可取決於RF頻率、電極寬度304及電極-基板間隙距離308。RF產生器400可以恆定RF功率密度操作，或者RF功率密度可基於沉積電漿及其參數之要求而變化。

可提供連接器401作為電源支架，以將RF功率密度經由匹配網路402自RF產生器400運送至連接器401。此外，RF產生器400可視電極尺寸而提供頻率。

根據可結合本文所述之其他實施例的一些實施例，電漿沉積源100可自單一RF產生器400對稱地操作，亦即使RF電極301由連接器(電源支架)401並聯連接。此外，或者，電漿沉積源100可以推拉(pull-push)方式操作，以驅動相鄰RF電極301，以在相鄰RF電極301之間提供通常180度之相差。

RF電極301可由連接器401連接至彼此且可由另一連接裝置直接連接至RF產生器400。此外，根據可結合本文所述之其他實施例的一些實施例，可使用連接器401以將每一RF電極301個別地連接至RF產生器400。因此，提供至少一個連接器401以電氣連接RF電極301。此外，根據可結合本文所述之其他實施例的另一實施例，可提供至少兩個連接器401以將RF電極301連接至彼此，其中該至少兩個連接器401係沿著垂直於基板運送方向501之電極長度305配置。沿著RF電極301之長度305設置的至少兩個連接器401可在電漿容積101中沿著垂直於基板運送方向501之RF電極301之長度305導致較均勻之電漿分佈。

如第5圖所示，提供氣體供應裝置200以將沉積氣體(諸如，矽烷)供應至進氣口201。此外，提供真空泵606，其適於接收經由出氣口202輸出之氣體。儘管僅圖示了一RF電極301之進氣噴管201及出氣噴管202連接至氣體供應裝置200及真空泵606，但是可將所有進氣口201連接至相同或不同之氣體供應裝置200。另外，可將所有出氣口202連接至相同或不同之真空泵606。此外，根據可結合本文所述之其他實施例的另一實施例，對於每一RF電極301可單獨控制自進氣口201橫跨RF電極301至出氣口202之沉積氣流。

氣體供應裝置200結合真空泵606之操作可在真空腔室內產生典型壓力，該壓力在0.01毫巴至10毫巴範圍內，通常在0.01毫巴至4.0毫巴範圍內，且更通常為約0.05毫巴。在此應注意，在真空腔室內之壓力可影響其他電漿參數，使得為維持所期望之電漿沉積操作，可改變電極-基板間隙距離308(參閱第2圖)。修改電極-基板間隙距離308又可影響(例如)電漿容積101及標準化電漿容積。

此外，可為RF電極301下方之每一電漿容積101提供各種沉積氣體。因此，可為不同RF電極301提供不同沉積氣體，以使得可在基板表面502上提供複合沉積層結構。

第6圖為包括三個局部隔開之RF電極301之電漿沉積源100的詳細橫截面側視圖。每一RF電極301具有RF輸入端405，以自RF產生器400(參閱第5圖)輸入RF功率。此外，每一RF電極301包括電極隔離物306，以將RF電極301與環境隔離。舉例而言，除了將RF電極與環境隔離之外，亦可用(例如)連接器(例如，電源支架)將兩個或兩個以上電極301連接至彼此。除此之外，電極表面塗層307保護每一RF電極301免於暴露電漿。

根據可結合本文所述之其他實施例的一些實施例，可提供以(例如)玻璃或石英製成之保護層作為電極之表面塗層。通常，保護層可為可移除的，例如藉由將保護層夾持於電極上。如此允許在薄膜沉積系統之維護期間容易並快速地置換保護層。通常，保護層適於可移除地固定至電極，進而允許置換低成本設計的保護層。此外，除了保護RF電極之外，電極保護層之高二次電子發射係數可在高壓下提供電漿穩定。

第6圖更詳細地圖示了分別對於每一電極之沉積氣體經由進氣口201之輸入及沉積氣體經由出氣口202之排出。進氣口201適於將沉積氣體直接導引至電漿容積101中，而出氣口202係設置於電漿容積101之上部邊緣。如以上所提及，電漿容積係由電極之幾何尺寸且由電極-基板間隙距離308來界定，亦即電漿容積101係由電極-基板間隙距離308、電極寬度304及電極長度305(參閱第1圖)之乘積來界定。

根據可結合本文所述之其他實施例的一些實施例，待塗佈之基板500係設置於個別RF電極301與反電極406之間。反電極406可接地，其中個別RF電極301之RF輸入端405係連接至RF產生器400(參閱第5圖)之另一極點。第6圖所圖示之電極配置具有以下優點：為達產生電漿之目的，未電流接觸沿基板運送方向501移動之待塗佈之基板500。尤其在移動基板500之狀況下，第6圖所示之配置可用於沉積製程。

在此應注意，儘管圖式中未圖示，但是可將電漿沉積源100安裝於真空腔室內以在降低的周圍壓力下提供電漿沉積製程。

儘管本揭示案描述了沉積製程，但是在此應注意，可將根據本文所述之至少一個實施例的電漿沉積源100用於其他電漿製程，諸如(但不限於)電漿蝕刻製程、表面改性製程、電漿增強式表面活化、電漿增強式表面去活化等。

根據圖式中未圖示之另一實施例，電極可具有彎曲橫截面形狀或可經配置以使得其在電漿沉積製程期間旋轉。可同相驅動或可異相驅動RF電極301。可單獨操作每一RF電極301，每一RF電極301具有在多區電極裝置300中的個別進氣口201及出氣口202。因此，有可能在由RF電極301界定之個別區域提供不同氣體、不同RF功率、不同RF頻率。因此，可將至少一種不同沉積氣體饋入由至少一個RF電極301相對於剩餘RF電極301所提供之電漿容積101。

第7圖為自底側在一觀測角所觀察的電漿沉積源100的透視圖，其中沿基板運送方向501運送基板(未圖示)經過RF電極301。RF電極301各自具有電極表面塗層307，以保護個別RF電極301免於暴露電漿。RF電極301在其垂直於基板運送方向501之邊緣上各自具有氣體噴管，亦即個別進氣口201及個別出氣口202。進氣口201可具有沿著進氣口201之長度設置的進氣開口204。可分別經由RF輸入端405向多區電極裝置300之每一RF電極301提供RF功率。

根據可結合本文所述之其他實施例的一些實施例，出氣口202且尤其是進氣口201為可組態或可交換。藉此，可提供(例如)具有開口204之氣體分佈條以使得可控制電漿區域中之氣體分佈。根據典型實施例，該氣體分佈條可具有相對於與基板運送方向501平行的沉積源之中心線的對稱設計。舉例而言，氣體分佈條相對於電極之長度方向的邊緣區域可具有額外或較大開口204，以可補償在電極邊緣上的前驅物氣體之損失。此外，根據另一典型實施例，氣體分佈條相對於電極之長度方向的邊緣區域可具有較少或較小開口204，以減少沉積前驅物之堆積及/或以進一步使沉積分佈均勻。除此之外，可以槽之形式提供進氣開口204及/或出氣開口205。個別槽可展示沿槽之長度的變化的槽寬，例如，在氣體分佈條之邊緣區域上之較大的或較小槽寬。

類似地，根據可結合本文所述之其他實施例的一些實施例，可提供具有開口204或狹縫之氣體泵取通道，以使得可控制或調適自電漿區域之排空以具有均勻電漿行為，亦即沿垂直於基板移動方向之基板方向的基板上之均勻沉積。藉此，根據典型實施例，氣體泵取條或氣體泵取通道可具有相對於與基板移動方向平行的沉積源之中心線的對稱設計。通常，氣體泵取通道為可組態或可交換，以補償泵取通道之長度中存在的差異並提供沿出氣口之長度的均勻流動阻力。

可在10 MHz至100 MHz範圍內的驅動RF頻率下操作多區電極裝置300，其中典型的頻率約為13.56 MHz至94.92 MHz。選定之驅動RF頻率尤其取決於電極尺寸。可按比例增大多區電極裝置300之尺寸，以向較大基板500上提供薄膜之電漿增強式沉積。在按比例增大之狀況下，可改變驅動RF頻率以避免駐波效應，駐波效應主要影響塗佈均勻性。可沿著電極長度305設置第5圖中已圖示且本文以上中已描述之連接器401(電源支架)，以在電漿容積中提供均勻電漿激發。可沿著垂直於基板運送方向501之電極長度305配置至少兩個連接器401。

垂直於基板運送方向501之電極長度305可在80 cm至200 cm範圍內且通常在120 cm至180 cm範圍內。根據另一典型實施例，電極長度305為約150 cm。

沿著個別RF電極301之電極長度305設置且可用於將RF電極301連接至彼此的至少兩個連接器401可用以調整電場均勻性且因此調整在電漿容積中之電漿均勻性(第7圖中未圖示)。此外，藉由將個別RF電極301分別連接於至少一個RF產生器400，可在兩個相鄰RF電極之間提供推拉模式。

如第7圖所示，氣流方向(亦即，自進氣口201經過RF電極301至出氣口202的氣流)平行於基板運送方向501。此外，有可能將經過兩個相鄰RF電極之氣流方向對準以使得其與彼此相對。此外，根據可結合本文所述之其他實施例的另一實施例，可調整沉積氣體之氣流以使得經過所有RF電極301之氣流方向反平行於基板運送方向501。

根據上述實施例中之一些實施例，可相對於前驅物氣體之耗盡分佈調整RF電極301之電極寬度304，以減少矽烷粉塵形成。此外，若相對於電漿容積101中提供之電漿的電漿參數及前驅物氣體之耗盡分佈來調節電極寬度304，則可增大沉積速率。另一優點為更有效利用沉積氣體。

因此，有利地，改良沉積於移動基板500之基板表面502上之薄膜的品質。如本文以上所述，可將包括多區電極裝置300之電漿沉積源100用於沉積製程。此外，根據進一步實施例，可設計多區電極裝置300，以用於蝕刻及其他表面改性製程，諸如(但不限於)表面活化、表面鈍化等。

在最靠近移動基板500之基板表面502之周圍區域，沉積速率可隨氣相前驅物活化程度而增大。此等氣相前驅物係由RF功率密度、電極-表面間隙距離308、製程氣流203及製程氣體組成來控制。可基於相對於前驅物氣體矽烷之耗盡長度的電極寬度304之調整來減少矽烷粉塵之形成。因此可有效地提供對電極寬度304之調節以匹配所期望之前驅物耗盡長度分佈。

第8圖為圖示用於將薄膜沉積於基板上之方法的流程圖。該方法包括步驟S1至步驟S7。程序始於步驟S1且進行至步驟S2，其中提供包括至少兩個局部隔開的RF電極的多區電極裝置。在步驟S3，沿基板運送方向導引基板經過RF電極。至少兩個局部隔開的RF電極中之每一者具有配置於RF電極之邊緣上的單獨進氣口及單獨出氣口，RF電極之該等邊緣垂直於基板運送方向。在步驟S4，將沉積氣體自個別RF電極之個別進氣口導引至個別出氣口。在步驟S5，向至少兩個RF電極供應RF功率。藉此，在步驟S6，將薄膜沉積於沿基板運送方向移動之經導引基板上。程序止於步驟S7。

鑒於以上內容，已描述了複數個實施例。舉例而言，根據一實施例，提供一種電漿沉積源，其適於將沉積氣體轉換為電漿相且自電漿相將薄膜沉積於基板上，該基板在真空腔室中沿基板運送方向移動。電漿沉積源包括：一多區電極裝置，其適於安置於真空腔室中且包括經配置與移動基板相對的至少一個RF電極；及一RF功率產生器，其適於向RF電極供應RF功率。RF電極具有至少一個進氣口及至少一個出氣口，該至少一個進氣口係配置於電極之一邊緣上，該至少一個出氣口係配置於RF電極之相對邊緣上。根據該實施例之選擇性修改，平行於基板運送方向之RF電極的電極寬度小於沉積氣體之臨界耗盡長度，該臨界耗盡長度係界定於沉積氣體莫耳分率降至其初始值之約10%之值的點上。根據其他額外或替代修改，RF電極界定真空腔室中在電極表面與相對基板位置之間的電漿容積。根據可結合上述任何其他實施例及修改的進一步實施例，標準化電漿容積係由在電極表面與相對基板位置之間界定的電漿容積除以電極長度來提供，其中標準化電漿容積係基於沉積氣流、電漿壓力、RF電極上提供之RF功率及RF頻率而提供。根據其他額外或替代修改，提供氣體供應裝置，其適於將沉積氣體供應至電漿容積。根據可結合上述任何其他實施例及修改的進一步實施例，至少一個進氣口係相對於基板運送方向配置於RF電極之前緣，且至少一個出氣口係相對於基板運送方向配置於RF電極之後緣。根據另一修改，進氣口及出氣口基本上係垂直於基板運送方向來配置。根據可結合上述任何其他實施例及修改的進一步實施例，電漿沉積源進一步包括：至少一個連接器，其適於將RF電極電氣連接至彼此。根據又一修改，電漿沉積源包括：至少兩個連接器，其適於將RF電極連接至彼此，其中該至少兩個連接器係沿著垂直於基板運送方向之電極長度來配置。可將該至少兩個電極連接至共用產生器極點。根據選擇性修改，提供匹配網路，以將RF功率產生器連接至多區電極裝置。此外，可將反電極配置於移動基板之與該至少一個RF電極相對的側面上。根據又一修改，施加於RF電極上之RF頻率在10 MHz至100 MHz範圍內，且通常為約40.68 MHz。根據另一修改，電極寬度在10 cm至18 cm範圍內，通常在12 cm至17 cm範圍內，且更通常地為約15 cm。根據可結合上述任何其他實施例及修改的進一步實施例，垂直於基板運送方向之電極長度在80 cm至200 cm範圍內，通常在120 cm至180 cm範圍內，且更通常地為約150 cm。

根據另一實施例，提供一種用以將薄膜沉積於基板上之方法。該方法包括以下步驟：提供包括至少一個RF電極之多區電極裝置；導引基板沿基板運送方向經過RF電極；使沉積氣體自RF電極之進氣口流至出氣口；向RF電極供應RF功率；及將薄膜沉積於導引基板上。根據該實施例之選擇性修改，該方法可進一步包括以下步驟：對於每一RF電極單獨控制自進氣口橫跨RF電極至出氣口之沉積氣流。根據可結合以上修改或以上實施例的進一步實施例，同相驅動至少兩個RF電極。根據另一修改，兩個相鄰電極係由彼此之間的預定相差來驅動。根據又一實施例，電場均勻性係藉助於沿著垂直於基板運送方向之電極長度設置的至少兩個連接器來調整，該至少兩個連接器經提供以將RF電極連接至彼此。根據可結合如上所述之其他修改的另一修改，調整電極-基板間隙距離距離，以使得沉積氣體之耗盡長度等於或大於平行於基板運送方向之電極寬度。根據又一修改，將至少一種不同沉積氣體饋入由至少一個RF電極相對於剩餘RF電極所提供之電漿容積。此外，根據又一實施例，至少兩個RF電極係以推拉模式驅動。根據另一實施例，調整RF電極之電極寬度以使得粒子滯留時間在0.01 s至1 s範圍內，且通常為約0.4 s。根據可結合本文以上描述之實施例及修改的進一步實施例，調整沉積氣體之氣流以使得橫跨兩個相鄰RF電極之氣流方向與彼此相對。此外，可調整沉積氣體之氣流以使得橫跨RF電極之氣流方向平行或反平行於基板運送方向。

儘管上述事項係針對本發明之實施例，但在不脫離其基本範疇的情況下，可擬出本發明之其他及進一步實施例，且其範疇係由以下申請專利範圍判定。

100．．．電漿沉積源

101．．．電漿容積

200．．．氣體供應裝置

201．．．進氣口

202．．．出氣口

203．．．氣流方向

204．．．進氣開口

205．．．出氣開口

300．．．多區電極裝置

301．．．RF電極

302．．．電極前緣

303．．．電極後緣

304．．．電極寬度

305．．．電極長度

306．．．電極隔離物

307．．．電極表面塗層

308．．．電極-基板間隙距離

400．．．RF產生器

401．．．連接器

402．．．匹配網路

403．．．第一產生器極點

404．．．第二產生器極點

405．．．RF輸入端

406．．．反電極

500．．．基板

501．．．基板運送方向

502．．．基板表面

600．．．矽烷耗盡分佈

601．．．距離

602．．．SiH₄莫耳分率

603．．．臨界莫耳分率

604．．．SiH₃濃度分佈

605．．．SiH₃莫耳分率

606．．．真空泵

S1．．．步驟

S2．．．步驟

S3．．．步驟

S4．．．步驟

S5．．．步驟

S6．．．步驟

S7．．．步驟

因此，可詳細瞭解本發明之以上詳述特徵結構之方式，即以上簡略概述之本發明之更特定描述可參照實施例進行。附圖係關於本發明之實施例且在下文中描述：

第1圖圖示根據本文所述之實施例之電漿沉積源的示意圖；

第2圖為第1圖所示之配置於待塗佈之移動基板上的電漿沉積源的側視圖；

第3圖為執行基於矽烷之沉積製程時所形成的矽烷耗盡分佈；

第4圖為圖示根據本文所述之實施例相對於電漿沉積源之RF電極的寬度尺寸，產生於電漿容積中之矽烷耗盡分佈及SiH₃濃度分佈的圖表；

第5圖為根據本文所述之其他實施例連接至用以驅動RF電極之RF產生器的電漿沉積源的橫截面圖；

第6圖為根據本文所述之實施例且具有三個RF電極及個別氣體供應裝置的電漿沉積源的詳細橫截面圖；

第7圖為根據本文所述之實施例自基板側面觀察之電漿沉積源的透視圖；及

第8圖為圖示根據本文所述之實施例用以將薄膜沉積於基板上的方法的流程圖。

100．．．電漿沉積源

101．．．電漿容積

201．．．進氣口

202．．．出氣口

301．．．RF電極

306．．．電極隔離物

307．．．電極表面塗層

308．．．電極-基板間隙距離

405．．．RF輸入端

406．．．反電極

500．．．基板

501．．．基板運送方向

Claims (24)

1. 一種電漿沉積源，適於將一沉積氣體轉換為一電漿相且自該電漿相將一薄膜沉積於一基板上，該基板在一真空腔室中沿一基板運送方向移動，該電漿沉積源包含：一多區電極裝置，適於佈置於該真空腔室中且包含至少兩個RF電極，各個電極具有平行於該基板運送方向之一電極寬度及垂直於該基板運送方向之一電極長度，且經配置與該移動基板相對，其中對各個RF電極而言，一標準化電漿容積(normalized plasma volume)係由在一電極表面與一相對基板位置之間界定的一電漿容積除以該電極長度提供，其中將該標準化電漿容積調節為該沉積氣體之一耗盡長度，且其中該標準化電漿容積在5cm²與50cm²之間的一範圍內；及一RF功率產生器，適於向該些RF電極供應RF功率，其中各個RF電極具有至少一個沉積氣體進氣口及至少一個沉積氣體出氣口，該至少一個沉積氣體進氣口係配置於該RF電極之一邊緣上，該至少一個沉積氣體出氣口係配置於該RF電極之相對邊緣上，其中該邊緣與該相對邊緣分別為相對於該基板運送方向之一前緣與一後緣，或者該邊緣與該相對邊緣分別為相對於該基板運送方向之一後緣與一前緣。
2. 如申請專利範圍第1項之電漿沉積源，其中平行於該 基板運送方向之該RF電極的該電極寬度小於該沉積氣體之一耗盡分佈的一臨界耗盡長度，該臨界耗盡長度係界定為該沉積氣體之一最大莫耳分率之約10%。
3. 如申請專利範圍第2項之電漿沉積源，其中各個RF電極於該真空腔室內界定在1200cm³至7200cm³之一範圍內的一電漿容積，該電漿容積介於一電極表面與一相對基板位置之間。
4. 如申請專利範圍第1項之電漿沉積源，其中對各個RF電極而言，該標準化電漿容積係基於以下各者來提供：一沉積氣流、一電漿壓力、該RF電極上所提供之該RF功率及一RF頻率。
5. 如申請專利範圍第1項之電漿沉積源，其中對各個RF電極而言，該標準化電漿容積在10cm²與36cm²之間的一範圍內。
6. 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項之電漿沉積源，進一步包含：至少一個連接器，適於將該至少兩個RF電極電氣連接至彼此。
7. 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項之電漿沉積源，進一步包含：至少兩個連接器，適於將該至少兩個 RF電極連接至彼此，其中該至少兩個連接器係沿著垂直於該基板運送方向之該電極長度而配置。
8. 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項之電漿沉積源，其中該至少兩個電極係連接至一共用產生器極點。
9. 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項之電漿沉積源，其中一反電極係配置於該移動基板與該些RF電極相反的一側面上。
10. 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項之電漿沉積源，其中設置各個RF電極之該電極寬度以使得一粒子滯留時間在0.01s至1s之一範圍內，且通常約為0.4s。
11. 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項之電漿沉積源，其中平行於該基板運送方向之各個電極寬度在10cm至18cm之一範圍內，通常在12cm至17cm之一範圍內，且更通常地為約15cm。
12. 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項之電漿沉積源，其中垂直於該基板運送方向之各個電極長度在80cm至200cm之一範圍內，通常在120cm至180cm之範圍內，且更通常地為約150cm。
13. 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項之電漿沉積源，進一步包含：一氣體供應裝置，適於向該電漿容積供應該沉積氣體。
14. 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項之電漿沉積源，其中提供一匹配網路，以將該RF功率產生器連接至該多區電極裝置。
15. 一種用於將一薄膜沉積於一基板上之方法，該方法包含以下步驟：提供包含至少兩個RF電極之一多區電極裝置；導引一基板沿一基板運送方向經過各個RF電極；使一沉積氣體自一沉積氣體進氣口流至一沉積氣體出氣口，該沉積氣體進氣口配置於該RF電極的一邊緣上而該沉積氣體出氣口配置於該RF電極的相對邊緣上，其中該邊緣與該相對邊緣分別為相對於該基板運送方向之一前緣與一後緣，或者該邊緣與該相對邊緣分別為相對於該基板運送方向之一後緣與一前緣；向各個RF電極供應RF功率；及將該薄膜沉積於該經導引之基板上，其中將平行於該基板運送方向之各個RF電極的寬度調節為該沉積氣體之耗盡分佈。
16. 如申請專利範圍第15項之方法，其中平行於該基板 運送方向之該RF電極的該寬度小於該沉積氣體之一臨界耗盡長度，該臨界耗盡長度係界定於一沉積氣體莫耳分率降至其初始值之約10%之一值的一點上。
17. 如申請專利範圍第15項之方法，其中對於各個個別RF電極而言，單獨控制自該沉積氣體進氣口經過各個RF電極至該沉積氣體出氣口的該沉積氣流。
18. 如申請專利範圍第15項之方法，其中同相驅動該至少兩個RF電極。
19. 如申請專利範圍第15項之方法，其中該至少兩個彼此相鄰RF電極係由彼此之間的一預定相差來驅動。
20. 如申請專利範圍第15項之方法，其中一電場均勻性係藉助於沿著垂直於該基板運送方向之一電極長度設置的至少兩個連接器來調整，提供該至少兩個連接器以將該至少兩個RF電極連接至彼此。
21. 如申請專利範圍第15項至第20項中任一項之方法，其中調整一電極-基板間隙距離，以使得該沉積氣體之該耗盡長度等於或大於平行於該基板運送方向之各個RF電極的一電極寬度。
22. 如申請專利範圍第15項至第20項中任一項之方法，其中將至少一種不同沉積氣體饋入由各個RF電極相對於剩餘RF電極所提供之電漿容積。
23. 如申請專利範圍第15項至第20項中任一項之方法，其中該至少兩個RF電極係以一推拉模式驅動。
24. 如申請專利範圍第15項至第20項中任一項之方法，其中調整各個RF電極之該電極寬度以使得一粒子滯留時間在0.01s至1s之一範圍內，且通常約為0.4s。