專利名稱：用于利用遠程等離子體源的大面積等離子體增強化學(xué)氣相沉積裝置的清洗器具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及半導(dǎo)體層的生產(chǎn)，且特別地，本發(fā)明涉及薄膜晶
體管(TFT)的生產(chǎn)。
背景技術(shù)：
一種非常普遍的生產(chǎn)這種薄膜晶體管的方式是通過利用等離子體 增強化學(xué)氣相沉積(PECVD)工藝。含硅的前驅(qū)氣體在等離子體的輔助 下被沉積在基底上。這種半導(dǎo)體可用于不同的電子器件中，尤其是用于 例如液晶顯示器中、用于太陽能電池中或用于有機發(fā)光二極管(0LBD，s ) 顯示器中。例如，液晶顯示器的生產(chǎn)需要在沉積物的材料性質(zhì)方面具有 高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，所述材料性質(zhì)是就層的厚度和層的電阻均勻性而言的。在 沉積工藝過程中，在反應(yīng)器壁上出現(xiàn)不希望的膜沉積是不可避免的且僅 涂覆基底是不可能的。因此，反應(yīng)器壁上的膜將生長至使得產(chǎn)生了以顆 粒形式存在的雜質(zhì)("剝落")的程度。當(dāng)這些顆粒在膜沉積過程中降 落在基底上時，這些顆粒可大大降低產(chǎn)量。因此，在基底被容納在反應(yīng) 器底部上之前對反應(yīng)器進行清洗是習(xí)慣的做法。反應(yīng)器壁上的層被擦去 且防止了所述層產(chǎn)生剝落且防止了所述層污染基底上的半導(dǎo)體層。兩種 眾所周知的清洗技術(shù)是原位清洗和遠程等離子體源(RPS)清洗，在所 述原位清洗中，蝕刻等離子體在反應(yīng)器中被點燃。遠程等離子體源清洗 由于非常有效且有助于減少產(chǎn)量循環(huán)(throughput cycle)而在整個等 離子體增強化學(xué)氣相沉積工業(yè)中尤其得到了非常普遍的應(yīng)用。遠程等離 子體源清洗通過包含氟或其它卣素的氣體發(fā)揮作用；所述氣體被引入且 在遠程設(shè)置的等離子體反應(yīng)器中產(chǎn)生離解。在笫二步驟中，這些具有高 侵蝕性的自由基被引導(dǎo)通過流體連接裝置到達主反應(yīng)器，在所述主反應(yīng) 器中，所述自由基對被附接到反應(yīng)器壁上的半導(dǎo)體膜進行蝕刻。
下面將結(jié)合附圖更詳細地描述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題以及根據(jù)本 發(fā)明的解決方案。


圖1是等離子體增強化學(xué)氣相沉積室內(nèi)部的反應(yīng)性氣體的一點注
射(現(xiàn)有技術(shù))的示意圖2是等離子體增強化學(xué)氣相沉積室內(nèi)部的反應(yīng)性氣體的一點注
射(現(xiàn)有技術(shù))的示意圖，圖中標(biāo)明[F]和[F2]的曲線為室長度L的函數(shù); 圖3a是兩點注射(本發(fā)明的實施例)的示意圖，該圖為頂視圖； 圖3b是四點注射(本發(fā)明的實施例)的示意圖，該圖為頂視圖； 圖3c是等離子體增強化學(xué)氣相沉積室內(nèi)部的反應(yīng)性氣體的兩點注
射(本發(fā)明的實施例)的示意圖，圖中標(biāo)明[F]和[F2]的曲線為沿一條軸
線的室長度的函數(shù)；
圖4是通過工藝室外部的多個注射點的網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)的反應(yīng)性氣體分
布(本發(fā)明的實施例)的示意圖，圖中標(biāo)明[F]和[F2]的曲線為室長度的
函數(shù)；
圖5是通過等離子體增強化學(xué)氣相沉積室內(nèi)部(與沉積氣體有共同 路徑)的反應(yīng)性氣體的蜘蛛狀分配器(一個實施例)的示意圖，圖中標(biāo) 明[F]和[F2]的曲線為室長度的函數(shù)；
圖6是蝕刻材料與沉積區(qū)域長度的函數(shù)關(guān)系圖，使用蜘蛛狀分配器 進行注射，在2mx 2m的區(qū)域上的蝕刻均勻度為5. 5%;和
圖7是從等離子體增強化學(xué)氣相沉積室中去除所有沉積物所需的 總時間，更均勻的注射(通過蜘蛛狀分配器所實現(xiàn)的)導(dǎo)致減少了總的 清洗時間。
現(xiàn)有技術(shù)的缺點
在沉積絕緣層(二氧化硅、硅的氮化物、硅的氧氮化物)和半導(dǎo)體 層(非晶硅、微晶體和納米晶體)之前對等離子體增強化學(xué)氣相沉積室 進行清洗是生產(chǎn)中常規(guī)的工藝步驟。由于半導(dǎo)體制造工業(yè)高度關(guān)注其生 產(chǎn)線成本的降低，因此朝這個方向做出的任何努力顯然是很重要的。在 現(xiàn)有技術(shù)中，已公知的做法是實施遠程等離子體源以便在等離子體增強 化學(xué)氣相沉積室外部形成氟自由基并且將該流動體引導(dǎo)通過室內(nèi)部的 管路。然而，就等同的氣體分布而言，這些解決方案無法與大面積等離 子體增強化學(xué)氣相沉積工具充分相容。就這方面而言，"大面積"應(yīng)該理解為基底尺寸為1平方米或更大。
在美國專利No. 4, 820, 377、 No. 5, 788, 778、 No. 6, 274, 058 Bl、 No. 2004/0200499中，對于涉及大面積工具(例如尺寸大于730x920mm2) 的均勻性問題并未給予關(guān)注。在現(xiàn)有技術(shù)中，正如圖l所例示地那樣， 人們發(fā)現(xiàn)(反應(yīng)性)氣體1通過注射點3且通過氣體入口歧管(或噴淋 頭)4被引入沉積室2內(nèi)部。通過這種構(gòu)型，使得與在室的中心B直接 流動的氣體的部分相比，流至沉積室的末端A的氣體的部分覆蓋了更長 的距離。必須注意到
1. 由于沉積發(fā)生在平行板與室壁之間，因此由氣體入口歧管(或噴 淋頭)4中的反應(yīng)性物質(zhì)(氣體)1所覆蓋的距離上沒有沉積物，
2. 反應(yīng)性物質(zhì)在反應(yīng)性氣體流動期間發(fā)生再結(jié)合是已公知的。除了 其它參數(shù)(溫度、壓力、材料等)(K-Iskenderova Thesis at Drexel University, "Cleaning Process in High Density Plasma Chemical Vapor Deposition Reactor", 2003年10月)以夕卜，這種再結(jié)合主要取 決于距離。再結(jié)合的物質(zhì)與硅基材料之間的反應(yīng)性要低得多。
上述內(nèi)容表明，流至室的末端A的反應(yīng)性物質(zhì)1的反應(yīng)性由于更長 的距離(即更多的再結(jié)合物質(zhì))而變得更低。用清洗速率來解釋前面的 陳述內(nèi)容即與室中心的材料相比，去除室的邊緣處的沉積材料將利用 更低的速率。這兩個事實導(dǎo)致在整個沉積室中的蝕刻速率是不均勻的， 這使得降低了總的清洗速率且因此降低了系統(tǒng)產(chǎn)量。用于平板顯示器的 半導(dǎo)體工業(yè)正向著更大的室前進；這種(在邊緣與中心之間的)清洗速
率的差別變得更為重要。
為了克服氟在室中分布不均勻的問題，美國專利6, 828, 241 B2提 出在沉積室中附加地施加射頻功率。通過這種手段，使得再結(jié)合的自由 基發(fā)生了再活化且由于引入了載氣如He而使得實現(xiàn)了更均勻的分布。 然而，進行原位射頻清洗的主要缺點重新顯露出來由于離子轟擊而因 此會損壞硬件以及在沉積室的套件部件上形成了鋁的氟化物AlxFy層。
根據(jù)本發(fā)明的解決方案
本發(fā)明涉及一種用于清洗沉積室的方法，所述方法與大面積沉積是 相容的。所述方法包括通過多個注射點(至少兩個注射點)且在用于反 應(yīng)性物質(zhì)的路徑相等同的情況下以均勻的方式將被活化的氣體從遠程等離子體源輸送至所述室中的沉積區(qū)域。
本發(fā)明被最佳地描述為一種用于分布(被活化的)反應(yīng)性氣體的氣 體注射系統(tǒng)，所述氣體注射系統(tǒng)包括反應(yīng)性氣體源、用于分布所述氣體 的管道以及可抽真空的室。所述氣體被排放至所述管道，所述管道具有 被結(jié)構(gòu)性地連接至所述源的至少一個入口以及通往所述室的至少兩個 出口，由此形成了至少部分獨立的管道分支，其中在入口與每個相應(yīng)的 出口之間計算出的每條管道分支的長度以及與氣體流垂直的橫截面是 基本上相等的
每條管道分支可由具有各種直徑的管路的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，但最終總的管 路網(wǎng)絡(luò)對于氣體注射而言應(yīng)該是對稱的。換句話說，從遠程等離子體源
的出口流至真空室的每個入口的氣體可"經(jīng)歷(see)"具有不同橫截 面的一系列"管路"(圓形、矩形等)。當(dāng)然，這些橫截面在每條分支 之間需要是大體上相等的以便具有相同的阻抗。
蝕刻氣體和/或載氣的混合物被引入遠程等離子體源中，在所述遠 程等離子體源中發(fā)生了氣體的活化。在遠程等離子體源的輸出裝置處，
被活化的自由基流動通過管道系統(tǒng)(優(yōu)選為經(jīng)陽極氧化處理的鋁)到達 沉積室。在大氣或真空環(huán)境中，被活化的物質(zhì)被分成至少兩條等同的路 徑。反應(yīng)性氣體的每部分在室中流動通過適于位于工藝室中的入口孔。 入口孔的空間布置由沉積室尺寸和各條路徑的量決定。在所有實例中， 反應(yīng)性氣體的每部分應(yīng)該通過就材料、溫度、長度、直徑、管路構(gòu)型、 壓力降方面而言等同的路徑到達沉積區(qū)域。
以基于氟的氣體為例位于遠程等離子體源的輸出裝置處的反應(yīng)性 氣體包含非常大量的原子氟F和惰性氣體副產(chǎn)物以及微量的分子氟F2。 反應(yīng)性物質(zhì)(在該實例中為原子氟)通常在根據(jù)下面的公式所示的三種 物質(zhì)的反應(yīng)中進行再結(jié)合
F+F+M=>F2+M
通常情況下，已公知的是原子氟F與F2和/或由于次要的化學(xué)再 結(jié)合而產(chǎn)生的其它可能副產(chǎn)物相比對硅基材料的蝕刻更為劇烈。換句話 說，清洗速率與原子氟濃度[F]更為相關(guān)。在前面的部分中，我們討論 得知在現(xiàn)有技術(shù)中，室的沉積區(qū)域內(nèi)部的[F]和[F2]取決于位置，如圖 2所示?？梢子谕浦业哪┒薃處的[F]低于中心B處的[F](且室的 末端A處的[F2]高于中心B處的[F2])。這一事實導(dǎo)致局部清洗速率有所不同，這樣就影響了總的清洗時間。
本發(fā)明改進了在室中的整個沉積區(qū)域內(nèi)的清洗均勻度，使得降低了
室中的沉積區(qū)域的邊緣與中心之間的[F]/[F2]之比的差別。在均勻受熱 的室中，蝕刻均勻度可被定義為在室中的整個沉積區(qū)域內(nèi)的[F]濃度的 均勻度。作為本發(fā)明的實例，圖中(圖3和圖4)示出了四個可能的實 施例。在所有情況下，沉積區(qū)域內(nèi)的[F]分布都比現(xiàn)有技術(shù)中更為均勻。 圖3a示出了兩點注射。在遠程等離子體源中產(chǎn)生的反應(yīng)性物質(zhì)/ 反應(yīng)性氣體1被分成兩條等同路徑6a、 6b且隨后通過工藝室2中的注 射點5被注射，在所述工藝室中先前已經(jīng)發(fā)生了沉積。圖3b示出了四 點注射構(gòu)型，其中發(fā)生了更為均勻的反應(yīng)性氣體分布。在多點注射(圖 4)中，反應(yīng)性氣體1流動通過多條等同路徑7(選擇)且隨后通過注射 點8 (選擇)將所述反應(yīng)性氣體注入工藝室2內(nèi)。適當(dāng)構(gòu)型和注射點數(shù) 量的選擇可取決于室的設(shè)計、取決于管路中的氣體壓力且通常應(yīng)該在注 射氣體的均勻性與反應(yīng)性物質(zhì)的再結(jié)合速率之間進行折衷。
在如圖5所示的另一可能的實施例中，其中通過所謂蜘蛛狀氣體分 配器(gas spider)實現(xiàn)注射，蝕刻劑氣體通過多條等同路徑到達沉積 區(qū)域。在這種情況下，反應(yīng)性氣體流動通過等同路徑，以便在所有的沉 積區(qū)域上出現(xiàn)相同的[F]濃度。在KAI3000等離子體增強化學(xué)氣相沉積 系統(tǒng)中進行的實驗證實獲得了小于6%水平的蝕刻均勻度(圖6)，這導(dǎo) 致沉積室的清洗速率更快。與去除室中所有沉積材料所需的時間相比， 更均勻的分布(通過蜘蛛狀分配器進行注射)導(dǎo)致減少了總的清洗時間 (圖7)。此外，總的清洗時間的減少導(dǎo)致降低了氣體消耗，這對于工 業(yè)應(yīng)用而言是重要的特征。最后，我們認為一點注射(現(xiàn)有技術(shù))應(yīng)當(dāng) 給出了最差的結(jié)果。
本發(fā)明的其它優(yōu)點
就反應(yīng)器的幾何形狀而言，可應(yīng)用多種可能的設(shè)計。對于所有這些 設(shè)計而言，主要思想在于反應(yīng)性氣體通過一條以上的等同路徑到達沉 積區(qū)域?？筛鶕?jù)沉積區(qū)域的幾何形狀、沉積物的本質(zhì)及其在等離子體增 強化學(xué)氣相沉積室中的輪廓來改變路徑的數(shù)量和分布。
此外，本發(fā)明的另 一優(yōu)點取決于其可被應(yīng)用于由一個遠程等離子體 源提供的一個以上的沉積室的事實。實際上，如果關(guān)注等同的自由基路徑，則可在一個以上的室中實現(xiàn)均勻清洗。如上文中所述，在每個室中 進行的清洗氣體注射也應(yīng)該被考慮在內(nèi)。
最后，將本發(fā)明應(yīng)用于等離子體增強化學(xué)氣相沉積室需要對現(xiàn)有的 硬件略微進行變型。在計算氣體分布之后需要進行管路調(diào)節(jié)。在現(xiàn)有系 統(tǒng)已經(jīng)包括踟蛛狀氣體分配器的情況下，則將清洗氣體連通至主氣體管 路(沉積氣體)可能就足夠了。
權(quán)利要求
1、一種用于對被構(gòu)造成用于1平方米或更大面積的基底的真空沉積裝置進行清洗的方法，所述方法包括通過至少兩個注射點以均勻的方式將被活化的氣體從遠程等離子體源輸送至室內(nèi)，其中用于所述被活化的氣體的路徑是等同的。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述等同的路徑在材料、溫 度、長度、直徑、管路構(gòu)型或壓力降方面是等同的。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中所述遠程等離子體源被 操作性地連接至多個真空沉積室以便進行平行清洗動作。
4、 一種用于在被構(gòu)造成用于1平方米或更大面積的基底的真空沉 積裝置中分布被活化的反應(yīng)性氣體的氣體注射系統(tǒng)，所述氣體注射系統(tǒng) 包括反應(yīng)性氣體源、用于對所述反應(yīng)性氣體進行活化的遠程等離子體 源、用于分布所述氣體的管道，所述管道具有被結(jié)構(gòu)性地連接至所述源 的至少一個入口以及通往所述室的至少兩個出口 ，由此形成了至少部分 獨立的管道分支，其中在入口與每個相應(yīng)的出口之間計算出的每條管道 分支的長度以及與氣體流垂直的橫截面是基本上相等的。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的氣體注射系統(tǒng)，其中每條管道分支包括 具有各種直徑的管路的網(wǎng)絡(luò)，每條分支對于氣體注射而言是對稱的且具 有基本上相同的阻抗。
全文摘要
本發(fā)明描述了一種用于清洗沉積室的方法，所述方法與大面積沉積是相容的。所述方法包括通過至少兩個注射點且在用于反應(yīng)性物質(zhì)的等同路徑上以均勻的方式將被活化的氣體從遠程等離子體源輸送至所述室中的區(qū)域。一種相應(yīng)的用于分布被活化的反應(yīng)性氣體的氣體注射系統(tǒng)包括反應(yīng)性氣體源、用于分布所述氣體的管道以及可抽真空的室。所述氣體被排放至所述管道，所述管道具有被結(jié)構(gòu)性地連接至所述源的至少一個入口以及通往所述室的至少兩個出口，由此形成了至少部分獨立的管道分支，其中在入口與每個相應(yīng)的出口之間計算出的每條管道分支的長度以及與氣體流垂直的橫截面是基本上相等的。
文檔編號H01J37/32GK101292059SQ200680038561
公開日2008年10月22日 申請日期2006年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月17日
發(fā)明者B·里奧, E·喬馬斯, F·法馬基斯, J·庫德拉, M·伊爾齊克, M·埃爾雅考比 申請人:Oc歐瑞康巴爾斯公司