專利名稱：絕緣膜成形方法、絕緣膜成形裝置和等離子體膜成形裝置的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及一種絕緣膜成形方法和絕緣膜成形裝置，以及一種等離子體膜成形裝置，這些方法和裝置適合于在諸如薄膜晶體管(TFT)或者金屬-氧化物半導(dǎo)體導(dǎo)體(MOS元件)之類的半導(dǎo)體元件、諸如半導(dǎo)體集成電路器件之類的半導(dǎo)體器件、或者諸如液晶顯示器之類的顯示器件的制造工藝中，以及在薄膜晶體管的制造工藝中形成絕緣膜。
在制造半導(dǎo)體器件或者液晶顯示器件的工藝中，已知的一種方法是采用一種有機(jī)硅化合物作為處理氣體、利用平行板型高頻等離子體增強(qiáng)化學(xué)汽相淀積單元在一個基板上形成絕緣膜。
該平行板型高頻等離子體增強(qiáng)化學(xué)汽相淀積單元包括真空腔、高頻電源、高頻電極和地電極。該真空腔具有一個引入有機(jī)硅化合物氣體和氧氣的混合氣體的氣體引入部分。
采用所述平行板型高頻等離子體增強(qiáng)化學(xué)汽相淀積單元，如下所述形成絕緣膜。經(jīng)由該氣體引入部分將有機(jī)硅化合物氣體和氧氣引入到該真空腔內(nèi)。該高頻電源向該高頻電極提供13.56MHz的高頻電源，由此在該真空腔內(nèi)產(chǎn)生等離子體。接著，通過該等離子體使有機(jī)硅化合物分解，其結(jié)果是，在基板上形成由所述有機(jī)硅化合物制成的氧化硅膜(參考，例如，日本專利申請KOKAI公告No.5-345831)。
然而，該平行板型高頻等離子體增強(qiáng)化學(xué)汽相淀積單元具有下面的問題由于在該真空腔中產(chǎn)生的等離子體一直擴(kuò)散到其中設(shè)置了待處理基板的區(qū)域，因此該基板的表面以及該基板與該絕緣膜之間的界面易于受到離子損傷。具體地說，當(dāng)?shù)入x子體一直擴(kuò)散到其中設(shè)置了該基板的區(qū)域時，該基板開始與高能電子接觸，其結(jié)果是，隨著電子的能量變大，屏蔽(sheath)電場傾向于增加。由于該屏蔽電場變大，進(jìn)入該基板的離子能量相應(yīng)地增加，其結(jié)果是該基板的表面以及該基板與該絕緣膜之間的界面易于受到離子損傷。
為了克服這個問題，在半導(dǎo)體器件或者液晶器件的制造工藝中，近年來已經(jīng)提出了下述方法一種利用產(chǎn)生表面波等離子體的等離子體處理單元(或者一種等離子體處理方法)在局部等離子體態(tài)中執(zhí)行等離子體處理的方法，以及一種利用絕緣膜成形單元在基板上形成絕緣膜的方法(參考，例如，日本專利申請KOKAI公告No.2002-299241)。通常使用硅烷氣體(例如甲硅烷氣體)作為處理氣體。
為了實現(xiàn)該等離子體處理方法，已經(jīng)提出了一種等離子體處理單元，該單元包括一個處理腔、一個電介質(zhì)擋板(電介質(zhì)板)、一個等離子體激發(fā)氣體蔟射(shower)板、一個處理氣體蔟射板、一個輻射型槽形直線(radial line slot)天線以及一個產(chǎn)生2.45GHz微波的磁電管。該電介質(zhì)擋板設(shè)置在該輻射型槽形直線天線的下方。該等離子體激發(fā)氣體蔟射板設(shè)置在該電介質(zhì)擋板的下方。該處理氣體蔟射板設(shè)置在該等離子體激發(fā)氣體蔟射板的下方。
如下所述來進(jìn)行利用該等離子體處理單元的該等離子體處理方法。經(jīng)由在該等離子體激發(fā)氣體蔟射板中制作的多個開口，將稀有氣體作為等離子體激發(fā)氣體引入到該處理腔內(nèi)。促使由該輻射型槽形直線天線發(fā)射的微波進(jìn)入該處理腔。結(jié)果是，稀有氣體被激發(fā)，在該腔內(nèi)產(chǎn)生了等離子體。經(jīng)由在該處理氣體蔟射板中制作的多個開口，將該處理氣體引入到該處理腔內(nèi)。結(jié)果是，該處理氣體與該等離子體進(jìn)行反應(yīng)，在待處理基板上執(zhí)行等離子體處理。
一種已知的絕緣膜成形裝置包括真空腔、電介質(zhì)擋板(電介質(zhì)板)、輻射型槽形直線天線以及一個產(chǎn)生8.3GHz微波的微波發(fā)生器。該真空腔具有一個引入氪氣和氧氣的混合氣體的第一氣體引入部分，以及一個引入硅烷氣體的第二氣體引入部分。該電介質(zhì)擋板構(gòu)成了該真空腔的一部分。沿著該電介質(zhì)擋板設(shè)置該輻射型槽形直線天線。第一氣體引入部分比第二氣體引入部分設(shè)置得更靠近該輻射型槽形直線天線。設(shè)置第二氣體引入部分的位置，以便使其從電子溫度等于或者低于1ev的區(qū)域吸收硅烷氣體。
當(dāng)使用該絕緣膜成形裝置形成絕緣膜時，如下進(jìn)行處理。經(jīng)由第一氣體引入部分將氪氣和氧氣的混合氣體引入到該真空腔內(nèi)。經(jīng)由該電介質(zhì)擋板(電介質(zhì)板)將從該輻射型槽形直線天線發(fā)射的電磁波傳輸?shù)皆撜婵涨?。結(jié)果是，氧氣和氪氣被激發(fā)，在該真空腔內(nèi)產(chǎn)生表面波等離子體。該表面波等離子體產(chǎn)生氧原子團(tuán)(radical)。從第二氣體引入部分引入硅烷氣體。促使該氧原子團(tuán)分解，并且與硅烷氣體進(jìn)行反應(yīng)，從而在該基板上形成一個作為絕緣膜的氧化硅膜(參考，例如，Hiroki Tanaka等人的“High-Quality Silicon Oxide Film Formed byDiffusion Region Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition andOxygen Radical Treatment Using Microwave-Excited High-DensityPlasma，”Jpn.J.Appl.Phys.Vol.42(2003)，pp.1911-1915)。
另一種已知的絕緣膜成形裝置包括處理腔、電介質(zhì)擋板、等離子體激發(fā)氣體蔟射板、處理氣體蔟射板、輻射型槽形直線天線和產(chǎn)生2.45GHz微波的磁電管。該電介質(zhì)擋板設(shè)置在該輻射型槽形直線天線的下方。該等離子體激發(fā)氣體蔟射板設(shè)置在該電介質(zhì)擋板的下方。該處理氣體蔟射板設(shè)置在該等離子體激發(fā)氣體蔟射板的下方。
如下所述來使用該絕緣膜成形裝置。經(jīng)由在該等離子體激發(fā)氣體蔟射板中制作的多個開口，將稀有氣體作為等離子體激發(fā)氣體引入到該處理腔內(nèi)。經(jīng)由該等離子體激發(fā)氣體蔟射板，將從該輻射型槽形直線天線發(fā)射的微波引入到該處理腔內(nèi)。結(jié)果是，該稀有氣體被激發(fā)，由此產(chǎn)生等離子體。經(jīng)由在該處理氣體蔟射板中制作的多個開口來提供處理氣體。結(jié)果是，該處理氣體與該等離子體進(jìn)行反應(yīng)，在所述待處理基板上執(zhí)行一個特殊處理(參考，例如，日本專利申請KOKAI公告No.2002-299241)。
由于金屬氧化物，諸如氧化鉿或者氧化鋯，具有比氧化硅更高的介電常數(shù)，因此金屬氧化物作為用于絕緣膜的材料已經(jīng)吸引了大量的注意力。形成由金屬氧化物，諸如氧化鉿或者氧化鋯制成的薄膜(下文中，稱作金屬氧化物膜)的已知方法包括金屬有機(jī)化學(xué)汽相淀積(MOCVD)、濺射以及原子層淀積(ALD)。
然而，在金屬有機(jī)化學(xué)汽相淀積中，由于通過將該基板加熱到500℃至700℃來使作為一種材料的有機(jī)金屬化合物分解，以生長一層膜，因此難以將該方法應(yīng)用于諸如玻璃基板或者塑料基板之類的、其熔點相對較低的待處理基板中。在濺射中，由于從靶彈回的高速中性粒子與待處理基板碰撞，因此易于損傷該基板。在原子層淀積中，由于原子層是逐層淀積的，因此薄膜成形速度非常低。
為了克服這些問題，近年來已經(jīng)提出了一種利用等離子體形成氧化鋯膜的方法。首先，制備四丙氧基鋯(Zr(OC3H7)4)氣、氧氣和氬氣的混合氣體。此時，在該混合氣體中將氧氣對氬氣的比例設(shè)置為1∶5。將該混合氣體引入到其中已經(jīng)設(shè)置了待處理基板的腔內(nèi)。在該腔內(nèi)產(chǎn)生等離子體，由此促使該Zr(OC3H7)4氣體進(jìn)行等離子體放電，這使得在該基板上形成氧化鋯膜(參考，例如，Reiji Morioka等人的“Deposition of High-k Zirconium Oxides in VHF Plasma-EnhancedCVD Using Metal-Organic Precursor，”Extended Abstracts of The20thSymposium on Plasma Processing(SPP-20)，January29，2003，pp.317-318，hosted by a Division of Plasma Electronicsof Japan Society of Applied physics)。
此外，在半導(dǎo)體器件或者液晶顯示器件的制造工藝中，在半導(dǎo)體層上形成柵絕緣膜的一種已知的方法是在包括活性氧原子(oxygenatom active species)的空氣中，將半導(dǎo)體層的表面氧化，由此形成第一絕緣膜(氧化物膜)，并且隨后利用等離子體CVD技術(shù)在所述第一絕緣膜上形成第二絕緣膜(CVD膜)。此外，另一種已知的方法是在形成所述第一絕緣膜之后，在不將該第一絕緣膜暴露于空氣中的情況下，繼續(xù)在該第一絕緣膜上形成第二絕緣膜。當(dāng)形成了這種柵絕緣膜時，使用如下所述的制造裝置。
該制造裝置包括用于形成第一絕緣膜的第一反應(yīng)腔，以及用于在不將該第一絕緣膜暴露于空氣中的情況下、在該第一絕緣膜上形成第二絕緣膜的第二反應(yīng)腔。所述第一反應(yīng)腔具有一個氙氣準(zhǔn)分子(excimer)燈。在該第一反應(yīng)腔內(nèi)，在包括由從氙氣準(zhǔn)分子燈發(fā)出的光產(chǎn)生的活性氧原子的空氣中，氧化半導(dǎo)體層的表面，由此形成第一絕緣膜。該第二反應(yīng)腔是包括一個陽極和一個陰極的平行板型等離子體CVD膜成形腔。在該第二反應(yīng)腔內(nèi)，通過利用硅烷氣體和一氧化二氮氣體的等離子體CVD形成由氧化硅制成的第二絕緣膜(參考，例如，日本專利申請KOKAI公告No.2002-208592)。
與使用硅烷氣體相比，使用有機(jī)硅化合物氣體作為所述處理氣體，使其更容易獲得具有良好覆蓋特性的氧化硅膜。其原因是所述有機(jī)硅化合物的分子量比硅烷大。因此，利用等離子體將所述有機(jī)硅化合物分解而得到的中間產(chǎn)物具有相對大的分子量。由于其三維效應(yīng)，當(dāng)所述中間產(chǎn)物在該基板的上方移動時，所述中間產(chǎn)物以相對均勻的方式粘附到該基板的表面上。因此，得到了具有良好覆蓋特性的氧化硅膜。
然而，由于所述有機(jī)硅化合物在其骨架中具有烷基等，所以當(dāng)所述有機(jī)硅化合物被過度分解時，在碳骨架中包括的碳原子易于以雜質(zhì)的形式混入到形成的氧化硅中。即，與Hiroki Tanaka等人的文獻(xiàn)中介紹的技術(shù)中使用的硅烷氣體相比，過度的分解具有更有害的效果。
在Reiji Morioke等人的文獻(xiàn)介紹的技術(shù)中，由于將混合氣體中氧氣的分壓保持為低，因此在形成的金屬氧化物膜中易于出現(xiàn)氧不足的情況。
在日本專利申請KOKAI公告No.2002-299241中公開的等離子體處理方法中，難于形成具有良好膜厚均勻性的絕緣膜。具體地說，在日本專利申請KOKAI公告No.2002-299241中公開的等離子體處理方法中，使用了設(shè)置有一個格狀處理氣體簇射板的等離子體處理裝置。然而，這種等離子體處理裝置具有下面的問題難以在一待處理表面上均勻地形成一層膜，其中該待處理表面的面積大于每邊都是幾十厘米的方形物，比如一個液晶顯示器。即，當(dāng)在具有大面積的基板上形成絕緣膜時，在提供的處理氣體的量上不是固定的。結(jié)果是，在對應(yīng)于提供了更多處理氣體的區(qū)域的基板的待處理表面上，將要形成的絕緣膜容易變厚。
在日本專利申請KOKAI公告No.2002-208592中公開的技術(shù)中，利用一個光學(xué)處理裝置在一個半導(dǎo)體層上形成作為第一絕緣膜的光致氧化物膜，并且接著利用一個平行板型等離子體CVD裝置在該光致氧化物膜上形成作為第二絕緣膜的CVD膜。然而，在利用該平行板型等離子體CVD裝置在該光致氧化物膜上形成CVD膜的過程中，出現(xiàn)了下面的問題該光致氧化物膜和半導(dǎo)體層容易受到損傷。
具體地說，在所述平行板型等離子體CVD裝置中，在所述第二反應(yīng)腔中產(chǎn)生的等離子體一直擴(kuò)散到其中設(shè)置該半導(dǎo)體層的區(qū)域。當(dāng)所述等離子體已經(jīng)擴(kuò)散到其中已經(jīng)設(shè)置該半導(dǎo)體層的區(qū)域時，該光致氧化物膜和半導(dǎo)體層開始與高能電子接觸，其結(jié)果是，隨著電子的能量變大，屏蔽電場趨于增加。由于該屏蔽電場變大，進(jìn)入該光致氧化物膜和半導(dǎo)體層的離子的能量相應(yīng)地增加。因此，高能離子從該等離子體進(jìn)入該光致氧化物膜和半導(dǎo)體膜，其結(jié)果是，該光致氧化物膜和半導(dǎo)體膜被所述高能離子損傷。
發(fā)明簡述本發(fā)明提供了一種絕緣膜成形方法，該絕緣膜成形方法能夠通過抑制對基板和絕緣膜的損傷，從而在待處理基板上形成具有良好薄膜質(zhì)量的絕緣膜。
根據(jù)本發(fā)明的第一實施例，提供了一種利用等離子體膜成形裝置形成絕緣膜的絕緣膜成形方法，該等離子體膜成形裝置包括一個具有電磁波入射面的處理容器、第一氣體引入開口、以及在比所述第一氣體引入開口更遠(yuǎn)離該電磁波入射面的位置處制作的第二氣體引入開口。所述絕緣膜成形方法包括將用于產(chǎn)生等離子體的第一氣體從所述第一氣體引入開口輸送至所述處理容器的步驟；以及將第二氣體從所述第二氣體引入開口輸送至所述處理容器的步驟，其中所述第二氣體包括有機(jī)硅化合物氣體和有機(jī)金屬化合物氣體中的至少一種以及氧氣和稀有氣體中的至少一種。
根據(jù)本發(fā)明的第二實施例，提供了一種等離子體膜成形裝置，包括輸出用于產(chǎn)生等離子體的電磁波的電磁波源；具有一個電磁波入射面的處理容器，該電磁波入射面經(jīng)由一個電磁波供給波導(dǎo)連接到該電磁波源的輸出端；第一氣體引入開口，其制作在該處理容器中，并且用于輸送作為等離子體產(chǎn)生氣體的第一氣體；以及第二氣體引入開口，其設(shè)置成比該第一氣體引入開口更遠(yuǎn)離該電磁波入射面，并且用于輸送包括有機(jī)硅化合物氣體和有機(jī)金屬化合物氣體中的至少一種以及氧氣和稀有氣體中的至少一種的氣體。
在第一實施例的絕緣膜成形方法和第二實施例的等離子體膜成形裝置中，由于使用包括有機(jī)硅化合物氣體和有機(jī)金屬化合物氣體中的至少一種以及氧氣和稀有氣體中的至少一種的氣體作為所述第二氣體，因此與當(dāng)僅僅使用有機(jī)硅化合物氣體或者有機(jī)金屬化合物氣體時相比，可以更加均勻地形成絕緣膜(諸如氧化硅膜或者金屬氧化物膜)。
此外，例如，使用表面波等離子體可以使高能等離子體區(qū)域局限于遠(yuǎn)離一個待處理物體的位置，在該待處理物體上將要形成一個絕緣膜。這有助于抑制對所述待處理物體以及該物體上的絕緣膜的離子損傷。
而且，所述第一氣體是從比所述第二氣體更接近于該電磁波入射面的區(qū)域輸送至該處理容器。在更接近該電磁波入射面的所述區(qū)域中，由于通過由電磁波產(chǎn)生的電場來對電子直接進(jìn)行加速，所以電子的能量高。因此，使用所述第一氣體，可以在該處理容器中有效地產(chǎn)生等離子體。此外，由于該電磁波被遠(yuǎn)離該電磁波入射面的區(qū)域中的高密度等離子體屏蔽，因此可以抑制所述第二氣體中所包括的有機(jī)硅化合物或者有機(jī)金屬化合物的過度分解。結(jié)果是，能夠在該物體上形成一個絕緣膜，該絕緣膜具有更低的氧不足，且是均勻的，在階梯覆蓋特性上具有優(yōu)勢，并且具有良好的薄膜質(zhì)量。
根據(jù)本發(fā)明的第三實施例，提供了一種絕緣膜成形方法，包括在具有一個使電磁波進(jìn)入的電磁波入射面的處理容器中設(shè)置一個待處理基板的步驟；不僅從離該電磁波入射面的距離小于10mm的一個位置將包括稀有氣體和氧氣中的至少一種的第一氣體引入到所述處理容器中，而且從離該電磁波入射面的距離為10mm或更遠(yuǎn)的一個位置將包括有機(jī)硅化合物的第二氣體、與所述第一氣體分開地引入到所述處理容器中的步驟；以及通過促使電磁波經(jīng)由該電磁波入射面進(jìn)入所述處理容器中，利用所述處理容器中的第一和第二氣體來產(chǎn)生表面波等離子體，從而在該基板上淀積氧化硅的步驟。
根據(jù)本發(fā)明的第四實施例，提供了一種絕緣膜成形方法，包括在具有一個使電磁波進(jìn)入的電磁波入射面的處理容器中提供一個待處理基板的步驟；不僅從離該電磁波入射面的距離小于10mm的一個位置將包括稀有氣體和氧氣中的至少一種的第一氣體引入到所述處理容器中，而且從離該電磁波入射面的距離為10mm或更遠(yuǎn)的一個位置將包括有機(jī)金屬化合物的第二氣體、與所述第一氣體分開地引入到所述處理容器中的步驟；以及通過促使電磁波經(jīng)由該電磁波入射面進(jìn)入所述處理容器中，利用所述處理容器中的第一和第二氣體來產(chǎn)生表面波等離子體，從而在該基板上淀積金屬氧化物的步驟。
當(dāng)促使電磁波經(jīng)由該電磁波入射面進(jìn)入所述處理容器時，所述第一和第二氣體被激發(fā)，產(chǎn)生等離子體，這增加了該電磁波入射面附近的等離子體中的電子密度。由于該電磁波入射面附近的等離子體中的電子密度增加，因此所述電磁波難以在該等離子體中傳播，其結(jié)果是，所述電磁波在該等離子體中衰減。因此，該電磁波不能到達(dá)遠(yuǎn)離該電磁波入射面的區(qū)域，這使得其中第一和第二氣體被該電磁波激發(fā)的區(qū)域被限制到該電磁波入射面的附近。這是正在產(chǎn)生表面波等離子體的狀態(tài)(state)。
具體而言，在正在產(chǎn)生表面波等離子體的狀態(tài)中，其中利用由該電磁波產(chǎn)生的能量來使所述化合物離子化的區(qū)域被局限于該電磁波入射面的附近。即，根據(jù)離所述電磁波入射面的距離，表面波等離子體態(tài)會有不同。由于在正在產(chǎn)生表面波等離子體的狀態(tài)中，出現(xiàn)在該基板表面附近的屏蔽電場小，到達(dá)該基板的離子的入射能量低，并因此所述離子對該基板造成的損傷小。
產(chǎn)生表面波等離子體的區(qū)域的邊界是該電磁波入射面(電介質(zhì)窗口)和所述處理容器的內(nèi)部空間(提供第一氣體的區(qū)域)之間的邊界。在正在產(chǎn)生表面波等離子體的狀態(tài)中，等離子體的能量為高的區(qū)域，即，電磁波到達(dá)并且直接激發(fā)所述第一和第二氣體的區(qū)域可以由趨膚深度來獲知。所述趨膚深度是從該電磁波入射面到該電磁波的電場衰減到1/e的位置的距離。其值依賴于該電磁波入射面附近的電子密度。
在正在產(chǎn)生表面波等離子體的狀態(tài)中，在比所述趨膚深度更接近于該電磁波入射面的一個區(qū)域中，正在產(chǎn)生高密度等離子體。在離該電磁波入射面比所述趨膚深度更遠(yuǎn)的一個區(qū)域中(或者遠(yuǎn)離所述趨膚深度的區(qū)域)，電磁波被高密度等離子體屏蔽，并且因此不能到達(dá)該區(qū)域，其結(jié)果是氧原子團(tuán)以擴(kuò)散通量的形式到達(dá)。
因此，當(dāng)在所述處理容器中產(chǎn)生了表面波等離子體，并且在所述處理容器中的待處理基板上形成絕緣膜時，從離該電磁波入射面的距離大于所述趨膚深度的位置輸送包括有機(jī)硅化合物氣體或者有機(jī)金屬化合物氣體的第二氣體，可以抑制所述有機(jī)硅化合物或者有機(jī)金屬化合物的過度分解。此外，促使氧原子團(tuán)與所述有機(jī)硅化合物或者有機(jī)金屬化合物有效地進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。因此，能夠形成一種絕緣膜(氧化硅膜或者金屬氧化物膜)，其中該基板具有更低的氧不足，并且該絕緣膜是均勻的，在階梯覆蓋特性上具有優(yōu)勢，并且具有良好的薄膜質(zhì)量。
可以從等式(1)得到所述趨膚深度δ。
δ=1(ω2C2)(nenc-1)...(1)]]>其中ω電磁波的角頻率c光在真空中的速度(常數(shù))ne電子密度nc截止密度可以從下面的等式(2)得到所述截止密度ncnc=ϵ0meω2q2...(2)]]>其中ε0真空中的介電常數(shù)(常數(shù))me電子質(zhì)量(常數(shù))ω電磁波的角頻率e基本電荷(常數(shù))表面波等離子體的色散關(guān)系用下面的等式(3)來表示
kx=ωcϵd(ϵp2-ω2)ωp2-(1+ϵd)ω2...(3)]]>其中ω電磁波的角頻率c光在真空中的速度(常數(shù))εd電介質(zhì)窗口的介電常數(shù)ωp等離子體的角頻率所述等離子體的角頻率ωp可以從下面的等式(4)得到ωp=e2n0ϵ0me...(4)]]>其中e基本電荷(常數(shù))n0電子密度ε0真空中的介電常數(shù)(常數(shù))me電子質(zhì)量(常數(shù))為了讓表面波在電磁波入射面(電介質(zhì)窗口)之間的邊界的表面上傳播，等式(3)中的分母必須取一個正值。因此，考慮到等式(4)，則必須滿足等式(5)。
n0≥ϵ0me(1+ϵd)e2ω2...(5)]]>其中n0電子密度ε0真空中的介電常數(shù)(常數(shù))me電子質(zhì)量(常數(shù))εd電介質(zhì)窗口的介電常數(shù)e基本電荷(常數(shù))ω電磁波的角頻率當(dāng)在2.45GHz、5.58GHz，和22.125GHz下使用合成石英(相對介電常數(shù)為3.8)和鋁(相對介電常數(shù)為9.9)時，確定表面波在等離子體的邊界表面上傳播所需的電子密度n0，其中這些頻率是在不確定最大容許值的情況下使用的，該最大容許值是作為由基波或者為了使用在日本用于工業(yè)目的的電磁波的偽發(fā)射所產(chǎn)生的電場強(qiáng)度的容許值的例外(Article 65 of the Radio Equipment Regulations and GeneralPost Office Notice No.257)。在此時計算出的所述趨膚深度給出了表1。即，當(dāng)在2.45GHz或更高的頻率下，使用相對介電常數(shù)為3.8或更高的電介質(zhì)窗口產(chǎn)生了完全的表面波等離子體時，所述趨膚深度變?yōu)?0mm或更小。
表1 在使用微波的工藝中，通常使用上述頻率，即，2.45GHz、5.8GHz，和22.125GHz的高頻電源。電介質(zhì)窗口的材料通常是石英或者鋁。因此，可以想象得到，如果使用石英電介質(zhì)窗口并且離所述電磁波入射面的距離大于在2.45GHz的頻率下的所述趨膚深度δ，即，10mm或更大，則電磁波被高密度等離子體屏蔽，并且因此不能到達(dá)該基板，其結(jié)果是，氧原子團(tuán)以擴(kuò)散通量的形式到達(dá)。
此外，發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，從電子溫度為2ev或更低的位置將所述第二氣體引入到所述處理容器中，抑制了所述有機(jī)硅化合物或者有機(jī)金屬化合物的過度分解。圖18示出了離該電磁波入射面的距離和電子溫度之間的關(guān)系。如圖18所示，即使當(dāng)改變第一氣體的類型和用于產(chǎn)生等離子體的分壓時，在離所述電磁波入射面為10mm或更遠(yuǎn)的區(qū)域中，電子溫度也大約是2ev或更低。因此，可以看出這并不與上述論證相沖突。
此外，發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，從電子密度減小到電磁波入射面處的電子密度的50％或更低的位置將所述第二氣體引入到所述處理容器中，抑制了所述有機(jī)硅化合物或者有機(jī)金屬化合物的過度分解。圖19示出了離該電磁波入射面的距離和電子密度之間的關(guān)系。如圖19所示，即使當(dāng)改變第一氣體的類型和用于產(chǎn)生等離子體的分壓時，電子密度也減小到電磁波入射面處的電子密度的50％或更低。因此，可以看出這并不與上述論證相沖突。
從這些結(jié)果中，發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，從離電磁波入射面為10mm或更遠(yuǎn)的位置將所述第二氣體引入到所述處理容器中，可以使絕緣膜(氧化硅膜或者金屬氧化物膜)幾乎沒有離子損傷地形成在待處理基板上，該絕緣膜具有更低的氧不足，且是均勻的，并且在階梯覆蓋特性上具有優(yōu)勢。
如上所述，在與第三和第四實施例相關(guān)的絕緣膜成形方法中，利用表面波等離子體在一個基板上形成絕緣膜。具體而言，從離所述電磁波入射面的距離小于10mm的位置將包括稀有氣體和氧氣中的至少一種的第一氣體引入到所述處理容器中。同時，從離所述電磁波入射面的距離為10mm或更遠(yuǎn)的位置將包括有機(jī)硅化合物的第二氣體引入到所述處理容器中。
如上所述，使用表面波等離子體，使得高能等離子體區(qū)域被局限于遠(yuǎn)離所述待處理基板的位置中。結(jié)果是，該基板附近的屏蔽電場變得更小，這減小了進(jìn)入該基板的離子的能量。因此，能夠抑制對該基板和該基板上的絕緣膜的離子損傷。
而且，從離所述電磁波入射面的距離小于10mm的位置將第一氣體引入到所述處理容器中。在離所述電磁波入射面的距離小于10mm的區(qū)域中，由于通過由電磁波產(chǎn)生的電場來對電子直接進(jìn)行加速，所以電子的能量高。因此，在所述處理容器中可以有效地產(chǎn)生氧原子團(tuán)。
此外，從離所述電磁波入射面的距離為10mm或更遠(yuǎn)的位置將所述第二氣體引入到所述處理容器中。在離所述電磁波入射面的距離為10mm或更遠(yuǎn)的區(qū)域中，由于電磁波被高密度等離子體屏蔽，所以可以抑制所述有機(jī)硅化合物或者有機(jī)金屬化合物的過度分解。結(jié)果是，能夠在該基板上形成一個絕緣膜，其中該絕緣膜具有更低的氧不足，并且是均勻的，在階梯覆蓋特性上具有優(yōu)勢，并且具有良好的薄膜質(zhì)量。
而且，在大多數(shù)離所述電磁波入射面的距離為10mm或更遠(yuǎn)的位置中，電子溫度為2ev或更低。在這種低電子溫度區(qū)域中，即，在電子能量如此低，以致于抑制了由電子碰撞引起的所述有機(jī)硅化合物或者有機(jī)金屬化合物的過度分解的區(qū)域中，促使以擴(kuò)散通量到達(dá)的氧原子團(tuán)與所述有機(jī)硅化合物或者有機(jī)金屬化合物進(jìn)行反應(yīng)，由此在該基板上淀積一個絕緣膜。這使得能夠在對該基板幾乎不引起任何損傷的情況下形成一個絕緣膜，該絕緣膜具有更低的氧不足，且是均勻的，并且在階梯覆蓋特性上具有優(yōu)勢，同時具有良好的薄膜質(zhì)量。
此外，在大多數(shù)離所述電磁波入射面的距離為10mm或更遠(yuǎn)的位置中，電子密度已經(jīng)降低到該電磁波入射面處的電子密度的50％或更低。在這種低電子密度區(qū)域中，即，在電子與所述處理氣體的碰撞頻率如此低，以致于抑制了由電子碰撞引起的所述有機(jī)硅化合物或者有機(jī)金屬化合物的過度分解的區(qū)域中，促使以擴(kuò)散通量到達(dá)的氧原子團(tuán)與所述有機(jī)硅化合物或者有機(jī)金屬化合物進(jìn)行反應(yīng)，由此在該基板上淀積一個絕緣膜。這使得能夠在對該基板幾乎不引起任何損傷的情況下形成一個絕緣膜，該絕緣膜具有更低的氧不足，且是均勻的，并且在階梯覆蓋特性上具有優(yōu)勢，同時具有良好的薄膜質(zhì)量。
在與第三和第四實施例相關(guān)的絕緣膜成形方法中，并且在與后面描述的第五實施例相關(guān)的絕緣膜成形方法中，可以將諸如玻璃基板、石英玻璃基板、陶瓷基板、樹脂基板或者硅晶圓之類的基板作為“待處理基板”使用。此外，“待處理基板”可以是這樣的基板，使得在上述基板上形成一個單晶硅、由激光晶化或者固相晶化形成的多晶硅、微晶硅或者非晶硅的半導(dǎo)體層。此外，“待處理基板”可以是這樣的基板，使得在上述基板上以隨機(jī)順序按一個在另一個之上的方式堆疊半導(dǎo)體層和絕緣膜。此外，“待加工基板”可以是這樣的基板，使得形成了通過以隨機(jī)順序按一個在另一個之上的方式堆疊半導(dǎo)體層和絕緣膜來構(gòu)造的電路元件或者電路元件的一部分。
當(dāng)實施第三實施例的絕緣膜成形方法時，希望的是，所述第二氣體應(yīng)該包括，作為有機(jī)硅化合物的四烷氧基硅烷、乙烯基烷氧基硅烷、烷基三烷氧基硅烷、苯基三烷氧基硅烷、聚甲基二硅氧烷和聚甲基環(huán)四硅氧烷中的一種或多種。這使得在該基板上能夠形成具有良好薄膜質(zhì)量的氧化硅膜。
當(dāng)實施第四實施例的絕緣膜成形方法時，希望的是，所述第二氣體應(yīng)該包括，作為有機(jī)金屬化合物的三甲基鋁、三乙基鋁、四丙氧基鋯、五乙氧基鉭和四丙氧基鉿中的任何一種。選擇三甲基鋁或者三乙基鋁，使得能夠在所述待處理基板上形成一個氧化鋁膜。選擇四丙氧基鋯，使得能夠在該基板上形成一個氧化鋯膜。選擇五乙氧基鉭，使得能夠在該基板上形成一個氧化鉭膜。選擇四丙氧基鉿，使得能夠在該基板上形成一個氧化鉿膜。氧化鉿和氧化鋯具有比氧化硅更高的介電常數(shù)。因此，選擇四丙氧基鉿或者四丙氧基鋯，使得能夠形成一個絕緣膜，該絕緣膜具有比氧化硅膜更好的電絕緣性。
當(dāng)實施根據(jù)第三和第四實施例的絕緣膜成形方法時，希望的是，所述第一氣體應(yīng)該包括氦氣、氖氣、氬氣、氪氣、氙氣中的至少一種。大多數(shù)有機(jī)硅化合物和有機(jī)金屬化合物在它們的組成元素中包含氧。因此，所述第一氣體并不一定必須包含氧氣。促使所述第一氣體包括氦氣、氖氣、氬氣、氪氣、氙氣中的至少一種，使得能夠在所述處理容器中產(chǎn)生氧原子團(tuán)，以及在所述待處理基板上形成一個絕緣膜。
更希望的是，所述第一氣體應(yīng)該包括氧氣和至少一種稀有氣體氦氣、氖氣、氬氣、氪氣、氙氣。這使得能夠在所述處理容器中產(chǎn)生更多的氧原子團(tuán)，使得能夠在該基板上形成具有更低的氧不足的絕緣膜。
當(dāng)所述第一氣體包含氧氣時，希望的是，將氧氣輸送到所述處理容器的流速應(yīng)該大于將所述第二氣體輸送到所述處理容器的流速。這使得在引入所述第二氣體的位置的下方，可以存在比第二氣體更多的氧原子團(tuán)。結(jié)果是，由于加速了所述有機(jī)硅化合物中的硅原子或者所述有機(jī)金屬化合物中的金屬原子的氧化，所以能夠形成具有更低的氧不足的高質(zhì)量氧化物膜。
根據(jù)本發(fā)明的第五實施例，提供了一種絕緣膜成形裝置，包括具有使電磁波進(jìn)入的電磁波入射面并且使得可以在其中設(shè)置待處理基板的處理容器；具有第一氣體引入部分并且設(shè)置在所述處理容器中的第一供氣系統(tǒng)，所述第一氣體引入部分將包括稀有氣體和氧氣中的至少一種的第一氣體引入到所述處理容器中；以及具有第二氣體引入部分并且設(shè)置在所述處理容器中的第二供氣系統(tǒng)，所述第二氣體引入部分將包括有機(jī)硅化合物或者有機(jī)金屬化合物的第二氣體引入到所述處理容器中，所述第一氣體引入部分和所述電磁波入射面之間的距離被設(shè)置為小于10mm，所述第二氣體引入部分和所述電磁波入射面之間的距離被設(shè)置為10mm或更大，并且能夠利用所述處理容器中的第一和第二氣體產(chǎn)生表面波等離子體。
在第五實施例的絕緣膜成形裝置中，用于引入第一氣體的所述第一氣體引入部分和所述電磁波入射面之間的距離被設(shè)置成小于10mm，并且用于引入第二氣體的所述第二氣體引入部分和所述電磁波入射面之間的距離被設(shè)置為10mm或者更大。這使得能夠?qū)⒌谝粴怏w輸送到等離子體的密度相對較高的區(qū)域。此外，可以將包括有機(jī)硅化合物或者有機(jī)金屬化合物的第二氣體輸送到電磁波被高密度等離子體屏蔽并且電磁波不能到達(dá)的區(qū)域。結(jié)果是，可以抑制由電子碰撞引起的所述有機(jī)硅化合物或者有機(jī)金屬化合物的過度分解。
因此，使用第五實施例的絕緣膜成形裝置，使得能夠形成一種高質(zhì)量的絕緣膜，該絕緣膜具有更低的氧不足，具有良好的薄膜質(zhì)量，并且在階梯覆蓋特性上具有優(yōu)勢。
為了在所述處理容器中更有效地產(chǎn)生氧原子團(tuán)，優(yōu)選將氧氣輸送到所述電介質(zhì)部件附近的一個區(qū)域，特別是電磁波到達(dá)并且直接激發(fā)即使是處于表面波等離子體態(tài)中的氣體的區(qū)域，即，由所述趨膚深度所代表的區(qū)域。即，當(dāng)使用包括氧氣的所述第一氣體時，優(yōu)選將所述第一氣體輸送到由所述趨膚深度所代表的區(qū)域。
因此，當(dāng)采用第五實施例的絕緣膜成形方法時，希望的是，應(yīng)該使用包括氧氣的所述第一氣體，并且所述第一氣體引入部分應(yīng)該設(shè)置在所述第一氣體引入部分和所述電磁波入射面之間的距離小于表面波等離子體的趨膚深度的一個區(qū)域中，或者所述第一氣體引入部分應(yīng)該與所述電介質(zhì)部件形成為一整體。這使得氧氣能夠被輸送到其中通過由電磁波產(chǎn)生的電場對電子進(jìn)行直接加速的區(qū)域，從而使得能夠在所述電介質(zhì)部件附近有效地分解從所述第一供氣系統(tǒng)輸送的第一氣體，并且有效地產(chǎn)生氧原子團(tuán)。此外，可以促使由所述第一供氣系統(tǒng)輸送的第一氣體在所述電介質(zhì)部件附近產(chǎn)生的氧原子團(tuán)與第二氣體進(jìn)行充分地反應(yīng)。結(jié)果是，能夠形成具有良好薄膜質(zhì)量的絕緣膜，該絕緣膜具有更低的氧不足，且是均勻的，并且在階梯覆蓋特性上具有優(yōu)勢。
由于大多數(shù)有機(jī)硅化合物和有機(jī)金屬化合物具有比甲硅烷更高的沸點。因此，在使用日本專利申請KOKAI公告2002-299241中公開的絕緣膜成形裝置形成絕緣膜的情況下，當(dāng)使用諸如有機(jī)硅化合物或者有機(jī)金屬化合物之類的沸點高的一種化合物作為處理氣體時，所述處理氣體中的一部分被液化，這可能阻塞在所述處理氣體簇射板中制作的多個排氣開口中的一部分。當(dāng)所述處理氣體簇射板被阻塞時，不可能將所述處理氣體穩(wěn)定地輸送到所述處理容器，或者所述處理氣體的輸送可能變得不均勻。
因此在日本專利申請KOKAI公告2002-299241中公開的絕緣膜成形裝置中，輸送的有機(jī)硅化合物的量容易不均勻。由于絕緣膜成形速度依賴于輸送的處理氣體的量，所以如果所述處理氣體不能穩(wěn)定地輸送到所述處理容器，或者輸送的量不均勻，則膜厚的均勻性就會受到損害。
由于這個原因，當(dāng)實施第五實施例的絕緣膜成形方法時，希望的是，所述第二供氣系統(tǒng)應(yīng)該設(shè)置有加熱裝置。這使得能夠保持這樣一個特定的溫度，以使得可以從所述第二供氣系統(tǒng)的氣體引入部分均勻地引入包括有機(jī)硅化合物或者有機(jī)金屬化合物的第二氣體。
當(dāng)所述第二供氣系統(tǒng)設(shè)置有加熱裝置時，希望的是，所述加熱裝置應(yīng)該能夠?qū)⒋幚砘灞３衷诖蠹s80℃到200℃的范圍內(nèi)的溫度。將第二氣體引入部分保持在80℃到200℃的范圍內(nèi)的溫度，使得即使是當(dāng)使用諸如有機(jī)硅化合物或者有機(jī)金屬化合物之類的高沸點氣體時，也能夠抑制由于第二氣體的液化而引起的輸送氣體的量的波動，并且形成具有穩(wěn)定膜厚的絕緣膜。
希望的是，所述加熱裝置應(yīng)該設(shè)置在所述處理容器的外部，同時熱連接到所述第二供氣系統(tǒng)。這使得能夠在不將其結(jié)構(gòu)復(fù)雜化的情況下，對所述第二供氣系統(tǒng)進(jìn)行加熱。例如，加熱裝置可以是這樣的，使得在所述第二供氣系統(tǒng)的壁內(nèi)提供一條循環(huán)通路，并且使高溫流體(高溫氣體或者高溫液體)在該循環(huán)通路中流動。采用這種結(jié)構(gòu)，促使所述高溫流體循環(huán)通過該壁的內(nèi)部，使得能夠?qū)崮苎杆俚貍鬏數(shù)秸麄€第二供氣系統(tǒng)。因此，可以對第二供氣系統(tǒng)進(jìn)行均勻地加熱。例如，可以使用加熱器作為所述加熱裝置。但本發(fā)明并不限于此。
此外，在日本專利申請KOKAI公告2002-299241中公開的絕緣膜成形裝置中，所述處理氣體是從所述簇射板的一端引入到所述處理氣體簇射板中，并且在流動通過該簇射板的同時，從在所述處理氣體簇射板中制作的多個排氣開口排出。因此，在引入有機(jī)硅化合物氣體的一端，從在該板中制作的開口中排出的處理氣體的量更大，并且隨著離該端距離的增加，排出的量減小。如上所述，當(dāng)所述處理氣體不能穩(wěn)定地輸送到所述處理容器，或者所輸送的處理氣體的量不均勻時，則膜厚的均勻性會受到損害。
由于這個原因，當(dāng)實施第五實施例的絕緣膜成形方法時，希望的是，所述第二氣體引入部分應(yīng)該由在其內(nèi)具有多個注氣孔的簇射板構(gòu)成，并且設(shè)置所述注氣孔的每單位面積的孔徑比，使得在該簇射板中氣流的上游所述注氣孔對氣流的電導(dǎo)(物理阻抗的倒數(shù))較小，而在該簇射板中氣流的下游所述注氣孔對氣流的電導(dǎo)較大。具體而言，例如，設(shè)置所述注氣孔的每單位面積的孔徑比，使得在該簇射板中氣流的上游較小，而在該氣流的下游較大。更優(yōu)選地，應(yīng)該如此設(shè)置所述注氣孔的電導(dǎo)(所述注氣孔的每單位面積的孔徑比)，使得從所述簇射板輸送到所述處理容器的第二氣體的量的分布變得基本均勻。這使得所述第二氣體能夠被均勻地輸送到所述處理容器，從而使得能夠在待處理基板上形成具有良好均勻性的絕緣膜。
當(dāng)所述氣體引入部分是由通過在其中具有開口的隔斷墻分割的簇射板制成時，希望的是，以這種方式來設(shè)置用于在該簇射板中調(diào)整氣流的多個隔斷墻，使得在該簇射板中的氣流的上游所述隔斷墻對氣流的電導(dǎo)較大，而在該簇射板中氣流的下游所述隔斷墻對氣流的電導(dǎo)較小，并且應(yīng)該以一一對應(yīng)的方式設(shè)置用于被所述隔斷墻分割的區(qū)域的注氣孔。具體而言，在該簇射板中氣流的上游，所述隔斷墻在高度上應(yīng)該被設(shè)置得較小，而在該氣流的下游應(yīng)該設(shè)置得較大。更優(yōu)選地，應(yīng)該如此設(shè)置每一個隔斷墻的大小和位置，以使得從所述簇射板輸送的第二氣體的量的分布實際上是均勻的。采用這種設(shè)置，控制了第二氣體在該簇射板中的流動，使得第二氣體可以均勻地輸送到所述處理容器，從而使得能夠在待處理基板上形成具有良好均勻性的絕緣膜。
此外，當(dāng)所述第二氣體引入部分是由在其內(nèi)具有多個注氣孔的簇射板構(gòu)成時，希望的是，以這種方式來在該簇射板中設(shè)置第一氣室和第二氣室，以使它們經(jīng)由一個具有多個開口的擴(kuò)散板彼此連接，以便調(diào)整第一和第二氣室之間的氣流，所述第一氣室具有一個通過其引入第二氣體的進(jìn)氣口，而所述第二氣室在其內(nèi)具有多個注氣孔，并且希望如此設(shè)置所述開口的每單位面積的孔徑比，以使在該簇射板中氣流的上游所述開口對氣流的電導(dǎo)較小，而在該簇射板中氣流的下游較大。具體而言，例如，應(yīng)該設(shè)置所述開口對該氣流的每單位面積的孔徑比，使得在該簇射板中的氣流的上游較小，而在該氣流的下游較大。更優(yōu)選地，應(yīng)該如此設(shè)置所述開口的電導(dǎo)(所述開口的每單位面積的孔徑比)，以使從該簇射板輸送到所述處理容器的第二氣體的量的分布變得基本均勻。采用這種設(shè)置，在該簇射板中控制了所述第二氣體的流動，使得所述第二氣體可以均勻地輸送到所述處理容器，從而使得能夠在待處理基板上形成具有良好均勻性的絕緣膜。
此外，當(dāng)實施第五實施例的絕緣膜成形裝置時，其上設(shè)置了所述第二供氣系統(tǒng)的處理容器的部分應(yīng)該由電介質(zhì)制成。采用這種結(jié)構(gòu)，與使用了諸如金屬的導(dǎo)電材料的情況相比，在時間流逝直到放電開始時的等離子體達(dá)到表面波等離子體態(tài)期間的過渡(transient)狀態(tài)中，第二氣體引入部分對電磁場和等離子體的影響減小了，其結(jié)果是，實現(xiàn)了穩(wěn)定的等離子體放電。
此外，當(dāng)實施第五實施例的絕緣膜成形裝置時，希望的是，所述天線應(yīng)該具有一個或多個槽形波導(dǎo)天線。采用這種結(jié)構(gòu)，具有更小的介電損失并且耐大功率的天線，使其容易制作更大的絕緣膜成形裝置。為了獲得例如在應(yīng)用于大液晶顯示器件的大基板上形成絕緣膜的絕緣膜成形裝置，更希望的是，并排設(shè)置多個槽形波導(dǎo)天線，使其面向所述電介質(zhì)部件的外表面。所述天線并不限于槽形波導(dǎo)天線。它可以由其它類型的天線構(gòu)成，只要它們能夠向所述處理容器發(fā)射電磁波即可。
此外，根據(jù)本發(fā)明一個實施例的絕緣膜成形方法包括通過使用利用第一氣體產(chǎn)生的活性氧原子，將該基板的待處理表面氧化，從而在待處理基板上形成第一絕緣膜的步驟；以及通過促使從表面波等離子體產(chǎn)生的活性物質(zhì)使輸送到該基板附近的第二氣體進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，從而在所述第一絕緣膜上形成第二絕緣膜的步驟。
根據(jù)本發(fā)明一個實施例的絕緣膜成形方法包括通過利用活性氧原子將該基板的待處理表面氧化，從而在待處理基板上形成第一絕緣膜的步驟；以及通過利用表面波等離子體的化學(xué)汽相淀積(CVD)在所述第一絕緣膜上形成第二絕緣膜的步驟。在該方法中，形成所述第二絕緣膜的步驟不限于化學(xué)汽相淀積。
這里，將要解釋表面波等離子體。通常，當(dāng)特定處理氣體被引入到所述處理容器中，并且同時，電磁波進(jìn)入所述處理容器時，該電磁波激發(fā)所述處理氣體，產(chǎn)生等離子體，其結(jié)果是，所述處理容器的內(nèi)表面的電磁波入射面附近的等離子體中的電子密度增加。由于所述電磁波入射面附近的等離子體中的電子密度增加，因此該電磁波難以在該等離子體中傳播，其結(jié)果是，該電磁波在該等離子體中衰減。由于該電磁波不能到達(dá)遠(yuǎn)離該電磁波入射面的區(qū)域，所以其中所述處理氣體被該電磁波激發(fā)的區(qū)域被限制到該電磁波入射面的附近。這是正在產(chǎn)生表面波等離子體的狀態(tài)。
即，在正在產(chǎn)生表面波等離子體的狀態(tài)中，可以描述下面的情況。其中作為來自于該電磁波的能量的施加的結(jié)果而對所述等離子體氣體進(jìn)行離子化的區(qū)域被局限于該電磁波入射面的附近。將待處理基板放置到遠(yuǎn)離該電磁波入射面的位置，使得可以將該基板的待處理表面附近的電子溫度保持為低。即，抑制了在待處理基板的表面附近出現(xiàn)的屏蔽電場的增加，從而使得到達(dá)該基板的離子的入射能量保持為低。結(jié)果是，能夠抑制由離子引起的對該基板的損傷。
在該實施例的絕緣膜成形方法中，在第一步驟(形成第一絕緣膜的步驟)中利用活性氧原子對基板進(jìn)行氧化的過程中，在該基板上形成一個氧化物膜，同時活性氧原子擴(kuò)散到該基板內(nèi)。結(jié)果是，能夠使該基板和所述氧化物膜之間的界面具有很少的缺陷。
在第二步驟(形成第二絕緣膜的步驟)中，希望的是，應(yīng)該通過一種減小對第一步驟中形成的第一絕緣膜(氧化物膜)以及該基板與所述第一絕緣膜之間的界面的損傷的方法來形成第二絕緣膜，以便盡可能小地?fù)p傷該基板和該界面。為了達(dá)到這個目的，所述第二步驟是促使該第二氣體與從表面波等離子體產(chǎn)生的活性物質(zhì)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，由此在第一絕緣膜上形成第二絕緣膜。
該第二步驟可以使用，例如，利用表面波等離子體的CVD。具體而言，如上所述，在正在產(chǎn)生表面波等離子體的狀態(tài)中，由于在該基板的待處理表面附近出現(xiàn)的屏蔽電場小，因此可以抑制對待處理基板、所述第一絕緣膜、或者該基板和所述第一絕緣膜之間的界面的離子損傷。即，在第二步驟中使用利用表面波等離子體的化學(xué)汽相淀積，使得能夠以第二步驟中所需的更低損傷來形成一層膜。結(jié)果是，能夠在該基板上形成具有優(yōu)異的電氣特性的絕緣膜(第一絕緣膜和第二絕緣膜的疊層膜)。
如上所述，在該實施例的絕緣膜成形方法中，在通過利用第一氣體產(chǎn)生的氧活性原子將該基板的待處理表面氧化，來形成所述第一絕緣膜之后，產(chǎn)生了表面波等離子體。促使輸送到該基板附近的第二氣體與自該表面波等離子體產(chǎn)生的活性物質(zhì)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，由此在所述第一絕緣膜上形成第二絕緣膜，其結(jié)果是，在待處理基板上形成絕緣膜(第一絕緣膜和第二絕緣膜的疊層膜)。因此，能夠在該基板上形成一個絕緣膜，同時該基板和該絕緣膜之間的界面具有良好的特性。此外，由于所述第二絕緣膜是通過促使輸送到該基板附近的第二氣體與自該表面波等離子體產(chǎn)生的活性物質(zhì)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)來形成的，因此當(dāng)在第一絕緣膜上形成第二絕緣膜時，可以抑制對該基板、所述第一絕緣膜、或者該基板和所述第一絕緣膜之間的界面的離子損傷。
因此，根據(jù)該實施例的絕緣膜成形方法，能夠在待處理基板上形成具有良好的薄膜質(zhì)量的絕緣膜，同時抑制對該基板和形成在該基板上的絕緣膜的損傷。
當(dāng)實施該實施例的絕緣膜成形方法時，希望的是，利用根據(jù)在形成第一絕緣膜的過程中第一氣體被電磁波激發(fā)而產(chǎn)生的表面波等離子體來產(chǎn)生所述活性氧原子。如上所述，在正在產(chǎn)生表面波等離子體的狀態(tài)中，待處理基板附近的電子溫度低，并且因此對該基板的離子損傷小。因此，使用利用表面波等離子體進(jìn)行的等離子體氧化來作為該基板的氧化過程，使得該基板和該氧化物膜之間的界面具有很少的缺陷。
此外，當(dāng)實施該實施例的絕緣膜成形方法時，希望的是，在不破壞真空的情況下，在一個處理容器中順序地執(zhí)行形成所述第一絕緣膜的步驟和形成所述第二絕緣膜的步驟。換句話說，希望的是，在沒有把該處理容器打開于空氣中的情況下，順序地執(zhí)行形成所述第一絕緣膜的步驟和形成所述第二絕緣膜的步驟。這防止了第一絕緣膜和第二絕緣膜之間的界面遭受周圍空氣的污染，從而抑制了所述絕緣膜(第一絕緣膜和第二絕緣膜的疊置膜)的污染。此外，在從形成第一絕緣膜的步驟進(jìn)行到形成第二絕緣膜的步驟時，不需要傳送該待處理基板。因此，可以縮短處理所需的時間，從而增加了處理效率。
在時間流逝直到放電開始時的等離子體達(dá)到表面波等離子體態(tài)期間的過渡狀態(tài)中，電磁波到達(dá)待處理基板附近。因而，在這種過渡狀態(tài)中，可能對該基板和該第一絕緣膜造成損傷。在這種過渡狀態(tài)中形成的絕緣膜可能具有比正在產(chǎn)生表面波等離子體的狀態(tài)中形成的絕緣膜更差的薄膜質(zhì)量。
因此，當(dāng)?shù)谝唤^緣膜形成之后停止等離子體放電，并且接著再次開始放電時，可能對該基板或者該第一絕緣膜造成損傷，或者在第一和第二絕緣膜之間留下具有不良薄膜質(zhì)量的薄膜。
為了抑制這些情況，當(dāng)實施該實施例的絕緣膜成形方法時，形成第一絕緣膜的步驟是在傳送該基板之后再輸送所述第一氣體。該步驟進(jìn)一步包括通過發(fā)射電磁波，利用該處理容器中的第一氣體來產(chǎn)生表面波等離子體，產(chǎn)生活性氧原子，并且利用所述活性氧原子氧化該基板的待處理表面，由此在該基板上形成第一絕緣膜的步驟。希望的是，形成第二絕緣膜的步驟應(yīng)該進(jìn)一步包括在連續(xù)地輸送第一氣體并且連續(xù)地進(jìn)行表面波等離子體的等離子體放電的同時，進(jìn)一步將第二氣體輸送到所述處理容器，并且通過利用該表面波等離子體的化學(xué)汽相淀積在該第一絕緣膜上淀積氧化物，由此形成第二絕緣膜的步驟。該處理使得不但能夠象常規(guī)方法那樣抑制高能離子對該基板和第一絕緣膜的損傷，而且還能抑制在放電開始時的過渡狀態(tài)中、在第一絕緣膜和第二絕緣膜之間形成具有不良薄膜質(zhì)量的薄膜的剩余部分。
在這種情況下，希望的是，所述第一氣體和第二氣體應(yīng)該分開地輸送。這使得能夠減小在形成第二絕緣膜的步驟中，在開始輸送第二氣體時由所述第二氣體引起的第一氣體流動中的波動。由于這抑制了在從形成第一絕緣膜的步驟進(jìn)行到形成第二絕緣膜的步驟中產(chǎn)生的等離子體的波動，因此可以使第一絕緣膜和第二絕緣膜之間的界面中的不連續(xù)性變小。因此，能夠形成具有更高可靠性的絕緣膜。
此外，當(dāng)輸送第二氣體時，希望的是，第二氣體的流速應(yīng)該設(shè)置成大于第一氣體的流速，以及輸送的第二氣體的量應(yīng)該逐步增加。這進(jìn)一步減小了當(dāng)開始輸送第一氣體時，由于輸送第二氣體所造成的第一氣體流動的波動。因此，可以使第一絕緣膜和第二絕緣膜之間的界面中的不連續(xù)性變得更小。
至于所述第一氣體，例如，可以合適地使用氧氣或者一種混合氣體，該混合氣體包括氧氣或稀有氣體。至于所述第二氣體，可以合適地使用包括硅烷、有機(jī)硅化合物，和有機(jī)金屬化合物中至少一種的氣體。
大多數(shù)有機(jī)硅化合物和有機(jī)金屬化合物在它們的組成元素中包括氧。因此，當(dāng)將包括至少有機(jī)硅化合物或者有機(jī)金屬化合物的氣體作為所述第二氣體使用時，所述第一氣體并不需要必須包括氧氣。促使該第一氣體包括氦氣、氖氣、氬氣、氪氣和氙氣中的至少一種，使得在該處理容器中能夠產(chǎn)生氧原子團(tuán)，并且在待處理基板上能夠形成絕緣膜。更希望的是，將包括氧氣和至少一種稀有氣體氦氣、氖氣、氬氣、氪氣和氙氣的氣體作為所述第一氣體使用。這使得能夠在該處理容器中產(chǎn)生更多的氧原子團(tuán)，從而使得在該基板上能夠形成具有更低的氧不足的絕緣膜。
當(dāng)實施該實施例的絕緣膜成形方法時，優(yōu)選將至少在其暴露在外部的區(qū)域中具有一個半導(dǎo)體區(qū)域的基板作為所述待處理基板使用，并且將該半導(dǎo)體區(qū)域的表面作為所述待處理表面使用。
此外，當(dāng)實施該實施例的絕緣膜成形方法時，希望的是，該方法應(yīng)該進(jìn)一步包括將通過化學(xué)汽相淀積淀積到所述處理容器內(nèi)部的絕緣膜去除的步驟。這使得當(dāng)順序地處理多個基板時，能夠以高清潔度在所述處理容器內(nèi)處理隨后的基板。由于同樣提高了該基板和該氧化物膜之間的界面的清潔度，所以可以得到高可靠性的絕緣膜。
至于所述待處理基板，可以使用單晶硅、由激光晶化或固相晶化形成的多晶硅、微晶硅，或者非晶硅的半導(dǎo)體基板。此外，至少在由玻璃、石英玻璃、陶瓷、或者樹脂制成的基板的一部分上，可以形成單晶硅、由激光晶化或固相晶化形成的多晶硅、微晶硅，或者非晶硅的半導(dǎo)體層。所得到的基板可以用作所述待處理基板。此外，在上述基板上，可以形成通過按一個在另一個之上的方式疊置絕緣膜、金屬層和半導(dǎo)體層來構(gòu)造的電路元件或者電路元件的一部分。所得到的基板可以用作所述待處理基板。
至于所述包括有機(jī)硅化合物的第二氣體，希望的是，所述第二氣體應(yīng)該包括，例如，四烷氧基硅烷、乙烯基烷氧基硅烷、烷基三烷氧基硅烷、苯基三烷氧基硅烷、聚甲基二硅氧烷和聚甲基環(huán)四硅氧烷中的至少一種。這使得能夠在該基板上形成具有良好薄膜質(zhì)量的氧化硅膜。
至于所述包括有機(jī)金屬化合物的第二氣體，希望的是，所述第二氣體應(yīng)該包括三甲基鋁、三乙基鋁、四丙氧基鋯、五乙氧基鉭和四丙氧基鉿中的任何一種。選擇三甲基鋁或者三乙基鋁，使得能夠在所述待處理基板上形成一個氧化鋁膜。選擇四丙氧基鋯，使得能夠在該基板上形成一個氧化鋯膜。選擇五乙氧基鉭，使得能夠在該基板上形成一個氧化鉭膜。選擇四丙氧基鉿，使得能夠在該基板上形成一個氧化鉿膜。氧化鉿和氧化鋯具有比氧化硅更高的介電常數(shù)。因此，選擇四丙氧基鉿或者四丙氧基鋯，使得能夠形成一個絕緣膜，該絕緣膜具有比氧化硅膜更好的電絕緣性。
當(dāng)所述第一氣體包括氧氣時，希望的是，將氧氣輸送到處理容器的流速應(yīng)該設(shè)置成大于將第二氣體輸送到處理容器的流速。這使得在引入所述第二氣體的位置下方，可以存在更多的活性物質(zhì)，諸如氧原子團(tuán)。由于加速了所述有機(jī)硅化合物中的硅原子或者所述有機(jī)金屬化合物中的金屬原子的氧化，因此能夠形成具有更低的氧不足的高質(zhì)量氧化物膜。
能夠提供一種絕緣膜成形方法和等離子體膜成形裝置，所述方法和裝置使得能夠以較小的離子損傷形成具有良好的薄膜厚度均勻性的絕緣膜。
在下面的說明中將闡明本發(fā)明另外的目的和優(yōu)點，并且這些目的和優(yōu)點的一部分將從下述說明中顯而易見，或者可以從本發(fā)明的實踐中來認(rèn)識到。借助于下文中具體指出的手段和組合方式，可以實現(xiàn)并且獲得本發(fā)明的目的和優(yōu)點。


包含于其中、且構(gòu)成本說明書的一部分的附解說明了本發(fā)明的實施例，并且與上述概略的說明和下文給出的實施例的詳細(xì)介紹結(jié)合在一起，用于解釋本發(fā)明的原理。
圖1是用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明一個實施例的絕緣膜成形方法的等離子體膜成形裝置的剖面圖；圖2是包含于圖1的等離子體膜成形裝置中的電磁波源的側(cè)視圖；圖3是沿著圖1中的線III-III截取的剖面圖；圖4是沿著圖1中的線IV-IV截取的剖面圖；圖5是用于執(zhí)行根據(jù)該實施例的絕緣膜成形方法的另一種等離子體膜成形裝置的剖面圖；圖6是沿著圖5中的線VI-VI截取的剖面圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明第三實施例的絕緣膜成形裝置的剖面圖；圖8是沿著圖1中的線II-II截取的剖面圖；圖9是沿著圖1中的線III-III截取的剖面圖；圖10是根據(jù)本發(fā)明第四實施例的絕緣膜成形裝置的剖面圖；圖11是沿著圖4中的線V-V截取的剖面圖；圖12是根據(jù)本發(fā)明第五實施例的絕緣膜成形裝置的剖面圖；圖13是根據(jù)本發(fā)明第六實施例的絕緣膜成形裝置的剖面圖；圖14是根據(jù)本發(fā)明第七實施例的絕緣膜成形裝置的剖面圖；圖15是根據(jù)本發(fā)明第八實施例的絕緣膜成形裝置的剖面圖；圖16是可用于執(zhí)行第一實施例的絕緣膜成形方法的絕緣膜成形裝置的剖面圖；圖17是可用于執(zhí)行第二實施例的絕緣膜成形方法的絕緣膜成形裝置的剖面圖；圖18示出了離電磁波入射面的距離和電子溫度之間的關(guān)系；以及圖19示出了離電磁波入射面的距離和電子密度之間的關(guān)系。
發(fā)明詳述下文中，將參考

本發(fā)明的第一實施例。
圖1示出了用于實現(xiàn)根據(jù)該實施例的絕緣膜成形方法的等離子體膜成形裝置。該等離子體膜成形裝置1a包括一個作為處理容器的真空容器2、一個或者多個(例如，九個)電介質(zhì)窗口3、基板支撐臺4、排氣系統(tǒng)5、作為第一供氣系統(tǒng)的上(upper)供氣系統(tǒng)6、作為第二供氣系統(tǒng)的下(lower)供氣系統(tǒng)7、電磁波源8、電磁波供給波導(dǎo)9，以及一個或者多個(例如，九個)槽形波導(dǎo)天線10。
真空容器2具有一個作為頂壁的頂蓋2a，底壁2b，以及一個與頂蓋2a的邊緣和底壁2b的邊緣密閉連接的側(cè)壁2c。真空容器2被設(shè)計成具有如此的強(qiáng)度，以致于使其內(nèi)部能夠減壓到真空或者接近于真空?？梢允褂弥T如玻璃之類的密封且不排氣的材料，或者使用諸如鋁的金屬材料作為用于形成該頂蓋2a、底壁2b和側(cè)壁2c的材料。
該頂蓋2a具有多個(對于本實施例，是九個)方形開口12，在沿該紙面直行的方向上、以特定的間距彼此平行設(shè)置所述開口12。在縱向剖面中，每個開口12具有幾乎為T形的截面(與下面部分相比，上面部分寬)。在所述開口12中填充電介質(zhì)材料，并且形成了構(gòu)成真空容器2的頂壁一部分的電介質(zhì)窗口3。這些電介質(zhì)窗口3同樣被設(shè)計成具有如此的強(qiáng)度，以致于使真空容器2的內(nèi)部能夠減壓到真空或者接近于真空。至于用于形成電介質(zhì)窗口的材料，可以使用用于傳輸電磁波的材料，諸如合成石英或者氧化鋁。
每一個電介質(zhì)窗口3是由具有與開口12的縱剖面的尺寸幾乎相同的T形剖面的長且窄的部件制成，以便與相應(yīng)的開口12密封地咬合。頂蓋2a不僅是真空容器2的壁的一部分，而且還用作支撐電介質(zhì)窗口3的橫梁。例如該實施例，使用多個(例如，九個)電介質(zhì)窗口3可以降低大氣壓力對各個電介質(zhì)窗口3施加的應(yīng)力，從而使得可以減小電介質(zhì)窗口3的厚度。
雖然未示出，但是真空容器2具有一個密閉密封裝置，該裝置將頂蓋2a的電介質(zhì)窗口3周圍的一個部分與該電介質(zhì)窗口3之間的間隔密封。該密封裝置具有，例如，在側(cè)邊制作的、沿著其外圍限定開口12的槽，以及在該槽內(nèi)嵌入的O形環(huán)。
在真空容器2內(nèi)部，設(shè)置一個基板支撐臺4，該支撐臺4支撐作為待處理材料的待處理基板100。設(shè)置基板支撐臺4的位置，以使在支撐臺4上支撐的基板100的待處理表面(在本實施例中為上表面)可以放置在第二注氣孔52的下方且離第二注氣孔52為指定距離的位置，例如，在其下方25mm處。
至于所述電磁波源8，例如，可以使用2.45GHz的電磁波源。如圖2所示，電磁波源8包括一個振蕩部分31、功率監(jiān)視器32，以及作為匹配單元的E-H調(diào)諧器33。振蕩部分31具有作為振蕩器的磁電管31a和一個隔離器31b。隔離器31b保護(hù)磁電管31a不受反射波的影響。通過一個液冷式冷卻器(未示出)來使振蕩部分31冷卻。在圖2中，箭頭E1和E2示出了冷卻水的流動。功率監(jiān)視器32監(jiān)控前行波和反射波。在圖2中，箭頭D1和D2分別示出了前行波和反射波傳播的方向。E-H調(diào)諧器33將反射波減小。
在圖1中，在真空容器2外部，例如，在頂蓋2a上，以一一對應(yīng)的方式為所述電介質(zhì)窗口設(shè)置多個(本實施例中為九個)槽形波導(dǎo)天線10，以便將電磁波引入到真空容器2內(nèi)。每一個槽形波導(dǎo)天線10在構(gòu)成該波導(dǎo)的壁的底壁的一部分中具有狹縫狀的開口10a。每一個槽形波導(dǎo)天線10通過開口10a附近的電磁耦合發(fā)射電磁波，從而起到天線的作用。
布置這些槽形波導(dǎo)天線10，使其以一一對應(yīng)的方式面向該電介質(zhì)窗口3的外表面。所述槽形波導(dǎo)天線10彼此連接。
槽形波導(dǎo)天線10通常由金屬制成。因此，與電介質(zhì)制成的天線相比，它們具有更低的介電損失，并且對大功率表現(xiàn)出高阻值的特性。此外，由于每一個槽形波導(dǎo)天線10是由具有矩形(長且薄)截面以及簡單結(jié)構(gòu)的金屬管形成，并因此可以相對精確地設(shè)計它們的輻射特性。本實施例的絕緣膜成形方法以及等離子體膜成形裝置1a特別適合于在用于，例如，幾十平方厘米的大的方形液晶器件的大面積方形(矩形)基板上形成絕緣膜的情況。
每一個槽形波導(dǎo)天線10的一端連接到波導(dǎo)9的一側(cè)，該波導(dǎo)9相對于這些天線10垂直延伸。波導(dǎo)9延伸到真空容器2的外部并且連接到電磁波源，例如高頻電源8。因此，經(jīng)由波導(dǎo)9將高頻電源8產(chǎn)生的電磁波導(dǎo)入至相應(yīng)的槽形波導(dǎo)天線10，穿過相應(yīng)的電介質(zhì)窗口3，并且進(jìn)入真空腔2。在本實施例中，電介質(zhì)窗口3的內(nèi)表面(即底面)是電磁波入射面F。
排氣系統(tǒng)5具有一個設(shè)置在真空容器2中的排氣部分5a，以便連接到真空容器2的內(nèi)部，以及一個真空排氣系統(tǒng)5b。至于真空排氣系統(tǒng)5b，例如，可以使用渦輪分子泵。通過操作該真空排氣系統(tǒng)5b，可以將真空容器2抽空到特定的真空度。
上供氣系統(tǒng)，即第一供氣系統(tǒng)6將第一氣體輸送到真空容器2中。至于所述第一氣體，例如，可以使用包括氧氣和例如氪氣的稀有氣體中的至少一種的氣體。所述上供氣系統(tǒng)6具有，例如，作為第一氣體引入部分的上引氣管41。
所述上引氣管41是由諸如鋁、不銹鋼，或鈦等的金屬，或者是由諸如氧化硅、氧化鋁，或氮化鋁的電介質(zhì)材料制成。作為上引氣管41，并不限于電介質(zhì)材料，然而，當(dāng)考慮到上引氣管41對電磁場和等離子體的影響時，希望的是，所述上引氣管41應(yīng)該由對進(jìn)入的電磁波具有透明度的材料制成，諸如電介質(zhì)材料。然而，考慮到形成管的工藝，制作金屬材料的上引氣管41比較便宜并且容易。因此，當(dāng)所述上引氣管41是由金屬材料制成時，應(yīng)該在上引氣管41的外表面上形成絕緣膜。
在圖3中，在真空容器2中，沿著頂蓋2a(橫梁)的內(nèi)表面，即底面，設(shè)置所述上引氣管41，并且使所述上引氣管41遠(yuǎn)離形成介質(zhì)窗口3的區(qū)域。具體而言，上引氣管41具有多個(本實施例中為八個)直管41a和一個延伸管41b。這些直管41a被布置成彼此平行，以便于在真空容器2中沿著頂蓋2a(橫梁)的內(nèi)表面延伸。每條直管41a在相鄰的介質(zhì)窗口3之間平行展開。延伸管41b被布置成使其與直管41a成直角，并且延伸管41b與這些直管41a的一端相連接，以便相互連通。延伸管41b的一端通過真空容器2的側(cè)壁2c延伸到真空容器的外部。可以將保存第一氣體的第一汽缸(未示出)可拆卸地設(shè)置到延伸管41b的一端。
在每一個直管41a的底面處，設(shè)置有多個第一氣體引入開口，例如第一注氣孔，所述第一氣體引入開口用于輸送用于產(chǎn)生等離子體的第一氣體。這些第一注氣孔42是向下的開口，并且是以幾乎相等的間距在直管41a的縱向上設(shè)置。因此，形成在直管41a的所有第一注氣孔42被布置成例如幾乎在同一平面上，從而使得注入的氣體可以被均勻地分布。這些第一注氣孔42被設(shè)置在離電磁波入射面F的距離小于表面波等離子體的趨勢深度δ的位置處。
下供氣系統(tǒng)，即第二供氣系統(tǒng)7將第二氣體輸送到真空容器2。所述第二氣體是包括有機(jī)硅化合物氣體和有機(jī)金屬化合物中的至少一種和氧氣與稀釋氣體中的至少一種的混合氣體。例如，可以使用作為有機(jī)硅化合物氣體的四乙氧基硅烷(TEOS)和氧氣的混合氣體。在圖1中示出，下供氣系統(tǒng)7具有，例如，作為第二氣體引入部分的下氣體引入部分51。
與上引氣管41類似，下氣體引入部分51是由諸如鋁、不銹鋼，或鈦等的金屬，或者是由諸如氧化硅、氧化鋁，或氮化鋁的電介質(zhì)制成。在時間流逝直到放電開始時的等離子體達(dá)到表面波等離子體態(tài)期間的過渡狀態(tài)中，從電介質(zhì)窗口3發(fā)射的電磁波同樣可以到達(dá)所述下供氣系統(tǒng)7。因此，如果所述下氣體引入部分51是由金屬材料制成，則下供氣系統(tǒng)7可能會對過渡狀態(tài)中電磁場和等離子體的產(chǎn)生造成影響。由于這個原因，當(dāng)考慮到下氣體引入部分51對電磁波和等離子體的影響時，希望的是，所述下氣體引入部分51應(yīng)該由對進(jìn)入的電磁波具有透明度的材料制成，諸如電介質(zhì)材料。當(dāng)所述下氣體引入部分51是由金屬材料制成時，希望的是，應(yīng)該在下氣體引入部分51的外表面上形成絕緣膜。
如圖4所示，下氣體引入部分51具有一個環(huán)形管，例如，諸如通過彎曲形成的矩形框形的環(huán)形管(環(huán)形部件)51a以及延伸管51b。環(huán)形管51a具有略微大于待處理基板100的外緣的外部形狀。當(dāng)該基板的外部形狀是圓形時，希望的是，環(huán)形部件51a應(yīng)該是圓環(huán)形部件，而當(dāng)該基板的外部形狀是方形時，希望的是，環(huán)形部件51a應(yīng)該是方環(huán)形部件。延伸管51b的一端連接到環(huán)形部件51a。延伸管51b的另一端通過真空容器2的側(cè)壁2c延伸到真空容器2的外部?？梢詫⒈４娴诙怏w的第二汽缸(未示出)可拆卸地設(shè)置到延伸管51b的一端。
在環(huán)形管51a中，形成第二氣體引入開口，諸如多個第二注氣孔52。這些第二注氣孔52以幾乎相等的間距設(shè)置在環(huán)形管51a內(nèi)部，以便朝向環(huán)形管51a的內(nèi)部打開。具體而言，希望的是，這些第二注氣孔52設(shè)置在幾乎同一水平面中。這些第二注氣孔52被設(shè)置在離電磁波入射面F的距離大于表面波等離子體的趨膚深度δ的位置。
在上述結(jié)構(gòu)中，應(yīng)該是從第二注氣孔52來輸送第二氣體，所述第二注氣孔52被設(shè)置成比第一注氣孔42更加遠(yuǎn)離電磁波入射面F。希望的是，設(shè)置第一注氣孔42和第二注氣孔52的位置，使得應(yīng)該從離電磁波入射面F距離小于10mm的位置將第一氣體輸送到真空容器2，以及從離電磁波入射面F距離為10mm或更遠(yuǎn)的位置將第二氣體輸送到真空容器2。
在下文中解釋在處理容器中設(shè)置第一氣體和第二氣體供給位置的原因。
當(dāng)促使電磁波從電磁波入射面F進(jìn)入到真空容器2中時，在真空容器2中，第一氣體和第二氣體被激發(fā)，產(chǎn)生等離子體，這增加了電磁波入射面F附近的等離子體中的電子密度。由于電磁波入射面F附近的等離子體中的電子密度增加，因此電磁波難以在該等離子體中傳播，其結(jié)果是，電磁波在該等離子體中衰減。因此，該電磁波不能到達(dá)與電磁波入射面F分離的區(qū)域，這將其中通過電磁波激發(fā)第一和第二氣體的區(qū)域限制到該電磁波入射面F的附近。這就是正在產(chǎn)生表面波等離子體的狀態(tài)。
在正在產(chǎn)生表面波等離子體的狀態(tài)中，其中作為施加來自于電磁波的能量的結(jié)果而使化合物離子化的區(qū)域被局限于該電磁波入射面F的附近。即，根據(jù)離該電磁波入射面F的距離，表面波等離子體的狀態(tài)會不同。此外，在正在產(chǎn)生表面波等離子體的狀態(tài)中，在待處理基板100的表面附近出現(xiàn)一個屏蔽電場。因此，離子對該基板100的入射能量低，導(dǎo)致由離子引起的對基板100的損傷較小。
產(chǎn)生表面波等離子體的區(qū)域的邊界是電磁波入射面(電介質(zhì)窗口3的內(nèi)表面)F和真空容器2的空間中的向其輸送第一氣體的區(qū)域之間的邊界。在正在產(chǎn)生表面波等離子體的狀態(tài)中，等離子態(tài)的能量高的區(qū)域，即，電磁波到達(dá)并且直接激發(fā)真空容器2中的氣體的區(qū)域，可以由所述趨膚深度來獲知。所述趨膚深度對應(yīng)于從電磁波入射面F到電磁波的電場衰減到1/e的位置的距離，并且依賴于電磁波入射面F附近的電子密度。
在正在產(chǎn)生表面波等離子體的狀態(tài)中，在比所述趨膚深度更接近于電磁波入射面F的區(qū)域中正在產(chǎn)生高密度等離子體。在比所述趨膚深度更遠(yuǎn)離電磁波入射面F的區(qū)域中(或者遠(yuǎn)離所述趨膚深度的區(qū)域，它被定義為遠(yuǎn)區(qū))，電磁波被高密度等離子體屏蔽，并且因此不能到達(dá)該區(qū)域，其結(jié)果是，氧原子團(tuán)等以擴(kuò)散通量的形式到達(dá)。
當(dāng)使用有機(jī)硅化合物氣體和/或有機(jī)金屬化合物氣體(這種氣體被定義為特定處理氣體)作為用于形成絕緣膜的處理氣體時，眾所周知，這比使用硅烷氣體時更容易獲得具有良好涂層特性的絕緣膜。這是因為有機(jī)硅化合物氣體和有機(jī)金屬化合物氣體具有比硅烷更大的分子量。因此，在有機(jī)硅化合物氣體或者有機(jī)金屬化合物氣體中，通過利用等離子體將有機(jī)硅化合物分解而得到的中間產(chǎn)物具有相對大的分子量。由于其三維效應(yīng)，當(dāng)在該基板的上方移動時，所述中間產(chǎn)物以相對均勻的方式粘附到該基板的表面。然而，由于所述有機(jī)硅化合物和有機(jī)金屬化合物在其骨架中具有烷基等，所以當(dāng)它們被過度分解時，在碳骨架部分中包括的碳原子易于以雜質(zhì)的形式混入到形成的氧化硅中。
因此，當(dāng)通過在真空容器2中產(chǎn)生表面波等離子體，從而在設(shè)置在真空容器2中的基板100(圖1中所示)上形成絕緣膜101時，特定處理氣體被從所述遠(yuǎn)區(qū)輸送，從而抑制了特定處理氣體的過度分解。此外，可以促使通過表面波等離子體分解和產(chǎn)生的氧原子團(tuán)等與有機(jī)硅化合物和/或有機(jī)金屬化合物有效地進(jìn)行反應(yīng)。即，可以想象得到，能夠形成一種絕緣膜(氧化硅膜或金屬氧化物膜)，該絕緣膜具有更低的氧不足、優(yōu)異的階梯覆蓋特性，以及良好的薄膜質(zhì)量。
可以利用等式(1)來得到所述趨膚深度δ。
從表1可以看出，當(dāng)電磁波的頻率設(shè)置成2.45GHz或者更高，并且電介質(zhì)窗口的相對介電常數(shù)設(shè)置成3.8或更大(合成石英)時，在完全的表面波等離子體態(tài)中，所述趨膚深度變成10mm或更小。
在使用微波作為電磁波的工藝中，通常使用上述頻率，即，2.45GHz、5.8GHz和22.125GHz的高頻電源來產(chǎn)生頻率遠(yuǎn)高于2.45GHz的電磁波。用于電介質(zhì)窗口3的材料通常是石英或者鋁。具體而言，當(dāng)所述高頻電源的頻率設(shè)置為2.45GHz并且電介質(zhì)窗口3由石英制成時，電磁波被高頻等離子體屏蔽，并因此不能到達(dá)超過趨膚深度δ的區(qū)域，即，離電磁波入射面F的距離為10mm或更遠(yuǎn)的區(qū)域，同時可以想象得到的結(jié)果是，氧原子團(tuán)等以擴(kuò)散通量的形式到達(dá)。
從其中電子溫度為2ev或更低的位置將第二氣體輸送到真空容器2，這抑制了有機(jī)硅化合物或有機(jī)金屬化合物的過度分解。即使當(dāng)?shù)谝粴怏w的類型和用于產(chǎn)生等離子體的分壓改變時，在離電磁波入射面F的距離為10mm或更遠(yuǎn)的區(qū)域中，電子溫度也大約是2ev或更低。因此，可以看出，這并不與上述論證相沖突。
此外，從電子密度減小到電磁波入射面F處的電子密度的50％或更低的位置將所述第二氣體引入到真空容器2中，抑制了所述有機(jī)硅化合物或者有機(jī)金屬化合物的過度分解。即使當(dāng)?shù)谝粴怏w的類型和用于產(chǎn)生等離子體的分壓改變時，電子密度也減小到電磁波入射面處的電子密度的50％或更低。因此，可以看出，這并不與上述論證相沖突。
可以通過為真空容器2的壁的一部分設(shè)置一個具有電磁波入射面F的電介質(zhì)部件，并且在該電介質(zhì)部件處形成噴嘴來實現(xiàn)所述第一注氣孔42。
在該實施例中，如此設(shè)置上引氣管41，以使其中安置了第一注氣孔42的虛擬平面F1和電磁波入射面F之間的距離小于10mm，例如，3mm。即，在電磁波入射面F的下方3mm處設(shè)置多個第一注氣孔42。
此外，如此設(shè)置下氣體引入部分51，以使其中安置了第二注氣孔52的虛擬平面F2和電磁波入射面F之間的距離為10mm或更大，例如，30mm。即，在電磁波入射面F的下方30mm處設(shè)置多個第二注氣孔52。
第二氣體中包括的特定處理氣體具有比甲硅烷更高的沸點，并且容易液化。因此，為了將所述第二氣體穩(wěn)定地輸送到真空容器2，希望的是，下供氣系統(tǒng)7內(nèi)部應(yīng)該保持在適合的溫度，即，大約80℃到200℃。由于這個原因，所述下供氣系統(tǒng)7可以具有加熱裝置，諸如一個加熱器。
接著，利用該裝置，將要解釋一種絕緣膜成形方法。在該實施例中，將要對這樣一種情況來進(jìn)行說明，在該情況中，通過采用氪氣作為所述第一氣體，并且采用有機(jī)硅化合物氣體例如四烷氧基硅烷和氧氣的混合氣體作為所述第二氣體，從而在基板上形成絕緣膜101(在該實施例中為氧化硅膜)。
通過傳輸裝置(未示出)將待處理基板100自動地加載到真空容器內(nèi)，并且將待處理基板100定位在基板支撐臺4上的一個預(yù)定位置。驅(qū)動排氣系統(tǒng)5，將真空容器2抽空到一個特定的真空度。所述上供氣系統(tǒng)6以例如400SCCM的流速將氪氣輸送到真空容器2。所述下供氣系統(tǒng)7以35SCCM的流速將四乙氧基硅烷氣體，以及以10SCCM的流速將氧氣輸送到真空容器2，由此將所述混合氣體輸送到真空容器2。即，希望的是，將TEOS氣體(有機(jī)硅化合物氣體)輸送到真空容器2的流速應(yīng)該設(shè)置成大約超過將第二氣體輸送到真空容器的總流速的50％(在該實施例中為77.8％)。
當(dāng)將所述特定處理氣體(在該實施例中為四乙氧基硅烷氣體)輸送到真空容器2的流速下降到將第二氣體輸送到真空容器2的總流速的50％以下時，薄膜成形速度可能會急劇下降。設(shè)置將所述特定處理氣體輸送到真空容器2的流速，使其超過將第二氣體輸送到真空容器2的總流速的50％，從而使得能夠在不降低薄膜成形速度的情況下形成絕緣膜。
更優(yōu)選地，設(shè)置該流速，使其超過70％。更為優(yōu)選的是設(shè)置該流速，以便使其處于大于等于70％到小于等于90％的范圍內(nèi)。
在將所述氣體引入到真空容器中的狀態(tài)下，開啟所述高頻電源。結(jié)果是，2.45GHz電磁波順次通過波導(dǎo)9、每一個槽形波導(dǎo)天線10和電介質(zhì)窗口3，并且入射到真空容器2中。結(jié)果是，第一氣體被激發(fā)，產(chǎn)生等離子體，其結(jié)果是電磁波入射面F附近的等離子體中的電子密度隨時間增加。由于電磁波入射面F附近的等離子體中的電子密度增加，這使得來自電介質(zhì)窗口3的電磁波難以在該等離子體中傳播，其結(jié)果是該電磁波衰減。因此，該電磁波不能到達(dá)與該電磁波入射面F分離的區(qū)域。即，生成的等離子體成為表面波等離子體。由于是從離該電磁波入射面F距離為3mm的位置，即，從離電磁波入射面F的距離小于所述趨膚深度δ的位置將第一氣體引入到真空容器2中，在正在產(chǎn)生表面波等離子體的狀態(tài)中，氧分子被高密度等離子體激發(fā)，從而有效地產(chǎn)生氧原子團(tuán)。
另一方面，從離該電磁波入射面F距離為30mm的位置，即，從離電磁波入射面F的距離大于所述趨膚深度的位置將四乙氧基硅烷氣體引入到真空容器2中。因此，由于電磁波被高密度表面波等離子體屏蔽，并且不能到達(dá)已經(jīng)引入了四乙氧基硅烷氣體的真空容器2中的遠(yuǎn)區(qū)，因此可以抑制由電磁波引起的四乙氧基硅烷氣體的過度分解。此外，即使在離電磁波入射面F的距離為30mm的位置，由表面波等離子體產(chǎn)生的氧原子團(tuán)以擴(kuò)散通量的形式到達(dá)，促使四乙氧基硅烷和氧原子團(tuán)相互進(jìn)行有效地反應(yīng)，這增強(qiáng)了四乙氧基硅烷的分解。結(jié)果是，在待處理基板的表面上，淀積了氧化硅。由于四乙氧基硅烷是分子量大于甲硅烷的分子量的化合物，由于其三維效應(yīng)，當(dāng)在該基板的上方移動時，四乙氧基硅烷以相對均勻的方式粘附到該基板的表面。因此，在該基板100上形成具有良好薄膜質(zhì)量的絕緣膜(氧化硅膜)101。
另一方面，在下面的條件下，類似地形成一個絕緣膜(氧化硅膜)。
所述上供氣系統(tǒng)6以400SCCM的流速將氪氣輸送到真空容器2。所述下供氣系統(tǒng)7以35SCCM的流速將四乙氧基硅烷氣體輸送到真空容器2中，并且以35SCCM或者10SCCM的流速將氧氣輸送到真空容器2中，由此將所述混合氣體輸送到真空容器2中。即，設(shè)置將TEOS氣體輸送到真空容器2的流速，使其大約為將第二氣體輸送到真空容器2的總流速的50％或22％。
當(dāng)將第二氣體輸送到真空容器2中氧氣的流速設(shè)置成10SCCM時，SiO2膜的形成速度為75nm/min。另一方面，當(dāng)將第二氣體輸送到真空容器2中氧氣的流速設(shè)置成35SCCM時，所述形成速度等于或者小于1nm/min。例如，當(dāng)?shù)诙怏w不與氧氣混合，待處理基板100的表面100a處的膜厚分布依賴于從下供氣系統(tǒng)7輸送的第二氣體(主要是氧化硅氣體)的流動。當(dāng)?shù)诙怏w與氧氣混合時，待處理基板100的表面100a處的膜厚分布對流動的氧化硅氣體的依賴性較小。
當(dāng)僅僅使用作為第二氣體的特定處理氣體時，在第二注氣孔的附近，過量使用這些化學(xué)化合物，其原因是因為在與所述第二注氣孔分離的區(qū)域中容易引起化學(xué)化合物的不足。當(dāng)使用四乙氧基硅烷氣體和氧氣的混合氣體作為第二氣體時，與僅僅使用四乙氧基硅烷氣體(氧化硅氣體)的情況相比，形成的絕緣膜(SiO2膜)的膜厚分布改善了20％。即，發(fā)現(xiàn)使用四乙氧基硅烷氣體和氧氣的混合氣體作為第二氣體改善了絕緣膜(SiO2膜)的均勻性。
如上所述，該實施例的絕緣膜成形方法包括具有一個使電磁波進(jìn)入的電磁波入射面F的真空容器2中設(shè)置待處理基板100，從第一供氣系統(tǒng)6中的第一注氣孔將第一氣體輸送到真空容器2，從第二供氣系統(tǒng)7中的第二注氣孔52輸送包括有機(jī)硅化合物氣體和氧氣的氣體，諸如四乙氧基硅烷氣體和氧氣的混合氣體，所述第二注氣孔52設(shè)置成比第一注氣孔42更加遠(yuǎn)離電磁波入射面F，促使電磁波從電磁波入射面F進(jìn)入真空容器2，由此在真空容器2中產(chǎn)生表面波等離子體，并且在所述待處理基板上淀積氧化硅。
在該絕緣膜成形方法中，可以將第一氣體輸送到等離子體的密度相對高的區(qū)域(通過由電磁波引起的電場對電子直接進(jìn)行加速的區(qū)域)，從而使得在真空容器2中可以有效地產(chǎn)生氧原子團(tuán)。此外，可以將包括有機(jī)硅化合物的第二氣體輸送到一個區(qū)域，在該區(qū)域中，電磁波被高頻等離子體屏蔽并因此電磁波不能到達(dá)。因此，可以抑制作為電子碰撞結(jié)果的有機(jī)硅化合物或有機(jī)金屬化合物的過度分解。因此，可以在幾乎不引起離子損傷的情況下，在待處理基板100上形成一個高質(zhì)量絕緣膜(氧化硅膜)101，該絕緣膜101具有更低的氧不足、良好的薄膜質(zhì)量，并且具有優(yōu)異的階梯覆蓋特性。
當(dāng)使用用于形成金屬氧化物的有機(jī)金屬化合物氣體來代替有機(jī)硅化合物氣體時，可以提供與上述有益效果相同的效果。
此外，發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)使用特定處理氣體和稀釋氣體，可以使得形成的絕緣膜(氧化硅膜或金屬氧化物膜)的膜厚與僅僅使用特定處理氣體的情況相比，能夠制作得更加均勻。膜厚為什么是均勻的原因還不清楚?？梢韵胂蟮玫剑袡C(jī)硅化合物氣體或者有機(jī)金屬化合物氣體與稀釋氣體分子碰撞，促使該有機(jī)硅化合物氣體或者有機(jī)金屬化合物氣體在整個處理容器中廣泛地散開(擴(kuò)散)。
此外，在等離子體膜成形裝置1a中，在環(huán)形部件(環(huán)形管)51中制作第二注氣孔52，該環(huán)形部件51被形成為具有比待處理基板100的外緣更大的外部形狀。這使得第一注氣孔42附近產(chǎn)生的氧原子團(tuán)等不容易被第二供氣系統(tǒng)7阻擋。結(jié)果是，允許氧原子團(tuán)等以擴(kuò)散通量的形式到達(dá)向其輸送(或者注入)第二氣體的區(qū)域。具體而言，由于在對應(yīng)于待處理基板100的整個區(qū)域的區(qū)域中，可以促使有機(jī)硅化合物和/或有機(jī)金屬化合物與氧原子團(tuán)有效地進(jìn)行反應(yīng)，因此能夠在該基板100上形成具有更加均勻的膜厚的絕緣膜。希望的是，所述環(huán)形部件51a被形成為具有與待處理基板的外部形狀類似的形狀。即，在該實施例中，環(huán)形部件51a的方環(huán)形狀是方形待處理基板100的方環(huán)形狀的類似物。這使得能夠?qū)⒌诙怏w有效地輸送到與整個基板100相對應(yīng)的區(qū)域。
此外，布置在相同平面中的多個槽形波導(dǎo)天線10可以將電磁波均勻地發(fā)射到一個大面積區(qū)域或者一個方形(矩形)區(qū)域。具體而言，即使當(dāng)使用一個大基板或方形基板(或矩形基板)作為待處理基板100時(或者在大基板或方形基板上形成絕緣膜時)，從每一個槽形波導(dǎo)天線10發(fā)射的電磁波也會從等離子體膜成形裝置1a中的電磁波入射面F進(jìn)入該真空容器2，從而使得在真空容器2中能夠產(chǎn)生良好均勻性的表面波等離子體。因此，從這個方面看，能夠在大基板或方形基板上形成具有良好均勻性的絕緣膜。
圖5和6示出了第二實施例的等離子體膜成形裝置。等離子體膜成形裝置1b與上述等離子體膜成形裝置1a的不同之處在于上供氣系統(tǒng)6和下供氣系統(tǒng)7的結(jié)構(gòu)。由于等離子體膜成形裝置1b的其余結(jié)構(gòu)與等離子體膜成形裝置1a的結(jié)構(gòu)相同，因此相同的部分用相同的附圖標(biāo)記來表示，并且省略對其進(jìn)行說明。
等離子體膜成形裝置1b中的上供氣系統(tǒng)6的上引氣管41具有一個方扁盒狀(square-flat-box-like)簇射板66。在該簇射板66的底壁中，以例如矩陣的形式形成大量的注氣孔67。簇射板66的一個端部在寬度上變小，并且通過真空容器2的側(cè)壁2c延伸到真空容器2的外部。簇射板66的該部分使得能夠可拆卸地設(shè)置一個其中保存第一氣體的第一汽缸(未示出)。
等離子體膜成形裝置1b中的下供氣系統(tǒng)7的下氣體引入部分51具有一個簇射板60和一個延伸管61。該簇射板60具有以預(yù)定間隔彼此面對的一對方形板材料(頂壁和底壁)，以及連接這些板材料的邊沿(brim)的邊沿。這對板材料被形成為格狀，所述板材料具有以矩陣形式布置的大量方形通孔63，用于使第一氣體或氧原子團(tuán)從簇射板60的上方流動到其下方。設(shè)計成允許第二氣體流動的簇射板60的格狀內(nèi)部空間連接到延伸管61。延伸管61的一個端部經(jīng)由真空容器2的側(cè)壁2c延伸到真空容器2的外部?？梢詫⑵渲斜４娴诙怏w的第二汽缸(未示出)可拆卸地設(shè)置到延伸管61的一端。該簇射板60被設(shè)置成使其從上面來覆蓋基板支撐臺4和支撐臺4上的待處理基板100。在簇射板60的底壁中，制作多個第二注氣孔。
該簇射板60可以設(shè)置有加熱裝置。例如，可以將包括一個泵、一條循環(huán)通路、一個加熱器和高溫流體的高溫媒質(zhì)循環(huán)器作為所述加熱裝置使用。所述高溫流體可以是空氣，諸如氮氣、氬氣、氪氣或者氙氣的氣體，或者是諸如水、乙二醇、礦物油、烷基苯、二芳基烷、三芳基二烷、二苯-二苯醚混合物、烷基二苯基或者烷基萘的液體。用于循環(huán)所述高溫流體(高溫氣體或者高溫液體)的循環(huán)通路可以設(shè)置在該簇射板60中。
如上所述，通過高溫媒質(zhì)的循環(huán)來加熱下供氣系統(tǒng)7，使得不僅能夠快速地將熱能傳輸?shù)较鹿庀到y(tǒng)，而且還能對下供氣系統(tǒng)7進(jìn)行均勻地加熱。因此，當(dāng)使用包括有機(jī)硅化合物氣體或者有機(jī)金屬化合物氣體的氣體來形成絕緣膜時，能夠防止由于有機(jī)硅化合物氣體或者有機(jī)金屬化合物氣體的液化而引起的輸送的氣體的量的波動。
采用該等離子體膜成形裝置1b，使得能夠形成一種絕緣膜，該絕緣膜具有更小的離子損傷，并且在膜厚均勻性上具有優(yōu)勢。
此外，在該絕緣膜成形方法中，由于將包括有機(jī)硅化合物氣體和有機(jī)金屬化合物氣體中的至少一種以及氧氣和稀釋氣體中的至少一種的混合氣體作為所述第二氣體使用，因此與僅僅使用有機(jī)硅化合物氣體或者僅僅使用有機(jī)金屬化合物氣體作為第二氣體的情況相比，可以把絕緣膜(氧化硅膜或金屬氧化物膜)制作得更加均勻。因此，即使當(dāng)使用包括該簇射板60的等離子體膜成形裝置1b，在該簇射板60中，很難將第二供氣系統(tǒng)7中的第二注氣孔62在整個待處理物體上分布時，也可以在待處理基板100上形成具有良好的膜厚均勻性的絕緣膜。
用于實現(xiàn)該實施例的絕緣膜成形方法的等離子體膜成形裝置不限于上述等離子體膜成形裝置1a、1b。例如，所述電介質(zhì)窗口可以設(shè)置在真空容器內(nèi)。在此種情況下，可以在所述電介質(zhì)窗口中形成上供氣系統(tǒng)。具體而言，所述上供氣系統(tǒng)可以包括允許第一氣體流動的氣流通路、將所述氣流通路連接到真空容器內(nèi)部的多個連接通路，以及將所述氣流通路連接到真空容器外部的連接管?？梢酝ㄟ^，例如，切割所述電介質(zhì)窗口來形成所述氣流通路和連接通路。在這種情況下，所述氣流通路和連接管構(gòu)成了第一氣體引入部分(上氣體引入部分)。連接通路的開口端構(gòu)成了將第一氣體輸送到真空容器2的第一注氣孔。所述連接管可以與電介質(zhì)窗口形成為整體，或者與電介質(zhì)窗口分離。在這種情況下，每一個電介質(zhì)窗口的內(nèi)表面同樣起到電磁波入射面F的作用。
在該實施例的絕緣膜成形方法中，由于該真空容器是暫時被抽成真空，并且隨后將第一和第二氣體輸送到所述真空容器中，因此將幾乎為大氣壓和幾乎接近于真空的壓力之間的氣壓差，即，大約1kg/cm2的氣壓差，施加到該真空容器。由金屬材料等制成的該真空容器的主體被形成為使其具有能夠耐所述氣壓差的強(qiáng)度是相當(dāng)容易。然而，為了形成由合成石英或類似物制成的電介質(zhì)窗口，以使其具有能夠耐所述氣壓差的強(qiáng)度，需要將所述窗口制作得更厚。
相反，在其電介質(zhì)窗口設(shè)置在真空容器內(nèi)部的等離子體膜成形裝置中，幾乎為大氣壓和幾乎接近于真空的壓力之間的氣壓差，即，大約1kg/cm2的氣壓差，并不施加到該真空容器。結(jié)果是，能夠?qū)㈦娊橘|(zhì)窗口制作得相對薄，從而適合于在與1乘1平方米一樣大的基板上形成絕緣膜的情況。
所述第一氣體并不限于例如氪氣的稀有氣體。例如，可以使用包括氧氣和稀有氣體中的至少一種的氣體。當(dāng)使用氧氣和稀有氣體(氦氣、氖氣、氬氣、氪氣、或氙氣)的混合氣體時，它們的混合比是任意的?？梢愿鶕?jù)稀有氣體的添加比率來改變絕緣膜成形速度。
由于在大多數(shù)有機(jī)硅化合物和有機(jī)金屬化合物中，它們的元素包含氧(氧原子)，因此所述第一氣體中不需要包含氧氣。促使第一氣體包含稀有氣體，由此在真空容器2中產(chǎn)生氧原子團(tuán)，從而使得在待處理基板100上可以形成具有良好均勻性的絕緣膜101。由于促使第一氣體包含稀有氣體，使得等離子體密度增加，從而提高了薄膜成形速度。
另一方面，促使第一氣體包含氧氣，使得真空容器2中可以產(chǎn)生更多的氧原子團(tuán)。因此，能夠以較低的氧氣損傷在基板100上形成一個絕緣膜，該絕緣膜具有優(yōu)異的均勻性并且具有良好的薄膜質(zhì)量。
當(dāng)?shù)谝粴怏w包含氧氣時，從第一注氣孔42將第一氣體輸送到真空容器2，所述第一注氣孔42制作在離電磁波入射面F的距離小于表面波等離子體的趨膚深度的位置。這使得氧氣在電磁波入射面F附近被有效地分解，由此有效地產(chǎn)生氧原子團(tuán)。此外，可以促使如此得到的氧原子團(tuán)與從第二注氣孔52輸送的第二氣體進(jìn)行充分地反應(yīng)。因此，能夠以一個良好的薄膜成形速度形成一個絕緣膜，該絕緣膜具有優(yōu)異的膜厚均勻性，并且具有在階梯覆蓋特性上有優(yōu)勢的薄膜質(zhì)量。
此外，當(dāng)?shù)谝粴怏w包含氧氣時，希望的是，將氧氣輸送到真空容器2的流速應(yīng)該被設(shè)置成大于將第二氣體輸送到真空容器2的流速。這使得在向其輸送第二氣體的區(qū)域中，能夠存在比第二氣體更多的氧原子團(tuán)。因此，由于增強(qiáng)了有機(jī)硅化合物中的硅原子或者有機(jī)金屬化合物中的金屬原子的氧化，所以能夠形成具有更低的氧不足的高質(zhì)量絕緣膜(氧化物膜)。
至于所述第二氣體，可以使用包括有機(jī)硅化合物氣體和有機(jī)金屬化合物中的至少一種和氧氣與稀釋氣體中的至少一種的氣體。這使得能夠在待處理基板100上形成具有優(yōu)異的膜厚均勻性的絕緣膜101，同時抑制對基板100和形成在基板100上的絕緣膜101的損傷。
此外，當(dāng)所述第二氣體包含有機(jī)硅化合物氣體時，可以使用四乙氧基硅烷、四烷氧基硅烷、乙烯基烷氧基硅烷、烷基三烷氧基硅烷、苯基三烷氧基硅烷、聚甲基二硅氧烷或者聚甲基環(huán)四硅氧烷作為所述有機(jī)硅化合物。這使得能夠在待處理基板100上形成具有良好薄膜質(zhì)量的氧化硅膜。
當(dāng)所述第二氣體包含有機(jī)金屬化合物氣體時，可以使用三甲基鋁、三乙基鋁、四丙氧基鋯、五乙氧基鉭或者四丙氧基鉿作為所述有機(jī)金屬化合物。選擇三甲基鋁或者三乙基鋁，使得能夠在所述待處理基板100上形成一個氧化鋁膜。選擇四丙氧基鋯，使得能夠在該基板100上形成一個氧化鋯膜。選擇五乙氧基鉭，使得能夠在該基板100上形成一個氧化鉭膜。選擇四丙氧基鉿，使得能夠在該基板100上形成一個氧化鉿膜。氧化鉿和氧化鋯具有比氧化硅更高的介電常數(shù)。因此，選擇四丙氧基鉿或者四丙氧基鋯，使得能夠形成一個絕緣膜101，該絕緣膜具有比氧化硅膜更好的電絕緣性。
雖然有機(jī)硅化合物可以是，例如，如上所述的四乙氧基硅烷、四烷氧基硅烷、乙烯基烷氧基硅烷、烷基三烷氧基硅烷、苯基三烷氧基硅烷、聚甲基二硅氧烷或者聚甲基環(huán)四硅氧烷，但是有機(jī)硅化合物并不限于這些化合物。雖然有機(jī)金屬化合物可以是，例如，三甲基鋁、三乙基鋁、四丙氧基鋯、五乙氧基鉭和四丙氧基鉿，但是有機(jī)金屬化合物并不限于這些化合物。
當(dāng)所述第二氣體包含稀釋氣體時，希望的是，所述稀釋氣體應(yīng)該包括氦氣、氖氣、氬氣、氪氣和氙氣中的至少一種氣體，即，稀有氣體。氦氣、氖氣、氬氣、氪氣和氙氣不與有機(jī)硅化合物和有機(jī)金屬化合物進(jìn)行反應(yīng)。因此，它們可以稀釋第二氣體，而不會影響有機(jī)硅化合物或者有機(jī)金屬化合物的分解處理。
至于所述待處理基板100(待處理材料)，例如，可以使用諸如石英玻璃之類的玻璃基板、陶瓷基板、樹脂基板，或者諸如半導(dǎo)體晶圓之類的硅基板。此外，在該基板100上，可以形成單晶硅、由激光晶化或者固相晶化形成的多晶硅、微晶硅或者非晶硅的半導(dǎo)體層。此外，在該基板100上，可以以隨機(jī)順序按照一個在另一個之上的方式疊置半導(dǎo)體層和絕緣膜。此外，在該基板100上，可以形成通過以隨機(jī)順序按照一個在另一個之上的方式堆疊半導(dǎo)體層和絕緣膜來構(gòu)造的電路元件或者電路元件的一部分。
在本發(fā)明的絕緣膜成形方法中，以何種順序執(zhí)行將第一氣體輸送到處理容器、將第二氣體輸送到處理容器以及將電磁波輸送到處理容器這些步驟是沒有關(guān)系的。當(dāng)?shù)谝粴怏w或者第二氣體包括兩種或多種化合物氣體時，這些氣體可以以混合氣體的形式輸送到處理容器中，或者被分別地引入到該容器內(nèi)。
下文中，參考圖7到圖9，將要說明本發(fā)明的第一實施例。在該實施例中，將要說明本發(fā)明的絕緣膜成形方法的一個實施例和本發(fā)明的絕緣膜成形裝置的一個實施例。
圖7示出了絕緣膜成形裝置的一個實例。本實施例的絕緣膜成形裝置1包括一個作為處理容器的真空容器102、一個或多個電介質(zhì)部件103(例如，九個電介質(zhì)窗口)、基板支撐臺104、排氣系統(tǒng)105、排氣部分105a、真空排氣系統(tǒng)105b、作為第一供氣系統(tǒng)的上供氣系統(tǒng)106、作為第二供氣系統(tǒng)的下供氣系統(tǒng)107、高頻電源108、波導(dǎo)109、一個或多個槽形波導(dǎo)天線110(例如，九個槽形波導(dǎo)天線)、以及加熱裝置111。本實施例的絕緣膜成形裝置1包括的真空容器102、電介質(zhì)部件103、基板支撐臺104、排氣系統(tǒng)105、排氣部分105a、真空排氣系統(tǒng)105b、上供氣系統(tǒng)106、下供氣系統(tǒng)107、高頻電源108、波導(dǎo)109和槽形波導(dǎo)天線110分別對應(yīng)于第一實施例的等離子體膜成形裝置1a中包含的真空容器2、電介質(zhì)窗口3、基板支撐臺4、排氣系統(tǒng)5、排氣部分5a、真空排氣系統(tǒng)5b、上供氣系統(tǒng)6、下供氣系統(tǒng)7、電磁波源8、電磁波供給波導(dǎo)9和槽形波導(dǎo)天線10。
至于用于形成頂蓋2a、底壁2b和側(cè)壁2c的材料，可以使用例如玻璃之類的密閉且不排氣的材料，或者諸如鋁的金屬材料。
至于用于形成電介質(zhì)部件103的材料，可以使用用于傳輸電磁波的材料，例如合成石英或者氧化鋁。下文中，電介質(zhì)部件也被稱作電介質(zhì)窗口103。
所述上供氣系統(tǒng)106是用于將包括稀有氣體和氧氣中的至少一種的第一氣體輸送到真空容器102中。在本實施例的絕緣膜成形裝置中，所述上氣體引入部分106具有，例如，作為第一氣體引入部分的上引氣管121。
所述上引氣管121是由諸如鋁、不銹鋼，或鈦等的金屬，或者是由諸如氧化硅、氧化鋁，或氮化鋁之類的電介質(zhì)制成的。當(dāng)考慮到上引氣管121對電磁場和等離子體的影響時，希望的是，所述上引氣管121應(yīng)該由電介質(zhì)材料制成。然而，考慮到形成管的工藝，制作金屬材料的上引氣管121比較便宜并且容易。因此，當(dāng)所述上引氣管121是由金屬材料制成時，應(yīng)該在上引氣管121的外表面上形成絕緣膜。
如圖8所示，在真空容器102中，沿著頂壁102a(橫梁)的內(nèi)表面設(shè)置所述上引氣管121，并且所述上引氣管121遠(yuǎn)離形成電介質(zhì)窗口103的區(qū)域。具體而言，上引氣管121具有多個管部121b和一個延伸部分121c。所述多個管部121b被布置成彼此平行，以便于沿著真空容器102中的頂壁102a(橫梁)的內(nèi)表面展開。延伸部分121c被布置成使其與所述管部121b成直角并且使這些管部121b相互連接。延伸部121c的兩端經(jīng)由真空容器102的側(cè)壁102c延伸到真空容器102的外部?？梢詫⑵渲斜４娴谝粴怏w的第一汽缸(未示出)可拆卸地設(shè)置到所述延伸部121c的兩端或一端。
在每條管部121b中，以幾乎相等的間距在縱向上設(shè)置多個注氣孔121a。因此，注氣孔121a被布置在幾乎同一平面上。這些注氣孔121a設(shè)置在離電磁波入射面F的距離L1小于表面波等離子體的趨膚深度δ的位置。在本實施例中，如此形成所述上引氣管121，以使其中制作注氣孔121a的虛擬平面F1和電磁波入射面F之間的距離L1小于10mm，例如，3mm。將該上引起管121布置成使所述注氣孔121a設(shè)置在電磁波入射面F的下方3mm處(參見圖7)。
所述下供氣系統(tǒng)107是用于將包括有機(jī)硅化合物或者有機(jī)金屬化合物的第二氣體引入到真空容器102中。在本實施例的絕緣膜成形裝置1中，所述下供氣系統(tǒng)具有，例如，作為第二氣體引入部分的下引氣管122。
與上氣體引入部分類似，下引氣管122是由諸如鋁、不銹鋼，或鈦等的金屬，或者是由諸如氧化硅、氧化鋁，或氮化鋁的電介質(zhì)制成的。在時間流逝直到放電開始時的等離子體達(dá)到表面波等離子體態(tài)期間的過渡狀態(tài)中，電磁波同樣到達(dá)所述下供氣系統(tǒng)107。因此，如果所述下引氣管122是由金屬材料制成的，則下供氣系統(tǒng)107可能會對過渡狀態(tài)中的電磁場和等離子體造成影響。由于這個原因，當(dāng)考慮到下引氣管122對電磁波和等離子體的影響時，希望的是，所述下引氣管122應(yīng)該由電介質(zhì)材料制成。當(dāng)所述下引氣管122是由金屬材料制成時，希望的是，應(yīng)該在下引氣管122的外表面上形成絕緣膜。
如圖9所示，所述下引氣管122具有一個環(huán)形部分122b和一對延伸部分122c。環(huán)形部分122b被形成為使其稍大于待處理基板100的外緣。每一個延伸部分都連接到所述環(huán)形部分122b。每一個延伸部分122c的一端經(jīng)由真空容器102的側(cè)壁102c延伸到真空容器102的外部?？梢詫⑵渲斜４娴诙怏w的第二汽缸(未示出)可拆卸地設(shè)置到至少一個延伸部分122c的一端。
在所述環(huán)形部分122b中，以幾乎相等的間距在縱向上制作多個注氣孔122a。這些注氣孔122a被設(shè)置在離電磁波入射面F的距離L2大于表面波等離子體的趨膚深度δ的位置。在本實施例中，如此形成所述下引氣管122，以使其中制作注氣孔122a的虛擬平面F2和電磁波入射面F之間的距離L2為10mm或更大，例如，30mm。將該下引氣管122布置成使所述注氣孔122a設(shè)置在電磁波入射面F的下方30mm處(參見圖7)。
由于第二氣體中包括的有機(jī)硅化合物氣體或者有機(jī)金屬化合物氣體具有比甲硅烷更高的沸點，因此其容易液化。因此，為了將所述第二氣體穩(wěn)定地引入到真空容器102中，希望的是，下供氣系統(tǒng)107應(yīng)該保持在適合的溫度，即，大約80℃到200℃。由于這個原因，在本實施例的絕緣膜成形裝置1中，所述下供氣系統(tǒng)107設(shè)置有加熱裝置111。該加熱裝置111包括例如一個加熱器113。
具體而言，加熱器113設(shè)置在，例如，下引氣管122的每一個延伸部分122c的外表面上。這使得能夠通過利用構(gòu)成所述下引氣管122的材料的導(dǎo)熱性，將熱量傳輸?shù)秸麄€下供氣系統(tǒng)107。因此，可以采用比加熱裝置111設(shè)置在真空容器102內(nèi)部時更為簡單的結(jié)構(gòu)，來將所述下供氣系統(tǒng)107保持在合適的溫度下。當(dāng)通過利用構(gòu)成所述下引氣管122的材料的導(dǎo)熱性，將熱量傳輸?shù)秸麄€下供氣系統(tǒng)107時，希望的是，所述下引氣管122應(yīng)該由導(dǎo)熱系數(shù)大的材料制成，例如氮化鋁。
接著，將要說明使用絕緣膜成形裝置1的絕緣膜成形方法。在該實施例中，將要對通過使用氧氣作為第一氣體并且使用四乙氧基硅烷(一種四烷氧基硅烷)作為第二氣體，從而在待處理基板100上形成絕緣膜101的情況進(jìn)行說明。
將待處理基板100放置在基板支撐臺4上。驅(qū)動排氣系統(tǒng)105，將真空容器102幾乎抽成真空。上供氣系統(tǒng)106以400SCCM的流速將氧氣輸送到真空容器102，從而真空容器中的氣壓可以變?yōu)?0Pa。同時，下供氣系統(tǒng)107以12SCCM的流速將四乙氧基硅烷氣體輸送到真空容器102。此時，加熱裝置111將下供氣系統(tǒng)107保持在合適的溫度(在大約80℃到200℃的范圍內(nèi))。
開啟高頻電源108。結(jié)果是，經(jīng)由波導(dǎo)109將2.45GHz的電磁波導(dǎo)入至槽形波導(dǎo)天線110。以3W/cm2的功率密度，從該槽形波導(dǎo)天線110朝向電介質(zhì)窗口103發(fā)射該電磁波。
促使所述2.45GHz的電磁波經(jīng)由該電介質(zhì)窗口103進(jìn)入真空容器102。結(jié)果是，氧氣被激發(fā)，產(chǎn)生等離子體，其結(jié)果是，電磁波入射面F附近的等離子體中的電子密度增加。由于電磁波入射面F附近的等離子體中的電子密度增加，這使得電磁波難以在該等離子體中傳播，其結(jié)果是電磁波衰減。因此，該電磁波不能到達(dá)與該電磁波入射面F分離的一個區(qū)域。即，出現(xiàn)表面波等離子體。由于氧氣是從離電磁波入射面F的距離L1為3mm的位置，即，從離電磁波入射面F的距離L1小于趨膚深度δ的區(qū)域引入到真空容器102中，在正在產(chǎn)生表面波等離子體的狀態(tài)中，氧分子被高密度等離子體激發(fā)，從而有效地產(chǎn)生氧原子團(tuán)。
另一方面，四乙氧基硅烷氣體是從離電磁波入射面F的距離L2為30mm的位置，即，從離電磁波入射面F的距離L2大于趨膚深度的區(qū)域引入到真空容器102中。因此，由于電磁波被高密度等離子體屏蔽并且不能到達(dá)已經(jīng)引入四乙氧基硅烷氣體的真空容器102的區(qū)域，所以可以抑制由電磁波引起的四乙氧基硅烷氣體的過度分解。此外，即使在離電磁波入射面F的距離為30mm的位置，氧原子團(tuán)也會以擴(kuò)散通量的形式到達(dá)，促使四乙氧基硅烷和氧原子團(tuán)相互之間進(jìn)行有效地反應(yīng)，這增強(qiáng)了四乙氧基硅烷的分解。結(jié)果是，氧化硅淀積在待處理基板100的表面上。由于四乙氧基硅烷是分子量大于硅烷分子量的化合物，由于其三維效應(yīng)，當(dāng)在該基板的上方移動時，四乙氧基硅烷以相對均勻的方式粘附到該基板100的表面。因此，在該基板100上形成具有良好薄膜質(zhì)量的絕緣膜(氧化硅膜)101。
在這種情況下，在該基板100上，以29nm/min的成形速度形成絕緣膜101。形成的絕緣膜101，當(dāng)施加2MV/cm的電場時其泄露電流為2×10-10A/cm2，并且具有2×10-11/cm2或更小的固定電荷密度。從這些結(jié)果可以看出，本實施例的絕緣膜成形方法使得可以同時將泄露電流和固定電荷密度抑制得比較低，并且獲得良好的絕緣膜101成形速度。
圖18示出了表面波等離子體中的電子溫度和離電磁波入射面F的距離之間的關(guān)系?？梢韵胂蟮玫?，在離電磁波入射面F的距離大約為10mm的位置電子溫度急劇下降的原因是，其中電磁波到達(dá)并且直接激發(fā)電子的區(qū)域(即，趨膚深度δ內(nèi)的區(qū)域)中的電子溫度不同于電子很難被激發(fā)的區(qū)域(即，遠(yuǎn)離趨膚深度δ的區(qū)域)中的電子溫度。從這個結(jié)果，可以看出在保持表面波等離子體的條件下，趨膚深度δ的最大值大約為10mm。
圖17示出了表面波等離子體中的電子密度和離電磁波入射面F的距離之間的關(guān)系。由于電磁波激發(fā)的區(qū)域被局限于如上所述的表面波等離子體，所以電子密度隨著離電磁波入射面F的距離增加而降低。因此，發(fā)現(xiàn)的是，在離電磁波入射面F的距離大約為10mm的位置處的電子密度為電磁波入射面F處的電子密度的50％或更少。從這個結(jié)果，可以看出由于氧氣容易吸收電子，因此與使用100％氬氣來產(chǎn)生等離子體的情況相比，混入氧氣可以促使電子密度降低。
如上所述，本實施例的絕緣膜成形方法包括在具有使電磁波進(jìn)入的電磁波入射面F的真空容器102中設(shè)置待處理基板100的步驟；不僅從離該電磁波入射面F的距離L1小于10mm的一個位置引入作為包括稀有氣體和氧氣中的至少一種的第一氣體的氧氣，而且從離該電磁波入射面F的距離L2為10mm或更遠(yuǎn)的一個位置將包括作為有機(jī)硅化合物氣體的四乙氧基硅烷氣體的第二氣體、與所述第一氣體分開地引入到所述真空容器102中的步驟；以及通過促使電磁波從電磁波入射面F進(jìn)入所述真空容器102中，利用所述真空容器102中的第一和第二氣體來產(chǎn)生表面波等離子體，從而在該基板100上淀積氧化硅的步驟。因此，能夠在該基板100上形成良好的絕緣膜101，同時抑制對該基板100和該基板100上的絕緣膜101的損傷。
雖然在本實施例的絕緣膜成形方法中，已經(jīng)分別使用氧氣和四乙氧基硅烷氣體作為第一氣體和第二氣體，但是本發(fā)明并不限于此。
所述第一氣體并不限于氧氣，而可以是含有稀有氣體和氧氣中至少一種的氣體。例如，可以使用氧氣和一種或多種稀釋氣體氦氣、氖氣、氬氣、氪氣和氙氣的混合氣體作為所述第一氣體?？梢砸?0％到99％范圍的添加比將氦氣、氖氣、氬氣、氪氣或者氙氣添加到氧氣中。根據(jù)該添加比，可以增加絕緣膜成形速度。
此外，當(dāng)使用包括氧氣的氣體作為所述第一氣體時，將氧氣輸送到真空容器102的流速被設(shè)置成大于將第二氣體輸送到真空容器102的流速，這增強(qiáng)了有機(jī)硅化合物中的硅原子或者有機(jī)金屬化合物中的金屬原子的氧化，從而使得能夠形成具有更低的氧不足的高質(zhì)量氧化物膜。
至于所述第二氣體，可以使用包括有機(jī)硅化合物或者有機(jī)金屬化合物的氣體。這使得能夠在該基板100上形成良好的絕緣膜，同時抑制對該基板100和該基板100上的絕緣膜造成的損傷。
雖然所述有機(jī)硅化合物可以是，例如，四烷氧基硅烷、乙烯基烷氧基硅烷、烷基三烷氧基硅烷、苯基三烷氧基硅烷、聚甲基二硅氧烷或聚甲基環(huán)四硅氧烷，但是本發(fā)明并不限于此。雖然所述有機(jī)金屬化合物可以是，例如，三甲基鋁、三乙基鋁、四丙氧基鋯、五乙氧基鉭或四丙氧基鉿，但是本發(fā)明并不限于此。
此外，本實施例的絕緣膜成形裝置1包括可以在其中設(shè)置待處理基板100的真空容器102、用于產(chǎn)生電磁波的高頻電源108、朝向真空容器102發(fā)射電磁波的天線、在內(nèi)表面具有電磁波入射面F的電介質(zhì)窗口103、上供氣系統(tǒng)106和下供氣系統(tǒng)107，電介質(zhì)窗口103設(shè)置在真空容器102中，以構(gòu)成真空容器102的壁的一部分，并且將從所述天線發(fā)射的電磁波傳輸?shù)秸婵杖萜鲀?nèi)部，上供氣系統(tǒng)106具有用于將作為包括稀有氣體和氧氣中至少一種的第一氣體的氧氣引入到真空容器102中的上引氣管121，并且所述上供氣系統(tǒng)106設(shè)置在真空容器102中，而下供氣系統(tǒng)107具有用于將包括有機(jī)硅化合物或有機(jī)金屬化合物的第二氣體引入到真空容器102的下引氣管122，并且所述下供氣系統(tǒng)107設(shè)置在真空容器102中。所述上引氣管121被設(shè)置成比所述下引氣管122更接近電磁波入射面F。將下引氣管122的注氣孔122a和電磁波入射面F之間的距離L2設(shè)置為10mm或更大。使用這種絕緣膜成形裝置1，使得能夠在該基板100上形成良好的絕緣膜，同時抑制對該基板100和該基板100上形成的絕緣膜的損傷。
此外，由于本實施例的絕緣膜成形裝置1具有一個或多個槽形波導(dǎo)天線110，其具有更少的介電損失并且可以耐更大的功率。此外，由于槽形波導(dǎo)天線110被并排設(shè)置，并使其以一一對應(yīng)的方式面向電介質(zhì)窗口103的外表面，因此對于用在大液晶顯示器件等中的具有大面積的方形基板來說，可以將絕緣膜制作得均勻。
下文中，參考圖10和11，將要說明根據(jù)本發(fā)明第二實施例的絕緣膜成形裝置。
第二實施例的絕緣膜成形裝置與第一實施例的絕緣膜成形裝置的不同之處在于所述下供氣系統(tǒng)107和加熱裝置111。由于其余結(jié)構(gòu)與第一實施例相同，因此相同的部分用相同的附圖標(biāo)記來表示，并且省略對其進(jìn)行重復(fù)說明。
下供氣系統(tǒng)107是由諸如鋁、不銹鋼，或鈦等的金屬，或者是由諸如氧化硅、氧化鋁，或氮化鋁的電介質(zhì)制成。如第一實施例中所述，希望的是，應(yīng)該使用電介質(zhì)作為用于下供氣系統(tǒng)7的材料。
下供氣系統(tǒng)107具有一個作為第一氣體引入部分(下氣體引入部分)的簇射板130。如圖10所示，簇射板130被形成為扁盒形狀，其具有一對以這樣一種方式彼此相對的板材料131a、131b，以使第二氣體能夠在內(nèi)部空間S1中流動。簇射板130具有一個用于打開內(nèi)部空間S1的開口132。此外，在真空容器102的側(cè)壁102c中，制作了用于將內(nèi)部空間S1向真空容器102外部打開的開口133。因此，經(jīng)由開口132和開口133的壁，將簇射板130的內(nèi)部空間S1向真空容器102的外部打開。經(jīng)由開口133和開口132將第二氣體引入到簇射板130的內(nèi)部空間S1。簇射板130被形成為使其大到足夠以從上方覆蓋基板支撐臺4的方式來將真空容器102分割成一個上腔和一個下腔。
如圖11所示，在簇射板130中，制作大量通孔，以允許第一氣體或氧原子團(tuán)從上腔流動到下腔，或者反之亦然。此外，在簇射板130中，在下板材料131b中制作大量注氣孔136。
此外，簇射板130設(shè)置有加熱裝置111。加熱裝置111具有一個高溫媒質(zhì)循環(huán)器134。所述高溫媒質(zhì)循環(huán)器134包括一個泵134a、一條循環(huán)通路134b、一個加熱器(未示出)和高溫流體。所述高溫流體可以是，例如，空氣，諸如氮氣、氬氣、氪氣或者氙氣之類的氣體，或者是諸如水、乙二醇、礦物油、烷基苯、二芳基烷、三芳基二烷、二苯-二苯醚混合物、烷基二苯基或者烷基萘的液體。
用于循環(huán)所述高溫流體(高溫氣體或者高溫液體)的循環(huán)通路134b設(shè)置在該簇射板130中。所述循環(huán)通路與允許第一氣體流動的內(nèi)部空間隔離。在所述高溫媒質(zhì)循環(huán)器134中，高溫流體被加熱器加熱，并且操作所述泵134a，以使所述高溫流體在簇射板130中流動，將下供氣系統(tǒng)107保持在大約80℃到200℃范圍內(nèi)的溫度下。
以這種方式通過高溫媒質(zhì)的循環(huán)來加熱下供氣系統(tǒng)107，使得不僅可以迅速地將熱能傳輸?shù)较鹿庀到y(tǒng)107，而且可以對下供氣系統(tǒng)107進(jìn)行均勻地加熱。因此，當(dāng)使用有機(jī)硅化合物氣體或者有機(jī)金屬化合物氣體形成絕緣膜時，能夠抑制由于有機(jī)硅化合物氣體或者有機(jī)金屬化合物氣體的液化而導(dǎo)致的輸送的氣體的量的波動。
如上所述，使用絕緣膜成形裝置1，使得能夠抑制由于有機(jī)硅化合物氣體或者有機(jī)金屬化合物氣體的液化而導(dǎo)致的輸送的氣體的量的波動。因此，當(dāng)在待處理基板100上形成絕緣膜101時，可以實現(xiàn)良好的膜厚可控性和膜厚均勻性。
下文中，參考圖12，將要說明根據(jù)本發(fā)明第三實施例的絕緣膜成形裝置。
第三實施例的絕緣膜成形裝置與第一實施例的絕緣膜成形裝置的不同之處在于所述上供氣系統(tǒng)106和下供氣系統(tǒng)107。由于其余結(jié)構(gòu)與第一實施例相同，因此相同的部分用相同的附圖標(biāo)記來表示，并且省略對其進(jìn)行的重復(fù)說明。
上供氣系統(tǒng)106和下供氣系統(tǒng)107是由諸如鋁、不銹鋼，或鈦等的金屬，或者是由諸如氧化硅、氧化鋁，或氮化鋁的電介質(zhì)制成。如第一實施例中所述，希望的是，應(yīng)該使用電介質(zhì)作為用于上供氣系統(tǒng)106和下供氣系統(tǒng)107的材料。
所述上供氣系統(tǒng)106具有一個作為第一氣體引入部分(上氣體引入部分)的上簇射板140。上簇射板140具有一個板材料141，所述板材料141以這樣一種方式覆蓋真空容器102的頂壁102a的內(nèi)表面，使得第一氣體可以在真空容器102的頂壁102a和板材料141之間的內(nèi)部空間S2中流動。該板材料連接到真空容器102的頂壁102a，以使內(nèi)部空間S2保持密閉。經(jīng)由真空容器102的側(cè)壁102c中制作的開口142，將上簇射板140中的內(nèi)部空間S2向真空容器102的外部打開。通過所述開口142，將第一氣體引入到上簇射板140中的內(nèi)部空間S2。在上簇射板140的板材料141中，以幾乎相等的間距制作大量注氣孔143。
在上簇射板140中，由諸如鋁、不銹鋼，或鈦等的金屬制成的板材料141接地到真空容器102的頂壁102a，并且所述注氣孔制作得足夠小，這使得能夠?qū)⒌入x子體限制在內(nèi)部空間S2中。從而使得不但在時間流逝直到放電開始時的等離子體達(dá)到表面波等離子體態(tài)期間的過渡狀態(tài)中能夠抑制等離子體到達(dá)基板100，而且還可以利用該上簇射板140來阻擋等離子體發(fā)射的光中包含的高能紫外線。因此，可以增加對基板100損傷的抑制效果。
當(dāng)上簇射板140由諸如氧化硅、氧化鋁，或氮化鋁的電介質(zhì)制成時，根據(jù)上簇射板140的形狀，或者上簇射板140的內(nèi)部空間S2中的氣壓等，可以在該板材料的上方或者下方產(chǎn)生等離子體。
當(dāng)進(jìn)行設(shè)置，以促使在該板材料141的上方產(chǎn)生等離子體時，利用上簇射板140阻擋了等離子體發(fā)射的光中包含的高能紫外線，從而增加了對該基板100的損傷的抑制效果。
當(dāng)進(jìn)行設(shè)置，以促使在該板材料141的下方產(chǎn)生等離子體時，可以以分布式的方式，經(jīng)由上簇射板140將第一氣體輸送到等離子體，從而增加了等離子體的均勻性。其中，當(dāng)進(jìn)行設(shè)置，以促使在該板材料141的下方產(chǎn)生等離子體時，所述電磁波入射面F是板材料141和真空容器102的內(nèi)部空間之間的界面(板材料141的底面)。在其它情況下，所述電磁波入射面F是電介質(zhì)窗口103和真空容器102的內(nèi)部空間之間的界面(電介質(zhì)窗口103的內(nèi)表面)。
所述下供氣系統(tǒng)107具有一個作為第二氣體引入部分(下氣體引入部分)的下簇射板150。所述下簇射板150被形成為使其具有能夠覆蓋基板支撐臺104上支撐的待處理基板100的尺寸。下簇射板150被形成為扁盒形狀，其具有一對以這種方式彼此相對的板材料151a、151b，使得第二氣體能夠在內(nèi)部空間S3中流動。經(jīng)由真空容器102的側(cè)壁102c中制作的開口152，將下簇射板150的內(nèi)部空間S3向真空容器102的外部打開。經(jīng)由所述開口152，將第二氣體引入到下簇射板150的內(nèi)部空間S3。
在下簇射板150的下板材料151b中，制作大量注氣孔153。在下簇射板150中，所述注氣孔153的每單位面積的孔徑比被設(shè)置成，使得在該下簇射板150中氣流的上游所述注氣孔153對氣流的電導(dǎo)(物理電阻的倒數(shù))可以更小，而在該下簇射板150中氣流的下游所述注氣孔153對氣流的電導(dǎo)可以更大。具體而言，所述注氣孔153的每單位面積的孔徑比被設(shè)置成，使得在該下簇射板150中氣流的上游可以更小，而在該氣流的下游可以更大。這使得第二氣體可以均勻地注入到真空容器102。雖然未示出，所述下簇射板150在其中具有大量通孔，以使第一氣體和氧原子團(tuán)可以在所下部簇射板150的頂部區(qū)域和所述下簇射板150的底部區(qū)域之間流動。
希望的是，所述下供氣系統(tǒng)107應(yīng)該保持在大約80℃到200℃范圍內(nèi)的溫度下。為了實現(xiàn)這個目標(biāo)，所述下供氣系統(tǒng)107可以設(shè)置有第三實施例的絕緣膜成形裝置1中包括的加熱裝置111或者第四實施例的絕緣膜成形裝置1中包括的加熱裝置111。
如上所述，使用本實施例的絕緣膜成形裝置1，使得能夠均勻地將第二氣體從該基板100上方輸送到真空容器102中。因此，當(dāng)待處理基板100上形成絕緣膜101時，可以實現(xiàn)良好的膜厚可控性和膜厚均勻性。
下文中，參考圖13，將要說明根據(jù)本發(fā)明第六實施例的絕緣膜成形裝置。
第六實施例的絕緣膜成形裝置與第三實施例的絕緣膜成形裝置1的不同之處在于所述上供氣系統(tǒng)106和下供氣系統(tǒng)107。由于其余結(jié)構(gòu)與第三實施例相同，因此相同的部分用相同的附圖標(biāo)記來表示，并且省略對其進(jìn)行的重復(fù)說明。
所述上供氣系統(tǒng)106與第三實施例中說明的絕緣膜成形裝置1中包括的上供氣系統(tǒng)106相同。
所述下供氣系統(tǒng)107具有作為下氣體引入部分的下簇射板160。所述下簇射板160被形成為使其具有能夠覆蓋基板支撐臺104上支撐的待處理基板100的尺寸。下簇射板160被形成為扁盒形狀，其具有一對以這種方式彼此相對的板材料161a、161b，使得第二氣體能夠在內(nèi)部空間S4中流動。經(jīng)由真空容器102的側(cè)壁102c中制作的開口162，將下簇射板160的內(nèi)部空間S4向真空容器102的外部打開。經(jīng)由所述開口162，將第二氣體引入到下簇射板160的內(nèi)部空間S4。
在下簇射板160的內(nèi)部空間S4中，設(shè)置多個用來調(diào)節(jié)第二氣體的流動的隔斷墻164。所述隔斷墻的尺寸被設(shè)置成使得在該下簇射板160中氣流的上游所述隔斷墻164對氣流的電導(dǎo)可以較大，而在該下簇射板160中氣流的下游所述隔斷墻164對氣流的電導(dǎo)可以較小。具體而言，每一個隔斷墻164的高度被設(shè)置成使得在該下簇射板160中氣流的上游較小，而在該氣流的下游較大。將具有第二氣體的高流入壓力的氣流的上游中的隔斷墻164制作得較小，使得可以將該氣流上游中的電導(dǎo)變大。將具有第二氣體的低流入壓力的氣流的下游中的隔斷墻164制作得較大，使得可以將該氣流下游中的電導(dǎo)變小。
在所述下簇射板160的下板材料161a中，以一一對應(yīng)的方式為隔斷墻164分割的區(qū)域設(shè)置大量注氣孔163。這使得第二氣體被劃分成通過由隔斷墻164來限定的間隙(clearance)165的氣流以及從注氣孔163注入的氣流。通過所述隔斷墻164來改變電導(dǎo)，使得可以調(diào)節(jié)通過間隙165的氣流相對于從注氣孔163注入的氣流的流速比。將所述流速比調(diào)節(jié)到一個理想值，使得可以從對應(yīng)于下簇射板160的底面的幾乎整個區(qū)域的區(qū)域，將第二氣體均勻地注入到真空容器102中。雖然未示出，所述下簇射板160在其中具有大量通孔，以使第一氣體和氧原子團(tuán)可以在所述下簇射板160的頂部區(qū)域和所述下簇射板160的底部區(qū)域之間流動。
希望的是，所述下供氣系統(tǒng)107應(yīng)該保持在大約80℃到200℃范圍內(nèi)的溫度下。為了實現(xiàn)這個目標(biāo)，所述下供氣系統(tǒng)107可以設(shè)置有第三實施例的絕緣膜成形裝置1中包括的加熱裝置111或者第四實施例的絕緣膜成形裝置1中包括的加熱裝置111。
如上所述，使用本實施例的絕緣膜成形裝置1，使得能夠均勻地將第二氣體從該基板100上方輸送到真空容器102中。因此，當(dāng)待處理基板100上形成絕緣膜101時，可以實現(xiàn)良好的膜厚可控性和膜厚均勻性。
下文中，參考圖14，將要說明根據(jù)本發(fā)明第七實施例的絕緣膜成形裝置。
第七實施例的絕緣膜成形裝置與第三實施例的絕緣膜成形裝置1的不同之處在于所述上供氣系統(tǒng)106和下供氣系統(tǒng)107。由于其余結(jié)構(gòu)與第三實施例相同，因此相同的部分用相同的附圖標(biāo)記來表示，并且省略對其進(jìn)行重復(fù)說明。
所述上供氣系統(tǒng)106與第五實施例中說明的絕緣膜成形裝置1中包括的上供氣系統(tǒng)106相同。
所述下供氣系統(tǒng)107具有作為第二氣體引入部分(下氣體引入部分)的下簇射板170。所述下簇射板170被形成為使其具有能夠覆蓋基板支撐臺104上支撐的待處理基板100的尺寸。下簇射板170被形成為扁盒形狀，其具有一對彼此相對的板材料171a、171b。在板材料171a、171b之間，設(shè)置一個其中具有多個開口174a的擴(kuò)散板174。所述擴(kuò)散板174將下簇射板170中的內(nèi)部空間S5劃分成作為第一氣腔的上氣腔G1和作為第二氣腔的下氣腔G2。在下簇射板170的內(nèi)部空間S5中，經(jīng)由真空容器102的側(cè)壁102c中制作的開口172，將所述上氣腔G1向真空容器102的外部打開。從所述開口162，將第二氣體引入到所述下簇射板170的上氣腔G1中。在下簇射板170的下板材料171b中，制作多個注氣孔173。
在所述下簇射板170中，根據(jù)擴(kuò)散板174中開口174a的尺寸、數(shù)量、形狀等來調(diào)節(jié)上氣腔G1和下氣腔G2之間的氣流。在本實施例中，將擴(kuò)散板174中開口174a的每單位面積的孔徑比設(shè)置成，使得在下簇射板170中氣流的上游開口174a對該氣流的電導(dǎo)可以較小，而在下部簇射板170中氣流的下游開口174a對該氣流的電導(dǎo)可以較大。具體而言，在具有第二氣體的高流入壓力的氣流的上游，將擴(kuò)散板174的每單位面積的孔徑面積設(shè)置得較小，由此使電導(dǎo)更小。在具有第二氣體的低流入壓力的氣流的下游，將擴(kuò)散板174的每單位面積的孔徑面積設(shè)置得較大，由此使電導(dǎo)更大。從而使得可以從與擴(kuò)散板174的底面的幾乎整個區(qū)域?qū)?yīng)的區(qū)域，將第二氣體均勻地輸送到下氣腔G2中。結(jié)果是，從與下簇射板170的底面的幾乎整個區(qū)域?qū)?yīng)的區(qū)域，將第二氣體均勻地輸送到真空容器102中。
希望的是，所述下供氣系統(tǒng)107應(yīng)該保持在大約80℃到200℃范圍內(nèi)的溫度下。為了實現(xiàn)這個目標(biāo)，所述下供氣系統(tǒng)107可以設(shè)置有第三實施例的絕緣膜成形裝置1中包括的加熱裝置111或者第四實施例的絕緣膜成形裝置1中包括的加熱裝置111。
如上所述，使用本實施例的絕緣膜成形裝置1，使得能夠均勻地將第二氣體從該基板100的上方輸送到真空容器102中。因此，當(dāng)在待處理基板100上形成絕緣膜101時，可以實現(xiàn)良好的膜厚可控性和膜厚均勻性。
下文中，參考圖15，將要說明根據(jù)本發(fā)明第八實施例的絕緣膜成形裝置。
第八實施例的絕緣膜成形裝置1與第三實施例的絕緣膜成形裝置1的不同之處在于所述上供氣系統(tǒng)106。由于其余結(jié)構(gòu)與第三實施例相同，因此相同的部分用相同的附圖標(biāo)記來表示，并且省略對其進(jìn)行重復(fù)說明。
第八實施例的上供氣系統(tǒng)106與所述電介質(zhì)窗口103整體地形成。具體而言，在電介質(zhì)窗口103中，設(shè)置一個允許第一氣體流動的氣流通路181、將氣流通路181連接到真空容器102內(nèi)部的多條連接通路182，以及一個將氣流通路181連接到真空容器102外部的連接管183。通過切割所述電介質(zhì)窗口103，來形成所述氣流通路181和連接通路182。所述連接管183連接到氣流通路181。氣流通路181和連接管183構(gòu)成了第一氣體引入部分(上氣體引入部分)。連接通路182的開口端構(gòu)成了一個用于將第一氣體引入到真空容器102的注氣孔。
所述連接管183布置在通孔184中并且延伸到真空容器102的外部，所述通孔184制作在真空容器102的頂壁102a中。所述連接管183可以與電介質(zhì)窗口103形成為整體，或者與電介質(zhì)窗口103分離。在這種情況下，每一個電介質(zhì)窗口103的內(nèi)表面同樣起到電磁波入射面F的作用。由于其余結(jié)構(gòu)與第三實施例的絕緣膜成形裝置1相同，因此相同的部分用相同的附圖標(biāo)記來表示，并且省略對其進(jìn)行重復(fù)說明。
第八實施例的絕緣膜成形裝置1使得從第一供氣系統(tǒng)輸送的第一氣體在電介質(zhì)部件103附近能夠被有效地分解，并因此能夠有效地產(chǎn)生氧原子團(tuán)。
下文中，將要說明本發(fā)明的第九實施例。圖16示出了適合于在執(zhí)行根據(jù)第九實施例的絕緣膜成形方法中使用的等離子體處理裝置(絕緣膜成形裝置)。
所述絕緣膜成形裝置1包括，例如，第一處理腔202、第二處理腔203、加載腔205、卸載腔206、用作第一、第二和第三連接裝置的第一、第二和第三閘閥207、208、209，以及一個基板移動裝置(未示出)。
所述第一處理腔202包括一個作為處理容器的真空容器211a、一個或多個(例如，九個)電介質(zhì)部件212a、基板支撐臺213a、電磁波源215a、波導(dǎo)216a、天線218a、排氣系統(tǒng)214a和第一供氣系統(tǒng)219。所述第二處理腔203包括一個作為處理容器的真空容器211b、一個或多個(例如，九個)電介質(zhì)部件212b、基板支撐臺213b、電磁波源215b、波導(dǎo)216b、天線218b、排氣系統(tǒng)214b、第二供氣系統(tǒng)220和第三供氣系統(tǒng)221。在第九實施例中，在第一處理腔202中包含的真空容器211a、電介質(zhì)部件212a、基板支撐臺213a、排氣系統(tǒng)214a、電磁波源215a、波導(dǎo)216a和天線218a在結(jié)構(gòu)上分別與第二處理腔203中包含的真空容器211b、電介質(zhì)部件212b、基板支撐臺213b、排氣系統(tǒng)214b、電磁波源215b、波導(dǎo)216b和天線218b相同。
所述真空容器211a、211b被形成為使其具有如此的強(qiáng)度，以致于其內(nèi)部可以減壓到真空或接近于真空。可以使用金屬材料，諸如鋁，作為用于所述真空容器211a、211b的材料。在所述真空容器211a、211b的頂壁231a、231b中，設(shè)置所述電介質(zhì)部件212a、212b，以構(gòu)成真空容器211a、211b的壁的一部分。同樣形成這些電介質(zhì)部件212a、212b，使其具有如此的強(qiáng)度，以致于真空容器211a、211b的內(nèi)部可以減壓到真空或接近于真空?？梢允褂秒娊橘|(zhì)材料，諸如合成石英，作為用于所述電介質(zhì)部件212a、212b的材料。
具體而言，所述真空容器211a、211b的頂壁231a、231b在其中具有一個或多個(例如，九個)開口234a、234b。每一個開口234a、234b形成一個長而窄的空間，其截面的形狀幾乎為T形。以特定間距并行設(shè)置所述開口234a、234b。
以一一對應(yīng)的方式為所述開口234a、234b設(shè)置電介質(zhì)部件212a、212b。具體而言，將電介質(zhì)部件212a、212b形成為長而窄的部件，其截面的形狀幾乎為T形，以便分別與開口234a、234b咬合。電介質(zhì)部件212a、212b分別與開口234a、234b咬合，由此密閉地密封了所述開口234a、234b。結(jié)果是，在頂壁231a、231b中，并排設(shè)置這九個電介質(zhì)部件212a、212b，以構(gòu)成真空容器211a、211b的壁的一部分。此時，所述頂壁231a、231b不僅是真空容器211a、211b的壁的一部分，而且起到了支撐電介質(zhì)部件212a、212b的橫梁的作用。下文中，電介質(zhì)部件212a、212b被稱作電介質(zhì)窗口。
雖然未示出，所述真空容器211a、211b具有密封裝置，該密封裝置對頂壁231a、231b和電介質(zhì)窗口212a、212b之間的間隔進(jìn)行密封。每一個密封裝置具有，例如，在該壁中制作的、沿著它的外圍限定開口234a或234b的槽，以及在該槽內(nèi)嵌入的O形環(huán)。該密封裝置分別對限定開口234a、234b的壁和電介質(zhì)窗口212a、212b之間的間隔進(jìn)行密封。在真空容器211a、211b內(nèi)部，設(shè)置支撐待處理基板100的基板支撐臺213a、213b。
至于所述電磁波源215a、215b，例如，可以使用2.45GHz的電磁波源。天線218a、218b分別具有九個槽形波導(dǎo)天線217a、217b。在波導(dǎo)壁的一部分中具有狹逢狀槽235a、235b的槽形波導(dǎo)天線217a、217b，通過槽235a、235b附近發(fā)生的電磁耦合來發(fā)射電磁波。實際上，所述槽235a、235b起到天線的作用。以一一對應(yīng)的方式為電介質(zhì)窗口212a、212b設(shè)置所述槽形波導(dǎo)天線217a、217b。具體而言，并排設(shè)置所述槽形波導(dǎo)天線217a、217b，使其面向相應(yīng)的電介質(zhì)窗口212a、212b的外表面。
相鄰的槽形波導(dǎo)天線217a彼此相連。在這些槽形波導(dǎo)天線217a中，最靠近電磁波源215a的那一個經(jīng)由波導(dǎo)216a連接到電磁波源215a。類似地，相鄰的槽形波導(dǎo)天線217b彼此相連。在這些槽形波導(dǎo)天線217b中，最靠近電磁波源215b的那一個經(jīng)由波導(dǎo)216b連接到電磁波源215b。
其結(jié)果是，經(jīng)由波導(dǎo)216a、216b將電磁波源215a、215b處產(chǎn)生的電磁波導(dǎo)入至相應(yīng)的槽形波導(dǎo)天線217a、217b。導(dǎo)入至槽形波導(dǎo)天線217a、217b的電磁波是從槽235a、235b發(fā)射的，并且經(jīng)由電介質(zhì)窗口212a、212b進(jìn)入真空腔211a、211b。因此，在第一和第二處理腔202、203中，電介質(zhì)窗口212a、212b的內(nèi)表面分別構(gòu)成電磁波入射面F1、F2。
通常，由于槽形波導(dǎo)天線由金屬制成，因此，與由電介質(zhì)制成的天線相比，它們具有更低的介電損失，并且對大功率表現(xiàn)出高阻值的特性。此外，由于槽形波導(dǎo)天線具有簡單的結(jié)構(gòu)，并因此可以相對精確地設(shè)計它們的輻射特性，它們特別適合于大基板絕緣膜成形裝置。其中并排設(shè)置多個槽形波導(dǎo)天線的本實施例的絕緣膜成形裝置，特別適合于在用于，例如，大的方形液晶器件的大面積基板上形成絕緣膜的情況。所述天線并不限于槽形波導(dǎo)天線，只要它們能夠朝向所述真空容器發(fā)射電磁波即可。
所述排氣系統(tǒng)214a、214b具有設(shè)置在真空容器211a、211b中的排氣部分236a、236b，以便連接到真空容器211a、211b的內(nèi)部，以及真空排氣系統(tǒng)237a、237b。所述真空排氣系統(tǒng)237a、237b可以使用，例如，渦輪分子泵。通過操作該真空排氣系統(tǒng)237a、237b，可以將真空容器211a、211b抽空到特定的真空度。
第一處理腔202中包括的第一供氣系統(tǒng)219是用于將作為第一氣體的處理氣體引入到真空容器211a中。第二處理腔203中包括的第二供氣系統(tǒng)220是用于將處理氣體引入到真空容器211b中。第一供氣系統(tǒng)219和第二供氣系統(tǒng)220可以具有相同的結(jié)構(gòu)。
所述第一供氣系統(tǒng)219具有，例如，第一引氣管240a。類似地，所述第二供氣系統(tǒng)220具有，例如，第二引氣管240b。所述第一和第二引氣管240a、240b是由諸如鋁、不銹鋼，或鈦等的金屬，或者是由諸如氧化硅、氧化鋁，或氮化鋁的電介質(zhì)材料制成。當(dāng)考慮到第一和第二引氣管240a、240b對電磁場和等離子體的影響時，希望的是，所述第一和第二引氣管應(yīng)該由電介質(zhì)材料制成。然而，考慮到形成管的工藝，制作金屬材料的第一和第二引氣管240a、240b比較便宜并且容易。因此，當(dāng)所述第一和第二引氣管240a、240b是由金屬材料制成時，應(yīng)該在第一和第二引氣管240a、240b的外表面上形成絕緣膜。
沿著真空容器211a、211b的頂壁(橫梁)231a、231b的內(nèi)表面設(shè)置所述第一和第二引氣管240a、240b，并且所述第一和第二引氣管遠(yuǎn)離形成電介質(zhì)窗口212a、212b的區(qū)域。具體而言，所述第一引氣管240a具有多個管部241a和一個延伸部分242a。所述第二引氣管240b具有多個管部241b和一個延伸部分242b。所述多個管部241a、241b被布置成彼此平行，以便于沿著真空容器211a、211b的頂壁(橫梁)231a、231b的內(nèi)表面延伸。在所述管部241a的底面(基板側(cè))，以幾乎相等的間距在縱向上設(shè)置多個注氣孔243a。在所述管部241b的底面(基板側(cè))，以幾乎相等的間距在縱向上設(shè)置多個注氣孔243b。所述延伸部分242a被布置成使其與管部241a成直角并且將這些管部241a相互連接。類似地，延伸部分242b被布置成使其與管部241b成直角并且將這些管部241b相互連接。延伸部242a的一端經(jīng)由真空容器211a的頂壁231a延伸到真空容器211a的外部。延伸部分242b的一端經(jīng)由真空容器211b的頂壁231b延伸到真空容器211b的外部。可以將其中保存所述處理氣體的處理汽缸(未示出)可拆卸地設(shè)置到延伸部分242a的一端。類似地，可以將其中保存所述處理氣體的處理汽缸(未示出)可拆卸地設(shè)置到延伸部分242b的一端。
第二引氣管240b的管部241b中的注氣孔243b設(shè)置在離電磁波入射面F2的距離小于表面波等離子體的趨膚深度δ的位置。在本實施例中，如此形成所述第二引氣管240b，以使其中制作注氣孔243b的虛擬平面和電磁波入射面F2之間的距離小于10mm，例如，3mm。將所述第二引氣管240b布置成，使得所述注氣孔243b設(shè)置在電磁波入射面F的下方3mm處。
第二處理腔203中包括的第三供氣系統(tǒng)221是用于將作為第二氣體的絕緣膜成形氣體引入到真空容器211b中。第三供氣系統(tǒng)221被設(shè)置成比第二供氣系統(tǒng)220更靠近基板支撐臺213b。第三供氣系統(tǒng)221具有，例如，第三引氣管250。
第三引氣管250是由諸如鋁、不銹鋼，或鈦等的金屬，或者是由諸如氧化硅、氧化鋁，或氮化鋁的電介質(zhì)材料制成。在時間流逝直到放電開始時的等離子體達(dá)到表面波等離子體態(tài)期間的過渡狀態(tài)中，電磁波可能到達(dá)第三供氣系統(tǒng)221。因此，如果第三引氣管250是由金屬材料制成，則第三引氣管250可能會對過渡狀態(tài)中電磁場和等離子體造成影響。由于這個原因，當(dāng)考慮第三引氣管250對電磁波和等離子體的影響時，希望的是，第三引氣管250應(yīng)該由電介質(zhì)材料制成。當(dāng)?shù)谌龤夤苁怯山饘俨牧现瞥蓵r，希望的是，應(yīng)該在第三引氣管250上形成絕緣膜。
所述第三引氣管250具有，例如，一個環(huán)形部分251和一個延伸部分252。所述環(huán)形部分251被形成為使其稍大于待處理基板100的外緣。在所述環(huán)形部分251中，沿著它的周邊以幾乎相等的間距在其底面(基板側(cè)上)制作多個注氣孔253。延伸部分252的一端連接到環(huán)形部分251。延伸部分252的另一端經(jīng)由真空容器211b的頂壁231b延伸到真空容器211b的外部。可以將其中保存絕緣膜成形氣體的絕緣膜成形汽缸(未示出)可拆卸地設(shè)置到延伸部分252的另一端。
環(huán)形部分251中制作的注氣孔253被設(shè)置在離電磁波入射面F2的距離大于表面波等離子體的趨膚深度δ的位置。在本實施例中，如此形成第三引氣管250，以使其中制作注氣孔253的虛擬平面和電磁波入射面F2之間的距離L2為10mm或更大，例如，30mm。布置所述第三引氣管250，以使所述注氣孔253設(shè)置在電磁波入射面F2的下方30mm處。
至于所述絕緣膜成形氣體，如下所述，可以使用包括有機(jī)硅化合物或者有機(jī)金屬化合物的氣體。由于有機(jī)硅化合物氣體或者有機(jī)金屬化合物氣體具有比硅烷更高的沸點，所以容易液化。因此，當(dāng)使用包括有機(jī)硅化合物或者有機(jī)金屬化合物的氣體作為所述絕緣膜成形氣體時，為了將所述氣體穩(wěn)定地輸送到真空容器，希望的是，第三供氣系統(tǒng)應(yīng)該保持在適合的溫度，即，大約80℃到200℃范圍內(nèi)的溫度。由于這個原因，所述第三供氣系統(tǒng)可以設(shè)置有加熱裝置。
加載腔205的內(nèi)部以這樣一種方式經(jīng)由第一閘閥207連接到第一處理腔202的真空容器211a的內(nèi)部，即第一閘門207可以自由地關(guān)閉(gated)。第一處理腔202的真空容器211a的內(nèi)部以這樣一種方式經(jīng)由第二閘閥208連接到第二處理腔203的真空容器211b的內(nèi)部，即第二閘閥208可以自由地關(guān)閉。卸載腔206以這樣一種方式經(jīng)由第三閘閥209連接到第二處理腔203的真空容器211b的內(nèi)部，即第三閘閥209可以自由地關(guān)閉。
所述基板移動裝置用于移動(裝載進(jìn)和裝載出)待處理基板100。具體而言，采用該基板移動裝置，從加載腔205將基板100裝載到第一處理腔202，然后從第一處理腔202傳送到第二處理腔203，并且從第二處理腔203載出到所述卸載腔206。
第一處理腔202的真空容器211a的內(nèi)部可以經(jīng)由一個傳送腔連接到第二處理腔203的真空容器211b的內(nèi)部。雖然在這種絕緣膜成形裝置1中，加載腔205、第一處理腔202、第二處理腔203和卸載腔206連接成一條直線，但是加載腔205、第一處理腔202、第二處理腔203和卸載腔206的連接形式并不限于此。
接著，將要說明一種絕緣膜成形方法。絕緣膜的形成過程是按照以下順序?qū)⒋幚砘?00加載到第一處理腔202(氧化腔)、氧化處理、將該基板100從第一處理腔202傳送到第二處理腔203(薄膜成形腔)、薄膜成形處理，以及將基板100從第二處理腔203中卸載出來。在本實施例中，例如，使用硅晶圓來作為待處理基板100。
在加載腔205內(nèi)部放置待處理基板100，其待處理表面100a朝上。從加載腔205將基板100加載到第一腔202。作為打開和關(guān)閉閘閥207、基板100的傳送等等的結(jié)果，加載基板100大概需要20秒的時間。
操作第一處理腔102的排氣系統(tǒng)214a，由此從真空容器211a中排氣。之后，經(jīng)由第一供氣系統(tǒng)219將處理氣體輸送到真空容器211a。至于所述處理氣體，例如，使用氧氣或者氧氣和稀有氣體的混合氣體。所述稀有氣體包括氦氣、氖氣、氬氣、氪氣和氙氣中的至少一種。可以以10％到99％范圍內(nèi)的添加比將氦氣、氖氣、氬氣、氪氣或者氙氣添加到氧氣中。根據(jù)該添加比，可以增加基板100的氧化速度。在本實施例中，以這樣一種方式將處理氣體，即氪氣和氧氣的混合氣體輸送到真空容器211a，所述方式是氪氣的流速為388SCCM，氧氣的流速為12SCCM，并且總壓強(qiáng)為80Pa。大約需要60秒來使氣壓變穩(wěn)定。
在真空容器211a中的氣壓達(dá)到特定氣壓之后，開始電磁波的發(fā)射。在電磁波源215a處產(chǎn)生電磁波，并且經(jīng)由波導(dǎo)216a將電磁波發(fā)送到每一個槽形波導(dǎo)天線217a。發(fā)送到每一個槽形波導(dǎo)天線217a的電磁波，從槽形波導(dǎo)天線217a中的槽(狹縫狀開口)235a向著真空容器211a的內(nèi)部發(fā)射。朝向真空容器211a發(fā)射的電磁波穿過電介質(zhì)窗口212a，并且進(jìn)入真空容器211a。
已經(jīng)進(jìn)入所述真空容器211a中的電磁波激發(fā)所述處理氣體。當(dāng)電介質(zhì)窗口212a的電磁波入射面(底面)F1附近的等離子體中的電子密度增加到一定程度時，經(jīng)由電介質(zhì)窗口212a引入到真空容器211a中的電磁波不能在該等離子體中傳播，其結(jié)果是電磁波衰減。因此，電磁波不能到達(dá)與電介質(zhì)窗口212a的電磁波入射面F1分離的區(qū)域。結(jié)果是，在真空容器211a的電磁波入射面F1附近出現(xiàn)表面波等離子體。
在正在產(chǎn)生表面波等離子體的狀態(tài)中，在電介質(zhì)窗口212a附近得到了高的電子密度，其結(jié)果是產(chǎn)生了高密度活性氧原子。所述高密度活性氧原子一直擴(kuò)散到該基板100，從而有效地對該基板100進(jìn)行氧化。結(jié)果是，在待處理表面100a，或者說在該基板100的頂面上形成第一絕緣膜101。在正在產(chǎn)生表面波等離子體的狀態(tài)中，由于基板100的表面附近的電子溫度低(電子能量低)，基板100的表面附近的屏蔽電場同樣很弱。這減小了離子對該基板100的入射能量，從而抑制了待處理基板100的氧化處理中對該基板100的離子損傷。在本實施例中，采用3W/cm2的功率密度以及163秒的處理時間，得到了膜厚大約為3nm的氧化膜(第一絕緣膜101)。
打開閘閥208，并且將第一處理腔202中經(jīng)過氧化的基板100傳送到第二處理腔203。作為打開和關(guān)閉閘閥208、基板100的傳送等等的結(jié)果，基板100的傳送過程大概需要40秒的時間。希望的是，將基板100從第一處理腔202移動到第二處理腔203的過程應(yīng)該在真空下進(jìn)行。即，希望的是，在真空容器211a和211b抽成真空的情況下移動該基板。在真空下將基板100從第一處理腔202移動到第二處理腔203，這種方式抑制了通過氧化形成的第一絕緣膜(氧化物膜)101和之后通過CVD形成的第二絕緣膜(氧化物膜)102之間的界面的污染，從而增加了第一絕緣膜101和第二絕緣膜102之間的界面的可靠性。
不僅經(jīng)由第二供氣系統(tǒng)202將所述處理氣體引入到第二處理腔203的真空容器211b中，而且經(jīng)由第三供氣系統(tǒng)221將第二氣體引入到所述真空容器211b中。至于所述處理氣體，例如，使用氧氣或者氧氣和稀有氣體的混合氣體，所述稀有氣體包括氦氣、氖氣、氬氣、氪氣和氙氣中的至少一種。至于所述絕緣膜成形氣體，例如，使用包括硅烷、一種有機(jī)硅化合物(例如四烷氧基硅烷、乙烯基烷氧基硅烷、烷基三烷氧基硅烷、苯基三烷氧基硅烷、聚甲基二硅氧烷或聚甲基環(huán)四硅氧烷)、或者一種有機(jī)金屬化合物(例如三甲基鋁、三乙基鋁、四丙氧基鋯、五乙氧基鉭或四丙氧基鉿)的氣體。在本實施例中，使用氧氣作為所述處理氣體，并且使用四乙氧基硅烷，即一種四烷氧基硅烷，作為所述絕緣膜成形氣體。以400SCCM的流速將作為處理氣體的氧氣輸送到真空腔211b，并且以10SCCM的流速將作為絕緣膜成形氣體的四乙氧基硅烷輸送到真空腔211b，直到總的壓強(qiáng)達(dá)到80Pa。
在真空容器211b中的氣壓達(dá)到特定氣壓之后，開始電磁波的發(fā)射。在電磁波源215b處產(chǎn)生電磁波，并且經(jīng)由波導(dǎo)216b將電磁波發(fā)送到每一個槽形波導(dǎo)天線217b。發(fā)送到每一個槽形波導(dǎo)天線217b的電磁波，從槽形波導(dǎo)天線217b中的槽(狹縫狀開口)235b向著真空容器211b的內(nèi)部發(fā)射。朝向真空容器211b發(fā)射的電磁波穿過電介質(zhì)窗口212b，并且進(jìn)入真空容器211b。
已經(jīng)進(jìn)入所述真空容器211b中的電磁波激發(fā)所述處理氣體。當(dāng)電介質(zhì)窗口212b的電磁波入射面(底面)F2附近的等離子體中的電子密度增加到一定程度時，經(jīng)由電介質(zhì)窗口212b引入到真空容器211b中的電磁波不能在該等離子體中傳播，其結(jié)果是電磁波衰減。因此，電磁波不能到達(dá)與電介質(zhì)窗口212b的電磁波入射面F2分離的區(qū)域。結(jié)果是，在真空容器211a的電磁波入射面F2附近出現(xiàn)表面波等離子體。在正在產(chǎn)生表面波等離子體的狀態(tài)中，所述表面波等離子體有效地產(chǎn)生作為活性物質(zhì)的氧原子團(tuán)。
產(chǎn)生的氧原子團(tuán)以擴(kuò)散通量的形式一直流動到其中已經(jīng)引入了絕緣膜成形氣體的區(qū)域，并且與四乙氧基硅烷進(jìn)行反應(yīng)。結(jié)果是，增強(qiáng)了四乙氧基硅烷的分解，促使氧化硅淀積在待處理基板100上。因此，在第一絕緣膜101上形成了第二絕緣膜(通過CVD技術(shù)形成的氧化硅膜)102。
由于將絕緣膜成形氣體引入得比所述處理氣體更接近于該基板100，因此電磁波被高密度等離子體屏蔽，并且電磁波難以到達(dá)其中已經(jīng)引入了絕緣膜成形氣體的區(qū)域。因此，四乙氧基硅烷不容易被所述電磁波過度分解。在正在產(chǎn)生表面波等離子體的狀態(tài)中，由于基板100的表面附近的電子溫度低(電子能量低)，基板100的表面附近的屏蔽電場同樣很弱。這減小了離子對該基板100的入射能量，從而抑制了在形成第二絕緣膜102的過程中對該基板100和第一絕緣膜101的離子損傷。在本實施例中，采用3W/cm2的功率密度時，以大約45nm/min的薄膜成形速度淀積氧化硅。
此外，在使用氪氣和氧氣的混合氣體作為所述處理氣體的情況下，當(dāng)以388SCCM的流速將氪氣并且以12SCCM的流速將氧氣輸送到真空容器211b中，使其相互混合，并且以10SCCM將作為所述絕緣膜成形氣體的四乙氧基硅烷，即一種四烷氧基硅烷輸送到真空容器211b中時，采用3W/cm2的功率密度，在80Pa的總壓強(qiáng)下，以大約45nm/min的薄膜成形速度淀積氧化硅。
從第二處理腔203中將基板100卸載出來。作為打開和關(guān)閉閘閥209、基板100的傳送等等的結(jié)果，基板的卸載過程通常需要20秒的時間。然后，基板100上絕緣膜的形成過程結(jié)束。
如上所述，在本實施例的絕緣膜成形方法中，通過利用活性氧原子對基板100的待處理表面100a進(jìn)行氧化，從而形成第一絕緣膜101之后，通過利用表面波等離子體的化學(xué)汽相淀積，在第一絕緣膜101上形成第二絕緣膜102，由此在該基板100上形成絕緣膜。因此，能夠在該基板100上形成高質(zhì)量的絕緣膜，同時抑制對該基板100和基板100上形成的絕緣膜(第一絕緣膜101和第二絕緣膜102的疊層膜)的損傷。
下文中，將要說明本發(fā)明的第十實施例。圖17示出了適合于在執(zhí)行與第十實施例相關(guān)的絕緣膜成形方法時使用的絕緣膜成形裝置。
絕緣膜成形裝置260包括，例如，處理腔204、加載腔205、卸載腔206、用作第一和第二連接裝置的第一和第二閘閥210、211，以及基板移動裝置(未示出)。
所述處理腔204包括作為處理容器的真空容器261、一個或多個(例如，九個)電介質(zhì)部件262、基板支撐臺263、高頻電源265、波導(dǎo)266、天線268、排氣系統(tǒng)264、第一供氣系統(tǒng)269和第二供氣系統(tǒng)270。在本實施例中，在處理腔204中包含的真空容器261、電介質(zhì)部件262、基板支撐臺263、排氣系統(tǒng)264、高頻電源265、波導(dǎo)266和天線268在結(jié)構(gòu)上分別與第九實施例的絕緣膜成形裝置1中包含的真空容器211a、211b，電介質(zhì)部件212a、212b，基板支撐臺213a、213b，排氣系統(tǒng)214a、214b，電磁波源215a、215b，波導(dǎo)216a、216b和天線218a、218b相同，因此將省略對它們進(jìn)行的說明。此外，第一供氣系統(tǒng)269可以具有與第九實施例的絕緣膜成形裝置1中包含的第一和第二供氣系統(tǒng)219、220相同的結(jié)構(gòu)，因此省略對其進(jìn)行重復(fù)的說明。
在圖17中，數(shù)字291表示與引氣管240b對應(yīng)的一個引氣管，數(shù)字292表示與管部241b對應(yīng)的一個管部，數(shù)字293表示與延伸部分242b對應(yīng)的一個延伸部分，數(shù)字294表示與注氣孔243b對應(yīng)的一個注氣孔，數(shù)字296表示與開口234b對應(yīng)的一個開口，數(shù)字297表示與槽235b對應(yīng)的一個槽(天線)，數(shù)字298表示與排氣部分236b對應(yīng)的一個排氣部分，數(shù)字299表示與真空排氣系統(tǒng)237b對應(yīng)的一個真空排氣系統(tǒng)，并且參考符號F表示電磁波入射面。
第二供氣系統(tǒng)270是由諸如鋁、不銹鋼，或鈦等的金屬，或者是由諸如氧化硅、氧化鋁，或氮化鋁的電介質(zhì)制成。希望的是，第二供氣系統(tǒng)270應(yīng)該由電介質(zhì)材料制成。其原因與希望第九實施例的絕緣膜成形裝置1中包括的第三供氣系統(tǒng)221應(yīng)該由電介質(zhì)材料制成的理由一樣。
第二供氣系統(tǒng)270具有一個作為氣體引入部分的簇射板280。將所述簇射板280形成為中空的形狀，并且允許所述處理氣體流過內(nèi)部空間S。簇射板280的一端280a經(jīng)由真空容器261的頂壁295延伸到真空容器261的外部。可以將其中保存絕緣膜成形氣體的絕緣膜成形汽缸(未示出)可拆卸地設(shè)置到簇射板280的一端280a。在簇射板280中，制作大量流動孔281，以允許處理氣體或者氧原子團(tuán)流動。此外，在簇射板280的壁中，制作大量注氣孔282。將引入到簇射板280的內(nèi)部空間S的絕緣膜成形氣體，從所述注氣孔282注入到真空容器261中。
接著，將要說明一種絕緣膜成形方法。絕緣膜的形成過程是按照以下順序?qū)⒋幚砘?00加載到真空容器261、氧化處理、薄膜成形處理、將基板100從真空容器261中卸載出來，以及清洗真空容器261的內(nèi)部的處理。在本實施例中，例如，使用硅晶圓作為待處理基板100。
在加載腔205內(nèi)部放置待處理基板100，其待處理表面100a朝上。從加載腔205將基板100加載到處理腔204的真空容器261中。作為打開和關(guān)閉閘閥210、基板100的傳送等等的結(jié)果，加載基板100大概需要20秒的時間。
操作排氣系統(tǒng)264，由此從真空容器261中排氣。之后，經(jīng)由第一供氣系統(tǒng)269將處理氣體輸送到真空容器261。至于所述處理氣體，例如，使用氧氣或者氧氣和稀有氣體的混合氣體。所述稀有氣體包括氦氣、氖氣、氬氣、氪氣和氙氣中的至少一種。可以以10％到99％范圍內(nèi)的添加比將氦氣、氖氣、氬氣、氪氣或者氙氣添加到氧氣中。根據(jù)該添加比，可以增加基板100的氧化速度。在本實施例中，使用氧氣作為所述處理氣體。以400SCCM的流速將氧氣輸送到真空容器211a，直到總壓強(qiáng)達(dá)到80Pa。大約需要60秒來使氣壓變穩(wěn)定。
在真空容器261中的氣壓達(dá)到特定氣壓之后，開始電磁波的發(fā)射。在高頻電源265處產(chǎn)生電磁波，并且經(jīng)由波導(dǎo)266將電磁波發(fā)送到每一個槽形波導(dǎo)天線267。發(fā)送到每一個槽形波導(dǎo)天線267的電磁波，從槽形波導(dǎo)天線267中的槽(狹縫狀開口)297向著真空容器261的內(nèi)部發(fā)射。朝向真空容器261發(fā)射的電磁波穿過電介質(zhì)窗口262，并且進(jìn)入真空容器261。
已經(jīng)進(jìn)入所述真空容器261中的電磁波激發(fā)作為所述處理氣體的氧氣。當(dāng)電介質(zhì)窗口262的電磁波入射面(底面)F附近的等離子體中的電子密度增加到一定程度時，經(jīng)由電介質(zhì)窗口262引入到真空容器261中的電磁波不能在該等離子體中傳播，其結(jié)果是電磁波衰減。因此，電磁波不能到達(dá)與電介質(zhì)窗口262的電磁波入射面F分離的區(qū)域。結(jié)果是，在真空容器261的電磁波入射面F附近出現(xiàn)表面波等離子體。
在正在產(chǎn)生表面波等離子體的狀態(tài)中，在電介質(zhì)窗口262附近得到了高的電子密度，其結(jié)果是產(chǎn)生了高密度活性氧原子。所述高密度活性氧原子一直擴(kuò)散到該基板100，有效地將該基板100氧化。結(jié)果是，在待處理表面100a，或者說在該基板100的頂面上形成第一絕緣膜101。在正在產(chǎn)生表面波等離子體的狀態(tài)中，由于基板100的表面附近的電子溫度低(電子能量低)，基板100的表面附近的屏蔽電場同樣很弱。這減小了離子對該基板100的入射能量，從而抑制了待處理基板100的氧化處理中對該基板100的離子損傷。在本實施例中，采用3W/cm2的功率密度以及30秒的處理時間，得到了膜厚大約為2nm的氧化物膜(第一絕緣膜101)。
繼續(xù)輸送處理氣體，促使用于氧化處理中的等離子體持續(xù)放電。在這種狀態(tài)下，從第二供氣系統(tǒng)270將絕緣膜成形氣體輸送到真空容器261。至于所述絕緣膜成形氣體，例如，使用包括硅烷、一種有機(jī)硅化合物(例如四烷氧基硅烷、乙烯基烷氧基硅烷、烷基三烷氧基硅烷、苯基三烷氧基硅烷、聚甲基二硅氧烷或聚甲基環(huán)四硅氧烷)、或者一種有機(jī)金屬化合物(例如三甲基鋁、三乙基鋁、四丙氧基鋯、五乙氧基鉭或四丙氧基鉿)的氣體。在本實施例中，仍然使用氧氣作為所述處理氣體，并且使用四乙氧基硅烷，即一種四烷氧基硅烷，作為所述絕緣膜成形氣體。以400SCCM的流速將作為處理氣體的氧氣輸送到真空容器211b，并且以10SCCM的流速將作為絕緣膜成形氣體的四乙氧基硅烷輸送到真空容器211b，直到總的壓強(qiáng)達(dá)到80Pa。
由于繼續(xù)輸送處理氣體，促使用于氧化處理中的等離子體持續(xù)放電，因此從薄膜成形處理一開始，就有效地產(chǎn)生氧原子團(tuán)。產(chǎn)生的氧原子團(tuán)以擴(kuò)散通量的形式一直流動到其中已經(jīng)引入了絕緣膜成形氣體的區(qū)域，并且與四乙氧基硅烷進(jìn)行反應(yīng)。結(jié)果是，增強(qiáng)了四乙氧基硅烷的分解，促使氧化硅淀積在待處理基板100上。因此，在第一絕緣膜101上形成了第二絕緣膜(通過CVD技術(shù)形成的氧化硅膜)102。
由于將絕緣膜成形氣體引入得比所述處理氣體更接近于該基板100，因此電磁波被高密度等離子體屏蔽，并且電磁波難以到達(dá)其中已經(jīng)引入了絕緣膜成形氣體的區(qū)域。因此，四乙氧基硅烷不容易被所述電磁波過度分解。在正在產(chǎn)生表面波等離子體的狀態(tài)中，由于基板100的表面附近的電子溫度低(電子能量低)，基板100的表面附近的屏蔽電場同樣很弱。這減小了離子對該基板100的入射能量，從而抑制了在形成第二絕緣膜102的過程中對該基板100和第一絕緣膜101的離子損傷。在本實施例中，采用1.5W/cm2的功率密度，以大約27nm/min的薄膜成形速度淀積氧化硅。
當(dāng)在氧化處理結(jié)束之后暫時停止等離子體放電，然后在開始薄膜成形處理之后(或者在開始輸送絕緣膜成形氣體之后)繼續(xù)等離子體放電時，在開始放電之后緊接著的過渡期間內(nèi)，絕緣膜成形氣體分解不充分，這可能使得在第一絕緣膜上淀積一個質(zhì)量差的絕緣膜。
相反，如本實施例中，當(dāng)氧化處理之后開始薄膜成形處理時，使等離子體保持放電，因此可以使從薄膜成形處理開始時形成的第二絕緣膜102的薄膜質(zhì)量變得穩(wěn)定。
由于等離子體態(tài)的波動導(dǎo)致薄膜質(zhì)量的波動，因此希望的是，等離子體態(tài)應(yīng)該盡可能地保持穩(wěn)定。具體而言，當(dāng)氧化處理完成之后暫時停止輸送處理氣體，然后在開始薄膜成形處理之后(或者在開始輸送絕緣膜成形氣體之后)繼續(xù)輸送處理氣體，從而使得等離子體態(tài)在薄膜成形處理開始時發(fā)生波動。
相反，如本實施例中，當(dāng)開始薄膜成形處理時，繼續(xù)輸送處理氣體，因此從薄膜成形處理的開始起就能使等離子體態(tài)保持穩(wěn)定，從而使得形成的第二絕緣膜102的薄膜質(zhì)量可以保持穩(wěn)定。
此外，為了從薄膜成形處理的開始起就能使等離子體態(tài)保持穩(wěn)定，在薄膜成形處理中，在開始輸送氣體時應(yīng)該將絕緣膜成形氣體的流速設(shè)置成小于處理氣體的流速。優(yōu)選地是，絕緣膜成形氣體的流速在總流速的10％以內(nèi)。這使得等離子體中的波動可以變小。當(dāng)增加第二處理氣體的流速時，希望的是，第二處理氣體的流速應(yīng)該逐步增加，以防止等離子體態(tài)的快速波動。
在完成薄膜成形處理之后，將基板100從真空容器261中卸載出來。作為打開和關(guān)閉閘閥211、基板100的傳送等等的結(jié)果，基板100的卸載過程通常需要20秒的時間。
在基板從真空容器261卸載出去之后，開始清洗真空容器261內(nèi)部的處理。即，去除薄膜成形處理中淀積到真空容器261內(nèi)部的絕緣膜。結(jié)果是，即使是順次地在基板100上形成絕緣膜，后續(xù)基板100的氧化處理也可以穩(wěn)定地進(jìn)行。所述清洗工藝可以通過從第一或第二供氣系統(tǒng)269、270引入蝕刻氣體，例如三氟化氮，并且利用電磁波將其激發(fā)來進(jìn)行。這完成了在基板100上形成絕緣膜的過程。
在本實施例中，由于氧化處理和薄膜成形處理是在同一個真空容器261中順次地進(jìn)行，因此不需要在從氧化處理進(jìn)行到薄膜成形處理時移動該基板100。因此，每次加工基板時，可以將處理時間縮短大約40秒。
如上所述，與第九實施例類似，第十實施例的絕緣膜成形方法使得能夠在待處理基板100上形成高質(zhì)量的絕緣膜，同時抑制對該基板100和基板100上形成的絕緣膜(第一絕緣膜101和第二絕緣膜102的疊層膜)造成的損傷。
此外，在第十實施例的絕緣膜成形方法中，形成第一絕緣膜101的步驟包括不僅設(shè)置基板100，而且輸送處理氣體，通過利用真空容器261中的所述處理氣體產(chǎn)生表面波等離子體，從而產(chǎn)生活性氧原子，并且通過利用所述活性氧原子來氧化基板100的待處理表面100a，從而在基板100上形成第一絕緣膜101的步驟。此外，形成第二絕緣膜102的步驟包括在不僅將處理氣體連續(xù)地輸送到真空容器261，而且使表面波等離子體保持持續(xù)放電的同時，進(jìn)一步將絕緣膜成形氣體輸送到真空容器261，并且通過利用表面波等離子體的CVD技術(shù)在第一絕緣膜101上淀積氧化物，從而在第一絕緣膜101上形成第二絕緣膜102的步驟。
因此，不僅能夠抑制在處理期間對基板100造成的損傷和對基板100的污染，形成高質(zhì)量的絕緣膜，而且還能夠縮短處理時間。
本發(fā)明的絕緣膜成形方法、絕緣膜成形裝置和等離子體膜成形裝置并不限于上述實施例。在不脫離本發(fā)明的精神和實質(zhì)特征的情況下，可以以其它方式來實踐或?qū)嵤┍景l(fā)明。
對本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，其他的優(yōu)點和修改例將是易于想到的。因此，就其更廣的范圍而言，本發(fā)明并不限于這里示出和介紹的具體細(xì)節(jié)和典型實施例。因此，在不脫離由附屬權(quán)利要求和它們的等價物所限定的總的發(fā)明構(gòu)思的精神或者范圍的情況下，可以做出各種修改。
權(quán)利要求
1.一種使用等離子體膜成形裝置的絕緣膜成形方法，該等離子體膜成形裝置包括具有電磁波入射面的處理容器、布置在該處理容器中的第一氣體引入開口，以及在該處理容器中的第二氣體引入開口，該第二氣體引入開口制作在比所述第一氣體引入開口更加遠(yuǎn)離該電磁波入射面的位置處，所述絕緣膜成形方法的特征在于包括從該處理容器中的所述第一氣體引入開口輸送用于產(chǎn)生等離子體的第一氣體；以及從該處理容器中的所述第二氣體引入開口輸送第二氣體，該第二氣體包括有機(jī)硅化合物氣體和有機(jī)金屬化合物氣體中的至少一種以及氧氣和稀有氣體中的至少一種。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣膜成形方法，其特征在于，將有機(jī)硅化合物氣體和有機(jī)金屬化合物氣體中的至少一種氣體輸送到所述處理容器的流速設(shè)置為超過將所述第二氣體從所述第二氣體引入開口輸送到所述處理容器的總流速的70％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣膜成形方法，其特征在于，所述稀有氣體包括氦氣、氖氣、氬氣、氪氣和氙氣中的至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣膜成形方法，其特征在于，所述第一氣體包括氧氣和稀有氣體中的至少一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣膜成形方法，其特征在于，進(jìn)一步包括通過促使從槽形波導(dǎo)天線發(fā)射的電磁波經(jīng)由所述電磁波入射面進(jìn)入所述處理容器中，從而在所述處理容器中的電磁波入射面附近產(chǎn)生表面波等離子體。
6.一種等離子體膜成形裝置，其特征在于，包括電磁波源，其輸出用于產(chǎn)生等離子體的電磁波；具有電磁波入射面的處理容器，該電磁波入射面經(jīng)由一個電磁波供給波導(dǎo)連接到該電磁波源；第一氣體引入開口，其制作在該處理容器中，并且輸送作為等離子體產(chǎn)生氣體的第一氣體；以及第二氣體引入開口，其設(shè)置成比所述第一氣體引入開口更加遠(yuǎn)離該電磁波入射面，并且所述第二氣體引入開口輸送包括有機(jī)硅化合物氣體和有機(jī)金屬化合物氣體中的一種以及氧氣和稀有氣體中的至少一種的氣體。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的等離子體膜成形裝置，其特征在于，所述第一氣體引入開口被設(shè)置在離所述電磁波入射面的距離小于10mm的位置，而所述第二氣體引入開口被設(shè)置成離所述電磁波入射面的距離為10mm或者更遠(yuǎn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的等離子體膜成形裝置，其特征在于，所述第二氣體引入開口設(shè)置在一個環(huán)形部件中，該環(huán)形部件被形成為使其外部形狀大于待處理物體的外緣。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的等離子體膜成形裝置，其特征在于，當(dāng)所述待處理物體的外部形狀是圓形時，所述環(huán)形部件為圓形，而當(dāng)所述待處理物體的外部形狀是方形時，所述環(huán)形部件為方形。
10.一種絕緣膜成形方法，其特征在于，包括在具有使電磁波進(jìn)入的電磁波入射面的處理容器中設(shè)置一個待處理基板；不僅從離該電磁波入射面的距離小于10mm的位置將包括稀有氣體和氧氣中的至少一種的第一氣體引入到所述處理容器中，而且從離該電磁波入射面的距離為10mm或更遠(yuǎn)的位置與所述第一氣體分開地、將包括有機(jī)硅化合物的第二氣體引入到所述處理容器中；以及通過促使電磁波通過該電磁波入射面進(jìn)入該處理容器，利用該處理容器中的所述第一和第二氣體產(chǎn)生表面波等離子體，從而在該基板上淀積氧化硅。
11.一種絕緣膜成形方法，其特征在于，包括在具有使電磁波進(jìn)入的電磁波入射面的處理容器中設(shè)置一個待處理基板；不僅從離該電磁波入射面的距離小于10mm的位置將包括稀有氣體和氧氣中的至少一種的第一氣體引入到所述處理容器中，而且從離該電磁波入射面的距離為10mm或更遠(yuǎn)的位置與所述第一氣體分開地、將包括有機(jī)金屬化合物的第二氣體引入到所述處理容器中；以及通過促使電磁波通過該電磁波入射面進(jìn)入該處理容器，利用該處理容器中的所述第一和第二氣體產(chǎn)生表面波等離子體，從而在該基板上淀積金屬氧化物。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的絕緣膜成形方法，其特征在于，所述第一氣體包括以下稀有氣體氦氣、氖氣、氬氣、氪氣和氙氣中的至少一種。
13.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的絕緣膜成形方法，其特征在于，所述第一氣體包括氧氣，并且將氧氣輸送到所述處理容器的流速被設(shè)置成大于將所述第二氣體輸送到所述處理容器的流速。
14.一種絕緣膜成形裝置，其特征在于，包括一個處理容器，其具有使電磁波進(jìn)入的電磁波入射面，并且使得可以在該處理容器中設(shè)置待處理基板；第一供氣系統(tǒng)，具有第一氣體引入部分，該第一氣體引入部分將包括稀有氣體和氧氣中的至少一種的第一氣體輸送到該處理容器中，并且該第一供氣系統(tǒng)設(shè)置在該處理容器中；以及第二供氣系統(tǒng)，具有第二氣體引入部分，該第二氣體引入部分將包括有機(jī)硅化合物或者有機(jī)金屬化合物的第二氣體輸送到該處理容器中，并且該第二供氣系統(tǒng)設(shè)置在該處理容器中，該第一氣體引入部分和該電磁波入射面之間的距離被設(shè)置成小于10mm，該第二氣體引入部分和該電磁波入射面之間的距離被設(shè)置成10mm或更大，并且能夠利用該處理容器中的第一氣體和第二氣體來產(chǎn)生表面波等離子體。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的絕緣膜成形裝置，其特征在于，所述天線具有一個或多個槽形波導(dǎo)天線。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的絕緣膜成形裝置，其特征在于，多個槽形波導(dǎo)天線被并排設(shè)置，使其面向所述電介質(zhì)部件的外表面。
17.一種絕緣膜成形方法，其特征在于，包括通過利用第一氣體產(chǎn)生的活性氧原子將該基板的待處理表面氧化，從而在該基板上形成第一絕緣膜；以及通過促使從表面波等離子體產(chǎn)生的活性物質(zhì)使輸送到該基板附近的第二氣體進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，從而在該第一絕緣膜上形成第二絕緣膜。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的絕緣膜成形方法，其特征在于，通過利用電磁波激發(fā)該第一氣體產(chǎn)生的表面波等離子體來產(chǎn)生所述活性氧原子。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的絕緣膜成形方法，其特征在于，在一個處理容器中順次地進(jìn)行形成第一絕緣膜的步驟和形成第二絕緣膜的步驟。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的絕緣膜成形方法，其特征在于，形成第一絕緣膜的步驟包括將所述第一氣體輸送到其中已經(jīng)加載了該基板的該處理容器，通過利用該處理容器中的第一氣體產(chǎn)生表面波等離子體，從而產(chǎn)生活性氧原子，以及通過利用該活性氧原子將該基板的待處理表面氧化，從而在該基板上形成所述第一絕緣膜，以及形成第二絕緣膜的步驟包括，在將第一氣體連續(xù)地輸送到該處理容器并且通過表面波等離子體連續(xù)地進(jìn)行等離子體放電的同時，進(jìn)一步將第二氣體輸送到該處理容器，由此在所述第一絕緣膜上形成所述第二絕緣膜。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的絕緣膜成形方法，其特征在于，分別輸送所述第一氣體和所述第二氣體。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的絕緣膜成形方法，其特征在于，當(dāng)輸送所述第二氣體時，將所述第一氣體的流速設(shè)置成大于所述第二氣體的流速。
23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的絕緣膜成形方法，其特征在于，當(dāng)輸送所述第二氣體時，逐步增加第二氣體的輸送量。
24.根據(jù)權(quán)利要求20所述的絕緣膜成形方法，其特征在于，所述第一氣體是氧氣或者是包括氧氣和稀有氣體的混合氣體。
25.根據(jù)權(quán)利要求20所述的絕緣膜成形方法，其特征在于，所述第二氣體包括硅烷、有機(jī)硅化合物和有機(jī)金屬化合物中的至少一種。
26.根據(jù)權(quán)利要求17所述的絕緣膜成形方法，其特征在于，該待處理基板至少在其暴露在外的區(qū)域的一部分中具有一個半導(dǎo)體區(qū)域，并且使用該半導(dǎo)體區(qū)域的表面作為所述待處理表面。
27.根據(jù)權(quán)利要求20所述的絕緣膜成形方法，其特征在于，進(jìn)一步包括將通過化學(xué)汽相淀積技術(shù)淀積到該處理容器內(nèi)部的絕緣膜去除的步驟。
全文摘要
利用一種等離子體膜成形裝置(1a)形成一個絕緣膜(101)，該等離子體膜成形裝置(1a)包括具有電磁波入射面F的真空容器(2)、制作在該真空容器(2)中的第一注氣孔(42)，以及在該真空容器(2)中制作的第二注氣孔(52)，該第二注氣孔(52)比第一注氣孔(42)更加遠(yuǎn)離該電磁波入射面F。例如，從離電磁波入射面F的距離小于10mm的位置將第一氣體引入到該真空容器(2)中。從離該電磁波入射面的距離為10mm或更遠(yuǎn)的位置將包括有機(jī)硅化合物的第二氣體引入到該真空容器(2)中。
文檔編號C23C16/455GK1670913SQ20051005914
公開日2005年9月21日 申請日期2005年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月19日
發(fā)明者佐佐木厚, 東和文, 井出哲也, 中田行彥 申請人:株式會社液晶先端技術(shù)開發(fā)中心