CN110073031A - 具有角部hcg的扩散器 - Google Patents
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Abstract
本公开内容大体涉及一种用于确保沉积均匀性的气体分配板。所述气体分配板在下游侧上具有多个凹进部分，以确保在处理腔室的角部区域中的均匀沉积。
Description
技术领域
本发明的实施方式大体涉及一种用于经设计用于补偿沉积非均匀性的化学气相沉积(CVD)***的气体分配板。
背景技术
等离子体增强化学气相沉积(PECVD)是长期用于将膜沉积到半导体基板上的沉积方法。PECVD最近已经用于在大面积基板上沉积膜，所述大面积基板诸如太阳能电池板基板、平板显示器基板和大面积薄膜晶体管基板。市场力量继续驱使降低平板显示器的成本，同时增加基板的尺寸。在平板显示器工艺中，基板尺寸大于1平方米并不罕见。
气体分配板可以用于确保沉积等离子体在整个处理腔室中均匀分布。等离子体的均匀分布可有助于在整个基板上的膜均匀性。然而，随着基板尺寸的增加，在处理腔室内获得等离子体的均匀分布可能是有挑战性的。
因此，本领域中需要一种改进的气体分配板。
发明内容
本公开内容大体涉及一种用于确保沉积均匀性的气体分配板。在一个实施方式中，板包括扩散器主体，扩散器主体具有上游表面、下游表面、四个侧部和四个角部，扩散器主体具有从上游表面延伸到下游表面的多个气体通道，每个气体通道包括中空阴极腔(hollow cathode cavity)：中心中空阴极腔设置在扩散器主体的中心附近；角部中空阴极腔设置在扩散器主体的角部附近，角部中空阴极腔大于中心中空阴极腔；第一中空阴极腔设置在中心中空阴极腔与角部中空阴极腔之间的位置处，第一中空阴极腔的尺寸大于中心中空阴极腔并且尺寸小于角部中空阴极腔；和第二中空阴极腔设置在角部中空阴极腔与第一中空阴极腔之间的位置处，第二中空阴极腔的尺寸小于角部中空阴极腔并且尺寸小于第一中空阴极腔。
在另一个实施方式中，一种气体分配板包括扩散器主体，扩散器主体具有上游表面、下游表面、四个侧部和四个角部，扩散器主体具有从上游表面延伸到下游表面的多个气体通道，每个气体通道包括中空阴极腔：中心中空阴极腔设置在扩散器主体的中心附近；侧部中空阴极腔设置在扩散器主体的侧部附近，侧部中空阴极腔大于中心中空阴极腔；第一中空阴极腔设置在中心中空阴极腔与侧部中空阴极腔之间的位置处，第一中空阴极腔的尺寸大于中心中空阴极腔并且尺寸小于侧部中空阴极腔；和第二中空阴极腔设置在侧部中空阴极腔与第一中空阴极腔之间的位置处，第二中空阴极腔的尺寸小于侧部中空阴极腔并且尺寸小于第一中空阴极腔。
在另一个实施方式中，等离子体处理腔室包括：腔室主体；基板支撑件，设置在腔室主体内；和气体分配板，设置在腔室主体内并面向基板支撑件，气体分配板包括：扩散器主体，具有上游表面、下游表面、四个侧部和四个角部，扩散器主体具有从上游表面延伸到下游表面的多个气体通道，每个气体通道包括中空阴极腔：中心中空阴极腔设置在扩散器主体的中心附近；角部中空阴极腔设置在扩散器主体的角部附近，角部中空阴极腔大于中心中空阴极腔；第一中空阴极腔设置在中心中空阴极腔与角部中空阴极腔之间的位置处，第一中空阴极腔的尺寸大于中心中空阴极腔并且尺寸小于角部中空阴极腔；和第二中空阴极腔设置在角部中空阴极腔与第一中空阴极腔之间的位置处，第二中空阴极腔的尺寸小于角部中空阴极腔并且尺寸小于第一中空阴极腔。
附图说明
为了能够详细地理解本公开内容的上述特征所用方式，上文简要地概述的本公开内容的更具体描述可以参考实施方式进行，一些实施方式示于图中。然而，需注意，附图仅示出了示例性实施方式，并且因此不应视为限制本公开内容的范围，因为本公开内容可以允许其它等效实施方式。
图1是根据一个实施方式的处理腔室的示意性截面图。
图2是气体通道的示意性截面图。
图3是气体分配板的顶视图。
图4是沿着图3的线A-A截得的示意性截面图。
图5是沿着图3的线B-B截得的示意性截面图。
图6是沿着图3的线C-C截得的示意性截面图。
为了便于理解，已经尽可能使用相同的元件符号标示各图共有的相同要素。预期一个实施方式的要素和特征可以有益地并入其它实施方式，而无需进一步叙述。
具体实施方式
本公开内容将在下面参考被配置为处理大面积基板的PECVD***(诸如可从加利福尼亚州圣克拉拉应用材料公司(Applied Materials,Inc.,Santa Clara,CA.)的子公司AKT获得的PECVD***)进行说明性描述。然而，将理解，本公开内容可用于其它***配置，诸如用于处理小型基板或圆形基板的那些。本公开内容还可用于由其它制造商制造的处理***。
图1是根据一个实施方式的处理腔室100的示意性截面图。处理腔室100包括具有盖102和壁108的腔室主体。在至少一个壁108内，可以存在一个或多个狭缝阀开口122，以允许向处理空间116***基板106和从处理空间116移除基板106。处理空间116可以由狭缝阀开口122、腔室壁108、基板106和气体分配板110约束。在一个实施方式中，气体分配板110可以由电源偏置。基板106可以设置在基板支撑件104上，基板支撑件104可以根据需要上下平移以升高和降低基板106。
可以将气体引入气体分配板110与盖102之间的区域，该区域被称为气室(plenum)114。由于存在从扩散板的上游侧118延伸穿过而到达下游侧120的气体通道112，因此气体可以均匀地分布在气室114内。
图2是气体通道112的示意性截面图。气体通道112包括从气体分配板110的上游表面204延伸的上部部分202。上游表面204面向盖102，并且下游表面206面向基板106。气体通道还具有扼流器(choke)208或夹点(pinch point)以及中空阴极腔(HCC)210。扼流器208是气体通道112内的最窄点，并因此是控制流过气体通道的气体的位置。对于气体分配板110中的每个扼流器208而言，扼流器208大体具有相同的长度和宽度，然而，应理解，一些机械公差可能引起轻微变化。在一个实施方式中，不存在上部部分202，而是扼流器208延伸到上游表面204。
HCC 210可以是锥形或柱形或两者的组合。HCC 210的尺寸设为允许点燃HCC 210内的等离子体。换句话说，除了在处理空间116内之外，还可以点燃在气体分配板110本身内的等离子体。通过点燃HCC 210内的等离子体，可以控制等离子体的形状，因为HCC 210的形状和/或尺寸影响腔室100内的等离子体的形状和/或强度。
氮化硅是可以使用硅烷气体沉积在PECVD室中的一种膜。氮化硅可以用作非晶硅薄膜晶体管(TFT)、低温多晶硅TFT和有源矩阵有机发光二极管(OLED)显示器的钝化层、栅极绝缘层、缓冲层、中间层、甚至可用作阻挡层。另外，氮化硅可以用作薄膜封装应用中的阻挡层。氮化物层的厚度和均匀性对装置性能有显著影响，诸如漏极电流的均匀性(即，迁移率)和TFT中的阈值电压。
由于TFT装置性能对膜厚度变化敏感，因此厚度均匀性控制引起工程师的关注。均匀性预期范围可以从针对非晶硅的高达3％到针对氧化硅的4％再到针对氮化硅的高达5％。
基板内的均匀性不是唯一受关注的区域，持续运行均匀性(run to rununiformity)也受到密切监控。对处理腔室进行周期性清洁，并且在清洁之前多达八次处理情况中的大多数的情景下预期2％至3％的持续运行均匀性。
在大面积基板处理腔室中，氮化硅沉积可能是有挑战性的。在清洁之前的单个循环内，氮化硅膜的沉积速率可以在基板的角部处和基板的边缘处更高，因为氮化硅膜可以在气体分配板的角部和边缘处积聚。氮化硅的累积可以被称为介电效应，并且通过改变表面电子发射条件来增强局部等离子体密度，从而因局部增强的等离子体而增加在接下来的沉积中的介电膜的沉积速率。介电效应使氮化硅工艺的均匀性降低，例如主要从角部高沉积速率峰值的约3％至约6％，并且平均沉积速率变化高达6％。如果气体分配板用于长期生产，那么由于因清洁气体与气体分配板的相互作用以产生氟化铝而出现附加的介电累积，情况可能变得更糟。
已进行了多次尝试来校正沉积均匀性，诸如降低等离子体功率(引起膜质量受损)、更频繁地翻新气体分配板、调整在一个清洁循环内的沉积时间，以及***导电掺杂物(conductive seasoning)(诸如非晶硅)，但是，迄今为止没有任何选择可以解决在清洁循环变化内和从气体分配板角部到中心的均匀性变化。过去已经使用阳极化，但是仅将阳极化层添加到裸铝气体分配板造成在角部处的氮化硅不均匀性，因为氮化硅涂层是角部处的介电涂层。
为了解决均匀性问题，在气体分配板110的所有暴露表面上形成诸如Al2O3、Y2O3或可存活于氟基清洁环境中的其它介电材料之类的材料的永久介电层(即，阳极化层)。阳极化层212可以在后续沉积中避免附加的介电效应，并且因此可以防止因介电效应造成的持续运行均匀性降低。阳极化层212可以在总厚度为约1μm至约20μm的情况下形成为约1μm至约20μm的表面粗糙度，以减少在清洁期间氟原子的吸收并使阳极化层212开裂和剥离的风险最小化。另外，不仅位于气体分配板的中心而且位于边缘和角部区域的中空阴极梯度(HCG)使角部和边缘的高沉积速率峰值下降。
阳极化和角部HCG通过使角部高沉积速率峰值下降来提高初始沉积的厚度均匀性，并且也通过提供永久高质量介电膜(即，阳极化层212)来减少持续运行沉积速率均匀性降低。角部HCG和阳极化不会折损工艺条件来获得更好的均匀性，不需要经常翻新(基础铝气体分配板需要翻新来恢复氮化硅均匀性)，不需要调整从一次沉积到下一次沉积的沉积时间，不需要影响基板产量的导电掺杂物，也不添加影响颗粒性能的初始厚氮化硅掺杂物。
惊讶地发现，角部HCG连同阳极化一起将氮化硅工艺中的沉积速率变化控制为在8个基板循环内低于1％，并且厚度均匀性为约2.9％至约3.5％，这显著地优于裸铝气体分配板。在9个基板清洁循环内和约3.8％至约6.3％均匀性下还有6％沉积速率增加。应理解，阳极化和角部HCG可适用于其它膜沉积处理，诸如氮氧化硅。
图3是从上游侧204观察的气体分配板110的顶视图。为了清楚起见，未示出气体通道112。图3示出了具有第一角部302、第二角部304、第三角部306和第四角部308的气体分配板110。另外，气体分配板110具有第一侧部310、第二侧部312、第三侧部314和第四侧部316。
图4是沿着图3的线A-A截得的示意性截面图。为了清楚起见，未示出阳极化层，但是应理解，存在阳极化层212。在图4中，下游表面206具有对应于第一角部302区域、中心区域400和第三角部306区域的多个凹进部分402、404、406。如图4所示，HCC 210沿着截面在不同的位置处具有不同的尺寸。例如，靠近气体分配板110的中心区域400的中心的气体通道112具有第一尺寸的HCC 210A，而靠近第一角部302的气体通道112具有第二尺寸的HCC210B，第二尺寸大于第一尺寸。在第一角部302与中心区域400之间，存在另一个气体通道112，其具有第三尺寸的HCC 210C，第三尺寸大于第一尺寸但也小于第二尺寸。在具有第三尺寸的HCC 210C的气体通道112与靠近角部302的具有HCC 210B的气体通道112之间是具有第四尺寸的HCC 210D的另一个气体通道，HCC 210D小于HCC 210B和HCC 210C。
图4的截面的另一半是前半部分的镜像。具体地，靠近第三角部306的气体通道112具有第五尺寸的HCC 210E，第五尺寸大于第一尺寸。在第三角部306与中心区域400之间，存在另一个气体通道112，其具有第六尺寸的HCC210F，第六尺寸大于第一尺寸但也小于第五尺寸。在具有第三尺寸的HCC 210F的气体通道112与靠近角部302的具有HCC 210E的气体通道112之间是具有第七尺寸的HCC 210G的另一个气体通道112，HCC 210G小于HCC 210E和HCC 210F。
图5是沿着图3的线B-B截得的示意性截面图。类似于图4，存在对应于第一侧部310区域、中心区域400和第三侧部314区域的三个凹进部分502、404、506。如图5所示，HCC 210沿着截面在不同的位置处具有不同的尺寸。例如，靠近第一侧部310的气体通道112具有第八尺寸的HCC 210H，其大于HCC 210A的第一尺寸。在第一侧部310与中心区域400之间，存在另一个气体通道112，其具有第九尺寸的HCC 210I，第九尺寸大于第一尺寸但也小于第八尺寸。在具有第九尺寸的HCC 210I的气体通道112与靠近侧部310的具有HCC 210H的气体通道112之间是具有第十尺寸的HCC 210J的另一个气体通道112，HCC 210J小于HCC 210H和HCC210I。
图5的截面的另一半是前半部分的镜像。具体地，靠近第三侧部314的气体通道112具有第十一尺寸的HCC 210K，第十一尺寸大于第一尺寸。在第三侧部314与中心区域400之间，存在另一个气体通道112，其具有第十二尺寸的HCC 210L，第十二尺寸大于第一尺寸但也小于第十一尺寸。在具有第十一尺寸的HCC 210L的气体通道112与靠近侧部314的具有HCC 210K的气体通道112之间是具有第十三尺寸的HCC 210M的另一气体通道，HCC 210M小于HCC 210K和HCC 210L。
图6是沿着图3的线C-C截得的示意性截面图。类似于图4和图5，存在对应于第一角部302区域、第四侧部316的中心区域608和第四角部308区域的三个凹进部分402、604、606。如图6所示，HCC 210沿着截面在不同的位置处具有不同的尺寸。例如，靠近第四侧部316的中心区域608的气体通道112具有第十四尺寸的HCC 210N，其小于HCC 210B的第二尺寸。在第一角部302与中心区域608之间，存在另一个气体通道112，其具有第十五尺寸的HCC210O，第十五尺寸大于第十四尺寸但也小于第二尺寸。在具有第十五尺寸的HCC 210O的气体通道112与靠近角部302的具有HCC 210B的气体通道112之间是具有第十六尺寸的HCC210P的另一个气体通道112，HCC 210P小于HCC 210B和HCC 210O。
图6的截面的另一半是前半部分的镜像。具体地，靠近第四角部308的气体通道112具有第十七尺寸的HCC 210Q，第十七尺寸大于第十四尺寸。在第四角部308与中心区域608之间，存在另一个气体通道112，其具有第十八尺寸的HCC 210R，第十八尺寸大于第十四尺寸但也小于第十七尺寸。在具有第十七尺寸的HCC 210R的气体通道112与靠近角部308的具有HCC 210Q的气体通道112之间是具有第十九尺寸的HCC 210S的另一个气体通道112，HCC210S小于HCC 210R和HCC 210Q。
在提及各种HCC 210的“尺寸”时，应理解，“尺寸”可以是指HCC 210的体积或HCC在下游表面206处的直径。
当参考沿着图4至图6的截面线示出的各种凹进部分时，应理解，与每个侧部310、312、314、316相邻的地方存在凹进区域，并且与每个角部302、304、306、308相邻的地方存在凹进区域，另外，在中心区域400中将存在凹进区域。因此，在一个实施方式中，预期的是，在气体分配板110的下游侧上存在九个单独且不同的凹进部分。
通过在气体分配板的下游侧上利用多个HCG，可以在单个基板沉积工艺中进行均匀沉积。通过在气体分配板上添加阳极化涂层，均匀沉积可以扩展到不仅是单个基板上，而且还扩展到在循环内的所有基板上。这样，可以增加在单个清洁循环内可处理的基板的数量并增加基板产量。多个HCG梯度和阳极化涂层不仅是补偿单个基板中的沉积不均匀性，而且还补偿在基板的整个循环内的沉积不均匀性。
虽然以上针对本公开内容的实施方式，但是可以在不背离本公开内容的基本范围的情况下设计出本公开内容的其它和进一步的实施方式，并且本公开内容的范围由所附权利要求书确定。
Claims (15)
1.一种气体分配板，包括：
扩散器主体，所述扩散器主体具有上游表面、下游表面、四个侧部和四个角部，所述扩散器主体具有从所述上游表面延伸到所述下游表面的多个气体通道，每个气体通道包括中空阴极腔：
中心中空阴极腔设置在所述扩散器主体的中心附近；
角部中空阴极腔设置在所述扩散器主体的角部附近，所述角部中空阴极腔大于所述中心中空阴极腔；
第一中空阴极腔设置在所述中心中空阴极腔与所述角部中空阴极腔之间的位置处，所述第一中空阴极腔尺寸大于所述中心中空阴极腔并且尺寸小于所述角部中空阴极腔；和
第二中空阴极腔设置在所述角部中空阴极腔与所述第一中空阴极腔之间的位置处，所述第二中空阴极腔尺寸小于所述角部中空阴极腔并且尺寸小于所述第一中空阴极腔。
2.如权利要求1所述的气体分配板，其中：
所述扩散器主体是阳极化的；或者
所述下游表面具有多个凹进部分。
3.如权利要求1所述的气体分配板，其中：
第二角部中空阴极腔设置在另一个角部附近，所述第二角部中空阴极腔大于所述中心中空阴极腔；
第三中空阴极腔设置在所述中心中空阴极腔与所述第二角部中空阴极腔之间的位置处，所述第三中空阴极腔尺寸大于所述中心中空阴极腔并且尺寸小于所述第二角部中空阴极腔；和
第四中空阴极腔设置在所述第二角部中空阴极腔与所述第三中空阴极腔之间的位置处，所述第四中空阴极腔尺寸小于所述第二角部中空阴极腔并且尺寸小于所述第三中空阴极腔。
4.一种气体分配板，包括：
扩散器主体，所述扩散器主体具有上游表面、下游表面、四个侧部和四个角部，所述扩散器主体具有从所述上游表面延伸到所述下游表面的多个气体通道，每个气体通道包括中空阴极腔：
中心中空阴极腔设置在所述扩散器主体的中心附近；
侧部中空阴极腔设置在所述扩散器主体的侧部附近，所述侧部中空阴极腔大于所述中心中空阴极腔；
第一中空阴极腔设置在所述中心中空阴极腔与所述侧部中空阴极腔之间的位置处，所述第一中空阴极腔尺寸大于所述中心中空阴极腔并且尺寸小于所述侧部中空阴极腔；和
第二中空阴极腔设置在所述侧部中空阴极腔与所述第一中空阴极腔之间的位置处，所述第二中空阴极腔尺寸小于所述侧部中空阴极腔并且尺寸小于所述第一中空阴极腔。
5.如权利要求4所述的气体分配板，其中所述扩散器主体是阳极化的。
6.如权利要求4所述的气体分配板，其中：
第二侧部中空阴极腔设置在另一个侧部附近，所述第二侧部中空阴极腔大于所述中心中空阴极腔；
第三中空阴极腔设置在所述中心中空阴极腔与所述第二侧部中空阴极腔之间的位置处，所述第三中空阴极腔尺寸大于所述中心中空阴极腔并且尺寸小于所述第二侧部中空阴极腔；和
第四中空阴极腔设置在所述第二侧部中空阴极腔与所述第三中空阴极腔之间的位置处，所述第四中空阴极腔尺寸小于所述第二侧部中空阴极腔并且尺寸小于所述第三中空阴极腔。
7.如权利要求6所述的气体分配板，其中：
角部中空阴极腔设置在所述扩散器主体的角部附近，所述角部中空阴极腔大于所述中心中空阴极腔；
第五中空阴极腔设置在所述中心中空阴极腔与所述角部中空阴极腔之间的位置处，所述第五中空阴极腔尺寸大于所述中心中空阴极腔并且尺寸小于所述角部中空阴极腔；和
第六中空阴极腔设置在所述角部中空阴极腔与所述第五中空阴极腔之间的位置处，所述第六中空阴极腔尺寸小于所述角部中空阴极腔并且尺寸小于所述第五中空阴极腔。
8.如权利要求7所述的气体分配板，其中：
第二角部中空阴极腔设置在另一个角部附近，所述第二角部中空阴极腔大于所述中心中空阴极腔；
第七中空阴极腔设置在所述中心中空阴极腔与所述第二角部中空阴极腔之间的位置处，所述第七中空阴极腔尺寸大于所述中心中空阴极腔并且尺寸小于所述第二角部中空阴极腔；和
第八中空阴极腔设置在所述第二角部中空阴极腔与所述第七中空阴极腔之间的位置处，所述第八中空阴极腔尺寸小于所述第二角部中空阴极腔并且尺寸小于所述第七中空阴极腔。
9.如权利要求4所述的气体分配板，其中所述下游表面具有多个凹进部分。
10.如权利要求4所述的气体分配板，其中：
角部中空阴极腔设置在所述扩散器主体的所述角部附近，所述角部中空阴极腔大于所述中心中空阴极腔；
第三中空阴极腔设置在所述中心中空阴极腔与所述角部中空阴极腔之间的位置处，所述第三中空阴极腔尺寸大于所述中心中空阴极腔并且尺寸小于所述角部中空阴极腔；和
第四中空阴极腔设置在所述角部中空阴极腔与所述第三中空阴极腔之间的位置处，所述第四中空阴极腔尺寸小于所述角部中空阴极腔并且尺寸小于所述第三中空阴极腔。
11.一种等离子体处理腔室，包括：
腔室主体；
基板支撑件，所述基板支撑件设置在所述腔室主体内；和
气体分配板，所述气体分配板设置在所述腔室主体内并面向所述基板支撑件，所述气体分配板包括：
扩散器主体，所述扩散器主体具有上游表面、下游表面、四个侧部和四个角部，所述扩散器主体具有从所述上游表面延伸到所述下游表面的多个气体通道，每个气体通道包括中空阴极腔：
中心中空阴极腔设置在所述扩散器主体的中心附近；
角部中空阴极腔设置在所述扩散器主体的角部附近，所述角部中空阴极腔大于所述中心中空阴极腔；
第一中空阴极腔设置在所述中心中空阴极腔与所述角部中空阴极腔之间的位置处，所述第一中空阴极腔尺寸大于所述中心中空阴极腔并且尺寸小于所述角部中空阴极腔；和
第二中空阴极腔设置在所述角部中空阴极腔与所述第一中空阴极腔之间的位置处，所述第二中空阴极腔尺寸小于所述角部中空阴极腔并且尺寸小于所述第一中空阴极腔。
12.如权利要求11所述的腔室，其中所述扩散器主体是阳极化的。
13.如权利要求11所述的腔室，其中：
第二角部中空阴极腔设置在另一个角部附近，所述第二角部中空阴极腔大于所述中心中空阴极腔；
第三中空阴极腔设置在所述中心中空阴极腔与所述第二角部中空阴极腔之间的位置处，所述第三中空阴极腔尺寸大于所述中心中空阴极腔并且尺寸小于所述第二角部中空阴极腔；和
第四中空阴极腔设置在所述第二角部中空阴极腔与所述第三中空阴极腔之间的位置处，所述第四中空阴极腔尺寸小于所述第二角部中空阴极腔并且尺寸小于所述第三中空阴极腔。
14.如权利要求16所述的腔室，其中：
侧部中空阴极腔设置在所述扩散器主体的侧部附近，所述侧部中空阴极腔大于所述中心中空阴极腔；
第五中空阴极腔设置在所述中心中空阴极腔与所述侧部中空阴极腔之间的位置处，所述第五中空阴极腔尺寸大于所述中心中空阴极腔并且尺寸小于所述侧部中空阴极腔；和
第六中空阴极腔设置在所述侧部中空阴极腔与所述第五中空阴极腔之间的位置处，所述第六中空阴极腔尺寸小于所述侧部中空阴极腔并且尺寸小于所述第五中空阴极腔。
15.如权利要求11所述的腔室，其中所述下游表面具有多个凹进部分。
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| JP2020501364A (ja) | 基板搬送装置 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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