TW201444421A - 電漿增強化學氣相沉積源 - Google Patents

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John Robert German
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Abstract

本發明的其中一實施例關於一種電漿源，其包括一主體，在該主體中會形成一凹腔，以及至少兩個自給式磁控管組裝件被設置在該凹腔內。該些磁控管組裝件彼此相互電隔絕並且和該主體電隔絕。於此實施例的其中一種施行方式中，該些自給式磁控管組裝件包括封閉漂移(closed-drift)磁控管組裝件。本發明還揭示其它實施例。

Description

電漿增強化學氣相沉積源
本發明和電漿增強化學氣相沉積(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD)源有關。
相關申請案之交叉參考
本申請案主張2012年12月28日所提申的美國臨時申請案序號第61/746,734號的權利，本文以引用的方式將其併入。
化學氣相沉積(Chemical Vapor Deposition，CVD)係指藉由一化學性前驅體的化學轉換在基板的表面上形成層的製程，該化學性前驅體含有構成該些所希望的層的元素。常見的範例係藉由六甲基二矽氧烷或是HMDSO(O[Si(CH3)3]2)前驅體和氧(O2)之間的化學反應形成二氧化矽(SiO2)。於此情況中，矽和氧會結合而形成固態的SiO2。剩餘的甲基團可能還會和氧反應形成而後會從反應爐中被移除的各種廢氣(CO、CO2、HO、…等)。
為改良被沉積層的反應效率及品質，反應會在離子化氣體(電漿)的環境中進行。用於產生電漿的典型氣體為氬。可以使用在化學反應中的反應氣體同樣會被加入。合宜的電漿有高密度的帶能電子。該些電子 會和前驅體以及含有感興趣元素的其它氣體進行碰撞，因此會離子化該些氣體並且將它們的分子解離成較輕的分率。這會產生感興趣元素的游離基，它們會比並非在電漿作用下更容易形成所希望的化合物。對氣體比例、壓力、或是電力參數進行調整會影響沉積的速率以及膜性質。
電漿係藉由在壓力約1至100mTorr之範圍中的一真空反應室內提供可離子化的氣體與電極並且接著在該些電極之間施加一電位而被產生在該反應室內。當該電位被施加時，電子會從陰極電極的表面被射出並且因該陰極和陽極之間的電場而被加速。當足夠能量的電子碰撞製程氣體時，該氣體會被離子化並且產生額外的自由電子。該些新電子同樣會受到該加速電場的作用並且能夠用以離子化額外的氣體分子。於合宜的情況下，此製程會快速地串聯而形成密集的電漿。常見的係進一步提供被配置成用以改變電子之軌道的磁場，以便將它們排列在所希望的工作區內並且提高進行離子化碰撞的機率，從而改良製程的效率。
在先前技術中能夠找到各式各樣配置來產生電漿。但是，它們通常有效能受限於PECVD製程的缺點。此些電漿源的摘要說明能夠在美國專利案第7,327,089號(本文中亦稱為「'089專利案」)中發現，本文以引用的方式將其完整併入。
在'089專利案(以及後面的接續案美國專利案第7,411,652號(本文中亦稱為「'652專利案」))中說明一種電漿源，其包括一被侷限在一凹腔內的電極。該凹腔經由一管嘴開放於該真空反應室的製程區，該管嘴會限制電漿流動。該管嘴還會限制被噴濺的材料流出該凹腔以及化學前驅體流入該凹腔。其提供一種用以於該凹腔內供應製程氣體的構件。該前驅體 被供應至該凹腔外面的反應室。此配置解決形成在電極上的反應材料的問題以及會污染形成在基板上的膜的被噴濺材料的問題。此電漿源還併入一磁場，其對該電漿源內的電子提供磁性侷限作用，用以增強產生密集電漿的效率。該磁場配置還為該電漿的一部分提供引導，用以朝著基板流出該凹腔。
'089專利案中所述電漿源的一項問題係其依賴於位在該電漿源之凹腔外面的陽極。因為位在該電漿源的外面，所以，該陽極容易沉積由該製程所創造的介電質塗料。熟習本技術的人士便會明白，陽極上的介電質塗料必然會導致製程不穩定性以及無法接受的不均勻性。除此之外，被設置在該凹腔內的電極會因所使用的製程氣體而受到氧化(或是其它反應)。兩種問題可如'652專利案中所述般將該些電漿源中的其中兩者一起連接一交流電流(Alternating-Current，AC)電源供應器或是雙極脈衝式電源供應器而減輕。於此配置中，其中一個電漿源中的電極位在陰極電位，而另一個電漿源中的電極則充當陽極。該兩個電極會在該電源供應器的每一個半循環中切換極性。在陰極半循環中，該電極會遭受濺鍍。這能夠至少部分清除非所希望的反應物。
在'652專利案中所述之雙電漿源配置中的一重要特點係該兩個電漿源能夠藉由具有相反磁極性而被磁性連結。這係一種有效的方式將工作電子引導至該些電漿源外面並且進入工作區，因為當電子在陰極與陽極之間移動時它們會遵循磁場。該雙電漿源配置雖然減少被塗佈的電極或被反應的電極的問題；不過，卻產生另外的問題。電漿源之間的電子移動的均勻性非常相依於連結該些電漿源的磁場的均勻性。即使相當謹慎地 讓每一個電漿源內的磁性結構非常均勻，要讓該些電漿源之間的連結磁場保持均勻仍是極端的挑戰。這係由該些電漿源之間的距離所造成。因為磁場的強度(通量密度)會以距離平方的函數減降，電漿源之間的距離的小幅變化會造成磁通量密度的顯著變化。這會導致製程中有不可接受的變化。鎖以，該兩個電漿源必須精確地平行，這意謂著它們還必須精確地筆直方能維持均勻的製程。該些電漿源變得越長，要達到且維持足夠精確性的挑戰便會越大。
在德國專利案DE 199 28 053號中(本文中亦稱為「'053專利案」)揭示一種電漿源，其包括被排列在一凹腔內的多個陰極與多個冗餘陽極。此電漿源包括由可透磁的材料(例如，鋼)構成的三個平行陰極。該三個陰極中的其中一者為具有碟片形狀的固態平板。或者，其亦能夠有矩形或橢圓形的形狀。為簡化起見，本文中僅討論碟片形狀的配置。另外兩個陰極為環狀的形狀並且具有和該碟片形狀陰極實質上相同的厚度及外徑。被設置在該些陰極之間並且連接該些陰極的係被排列在一環圈中的多個永久磁鐵，該些永久磁鐵介接該些平坦表面上的陰極並且沿著該些陰極的外徑。該些陰極與磁鐵所組成的組裝件會產生在中央有一凹腔的密閉圓柱狀結構，該凹腔在該圓柱體的其中一端為張開。此組裝件同時為該電漿源的主電極與磁電路。被設置在該凹腔內與該些陰極之間的係額外的電極，它們彼此相互電隔絕並且和該些陰極電隔絕。該些電極係圓柱形狀的迴圈，內徑略大於該些陰極的內徑而外徑小於磁鐵環圈的內徑。充當陽極的電極被設置在該些陰極之間並且和該些陰極同心。該些電極陽極僅為電器件而且並非磁電路的一部分。
於'053專利案中所揭示的碟片形狀配置中，磁極性被排列成使得磁場會在徑向方向中滲透該些可透磁的陰極並且在內徑表面處或附近散出該些陰極。磁場線會在該些陰極之間的空間中形成弧線，實質上平行於該組裝件的對稱軸並且實質上橋接陽極的內徑表面。依此方式，從該些陰極處射出的電子會被排列在該些陰極之間，因為該些電子無法輕易地跨越磁場線抵達陽極。結果會在該凹腔內建立含有大量電子的電漿。該些電子的一部分會沿著電漿源的中央軸逃離該電漿源並且朝向基板。
於'053專利案中所揭示的碟片形狀配置中，一DC電源供應器被連接在該些陰極與接地之間並且維持該些陰極在陰極電位處。兩個分開的方波電源供應器被連接在陽極電極與陰極之間。此些電源供應器會交替地提供脈衝，俾使得其中一個電極在陽極電位處，而另一個電極在陰極電位處。週期性地每次驅動其中一個陽極至陰極電位會讓該系統在濺鍍清洗另一個陽極時總是保持一個有活性的陽極。依此方式，該些陽極會保持至少部分清潔並且有功用。
因為在'053專利案中所揭示的碟片形狀配置中所有電極在物理上非常靠近，所以，為電子建立且維持非常均勻的磁性路徑變得更為容易。'053專利案看似已修正'652專利案之不均勻性的問題，同時保有'089專利案及'652專利案兩者的系統所實現的好處。除此之外，'053專利案中所述的電漿源還能夠遠小於在'652專利案中所揭示的系統，且因而會更容易逆向搭配(retro-fit)在較舊的系統之中。然而，'053專利案中所述的排列卻不必要地複雜，而且由於需要提供冷卻及供電設施給三個分開的電器件的關係，實際的模型很難設計與製造。'053專利案之設計的一項重大製程考量係 主要陰極為一以DC電壓來驅動之攜載電流的電極。因為其曝露在製程中，所以，其可能會受到介電材料塗佈。熟習本技術的人士便熟知，這會因為電弧而導致製程不穩定性。
本發明的其中一實施例關於一種電漿源，其包括一主體，在該主體中會形成一凹腔，以及至少兩個自給式磁控管組裝件被設置在該凹腔內。該些磁控管組裝件彼此相互電隔絕並且和該主體電隔絕。於此實施例的其中一種施行方式中，該些自給式磁控管組裝件包括封閉漂移(closed-drift)磁控管組裝件。
本發明的另一實施例關於一種供給電漿的方法。該方法包括供應一製程氣體給被形成在一電漿源之主體內的凹腔，該電漿源包括被設置在該凹腔內的至少兩個自給式磁控管組裝件，其中，該些磁控管組裝件彼此相互電隔絕並且和該主體電隔絕。該方法進一步包括供應一前驅體氣體給該電漿源，以及交替地偏壓該些磁控管組裝件中的個別電極以便有彼此相反的極性。
本發明的另一實施例關於一種電漿源，其包括一主體，在該主體中會形成一凹腔，至少一個自給式磁控管組裝件被設置在該凹腔內，以及至少兩個非磁控管電極被設置在該凹腔內。該電漿源進一步包括一交流電流(AC)電源供應器，其具有一輸出線圈。該至少兩個非磁控管電極彼此相互電隔絕並且和併入該凹腔的主體電隔絕。該磁控管組裝件被連接至該AC電源供應器的輸出線圈的中央分接點，以及該些非磁控管電極被連接至該AC電源供應器的輸出線圈的末端分接點。
100‧‧‧電漿源
102‧‧‧殼體或主體
104‧‧‧凹腔
106-A‧‧‧磁控管組裝件
106-B‧‧‧磁控管組裝件
107-A‧‧‧磁控管組裝件部分
107-B‧‧‧磁控管組裝件部分
107-C‧‧‧磁控管組裝件部分
107-D‧‧‧磁控管組裝件部分
108‧‧‧電極
110‧‧‧磁鐵
112‧‧‧冷卻子系統
114‧‧‧核心
116‧‧‧冷卻通道
118‧‧‧凸緣
120‧‧‧標靶部分
124‧‧‧製程氣體歧管
126‧‧‧通道
128‧‧‧前驅體氣體歧管
130‧‧‧通道
600‧‧‧電漿源
602‧‧‧殼體或主體
604‧‧‧凹腔
606-A‧‧‧磁控管組裝件
606-B‧‧‧磁控管組裝件
607-A‧‧‧磁控管組裝件部分
607-B‧‧‧磁控管組裝件部分
607-C‧‧‧磁控管組裝件部分
607-D‧‧‧磁控管組裝件部分
608‧‧‧電極
610‧‧‧磁鐵
612‧‧‧冷卻子系統
616‧‧‧冷卻通道
624‧‧‧製程氣體歧管
632‧‧‧沉積擋板
700‧‧‧電漿源
704‧‧‧凹腔
706‧‧‧標準平面式磁控管
708‧‧‧電極
800‧‧‧電漿源
802‧‧‧殼體或主體
804‧‧‧凹腔
806‧‧‧磁控管組裝件
811‧‧‧非磁控管電極
880‧‧‧交流電流(AC)電源供應器
882‧‧‧輸出線圈
884‧‧‧中央分接點
886‧‧‧末端分接點
圖1所示的係一電漿源的其中一示範性實施例的剖視圖。
圖2所示的係圖1中所示之電漿源的立方圖。
圖3與4顯示一前驅體氣體歧管，其適合利用二元式歧管來施行。
圖5所示的係一種供給電漿的方法的其中一示範性實施例的流程圖。
圖6所示的係一電漿源的另一示範性實施例的剖視圖。
圖7所示的係一電漿源的另一示範性實施例的剖視圖。
圖8所示的係一電漿源的另一示範性實施例的剖視圖。
圖1所示的係一電漿源100的其中一示範性實施例的剖視圖。電漿源100包括一殼體或主體102，於該殼體或主體102中會形成一凹腔104。電漿源100包括至少兩個完全自給式封閉漂移磁控管組裝件106，它們被設置在凹腔104內以及彼此相互電隔絕並且和主體102電隔絕。
「自給式」一詞的意義為一磁控管組裝件106包括一操作磁控管的所有必要器件，其包括一或更多個電極108、一或更多個磁鐵110、以及一冷卻子系統112。於其中一施行方式中，該些磁控管組裝件106被施行為封閉漂移磁控管組裝件。
於圖1中所示的示範性實施例中，每一個磁控管組裝件106雖然包括單一電極108以及一對磁鐵110；不過，亦能夠使用其它數量的電極108或磁鐵110。每一個電極108與磁鐵110能夠被形成為單一部件或是 能夠由多個組成部件組裝而成(在後者中，電極108或磁鐵110會分別被視為「電極組裝件」或「磁鐵組裝件」)。
於圖1中所示的示範性實施例中，每一個磁控管組裝件106進一步包含一核心114，其並非電極108或磁鐵110的一部分。於此實施例中，電極108與磁鐵110被組裝在核心114上。
在圖1中顯示四個磁控管組裝件部分107，其中，該四個磁控管組裝件部分107中的每一者在圖1中分別利用元件符號107-A、107-B、107-C、以及107-D來單獨表示。
在本文中配合圖1所述的特殊實施例中，其中一個完全磁控管組裝件(圖1中利用元件符號106-A來單獨表示)被形成為位在圖1之上方部的環圈結構，其包圍前驅體氣體歧管128(下面會說明)，其中，上方兩個磁控管組裝件部分107-A與107-C為上方磁控管組裝件106-A的剖視部分。相同地，另一個完全磁控管組裝件(圖1中利用元件符號106-B來單獨表示)被形成為位在圖1之下方部的環圈結構，其包圍前驅體氣體歧管128，其中，圖1之下方側的兩個磁控管組裝件部分107-B與107-D為下方磁控管組裝件106-B的剖視部分。於圖1中所示的示範性實施例中，主體102並非電極108或磁鐵110的一部分，且於許多應用中，並不希望主體102充當此些功能。
應該注意的係，和'053專利案中所述的系統不同，在磁控管組裝件106中不需要任何可透磁的材料(磁鐵110本身除外)。
另外，於此實施例中，磁控管冷卻子系統112係利用被形成在每一個磁控管組裝件106中的一或更多條冷卻通道116被施行在每一個磁控管組裝件106中。更明確地說，於圖1中所示的示範性實施例中，磁控管 冷卻子系統112係利用被形成在每一個磁控管組裝件106的核心114中的一或更多條冷卻通道116被施行在每一個磁控管組裝件106中。
熟習本技術的人士便非常瞭解，該些冷卻通道116被連接至一唧筒或是其它習知機制(圖中並未顯示)，以便讓合宜的冷卻流體(舉例來說，水)通過該些冷卻通道116用以冷卻對應的磁控管組裝件106。
每一個磁控管組裝件106中的電極108、磁鐵110、以及冷卻子系統112能夠以其它方式來施行。舉例來說，核心114(如果有使用的話)能夠為一電極組裝件或是一磁鐵組裝件的一部分。另外，如上面提及，核心114未必需要被用到。此方式的範例包含，但是並不受限於，修正圖1中所示的實施例，俾使得圖1中所示的結構，例如，核心114，能夠整合電極108或是該些磁鐵110中的一或兩者。再者，電漿源100中的該些磁控管組裝件106亦未必全部需要以相同的方式來施行。
於圖1中所示的示範性實施例中，藉由將磁控管組裝件106設置在電漿源100的凹腔104內使得每一個組裝件106會和主體102以及另一個組裝件106分開足夠的空間而提供所希望的電隔絕，俾便該些組裝件106彼此電隔絕並且和主體102電隔絕。應該瞭解的係，此電隔絕能夠以其它方式來提供(舉例來說，藉由使用被定位在該些磁控管組裝件106之間及/或該些磁控管組裝件106中的一或更多者與主體102之間的一合宜墊絕緣體)。
於圖1中所示的示範性實施例中，該些磁控管組裝件106(及它們的器件)大體上被配置成具有直線的環圈形狀。這圖解在圖2中，圖2所示的係圖1中所示之電漿源100的立方圖。每一個電極108和磁鐵110皆 被形成為一直線的環圈，在每一個磁控管組裝件106中形成磁鐵110的兩個環圈會以同心的方式被設置在形成該磁控管組裝件106之電極108的環圈的外徑周圍。更明確地說，於圖1中所示的示範性實施例中，在每一個磁控管組裝件106中形成電極108的環圈有兩個反向的凸緣118。於此實施例中，形成每一個磁控管組裝件106的磁鐵110的兩個環圈中的其中一者被設置在上凸緣118後面，而形成該磁控管組裝件106的磁鐵110的兩個環圈中的另一者則被設置在下凸緣118後面。
該些磁鐵110的極性被排列成用以產生一磁場，該磁場會在實質上平行於該電漿源100之中央軸的方向中弧形跨越每一個磁控管組裝件106的電極108的標靶部分120的內徑。標靶部分120的內徑的表面為活性表面，而其它表面則藉由暗空間(dark space)或絕緣體而被製成非活性。標靶部分120的冷卻能夠藉由該標靶部分內的一條冷卻液體通道來直接提供。或者，冷卻亦能夠由核心114內的一條冷卻液體通道116(顯示在圖1中)來間接提供，該冷卻液體通道會熱接觸該標靶部分120。
電極108的標靶部分120、磁鐵110、以及非必要的核心114會全部在相同的電位處。單一AC或雙極脈衝式電源供應器(圖中並未顯示)會被連接在該兩個磁控管組裝件106之間，俾使得其中一個磁控管組裝件106中的電極108會被交替偏壓成陰極與陽極，而另一個磁控管組裝件106中的另一個電極108會被交替偏壓成具有相反的極性(也就是，分別作為陽極與陰極)。
於圖2中所示實施例的其中一種施行方式中，電漿源100的主體102會在一浮動電位處。於其它施行方式中，主體102會在接地電位處 或是被偏壓至其它電位。讓主體102處在浮動電位處的優點係其會獲得反射電子的負自我偏壓，從而幫助將電子導出凹腔104外面朝向基板(圖中並未顯示)。自我偏壓係由於電子的移動率遠高於離子所造成，從而會以較高的比率衝擊與黏著至表面。於其它實施例中，主體102的偏壓能夠利用一分開的電源供應器來達成或是藉由於必要時利用二極體來整流電力而增加一額外分接點至該電源供應器的輸出線圈來達成。
於圖1中所示實施例的其中一種施行方式中，該些磁鐵110被配向成使得磁化的方向係在徑向方向中，而該兩個磁鐵110則被極化在反向的方向中。然而，應該瞭解的係，亦能夠使用磁性元件的其它配向。一般來說，所希望的係，磁場的最終配置較佳的係將電子導出電漿源100外面，朝向基板(圖中並未顯示)，並且遠離電漿源100的內側表面。於其它實施例中，額外的磁性元件可以被設置在電漿源100中的其它地方，沒有直接接觸該些磁控管，以便幫助最佳化該磁場結構。該磁場結構能夠藉由設置分流器(其包括可透磁的材料)在該電漿源中有利的位置中(其包含在該些磁控管組裝件內)而被進一步修正。
電極材料會經過選擇，以便適配於一特殊的製程。於其中一範例中，該製程可能包含一侵蝕性氣體，例如，氟。因此，抗侵蝕的材料(例如，不鏽鋼)可能係所希望的選擇。於另一範例中可能會使用反應氣體，例如，氧；於此情況中，可能希望選擇氧化物濺鍍緩慢並且在氧化時仍保持些微導體性的電極材料。於此情況中，鈦可能係所希望的選擇。除此之外，電極108的活性表面亦可以經選定具有一組所希望特性的材料來塗佈，例如，藉由電漿噴濺沉積。塗佈每一個電極108的其中一項優點係，活性表 面之最希望的材料不會被形成在電極108之中。另一項優點係，因表面侵蝕而可能需要進行維護可以為簡單的重新塗敷該電極塗料，而並非較昂貴的更換電極108。選擇電極材料的進一步考量係，使用會產生和最終膜相同材料之濺鍍污染物的電極材料或是使用不會在最終塗佈內造成任何負面效應之相容污染物的電極材料。舉例來說，Si電極可用於SiO2或是SiN製程。於某些情況中，電極材料可以提供用以增強被沉積膜之特性的有用摻雜物。
一般來說，電漿源100包括一歧管或是其它導管124，用以提供製程氣體給磁控管組裝件106。用於提供處理氣體的歧管124在本文中亦稱為「製程氣體歧管」124。該些製程氣體經常包含一稀有氣體以及至少一反應氣體(不過，亦能夠使用其它製程氣體)。於圖1中所示的示範性實施例中，製程氣體歧管124係利用內建在主體102的基底之中的多條通道126來施行。製程氣體歧管124能夠利用各種類型的歧管來施行。舉例來說，製程氣體歧管124能夠利用二元式歧管來施行。二元式歧管係一種具有一輸入線的歧管。該輸入線分成兩個均等且對稱的分支。此些分支中的每一者接著會分成二或更多個均等且對稱的分支。該些通道會依此方式繼續分割，直到在該電漿源的周邊或長度中有足夠的分支為止。經過正確設計的二元式歧管能夠提供非常均勻的氣體散佈。
另外，電漿源100通常包括至少一條其它歧管或是其它導管128，用以散佈前驅體氣體。用於提供處理氣體的歧管128在本文中亦稱為「前驅體氣體歧管」128。於圖1中所示的示範性實施例中，前驅體氣體歧管128係利用複數條通道130來施行。另外，於此實施例中，前驅體氣體歧管128係被設置在凹腔104的中央並且延伸至凹腔104外面朝向基板(圖中 並未顯示)，以便傳遞前驅體氣體至凹腔104外面且靠近該基板。於此實施例中，前驅體氣體歧管128的外表面充當一凝結擋板，其會防止來自一電極表面中任何點的濺鍍材料再沉積於該些電極108的其它點上。這會避免發生和此再沉積相關聯的製程不穩定性問題。視情況，該(些)額外的歧管亦能夠被設置在電漿源100外面。前驅體氣體歧管128能夠利用各種類型的歧管來施行。如圖3與4中所示，前驅體氣體歧管128能夠利用二元式歧管來施行。
在操作中，電漿源100能夠被用來施行供給電漿的方法500的一示範性實施例。圖5所示的便係一種供給電漿的方法500的一示範性實施例的流程圖。圖5中所示的方法500在本文中雖然被描述為係利用配合圖1在上面所述的電漿源100來施行；不過，應該瞭解的係，方法500亦能夠以其它方式來施行(舉例來說，利用本文中所述的其它電漿源)。另外，在圖5中所描繪的方法500中，為方便解釋起見，方法500的要件雖然係以一特殊的順序來進行；不過，應該瞭解的係，方法500的要件亦能夠以不同的順序來進行或者各種要件亦能夠平行進行。
方法500包括供應一製程氣體至被形成在該電漿源之主體102內的凹腔104(方塊502)；供應一前驅體氣體至該電漿源100(方塊504)；以及交替偏壓該些磁控管組裝件106中的個別電極108而彼此具有相反的極性(方塊506)。方法500雖然包括電漿源100如何能夠被使用在操作中的其中一種範例；不過，應該瞭解的係，電漿源100亦能夠以其它方式被使用。
本文中所述電漿源的實施例通常具有和'089、'652、以及'053專利案中所述系統相同的優點。又，本文中所述電漿源的實施例還能夠被 製成比'053專利案中所述的系統更為簡單。舉例來說，藉由消除'053專利案中所述系統中所使用的陰極/磁性電路/主體組裝件以及藉由以完全磁控管取代'053專利案中所述系統中所使用的陽極電極，本文中所述電漿源的整體複雜性會大幅下降，從而減化電漿源設計以及電源供應器排列。又，本文中所述電漿源還具有優於'053專利案中所述系統的處理優點，因為本文中所述電漿源不需要攜載電流的DC電極，其可能會被介電材料塗佈並且造成電弧問題。本文中所述電漿源的簡化結構還會最小化和電漿源之維護相關聯的難題。即使本文中所述電漿源能夠利用非常簡化的設計來施行；但是，'053專利案中所述系統的雙電極排列的優點仍被保留在此些電漿源中。因為在本文中所述電漿源中一定會有一活性的陰極，相較於'053專利案中所述的系統並不會損失任何的功能。
雖然在圖1至5中顯示其中一種示範性實施例；不過，應該瞭解的係，其它實施例亦能夠以其它方式來施行。
舉例來說，於圖1中所示實施例之變化例的其中一種替代實施例中，一完全磁控管組裝件會被形成為位在圖1之左側部的環圈結構，其中，兩個左磁控管組裝件部分107-A與107-B為該左磁控管組裝件的剖視部分。相同地，另一個完全磁控管組裝件被形成為位在圖1之右側部的環圈結構，其中，兩個右磁控管組裝件部分107-C與107-D為該右磁控管組裝件的剖視部分。
另一替代實施例顯示在圖6中。圖6所示的係一電漿源600的另一示範性實施例的剖視圖。一般來說，除了下面所述之外，圖6中所示的電漿源600和配合圖1至5在上面所述的電漿源100相同。圖6中所示 之示範性實施例的元件和圖1中所示之示範性實施例的對應元件雷同者會在圖6中利用圖1中所使用的相同元件符號來表示，但是，前面的符號從「1」改為「6」。除了下面所述之外，配合圖1至5中所示之示範性實施例在上面所提出的元件的說明皆可套用至圖6中所示之示範性實施例的對應元件；但是，為簡潔起見，本文中不會配合圖6重複說明。
在圖6中所示的實施例中，電極608的活性表面會被配向成朝向彼此。於此配置中，一沉積擋板632被設置在該兩個電極608之間，用以防止來自一電極608的其中一個區域的濺鍍材料再沉積於其它電極區域上。磁鐵610的極性能夠被配向在可提供處理優點的任何方向中。於圖6中所示之實施例的變化例的其它實施例中，該些電極的活性表面彼此背向，或者皆面向相同的方向。
配合圖6在上面所提的實施例能夠以兩種方式來配置。在第一種配置中，一完全磁控管組裝件606-A會被形成為位在圖6之左側的環圈結構，其包圍沉積擋板632，其中，在圖6左側的兩個磁控管組裝件部分607-A與607-B為該左磁控管組裝件606-A的剖視部分。相同地，另一個完全磁控管組裝件606-B被形成為位在圖1之右側的環圈結構，其包圍沉積擋板632，其中，在圖6右側的兩個磁控管組裝件部分607-C與607-D為該右磁控管組裝件的剖視部分。於此第一種配置中，活性表面為每一個磁控管組裝件606的環圈結構的內側表面。在第二種配置中，一完全磁控管組裝件會被形成為位在圖6之上方部的環圈結構，其包圍製程氣體歧管624，其中，兩個上方磁控管組裝件部分607-A與607-C為該上方磁控管組裝件的剖視部分。相同地，另一個完全磁控管組裝件被形成為位在圖6之下方部的環圈結構， 該下方磁控管組裝件包圍沉積擋板632，且其中，兩個下方磁控管組裝件部分607-B與607-D為該下方磁控管組裝件的剖視部分。於此第二種配置中，上方磁控管組裝件的活性表面為面朝下的平面幾何形狀，而下方磁控管組裝件的活性表面為面朝上的平面幾何形狀。於此第二種配置中，活性表面具有環狀的幾何形狀。
另一替代實施例顯示在圖7中。於此實施例中，電漿源700包括被設置在一凹腔704內的兩個標準平面式磁控管706，電極708的活性表面彼此相向。此實施例中可能需要一被設置在該些電極708之間的沉積擋板(圖中並未顯示)。
額外的替代實施例亦可採用，其中，活性表面的配向轉向成反向的方向。於使用環圈結構的其中一範例替代實施例中，活性表面為磁控管組裝件的外徑而非內徑並且面向主體的壁部。於此實施例中，凹腔朝向主要反應室的開口為圓形。於另一範例替代實施例中會使用圓錐狀結構(而非圓柱形環圈幾何形狀)，因此，朝向反應室的開口會小於一圓柱形電漿源的開口並且流出物會聚合。或者，該開口可能會較大並且流出物會發散。於配合圖7在上面所述的平面式磁控管的範例中，活性表面實質上彼此背向。於此情況中，可能有兩條直線的輸出狹縫。此實施例的一變化例為該兩個電極的活性表面彼此形成某個角度。這會造成兩條輸出狹縫分隔更遠，其會有發散的流出物。或者，該些狹縫亦能夠移動成更靠近在一起，或者，結合成一條狹縫，其會有聚合的流出物。
本文中所述的任何實施例能夠視情況有兩個以上的電極。二或更多個電極會是封閉漂移磁控管。於含有兩個以上電極的實施例中，該 些額外的電極能夠由分開的電源供應器來供電。或者，多個電極能夠由一電源供應器的單一輸出來供電，於此情況中，多個電極會在相同的電位處。另一替代例為，每一個電極能夠由一AC電源供應器之輸出線圈上的不同分接點來供電，於此情況中，每一個電極能夠變成不同的電位。於一AC電源供應器之輸出線圈上多個分接點的情況中，於其中一範例中會使用到被連接至一中央分接點的單一磁控管組裝件以及被連接至外側分接點的兩個非磁控管電極。該兩個非磁控管電極構成一組冗餘陽極。每一個半循環中會有其中一個陽極電極變成負電位，電位的大小為陰極的兩倍。這會提供陽極的濺鍍清洗作用；但是，濺鍍程度可能遠小於磁性增強電極的濺鍍程度。然而，該冗餘陽極配置的變化例則可以因來自相鄰磁控管組裝件的邊穗磁場的關係而達到特定的磁性增強。熟習本技術的人士便會明瞭有其它的變換排列可以組合本文中所述的變化例。
其中一種此變換排列顯示在圖8中。圖8所示的係一電漿源800的一替代實施例的剖視圖。除了下面所述之外，電漿源800和配合圖1在上面所述的電漿源100雷同。
電漿源800包括一主體802，其中會形成一凹腔804。電漿源800還包括被設置在凹腔804內的至少一自給式磁控管組裝件806。於圖8中所示實施例的其中一施行方式中，磁控管組裝件806包括一封閉漂移磁控管組裝件。
於圖8中所示的實施例中，電漿源800進一步包括被設置在凹腔804內的至少兩個非磁控管電極811以及一具有輸出線圈882的交流電流(AC)電源供應器880。該些非磁控管電極811彼此相互電隔絕並且和併入 該凹腔804的主體802電隔絕。該些非磁控管電極811彼此相互電隔絕且和主體802電隔絕的方式和圖1中所示之電漿源100的磁控管組裝件106彼此相互電隔絕且和主體102電隔絕的方式相同。
在圖8中所示的實施例中，磁控管組裝件806被連接至AC電源供應器880的輸出線圈882的中央分接點884，而該些非磁控管電極811則被連接至電源供應器880的輸出線圈882的末端分接點886。於此實施例中，該些非磁控管電極811可經由相鄰磁控管組裝件806得到特定的磁性增強。
範例實施例
範例1包含一種電漿源，其包括：一主體，在該主體中會形成一凹腔；以及至少兩個自給式磁控管組裝件，它們被設置在該凹腔內；其中，該些磁控管組裝件彼此相互電隔絕並且和該主體電隔絕。
範例2包含範例1的電漿源，其中，該些磁控管組裝件包括封閉漂移磁控管組裝件。
範例3包含範例1至2中任一者的電漿源，其中，該些磁控管組裝件中的每一者包括至少一電極、至少一磁鐵、以及一冷卻子系統。
範例4包含範例3的電漿源，其中，該些磁控管組裝件中的至少其中一者包括一核心，該電極與該磁鐵中的至少其中一者被連接至該核心。
範例5包含範例4的電漿源，其中，在該些磁控管組裝件中的至少其中一者中的冷卻子系統包括被形成在該核心中的至少一通道。
範例6包含範例4至5中任一者的電漿源，其中，在該些磁控管組裝件中的至少其中一者中的冷卻子系統包括被形成在該磁控管組裝件中所包含的至少一電極的一標靶部分中的至少一通道。
範例7包含範例1至6中任一者的電漿源，其進一步包括一歧管或導管，用以在該電漿源內散佈製程氣體。
範例8包含範例7的電漿源，其中，該用以散佈製程氣體的歧管或導管包括二元式歧管。
範例9包含範例1至8中任一者的電漿源，其進一步包括一歧管或導管，用以散佈前驅體氣體。
範例10包含範例1至9中任一者的電漿源，其中，至少一電源供應器被連接在該些磁控管組裝件之間，俾使得該些磁控管組裝件中的個別電極被交替偏壓而具有彼此相反的極性。
範例11包含範例10的電漿源，其中，該至少一電源供應器包括一交流電流電源供應器與一雙極脈衝式電源供應器中的至少其中一者。
範例12包含範例1至11中任一者的電漿源，其中，電漿源被配置成使得該電漿源的主體位在浮動電位或接地電位中的其中一者處。
範例13包含範例1至12中任一者的電漿源，其中，電漿源被配置成使得該電漿源的主體被偏壓至一特殊的非接地電位。
範例14包含範例1至13中任一者的電漿源，其中，該些磁控管組裝件包括平面式磁控管。
範例15包含一種供給電漿的方法，該方法包括：供應一製 程氣體給被形成在一電漿源之主體內的凹腔，該電漿源包括被設置在該凹腔內的至少兩個自給式磁控管組裝件，其中，該些磁控管組裝件彼此相互電隔絕並且和該主體電隔絕；交替地偏壓該些磁控管組裝件中的個別電極以便有彼此相反的極性；以及導引該電漿實質上朝向一基板。
範例16包含範例15的方法，其進一步包括導引供應前驅體氣體至該基板附近的電漿之中。
範例17包含範例15至16中任一者的方法，其中，該些磁控管組裝件包括封閉漂移磁控管組裝件。
範例18包含範例15至17中任一者的方法，其中，供應該製程氣體包括利用二元式歧管來供應該製程氣體。
範例19包含範例15至18中任一者的方法，其中，供應該前驅體氣體包括利用二元式歧管來供應該前驅體氣體。
範例20包含一種電漿源，其包括：一主體，在該主體中會形成一凹腔；至少一個自給式磁控管組裝件，其被設置在該凹腔內；至少兩個非磁控管電極，它們被設置在該凹腔內；以及一交流電流(AC)電源供應器，其具有一輸出線圈；其中，該至少兩個非磁控管電極彼此相互電隔絕並且和併入該凹腔的主體電隔絕；以及其中，該磁控管組裝件被連接至該AC電源供應器的輸出線圈的中央分接點，而該些非磁控管電極被連接至該AC電源供應器的輸出線圈的末端分接點。
本文雖然已經說明數個實施例；然而，應該瞭解的係，可以對已述實施例進行各種修正，其並沒有脫離本文主張之發明的精神與範疇。另外，上述實施例之個別特點的組合亦被視為落在本文中所揭發明的 範疇內。
100‧‧‧電漿源
102‧‧‧殼體或主體
104‧‧‧凹腔
106-A‧‧‧磁控管組裝件
106-B‧‧‧磁控管組裝件
107-A‧‧‧磁控管組裝件部分
107-B‧‧‧磁控管組裝件部分
107-C‧‧‧磁控管組裝件部分
107-D‧‧‧磁控管組裝件部分
108‧‧‧電極
110‧‧‧磁鐵
112‧‧‧冷卻子系統
114‧‧‧核心
116‧‧‧冷卻通道
118‧‧‧凸緣
120‧‧‧標靶部分
124‧‧‧製程氣體歧管
126‧‧‧通道
128‧‧‧前驅體氣體歧管
130‧‧‧通道

Claims (20)

  1. 一種電漿源，其包括：一主體，在該主體中會形成一凹腔；以及至少兩個自給式磁控管組裝件，它們被設置在該凹腔內；其中，該些磁控管組裝件彼此相互電隔絕並且和該主體電隔絕。
  2. 根據申請專利範圍第1項的電漿源，其中，該些磁控管組裝件包括封閉漂移磁控管組裝件。
  3. 根據申請專利範圍第1項的電漿源，其中，該些磁控管組裝件中的每一者包括至少一個電極、至少一個磁鐵、以及一個冷卻子系統。
  4. 根據申請專利範圍第3項的電漿源，其中，該些磁控管組裝件中的至少其中一者包括一核心，該電極與該磁鐵中的至少其中一者被連接至該核心。
  5. 根據申請專利範圍第4項的電漿源，其中，在該些磁控管組裝件中的至少其中一者中的冷卻子系統包括被形成在該核心中的至少一個通道。
  6. 根據申請專利範圍第4項的電漿源，其中，在該些磁控管組裝件中的至少其中一者中的冷卻子系統包括被形成在該磁控管組裝件中所包含的至少一個電極的一標靶部分中的至少一個通道。
  7. 根據申請專利範圍第1項的電漿源，其進一步包括一歧管或導管，用以在該電漿源內散佈製程氣體。
  8. 根據申請專利範圍第7項的電漿源，其中，該用以散佈製程氣體的歧管或導管包括二元式歧管。
  9. 根據申請專利範圍第1項的電漿源，其進一步包括一歧管或導管，用 以散佈前驅體氣體。
  10. 根據申請專利範圍第1項的電漿源，其中，至少一個電源供應器被連接在該些磁控管組裝件之間，俾使得該些磁控管組裝件中的個別電極被交替偏壓而具有彼此相反的極性。
  11. 根據申請專利範圍第10項的電漿源，其中，該至少一個電源供應器包括一交流電流電源供應器與一雙極脈衝式電源供應器中的至少其中一者。
  12. 根據申請專利範圍第1項的電漿源，其中，電漿源被配置成使得該電漿源的主體位在浮動電位或接地電位中的其中一者處。
  13. 根據申請專利範圍第1項的電漿源，其中，電漿源被配置成使得該電漿源的主體被偏壓至一特殊的非接地電位。
  14. 根據申請專利範圍第1項的電漿源，其中，該些磁控管組裝件包括平面式磁控管。
  15. 一種供給電漿的方法，其包括：供應一製程氣體給被形成在一電漿源之主體內的凹腔，該電漿源包括被設置在該凹腔內的至少兩個自給式磁控管組裝件，其中，該些磁控管組裝件彼此相互電隔絕並且和該主體電隔絕；交替地偏壓該些磁控管組裝件中的個別電極以便有彼此相反的極性；以及導引該電漿實質上朝向一基板。
  16. 根據申請專利範圍第15項的方法，其進一步包括導引供應前驅體氣體至該基板附近的電漿之中。
  17. 根據申請專利範圍第15項的方法，其中，該些磁控管組裝件包括封閉漂移磁控管組裝件。
  18. 根據申請專利範圍第15項的方法，其中，供應該製程氣體包括利用二元式歧管來供應該製程氣體。
  19. 根據申請專利範圍第15項的方法，其中，供應該前驅體氣體包括利用二元式歧管來供應該前驅體氣體。
  20. 一種電漿源，其包括：一主體，在該主體中會形成一凹腔；至少一個自給式磁控管組裝件，其被設置在該凹腔內；至少兩個非磁控管電極，它們被設置在該凹腔內；以及一交流電流(AC)電源供應器，其具有一輸出線圈；其中，該至少兩個非磁控管電極彼此相互電隔絕並且和併入該凹腔的主體電隔絕；以及其中，該磁控管組裝件被連接至該AC電源供應器的輸出線圈的中央分接點，而該些非磁控管電極被連接至該AC電源供應器的輸出線圈的末端分接點。
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