等離子體增強(qiáng)的化學(xué)氣相沉積(pecvd)源的制作方法
【專利說(shuō)明】等離子體増強(qiáng)的化學(xué)氣相沉積(PECVD)源
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
本申請(qǐng)要求于2012年12月28日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)序列號(hào)61/746，734的權(quán)益，該臨時(shí)專利申請(qǐng)?zhí)卮艘砸玫姆绞讲⑷氡疚闹小?br>[0002]背景
化學(xué)氣相沉積(CVD)是指通過(guò)含有所需層所包含的元素的前體化學(xué)物質(zhì)的化學(xué)轉(zhuǎn)化在基底的表面上形成層的方法。一個(gè)常見的實(shí)例是由前體六甲基二硅氧烷或HMDSO(0[Si(CH3)3]2)與氧氣(02)之間的化學(xué)反應(yīng)形成二氧化硅(Si02)。在此情況下，硅與氧組合形成固體Si02。剩余甲基還可以與氧氣反應(yīng)形成各種廢氣(C0、C02、H0等)，然后所述廢氣從反應(yīng)器中移除。
[0003]為提高反應(yīng)的效率和所沉積的層的質(zhì)量，可在離子化氣體(等離子體)的氛圍中進(jìn)行反應(yīng)。用于產(chǎn)生等離子體的典型氣體是氬氣。還可以添加可用于所述化學(xué)反應(yīng)中的活性氣體。適合的等離子體將具有高密度的高能電子。電子與前體和含有相關(guān)元素的其它氣體發(fā)生碰撞，從而使氣體離子化并且將其分子解離成更輕的部分。由此產(chǎn)生了相關(guān)元素的自由基，這些自由基比其在未經(jīng)受等離子體作用的情況下更容易形成所需化合物?？蓪?duì)氣體的比率、壓力或功率參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)以影響沉積速率和膜性質(zhì)。
[0004]等離子體是在真空室內(nèi)，在約1-100毫托范圍內(nèi)的壓力下，通過(guò)在腔室內(nèi)提供可離子化氣體和電極，然后在電極之間施加電位來(lái)產(chǎn)生。當(dāng)施加電位時(shí)，電子從陰極電極的表面發(fā)射并且將由陰極與陽(yáng)極之間的電場(chǎng)加速。當(dāng)具有充足能量的電子與加工氣體碰撞時(shí)，氣體可被離子化并且產(chǎn)生其它自由電子。新的電子也經(jīng)受加速電場(chǎng)影響并且可用于使其它氣體分子離子化。在適合條件下，此過(guò)程快速級(jí)聯(lián)以形成稠密等離子體。常見的是進(jìn)一步提供磁場(chǎng)，所述磁場(chǎng)被配置成改變電子的軌道，以將它們引入所需工作區(qū)域內(nèi)并且增加發(fā)生離子化碰撞的幾率，由此提高所述過(guò)程的效率。
[0005]在有關(guān)產(chǎn)生等離子體的現(xiàn)有技術(shù)中可存在多種配置。但是，它們通常具有限制其在PECVD工藝中的性能的缺點(diǎn)。所述源的匯總可見于以全文引用的方式包括于本文中的美國(guó)專利7，327，089 (在此也稱為“’089專利”)中。
[0006]在’089專利(和隨后的接續(xù)案美國(guó)專利號(hào)7，411,652 (在此也稱為“’652專利”))中，描述了一種包括被封閉在空腔內(nèi)的電極的源?？涨煌ㄟ^(guò)限制等離子體流動(dòng)的噴嘴對(duì)真空室的加工區(qū)域開放。噴嘴還限制流出空腔的濺射材料的流動(dòng)以及進(jìn)入空腔的化學(xué)前體的流動(dòng)。提供了用于在空腔內(nèi)供應(yīng)加工氣體的構(gòu)件。前體被供應(yīng)至空腔外部的腔室。此配置解決了有關(guān)已反應(yīng)材料形成于電極上和濺射材料污染形成于基底上的膜的問題。此源也并有磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)對(duì)源內(nèi)的電子提供磁約束以增進(jìn)產(chǎn)生稠密等離子體的效率。磁場(chǎng)配置還弓I導(dǎo)一部分等離子體流出空腔流向基底。
[0007]’ 089專利中所描述的源的一個(gè)問題是其依賴于在源的空腔外部的陽(yáng)極。由于在源外部，陽(yáng)極經(jīng)歷由所述工藝產(chǎn)生的介電涂層的沉積。本領(lǐng)域技術(shù)人員可了解，陽(yáng)極上的介電涂層總是會(huì)引起工藝不穩(wěn)定性和不可接受的不均勻性。另外，設(shè)置于空腔內(nèi)的電極還經(jīng)歷所使用的加工氣體的氧化(或其它反應(yīng))。兩個(gè)問題均通過(guò)如’ 652專利中所描述的將兩個(gè)源用交流電(AC)或雙極性脈沖電源連接在一起而得到緩和。在此配置中，一個(gè)源中的電極處于陰極電位，而另一個(gè)源中的電極充當(dāng)陽(yáng)極。兩個(gè)電極按電源的每個(gè)半周期來(lái)轉(zhuǎn)換極性。在陰極半周期，電極經(jīng)歷濺射。這可至少部分清除掉不需要的反應(yīng)物。
[0008]’ 652專利中描述的兩源配置的一個(gè)重要特征是這兩個(gè)源可借助于具有相反磁極性而發(fā)生磁連接。這是將工作電子導(dǎo)引出源并且導(dǎo)引至工作區(qū)域中的一種有效方法，因?yàn)殡娮釉陉帢O與陽(yáng)極之間移動(dòng)時(shí)將遵循磁場(chǎng)。雖然兩源配置減少了涂布或反應(yīng)電極問題，但其產(chǎn)生了另一個(gè)問題。電子在源之間行進(jìn)的均勻性高度取決于連接源的磁場(chǎng)的均勻性。即使已極小心地使每個(gè)源內(nèi)的磁結(jié)構(gòu)高度均勻，但使源之間的連接磁場(chǎng)均勻仍可能極具挑戰(zhàn)性。這歸因于源之間的距離。由于磁場(chǎng)的強(qiáng)度(通量密度)隨距離的平方而減小，故源之間距離的較小改變也會(huì)引起磁通量密度的顯著變化。由此在所述工藝中產(chǎn)生不可接受的變化。因此，兩個(gè)源必須精確平行，這意味著它們還必須精確地平直以維持均勻過(guò)程。源越長(zhǎng)，則實(shí)現(xiàn)并且維持適當(dāng)精確性就越具挑戰(zhàn)性。
[0009]在德國(guó)專利DE 199 28 053 (在此也稱為“’053專利”)中，公開了一種包括布置于空腔內(nèi)的陰極和冗余陽(yáng)極的等離子體源。此源包括由諸如鋼等磁可滲透材料構(gòu)造的三個(gè)并聯(lián)陰極電極。三個(gè)陰極電極中的一個(gè)是圓盤狀的實(shí)心板?；蛘?，它可呈矩形或橢圓形。為簡(jiǎn)單起見，在此將僅討論圓盤狀配置。另兩個(gè)陰極呈環(huán)形并且具有與圓盤狀陰極大體上相同的厚度和外徑。設(shè)置于陰極之間并且連接陰極的是永久磁體，其被布置成在平面表面上并且沿陰極的外徑與陰極接合的環(huán)。由陰極與磁體構(gòu)成的組件產(chǎn)生在中心具有空腔的封閉圓筒形結(jié)構(gòu)，其在圓筒的一端是敞開的。此組件同時(shí)是等離子體源的主電極和磁路。在空腔內(nèi)并且在陰極之間設(shè)置有其它電極，其彼此并且與陰極互相電絕緣。這些電極是內(nèi)徑略大于陰極的內(nèi)徑并且外徑小于磁體環(huán)的內(nèi)徑的圓筒形狀的環(huán)。其橫向尺寸小于陰極之間的距離。這些電極充當(dāng)陽(yáng)極，并且設(shè)置在陰極之間并且與陰極同心。陽(yáng)極電極只是電組件而不是磁路的一部分。
[0010]在’053專利中所公開的圓盤狀配置中，磁極性被布置成使得磁場(chǎng)沿半徑方向穿過(guò)可滲透陰極并且在內(nèi)徑表面處或其附近從陰極中射出。磁場(chǎng)線在陰極之間的間隙中形成弧，其大體上平行于組件的對(duì)稱軸并且大體上跨接陽(yáng)極的內(nèi)徑表面。以此方式，從陰極發(fā)射的電子被引至陰極之間，因?yàn)殡娮硬荒苋菀椎卮┻^(guò)磁場(chǎng)線到達(dá)陽(yáng)極。結(jié)果是在空腔內(nèi)積累富含電子的等離子體。一部分電子從源中沿其中心軸線逸出并且朝向基底而去。
[0011]在’ 053專利中所公開的圓盤狀配置中，DC電源連接在陰極與地面之間并且將陰極維持在陰極電位。兩個(gè)獨(dú)立的方波電源連接在陽(yáng)極電極與陰極之間。這些電源交替地脈沖，使得一個(gè)電極處于陽(yáng)極電位而另一個(gè)處于陰極電位。一次周期性地驅(qū)使一個(gè)陽(yáng)極達(dá)到陰極電位以使得系統(tǒng)總是維持活性陽(yáng)極，而對(duì)另一者進(jìn)行濺射清洗。以此方式，陽(yáng)極保持至少部分清潔并且具功能性。
[0012]由于在’053專利中所公開的圓盤狀配置中的所有電極是緊密物理接近的，故為電子建立并且維持足夠均勻的磁通道變得容易得多?！?053專利看來(lái)已改善了 ’ 652專利的不均勻性的問題，同時(shí)維持了通過(guò)’ 089專利與’ 652專利的系統(tǒng)所實(shí)現(xiàn)的益處。另外，可使描述于’ 053專利中的源比’ 652專利中公開的系統(tǒng)更緊湊并且因此可更容易改裝至更老的系統(tǒng)中。然而，’053專利中描述的布置過(guò)于復(fù)雜，并且由于需要為三個(gè)獨(dú)立的電學(xué)組件提供冷卻和電力效用而使得實(shí)際模型難以設(shè)計(jì)和制造。關(guān)于’ 053專利的設(shè)計(jì)的一個(gè)重要工藝問題是主陰極是用DC電壓驅(qū)動(dòng)的載流電極。由于它暴露于所述工藝，故它可被介電材料涂布。本領(lǐng)域技術(shù)人員眾所周知這會(huì)通過(guò)起弧而引起工藝不穩(wěn)定性。
[0013]概述
一個(gè)實(shí)施方案是關(guān)于一種等離子體源，該等離子體源包括其中形成空腔的主體和設(shè)置于空腔內(nèi)的至少兩個(gè)自含式磁控管組件。磁控管組件彼此并且與主體互相電絕緣。在此類實(shí)施方案的一種實(shí)現(xiàn)方式中，自含式磁控管組件包括閉合漂移磁控管組件。
[0014]另一個(gè)實(shí)施方案是關(guān)于一種獲取等離子體的方法。所述方法包括向等離子體源的主體內(nèi)所形成的空腔中供應(yīng)加工氣體，該等離子體源包括設(shè)置于空腔內(nèi)的至少兩個(gè)自含式磁控管組件，其中磁控管組件彼此并且與主體互相電絕緣。所述方法進(jìn)一步包括向等離子體源供應(yīng)前體氣體并且向磁控管組件中的相應(yīng)電極交替加偏壓以使其具有彼此相反的極性。
[0015]另一個(gè)實(shí)施方案是關(guān)于一種等離子體源，該等離子體源包括其中形成空腔的主體、設(shè)置于空腔內(nèi)的至少一個(gè)自含式磁控管組件，以及設(shè)置于空腔內(nèi)的至少兩個(gè)非磁控管電極。等離子體源進(jìn)一步包括具有輸出線圈的交流電(AC)電源。至少兩個(gè)非磁控管電極彼此并且與并有空腔的主體互相電絕緣。磁控管組件連接至AC電源的輸出線圈的中心抽頭，并且非磁控管電極連接至AC電源的輸出線圈的末端抽頭。
[0016]圖式
圖1是等離子體源的一個(gè)示例性實(shí)施方案的截面圖。
[0017]圖2是圖1中示出的等離子體源的等距視圖。
[0018]圖3和4示出了使用二元歧管實(shí)現(xiàn)的適合的前體氣體歧管。
[0019]圖5是說(shuō)明獲取