等離子體增強的化學(xué)氣相沉積(pecvd)源的制作方法
【專利說明】等離子體増強的化學(xué)氣相沉積(PECVD)源
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
本申請要求于2012年12月28日提交的美國臨時專利申請序列號61/746，734的權(quán)益，該臨時專利申請?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。一個常見的實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。可對氣體的比率、壓力或功率參數(shù)進行調(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產(chǎn)生。當(dāng)施加電位時，電子從陰極電極的表面發(fā)射并且將由陰極與陽極之間的電場加速。當(dāng)具有充足能量的電子與加工氣體碰撞時，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，此過程快速級聯(lián)以形成稠密等離子體。常見的是進一步提供磁場，所述磁場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。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)案美國專利號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^限制等離子體流動的噴嘴對真空室的加工區(qū)域開放。噴嘴還限制流出空腔的濺射材料的流動以及進入空腔的化學(xué)前體的流動。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，該磁場對源內(nèi)的電子提供磁約束以增進產(chǎn)生稠密等離子體的效率。磁場配置還弓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問題是其依賴于在源的空腔外部的陽極。由于在源外部，陽極經(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，陽極上的介電涂層總是會引起工藝不穩(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))。兩個問題均通過如’ 652專利中所描述的將兩個源用交流電(AC)或雙極性脈沖電源連接在一起而得到緩和。在此配置中，一個源中的電極處于陰極電位，而另一個源中的電極充當(dāng)陽極。兩個電極按電源的每個半周期來轉(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重要特征是這兩個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，因為電子在陰極與陽極之間移動時將遵循磁場。雖然兩源配置減少了涂布或反應(yīng)電極問題，但其產(chǎn)生了另一個問題。電子在源之間行進的均勻性高度取決于連接源的磁場的均勻性。即使已極小心地使每個源內(nèi)的磁結(jié)構(gòu)高度均勻，但使源之間的連接磁場均勻仍可能極具挑戰(zhàn)性。這歸因于源之間的距離。由于磁場的強度(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程。源越長，則實現(xiàn)并且維持適當(dāng)精確性就越具挑戰(zhàn)性。
[0009]在德國專利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)造的三個并聯(lián)陰極電極。三個陰極電極中的一個是圓盤狀的實心板?；蛘?，它可呈矩形或橢圓形。為簡單起見，在此將僅討論圓盤狀配置。另兩個陰極呈環(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)陽極，并且設(shè)置在陰極之間并且與陰極同心。陽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沿半徑方向穿過可滲透陰極并且在內(nèi)徑表面處或其附近從陰極中射出。磁場線在陰極之間的間隙中形成弧，其大體上平行于組件的對稱軸并且大體上跨接陽極的內(nèi)徑表面。以此方式，從陰極發(fā)射的電子被引至陰極之間，因為電子不能容易地穿過磁場線到達陽極。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。兩個獨立的方波電源連接在陽極電極與陰極之間。這些電源交替地脈沖，使得一個電極處于陽極電位而另一個處于陰極電位。一次周期性地驅(qū)使一個陽極達到陰極電位以使得系統(tǒng)總是維持活性陽極，而對另一者進行濺射清洗。以此方式，陽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專利看來已改善了 ’ 652專利的不均勻性的問題，同時維持了通過’ 089專利與’ 652專利的系統(tǒng)所實現(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于復(fù)雜，并且由于需要為三個獨立的電學(xué)組件提供冷卻和電力效用而使得實際模型難以設(shè)計和制造。關(guān)于’ 053專利的設(shè)計的一個重要工藝問題是主陰極是用DC電壓驅(qū)動的載流電極。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)人員眾所周知這會通過起弧而引起工藝不穩(wěn)定性。
[0013]概述
一個實施方案是關(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。在此類實施方案的一種實現(xiàn)方式中，自含式磁控管組件包括閉合漂移磁控管組件。
[0014]另一個實施方案是關(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]另一個實施方案是關(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)的至少一個自含式磁控管組件，以及設(shè)置于空腔內(nèi)的至少兩個非磁控管電極。等離子體源進一步包括具有輸出線圈的交流電(AC)電源。至少兩個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示例性實施方案的截面圖。
[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現(xiàn)的適合的前體氣體歧管。
[0019]圖5是說明獲取