用於直線型大面積等離子體反應器中均勻處理的氣體輸送和分配的製作方法

2023-06-02 01:09:06

用於直線型大面積等離子體反應器中均勻處理的氣體輸送和分配的製作方法
【專利摘要】本發明提供一種用於引入氣體到處理腔室中的裝置，所述處理腔室包含具有氣體注入孔的一或多個氣體分配管，所述氣體注入孔可在需要通過氣體注入孔更大氣體傳導的氣體引入管的管段處尺寸更大、數目更多，和/或彼此間隔更緊密。具有較大氣體注入孔的外部管可圍繞每一氣體分配管。氣體分配管可流體連接到真空前極管道，以促進在製程循環結束時從氣體分配管去除氣體。
【專利說明】用於直線型大面積等離子體反應器中均勻處理的氣體輸送和分配
【技術領域】
[0001]本發明實施例大體涉及用於提供氣體到處理區域中的氣體分配管。
【背景技術】
[0002]用於顯示器和薄膜太陽能等離子體增強化學氣相沉積(plasma enhancedchemical vapor deposition; PECVD)工具中的等離子源通常是使用電容稱合射頻(radiofrequency;RF)或甚高頻(very high frequency;VHF)場以電離或離解電極板之間的處理器氣體的平行板反應器。下一代平面PECVD腔室包括等離子體反應器，該等離子體反應器能夠通過使在一個「垂直」腔室中具有兩個基板且在所述基板之間使用「共用」等離子體源和氣源來同時處理兩個基板。因為當兩個基板被處理時，氣體和射頻功率是由兩個基板共享，所以此方法不僅增加系統產量，而且可降低射頻硬體和製程氣體(按產量)的成本。
[0003]此PECVD反應器中的等離子體可由放置在兩個基板之間的線性等離子源陣列產生，且製程氣體可從分布在基板區域上的氣體管線輸送。氣體管線可與等離子體管線處於同一平面，所述等離子體管線通常被放置在兩個基板之間的中平面，或氣體管線可更接近基板放置和分布。氣體管線可包含具有開口的一或多個輸送管，氣體通過所述開口被引入處理區域中。在這些系統中，在垂直於等離子體管線和氣體管線的方向上的等離子體和氣體均勻性為一挑戰，此挑戰可通過適當分布等離子體管線或氣體管線，或通過改變工藝的構成(即，通過一個或若干等離子體/氣體管線掃描基板)，或通過所述兩者的組合來解決。然而，沿著管線的均勻性也具有挑戰且對於當管線超過一米長時的情況尤為關鍵，此情況包括許多下一代顯示器和太陽能工具。
[0004]均勻氣體分布的另一挑戰是氣體分配管中孔的堵塞，因為工藝殘餘物沉積在開口周圍，阻塞了氣體到處理空間中的流動。孔的阻塞妨礙氣體均勻地流動到處理區域中。雖然管中的較大孔不易發生阻塞，但是所述孔由於造成沿著氣體管的壓降而累及到氣體輸送的均勻性。如此引起至處理腔室中的氣體流動將不均勻。如果使用較小的孔，那麼孔對沿著氣體分配管的壓降貢獻較小，但是更容易阻塞。
[0005]在本領域中，需要通過供氣管均勻地橫跨基板地提供反應氣體到腔室，同時最小化沿著管的阻塞以及壓降。

【發明內容】

[0006]本發明實施例大體涉及用於處理腔室中的氣體分配管。
[0007]在一個實施例中，提供氣體分配系統。系統包含氣體分配管，其中來源氣體被送入氣體分配管的至少一個部分中，且其中氣體分配管具有沿著氣體分配管來自每一孔的大體上相等的來源氣流。
[0008]在另一實施例中，提供一種氣體分配系統，所述氣體分配系統包含氣體分配管，其中來源氣體被送入氣體分配管的至少一個部分，且其中氣體分配管具有孔，所述孔越接近輸送氣體的氣體分配管的至少一個部分，所述孔彼此間隔越遠。
[0009]在另一實施例中，提供氣體分配管，所述氣體分配管包含具有孔的內管，其中內管被連接到氣源；和圍繞內管的外管，其中外管具有比內管的孔大的孔。
[0010]在又一個實施例中，提供處理腔室，所述處理腔室包含氣源、等離子源、真空泵、基板支撐件，和流體耦接到氣源的至少一個氣體分配管，其中來源氣體被送入氣體分配管的至少一部分，且其中氣體分配管具有孔，所述孔到輸送來源氣體的氣體分配管的至少一個部分越近，所述孔的尺寸越小。所述至少一個氣體分配管可進一步包含圍繞氣體分配管的外管，其中外管具有大於氣體分配管的孔的孔。在另一實施例中，至少一個氣體分配管可被流體連接到真空管，所述真空管耦接到真空泵。
【專利附圖】

【附圖說明】 [0011]因此，以可詳細地理解本發明的上述特徵的方式，可參考實施例獲得上文簡要概述的本發明的更特定描述，所述實施例中的一些實施例圖示在附圖中。然而，應注意，附圖僅圖示本發明的典型實施例且因此不將附圖視為限制本發明的範疇，因為本發明可允許其他同等有效的實施例。
[0012]圖1是可用於一個實施例的處理系統的不意圖；
[0013]圖2A至圖2C是圖1的處理腔室的示意圖；
[0014]圖3是圖1的處理腔室的示意性橫截面俯視圖；
[0015]圖4A至圖4E是根據本文所述的實施例的氣體分配管的示意性橫截面圖；
[0016]圖5A是根據一個實施例的氣體分配管的透視圖；
[0017]圖5B和圖5C是圖5A的氣體分配管的不同實施例的示意橫截面圖；
[0018]圖6A和圖6B是圖5A的氣體分配管的不同實施例的不意橫截面圖；
[0019]圖7是根據一個實施例的在管狀氣體分配系統之內的管的透視圖；
[0020]圖8圖示根據一或更多個實施例的來自氣體分配系統的沉積的圖形表示。
[0021]為了便於理解，在可能的情況下，已使用相同元件符號來指定對諸圖共用的相同元件。可以預期，一個實施例的元件和特徵可有利地併入其他實施例中而無需進一步敘述。
【具體實施方式】
[0022]本發明實施例大體涉及用於提供氣體到處理區域中的氣體分配管，所述氣體分配管包括氣體分配管幾何形狀和沿著所述管的氣體注入孔分布，以便反應氣體可沿著管的長度均勻地被送入氣體分配管和基板之間的區域中。本文所述的實施例可提供大體上相等的氣流，諸如每12英寸的氣體分配管長度的流量差不大於20%，其中進一步實施例為每6英寸的氣體分配管長度的流量差小於10%。
[0023]在一個實施例中，布置在等離子體管線和基板之間的氣體分配管可具有小的橫截面以最小化等離子體遮蔽。在其他實施例中，沿著氣體分配管的氣體注入孔的間隔可在需要較少氣體流出(和較少壓降)的管段處(諸如在輸送氣體的管段附近)較大。氣體注入孔的間隔可在需要更多氣體流出的氣體分配管的管段處(諸如朝向氣體分配管的中心)減小。在另一實施例中，氣體分配管中的孔尺寸可在需要較少氣體流出的管段(諸如輸送氣體的管段)處較小，且氣體分配管中的孔尺寸可在需要更多氣體流出的管段(諸如朝向氣體分配管的中心)處較大。類似地，氣體分配管中的孔數目可在需要較少氣體流出的管段處較小且在需要更多氣體流出的管段處較大。在一個實施例中，氣體分配系統可包含具有孔的內部氣體分配管，所述孔可被布置在外管中，外管具有比內管中的所述孔通常更大且比內管中的所述孔間隔更開的孔。內部氣體分配管可被耦接到一或多個氣源。在每一氣體分配管上的孔的定位、間隔和數目可用以保持均勻氣體分布，同時將孔的阻塞最小化。
[0024]本文所述的實施例解決與使用線性等離子體源技術在諸如大面積PECVD腔室的腔室中的氣體分配有關的不均勻沉積，尤其在軸向(即，平行於管線)上的不均勻性的問題。雖然本文中的一些實施例是針對微波功率等離子體反應器而圖示，但是可使用建議的解決方案:(1)對於使用線性等離子體源技術(例如，微波、電感或電容)的任何等離子體反應器；
(2)在任何類型的CVD系統、垂直雙或單基板腔室、或水平單基板腔室；(3)在使用任何沉積模式(靜態或動態模式)的腔室中，和(4)對於其他等離子體技術或應用，例如，蝕刻或光刻膠剝離，或反應性PVD。
[0025]圖1是可用於本文所述的氣體分配管的實施例的處理系統的示意圖。圖1是垂直線性CVD系統100的示意圖。線性CVD系統100可具有一尺寸以處理具有大於約90，000cm2的表面面積的基板、且可能夠當沉積2，000埃厚度的氮化矽薄膜時每小時處理多於90個基板。線性CVD系統100可包括兩個分離的製程管線114AU14B，所述製程管線114AU14B由共用系統控制平臺112耦接在一起以形成雙製程管線配置/布局。共用電源(諸如交流電源)、共用和/或共享泵送與排氣元件和共用氣體面板可用於雙製程管線114AU14B。對於每小時處理總計大於90個基板的系統，每一製程管線114AU14B可處理多於45個基板。儘管在圖1中圖示兩個製程管線114AU14B，但是可以預期，系統可使用單個製程管線或多於兩個製程管線配置。
[0026]每一製程管線11 4A、114B包括基板堆疊模塊102A、102B，新基板(B卩，在線性CVD系統100之內還沒有被處理的基板)是從所述堆疊模塊擷取且經處理的基板被存儲在所述堆疊模塊中。大氣機械臂104A、104B從基板堆疊模塊102A、102B擷取基板，且大氣機械臂104AU04B將基板放置到雙基板裝載站106AU06B中。應將理解，雖然基板堆疊模塊102A、102B被圖示為具有以水平定向堆疊的基板，但是布置在基板堆疊模塊102AU02B中的基板可保持為垂直定向，所述垂直定向類似於基板如何被保持在雙基板裝載站106AU06B中的定向。然後，新基板被移動到雙基板裝載鎖定腔室108AU08B中，且隨後被移動到雙基板處理腔室101AU01B。現在處理的基板隨後通過雙基板裝載鎖定腔室108AU08B的一個腔室返回到雙基板裝載站106AU06B中的一個，在所述雙基板裝載站處，所述基板是通過大氣機械臂104A、104B中的一個擷取且返回到基板堆疊模塊102A、102B中的一個。
[0027]圖2A至圖2C是圖1中的雙基板處理腔室10ΙΑ、IOlB的示意圖。圖3圖示圖1中的雙基板處理腔室101AU01B的示意性橫截面俯視圖。參看圖2A至圖2C，雙基板處理腔室10ΙΑ、IOlB包括數個微波天線210，所述微波天線210在每一雙基板處理腔室10ΙΑ、IOlB的中心以直線排列布置。微波天線210從處理腔室的頂部到處理腔室的底部垂直地延伸。每一微波天線210具有耦接到微波天線210的在處理腔室的頂部和底部兩者處的相應微波功率頭212。如圖2B中所示，微波功率頭212可由於空間限制而交錯。功率可通過每一微波功率頭212獨立地施加到微波天線210的每一端。微波天線210可在300MHz與3GHz的範圍內的頻率下操作。金屬天線可為實心或中空的，且具有任意橫截面(圓形、矩形等)且具有比所述金屬天線的橫截面特徵尺寸大得多的長度；天線可被直接暴露於等離子體或嵌入在電介質(注意:電介質被理解為實心絕緣體，或實心絕緣體加空氣/氣體間隙或多個間隙)中，且天線可由RF功率供電。線性源可使用一個或兩個射頻發生器在一端或在兩端處供電。此外，單個發生器可為單個線性等離子源或者為並聯或串聯，或並聯且串聯相結合的若干線性等離子源供電。
[0028]每個處理腔室被布置以能夠處理兩個基板，微波天線210的每一側有一基板。基板通過基板載體208和遮蔽框架204在處理腔室之內固定就位。氣體引入管214可被布置在相鄰微波天線210之間。氣體引入管214可由用於分布氣體的任何適當、較好的抗蝕材料製成，所述材料諸如鋁、陶瓷或不鏽鋼。氣體引入管214平行於微波天線210從處理腔室的底部到頂部垂直延伸。氣體引入管214允許處理氣體的引入，所述氣體諸如矽前驅物和氮前驅物。雖然未在圖2A至圖2C中圖示，但是處理腔室101A、IOlB可通過位於基板載體208之下的泵送口(見圖3中的302A至302D)排空。
[0029]圖3是圖1的雙基板處理腔室IOlA (所述雙基板處理腔室可與雙基板處理腔室IOlB相同)的示意性橫截面俯視圖，雙基板處理腔室IOlA具有布置於腔室內部的基板306和耦接到真空前極管道的氣體引入管214。氣體引入管214接近於布置在基板載體208上的基板306放置和分布。雙基板處理腔室IOlA的連接點302A至302D通向真空前極管道。因為連接點是接近雙基板處理腔室IOlA的角落布置，所以雙基板處理腔室IOlA可在雙基板處理腔室IOlA的所有區域中大體上均勻地排空。如果僅有一個排空點，那麼與遠處的位置相比，在排空點附近可能有更大的真空。可以想到，其他排空連接是可能的，所述連接包括額外連接。
[0030]氣體引入管214可以是平行於基板放置的圓形、卵形，或矩形橫截面管。氣體引入管214通常是經由腔室壁的輸送通孔從兩端(例如，在圖2A和圖2B的垂直處理腔室的情況下，位於處理腔室的頂部和底部)輸送，且氣體管線充氣增壓部(氣體引入管214的內部部分)通過沿著氣體引入管214分布的多個氣體注入孔(見例如圖5A中的430)被連接到處理腔室。在一個實施例中，處理氣體或氣體是通過主輸送管或歧管(未圖示)被送入每一氣體引入管中，所述主輸送管或歧管是流體耦接到每一氣體引入管214。主輸送管或歧管可由一或多個氣源輸送。一或多個控制閥可被放置在主氣體管或歧管和每一氣體引入管214之間，以控制到每一氣體引入管214的流動。因此，到每一氣體引入管214中的氣體流動可取決於氣體引入管214位於處理腔室中的位置(例如，朝向與端部相對的中心)，或取決於在腔室中處理的基板的形狀和大小而變化。
[0031]在一個實施例中，氣體引入管214具有小的橫截面和小的外表面面積，以便最小化等離子體損失(由於等離子體與壁相互作用的帶電粒子損失)和反應物損耗(由於在氣體管線外表面上的沉積的自由基損失)且提高處理腔室的功率和氣體利用效率。因為較少的材料沉積在氣體引入管214上，所以氣體引入管214的外表面面積的減小還有利地將腔室清洗的頻率、清洗氣體消耗量和/或清洗時間最小化。因此，因為由於表面面積減小而較少的材料沉積，所以在處理期間沉積於氣體引入管214上的薄膜的剝落不太可能發生，且提高了系統產量。
[0032]對於其中氣體引入管214沒有於腔室中被放置在與線性等離子源(諸如微波天線210)相同的平面，而是被放置在更接近於基板的平面中的腔室配置，保持氣體引入管214較細還將等離子體的遮蔽最小化。如果氣體引入管214接近於基板且直徑過大，那麼在氣體引入管214後的等離子體密度(在相應到等離子體管線的遮蔽中)可顯著地低於開放區域(遮蔽之外)中的等離子體密度，且如此可能負面影響垂直於氣體引入管214的方向中的處理均勻性。
[0033]氣體引入管214應足夠細以最小化外表面面積和等離子體遮蔽，但不應過細而累及氣體引入管214的強度，尤其當所述氣體引入管較長時，如在直線型大面積等離子體反應器中的情況下。在一些實施例中，氣體引入管可具有圓形橫截面，具有約3m的長度、約
0.5英寸的外徑和約0.25英寸的內徑。
[0034]然而，具有小的橫截面(諸如在具有圓形截面的管的情況下的小的內徑)的氣體引入管214會在氣體引入管214內部具有低的氣體傳導。較好地，與氣體引入管214中的氣體傳導相比，沿著氣體引入管214的氣體注入孔的氣體傳導足夠小，以便沿著管線具有均勻氣體分布。如果氣體注入孔的氣體傳導較大，那麼更多氣體將傾向於通過氣體注入孔流出氣體引入管214到接近於氣體管線輸送的處理腔室中，而不是穿過氣體引入管214的整個長度。如此將產生不均勻的處理。因此，為了補償此不均勻性，可以最小化氣體注入孔的尺寸和數目且最大化孔之間的間隔，以最小化每單位長度氣體管線的氣體注入孔傳導。在一個實施例中，具有約3m長的氣體引入管的氣體注入孔可以是圓形且具有16mm的直徑。在另一實施例中，具有約3m長的氣體引入管的氣體注入孔可具有範圍從約1_到約14_的直徑。在一些實施例中，所有氣體注入孔可具有相同直徑。在其他實施例中，氣體注入孔可具有變化直徑且在氣體注入孔之間具有恆定間隔。
[0035]在某些實施例中，氣體注入傳導梯度可通過改變沿著氣體引入管214的氣體注入孔的間隔和/或尺寸來 實現。圖4A是根據一個實施例的氣體引入管(在氣體引入管的每一端處具有氣體進口)的示意剖視圖，在所述氣體引入管中，氣體注入傳導梯度是通過改變氣體注入孔430的間隔而形成。如圖4A中所示，沿著氣體引入管414的氣體注入孔430可接近於氣體進口間隔得更遠，且氣體注入孔430可朝向氣體引入管414的中心彼此間隔更緊密。此配置允許較少氣體在較接近於氣體入口的氣體引入管414的管段逸出氣體引入管414 (通過氣體注入孔430)，氣體在所述管段處的壓力較高，從而允許更多氣體朝向氣體引入管414的中心流動。氣體由此更加均勻地流出氣體注入孔430且在基板406上形成改善的沉積。
[0036]氣體注入傳導梯度也可通過改變沿著氣體引入管414的氣體注入孔430的尺寸來實現。圖4A是根據一個實施例的氣體引入管(在氣體引入管的每一端處具有氣體進口)的示意剖視圖，在所述氣體引入管中，氣體注入傳導梯度是通過改變氣體注入孔430的尺寸而形成。如圖4B中所示，沿著氣體引入管414的氣體注入孔430可在接近於氣體入口處尺寸較小(例如，在圓孔情況下的較小直徑)且朝向氣體引入管414的中心處尺寸較大。如此允許較少氣體在接近於入口的氣體處於較高壓力下的氣體引入管414逸出，且更多氣體朝向氣體引入管414的中心流出氣體引入管414。氣體由此更加均勻地流出氣體注入孔430且在基板406上形成改善的沉積。
[0037]氣體注入傳導梯度也可通過改變氣體注入孔430的間隔、數目和大小的組合來實現。儘管在圖4A至圖4B中僅圖示一個氣體引入管，但是應理解，氣體傳導梯度可類似地在多個氣體管線腔室(諸如圖1中所示的線性CVD系統100)中的氣體注入管內形成，以實現氣體分配均勻性。此外，可使沿著氣體引入管的局部氣體傳導從氣體引入管的兩端朝向中心，或從氣體引入管的一端到另一端改變(通過改變氣體注入孔的間隔、數目和/或大小)，此舉取決於氣體管線是從兩端輸送還是僅從一端輸送。例如，圖4C圖示以僅來自一端的氣體輸送的氣體引入管414。氣體注入孔430越接近輸送氣體的氣體引入管414的端部，氣體注入孔430可間隔更遠。圖4D圖示以僅來自一端的氣體輸送的氣體引入管414。氣體注入孔430可在氣體注入孔430更接近輸送氣體的氣體引入管414的端部處尺寸更小，且氣體注入孔430可在氣體注入孔430遠離輸送氣體的氣體引入管414的端部尺寸更大。在另一實施例中，氣體引入管414的外表面可被磨刷以便氣體引入管414的壁厚度沿著氣體引入管414的長度改變。例如，如圖4E中所示，氣體引入管414(其中氣體是從氣體引入管的兩端輸送)的外表面可被磨刷，以便面向基板406的氣體引入管414的外表面是凹面。因此，氣體注入孔430可在氣體注入孔430更接近於輸送氣體的氣體引入管414的端部處較長(來自氣體注入孔的較少氣體傳導)，且氣體注入孔430可在氣體注入孔430遠離輸送氣體的氣體引入管414的端部處較短。如果僅氣體引入管414的一端輸送氣體，那麼氣體引入管414的外表面可被磨刷且錐形化，以便氣體注入孔430可在氣體注入孔430更接近於輸送氣體的氣體引入管414的端部處較長，且氣體注入孔430可在氣體注入孔430遠離輸送氣體的氣體引入管414的端部處較短。在其他實施例中，沿著氣體引入管的局部氣體傳導可取決於需要而非均勻地布置，諸如與偏移工藝腔室相關的不對稱(泵吸、基板/平臺邊緣，或垂直腔室中的傾斜基板等等)。
[0038]圖5A圖示根據一個實施例的氣體引入管514的透視圖。如圖5A中所示，兩排氣體注入孔530可沿著氣體引入管514的長度形成，其中更多氣體注入孔530朝向氣體引入管514的中心形成。各排氣體注入孔530面向基板(未圖示)，且由氣體注入孔530的分布形成的氣體注入傳導梯度確保被送入氣體引入管514的氣體不在接近於氣體引入管514的端部處逸出且到達管的中心。因此，最小化了沿著氣體引入管514的壓降。
[0039]圖5B和圖5C是圖5A的氣體引入管的不同實施例的不意性橫截面圖。各列氣體注入孔530可以角度A形成，所述角度A可取決於應用而不同。在一個實施例中，角度A可以是從30度至60度的範圍中選擇的角度。在另一實施例中，角度A可以是從30度至90度的範圍中選擇的角度。雖然圖5A圖示在氣體引入管514中的兩排氣體注入孔530，但是實施例可包括僅具有一排氣體注入孔，或三排氣體注入孔，或三排以上氣體注入孔的氣體引入管。可用於兩排的任何角度也可用於三排或三排以上。此外，當處理三排或三排以上時，各排之間的分離角度不必相等。此外，氣體注入孔可取決於應用以其他圖案形成，且所述圖案可為規則或不規則圖案。
[0040]圖6A和圖6B是圖5A的供氣管的不同實施例的不意性橫截面圖。在一些實施例中，氣體注入孔530可被鑽孔以使得孔的直徑在氣體引入管514的整個厚度上變化。在圖6A中所示的實施例中，氣體注入孔的直徑可在氣體引入管514的外表面處最大，且朝向氣體引入管514的厚度的中心呈錐形，且當所述直逕到達氣體引入管514的內表面時成為圓柱形。圖6B中所示的氣體注入孔530具有圓錐形，氣體注入孔的直徑從氣體引入管514的內表面到氣體引入管514的外表面逐漸增加。也可使用其他形狀的氣體注入孔。
[0041]圖7圖示氣體引入管700的另一實施例，所述氣體引入管700包括定位在外部氣體引入管734之內的內部氣體引入管714。氣源(未圖示)可被耦接到內部氣體引入管714。氣體引入管714可由用於分布氣體的任何適當較好的抗蝕材料(鋁、陶瓷或不鏽鋼)製成，且內部氣體引入管714可具有足夠小的外徑，以使得所述內部氣體引入管以在所述內部氣體引入管與外部氣體引入管之間的間隙g布置在外部氣體引入管734內部。內部氣體引入管714包括一或多個氣體注入孔730，且外部氣體引入管734包括一或多個氣體注入孔736。氣體注入孔730允許來自內部氣體引入管714內部的氣體從內部氣體引入管714逸出到內部氣體引入管714和外部氣體引入管734之間的空間中。氣體注入孔736允許氣體從外部氣體引入管734逸出到處理區域中。
[0042]氣體傳導梯度可以與如上所述的相同方式用於內部氣體引入管714和外部氣體引入管734的一者或兩者上以提高氣體分配均勻性。氣體注入孔730越小，氣體流出內部氣體引入管714就越均勻。較小氣體注入孔730將沿著內部氣體引入管714的長度的壓降最小化，且較小氣體注入孔730產生充氣增壓部，所述充氣增壓部允許壓力積聚在內部氣體引入管714之內。因此，逸出內部氣體引入管714的氣體通常沿著內部氣體引入管714在所有位置處處於相同流速。小的氣體注入孔730還防止處理區域中的等離子體進入內部氣體引入管714之內的充氣增壓部。為了防止小的氣體注入孔730的阻塞，外部氣體引入管734圍繞內部氣體引入管714布置以保護內部氣體引入管714和氣體注入孔730免於等離子體沉積。通過保持內部氣體引入管714內部與處理空間之間的例如兩倍的壓差，防止氣體移動進入內部氣體引入管714，且可將等離子體損失(由於等離子體氣體管線與壁相互作用的帶電粒子的損失)最小化。
[0043]為了改進形成在內部氣體引入管714之內的充氣增壓部，可將氣體注入孔730的數目最小化以便在內部氣體引入管714之內保持足夠壓力。在其他實施例中，在內部氣體引入管714中的氣體注入孔730的數目可沿著最接近氣體入口的管段減少(例如，圖7圖示朝向氣體正被引入的 端部的較少氣體注入孔)。此舉可通過將氣體注入孔730在需要較少氣體流出的內部氣體引入管714的管段處將氣體注入孔730更遠地間隔來完成。在另一實施例中，沿著內部氣體引入管714的管段的氣體流出可通過使在需要較少氣體流出的內部氣體引入管714的管段處的氣體注入孔730較小而改變。在其他實施例中，不同形狀和大小的氣體注入孔730可用於改變沿著內部氣體引入管714的長度的氣體流出。
[0044]取決於管、處理腔室和沉積製程的配置，氣體注入孔730的定位、間隔、形狀和大小可依照需求或需要沿內部氣體引入管714的整個長度改變。一些管段可具有規則重複的氣體注入孔圖案，且其他管段可具有不規則間隔、大小或形狀的氣體注入孔。例如，取決於氣體管線是從兩端輸送還是僅從一端輸送，氣體注入孔730的數目和/或大小的減少可在內部氣體引入管714的一端或兩端，或一端可不同於另一端。氣體注入孔也可為了特殊需要而非均勻地布置，例如，與偏移工藝腔室相關的不對稱(泵送、基板/平臺邊緣，或垂直腔室中的傾斜基板，等等)。取決於管、處理腔室和沉積製程的配置，外部氣體引入管734上的氣體注入孔736可在數目、間隔、大小與形狀上類似地變化。
[0045]在處理循環之間，可能難以排空形成在氣體分配管之內的充氣增壓部，因為氣體分配管的長度和氣體注入孔的較小尺寸與數目降低來自氣體引入管的氣體的洩漏速率。為了減少循環之間的清理時間且提高處理效率，氣體引入管214可被耦接到真空前極管道以促進且加速剩餘在氣體引入管內部的氣體去除。
[0046]氣體引入管214之內的壓力越高，可能越難以循環處理腔室(此舉可能涉及改變處理氣體)，因為氣體引入管214可能具有必須在下一循環之前排空的高氣體密度。即使腔室可使用真空泵316排空，但是由於作為氣體注入孔的較小直徑和氣體注入孔的數目減少的結果的流量限制，氣體引入管214內部的氣體可能需要很長時間來洩漏。例如，當製程終止且必須快速交換氣體時，剩餘在氣體引入管214中的氣體可能需要很長時間洩漏到可接受的最低水平。取決於尤其是非晶矽的所使用的製程氣體，此延遲可能更加重要。為了促進且加快氣體從氣體引入管214的去除，可以在氣體管線320上安裝三通閥350，所述三通閥350將處理腔室的氣體引入管214耦接到氣源340。三通閥350也可被耦接到管線322，管線322流體地耦接到通向真空泵316的真空前極管道。一旦處理循環結束，真空泵316可用以將氣體泵從處理腔室以及氣體引入管214中抽出。在處理期間，三通閥350可關閉至管線322的流動，以便僅在處理腔室和氣源之間存在氣體流動。此三向閥可儘可能實際地接近於氣源340放置，以最小化未放氣的氣體輸送管線(在三通閥和氣源340之間)的量。其他閥組合和配置也可用於以與三通閥350相同的方式轉向氣流。
[0047]不意欲受理論約束，諸如微波RF等離子體的等離子體產生可在處理腔室主體中被吸收的能量。所述吸收的能量可加熱腔室中的元件，所述元件諸如基板、基座、氣體分配管，和腔室壁。在標準實施例中，處理腔室內部的氣體分配管是由鋁製成。加熱和冷卻標準氣體分配管導致氣體分配管的熱膨脹及收縮。據信，由於等離子體暴露所造成的熱膨脹及收縮可引起氣體分配管彎曲且甚至彎斷。這些熱變形的氣體分配管可導致氣流的擾動，所述氣流的擾動被認為導致沉積速率均勻性的降低。因而，對於增加氣體管線等離子體暴露或可產生關於氣體管線的明確加熱和冷卻對比的實施例，諸如用於水平氣體輸送系統中的微波線源，鋁不被認為是可靠的材料。
[0048]陶瓷氣體管線可使用孔定位和結構以便控制從氣體入口點的近端到遠端的氣體的體積流量。此流量控制可橫跨氣體管線產生近似相等的氣流。此外，與鋁氣體分配管相比，陶瓷氣體分配管將由於腔室元件的加熱和冷卻顯示較少熱變形。
[0049]圖8圖不根據一個實施例的來自氣體分配系統的沉積的圖形表不。圖8圖不在基板表面位置808 (自基板邊緣開始測量，以mm為單位)上具有沉積速率806 (如以八/分鐘為單位測量)的圖800。在此實例中，將對氣體注入孔放置無改變的標準氣體分配管(無膠帶氣體管線802)的沉積與氣體注入孔以一頻率堵塞的氣體分配管(有膠帶氣體管線804)的沉積相比較，所述頻率隨著氣體分配管更接近於氣體管線而增加。氣體注入孔放置是通過放置在氣體注入孔之上的Ifepton膠帶模擬，以防止來自氣體分配管的堵塞的氣體注入孔的流動。無膠帶管沒有由膠帶堵塞的氣體注入孔。有膠帶管具有堵塞的氣體注入孔以模擬氣體分配管，所述氣體分配管具有在距氣體管線更遠的點處於氣體注入孔之間的間距遞減的氣體注入孔。由於在此實施例中存在兩個氣體管線，所以在氣體分配管中心存在的可利用的(非堵塞的)氣體注入孔比在氣體管線連接點處存在的更多。
[0050]在氬(Ar)等離子體存在的情況下，朝向基板引入氨氣(NH3)和矽烷(SiH4)。所有氣體的流動速率在無膠帶管和有膠帶管之間保持恆定，如同對於等離子體生產的電源和速率一樣。此外，至氣體分配管的每一側的流動速率被保持恆定以保證所有峰谷反應在氣體分配管之內的氣體的預期分布。
[0051]無膠帶管圖示在氣體入口點處接近2200為/分鐘的沉積的標準峰值，所述峰值對應於圖的X軸上的IOOmm和2700mm的點。隨著氣體在管長度上行進，無膠帶管的壓力和隨後沉積降到低至大約1000 A/分鐘。
[0052]有膠帶管顯示對於無膠帶管的均勻沉積速率中的顯著改進。通常在氣體入口點處形成的峰值被減少至大約1500 A/分，其中中心點沉積到達大約1000義/分的最小值。雖然中心附近的谷部仍然存在，但是沉積的總平均值橫跨氣體分配管的長度更為均勻。因而，孔圖案的改變可為基板上的沉積從管提供更為均勻的氣體分布。
[0053]不受理論約束，據信，不良的沉積均勻性可通過氣體分配管內部的不均勻氣體壓力產生。氣體壓力被認為受到孔大小、孔位置、至管的氣體輸送的方法和孔數目以及其他因素的影響。因而，據信，通過改變孔位置、孔大小或孔數目、沿著氣體分配管的壓力的任一個或者通過包括第二管以擴散差壓的影響，可使沉積比通過傳統氣體分配管設計沉積得更加均勻。
[0054]如上所述，雖然圖1圖示其中基板被垂直地布置且氣體分配管與X-Y平面水平地行進的垂直化學氣相沉積(CVD)腔室，但是本文所述的實施例不限於圖1的腔室配置。例如，氣體分配管可用於其他CVD腔室中，在所述CVD腔室中，基板被支撐在大體上平行於地面的水平位置中。
[0055]雖然前述內容是針對本發明的實施例，但是可在不背離本發明的基本範圍的情況下設計本發明的其他和進一步實施例，且本發明的範圍是由以上權利要求書所決定。
【權利要求】
1.一種氣體分配系統，包含: 氣體分配管，具有一或多個來源氣體引入口和數個孔，其中來源氣體被送入所述氣體分配管的至少一個部分中，且其中所述氣體分配管具有沿著所述氣體分配管來自每一孔的大體上相等的來源氣流。
2.如權利要求1所述的氣體分配系統，其特徵在於，所述孔至所述一或多個來源氣體引入口越近，所述孔的大小越小。
3.如權利要求1所述的氣體分配系統，其特徵在於，所述孔的所述直徑按從所述氣體引入管的內部到所述氣體引入管的外部進行測量而被從小到大分等級。
4.如權利要求1所述的氣體分配系統，其特徵在於，所述氣體分配管的壁在較接近於所述一或多個來源氣體引入口的所述管的部分處較厚。
5.如權利要求1所述的氣體分配系統，其特徵在於，所述氣體分配管在所述氣體分配管中的每一孔位置處具有一個以上孔。
6.如權利要求5所述的氣體分配系統，其特徵在於，所述氣體分配管在所述氣體分配管中的每一孔位置處具有兩個孔，且所述孔彼此分離30度到60度。
7.如權利要求1所述的氣體分配系統，其特徵在於，所述氣體分配管是由陶瓷材料組成。
8.如權利 要求1所述的氣體分配系統，其特徵在於，進一步包含: 圍繞所述氣體分配管的外管，其中所述外管具有通過所述外管的孔，所述外管的所述孔大於所述氣體分配管的所述孔。
9.一種氣體分配系統，包含: 氣體分配管，其中來源氣體被送入所述氣體分配管的至少一個部分，且其中所述氣體分配管具有孔，所述孔越接近輸送所述氣體的所述氣體分配管的所述至少一個部分，所述孔彼此間隔越遠。
10.如權利要求9所述的氣體分配系統，其特徵在於，所述孔的尺寸按從所述氣體引入管的內部到所述氣體引入管的外部進行測量而被從小到大分等級。
11.如權利要求9所述的氣體分配管，其特徵在於，所述氣體分配管的壁在較接近於所述一或多個來源氣體引入口的所述管的部分處較厚。
12.如權利要求9所述的氣體分配管，其特徵在於，所述氣體分配管在所述氣體分配管中的每一孔位置處具有一個以上孔。
13.如權利要求12所述的氣體分配管，其特徵在於，所述氣體分配管在所述氣體分配管中的孔位置處具有兩個孔，且所述孔彼此分離30度到60度。
14.如權利要求9所述的氣體分配系統，其特徵在於，進一步包含: 圍繞所述氣體分配管的外管，其中所述外管具有比所述氣體分配管的所述孔大的孔。
15.如權利要求8所述的氣體分配系統，其特徵在於，所述氣體分配管是由陶瓷材料組成。
16.—種處理腔室,包含: 氣源； 等離子體源； 真空泵；基板支撐件；和 至少一個氣體分配管，流體耦接到所述氣源，所述氣體分配管選自由以下氣體分配管所組成的組: 氣體分配管，具有一或多個來源氣體引入口，其中來源氣體被送入所述氣體分配管的至少一個部分，且其中所述氣體分配管具有孔，所述孔越接近輸送所述氣體的所述氣體分配管的所述至少一個部分，所述孔的尺寸越小；和 氣體分配管，其中來源氣體被送入所述氣體分配管的至少一個部分，且其中所述氣體分配管具有孔，所述孔越接近輸送所述氣體的所述氣體分配管的所述至少一個部分，所述孔彼此間隔越遠。
17.如權利要求16所述的處理腔室，其特徵在於，所述至少一個氣體分配管進一步包含圍繞所述氣體分配管的外管，其中所述外管具有大於所述氣體分配管的所述孔的孔。
18.如權利要求16所述的處理腔室，其特徵在於，所述至少一個氣體分配管被流體連接到真空管，所述真空管耦接到所述真空泵。
19.如權利要求16所述的處理腔室，其特徵在於，所述孔包含圓錐形形狀，其中所述圓錐形形狀的尺寸按從所述氣體引入管的內部到所述氣體引入管的外部進行測量而被從小到大分等級。
20.如權利要求19所述的處理腔室，其特徵在於，所述孔包含圓柱形形狀，所述圓柱形形狀與所述圓錐形形狀的較小端連接。
21.如權利要求16所述的處理腔室，其特徵在於，所述氣體分配管的壁在較接近於所述一或多個來源氣體引入口的所述管的部分處較厚。`
22.如權利要求16所述的處理腔室，其特徵在於，所述氣體分配管在所述氣體分配管中的每一孔位置處具有一個以上孔。
【文檔編號】H01L21/205GK103797155SQ201280043697
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2012年9月13日 優先權日:2011年9月15日
【發明者】J·M·懷特, S·安瓦爾, J·庫德拉, C·A·索倫森, T·K·元, S-M·趙, 崔壽永, 樸範洙, B·M·約翰斯通 申請人:應用材料公司