氣體分布噴頭裙部的製作方法

2023-10-05 17:20:49

專利名稱：氣體分布噴頭裙部的製作方法
技術領域：
本發明的實施例大體上涉及一種從氣體分布噴頭延伸的延伸部或輔助電極。
背景技術：
基於對大型平板顯示器的持續需求，也因此在某些製造步驟中需要能配合處理 腔室尺寸。一種用於平板顯示器製造中的方法是等離子體增強化學氣相沉積法(PECVD)。 PECVD是一種將一或多種前驅物氣體引入處理腔室中並且激發該些氣體形成等離子體而在 基板上沉積膜層的方法。PECVD可用來在不同種類的基板上沉積膜層，基板可列舉出數個範 例，例如半導體晶片、平板顯示器基板和太陽能面板基板等。在PECVD工藝中，通過過氣體分布噴頭將處理氣體引入處理腔室中。可對氣體分 布噴頭施以電偏壓來激發處理氣體而形成等離子體。因此，氣體分布噴頭不只有助於分布 氣體，還可用來激發等離子體。因此，在本領域中需要一種能用於PECVD腔室中的大面積氣體分布噴頭。

發明內容
本發明大體上包含一種在處理腔室中從氣體分布噴頭延伸而出的延伸部 (extension)或裙部(skirt)。當處理基板時，氣體分布噴頭可以受到電偏壓。在一些情 況下，受到電偏壓的噴頭會激發處理氣體使其成為等離子體態。處理腔室的腔壁和基座 (susceptor)可以相對於噴頭而言是接地的。因此，與電偏壓的噴頭相比，基板的邊緣可具 有較大的接地接觸表面積。由於靠近邊緣處的接地增加，沉積在基板上的材料可能與基板 中間處的材料有不同性質。借著使噴頭邊緣向下延伸而更靠近基板，可獲得具有實質均勻 性質的材料。在一實施例中，設備包含處理腔室主體和設置在該處理腔室主體中的氣體分布噴 頭。該噴頭可耦接至功率源。該設備也可包含輔助電極，該輔助電極設置在處理腔室主體 中並且連接至第二功率源。該設備也可包含基座，該基座設置在該處理腔室主體中並且與 該輔助電極和該氣體分布噴頭間隔開來。在另一實施例中，氣體分布噴頭包含氣體分布噴頭主體，該氣體分布噴頭主體具 有上遊側和下遊側以及多個氣體通道延伸在該上遊側和下遊側之間。該噴頭還可包含一或 多個輔助電極，該一或多個輔助電極耦接至該氣體分布噴頭主體並且從該氣體分布噴頭的 下遊側延伸而出。在另一實施例中，等離子體增強化學氣相沉積設備包含處理腔室主體、基座以及 氣體分布噴頭，該基座設置在該處理腔室主體中，該氣體分布噴頭設置在該處理腔室主體 中並且與該基座間隔開。氣體分布噴頭可具有下遊表面和上遊表面，該下遊表面面對著該 基座，而該上遊表面與該下遊表面相反。該設備還可包含一或多個輔助電極，所述輔助電極 設置在處理腔室主體中並且位於氣體分布噴頭和基座之間。該一或多個輔助電極可連接至 功率源。


為了能詳細了解本發明上述特徵，參照實施例來更具體地說明本發明，並且部份 實施例示出在附圖中。然而應了解的是，附圖僅顯示出本發明的代表性實施例，因此不應視 為是對本發明的限制，因為本發明可以有其它等效實施例。圖IA是根據本發明一實施例的處理設備100的示意性剖面圖。圖IB顯示圖IA的處理設備100在處理位置中具有基板106的示意性剖面圖。圖2A是根據本發明另一實施例的處理設備200的示意性剖面圖。圖2B顯示圖2A的處理設備200在處理位置中具有基板的示意性剖面圖。圖3顯示根據本發明一實施例的氣體分布噴頭302和裙部304的示意性等角圖。圖4顯示根據本發明另一實施例的氣體分布噴頭402和裙部404的示意性等角 圖。為了幫助理解，儘可能地使用相同的組件符號來代表各圖中共有的相同組件，並 且一實施例中的組件和特徵可有利地併入其它實施例中，而無須多做說明。
具體實施例方式本發明大體上包含一種在處理腔室中從氣體分布噴頭延伸出的延伸部 (extension)或裙部(skirt)。當處理基板時，氣體分布噴頭可以受到電偏壓。在一些情況 下，受到電偏壓的噴頭可激發處理氣體使其成為等離子體態。處理腔室的腔壁和基座可相 對於噴頭而言是接地的。因此，與電偏壓噴頭相比，基板的邊緣可能具有較大的接地接觸表 面積。由於靠近邊緣處的接地增加，沉積在基板上的材料可能與基板中間處的材料有不同 性質。借著使噴頭邊緣向下延伸而更靠近基板，可獲得具有實質均勻性質的材料。如下所述，本發明可實施在PECVD系統中，例如購自美國加州聖克拉拉市應用材 料公司的子公司AKT America的PECVD系統。本發明也可以實施在其它的等離子體處理腔 室中，包括由其它製造商所生產的腔室。圖IA是根據本發明一實施例的處理設備100的示意性剖面圖。處理設備100可 包含腔室主體102，該腔室主體102圈圍住基座104，並且基座104在處理過程中支撐著基 板106。可利用真空泵108抽空設備100。基板106可通過狹縫閥開口 110來進出腔室主 體 102。可從氣源114輸送處理氣體至設備100。氣源114可提供處理氣體(processing gas)和清潔氣體。處理氣體行經遠程等離子體源116並經由氣體管道120而進入設備100。 氣體通過背板112被引入設備100。當設備100需要清洗時，清潔氣體可從氣源114輸送至 遠程等離子體源116中並且被激發成為等離子體。一旦氣體被激發成等離子體後，將等離 子體輸送到設備100。功率源118也可藕接至設備100。在一實施例中，功率源118可包括射頻(RF)功 率源用以輸送射頻電流。功率源118可輸送功率至位於設備100中的氣體分布噴頭124。 需了解的是，本申請中使用的一般術語「接地(grounding) 」也涵蓋用於RF電流的射頻回傳 路徑(RF return path)。氣體分布噴頭1 可以具有一或多個貫穿該氣體分布噴頭1 的氣體通道126，以允許處理氣體及/或遠程等離子體的自由基通過而進入處理區域132中。當處理氣體通過 背板112進入設備100中時，氣體會進入介於背板112和噴頭IM之間的氣室122。基座104可如同腔室處體102那樣接地。當基板106是絕緣基板時，例如玻璃，基 座104的大部分會被覆蓋，但基座104的邊緣可能未被覆蓋住，因此可在處理過程中提供接 地路徑。此外，由於腔室主體102接地，因此腔室主體102也提供接地路徑。腔室主體102 環繞著處理區域132。因此，基板106最靠近基座104邊緣及腔室主體102的區域會比基 板106靠近中心處的區域要更趨向接地。由於基板106在其邊緣和角落處更趨於接地，而 可能不均勻地塗覆基板106。沉積在靠近基板106的邊緣和角落處的材料厚度可能與沉積 在中間處的材料厚度不相同。沉積在靠近基板106的邊緣和角落處的材料性質(例如，結 晶結構)也可能與沉積在中間處的材料性質不同。設備100中的不均勻等離子體分布可能 造成這類不均勻性。為了使處理腔室中的等離子體均勻分布，噴頭IM可具有延伸部或裙部130，並且 該延伸部或裙部130藕接至噴頭124。在一實施例中，裙部130包含金屬材料。在另一實施 例中，裙部130包含不鏽鋼。裙部130從噴頭IM延伸而出並且沿著噴頭124的外側邊緣 延伸朝向基座104。裙部130連同噴頭IM可以是由單一整塊材料一體成形而成。在一實 施例中，裙部130可以是獨立部件，並且耦接至噴頭124。裙部130沿著噴頭IM至少一部 分的外周緣(periphery)而設置，並且不會干擾或阻擋任何氣體通過氣體通道126。由於裙 部130耦接至噴頭124，因此裙部130會受到電偏壓。因此在處理過程中，裙部130會在靠 近基板106的外周緣處提供電極表面。電偏壓的裙部130的存在能允許在基板106上進行 均勻沉積，包括沉積均勻的薄膜性質和厚度。在裙部130後方可以有接地絕緣體1 耦接 至腔室主體102。可以如箭頭A所示的距離將裙部130與基座104間隔開來。在處理過程中，裙部 130與基座104的間隔距離可如圖IB中箭頭B所示的距離。裙部130在腔室主體102中提 供額外的電極表面。基座104和腔室壁接地以作為陽極(anodes)，並且具有表面積。在處 理過程中，從噴頭124向下延伸出的裙部130會遮擋住能接觸到等離子體的腔壁的一或多 個部分，因而減少在處理過程中接觸或暴露於等離子體的陽極表面積。因此，通過減少陽極 表面積以及縮短接地的有效路徑，可使電偏壓的裙部130與接地的基座104互相影響。裙 部130的存在、裙部130的形狀以及裙部130與基座104的相互作用會影響等離子體，進而 影響基板106上的沉積。接地的陽極會牽引等離子體使其更靠近該陽極，而使等離子體更 遠離基板106的中心。而受到電偏壓的裙部130可減少接觸到等離子體的陽極表面積，並 且將較少的等離子體拉離中心。因此，可依需要修改裙部130的形狀和位置來塑形等離子 體，以在設備100中形成均勻的等離子體分布，進而使沉積在基板106上的材料有均勻一致 的性質。裙部130的存在能增加設備100中的電偏壓電極的表面積。因此，與沒有裙部130 的情況相比，電極表面積相對於接地表面積而言增加。更明確而言，靠近基板106邊緣的電 極表面積與靠近基板106邊緣的接地表面積的比值提高了。因此，沉積在基板106上的材 料具有均勻一致的性質與厚度。在一實施例中，裙部130可從噴頭124的選定部分延伸而出。例如，如圖IA和IB 所示，裙部130可從噴頭124的角落(corner)和各邊的中心處延伸出。在一實施例中，裙部130可從噴頭124的整個周緣延伸出。圖2A是根據本發明另一實施例的處理設備200的示意性剖面圖。如圖2A所示， 裙部204與噴頭202間隔開來。由於裙部204與噴頭202間隔開來，噴頭202可藕接至第 一功率源206，並且裙部204則藕接至第二功率源208。在一實施例中，可將相同的功率源 分別藕接至裙部204和噴頭202。在一實施例中，功率源206和208可包括RF功率源，用以 分別輸送RF電流至噴頭202和裙部204。由於裙部204與噴頭202間隔開來，裙部204可做為輔助電極。可以像對噴頭202 偏壓那樣地對裙部204施以電偏壓。在一實施例中，使用和噴頭202相同的電壓對裙部204 施加電偏壓。在另一實施例中，是使用不同的電壓來電偏壓該噴頭202和裙部204。可用箭頭C所示的距離將裙部204與基座間隔開來。在處理過程中，可如圖2B所 示，以箭頭D所示的距離來間隔裙部204和基座。裙部204在腔室主體中提供額外的電極 表面積。基座和腔室壁具有表面積並且接地以做為陽極。通過從噴頭202向下延伸出裙部 204而在處理過程中遮擋住能接觸到等離子體的腔室壁的一或多個部分，從而減少在處理 過程中接觸或暴露於等離子體的陽極表面積。因此，通過減少陽極表面積以及縮短接地的 有效路徑，使電偏壓的裙部204與接地的基座互相影響。裙部204的存在、裙部204的形狀 以及裙部204與基座的相互作用會影響等離子體，進而影響基板106上的沉積。接地的陽極 會牽引等離子體使其更靠近該陽極，而使等離子體更遠離基板106的中心。而受到電偏壓 的裙部204可減少接觸到等離子體的陽極表面積，並且將較少的等離子體拉離該中心。因 此，可依需要修改裙部204的形狀和位置來塑形等離子體，以允許在設備200中形成均勻的 等離子體分布，進而使沉積在基板上的材料有均勻一致的性質。圖3顯示根據本發明一實施例的氣體分布噴頭302和裙部304的示意性等角圖。 噴頭302具有多個氣體通道貫穿該噴頭302。如圖3所示，裙部304沿著噴頭302的周緣設 置。裙部304從噴頭302的周緣延伸出來。在一實施例中，裙部304可以是不連續地圍繞 著噴頭302的周緣。圖4顯示根據本發明另一實施例的氣體分布噴頭402和裙部404的示意性等角 圖。如圖4所示，裙部404實質連續地圍繞著噴頭402的周緣。在一實施例中，裙部404沿 著噴頭402的整個周緣從噴頭402向下延伸相同距離。在另一實施例中，裙部404沿著噴 頭402的整個周緣從噴頭402向下延伸不同距離。需了解到，可以客制化地定製該裙部的形狀，而無須局限於本文中所顯示的形狀。 裙部的形狀和裙部從噴頭向下延伸出的距離也可客制化，以在處理腔室中形成期望的等離 子體分布，從而形成期望的膜層性質。通過在處理腔室中設置有電偏壓的裙部，可相對於接地表面積來增加電極表面 積。因此，可使等離子體均勻地分布在整個處理腔室中，並且可使膜層厚度和膜層性質實質 均勻。雖然上述內容已說明本發明的實施例，但可在不偏離本發明基本範疇的情況下做 出本發明的其它或進一步實施例，因此，本發明範圍當由後附的權利要求書所界定。
權利要求
1.一種設備，其包括 處理腔室主體；氣體分布噴頭，設置在所述處理腔室主體中，所述氣體分布噴頭耦接至第一功率源並 且具有大致矩形形狀；輔助電極，設置在所述處理腔室主體中，並且耦接至所述第一功率源或第二功率源；以及基座，設置在所述處理腔室主體中，並且與所述輔助電極和所述氣體分布噴頭間隔開來。
2.如權利要求1所述的設備，其中所述氣體分布噴頭和所述輔助電極由單一整塊材料 形成。
3.如權利要求1所述的設備，其中所述氣體分布噴頭具有實質矩形形狀，且所述輔助 電極是在所述氣體分布噴頭的多個角落處耦接至所述氣體分布噴頭，且其中所述輔助電極 沿著所述氣體分布噴頭的多個邊緣耦接至所述氣體分布噴頭。
4.如權利要求1所述的設備，其中所述輔助電極耦接至所述第一功率源。
5.如權利要求1所述的設備，其中所述氣體分布噴頭和所述輔助電極耦接在一起。
6.如權利要求1所述的設備，其中所述氣體分布噴頭和所述輔助電極彼此互相電性隔1 。
7.一種氣體分布噴頭，包括氣體分布噴頭主體，具有上遊側和下遊側，以及一或多個氣體通道延伸在所述上遊側 和所述下遊側之間，且所述氣體分布噴頭主體具有實質矩形形狀；以及一或多個輔助電極，耦接至所述氣體分布噴頭主體並且從所述氣體分布噴頭主體的所 述下遊側延伸。
8.如權利要求7所述的氣體分布噴頭，其中所述一或多個輔助電極耦接至所述氣體分 布噴頭主體的周緣，且其中所述一或多個輔助電極耦接至所述氣體分布噴頭主體的一或多 個角落。
9.如權利要求7所述的氣體分布噴頭，其中所述氣體分布噴頭主體和所述一或多個輔 助電極由單一整塊材料形成。
10.如權利要求7所述的氣體分布噴頭，其中所述氣體分布噴頭主體和所述一或多個 輔助電極是耦接在一起的分離部件，且其中所述一或多個輔助電極包含耦接在一起的多個 部件。
11.一種等離子體增強化學氣相沉積設備，其包括 處理腔室主體；基座，設置在所述處理腔室主體內；氣體分布噴頭，設置在所述處理腔室主體中並且與所述基座分開，所述氣體分布噴頭 具有下遊表面和上遊表面，所述下遊表面面對所述基座，所述上遊表面與所述下遊表面相 反，且所述氣體分布噴頭具有大致矩形形狀；以及一或多個輔助電極，設置在所述處理腔室主體中且位於所述氣體分布噴頭和所述基座 之間，所述一或多個輔助電極連接至功率源並且至少部分地環繞介於所述基座和所述氣體 分布噴頭之間的處理空間。
12.如權利要求11所述的設備，其中所述一或多個輔助電極耦接至所述氣體分布噴 頭，其中所述一或多個輔助電極和所述氣體分布噴頭耦接至相同的所述功率源，其中所述 氣體分布噴頭具有實質矩形的形狀，且所述一或多個輔助電極耦接至所述氣體分布噴頭的 多個角落，且其中所述一或多個輔助電極包含多個部件。
13.如權利要求11所述的設備，其中所述一或多個輔助電極與所述氣體分布噴頭和所 述基座電性隔離。
14.如權利要求11所述的設備，其中所述一或多個輔助電極耦接至所述氣體分布噴頭 的周緣並且從所述下遊表面延伸。
15.如權利要求11所述的設備，其中所述一或多個輔助電極和所述氣體分布噴頭由單 一整塊的材料形成。
全文摘要
本發明大體上包含一種在處理腔室中從氣體分布噴頭延伸而出的延伸部或裙部。當處理基板時，氣體分布噴頭可以受到電偏壓。在一些情況下，受到電偏壓的噴頭會激發處理氣體使其成為等離子體態。處理腔室的腔壁和基座可相對於噴頭而言是接地的。因此，與電偏壓的噴頭相比，基板的邊緣可具有較大的接地接觸表面積。由於靠近邊緣處的接地增加，沉積在基板上的材料可能與基板中間處的材料有不同性質。通過使噴頭邊緣向下延伸而更靠近基板，可獲得具有實質均勻性質的材料。
文檔編號H01L21/205GK102047388SQ200980120558
公開日2011年5月4日 申請日期2009年5月7日 優先權日2008年6月20日
發明者布賴恩·賽-尤安·希爾, 湯姆·K·崔, 袁正 申請人:應用材料股份有限公司