电浆辅助化学气相沉积装置及方法

专利名称：电浆辅助化学气相沉积装置及方法
背景技术：
电浆辅助化学气相沉积(PECVD)系统可用于例如半导体制程中，以沉积硅薄膜于基板之上。现有电浆辅助化学气相沉积(PECVD)系统包含一沉积室，其具有两个或三个电极，当该电极受电压激发时，便会使电极间之反应气体游离，以产生电浆。在很多情况下，该反应气体经由其中之一电极直接供应进入高强度电浆中，该电极一般称为「喷洒头」(showerhead)电极。
虽然电浆辅助化学气相沉积(PECVD)已证实为有用的制程，然而本发明发明人确认现有电浆辅助化学气相沉积(PECVD)制程是可以加已改良的。更特别的是，本发明发明人确认现有电浆辅助化学气相沉积(PECVD)制程的沉积速率必须保持相对低，以便制造可接受的薄膜品质，而且如果现有电浆辅助化学气相沉积(PECVD)系统的成本要比较高沉积速率的沉积系统(例如溅镀系统)的成本有竞争优势的话，则现有电浆辅助化学气相沉积(PECVD)制程所制造出的薄膜每单位面积的成本相对较高。本发明发明人也确认现有电浆辅助化学气相沉积(PECVD)制程中无效率地耗用了反应物质(例如硅烷)，因为反应气体(例如硅烷及氢)中的硅烷的浓度仅以最低的限度稍高于废气中的反应气体的浓度。因此，绝大多数的硅烷流经系统，且未被沉积制程所使用，因此造成了浪费。本发明发明人也确认，除非现有电浆辅助化学气相沉积(PECVD)制程运作于低气体压力、低反应物质浓度及低激发电源下(所有这些条件造成低沉积速率)，否则在电浆中会形成硅粒子。硅粒子的形成是个问题，因此需要低沉积速率，因为硅粒子会破坏真空帮浦，真空帮浦从沉积室吸取废气，硅粒子也会破坏所形成的组件。真空帮浦也必须相对大，以使得在硅烷浓度变得太低或硅烷分布变得不均匀之前，沉积室内少量使用的气体可快速地被吸出。然而本发明发明人确认现有电浆辅助化学气相沉积(PECVD)制程需要在反应气体用完之前便流经整个沉积室的长度(或宽度)。这造成硅烷分子长时间停留在沉积室内，其使得硅粒子形成的情况更加严重，并增加了高级硅烷(例如Si2H6)的形成。高浓度高级硅烷会造成非常不良的组件品质。因此，会保持高流动速率以快速排出高级硅烷并避免高级硅烷的累积。因此，大部份的硅烷流经该系统并被排出，而不是于反应中被有效地使用于沉积硅。


本发明实施例的详细说明请参照附图。
图1是本发明实施例的电浆辅助化学气相沉积(PECVD)装置的方块图。
图2是本发明实施例的沉积室的立体切除图。
图3是沿图2中线3-3而采取的剖面图。
图4是本发明实施例的杆状电极的侧视图。
具体实施例方式
以下内容是实施本发明的目前已知最佳模式的详细说明。此说明内容并不在于限制，而主要在于阐释本发明一般原则。必须注意的是，为简化起见，非关于本发明的电浆辅助化学气相沉积(PECVD)系统的各种方面的详细讨论已经被省略。此外，虽然是以由硅烷(SiH4)形成硅(Si)薄膜来说明本发明，然而其并非限于任何形式的薄膜或输入反应物质。借着范例(并非限制)，本发明也在沉积中具有碳化硅(SiC)、非结晶硅Si(H)、微结晶状硅Si(H)、锗化硅(SiGe)及其它半导体材料，所有皆结合有氢。也可制造掺杂的半导体材料。该掺杂物大部份容易被输入至该系统中，做为气体，但也可藉由在电浆区域中并入一固体片掺杂硅而被引入。用于掺杂物质的气体源包括例如3甲基硼烷(B(CH3)3)及三氢化磷(PH3)。
如图1的范例所示，根据本发明一实施例的电浆辅助化学气相沉积(PECVD)系统100包括沉积室102，其具有电极组件104设于一对基板载体106a及106b之间。基板载体106a及106b将基板定位于电极组件104的相对侧。在该实施例中的电极组件104执行数种功能。当电极组件104受到电压(例如由电源108所提供的射频或直流电压)激发时，电极组件104产生一或更多高强度电浆区于基板载体106a及106b之间。电极组件104也用于传送反应气体至沉积室102，并且藉由集管112a连接至反应气体源110。在沉积制程期间，电浆产生于基板之间的区域中，来自反应气体的物质(例如由硅烷产生的硅)由电浆同时沉积至两个基板之上，以形成薄膜(例如硅膜)于两个基板之上。此外，该电极组件104用于由沉积室102排出废气，并因此藉由集管112b连接至排出装置114(例如真空帮浦)。根据至少部份来自传感器118的资料，电浆辅助化学气相沉积(PECVD)系统100的运作藉由控制器116来加以监视及控制。
现在参考图2至图4，基板120a及120b藉由入口122a及122b进入沉积室102，并如箭头A所示的方向行进。类似的出口(未表示出)设于沉积室102的相对端处。基板120a及120b的形式为个别薄片的板材料，其各自备馈送进入沉积室102内。该基板也可为一连续卷的基板材料，其由供应卷被拉至接收卷。适用的基板材料包含(但不限于)碱石灰玻璃、聚醯亚胺、及不锈钢。不论是个别薄片或是卷的形式，基板载体106a及106b将基板120a及120b定位于沉积室102的相对侧与电极组件104的相对侧而彼此平行。基板载体106a及106b也包括复数个滚筒单元124，而且基板120a及120b的边缘通过关连滚筒单元中的滚筒之间。滚筒单元124中的滚筒可为自由旋转的滚筒，其仅仅引导基板120a及120b经过沉积室102，并确保其正确地定位于沉积室中。或者，滚筒单元124可包含驱动滚轮，除了确保其适当定位之外，其驱动基板120a及120b经过沉积室102。其它适用的基板载体包括传动系统及链条驱动。或者，基板可藉由机械人手臂被加载至沉积室内、藉由滑动或滚筒导件保持于适当位置、以及在完成沉积之后藉由机械人从沉积室移除。或者，使用滚筒来结合基板120a及120b的顶部及底部边缘，并绕着垂直于箭头A所示方向的轴而旋转。
于实施例中，沉积室102的内部相对地窄。更特别的是，基板120a及120b之间的距离实质上小于沉积室的长度(以箭头A的方向测量)以及沉积室的高度(以垂直于箭头A的方向测量)。例如，基板120a及120b之间的距离可能为长度及高度尺寸的十分之一或更小。基板120a及120b也最好在沉积室102的长度方面是由端点延伸至端点，在高度方面则由顶部延伸至底部。结果，基板120a及120b位于电极组件104(因此以及所产生的电浆)及沉积室大的内部表面之间，并覆盖沉积室102绝大部份内部表面。
沉积室102并不限于任何尺寸。然而，在沉积室102的一个实施例中，该沉积室102适用于商业应用并以图2所示的方位配置，该沉积室102的内部长度约100cm(以箭头A的方向测量)，高度约60cm(以垂直于箭头A的方向测量)。基板120a及120b间隔约7cm，沉积室内部(图3)的中央平面CP与各个基板120a及120b之间隔约3.5cm。此外，基板载体106a及106b的定位与配置使得基板120a及120b在垂直延伸的平面中。这种配置方向减少了微粒子落于基板上的可能性。
以这种方式配置的沉积室具有数种优点。例如，与现有沉积室相较之下，基板120a及120b的相对小间隔(与基板行进方向中相对大尺寸以及垂直于基板行进方向的尺寸相较之下)增加了沉积于基板上的电浆所产生的硅的百分比，并减低了沉积于沉积室壁上的数量。因此，更有效率地耗用了反应物质。沉积室清洁及维护的相关的停机时间与费用也降低了。电极组件104与基板120a及120b之间靠近的间隔也有助于以最小尺寸快速扩散，如此便可具有良好制程，以用于将在沉积室102中央处所产生的原子氢传送至基板，其中原子氢可与硅烷反应，以产生初级粒子，进而使良好品质的半导体材料沉积至基板之上。沉积室102的架构也允许快速扩散，以使整个电浆中的所有物种的浓度相等(包括输入反应气体的快速扩散)，以达到均匀的浓度。
图2至图4所示的范例电极组件104包含复数个相隔的杆状电极126，其配置成各长轴共平面，垂直于基板行进方向(箭头A所示)，并距离基板载体106a及106b的距离为等距离(基板120a及120b亦然)。当杆状电极126由诸如来自电源108的射频或直流电源所激发时，便会产生高强度电浆。该能量以交替状态由一个杆状电极126供应至下一个相邻杆状电极，如图3与图4中交替串行的「+」与「-」符号所表示的。以这种方式施加电源在相邻杆状电极126之间产生了高强度电场区域，且进一步在相邻杆状电极之间产生了强电浆区域128。低强度电场与低强度电浆区域130在靠近基板120a及120b处产生。更特别的是，有一实施例，其中相邻杆状电极126相隔一圆杆直径的距离(亦即从长轴至长轴是两个直径)，而且基板与中央平面CP相隔三又二分之一杆状电极直径，杆状电极之间的电场强度明显大于靠近基板120a及120b处的电场强度之10倍。
必须注意的是，杆状电极126相互之间或者可以同相的方式来驱动。此处，基板120a及120b保持在接地电位或具有小直流偏压的接地。这种方式在中央平面CP及基板120a及120b之间的两个区域中分别产生了相对均匀的电场及电浆。
由于杆状电极160呈现出具有电容性电抗的负载(由于杆状电极的长度小于激发频率的四分之一波长)，射频能量耦合于与电容性电抗并联的杆状电极，以产生良好的共振电路。在图3与图4的实施例中，每一杆状电极126最好在两个纵长端处以电气方式予以驱动，以便降低沿着电极长度的激发讯号的振幅改变。如此将高射频的驻波效应减少到最小程度。此外，可提供电接点(未图标)来连接基板120a及120b至系统接地，或将基板偏压成对系统接地为正或负，用以控制电浆特性以及在基板表面处的电子/离子轰击数量。磁场也可用于控制电浆特性，亦即限制电浆及引导电浆内的离子及电子的移动。
关于所用的材料，图2至图4所示的杆状电极126可由各种高热导性及电导性的材料来形成，以沿着杆状电极长度具有均匀电场及均匀温度。可使用在氢电浆中不反应的物质，诸如钛或不锈钢。或者，形成杆状电极126的材料可以是被氢电浆所非常非常慢蚀刻并以微少量与硅一起沉积，这些材料例如钛或被掺杂的硅。本技术可被使用于引入诸如钛(Ti)的触媒剂材料，其改善了硅的成长速率及品质，及/或引入诸如硼(B)或磷(P)的掺杂物，而不需用到诸如三氢化磷(PH3)的有毒输入气体。
现在讨论尺寸及形状，在一实施例中的杆状电极126适用于商业应用，其形状为圆柱体，直径约为1.2cm，长度约为60cm。在基板行进方向及在沉积室内部的中央平面CP中，杆状电极126约每2cm相互平行配置(亦即相邻杆状电极的长轴之间距离2cm)。因此，在该实施例中，中央平面CP也为电极平面。这种架构及配置使得100cm长的沉积室中具有46个杆状电极126，而靠近沉积室入口及出口处则有小区域的无电极区。在另一个实施例中，在基板行进方向及在沉积室内部的中央平面CP中，直径约0.6cm、长度约60cm的较小杆状电极每1cm相互平行配置(亦即相邻杆状电极的长轴之间距离1cm)。这种架构及配置使得100cm长的沉积室中具有92个这种较小杆状电极126，而靠近沉积室入口及出口处则有小区域的无电极区。必须注意的是，对于这两种杆状电极126尺寸而言，相邻杆状电极之间距离为小于沉积室102内部的长度及高度的二十五分之一，且相较于硅烷粒子及高级硅烷形成的距离而言相对较短。
然而，杆状电极126并不限于这些架构及配置。例如，杆状电极的剖面形状可为圆形的其它形状，杆状电极126为范例圆柱体杆状电极。有些情况下，杆状电极126之间距离会改变，其中一些或所有的杆状电极稍微偏离中央平面CP及/或一些杆状电极不是相互平行。杆状电极的剖面尺寸(例如圆柱体杆状电极直径)也可因不同电极而不同，以适用于特定应用。
本发明电极组件104具有数种优点。例如，相较于可用于现有电浆辅助化学气相沉积(PECVD)系统中的频率，当系统是商业生产尺寸时(亦即基板相对长且至少0.5m宽)，复数个间隔近的杆状电极126的配置允许较高射频频率被使用以激发本发明电浆辅助化学气相沉积(PECVD)系统100。所施加的射频电源为交替相位的串行平行杆状电极126形成串接的电子传输线，其特性在于可在27-81MHz的范围内支持高频射频激发。经实验指示出，相较于现有的13.5MHz的激发频率，27-81MHz的激发频率范围内的射频电源能提供较高的沉积速率(亦即约0.5nm/sec)以及较佳的材料品质。对于商业生产尺寸系统中的该等较高频率而言，现有电极设计并无传导性，因为其产生了控制不良的驻波，会造成不均匀的电浆强度及不均匀的沉积速率。相反地，当在至少0.5m宽的相对较长基板上，电极组件104被激发至80MHz的频率时，本发明电极组件104产生了控制良好的驻波且仅造成电浆强度的微小改变。
沿着沉积室102的中央平面CP(图3)产生高强度电浆区域128以及于接近基板120a及120b处产生低强度电浆区域130，如此另有其它优点。例如，高强度电浆区域128产生很多原子氢，其可促进良好半导通特性的硅的形成，而且与原子氢扩散长度相较之下，由沉积室102的中央平面CP至基板120a及120b的距离相对较短。产生于中央平面CP中的原子氢能轻易地扩散至基板，不像电浆辅助化学气相沉积(PECVD)相关文献中所论述的实验系统，不需流经会使很多原子氢产生反应并遗失的管子或其它装置。在杆状电极126之间的中央平面CP中的高强度电浆区域128也会产生强紫外线光子，其可轻易地流动至基板120a及120b。不像电浆辅助化学气相沉积(PECVD)相关文献中所论述的其它实验系统，强紫外线光子可流动至基板，而不需从沉积室外侧经过会降低光子强度及产生明显维修问题的窗口或其它装置。在接近基板120a及120b处产生低强度电浆区域130会降低电子/离子对基板的轰击以及电子及/或离子对沉积硅的潜在破坏。
同样应注意的是，以上述方式配置的串行杆状电极并未在箭头A所示的基板行进方向产生均匀电场及电浆，反而是产生的电场及电浆在从最靠近一杆状电极的区域至两个杆状电极间的中点处的方向上呈周期变化。因此，所沉积的物质的沉积速率及半导通特性可周期地变化于行进方向。所示的实施例以各种方式省略了这种电场及电浆强度的周期性变化。藉由确保相邻杆状电极126间的距离及杆状电极与基板120a及120b间的距离皆在一个扩散长度之内，周期性变化降低了相当大的程度。例如，在一实施例中，相邻杆状电极126间的间隔小于从中央平面CP至基板的距离的一半。事实上，相邻杆状电极126间的间隔及从杆状电极至基板120a及120b的距离应减到最小程度，以使快速扩散可进一步降低沉积速率的变化。最后，如有需要的话，基板120a及120b可以较快速度被移动于非固定方向(亦即在箭头A所示的方向)，以平均任何沉积速率的微小残余变化。
在本发明一些实施方式中，电极组件104也可于沉积制程期间使用，以传送反应物质至沉积室102以及由沉积室将废气排出。参考图3及图4，杆状电极126包括内腔132，其连接至集管112a(或112b)及孔134，孔134将内腔132连接至沉积室102的内部。每一个杆状电极126包括两组孔，一组面对基板120a，另一组面对基板120b。所示的实施例中的内腔132连接至集管112a及112b，以使得在基板行进方向(亦即箭头A所示的方向)，杆状电极126以由一杆状电极至下一杆状电极并于传送反应物质与排出废气之间的方式交替运作。在图3及图4中，反应物质以箭头R表示，废气则以箭头E表示。尤其特别的是，集管112a连接将反应物质传送至反应气体源110的杆状电极126的内腔132，而集管112b连接将废气排出至排出装置114的杆状电极的内腔。集管112a及112b也连接至每个相关杆状电极126的两个纵长末端。因此，反应物质进入传送反应物质的每个杆状电极126的两个纵长末端，而废气离开排出废气的每个杆状电极的两个纵长末端。
所示实施例中的范例内腔132稍微小于杆状电极126。例如，在圆柱体杆状电极126内，内腔132的直径约为1.0cm，而杆状电极126本身的直径则约为0.6cm。在较大的杆状电极126内，孔134的直径约为350μm，在较小的杆状电极内，孔134的直径约为200μm，该孔134沿着杆状电极126的长度约每0.5cm配置。然而，对于传送反应物质的杆状电极126及排出废气的杆状电极而言，由杆状电极126的纵长末端到中央的孔间隔最好是有轻微变化，以补偿产生于纵长末端与中央之间的压力降，该纵长末端连接至集管112a。尤其是，对于具有直径200μm的孔134的0.6cm直径的杆状电极126而言，在中央处约有5％的较小间隔(亦即约0.475cm间隔)以及在纵长末端处约有5％的较大间隔(亦即约0.525cm间隔)，且为线性变化。这造成由杆状电极126的一纵长末端至另一纵长末端在杆状电极126中经过孔134有均匀的流动速率。因应用的需求，从一杆状电极126孔至下一杆状电极126，孔134也可相互彼此对准，或交错配置。
如以上参照图3及图4所讨论，以从一杆状电极126至下一相邻杆状电极的交替方式(如「+」及「-」符号所示)供应电能会产生高强度电浆区域128及低强度电浆区域130。孔134定位成使其不会面对高强度电浆区域128，反而是面对低强度电浆区域130。在范例实施例中，孔134面朝向垂直于中央平面CP的方向，且定位于最靠近基板120a及120b的杆状电极126的部份之上。然而，因应用的需求，相对于中央平面CP的孔134的角度可加以调整。例如，该角度为与垂直面成45度。因为反应物质(亦即在范例实施例中的硅烷)可被引入至低强度电浆区域130之内，在碰到高强度电浆区域128之前，该硅烷快速地扩散至沉积室内的氢环境中并自行稀释。如此便降低了高级硅烷及/或硅粒子形成于电浆中的情形。
在所需压力下(例如300mTorr)，在杆状电极126受激发及引入硅烷或其它反应物质之前，反应气体源110可用于以氢气或氢气与氩气(Ar)的混合物填充沉积室102。然后，将杆状电极126激发，以触发电浆。在实际的沉积制程期间，反应气体源110供应纯的或浓度较高的硅烷(而非现有装置的氢气中稀释的5-10％硅烷)给杆状电极126，该杆状电极126藉由集管112a提供反应物质。孔134将纯硅烷导入至低强度电浆区域130中，且硅烷快速扩散(在几微秒之内)至已经在沉积室102内的氢中，以便到达氢中浓度约7％的硅烷。这种扩散是在硅烷到达高强度电浆区域128之前发生的，在高强度电浆区域128处，硅烷因分解成硅与氢(SiH4→Si+2 H2)而被消耗。在碰到高强度电浆区域128之前，硅烷快速地扩散入沉积室102内的氢环境中及稀释，以及硅烷由杆状电极行进至相邻杆状电极的距离较短，导致硅烷停留于沉积室的时间较短，这些情况也会降低高级硅烷(Si2H6、Si2H6等等)及/或硅粒子形成于电浆中的情形。硅沉积于基板120a及120b之上，同时藉由其它杆状电极126中的孔134及排出装置114而移除氢及非常少量的未使用硅烷。
纯的硅烷的输入流动速率必须仅仅稍大于硅烷消耗速率，因为仅仅少量硅烷被浪费。尤其是，当沉积室中气体抵达杆状电极126(其用于由沉积室102排出废气)中的孔134时，该气体约6％为硅烷及94％为氢。此外，因为沉积反应为SiH4→Si+2H2，因此废气流动速率约为输入气体流动速率的两倍，以维持沉积室102内的固定压力。由计算可知，对于一给定的反应速率(n)而言，输入气体流动速率为1.128n(SiH4)、废气流动速率为2.128n(94％H2+6％SiH4)。所有在沉积反应中所产生的氢藉由排出装置而移除，大约为13％的输入硅烷。因此，由计算可知，87％的硅烷用于沉积室中。另一方面，现有的电浆辅助化学气相沉积(PECVD)系统将仅约15-20％的硅烷转换成硅及氢，剩余的硅烷则浪费了。当然，在现有的电浆辅助化学气相沉积(PECVD)系统及本发明的电浆辅助化学气相沉积(PECVD)系统100中，一些硅沉积于沉积室壁上。如此造成现有的电浆辅助化学气相沉积(PECVD)系统降到约10-15％的使用效率，亦即约10-15％的硅烷气体的硅输入实际沉积在基板之上。如上述，本发明沉积室102降低了沉积于沉积室壁上的硅的百分比，因此本发明的电浆辅助化学气相沉积(PECVD)系统100的整体使用效率约为70％。
经由一些杆状电极126来供应纯的硅烷及经由其它杆状电极126来排出废气，如此做的其它优点在于，可助于达成比现有的电浆辅助化学气相沉积(PECVD)系统低得多的气体流动速率。对于一给定的反应速率(n)而言，现有的电浆辅助化学气相沉积(PECVD)系统(氢中7％硅烷)的输入气体流动速率为100n、废气流动速率(氢中6％硅烷)为100n，因此，硅烷的净消耗为(7％-6％)×100n。在本发明中，另一方面，输入气体流动速率为1.128n(100％硅烷)，废气流动速率为2.128n(氢中6％硅烷)，因此，硅烷的净消耗为(1.128n×100％)-(2.128n×6％)。换句话说，本发明的电浆辅助化学气相沉积(PECVD)系统的输入气体流动速率几乎比现有的电浆辅助化学气相沉积(PECVD)系统小100倍，输出气体流动速率几乎比现有的电浆辅助化学气相沉积(PECVD)系统小50倍。较低的流动速率允许容量低得多的排出装置114(例如真空帮浦)被用于由沉积室102排出反应产物，并维持固定的沉积室压力。从供应反应气体的杆状电极126至排出废气的杆状电极的非常短的行进距离(例如实质小于所示实施例中的沉积室102的长度及/或高度的1/20)确保硅烷停留于沉积室102中的时间是短的，即使流动速率是慢的。短停留时间将形成高级硅烷及/或硅粒子的情况降低至最小程度。
如上所述，在替代实施方式中，杆状电极126彼此间以同相位方式驱动，而且，基板120a及120b保持在接地电位或具有小直流偏压的接地，以于中央平面CP及基板120a及120b之间的两个区域中分别产生了相对均匀的电场及电浆。此处，杆状电极126可由图3所示的方位被旋转90度，以致孔134面对相邻杆状电极以及反应物质供应至电场最小的区域、废气由电场最小的区域排出。本发明的这种实施方式具有的优点为，由供应反应气体的杆状电极126至排出废气的杆状电极的行进距离非常短，因此硅烷停留于沉积室102中的时间是短的，即使流动速率是慢的，而且短停留时间将形成高级硅烷及/或硅粒子的情况降低至最小程度。
在沉积制程启动前，反应气体源110可用于以氢(或氢及氩)供应给沉积室102，在沉积制程期间，反应气体源110可用于以纯硅烷供应给沉积室102，反应气体源110包括复数个储存容器G1至GN。可被储存的其它气体包括氩、氢、硅烷、甲烷、锗烷以及具有掺杂气体(诸如3甲基硼烷及三氢化磷)的硅烷。该气体可于压力下被储存，并因此反应气体源110包括复数个阀136，其控制来自储存容器G1至GN的气体的流动速率。必须注意的是，本发明不限于气态反应物质。如特定制程有需要的话，也可提供液态及/或固态反应物质来源。
控制器116可用于控制各种沉积制程。例如，纯硅烷供应至沉积室102的速率以及废气由沉积室102排出的速率可根据由传感器118而来的资料来加以控制。如上所述，硅烷输入速率应稍大于硅烷消耗速率(亦即沉积速率)，因为仅有少量硅烷被浪费。因此，对于特定沉积速率及藉由电源108(或电浆电源)而施加至杆状电极126的电源准位而言，输入流动速率可被来自传感器118的反馈讯号所调整，以达到废气中所需的硅烷浓度。对于被电浆电源所限制的沉积速率的操作点而言，硅烷的废气浓度可约为5％到6％。或者，对于被硅烷耗用所限制的沉积速率的操作点而言，硅烷的输入流动速率被调整为沉积中的耗用速率，而且在废气中的硅烷浓度接近0。排出速率也受反馈讯号所控制，以维持沉积室102中的压力为所需压力(例如约300mTorr)。基板120a及120b的温度以及电浆激发的频率与电源准位一般也被控制，以在所需沉积速率下达到所需硅品质。因此，传感器118可包括与排出装置114相关的气体浓度传感器、在沉积室102中的压力传感器、以及与基板120a及120b相关的温度传感器。侦测电浆是否存在以确认正确操作的传感器也可设置。
以上述方式控制电浆辅助化学气相沉积(PECVD)制程允许本发明电浆辅助化学气相沉积(PECVD)系统以稳定的温度、气体流动、气体浓度、沉积速率等等的稳定状态来进行连续沉积制程。控制器116可使用来自传感器118的反馈讯号，用以调整稳定状态的参数，以达到所需物质性质。当沉积制程进行时，根据系统中的传感器，稳定操作及参数调整组合起来连同快速扩散以降低任何非均匀的情况，如此可允许本发明系统的制造大大地降低机械容差精密度及气体流动的均匀度。因此，与以相当的均匀度及半导通性质来沉积物质的现有「批次模式」系统相较之下，本发明系统的制造成本可大幅降低。
本发明电浆辅助化学气相沉积(PECVD)系统100可用于产生各种材质层。藉由实例说明可知(不在于限制)，电浆辅助化学气相沉积(PECVD)系统100可用于在非常大基板上(例如1m×0.5m)形成高品质非结晶或纳米结晶硅半导体层，该非常大基板可用于硅光生伏特电池及其它大面积低成本组件中。
虽然本发明以上述实施例来说明，然而熟知本技术人士皆可充分了解到，可对上述实施例进行数种修改及/或加入。本发明的范围包括所有修改及/或加入。
权利要求
1.一种基板处理系统，包括一沉积室；以及位于该沉积室之内的复数个管状电极，界定邻近于其的电浆区域，并且具有内腔及孔，该孔将该内腔连接至该沉积室。
2.如权利要求1所述的基板处理系统，进一步包括一反应物源，可操作地连接至至少一个该管状电极。
3.如权利要求2所述的基板处理系统，其中该反应物源包括一气体源。
4.如权利要求1所述的基板处理系统，进一步包括一排出装置，可操作地连接至至少一个该管状电极。
5.如权利要求1所述的基板处理系统，进一步包括一反应物源，可操作地连接至该复数个管状电极；以及一排出装置，可操作地连接至该复数个管状电极；其中可操作地被连接至该反应物源的该管状电极中至少一个位于可操作地被连接至该排出装置的该管状电极中至少两个之间，并且可操作地被连接至该排出装置的该管状电极中至少一个位于可操作地被连接至该反应物源的该管状电极中至少两个之间。
6.如权利要求1所述的基板处理系统，其中该孔不面对相邻的管状电极。
7.如权利要求1所述的基板处理系统，其中该管状电极界定出具有相对侧的一共同电极平面，每一个该管状电极在该共同电极平面的两侧具有孔，并且该孔面朝垂直于该共同电极平面的方向。
8.如权利要求1所述的基板处理系统，其中该管状电极界定出一共同电极平面，该基板处理系统进一步包含第一及第二基板载体，位于该共同电极平面的相对侧之上。
9.如权利要求8所述的基板处理系统，其中该第一及第二基板载体用于定位第一及第二基板，使该第一及第二基板小于从该管状电极而扩散的原子氢扩散长度。
10.如权利要求8所述的基板处理系统，其中该第一及第二基板载体用于定位第一及第二基板，使该第一及第二基板距离该管状电极为一第一距离，以及其中相邻管状电极相互间隔一第二距离，该第二距离小于该第一距离。
11.如权利要求1所述的基板处理系统，其中该管状电极在垂直于管状电极的第一方向相互隔开，该沉积室界定出一内部，其于该第一方向具有第一尺寸，于平行该管状电极方向具有第二尺寸，而且相邻管状电极在其间界定出一距离，该距离至少小于该第一尺寸的二十分之一，且至少小于该第二尺寸的二十分之一。
12.一种基板处理系统，包括一沉积室；第一及第二基板载体，位于该沉积室内；复数个间隔的伸长电极，位于该第一及第二基板载体之间；以及一电源，可操作地连接至每一个该电极，并用于以相互异相位的方式驱动相邻电极。
13.如权利要求12所述的基板处理系统，其中该基板载体包含滚筒。
14.如权利要求12所述的基板处理系统，其中该伸长电极实质上为圆柱体。
15.如权利要求12所述的基板处理系统，其中该电源用于供应频率至少约为27MHz的电力。
16.如权利要求12所述的基板处理系统，其中该第一及第二基板载体用于引导该第一及第二基板于基板行进方向，而且该伸长电极界定出各别长轴，该各别长轴实质上垂直于该基板行进方向。
17.如权利要求16所述的基板处理系统，其中该第一及第二基板载体位于实质上平行于该第一及第二基板之一平面上。
18.如权利要求12所述的基板处理系统，其中该第一及第二基板载体用于定位该第一及第二基板，使该第一及第二基板距离该伸长电极为一第一距离，以及其中相邻伸长电极相互间隔一第二距离，该第二距离小于该第一距离。
19.如权利要求12所述的基板处理系统，其中该伸长电极界定出各别直径及长轴，而且相邻的伸长电极的相互间隔两倍于由长轴至长轴所测量出的直径。
20.如权利要求12所述的基板处理系统，其中该第一及第二基板载体用于定位第一及第二基板，使该第一及第二基板小于从该伸长电极而扩散的原子氢扩散长度。
21.如权利要求12所述的基板处理系统，其中该沉积室界定出一内部，其于垂直于该伸长电极方向具有第一尺寸，于平行该伸长电极方向具有第二尺寸，而且该第一及第二基板载体用于定位第一及第二基板，使该第一及第二基板相隔一距离，由垂直于第一尺寸及第二尺寸的方向来测量，该距离不大于第二尺寸的十分之一，且不大于第一尺寸的十五分之一。
22.一种形成薄膜的方法，包含以下步骤产生具有相对高强度的电浆区域及具有相对低强度的电浆区域；引进包括薄膜层材料的反应物于该相对低强度的电浆区域内。
23.如权利要求22所述的方法，进一步包含以下步骤定位一基板，致使具有相对低强度的电浆区域位于基板与具有相对高强度的电浆区域之间。
24.如权利要求22所述的方法，进一步包含以下步骤将第一基板与第二基板定位于具有相对高强度的电浆区域的相对侧之上。
25.如权利要求22所述的方法，其中引进反应物的步骤包括引进包含薄膜层材料的实质上纯的反应物于相对低强度的电浆区域内。
26.如权利要求22所述的方法，其中引进反应物的步骤包括引进实质上纯的硅烷于相对低强度的电浆区域内。
27.如权利要求22所述的方法，其中该产生步骤包括供应异相位电力给相邻纵长延伸杆状电极，致使具有相对高强度的电浆区域产生于该杆状电极之间，而且具有相对低强度的第一及第二电浆区域产生于具有相对高强度的电浆区域的相对侧。
28.如权利要求27所述的方法，其中该引进反应物的步骤包含经由该纵长延伸杆状电极其中之一而引进包括薄膜层材料的反应物于该具有相对低强度的第一及第二电浆区域内。
29.如权利要求28所述的方法，其中该纵长延伸杆状电极界定一电极平面，而且该引进反应物的步骤包含经由该纵长延伸杆状电极其中之一而引进包括薄膜层材料的反应物于该具有相对低强度的第一及第二电浆区域内，且其方向为实质上垂直于该电极平面。
30.如权利要求27所述的方法，进一步包含以下步骤经由该纵长延伸杆状电极其中之一而排出废气物质。
31.一种基板处理系统，包括用于产生具有相对高强度的电浆区域及具有相对低强度的电浆区域的机构；以及用于引进包括薄膜层材料的反应物于该相对低强度的电浆区域内的机构。
32.如权利要求31所述的基板处理系统，进一步包含用于定位一基板的机构，致使具有相对低强度的电浆区域位于该基板与具有相对高强度的电浆区域之间。
33.如权利要求31所述的基板处理系统，进一步包含用于将第一基板与第二基板定位于具有相对高强度的电浆区域的相对侧之上的机构。
34.一种基板处理系统，包括一沉积室；至少一基板载体，位于该沉积室内且用于引导基板于基板行进方向以及复数个伸长杆状电极，于该基板行进方向相互间隔并界定各别长轴，该长轴延伸的方向至少横过该基板行进方向。
35.如权利要求34所述的基板处理系统，其中该伸长杆状电极的长轴延伸方向实质垂直于该基板行进方向。
36.如权利要求34所述的基板处理系统，进一步包含一电源，可操作地连接至每一个该伸长杆状电极，并用于以相互异相位的方式驱动相邻伸长杆状电极。
37.如权利要求34所述的基板处理系统，其中该伸长杆状电极界定各别内腔及孔，该孔将该内腔连接至该沉积室。
38.如权利要求37所述的基板处理系统，进一步包含一反应物源，可操作地连接至至少一个该杆状电极的内腔；以及一排出装置，可操作地连接至至少一个该杆状电极的内腔。
39.如权利要求37所述的基板处理系统，其中该沉积室界定出一内部，其于该基板行进方向具有第一尺寸，于平行该伸长杆状电极方向具有第二尺寸，该伸长杆状电极于基板行进方向相隔一距离，该距离至少小于第一尺寸的二十分之一，且至少小于第二尺寸的二十分之一。
40.一种基板处理系统，包括一沉积室，界定一具有长度及高度的内部；第一及第二基板载体，位于该沉积室内，用于定位第一及第二基板，使该第一及第二基板相隔一距离，由垂直于该长度及高度的方向来测量，该距离不大于该高度的十分之一，且不大于长度的十五分之一；以及一电极组件，位于该第一及第二基板载体之间且用于该第一及第二基板载体之间产生电浆。
41.如权利要求40所述的基板处理系统，其中该第一及第二基板载体用于引导该第一及第二基板载体沿着该沉积室内部的长度。
42.如权利要求41所述的基板处理系统，其中该高度至少约0.5m。
43.一种形成薄膜于基板上的方法，包含以下步骤产生电浆于沉积室之内；以一反应物输入速率，引进包括薄膜层材料的反应物于该电浆内；沉积该薄膜层材料于该基板上；由该沉积室排出废气；测量该废气中的薄膜层材料的数量；以及响应于所测量而得的该废气中薄膜层材料的数量，调整该反应物输入速率。
44.如权利要求43所述的方法，其中该调整该反应物输入速率的步骤包含响应于所测量而得的该废气中薄膜层材料的数量，调整该反应物输入速率，同时持续引进该反应物。
45.如权利要求43所述的方法，进一步包含以下步骤测量该沉积室内的压力；以及响应于所测量而得的该沉积室内的压力，调整废气排出速率，同时持续引进该反应物。
全文摘要
一种基板处理系统，包括一沉积室(102)以及位于该沉积室(102)之内的复数个管状电极(126)，界定其间的电浆区域(128)。
文档编号C23C16/54GK101018887SQ200480043215
公开日2007年8月15日 申请日期2004年9月14日 优先权日2004年9月14日
发明者马文·S·凯屈纳, 保罗·H·麦克尔伦 申请人:光学日光公司