专利名称：用于pecvd沉积工艺期间包覆屏蔽的系统和方法
技术领域：
本发明一般涉及等离子体工艺和系统，更具体但并非以限制方式地涉及用 于控制等离子体工艺和系统中的游离基的系统及方法。
背景技术：
等离子体增强化学气相沉积(PECVD)是用于在各种衬底上沉积薄膜的 公知工艺。从玻璃制造到半导体制造，再到等离子体显示面板制造的多个行业 都依赖PECVD工艺在衬底上沉积薄膜。PECVD系统在它们的应用上变化很 大，正如它们所沉积的膜在它们的化学特性和质量上变化很大一样。
典型的PECVD工艺可通过改变工艺参数来控制，所述工艺参数诸如气压、 功率、功率脉冲频率、功率占空比、脉冲形状以及多个其它参数。尽管PECVD 工艺中具有高度可用的定制化，但是该行业仍在继续寻找用于改进PECVD工 艺并且获得更多对该工艺控制的新方法。特别是，PECVD行业寻求在更宽范 围的工艺参数内利用PECVD。
目前，PECVD仅能在有限组的条件下使用。对于其它条件，必须使用替 代的沉积工艺。这些替代的沉积工艺，诸如电子回旋共振(ECR)和溅射，对 于许多应用来说并非总是最优的。因此，该行业在寻找将PECVD的应用扩展 到传统使用这些替代沉积方法的领域。
虽然目前的装置和方法是可行的，但是它们并非足够精确或令人满意。因 此，需要系统和方法以克服目前技术的缺陷并提供其它新的和创造性的特征。
发明内容
以下概括在附图中所示的本发明的示例性实施方式。这些和其它实施方式 在具体实施方式
部分更加全面地描述。然而，应该理解，在此并未有将本发明 限定在发明内容或具体实施方式
中所述的形式的意图。本领域的技术人员可认 识到存在落入由权利要求书限定的本发明的构思和范围内的多种修改、等同物
和替代结构。
本发明提供了一种用于等离子体增强化学气相沉积的系统和方法。一个实 施方式包括工艺腔室；定位在该工艺腔室中的衬底支架，该衬底支架配置用于 支撑其上将沉积膜的衬底；定位在该工艺腔室中的天线；部分围绕该天线的游 离基护罩，该游离基护罩具有内部容积；定位用于将辅助气体提供给该游离基 护罩的内部容积的辅助气体入口；配置用于将前体气体提供给该工艺腔室的内 部的前体气体入口；至少一个游离基护罩中的孔，该孔定位用于使得游离基逃 逸出游离基护罩的内部容积并且与前体气体碰撞。
通过结合附图参照以下具体实施方式
部分以及所附权利要求书，对于本发 明的各种目的和优点以及更全面的理解将显而易见并且更加容易认识。其中 图1所示为传统PECVD系统的方框图2所示为操作中的传统PECVD系统的方框图3所示为传统PECVD系统中天线附近的游离基的示意图4所示为根据本发明一个实施方式构建的包覆护罩； 图5所示为根据本发明的一个实施方式构建的PECVD系统的截面图； 图6所示为在传统的沉积系统中操作的典型压力范围的示意图；以及 图7所示为根据本发明的一个实施方式操作的PECVD系统的示例性操作 范围的示意图。
具体实施例方式
现参照附图，其中相同或相似的元件在多个附图中使用相同的附图标记，
并且具体参照图1和图2，其示出了传统的方框图的PECVD系统IOO。该PECVD 系统包括工艺腔室105、天线IIO、保护性电介质护套115、衬底支架120、衬底 125、辅助气体源130以及前体气体源135。这些类型的系统是本领域所公知的 并在此不全面描述。
图2示出在衬底上沉积Si02电介质层的工艺期间传统PECVD系统的操作。 本领域的技术人员将可理解，其它的前体气体和其它的辅助气体也可用于获得 所需的膜化学特性并且图2中所示的02和HMDSO (六甲基二硅氧烷)气体仅
为阐明目的。
在一般的操作中，在该实施方式中，辅助气体02从辅助气体源130引入。
02通过在天线110周围形成的等离子体140分裂，从而形成0,和03游离基。这 些和其它等离子体游离基与其它的02分子碰撞，从而形成更多的游离基。这些 游离基随后与HMDSO分子碰撞，造成HMDSO分离并且重新形成为SiOx和其它 废料。SiOx与其它氧游离基结合，从而形成沉积在衬底125上的Si02。诸如OH 和H20的一些废料也沉积在衬底125上，但是其绝大部分使用排气泵排出。
现参照图3，其示出紧邻天线110和保护性护套115的区域放大图。如前所 述，0冴n03游离基与引入自辅助气体源的02分子碰撞。基于碰撞，02分离为 0,和03。这些新的游离基随后与其它的02分子碰撞，形成更多的游离基。
在通常的该类型的分裂工艺中，实际上仅有少部分辅助气体分裂。例如， 仅有2X的02在通常的PECVD系统中分裂。气体分裂的量由辅助气体的压力和 施加给天线的功率量决定。对于任何具体辅助气体，压力与功率之间的关系通 过ashen曲线限定。
绝大多数辅助气体的分裂通过由施加给天线的功率产生的电子导致。一些 分裂也通过离子和游离基造成。在分裂辅助气体中的电子的效率直接与电子密 度相关。在更高电子密度的区域中，对于相同的辅助气体压力而言，分裂率更
咼o
已经发现，可通过在天线附近使用包覆护罩极大地提高分裂效率。图4中 所示的包覆护罩145通常由诸如石英的电介质材料形成，并且提供包围天线110 且其中泵入辅助气体的容积。包覆护罩145的准确容积以及天线110与包覆护罩 的内表面之间的距离可基于所需的膜化学特性、PECVD系统的主体结构以及 所需的气体压力来改变。
包覆护罩145用于包含否则将逃逸的电子。通过包含这些电子，天线IIO 周围的电子密度在与天线更远距离处也可增加。并且通过增加电子密度，等离 子体可使用相同的工艺参数进一步扩展，这意味着可在不改变其它工艺参数的 情况下增加分裂率。
包覆护罩145也防止了游离基和离子的逃逸。这可有助于分裂效率并且防 止所产生的游离基和离子浪费。并且通过保留这些粒子，PECVD系统可更有 效地操作。 应该理解，这些实施方式并非限于PECVD系统。本领域的技术人员可将
本发明的概念扩展到覆盖任何其它类型的等离子体系统。
包覆护罩145还有利地提供了更好控制天线周围辅助气体压力的能力。首 先，相对于未设置包覆护罩，该包覆护罩提供了更加均匀的辅助气体压力。该 更均匀的压力允许分裂率更好地受控并且因此提高。
第二，包覆护罩145提供了包覆护罩145内相对于工艺腔室剩余部分的不同 压力。这是有利的，因为包覆护罩145内可保持更高的压力而工艺腔室剩余部 分可保持更低的压力。该可变压力的结果允许在总体更低的工艺腔室压力下产 生更多的游离基。该类型的控制允许PECVD系统以相比于先前系统显著更低 的工艺腔室压力运行。
图5示出根据本发明一个实施方式的PECVD系统150的截面图。该系统示 出工艺腔室105、衬底125、衬底支架120、天线IIO、保护性护套U5、包覆护 罩145以及两个辅助气体入口155。在该实施方式中，辅助气体入口155位于包 覆护罩145中。
包覆护罩145包括最接近于衬底的孔160。通过该孔160，游离基逃逸并且 与前体气体碰撞。该孔160的尺寸可手动或电子地改变以控制逃逸出包覆护罩 的游离基的数量。其也可为固定尺寸的孔。
在一些实施方式中，包覆护罩145中的压力可比包覆护罩145外部的压力更 高。因此， 一般PECVD工艺可以更小的压力操作，同时等离子体增强工艺和 游离基产生工艺可以更高压力操作。如前所讨论的，压力是辅助气体分裂效率 的关键因素。上至特定的点，更高的压力确保更高的分裂效率。因此，更高的 压力允许包覆护罩145内部提高分裂效率。
现参照图6，其示出了其中沉积工艺操作的压力范围。例如，ECR通常操 作在1毫托范围中的非常低的压力范围内。溅射通常操作在2毫托到20毫托的范 围内，并且PECVD通常操作在60毫托以上的更高的压力下。
但是如前所述，PECVD行业己经在寻找将PECVD操作扩展到更低压力 范围内的方法。并且本发明的实施方式提供了将PECVD操作扩展到非常低的 压力范围内的方法。例如，图7示出了使用根据本发明实施方式的包覆护罩的 PECVD系统可以在与ECR和溅射相同的范围内操作。早期的实验已经表明， 在PECVD系统中使用包覆护罩允许这些系统在低于1毫托的压力下操作。这
样的操作先前是不可能的。
总而言之，本发明提供了用于等离子体增强化学气相沉积的系统和方法。 本领域的技术人员可容易认识到本发明中可做出多种改变和替代，其使用和其 配置可获得与在此所述的实施方式获得的基本相同的结果。因此，并非意欲将 本发明限定在已公开的示例性的方式。许多改变、修改和替代结构落入如权利 要求书中所表达的己公开发明的范围和构思中。
权利要求
1.一种等离子体沉积系统，包括工艺腔室；定位在所述工艺腔室中的衬底支架，该衬底支架配置用于支撑其上将沉积膜的衬底；定位在所述工艺腔室中的天线；部分包围所述天线的包覆护罩，该包覆护罩具有内部容积；定位用于将辅助气体提供给所述包覆护罩的所述内部容积的辅助气体入口；配置用于将前体气体提供给所述工艺腔室的内部的前体气体入口；以及在所述包覆护罩中的至少一个孔，该孔定位用于使得游离基逃逸出所述包覆护罩的所述内部容积并且与所述前体气体碰撞。
2. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的孔为可改变的孔。
3. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述包覆护罩包括电介质材料。
4. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括孔控制器，其配置用于响应等离子体沉积工艺参数中的变化而改变所述孔。
5. —种等离子体增强化学气相沉积(PECVD)系统，包括 工艺腔室；以及位于所述工艺腔室内的包覆腔室，该包覆腔室包括使得游离基离开所述包 覆腔室并与前体气体碰撞的孔。
6. —种操作PECVD系统的方法，包括 提供工艺腔室；提供包覆腔室；在第一气压下操作所述工艺腔室；以及在第二气压下操作所述包覆腔室，其中所述第二气压高于所述第一气压。
7. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括 将辅助气体引入所述包覆腔室；以及将前体气体引入所述工艺腔室。
8. —种使用等离子体增强化学气相沉积生成衬底的方法，包括 将辅助气体引入包覆腔室；将前体气体引入工艺腔室；在所述包覆腔室中产生游离基；使用所产生的游离基分离所述前体气体；将所分离的前体气体的至少一部分沉积在所述衬底上，从而在所述衬底上 形成膜。
9. 根据权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括 在第一气压下操作所述包覆腔室；以及在第二气压下操作所述工艺腔室，其中所述第一气压高于所述第二气压。
10. 根据权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括 改变所述包覆腔室中的孔的尺寸以控制游离基包覆腔室中的游离基的数
全文摘要
本发明公开了一种用于等离子体增强化学气相沉积的系统和方法。一个实施方式包括工艺腔室；定位在该工艺腔室中的衬底支架，该衬底支架配置用于支撑其上将沉积膜的衬底；定位在该工艺腔室中的天线；部分围绕该天线的游离基护罩，该游离基护罩具有内部容积；定位用于将辅助气体提供给该游离基护罩的内部容积的辅助气体入口；配置用于将前体气体提供给该工艺腔室的内部的前体气体入口；至少一个游离基护罩中的孔，该孔定位用于使得游离基逃逸出游离基护罩的内部容积并且与前体气体碰撞。
文档编号C23C16/50GK101177782SQ20071015413
公开日2008年5月14日 申请日期2007年9月17日 优先权日2006年11月9日
发明者迈克尔·W·斯托厄尔 申请人:应用材料股份有限公司