用于微波直线放电源功率函数斜坡的系统和方法

专利名称：用于微波直线放电源功率函数斜坡的系统和方法
技术领域：
本发明涉及用于化学汽相沉积的功率源，系统，和方法。
背景技术：
化学汽相沉积(CVD)是这样一个过程，通过气相或汽相化学品发生反应后形成薄膜，使薄膜沉积在基片上。CVD利用的气体或蒸汽是包含被沉积元素的气体或化合物，并可以被诱发与基片或其他气体发生反应后沉积薄膜。CVD反应可以是热激励，等离子体诱发，等离子体增强或在光子感生系统中的光激励。
CVD广泛地应用于半导体工业以制成晶片。CVD还可用于涂敷较大的基片，例如，玻璃片和聚碳酸酯薄片。等离子体增强CVD(PECVD)是一种十分有前景的技术，用于生成大的光生伏打片和汽车用的聚碳酸酯窗。
图1表示用于大规模沉积过程的典型PECVD系统100分解图，当前的宽度可以达到2.5米。这个系统包含真空室105，其中仅画出它的两个侧壁。真空室内放置直线放电管110。直线放电管110是由配置成传送微波信号或其他信号进入真空室105的内导体115构成。这个微波功率从内导体115向外辐射并激励通过载气管120引入的周围载气。这种激励气体是等离子体，且通常靠近直线放电管110。等离子体和电磁辐射产生的原子团分解通过进料气体管125引入的进料气体130，从而把进料气体分解成新的分子。在分解过程中形成的某些分子沉积在基片135上。在分解过程中形成的其他分子是废料并通过排气口(未画出)排出，虽然这些分子还偶尔地沉积在基片上。
为了快速地涂敷大的基片表面，基片托架以稳定的速率移动基片135通过真空室105。然而，其他的实施例可以包括静态涂敷。当基片135移动通过真空室105时，分解应当继续以稳定的速率进行，而来自分解载气的靶分子在理论上均匀地沉积到基片上，从而在基片上形成均匀的薄膜。但是，由于各种实际的因素，这种过程制成的薄膜不总是均匀的。因此，往往通过引入太多的热量或其他应力，试图补偿这些实际因素对基片的损伤。所以，我们需要一种改进的系统和方法。

发明内容
以下总结在附图中展示的本发明典型实施例。在具体实施方式
中更详细地描述这些和其他的实施例。然而，应当明白，本发明不局限于在发明内容和具体实施方式
中所描述的形式。专业人员可以知道，各种改动，相当内容和其他的结构都是在权利要求书中限定的本发明精神和范围内。
本发明的一个实施例是在基片上沉积薄膜的系统。这个系统包括真空室；放置在真空室内的直线放电管；配置成产生VHF，微波，或其他高能量功率信号的磁控管，该信号可以加到直线放电管上；可以包含电子放大器的功率源，它配置成提供功率信号到磁控管；和与功率源连接的脉冲控制器。脉冲控制器配置成控制多个脉冲的占空比，多个脉冲的频率，和/或多个脉冲的轮廓形状。


结合附图参照以下的具体实施方式
和所附的权利要求书，可以更容易地理解本发明的各个目的和优点以及更完整地理解本发明，其中图1是现有直线PECVD系统的分解图；图2是周围有不规则等离子体的直线放电管剖面图；图3是用于直线放电管的屏蔽式隙缝天线装置图；图4是可用于本发明的典型功率源信号图；图5是按照本发明一个实施例的功率源方框图；和图6是按照本发明一个实施例的另一种功率源方框图。
具体实施例方式如以上所描述的，实际因素限制沉积系统制作的薄膜质量，其中包括直线微波沉积系统。这些限制因素中的一个因素是不能在直线放电管周围产生和保持均匀的等离子体。非均匀的等离子体源于在沿直线放电管的某些点上非均匀的分解，从而造成在某些部分的基片上非均匀的沉积。
图2表示在微波沉积系统中沿典型直线放电管110形成的非均匀等离子体。可以看出，这个直线放电管110放置在真空室内(未画出)，并包含内导体115，例如，在非导电管140内的天线。微波功率或其他能量波在直线放电管110的两端被引入到内导体115。微波功率激励直线放电管110附近的气体，并形成等离子体142。但是，当微波功率向直线放电管110的中心传播时，可用于激励和保持等离子体的功率数量就下降。在某些情况下，直线放电管110中心附近的等离子体142可能不能激励或可能有极低的功率密度，这是与直线放电管110两端的等离子体142比较的结果。低的功率密度导致在直线放电管110中心附近有低的气体分解和在基片中心附近有低的沉积速率。
一种用于解决在直线放电管110中心附近有低等离子体密度问题的系统利用隙缝内导体。例如，在非导电管内使用两个导体。如图3所示，另一种系统使用两个导体145，例如，两个天线，和在非导电管140内放置的金属屏蔽150。金属屏蔽150和隙缝天线145的作用是控制能量放电和产生均匀的等离子体密度142。
直线放电系统通常是由功率系统驱动，该功率系统可以包含与磁控管连接的直流源和/或放大器。通过控制这种功率系统，可以进一步提高沿直线放电管的功率密度均匀性和等离子体均匀性。例如，可以改变沿直线放电管的等离子体均匀性，这是通过控制一种类型直流功率系统产生的直流信号中以下性质直流脉冲占空比，脉冲频率，和/或信号调制。信号调制包括幅度调制或脉冲幅度调制，频率调制，脉冲位置调制，脉冲宽度调制，占空比调制，或幅度和任何频率类型的同时调制。信号调制是在共同所有和转让的代理人卷号(APPL007/00US)中讨论，其标题为“SYSTEM AND METHOD FORMODULATION OF POWER AND POWER RELATED FUNCTIONSOF PECVD DISCHARGE SOURCES TO ACHIEVE NEW FILMPROPERTIES”，该文合并在此供参考。
这些变化中的每个变化直接改变被引入到直线放电管中内导体的微波功率信号。微波功率信号的变化可以改变直线放电管周围的等离子体均匀性。在许多情况下，直流功率系统的变化可用于控制等离子体的性质，从而增大构成薄膜的化学品均匀性。这些功率源的增强可应用于单天线系统，多天线系统，有屏蔽的多天线系统，等等。
通过控制直线放电管中功率密度的分布，可以进一步增强沉积系统。通过控制被引入到内导体的功率信号，可以控制功率密度。一种用于控制引入到内导体的功率信号的方法涉及控制直流功率系统的输出。例如，可以控制直流功率系统的各个脉冲。图4表示5个典型形状的脉冲，它们可用于控制直线放电管中的功率密度。还可以调整这种信号的占空比，频率，幅度等。还可以调制这种信号。
在利用图4a，4b，4c和4d所示的退化脉冲轮廓时，可以预期特别良好的结果。当等离子体激励是从外边缘向直线放电管的中心传播时，这种退化脉冲有助于沿直线放电管的整个长度保持均匀的功率密度。这些增强可应用于单天线系统，双天线系统，有屏蔽的双多天线系统，等等。由于可以控制局部的密度，这些增强也可应用于均匀地涂敷弯曲的基片和平坦的基片。
图5表示按照本发明一个实施例构造的系统。这个系统包括直流源160，它可以受脉冲控制器165的控制。直流源给磁控管170提供功率，磁控管170产生用于驱动直线放电管中内导体的微波(或其他波)。脉冲控制器165可以控制直流脉冲的形状，和调整脉冲的性质，例如，脉冲的占空比，脉冲频率，和脉冲幅度。
现在参照图6，它表示按照本发明原理构造的另一个实施例系统170。这个系统包括有脉冲控制器165的直流源160，和磁控管170，如图5所示。这个系统还包括复用器180和定时控制系统185。复用器180的作用是把磁控管的输出分成几个信号。然后，每个信号可用于给独立的直线放电管供电或给单个直线放电管内的独立天线供电。
回想到大多数直线放电沉积系统包含几个直线放电管。在某些情况下，我们可能要求偏置驱动相邻直线放电管的脉冲定时。一个直线放电管产生的微波可以传播到相邻的直线放电管并影响功率密度和等离子体的均匀性。利用合适的定时控制，这种影响可以是正面的并有助于保持均匀的功率密度和等离子体。定时控制系统185可以提供这种定时控制。专业人员知道如何调谐定时控制。
定时控制系统185也可与包含多个磁控管170和/或直流源160的直线放电系统结合使用。在这些系统中，每个直线放电管是由独立的磁控管和可能独立的直流源驱动。可以加定时控制到每个磁控管和/或每个直流源。术语“直流源”和“直流功率源”是指任何类型的功率系统，它包括利用线性放大器，非线性放大器，或没有放大器的功率系统。该术语也可以是指放大器本身。
总之，本发明提供一种用于在基片上控制沉积的系统和方法。专业人员容易理解，在本发明，其用途和配置中可以有多种变化和替换，它仍然可以基本实现与上述实施例相同的结果。因此，我们没有把本发明局限于公开的典型形式。许多变化，改动和其他的结构都是在权利要求书中所公开的本发明精神和范围内。
权利要求
1.一种在基片上沉积薄膜的系统，该系统包括真空室；放置在真空室内的直线放电管；配置成产生微波功率信号的磁控管，该信号可以加到直线放电管上；配置成提供功率信号到磁控管的功率源，直流功率信号包含多个脉冲；和与功率源连接的脉冲控制器，脉冲控制器配置成控制多个脉冲的占空比，多个脉冲的频率，和多个脉冲的轮廓形状。
2.按照权利要求1的系统，其中脉冲控制器配置成减小或增大多个脉冲中一个脉冲的功率。
3.按照权利要求1的系统，其中直线放电管是第一直线放电管，该系统还包括第二直线放电管；和与第一直线放电管，第二直线放电管和磁控管连接的复用器。
4.按照权利要求1的系统，其中直线放电管包括非导电外层；位于非导电外层内的两个内导体；和与两个内导体和非导电外层相邻的金属屏蔽。
5.一种用于薄膜沉积的功率系统，该系统包括配置成产生微波功率信号的磁控管，用于在薄膜沉积系统中驱动直线放电管；与磁控管连接的功率源，功率源配置成产生多个脉冲；和与功率源连接的控制系统，控制系统配置成控制多个脉冲的轮廓形状，从而控制薄膜沉积系统中磁控管的输出和直线放电管的运行。
6.按照权利要求5的系统，其中该系统还配置成控制多个脉冲的占空比，从而控制薄膜沉积系统中磁控管的输出和直线放电管的运行。
7.按照权利要求5的系统，其中该系统还配置成控制多个脉冲的频率，从而控制薄膜沉积系统中磁控管的输出和直线放电管的运行。
8.一种在基片上沉积薄膜的方法，该方法包括产生有轮廓形状的直流脉冲；利用有轮廓的直流脉冲产生微波功率信号；提供产生的微波功率信号到位于薄膜沉积系统中的直线放电管；利用产生的微波功率信号在直线放电管中产生等离子体；利用产生的等离子体分解气体；和在基片上沉积部分的分解气体。
9.一种用于薄膜沉积的功率系统，该系统包括配置成产生微波功率信号的磁控管，该信号可以加到直线放电管上；配置成提供直流信号到磁控管的放大器，该直流信号包含多个脉冲；和与放大器连接的脉冲控制器，脉冲控制器配置成控制多个脉冲的占空比，多个脉冲的频率，和多个脉冲的轮廓形状。
10.按照权利要求9的系统，其中放大器是线性放大器。
11.按照权利要求9的系统，其中放大器是非线性放大器。
12.按照权利要求9的系统，还包括与磁控管输出端连接的复用器。
13.按照权利要求9的系统，其中脉冲控制器配置成控制多个脉冲中一个脉冲的轮廓形状，因此，多个脉冲中一个脉冲的功率是从该多个脉冲中一个脉冲的初始功率点减小。
14.按照权利要求9的系统，其中脉冲控制器配置成控制多个脉冲中一个脉冲的轮廓形状，因此，多个脉冲中一个脉冲的功率是从该多个脉冲中一个脉冲的初始功率点增大。
全文摘要
用于微波直线放电源功率函数斜坡的系统和方法，本发明的一个实施例是在基片上沉积薄膜的系统。这个系统包括真空室；放置在真空室内的直线放电管；配置成产生微波功率信号的磁控管，该信号可以加到直线放电管上；配置成提供信号到磁控管的功率源，和与功率源连接的脉冲控制器。该脉冲控制器配置成控制多个脉冲的占空比，多个脉冲的频率，和/或多个脉冲的轮廓。
文档编号C23C16/513GK1958843SQ20061009414
公开日2007年5月9日 申请日期2006年6月27日 优先权日2005年11月1日
发明者迈克尔·W.·斯托厄尔, 迈克尔·莱尔, 史蒂文·维德尔, 乔斯·曼纽尔·迪格兹－坎波 申请人:应用膜公司, 应用材料有限及两合公司