[发明专利]等离子体增强的化学气相沉积(PECVD)源

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2012年12月28日提交的美国临时专利申请序列号61/746,734的权益，该临时专利申请特此以引用的方式并入本文中。

背景

化学气相沉积(CVD)是指通过含有所需层所包含的元素的前体化学物质的化学转化在基底的表面上形成层的方法。一个常见的实例是由前体六甲基二硅氧烷或HMDSO (O[Si(CH3)3]2)与氧气(O2)之间的化学反应形成二氧化硅(SiO2)。在此情况下，硅与氧组合形成固体SiO2。剩余甲基还可以与氧气反应形成各种废气(CO、CO2、HO等)，然后所述废气从反应器中移除。

为提高反应的效率和所沉积的层的质量，可在离子化气体(等离子体)的氛围中进行反应。用于产生等离子体的典型气体是氩气。还可以添加可用于所述化学反应中的活性气体。适合的等离子体将具有高密度的高能电子。电子与前体和含有相关元素的其它气体发生碰撞，从而使气体离子化并且将其分子解离成更轻的部分。由此产生了相关元素的自由基，这些自由基比其在未经受等离子体作用的情况下更容易形成所需化合物。可对气体的比率、压力或功率参数进行调节以影响沉积速率和膜性质。

等离子体是在真空室内，在约1-100毫托范围内的压力下，通过在腔室内提供可离子化气体和电极，然后在电极之间施加电位来产生。当施加电位时，电子从阴极电极的表面发射并且将由阴极与阳极之间的电场加速。当具有充足能量的电子与加工气体碰撞时，气体可被离子化并且产生其它自由电子。新的电子也经受加速电场影响并且可用于使其它气体分子离子化。在适合条件下，此过程快速级联以形成稠密等离子体。常见的是进一步提供磁场，所述磁场被配置成改变电子的轨道，以将它们引入所需工作区域内并且增加发生离子化碰撞的几率，由此提高所述过程的效率。

在有关产生等离子体的现有技术中可存在多种配置。但是，它们通常具有限制其在PECVD工艺中的性能的缺点。所述源的汇总可见于以全文引用的方式包括于本文中的美国专利7,327,089 (在此也称为“'089专利”)中。

在'089专利(和随后的接续案美国专利号7,411,652 (在此也称为“'652专利”))中，描述了一种包括被封闭在空腔内的电极的源。空腔通过限制等离子体流动的喷嘴对真空室的加工区域开放。喷嘴还限制流出空腔的溅射材料的流动以及进入空腔的化学前体的流动。提供了用于在空腔内供应加工气体的构件。前体被供应至空腔外部的腔室。此配置解决了有关已反应材料形成于电极上和溅射材料污染形成于基底上的膜的问题。此源也并有磁场，该磁场对源内的电子提供磁约束以增进产生稠密等离子体的效率。磁场配置还引导一部分等离子体流出空腔流向基底。

'089专利中所描述的源的一个问题是其依赖于在源的空腔外部的阳极。由于在源外部，阳极经历由所述工艺产生的介电涂层的沉积。本领域技术人员可了解，阳极上的介电涂层总是会引起工艺不稳定性和不可接受的不均匀性。另外，设置于空腔内的电极还经历所使用的加工气体的氧化(或其它反应)。两个问题均通过如'652专利中所描述的将两个源用交流电(AC)或双极性脉冲电源连接在一起而得到缓和。在此配置中，一个源中的电极处于阴极电位，而另一个源中的电极充当阳极。两个电极按电源的每个半周期来转换极性。在阴极半周期，电极经历溅射。这可至少部分清除掉不需要的反应物。

'652专利中描述的两源配置的一个重要特征是这两个源可借助于具有相反磁极性而发生磁连接。这是将工作电子导引出源并且导引至工作区域中的一种有效方法，因为电子在阴极与阳极之间移动时将遵循磁场。虽然两源配置减少了涂布或反应电极问题，但其产生了另一个问题。电子在源之间行进的均匀性高度取决于连接源的磁场的均匀性。即使已极小心地使每个源内的磁结构高度均匀，但使源之间的连接磁场均匀仍可能极具挑战性。这归因于源之间的距离。由于磁场的强度(通量密度)随距离的平方而减小，故源之间距离的较小改变也会引起磁通量密度的显著变化。由此在所述工艺中产生不可接受的变化。因此，两个源必须精确平行，这意味着它们还必须精确地平直以维持均匀过程。源越长，则实现并且维持适当精确性就越具挑战性。