通过从等离子体沉积形成膜的方法和设备技术

描述一种从等离子体在衬底上沉积膜的设备。该设备包含罩壳，设置在该罩壳内的多个等离子体发生器单元以及同样在该罩壳内的用于支撑衬底的装置。每个等离子体发生器单元包含具有发射微波的末端的微波天线，设置在所述天线末端的区域中而且与其一起限定出电子回旋共振区域的磁体，在该电子回旋共振区域中可以生成等离子体，以及具有膜前体气体或等离子体气体出口的进气单元。设置该出口以使气体朝向从微波天线来看位于磁体之外的膜沉积区域，该出口位于位于热电子约束包络体之中或之上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】通过从等离子体沉积形成膜的方法和设备
技术介绍
本专利技术涉及通过从等离子体沉积至加工表面上而形成膜的方法。 更具体地，本专利技术涉及使用微波能量以通过电子回旋共振产生等离子体。特别关注的一个领域是在称为等离子体增强CVD (化学气相沉积) 的工艺中，通过硅烷如Si出、Si2H6或者更高阶低聚物的离解沉积无定 形硅(a-Si:H)的膜。可以用于沉积无定形硅或无定形硅合金的其它 前体气体包括其中硅与一个或多个碳、氧或氮结合、任选地连同氢一 起存在的分子。硅合金的实例为SiOxNy所示类型的结构。此外，含硅 气体可以与其它气体一起使用，例如锗烷、或可以用于沉积其它膜的不含硅的气体。关于无定形硅膜应用的特别关注的一个领域是将太阳 能转化成电功率的装置。这类无定形硅材料还可以用于电子应用中， 例如显示器用的TFT。本文使用的术语"无定形硅"表示氢化的无定 形硅，a-Si:H。为了用于刚才提及的领域中，必须存在一些氬，通常 是3-20%，以钝化作为缺陷的悬空键。其它材料，例如使用锗烷以沉积a-Ge:H。此外认为本专利技术适用于沉积 微晶材料例如iac-Si、 pic-Ge和DLC (类金刚石碳)。在激发等离子体至电子回旋共振(在下文缩写为"ECR")的技 术领域中，当静态或准静态磁场中电子的回转频率等于外加加速电场 的频率时获得共振。对于磁场B，在由以下关系与B相关的激发频率f 下获得该共振B=2 7rmf/e (1) 其中m和e是电子的质量和电荷。当以电子回旋共振频率激发等离子体时，电子与电场同相旋转， 并且连续地从满足ECR条件(1 )的外部激发源获得能量从而达到离解或电离气体所必需的阈能。为了满足该条件，首先需要的是电子保持 陷入磁力线，也就是它的回转半径相对于静态磁场梯度足够小，使得 电子在它的回转期间看到基本上恒定的磁场，以及其次是回转频率相 对于电子与中性成分例如原子和/或分子之间的碰撞频率保持较大。换 句话说，当气体压力相对低且同时激发频率f高(这也意味着磁场强度B必须高)时，可望获得激发等离子体至电子回旋共振的最佳条件。 常规的发散ECR的主要困难在于，在大面积上产生密度基本上均匀的等离子体是不可能的。这意味着不能将它用于例如在大尺寸的加 工表面上沉积基本上均匀的材料层。为了解决该问题，已经开发出一 种称作分布式电子回旋共振(DECR)的技术，它使用其中多个等离子 体激发装置形成网络的设备，这些装置共同地在加工表面产生密度基 本上均匀的等离子体。单个的等离子体激发装置各自由微波能量的线 式施加器构成，其一端与产生微波能量的源相连，相对一端安装有至 少一个用于产生具有恒定且强度对应于电子回旋共振的磁场的至少一 个表面的磁偶极子。该偶极子安装在微波施加器的端部，其安装方式 确保加速到电子回旋共振的电子在极之间振荡，以至于产生位于远离 施加器端部的偶极子一侧上的等离子体扩散区。各个激发装置相对于 彼此分布并且位于加工表面附近，以便一起为加工表面产生均匀的等 离子体。上述DECR设备在美国专利6， 407， 359 (对应于EP-1075168 )中 有描述，而且其中所述设备的更详细论述参照附图在下面给出。从那 些图中可以清楚的是，从衬底看去，激发装置采取一般为矩形阵列的 形式，其中包括该矩形为正方形的特定情况，因此有时将上述设备称 为矩阵DECR (MDECR)设备。然而，应当理解的是，本专利技术还可以应 用于如下的DECR设备，其中激发装置以非矩形的二维网络、例如六边 形网络设置，或者其中存在装置的两条平行线， 一条线中的装置相对 于彼此偏移。六边形阵列的实例在以下给出"Determination of the EEDF by Langmuir probe diagnostic in a plasma excited at ECR above a multipolar magnetic field" ， T. Lagarde， Y. Arnal，A. Lacoste, J. Pelletier, Plasma Sources Sci. Technol. 10， 181-190， 2001。该装置还可以设置成环形、部分环形或近环形阵列。 应当注意的是，在本专利技术人完成的一些工作中，已经用三个或六个装 置围绕的中心等离子体激发装置进行沉积，周围装置的磁体极性与中 心装置的磁体相反设置并且分别以三角形或六边形阵列设置。此外，本专利技术可以应用于不是MDECR类型的DECR设备。因此， 例如，它可适用于历史上在MDECR类型之前而且具有圆柱体形状并使设置在Michel Moisan和Jacques Pelletier的 "Microwave Excited Plasmas" ， Elsevier, 1992中有描述，而且适合于均匀涂覆圆柱形 衬底例如管子或者特征如下的物体其尺寸(长度、半径)比等离子 体双极平均自由程小(参见上述参考文献，附录9. 1，第269-271页)。 该物体可以具有位于等离子体的中心部分并垂直于圆柱体轴线定向的 平坦表面。我们已经发现通过对引入膜前体气体的位置和该引入气体所朝 的方向进行适当选择，可以改善由DECR工艺沉积的膜的品质和沉积速 率。
技术实现思路
根据本专利技术，提供一种从等离子体在衬底上沉积膜的设备，其包 含罩壳，设置在该罩壳内的多个等离子体发生器单元以及同样在该罩 壳内的用于支撑衬底的装置，每个等离子体发生器单元包含具有从其 发射微波的末端的微波天线，设置在所述天线末端的区域中而且与其 一起限定出电子回旋共振区域的磁体，在该电子回旋共振区域中可以 通过分布式电子回旋共振(DECR)生成等离子体，以及具有膜前体气 体或等离子体气体出口的进气单元，设置该出口以使气体朝向从微波 天线来看位于磁体之外的膜沉积区域，该出口位于最靠近膜沉积区域 的磁体的末端上方，并且因此位于此处限定的热电子约束包络体之中 或之上。"热电子约束包络体"的定义首先要求定义"热电子约束区"。 热电子约束区是其中捕集热(快) 一次电子的那些区域。这些是其中 电子在相反极性的两个相邻磁极之间振荡的区域，这两个磁极可以是 单一磁体的两极(以下称为"内磁极")或两个相邻磁体的磁极(以下称为"间磁极")，其中满足绝热近似条件(相对于磁场梯度Larmor 半径小)，以及其中电子通过穿过满足ECR耦合条件的区域而获得能磁体和热电子约束区限定出热电子约束包络体。这是磁体阵列包 络体的容积，该包络体平行于磁体磁轴在两个方向上扩展并且扩展距 离使得磁体间区域(如果有的话)延伸超过磁体末端，以及垂直于磁的朝外表面。在本专利技术的一个优选方面，气体出口位于由垂直于磁体磁轴延伸 的磁体包络体的体积中，但是忽略磁体间区域(如果有的话)延伸超 过最靠近衬底的磁体端部的距离。这样的效果是气体在离开气体出口 后必须流过磁体阵列的至少一部分。更优选地，气体出口位于磁体包 络体中，不考虑前述延伸中的任一者。在本专利技术另一个优选方面，定位气体出口以使得气体必须流过磁 体的整个长度。例如，根据本专利技术所包括的可能性之一，当气体出口 位于该约束包络体上方而不是位于该包络体之中时，情况将会如此。在本专利技术的一个优选方面，定位气体出口以使得从其引导的气体 在它离开该出口本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种从等离子体在衬底上沉积膜的设备，其包含罩壳，设置在该罩壳内的多个等离子体发生器单元以及同样在该罩壳内的用于支撑衬底的装置，每个等离子体发生器单元包含具有从其发射微波的末端的微波天线，设置在所述天线末端的区域中而且与其一起限定出电子回旋共振区域的磁体，在该电子回旋共振区域中可以通过分布式电子回旋共振（ＤＥＣＲ）生成等离子体，以及至少一个具有膜前体气体或等离子体气体出口的进气单元，设置该出口以使气体朝向（如同此处限定的那样）从微波天线来看位于磁体之外的膜沉积区域，该出口位于最靠近膜沉积区域的磁体的末端之上，并且因此位于此处限定的热电子约束包络体之中或之上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：P罗卡艾卡巴罗卡斯，P布尔金，D戴纳卡，P里波尔，P狄斯坎普，T科尔恩德米尔伦德尔，
申请(专利权)人：陶氏康宁公司，巴黎综合理工大学，
类型：发明
国别省市：US[美国]