电容耦合反应器中用梯形波形激励的等离子体加工。本发明专利技术涉及用于激励电容包含衬底的耦合反应等离子反应器的至少一个电极的方法。通过施加具有梯形波形的射频电压来激励电极，其中梯形波形包括上升沿、高平台、下降沿和低平台。可通过调整梯形波形的上升沿的持续时间、下降沿的持续时间、振幅和重复频率来控制等离子体密度。通过调整梯形波形的振幅、高平台与低平台之间的相对持续时间来控制衬底处的离子能量分布函数。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电容耦合反应器中用梯形波形激励的等离子体加工
技术介绍
公开了用于激励包含衬底的电容耦合的反应等离子体反应器的至少一个电极的方法和系统。本专利技术可有利地应用于:-用于太阳能光伏电池制造的例如硅和/或锗和/或碳的非晶态合金、微晶合金和纳米晶合金的薄膜的等离子体增强化学汽相沉积(PECVD);以及用于平板显示器和集成电路制造的其他薄膜例如Si02、Si3N4等的沉积；-包括用于FPD制造、集成电路制造和光伏设备制造的包括S1、Si02、Si3N4、金属等的薄膜的等离子体蚀刻；以及-其它等离子体表面改性加工，诸如离子注入、表面改性、硬化等…一般地，由例如0.1MHz到200MHz频率的电容耦合射频(RF)功率激励的平行板反应器被广泛用于包括微电子和太阳电池板制造的领域中的薄膜的沉积、蚀刻和改性。在利用传统正弦激励对平行板电容等离子体反应器中的衬底进行大面积等离子加工(沉积或蚀刻)时，等离子体密度以及沉积或蚀刻速率可仅通过增加所施加的射频电压而增大。这同时增加了撞击衬底的离子的平均能量。在许多应用(诸如，硅薄膜的PECVD)中，过多的离子能量损坏了衬底或被沉积的膜，因此可仅使用低电压，它导致有限的加工速率。而且，传统正弦激励的反应器中的离子能量分布函数(IEDF)的形状是复杂的、典型地为马鞍型，并且不受控制。历史上，已经使用正弦波(开始为单频、最近为两个或三个频率)，但是不同发生器之间没有同步。衬底的优化加工要求对前往其表面的离子的能量进行完全控制，不依赖于离子通量。例如，对于蚀刻，需要高离子能量，而对于硅沉积，必须将离子能量保持为低于约几十电子伏特的阈值。已经通过改变RF频率实现了一些不依赖于离子通量和离子能量的控制:在较高频率处，鞘阻抗较低，从而对于给定的RF输入功率，获得较高的等离子体密度、较高的离子通量和较低的离子能量。然而，在对称反应器中，其具有相等面积的平行电极，维持两个电极前面的鞘等同，从而两个电极具有相等的离子轰击。由于驻波效应而在大面积高频反应器中出现了其它问题，从而导致整个晶片上的不一致加工。文献W02009/115135建议通过利用具有相等电压振幅的两个频率f+2f破坏鞘的对称性，并且两个鞘之间的电压分布应该通过改变两个频率之间的相位延迟而连续可控，从而允许控制每个表面处的离子能量。在Plasma Sources Science & Technology,2007,16(2):p.257-264 中的Patterson, M.M., Chu 和 A.E.Wendt 的“Arbitrary substrate voltagewave forms formanipulating energy distribution of bombarding ionsduring plasma processing(用于在等离子体加工期间 操纵轰击离子的能量分布的任意衬底电压波形)”中，作者公开了利用可编程波形发生器和功率放大器对施加至衬底的射频偏置的波形进行剪裁，可实现对解耦的等离子体源(诸如，电感耦合等离子体(ICP)或螺旋波)中衬底处的离子能量分布的控制。本专利技术建议通过在平行板反应器中同时生成等离子体来改进现有技术并控制离子能量分布函数(IEDF)，或单一能量分布或更复杂的分布，以更好地优化等离子体蚀刻和沉积加工。本专利技术的目的是在电容耦合的反应等离子体反应器中应用电气不对称性效应。本专利技术的另一目的是完全控制在低温下沉积的薄膜的生长模式。
技术实现思路
在至少优选的实施方式中，本专利技术提出了一种用于激励电容包含衬底的耦合反应等离子反应器的至少一个电极的方法。根据本专利技术:通过施加具有梯形波形的射频电压来激励电极；以及通过调整梯形波形的上升沿的持续时间和/或下降沿的持续时间来控制等离子体密度以及前往衬底的离子粒子和中性粒子的通量。根据本专利技术的等离子体可通过可控的周期性梯形波形进行建立和维持。根据本专利技术，梯形波形表示具有可实现的大致梯形形式的信号。所述梯形波形优选地包括上升沿、高平台、下降沿和低平台。本专利技术提出了一种等离子体激励方法，其利用非正弦波形解耦(S卩，独立控制)等离子体密度和离子粒子和中性粒子的通量与离子轰击能量。换句话说，本专利技术所建议的技术允许将等离子体控制与离子能量控制解耦，允许前往衬底的可能的最大粒子通量(最高加工速率)和最低离子能量，并对衬底处的离子能量分布的控制给予很大的灵活性，即优化的加工质量。等离子体沉积和蚀刻加工中的许多应用都将从中获益。此外，这种对反应器特定表面的离子能量的控制允许反应器的优化的等离子体清洁。可为例如a_S1:H PECVD加工产生前往衬底的高离子和中性通量而不具有高离子能量，因此在保留膜质量的同时允许更高的沉积速率。通过根据本专利技术的方法，今后能够在nc-S1:H或y c-S1:H PECVD中使用不同的加工体制。这种体制由低压、浓缩的(SiH4/H2)气体混合物和较高的等离子体密度构成，已经证明，与标准方法相比，其可给出反应器中增加的沉积速率和较少的灰尘形成。有利地，通过调整梯形波形的高平台与低平台之间的相对持续时间来控制衬底处的离子能量分布函数。根据本专利技术，可通过调整梯形波形的重复频率控制等离子体密度。有利地，还可通过调整梯形波形的电压振幅来进一步控制等离子体密度和/或衬底处的离子能量分布函数。上升沿的持续时间和下降沿的持续时间可在1-1Ons之间，优选地，在5-lOns之间。本专利技术公开了利用线性斜率而非现有技术的正弦增加，这将传送至电子的功率优化为给定振幅。便利地，梯形波形的振幅在50-1000V之间。RF电压的脉冲重复还对等离子体密度的确定有贡献。优选地，梯形波形的周期的持续时间在IO-1OOOns之间。梯形波形的高平台和低平台的持续时间连续或离散地改变以实现在许多周期上平均的衬底处的任意有效离子能量分布函数。根据本专利技术，通过调整梯形波形的高平台和低平台的相对持续时间，确定等离子体与电极之间的直流鞘电压在每个电极处的比例。根据本专利技术的优选实施方式，可通过使用射频电压波形的修正反馈，获得电极表面处的梯形波形。因此应用于电极的信号波形被精确确定。根据本专利技术的方法的优点为，衬底可位于带电电极或不带电电极上。根据本专利技术，带电电极或不带电电极可被轰击，从而减少不需要的沉积并因此增强了将沉积前驱体向衬底的供应。根据本专利技术的另一方面，通过应用梯形波形和梯形波形的互补，在非晶态生长与纳米晶体生长之间调整衬底上的薄膜的生长。有利地，观察到根据本专利技术的梯形波形通过从原始波形简单地变化至其互补，允许沉积的膜结构从非晶态变换至微晶体。有利地，电容耦合反应等离子体反应器可以为大面积对称等离子体反应器。这种反应器尤其用于生产太阳能光伏电池。根据本专利技术的又一方面，提出了一种包括波形发生器以激励包含衬底的电容耦合反应等离子反应器的至少一个电极的系统，其特征在于，波形发生器被配置为:通过施加具有梯形波形的射频电压来激励等离子体反应器；以及调整梯形波形的上升沿的持续时间和/或下降沿的持续时间以控制等离子体密度以及前往衬底的离子粒子和中性粒子的通量。根据下面参考附图进行的本专利技术的优选实施方式的详细描述，本专利技术的前面和其它目的、特征的优点将变得显而易见。附图说明图1是根据本专利技术的由波形发本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.07.15 EP 10169735.71.用于激励电容包含衬底的耦合反应等离子反应器的至少一个电极的方法，其特征在于， 通过施加具有梯形波形的射频电压来激励所述电极；以及 通过调整所述梯形波形的上升沿的持续时间和/或下降沿的持续时间来控制所述等离子体密度以及前往衬底的离子粒子和中性粒子的通量。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过调整所述梯形波形的高平台与低平台之间的相对持续时间来控制所述衬底处的离子能量分布函数。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过调整所述梯形波形的重复频率来进一步控制所述等离子体密度。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，通过调整所述梯形波形的电压振幅来进一步控制所述等离子体密度和/或所述衬底处的离子能量分布函数。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，通过应用所述梯形波形和所述梯形波形的互补，在非晶态生长与纳米晶体生长之间调整所述衬底上的薄膜的生长。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述上升沿的持续时间和所述下降沿的持续时间在1-1Ons之间。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述上升沿的持续时间和所述下降沿的持续时间在5-lOns之间。8.根据前述权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：让保罗·布斯，埃丽卡·约翰逊，
申请(专利权)人：巴黎高等理工学院，国家科研中心，
类型：
国别省市：
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