專利名稱：使用分子氟的反應(yīng)腔室清潔的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及清潔反應(yīng)腔室的新方法及其裝置。
背景技術(shù)：
等離子體沉積腔(也稱為“反應(yīng)室(reactor box)”或“等離子體室”)用來沉積主要用于光伏應(yīng)用和設(shè)備的薄膜。這些反應(yīng)室對形成用于太陽能電池板、TFT顯示板和等離子體顯示板的薄膜尤其有用。例如，反應(yīng)室在美國專利第4，798，739號(Schmitt)中被描述為在氣密腔內(nèi)放置有低壓容器，其中氣密腔的壓強低于低壓容器。該反應(yīng)室用于向容器 內(nèi)以基本平行關(guān)系間隔開的至少兩個襯底上進行等離子體沉積。為了實現(xiàn)容器中氣體反應(yīng)物的分解，在襯底之間插入至少一個生成極化等離子體的打孔電極。另一反應(yīng)室安排在美國專利第5，275，709號(Anderle等人)中示出，該反應(yīng)室安排涉及處理腔的堆疊，每個處理腔均具有與升降機腔連接的開口以允許襯底在腔之間更高效地移動。單個進樣腔(load lock chamber)與到升降機腔的連接相對地和堆疊的腔室相關(guān)聯(lián)。該系統(tǒng)的一個優(yōu)點是堆疊的處理腔所占據(jù)的設(shè)備占地面積更小。美國專利第7，244, 086號(Ostermann等人)示出對Anderle等人的系統(tǒng)的改進。具體而言，Ostermann等人保持Anderle等人描述的塔式結(jié)構(gòu)的空間優(yōu)勢,并且通過利用雙塔式安排(其中可以采用多于一個進樣腔)增加系統(tǒng)的靈活性。這種安排在以更快循環(huán)時間提供更多替代選擇用于處理方面具有優(yōu)勢。以上所有系統(tǒng)都利用等離子體增強化學(xué)氣相沉積(PECVD)方法來沉積薄膜。通過將前體反應(yīng)氣體注入反應(yīng)腔并且隨后使用由射頻(RF)功率產(chǎn)生的等離子體激活氣體，從氣態(tài)到固態(tài)在襯底表面上沉積薄膜。然而，沉積過程也會在反應(yīng)腔壁和內(nèi)部設(shè)備(例如必需周期性清潔的RF功率源)上殘留沉積物。清潔反應(yīng)腔室的已知方法包括清潔氣體的原位激活，該清潔氣體包含氟，諸如NF3、SF6, C2F6或其它碳氟分子。清潔氣體連同氧氣和氬氣一起被引入腔中，使用腔RF功率源對等離子體進行點火以產(chǎn)生與腔的側(cè)壁和部分上的沉積物反應(yīng)的氟離子和原子團(radical)。然而，分離這種含氟分子所需的能量很高，因此需要在腔室中具有能量源，諸如RF功率。例如，SF6的S-F鍵具有平均超過300kJ/mol的分離能量?？蓮那籖F源獲得的可用能量通常不及所需能量，并且由于電弧風險而通常必須受限。由于這些限制，清潔氣體(例如SF6或NF3)的完全分離無法實現(xiàn)，導(dǎo)致清潔效率很低。另一腔清潔方法使用遠程等離子體源激活含氟清潔氣體。該方法最常用的氣體是NF30在該方法中，清潔氣體首先穿過位于反應(yīng)腔外側(cè)的等離子體源以分離清潔氣體。原子團隨后進入腔以執(zhí)行清潔。遠程等離子體激活可以提供比原位激活更高的氣體分離，從而改進清潔效率。然而，使用遠程等離子體源需要相當大地增加操作成本和復(fù)雜度的附加設(shè)備。此外，氣流通常受到遠程等離子體源參數(shù)的限制，從而增加清潔時間和成本。遠程等離子體激活方法的有效實現(xiàn)是困難的，因為遠程等離子體源通常必須放置得距反應(yīng)腔相對較遠，尤其是當以堆疊或塔式方式將處理腔設(shè)置在單個真空腔中時。在這種安排中，在遠程等離子體源中形成的原子團在進入腔室之前具有較高的復(fù)合傾向(例如通過壁復(fù)合)，從而降低清潔效率。含氟清潔氣體(諸如SF6和NF3)具有潛在的環(huán)境破壞作用。具體而言，這些氣體具有高度的全球變暖隱患。由于這些氣體并未完全分離，相當比重的氣體能夠通過該系統(tǒng)，據(jù)記載，盡管努力地容納和耗盡這些氣體，但是約百分之十的氣體逃逸到大氣中。此外，含氟氣體包含其它原子成分，例如對腔清潔沒有貢獻的氮和硫。最后，含氟氣體可用的多個反應(yīng)路徑(特別在商業(yè)可行壓強和激活功率下傾向于占主導(dǎo))導(dǎo)致使用這些化合物進行清潔腔的低效。因此，使用這些氣體導(dǎo)致質(zhì)量效率很低。本領(lǐng)域中需要改進用于清潔反應(yīng)腔室的裝置和方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供經(jīng)改進的用于清潔反應(yīng)腔室的方法和裝置，它們能夠克服現(xiàn)有技術(shù)中方法和裝置的缺點。具體而言，本發(fā)明利用分子氟來清潔腔室。附圖簡述

圖1是針對分子氟和SF6兩者的示出基于清潔氣體流率的反應(yīng)腔室的清潔率效應(yīng)的曲線圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明針對使用分子氟示出等離子體功率對清潔時間的影響的曲線圖。
具體實施例方式本發(fā)明將分子氟用于反應(yīng)腔室清潔。在本發(fā)明中，示出通過分離分子氟產(chǎn)生的氟原子團是非常高效的清潔氣體。分子氟所需的分離能量相對較低，并且能夠由已經(jīng)設(shè)置在反應(yīng)腔室中的RF功率源來提供，即用于分離沉積前體的RF功率源。不需要遠程等離子體激活，因此不需要附加設(shè)備。圖1是針對分子氟和SF6兩者的示出基于清潔氣體流率的反應(yīng)腔室的清潔率效應(yīng)的曲線圖。具體而言，圖1示出分子氟將有效率地清潔腔室，該腔室基于真空腔中圍起的反應(yīng)器的概念，例如反應(yīng)室或等離子體腔室，諸如可從Oerlikon購得。在這些類型的腔室中，外真空腔具有基于清潔過程的預(yù)定背壓以及反應(yīng)器壓強與背壓之間設(shè)定的壓差。圖1示出與SF6比較，當使用分子氟時可以使用大得多的處理窗口，從而允許腔室中較寬范圍的氣流和壓強。這允許優(yōu)化清潔過程，因為在背壓位于O.1mbar與IOmbar之間(較佳地在O. 25mbar與2. 5mbar之間，更佳地在O. 5mbar與2mbar之間)的情況下，可以定義不同的清潔狀況。對在背壓的10%到200%之間的反應(yīng)器壓強進行測試，發(fā)現(xiàn)一般是可以接受的。較佳地，反應(yīng)器壓強被設(shè)置在背壓的10%到90%之間。由于分子氟的相對較低的分離能量，可以原位實現(xiàn)完全分離。這不僅能夠提高氣體利用率，而且能夠提供更高的清潔效率以及更短的清潔循環(huán)時間。如上所述，含氟化合物(諸如SF6和NF3)的完全分離無法原位地實現(xiàn)，從而需要從遠程等離子體源提供的額外能量。即使使用這種遠程等離子體源，通常也無法導(dǎo)致含氟化合物的完全分離。圖2是根據(jù)本發(fā)明針對使用分子氟示出等離子體功率對清潔時間的影響的曲線圖。具體而言，圖2示出當使用分子氟時，增加RF功率并未顯著改變腔清潔時間。 這說明即便在低RF能量下，分子氟也能完全分離。本發(fā)明將分子氟用作清潔氣體，可以提供比現(xiàn)有技術(shù)中使用的含氟化合物更好的清潔效率和清潔率。此外，本發(fā)明提供若干其它優(yōu)點。具體而言，當使用分子氟時，對氣流和腔壓的限制更少，從而實現(xiàn)更寬的清潔處理窗口。這意味著，清潔氣體被更好地利用并且展現(xiàn)出更快的清潔過程循環(huán)時間。此外，由于在分子氟中不含有未使用的原子成分，本發(fā)明可以獲得大得多的質(zhì)量效率(mass efficiency).分子氟導(dǎo)致質(zhì)量效率比使用NF3增加20%，質(zhì)量效率比使用SF6 (其中分解通常在SF4處停止，SF4隨后與O2反應(yīng)以阻止腔室中的硫沉積)有效增加74%。使用分子氟的另一優(yōu)點是它能夠被完全原位分離，從而不需要遠程等離子體源，降低操作復(fù)雜度和成本。因為根據(jù)本發(fā)明不需要遠程等離子體源，對腔室或系統(tǒng)設(shè)計以及遠程等離子體源與腔室的距離沒有約束。特別地，當采用本發(fā)明時，沒有已分離清潔氣體的復(fù)合風險。此外，當根據(jù)本發(fā)明使用分子氟時，沒必要將氟與任何等離子體增強氣體(諸如 氧氣或氬氣)混合，相反可以使用純凈的氟。此外，本發(fā)明具有很低的環(huán)境影響，因為分子氟更易于被完全分離，并且分子氟沒有全球變暖隱患。這允許本發(fā)明消除在使用含氟氣體的情況下需要的復(fù)雜的容納和耗盡系統(tǒng)。本發(fā)明的以上討論聚焦在將分子氟用于反應(yīng)腔室清潔。然而，本發(fā)明還可以用于清潔含硅薄膜，包括硅(無定形、微晶和晶體)、氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅、碳氮化硅
坐坐寸寸ο可預(yù)期，根據(jù)上述描述，本發(fā)明的其它實施例和變體將對本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見，且此類實施例和類似變體可被包括在如所附權(quán)利要求所陳述的本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于清潔反應(yīng)腔室的方法，包括 將分子氟引入所述腔室； 分離所述分子氟以產(chǎn)生氟原子團； 允許所述氟原子團與所述腔室中不期望的沉積物反應(yīng)；以及 從所述腔室移除產(chǎn)物氣體。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，分離所述分子氟包括將所述分子氟暴露在RF功率源下。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述腔室被包圍在具有背壓的真空腔中，所述方法還包括在O.1mbar與IOmbar之間的背壓下執(zhí)行所述方法。
4.如權(quán)利要求3所述的方法,所述背壓在O.25mbar與2. 5mbar之間。
5.如權(quán)利要求3所述的方法,所述背壓在O.5mbar與2mbar之間。
6.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，腔壓在背壓的10%到200%之間。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，腔壓在背壓的10%到90%之間。
8.一種用于清潔反應(yīng)腔室的裝置，包括 反應(yīng)腔室；以及 與所述反應(yīng)腔室連通的分子氟源。
9.如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，還包括包圍所述反應(yīng)腔室的真空腔。
全文摘要
用于清潔反應(yīng)腔室的方法和裝置使用分子氟作為清潔材料。使用腔RF功率源在腔內(nèi)原位地分離分子氟。一種用于清潔反應(yīng)腔室的示例性方法可包括以下步驟將分子氟引入腔室；分離分子氟以產(chǎn)生氟原子團；允許氟原子團與腔室中不期望的沉積物反應(yīng)；以及從腔室移除產(chǎn)物氣體。
文檔編號H01J37/32GK103026451SQ201180029275
公開日2013年4月3日 申請日期2011年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月25日
發(fā)明者J-C·西高, S·彼得里, P·A·斯托克曼, O·尼爾靈 申請人:琳德股份公司