專利名稱：通過氣體分散器的等離子體均勻度控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施例大體上是有關(guān)于一種氣體分散板組件，以及一種用于在處理室中 散布?xì)怏w的方法。
背景技術(shù)：
液晶顯示器或平面面板通常是用于主動式矩陣顯示器，例如電腦與電視螢?zāi)弧５?離子體力口強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(plasma enhanced chemical vapordeposition, PECVD)大致上 是用以沉積薄膜層于一基材上，該基材是例如用于平面面板顯示器的可穿透基材或半導(dǎo)體 晶圓。PECVD通常是通過導(dǎo)入一前驅(qū)物氣體或氣體混合物至一包含有基材的真空腔室中來 完成。前驅(qū)物氣體或混合物氣體典型地是經(jīng)由一分散板而被向下地導(dǎo)引，其中該分散板是 鄰近于腔室的頂部。通過自一或多個耦接到腔室的射頻(radio frequency, RF)來源施加 射頻功率至腔室，腔室內(nèi)的前驅(qū)物氣體或氣體混合物會被能量化(例如激化)成為等離子 體。激化的氣體或氣體混合物會反應(yīng)而形成一層材料于基材表面上，其中該基材是位于一 溫度控制的基材支撐件上。在反應(yīng)期間所產(chǎn)生的揮發(fā)性的副產(chǎn)物是自該腔室而經(jīng)由一排氣 系統(tǒng)被唧筒抽出。通過PECVD技術(shù)處理的平面面板典型地是大的，常常是超過370mmX 470mm。接近 與超過4平方公尺的大面積基材在未來是可以預(yù)見的。用來提供均勻制程氣體流于平面 面板上方的氣體分散板(或氣體散布器板)在尺寸上是相當(dāng)大的，尤其是與用于200mm與 300mm半導(dǎo)體晶圓處理的氣體分散板比較而言。當(dāng)TFT-LCD工業(yè)中基材尺寸持續(xù)增加時，對于大面積的等離子體加強(qiáng)化學(xué)氣相沉 積(PECVD)的膜層厚度與膜層性質(zhì)均勻性控制會變成一問題。TFT是平面面板顯示器的一 種型式?；牡闹行呐c邊緣之間沉積速度與/或膜層性質(zhì)(例如膜層應(yīng)力)的差異會變得顯著。圖1是繪示一薄膜電晶體結(jié)構(gòu)的截面圖。一般的TFT結(jié)構(gòu)是如圖1所顯示的背溝 渠蝕刻(back channel etch,BCE)反轉(zhuǎn)交錯(或底柵極)TFT結(jié)構(gòu)。BCE制程是較佳的，這 是因?yàn)闁艠O介電質(zhì)(氮化硅)與本質(zhì)及摻雜η+的非晶硅膜層可以被沉積在相同的PECVD 唧筒抽吸的程序中。在此所顯示的BCE制程涉及了五個圖案化光罩?；?01可以包含一 在可見光譜中基本上為光學(xué)可穿透的材料，例如玻璃或清晰塑膠?；目梢詾楦鞣N形狀或 尺寸。通常，對于TFT應(yīng)用而言，基材為一具有表面積大于約500mm2的玻璃基材。一柵極電 極層102是形成在基材101上。柵極電極層102包含一電性導(dǎo)電層，其可控制TFT中電荷 載體的移動。柵極電極層可以至少包含一金屬，例如鋁、鎢、鉻、鉭、或其組合。柵極電極層 102可以使用傳統(tǒng)的沉積、微影與蝕刻技術(shù)來形成。在基材101與柵極電極層102之間，可 以存在有一選擇性的絕緣材料，例如二氧化硅(SiO2)或氮化硅(SiN)，其也可以使用在此描述的PECVD系統(tǒng)的實(shí)施例來形成。接著，柵極電極層102使用傳統(tǒng)技術(shù)而被微影地圖案化 且被蝕刻，以定義柵極電極。一柵極介電層103是形成在柵極電極層102上。柵極介電層103可以為二氧化硅 (Si02)或氮氧化硅(SiON)或氮化硅(SiN)，其是利用本發(fā)明描述的PECVD系統(tǒng)的實(shí)施例來 形成。柵極介電層103可以形成至介于約100 A至6000 A范圍內(nèi)的厚度。一主體半導(dǎo)體層104是形成在柵極介電層103上。主體半導(dǎo)體層104可以至少包 含多晶硅或非晶硅(a -Si)，其可以利用在此描述的PECVD系統(tǒng)的實(shí)施例或其他熟知的傳 統(tǒng)方法來沉積。主體半導(dǎo)體層104可以被沉積至介于約100 A至3000 A范圍內(nèi)的厚度。 摻雜的半導(dǎo)體層105是形成在半導(dǎo)體層104的頂部上。摻雜的半導(dǎo)體層105可以至少包含 摻雜n型(n+)或P型(P+)的多晶硅或非晶硅(a-Si)，其可以利用在此描述的PECVD系統(tǒng) 的實(shí)施例或其他熟知的傳統(tǒng)方法來沉積。摻雜的半導(dǎo)體層105可以被沉積至介于約100 A 至3000 A范圍內(nèi)的厚度。摻雜的半導(dǎo)體層105的一實(shí)例即是摻雜n+的a-Si膜層。主體 半導(dǎo)體層104與摻雜的半導(dǎo)體層105是使用傳動技術(shù)而被微影地圖案化與蝕刻，以定義一 該兩膜層的臺地于柵極介電絕緣物上方，其亦是做為儲存電容器介電質(zhì)。摻雜的半導(dǎo)體層 105是直接地接觸于主體半導(dǎo)體層104的部分，形成了一半導(dǎo)體接合。然后，一導(dǎo)電層106被沉積在所暴露表面上。導(dǎo)電層106可以至少包含一金屬，例 如鋁、鎢、鉬、鉻、鉭、與其組合。導(dǎo)電層106可以使用傳統(tǒng)沉積技術(shù)來形成。導(dǎo)電層106與 摻雜的半導(dǎo)體層105可以被微影地圖案化，以定義TFT的源極與汲極接觸。之后，一披覆層 107可以被沉積。披覆層107是共形地涂覆于所暴露表面。披覆層大致上為一絕緣體，且可 以至少包含例如二氧化硅(Si02)或氮化硅(SiN)。披覆層107可以使用例如PECVD或其他 熟知的傳統(tǒng)方法來形成。披覆層可以被沉積至介于約1000 A至5000 A范圍內(nèi)的厚度。之 后，披覆層107是使用傳統(tǒng)技術(shù)而被微影地圖案化且蝕刻，以開啟披覆層中的接觸孔。接著，一可穿透的導(dǎo)體層108被沉積且被圖案化以與導(dǎo)電層106接觸?？纱┩傅?導(dǎo)體層108至少包含一在可見光譜中基本上為光學(xué)可穿透且為電性上導(dǎo)電的材料。可穿透 的導(dǎo)體層108可以至少包含例如銦錫氧化物(indium tin oxide, I TO)或氧化鋅?？纱┩?的導(dǎo)體層108的圖案化可以通過傳統(tǒng)的微影與蝕刻技術(shù)來達(dá)成。所使用在液晶顯示器(或平面面板)中的摻雜或未摻雜(本質(zhì)的)的非晶硅 (a-Si)、二氧化硅(Si02)、氮氧化硅(SiON)與氮化硅(SiN)膜層是可以使用本發(fā)明描述 的等離子體加強(qiáng)化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)的實(shí)施例來沉積。在此所描述的TFT結(jié)構(gòu)僅是做為范例用。當(dāng)TFT-IXD工業(yè)中基材的尺寸持續(xù)增加時，尤其適當(dāng)基材尺寸至少約 lOOOmmX 1200mm(或約1200000mm2)時，對于大面積的等離子體加強(qiáng)化學(xué)氣相沉積的膜層厚 度與性質(zhì)均勻性會變得更有問題。注意到的均勻性問題的實(shí)例包括有更高的沉積速度，以 及對于一些高沉積速度氮化硅與a-Si膜層而言，大基材的中心區(qū)域中更可壓縮的膜層。 基材中的厚度均勻性似乎為「圓頂狀」或「中心厚」，其膜層在中心區(qū)域是比在邊緣區(qū)域更 厚。更大的基材具有更差的中心厚均勻性問題。因此，有一改善了氣體分散板組件的需求，該氣體分散板組件可以對于薄膜層 (尤其是氮化硅與a-Si)改善膜層沉積厚度與膜層性質(zhì)的均勻性，其中該膜層是在PECVD 腔室中被沉積在大基材上。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了用于在處理室中散布?xì)怏w的一氣體分散板的實(shí)施例。在一實(shí)施例 中，一用于等離子體處理室的氣體分散板組件至少包含散布器板，該散布器板具有上游側(cè) 與下游側(cè)、穿過散布器板的上游側(cè)與下游側(cè)之間的氣體通道、與位于該些氣體通道的下游 側(cè)的中空陰極腔穴。該散布器板的下游側(cè)具有彎曲性，以改善通過PECVD沉積的薄膜層的 厚度均勻性與膜層性質(zhì)均勻性。在一態(tài)樣中，散布器的中空陰極腔穴體積密度、表面積密 度、或中空陰極腔穴密度是由散布器的中心增加至邊緣。在另一態(tài)樣中，氣體散布器板的下 游側(cè)被分割成數(shù)個同心區(qū)塊，其中在每一區(qū)塊中的氣體通道是相同的，且在每一區(qū)塊中的 氣體通道的中空陰極腔穴的密度、體積或表面積是由散布器板的中心漸進(jìn)地增加至邊緣。在另一實(shí)施例中，一種等離子體處理室，至少包含散布器板，該散布器板具有上游 側(cè)、下游側(cè)、穿過散布器板的上游側(cè)與下游側(cè)之間的氣體通道、與位于該些氣體通道的下游 側(cè)的中空陰極腔穴。該散布器板的下游側(cè)具有彎曲性，以改善通過PECVD沉積的薄膜層的 厚度均勻性與膜層性質(zhì)均勻性。在一態(tài)樣中，散布器的中空陰極腔穴體積密度、中空陰極腔 穴表面積密度、或中空陰極腔穴密度是由散布器的中心增加至邊緣。在另一態(tài)樣中，一種制造用于等離子體處理室的氣體散布器的方法至少包含通 過加熱來軟化散布器板；以一彎曲退火固定件來彎曲散布器板至彎曲性；以及加工氣體通 道至散布器板中。在另一態(tài)樣中，一種制造用于等離子體處理室的氣體散布器的方法至少包含加工 彎曲性至基本上平坦的散布器板中且加工氣體通道至散布器板中。在另一態(tài)樣中，一種沉積薄膜層于基材上的方法，該方法至少包含置放基材于具 有氣體散布器板的處理室內(nèi)，該氣體散布器板具有彎曲性、上游側(cè)與下游側(cè)、穿過散布器板 的上游側(cè)與下游側(cè)之間的氣體通道、與位于該些氣體通道的下游側(cè)的中空陰極腔穴；將制 程氣體流動通過氣體散布器板而朝向被支撐在一基材支撐件上的基材；建立等離子體于介 于在該散布器板與該基材支撐件之間；以及沉積一薄膜層于位于該處理室內(nèi)的該基材上。 在一態(tài)樣中，散布器板中心的氣體通道的中空陰極腔穴體積密度、中空陰極腔穴表面積密 度、或中空陰極腔穴密度是小于在散布器板邊緣的氣體通道的相同參數(shù)。


本發(fā)明之前述特征可以通過參照實(shí)施例而能被更加詳細(xì)地了解，其中一些實(shí)施例 是被繪示在附圖中。然而，必須注意的是，附圖僅繪示出本發(fā)明的典型實(shí)施例，且因此不會 限制本發(fā)明范圍，本發(fā)明可允許有其他等效的實(shí)施例。圖1是繪示一薄膜電晶體結(jié)構(gòu)的截面圖。圖2是顯示在一 2200mm寬度玻璃基材上一非晶硅膜層的厚度曲線。圖3是顯示在一 2200mm寬度玻璃基材上另一非晶硅膜層的厚度曲線。圖4是顯示在一 2200mm寬度玻璃基材上另一非晶硅膜層的厚度曲線。圖5為一等離子體加強(qiáng)化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)的一實(shí)施例的截面圖。圖6A是顯示一 RF中空陰極。圖6B-6G是繪示中空陰極腔穴的不同設(shè)計。
圖7是顯示開孔的直徑“D”、深度“d”與喇叭形角度“ a ”的定義，其中開孔是延伸 至一氣體通道的下游。圖8是繪示一氣體散布器板的截面圖。圖9A是顯示一在多個區(qū)塊中有散布器孔洞的散布器板。圖9B是顯示一具有混合的中空陰極腔穴直徑的散布器板，內(nèi)部區(qū)域中空陰極腔 穴體積與/或表面積密度是小于外部區(qū)域中空陰極腔穴體積與/或表面積密度。圖9C是顯示一具有大部份中空陰極腔穴為相同的散布器板，而在靠近散布器板 邊緣處具有一些較大的中空陰極腔穴。圖9D是顯示一具有改變的散布器孔洞密度的散布器板的下游側(cè)視圖。圖10A是繪示一具有彎曲性的氣體散布器板實(shí)施例的截面圖。圖10B是繪示一具有彎曲性的氣體散布器板實(shí)施例的截面圖。圖10C是繪示一氣體散布器板實(shí)施例的截面圖，該氣體散布器板具有一基本上平 坦的下游側(cè)與一具彎曲性的基材支撐件。圖10D是繪示一氣體散布器板實(shí)施例的截面圖，該氣體散布器板具有一彎曲的下 游側(cè)與一具彎曲性的基材支撐件。圖10E是繪示一具有彎曲性的氣體散布器板實(shí)施例的截面圖。圖11是顯示在一玻璃基材上的一非晶硅膜層的厚度曲線，其是使用一具有彎曲 性的散布器板。圖12是繪示用以彎曲一散布器板至所希望彎曲性的散布器退火制程的流程圖。圖13是繪示用以將一 1. 4英寸厚度的鋁散布器板退火的一示范性重物配置。為了清晰目的，若可行的話，本文是使用相同的標(biāo)號來指定圖之間相同的構(gòu)件。主要元件符號說明101基材 102柵極電極層103柵極介電層104主體半導(dǎo)體層105摻雜的半導(dǎo)體層 106導(dǎo)電層107披覆層108可穿透的導(dǎo)體層201數(shù)據(jù)組202數(shù)據(jù)組203基材中心區(qū)域204邊緣區(qū)域205邊緣區(qū)域301膜層厚度曲線302膜層厚度曲線303基材中心區(qū)域304邊緣區(qū)域305邊緣區(qū)域401膜層厚度曲線402膜層厚度曲線403中心區(qū)域 404邊緣區(qū)域405邊緣區(qū)域 500系統(tǒng)502處理室 504氣體源506 壁 508 底部510蓋組件512制程空間514唧筒抽吸的容室 516穿孔區(qū)域518氣體分散板組件520內(nèi)側(cè)或內(nèi)表面
522電源 524鋁本體526底側(cè) 532內(nèi)嵌的加熱器534頂側(cè)538基材支撐件組件540玻璃基材 542桿體546折箱558散布器板560懸板 562氣體通道564容室 574選擇性的電源580輸入端口 582清潔源601 RF電極 602a、602b空間放電遮蔽603a、603b 電場 605 路徑802上游側(cè) 804下游側(cè)804a下游側(cè) 810第一凹孔812第二凹孔814開孔816角度 818底部820底部 830第一深度832長度 834長度836開口直徑 880距離882緣1001氣體散布器板1002散布器 1003散布器1004 位移 1005 頂點(diǎn)1007第一區(qū)域 1007a彎曲區(qū)段1010散布器板1011基材支撐件1012基材支撐件彎曲表面1012a平坦基材支撐件表面1013散布器板1014基材支撐件1015基材支撐件彎曲表面 1016下游表面1017中心區(qū)域電極間隔 1018邊緣區(qū)域電極間隔1101厚度曲線 1102厚度曲線1200散布器退火制程1201置放散布器于退火固定件上1202保護(hù)散布器的表面以免于重物損壞1203將散布器裝載以重物1204升高散布器的溫度1205裝載有重物時，將散布器退火1206降低散布器的溫度1207移除重物
具體實(shí)施例方式本發(fā)明大致上提供一種用于在處理室內(nèi)提供氣體輸送的氣體散布組件。本發(fā)明 以下將根據(jù)一用以處理大面積基材的等離子體加強(qiáng)化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)來進(jìn)行描述，例如由
8美國加州Santa Clara的Applied Materials, Inc.分部AKT所獲得的等離子體加強(qiáng)化學(xué) 氣相沉積(PECVD)系統(tǒng)。然而，必須了解的是，本發(fā)明可以應(yīng)用在其他結(jié)構(gòu)上(例如蝕刻系 統(tǒng))、其他化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)、與其他需要在處理室內(nèi)散布?xì)怏w的系統(tǒng)，包括有處理圓形的 基材的系統(tǒng)。對于氮化硅膜層而言，中心厚均勻性問題已經(jīng)通過改變在PECVD氣體散布器板 的下游表面上的陰極腔穴的尺寸與/或分布來解決。陰極腔穴增強(qiáng)了在PECVD腔室中的 等離子體離子化。因?yàn)榈枘雍穸扰c膜層性質(zhì)均勻性是強(qiáng)烈地相依于PECVD腔室 中的區(qū)域等離子體密度，對于大基材而言，在散布器板的表面上改變中空陰極腔穴的深 度、直徑、表面積與/或密度可以消除中心厚均勻性問題。此技術(shù)既所謂的中空陰極梯度 (hollowcathode gradient)或HCG方法，且以下將參考圖6A、8更加詳述之。HCG方法的一完 整描述是被提供于前述Choi等人于2004年7月12日申請的美國專利申請案號10/889，683 中，其標(biāo)題為「Plasma Uniformity ControlBy Gas Diffuser Hole Design」。對于a-Si膜層而言，厚度均勻性對于尺寸大于1200000mm2的基材依然為一 問題。在此使用的「基材尺寸」與「散布器板尺寸」是指一基材或散布器板的名義上 表面積或占用面積，而非潤濕的表面積(即所有側(cè)面與表面總和的總表面積)。例如， lOOOmmX 1000mm散布器板具有1000000mm2的名義尺寸，但是有一更高的潤濕表面積(其包 括有頂與底表面、側(cè)面邊緣、與所有計入散布器內(nèi)面積的特征)。圖2是顯示在一 2200mm寬 度玻璃基材上的一非晶硅膜層的厚度曲線。橫座標(biāo)代表沿著2200mm長度基材的每一厚度 量測的位置，單位為毫米。縱座標(biāo)代表非晶硅沉積在基材上的沉積速度，單位為A/min。兩 數(shù)據(jù)組是繪制于圖2，數(shù)據(jù)組201為方形，數(shù)據(jù)組202為鉆石形。數(shù)據(jù)組201與202代表沿 著基材每一對角線所量測的沉積速度曲線。如圖2所示，此兩曲線沒有太大差異，因此可以 臆測的是，由數(shù)據(jù)組201與202所呈現(xiàn)的中心厚曲線在散布器長度上是相當(dāng)恒定的。并入HVG的氣體散布器板是用以沉積a-Si膜層，該a _Si膜層是被量測以用于 數(shù)據(jù)組201與202。沉積該膜層時，電極間隔(即PECVD腔室中氣體散布器板與基材支撐 件之間距離)為0. 800英寸。沉積該膜層期間的制程狀況為dOOOOsccm SiH4氣體流速、 40000sccm H2氣體流速、11000瓦特射頻等離子體功率、2. 7托耳腔室壓力、與340°C (內(nèi)基 材加熱器)與360°C (外基材加熱器)基材溫度。PECVD的構(gòu)件將于圖5描述得更詳細(xì)，其 包括有氣體散布器板、基材支撐件、與電極間隔。除了 SiH4的其他含硅氣體，例如Si2H6，可 以被用于在PECVD腔室中沉積a-Si膜層。請再參閱圖2，盡管使用了一并入有HCG的氣 體散布器板，非晶硅膜層的膜層厚度均勻性依然會有中心厚效應(yīng)，而在基材邊緣具有差的 均勻性與膜層性質(zhì)。膜層均勻性曲線的基材中心區(qū)域203顯示出可接受的膜層性質(zhì)與均勻 性，而邊緣區(qū)域204與205顯示出差的均勻性與膜層性質(zhì)。其顯示出HCG是有某效應(yīng)。在較窄的電極間隔，可以改善在邊緣處的非晶硅膜層的厚度均勻性，但是這會被 在大基材的中心的差膜層均勻性所抵銷。第3與4圖是顯示在一 2200mm寬度玻璃基材上 的一非晶硅膜層的厚度曲線，其電極間隔分別為0.650英寸與0. 550英寸。在圖3中，膜層 厚度曲線301與302顯示了基材中心區(qū)域303的均勻性惡化，以及邊緣區(qū)域304與305的 厚度均勻性稍微改善。除了 0.650英寸的較窄電極間隔的外，所量測而用于圖3的a-Si 膜層是與所量測而用于圖2的a -Si膜層被沉積在一相同的PECVD腔室中且在相同的制程 狀況下。圖4是繪示如同第2與3圖膜層被沉積在相同制程狀況下的a -Si膜層的膜層厚度曲線401與402，除了電極間隔為0. 550英寸的外。膜層厚度曲線401與402是顯示了中 心區(qū)域403的進(jìn)一步均勻性惡化，且邊緣區(qū)域404與405的顯著改善厚度均勻性。是故，圖 2、3和4所顯示的數(shù)據(jù)是指出，電極間隔會比中空陰極梯度效應(yīng)更強(qiáng)烈地影響a -Si膜層。如同圖2、3和4所顯示者，當(dāng)沉積a-Si膜層于大基材時，通過使用HCG氣體散布 器板于不同的電極間隔，膜層厚度均勻性問題會被改變但不會被消除。大體而言，較窄的電 極間隔可以改善邊緣厚度均勻性，且較寬的間隔可以改善中心厚度均勻性。但是，沒有單一 電極間隔在這些制程狀況下可以允許在a -Si膜層的中心與邊緣區(qū)域有可接受的厚度均 勻性。在具有HCG氣體散布器板時，除了電極間隔的外，可以調(diào)整其他制程參數(shù)以達(dá)到 a-Si膜層的可接受厚度均勻性。然而，該方式的一嚴(yán)重缺失即是需要依靠一小的制程視窗 以產(chǎn)生可接受a-Si膜層。一制程視窗為所有制程參數(shù)(例如基材溫度或氣體流速)的變 化范圍，其依然產(chǎn)生可接受的結(jié)果。通過一窄的制程視窗，制程參數(shù)中小的(有時候是無法 偵測)變化會致使最終產(chǎn)品中大改變。這些變化可以為隨機(jī)的波動，其在基材制程期間總 是存在的，或是處理室構(gòu)件磨損或量測裝置失去精確性時的隨著時間漸漸的、長期的趨勢。 這意謂著，以一 PECVD腔室而產(chǎn)生可接受膜層的相同制程參數(shù)設(shè)定可能不是作用在一名義 上相同的PECVD腔室上，且每一腔室的制程參數(shù)可能需要被微調(diào)?；蛘?，當(dāng)制程參數(shù)必須操 作在一小的制程視窗內(nèi)時，一正在沉積可接受膜層于基材上的PECVD腔室更可能隨著時間 開始沉積不可接受膜層。是故，此方法對于基材的大量處理是不實(shí)際的。因此，使用一僅具 有HCG的氣體散布器板無法解決沉積在大基材上的氮化硅與a -Si膜層的厚度均勻性問 題。示范的PECVD腔室圖5為一等離子體加強(qiáng)化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)500的截面圖，其是可以由本發(fā)明獲益。 PECVD 系統(tǒng) 500 是由美國加州 Santa Clara 的 AppliedMaterials，Inc.分部 AKT 所獲得。 系統(tǒng)500大致上包括一處理室502，處理室502耦接至一氣體源504。處理室502具有壁 506與一底部508，其定義出一制程空間512。制程空間512典型地是可以經(jīng)由一在壁506 中的端口(未顯示)來存取，該端口是有助于基材540移動進(jìn)入與送出該處理室502。壁 506與底部508可以由單一塊體的鋁或其他與制程相容的材料所制成。壁506支撐住一蓋 組件510，該組件510包含一唧筒抽吸的容室514，該唧筒抽吸的容室514是將制程空間512 耦接至一排氣端口(其包括不同的唧筒抽吸構(gòu)件，未顯示)?；蛘?，一排氣端口(未顯示) 是被設(shè)置在處理室502的底板中，且制程空間512不需要一唧筒抽吸的容室514。一溫度控制的基材支撐件組件538是被中心地設(shè)置在處理室502內(nèi)。支撐件組件 538是在制程期間支撐住一玻璃基材540。在一實(shí)施例中，基材支撐件組件538至少包含一 鋁本體524，鋁本體524是包圍住至少一內(nèi)嵌的加熱器532。設(shè)置在支撐件組件538內(nèi)的 加熱器532 (例如電阻式元件)是耦接至一選擇性的電源574，且可控制地加熱支撐件組件 538及在其上的玻璃基材至一預(yù)設(shè)溫度。典型地，在一 CVD制程中，加熱器532會將玻璃基 材540維持在介于約150至約460°C之間的均勻溫度，是依用于所沉積材料的沉積制程參數(shù) 而定。大體上來說，支撐件組件538具有一底側(cè)526與一頂側(cè)534。頂側(cè)534支撐住玻 璃基材540。底側(cè)526具有一耦接至其本身的桿體542。桿體542將支撐件組件526耦接至一抬升系統(tǒng)(未顯示)，其中該抬升系統(tǒng)是移動該支撐件組件538于介于一上生的制程 位置(如所顯示者)與一下降的位置，該些位置是有助于基材傳送進(jìn)入與送出處理室502。 桿體542額外地提供了一導(dǎo)線管，以用于支撐件組件538與系統(tǒng)500的其他構(gòu)件之間的電 性與熱耦合引線。一折箱546是耦接介于支撐件組件538 (或桿體542)與處理室502的底部508之 間。折箱546在支撐件組件538垂直移動時，是對制程空間512與處理室502外的大氣之
間提供了一真空密封。支撐件組件538大致上是圓形的，使得由一電源522所施加至一位于蓋組件510 與基材支撐件組件538(或其他設(shè)置在在腔室的蓋組件的內(nèi)或鄰近處的電極)之間的氣體 分散板518的射頻(radio frequency, RF)功率可以激化存在于支撐件組件538與分散板 組件518之間的制程空間512中的氣體。來自電源522的RF功率是被選擇成相稱于基材 尺寸，以驅(qū)動化學(xué)氣相沉積制程。蓋組件510是對制程空間512提供了一上界線。在一實(shí)施例中，蓋組件510是由 鋁所制成。蓋組件510包括一形成于其內(nèi)的唧筒抽吸的容室514，該唧筒抽吸的容室514耦 接至一外部的唧筒抽吸的系統(tǒng)(未顯示)。唧筒抽吸的容室514是用以自制程空間512均 勻地導(dǎo)引氣體與制程副產(chǎn)物且排出處理室502。蓋組件510典型地包括一輸入端口 580，由氣體源504提供的制程氣體可以被導(dǎo)入 穿過輸入端口 580進(jìn)入處理室502。輸入端口 580亦耦接至一清潔源582。清潔源582典 型地提供一清潔試劑(例如解離的氟)，該清潔試劑是被導(dǎo)入處理室502以自處理室硬體 (包括氣體分散板組件518)移除沉積副產(chǎn)物與膜層。氣體分散板組件518耦接至蓋組件510的一內(nèi)側(cè)520。氣體分散板組件518的形 狀典型地被建構(gòu)成符合玻璃基材的周圍，例如對于大面積平面面板基材為多邊形且對于晶 圓為圓形。氣體分散板組件518包括一穿孔區(qū)域516，由氣體源504所供給的制程與其他氣 體是被輸送穿過穿孔區(qū)域516至制程空間512。氣體分散板組件518的穿孔區(qū)域516是被 建構(gòu)以提供均勻分布的氣體，該均勻分布的氣體是通過氣體分散板組件518進(jìn)入處理室內(nèi) 502。由本發(fā)明獲益的氣體分散板是被描述于共同受讓的Keller等人于2001年8月8日 申請的美國專利申請案號09/922，219、Yim等人于2002年5月6日申請的美國專利申請案 號10/140,324、Blonigan等人于2003年1月7日申請的美國專利申請案號10/337,483、 2002年11月12日授予White等人美國專利案號6，477，980、Choi等人于2003年4月16 日申請的美國專利申請案號10/417，592、Choi等人于2004年4月12日申請的美國專利申 請案號10/823，347中，其在此是被并入本文以作為參考。氣體分散板組件518典型地包括一散布器板(或分散板)558，其是懸掛自一懸板 560。散布器板558與懸板560可或者地包含單一構(gòu)件。數(shù)個氣體通道562是形成穿過散 布器板558以允許一預(yù)設(shè)的氣體分布通過氣體分散板組件518且進(jìn)入制程空間512。一容 室564是形成在介于懸板560、散布器板558、與蓋組件510的內(nèi)表面520之間。容室564 允許氣體流動通過蓋組件510以均勻地在散布器板558的寬度均勻地散布，從而使氣體可 以均勻地被提供于中心穿孔區(qū)域516上方且以均勻分布方式流動通過氣體通道562。散布器板558典型地是由不銹鋼、鋁、鎳或其他RF導(dǎo)電材料所制成。散布器板558 可以被澆鑄、以黃銅制成、镕鑄、熱等壓地壓制、或燒結(jié)。在一實(shí)施例中，散器板是由無裝飾
11的非電鍍的鋁所制成。一用于散布器板558的非電鍍的鋁表面已被顯示為可以減少在其上 形成微粒，其中該些微粒會后續(xù)地污染在PECVD系統(tǒng)500中所處理的基材。此外，當(dāng)散布器 板558沒有被電鍍時，可以減少其制造成本。一適當(dāng)?shù)挠糜谏⒉计靼?58而無裝飾的鋁表面 大體上不含有刮傷與毛邊，在使用前是被化學(xué)地清潔以消除不希望的污染，且可以被機(jī)械 研磨或電研磨。一可以獲益自本發(fā)明的非電鍍的鋁散布器板是被描述于共同受讓的美國專 利案號6，182，603中，其是Shang等人于1998年7月13日申請而標(biāo)題為「Surface-Treated ShowerHead For Use In a Substrate Processing Chamber」。散布器板558的厚度是介 于約0. 8英寸至約2. 0英寸之間。散布器板558可以為圓形以用于半導(dǎo)體晶圓制造，或是 多邊形(例如矩形)以用于平面面板顯示器制造。散布器板558為基本上平坦且平行于基材540，并且相同的氣體通道562的分布 在散布器板558的表面上為均勻的，這些都是在此技藝中已經(jīng)為標(biāo)準(zhǔn)實(shí)務(wù)。這樣的散布器 558的結(jié)構(gòu)已經(jīng)提供了適當(dāng)?shù)臍怏w流與制程空間512中等離子體密度均勻性以沉積膜層于 小于1200000mm2的基材上。是故，當(dāng)在PECVD腔室內(nèi)沉積氮化硅、a -Si與其他薄的膜層于 小于1200000mm2的基材上時，厚度均勻性與膜層性質(zhì)均勻性僅能通過改變制程參數(shù)(例如 制程氣體流速、等離子體功率、基材溫度、與處理室壓力)來達(dá)到于所沉積膜層上。然而，當(dāng) 基材的尺寸增加時，所沉積膜層(尤其是氮化硅與a-Si)的均勻性已經(jīng)變得更困難維持。 具有均勻分布的氣體通道562 (其具有一致的尺寸與形狀)的平面散器板558通常是無法 沉積可接受厚度與膜層性質(zhì)均勻性的膜層至大面積基材上。中空陰極梯度對于PECVD膜層而言，當(dāng)沉積在較大基材上時(亦即至少約lOOOmmX 1200mm)，膜 層厚度與膜層性質(zhì)的均勻性變革更困難維持。對于氮化硅膜層，基材上的厚度會呈現(xiàn)「圓頂 狀」，膜層在中心區(qū)域是比邊緣區(qū)域更厚。此效應(yīng)在更大基材上的更惡化的。已經(jīng)顯示的是，對于所沉積在PECVD腔室內(nèi)大于約1200000mm2的基材上的氮化 硅膜層而言，膜層厚度與膜層性質(zhì)均勻性可以通過使用一中空陰極梯度(hollow cathode gradient)或HCG來改善。HCG方法于以下會被描述而參照圖6A與圖8及前述標(biāo)題 為「Plasma UniformityControl By Gas Diffuser Hole Design」的美國專利申請案號 10/889，683。一具有HCG的氣體分散板558可以通過改變制程空間512內(nèi)等離子體分布而 改善氮化硅膜層厚度與膜層性質(zhì)的均勻性。這是因?yàn)橥ㄟ^PECVD的膜層沉積是基本上依據(jù) 主動等離子體來源而定。因此，制程空間中512的非均勻等離子體分布會導(dǎo)致基材540上 差的膜層均勻性。密集的化學(xué)反應(yīng)性等離子體可以因?yàn)橹锌贞帢O效應(yīng)而被產(chǎn)生在PECVD系統(tǒng)500的 制程空間512中，在此請參閱第6圖而將描述。對于一帶負(fù)電荷的RF電極601的中空陰極 放電的RF產(chǎn)生，其驅(qū)動力量為跨過在RF電極601處空間放電遮蔽或壁遮蔽602a或602b的 頻率調(diào)整DC電壓Vs，即所謂的自我偏壓。圖6A是顯示出一 RF中空陰極，以及在相對的空 間電荷遮蔽602a與602b的排斥電場603a與603b之間的電子“e”震蕩移動。空間電荷遮 蔽602a與602b的厚度等于“ 5 ”。電子“e”是由陰極壁放射出，在此例中為RF電極601， 其可以為鄰近于制程空間512的氣體通道562的壁。氣體通道562與制程空間512是顯示 于圖5與圖8中。請再參閱圖6A，電子“e”是被電場603a加速而通過空間電荷遮蔽602a。 由于相對的空間電荷遮蔽602a與602b的排斥場，電子“e”沿著路徑605穿過RF電極601
12的壁的內(nèi)空間而震蕩。電子“e”通過與制程氣體碰撞而損失能量，并且產(chǎn)生更多離子。所 產(chǎn)生的離子可以被加速至RF電極601，藉此增強(qiáng)二次電子的放射，其中二次電子可以產(chǎn)生 額外的離子。整體而言，陰極壁之間的腔穴會增強(qiáng)電子放射與氣體的離子化。陰極壁中的 截頭圓錐形特征(例如當(dāng)形成在散布器板內(nèi)的氣體通道的氣體入口直徑小于氣體出口直 徑時)會比圓柱形壁對于將氣體離子化更有效率。一截頭圓錐形陰極腔穴的實(shí)例是被更詳 細(xì)地描述而參照圖8。由于氣體入口與氣體出口之間的離子化效率的差異，產(chǎn)生了電位Ez。對于散布器板558，中空陰極腔穴是位在氣體通道562的下游端上，并且鄰近于制 程空間512。已經(jīng)顯示出的是，通過改變氣體通道562的陰極腔穴的壁或中空陰極腔穴的密 度與配置的設(shè)計，氣體離子化可以被變更以控制等離子體密度，與因此所沉積氮化硅膜層 的膜層厚度與性質(zhì)均勻性。證明該現(xiàn)象的方法與結(jié)果是被描述于前述參照的美國專利申請 案號 10/889，683，其標(biāo)題為「Plasma Uniformity Control By Gas Diffuser HoleDesign」。 一鄰近于制程空間512的中空陰極腔穴的實(shí)例為圖8的第二凹孔812。中空陰極效應(yīng)主要 是發(fā)生在面對制程空間512的第二凹孔812的截頭圓錐形區(qū)域中。圖8設(shè)計僅是做為一實(shí) 例的用。本發(fā)明可以被應(yīng)用至其他型式的中空陰極腔穴設(shè)計。中空陰極腔穴設(shè)計的其他實(shí) 例包括但不限定于圖6B-6G所顯示的設(shè)計。通過改變中空陰極腔穴(即第二凹孔812)的 體積與/或表面積，則可以改變等離子體離子化率。圖8為一示范的散布器板558的部份截面圖，其可以獲益自本發(fā)明，且被描述 于2003年4月16日申請的共同受讓的美國專利申請案號10/417,592中，標(biāo)題為「Gas Distribution Plate Assembly for Large AreaPlasma Enhanced Chemical Vapor D印osition」，其在此被并入本文以作為參考。散布器板558包括一面對蓋組件510的第一或上游側(cè)802與一面對支撐件組件 538而相對的第二或下游側(cè)804。每一氣體通道562是被一第一凹孔810所定義，一開孔 814將該第一凹孔810耦接至第二凹孔812，其結(jié)合以形成一穿過氣體分散板558的流體路 徑。第一凹孔810由氣體分散板558的上游側(cè)802延伸一第一深度830至底部818。第一 凹孔810的底部818可以被變細(xì)、成斜面、去角或圓化，以當(dāng)氣體由第一凹孔流動浸入開孔 814時能減少流動限制。第一凹孔810通常具有約0. 093至約0. 218英寸的直徑，且在一實(shí) 施例中為約0. 156英寸。第二凹孔812是形成在散布器板558中，且由下游側(cè)(或端)804延伸約0. 10英 寸至約2.0英寸的深度832。較佳者，深度832是介于約0.1英寸至約1.0英寸之間。第二 凹孔812的開口直徑836大致上約0. 1英寸至約1. 0英寸之間，且能夠以約10度至約50 度之間的角度816呈喇叭形展開。較佳者，開口直徑836是介于約0. 1英寸至約0. 5英寸 之間，且喇叭形角度816是介于約20度至約40度之間。第二凹孔812的表面積是介于約 0. 05平方英寸至約10平方英寸之間，并且較佳是介于約0. 05平方英寸至約5平方英寸之 間。第二凹孔812的直徑是指相交于下游表面804的直徑。一用以處理1870mmX 2200mm基 材的散布器板的實(shí)例具有直徑0. 302英寸與喇叭形角度816約22度的第二凹孔812。相鄰 的第二凹孔812的環(huán)緣822之間距離880為介于約0英寸至約0. 6英寸之間，較佳是介于 約0英寸至約0.4英寸之間。第一凹孔810的直徑通常但不限定于至少等于或小于第二凹 孔812的直徑。第二凹孔812的底部820可以被變細(xì)、成斜面、去角或圓化，以減少氣體流 出開孔814且進(jìn)入第二凹孔812的壓力損失。再者，因?yàn)殚_孔814附近至下游側(cè)804可用以減少第二凹孔812與面對基材的下游側(cè)804的暴露表面積，可以減少暴露至氟的散布器 板558下游面積，藉此減少發(fā)生所沉積膜層的氟污染，其中氟是在腔室清潔期間所被提供。開孔814大體上是耦接第一凹孔810的底部818與第二凹孔812的底部820。開 孔814大致上具有介于約0. 01英寸至約0. 3英寸(較佳是約0. 01英寸至約0. 1英寸)的 直徑，且典型地具有約0. 02英寸至約1. 0英寸(較佳是約0. 02英寸至約0. 5英寸)的長 度。開孔814的長度834與直徑(或其他幾何屬性)是容室564中的背壓力的主要來源， 其促使了氣體在氣體分散板558的上游側(cè)802的均勻分布。開孔814典型地是被建構(gòu)成在 數(shù)個氣體通道562之間是一致的；然而，穿過開孔814的限制可以被建構(gòu)成在該些氣體通 道562之間是不同的，以促使更多氣體相對于氣體分散板558的其他區(qū)域通過一區(qū)域。例 如，開孔814可以具有一較大直徑與/或一較短長度于氣體分散板558的該些氣體通道562 中，較鄰近于處理室502的壁506，因此更多氣體會流動通過穿孔區(qū)域516以增加在玻璃基 材周圍的沉積速度。散布器板的厚度是介于約0. 8英寸至約3. 0英寸之間，較佳是介于約 0.8英寸至約2.0英寸之間。使用圖8做為實(shí)例，第二凹孔(或中空陰極腔穴)812的體積可以通過改變直徑 “D” (或圖8中的開口直徑836)、深度“d” (或圖8中的長度832)與喇叭形角度“ a ”(或 圖8中的喇叭形角度816)而被改變，如圖8所示。改變直徑、深度與/或喇叭形角度也會 改變第二凹孔812的表面積。所相信的是，更高的等離子體密度可能是在基材540的中心 (請見圖5)更高沉積速度的原因。通過減少散布器板的邊緣至中心的凹孔深度、直徑、喇叭 形角度、或這些三個參數(shù)的一組合，基材中心區(qū)域的等離子體密度可以被減少以改善膜層 厚度與膜層性質(zhì)的均勻性。顯示出該現(xiàn)象的方法與結(jié)果是被描述于前述美國專利申請案號 10/889，683 中，標(biāo)題為「PlasmaUniformity Control By Gas Diffuser Hole Design」。也被顯示出的是，對散布器板的中空陰極腔穴設(shè)計所做的變化必須為在散布器板 表面為漸進(jìn)的，以避免機(jī)癌上膜層厚度的階梯狀變化。然而，中空陰極腔穴的直徑與/或長 度的變化不需要由散布器板的中心至邊緣為良好連續(xù)的，只要這些變化是平順且漸進(jìn)的即 可。例如，散布器板的中空陰極腔穴設(shè)計所做的足夠漸進(jìn)的變化能夠通過許多被安排成同 心圖案的一致區(qū)塊來達(dá)成，只要從區(qū)塊至區(qū)塊的變化是足夠小的即可。但是必須有中空陰 極腔穴的尺寸(體積與/或表面積)由散布器板的中心至邊緣的整體增加。例如已經(jīng)被顯 示的是，對于lOOOmmX 1200mm散布器板，使用僅三個同心區(qū)塊對于制造可接受膜層厚度均 勻性是不適當(dāng)?shù)?，其中中空陰極腔穴截頭圓錐形深度由區(qū)塊至區(qū)塊增加35%。在此情況中， 區(qū)塊的數(shù)目應(yīng)該被增加，且在截頭圓錐形深度的區(qū)塊至區(qū)塊變化應(yīng)該被減少以避免對應(yīng)至 每一區(qū)塊的膜層厚度的顯著變化。所使用的區(qū)塊數(shù)目與區(qū)塊之間變化的量是依一些因素 (包括有散布器板的尺寸與所欲修正的中心厚膜層非均勻性的大小)而定，并且在一給定 的情況下可以被熟習(xí)該技藝的人士所決定。圖9A是顯示一散布器板的底視圖(在下游側(cè)向下看)。散布器板被分割成N個同 心區(qū)塊。同心區(qū)塊被定義成介于內(nèi)與外界限之間的區(qū)域，其中該內(nèi)與外界限具有與散布器 板整體形狀相同的幾何形狀。在每一區(qū)塊內(nèi)，散布器孔洞是相同的。區(qū)塊可以是方形、矩形 或圓形。由區(qū)塊1至區(qū)塊N，中空陰極腔穴的尺寸(體積與/或表面積)漸漸地增加。該增 加可以通過增加中空陰極腔穴的直徑、長度、喇叭形角度、或這些參數(shù)的組合來達(dá)成。中空陰極腔穴的直徑與/或長度由散布器板的中心至邊緣的增加不需要適用于所有的第二凹孔812，只要對于每單位下游散布器板表面積的中空陰極腔穴尺寸(體積與/ 或表面積)有一整體增加即可。例如，一些第二凹孔812可以在整個散布器板中被保持相 同，而其他第二凹孔812具有中空陰極腔穴尺寸(體積與/或表面積)的漸進(jìn)增加。在另 一實(shí)例中，第二凹孔812具有中空陰極腔穴尺寸(體積與/或表面積)的漸進(jìn)增加，而也有 一些小的中空陰極腔穴C1位于散布器板的邊緣處以進(jìn)一步地增加每單位下游散布器板表 面積的整體中空陰極腔穴體積與/或表面積。此實(shí)例是顯示于圖9B，其為一散布器板的底 視圖。在又另一實(shí)施例中。大部份中空陰極腔穴在散布器板中是一致的，而朝向散布器板 的邊緣存在有一些較大的中空陰極腔穴C2，如圖9C所示的一散布器底視圖。等離子體與制程非均勻性可以通過自散布器板的中心區(qū)域至邊緣區(qū)域漸進(jìn)地增 加中空陰極腔穴的體積或表面積或其兩者組合來改善。另一種變化膜層沉積厚度與性質(zhì)均勻性的方式是通過改變在散布器板上的散布 器孔洞密度，而維持散布器孔洞是相同的。散布器孔洞的密度是通過將相交于下游側(cè)804 的凹孔812的孔洞的總表面積除以散布器板的下游側(cè)804的總表面積來計算。散布器孔洞 的密度可以由約10%變化至約100%，且較佳是由約30%變化至約100%。為了減少氮化 硅膜層的「圓頂狀」或中央厚問題，散布器孔洞密度應(yīng)該在中心區(qū)域被降低(相對于外部區(qū) 域)，以減少內(nèi)部區(qū)域的等離子體密度。如前所述關(guān)于體積密度與表面積密度的變化，陰極 腔室密度自內(nèi)部區(qū)域至外部區(qū)域應(yīng)該是漸進(jìn)的且平順的，以確保一致且平順的沉積及膜層 性質(zhì)曲線。圖9D是顯示散布器孔洞密度自中心(區(qū)域A)為低至邊緣(區(qū)域B)為高的漸 進(jìn)變化。在中心區(qū)域中散布器孔洞的較低密度會減少中心區(qū)域的等離子體密度且減少氮化 硅膜層的「圓頂狀」問題。圖9D中散布器孔洞的配置僅是用以示范自中心至邊緣的漸增的 孔洞密度。本發(fā)明適用于任何散布器孔洞配置與圖案。密度變化概念也可以與散布器孔洞 設(shè)計變化結(jié)合，以改善中心至邊緣均勻性。當(dāng)氣體通道的密度被改變以達(dá)到等離子體均勻 性時，中空陰極腔室在下游端之間隔可以超過0. 6英寸。具有彎曲性的氣體散布器如同前述關(guān)于圖2、3與4的討論，當(dāng)沉積a -Si膜層于大基材上時，一中空陰極梯 度氣體散布器板的使用可能無法消除膜層厚度均勻性問題。這是相對于氮化硅膜層均勻 性問題，其對于大于1200000mm2的基材可以通過使用一實(shí)施有HCG的氣體散布器板而被消 除。由圖2、3與4，可以看出的是，由PECVD沉積的一非晶硅膜層的厚度曲線反而是被電極 間隔所強(qiáng)烈地影響，改變電極間隔自0. 800英寸至0. 550英寸是改變了曲線自在中心具有 良好膜層性質(zhì)的中心厚至邊緣厚且在中心的差膜層性質(zhì)。請參閱圖5與圖8，電極間隔是 被定義為散布器板558的下游側(cè)804與基材540之間的距離。對于在大基材上的a -Si膜 層，所相信的是，在基材處理期間，對于較大電極間隔而言等離子體密度在靠近PECVD腔室 的中心會增加，因此改變了膜層厚度與膜層性質(zhì)曲線。因?yàn)橐辉赑ECVD腔室中的較窄電極間隔形成了一非晶硅膜層而在基材邊緣具有 較佳的性質(zhì)，且一相當(dāng)寬電極間隔形成了一膜層而在基材中心具有較佳的性質(zhì)，因此一結(jié) 合了兩間隔益處的散布器板是被提供。這是通過并入較寬與較窄間隔至電極本身來達(dá)到， 亦即電極是適用以在基材的中心區(qū)域提供一較寬電極且在基材邊緣提供一較窄電極。因 此，大于1200000mm2的基材可以被沉積有在整個基材上具有可接受厚度與膜層性質(zhì)均性的 非晶硅膜層。這是通過將散布器板/電極在下游或制程空間側(cè)建構(gòu)以一彎曲性，其不是基本上平的且平行于所處理基材。通過并入較寬與較窄間隔于電極本身，a-Si的制程視窗 可以被明顯地改善。圖10E是繪示一具有彎曲性的氣體散布器板1001實(shí)施例的截面圖，其可以適用于 PECVD腔室中。圖上沒有顯示氣體通道56是為了簡單化。散布器板1001的下游側(cè)804具 有一彎曲性，并且在此實(shí)施例中，散布器板1001的上游側(cè)802為基本上平坦的?；蛘撸⒉?器板1001的上游側(cè)802也可以具有一彎曲性，例如當(dāng)散布器1001是通過使用一彎曲退火 固定件來形成時，其將在以下被描述而參照第12與13圖。圖上也顯示出下游側(cè)804的彎 曲表面與一假想平坦下游側(cè)804a的表面之間的最大位移。如前所述，為了改善氮化硅膜層的均勻性，對于中空陰極梯度，是有需要實(shí)施在氣 體散布器表面上中空陰極腔穴體積密度、中空陰極表面區(qū)域密度、與/或中空腔穴密度的 漸進(jìn)變化。這避免了氮化硅膜層因?yàn)橹瞥炭臻g中等離子體密度的突然變化所造成的非均勻 性，其中該突然變化是由一太大的中空陰極梯度所造成。所相信的是，同樣原理也應(yīng)用在 用于經(jīng)由一電極/散布器板來改善非晶硅膜層的膜層厚度與膜層性質(zhì)均勻性，其中該電極 /散布器板具有一在基材上方的變化的電極間隔。因此，自在基材邊緣上方的窄的間隔區(qū) 域至在基材中心上方的稍微較寬的間隔區(qū)域的過渡是較佳地平順且漸進(jìn)的。是以，散布器 1001的下游側(cè)804較佳是基本上內(nèi)凹的，亦即在邊緣是相對較靠近于基材且平順地過渡至 基材中心上方的高點(diǎn)或頂點(diǎn)1005。下游側(cè)804的彎曲性大致上為一具有頂點(diǎn)1005的弧，該頂點(diǎn)1005是大約位于基 材中心點(diǎn)的上方。頂點(diǎn)1005定義了下游側(cè)804的彎曲表面與假想平坦下游側(cè)804a的表面 之間的最大位移，如圖10E所示。在較佳實(shí)施例中，該弧具有對應(yīng)于圓或橢圓的一區(qū)段的彎 曲性，如圖10E所示。這確保了電極間隔由散布器的邊緣至中心的平順過渡，且允許該形狀 容易地被量化。在其他實(shí)施例中，描述彎曲下游側(cè)804的不同方法可以被使用。在一態(tài)樣 中，一線區(qū)段可以描述弧，如圖10A所示。在此態(tài)樣中，散布器1002的頂點(diǎn)1005仍然是基 本上位于基材中心點(diǎn)的上方，且電極間隔由散布器的邊緣增加至中心。在其他態(tài)樣中，弧可 以通過除了線、圓或橢圓的其他數(shù)學(xué)函數(shù)而被描述，例如指數(shù)、二次、三次、正弦、雙曲線或 其他幾何函數(shù)。在所有態(tài)樣中，頂點(diǎn)1005是基本上位于基材中心點(diǎn)上方，并且電極間隔由 散布器的邊緣增加至中心。在另一組態(tài)中，下游側(cè)804的整個表面不具有一彎曲性，如圖10B所示。散布器 1003的下游側(cè)804包括有一基本上平坦的區(qū)域1007于散布器1003邊緣。對于本發(fā)明的其 他組態(tài)，下游側(cè)804的彎曲區(qū)段1007a可以由線、圓、橢圓或其他上述數(shù)學(xué)函數(shù)的一區(qū)段來 描述。與前述其他態(tài)樣一樣，頂點(diǎn)1005是基本上位于基材中心點(diǎn)上方，并且電極間隔由散 布器的邊緣增加至中心。彎曲下游側(cè)804的表面與一假想平坦下游側(cè)804a的表面之間的最大位移的大小 相對于散布器板1001尺寸是小的。在一態(tài)樣中，最大位移1004是不超過散布器的特征長度 的約3%，較佳是介于約0. 01%至約0. 30%。為了比較位移1004與一矩形或圓形散布器， 特征長度被視為「等效半徑」。對于一圓形散布器，等效半徑等于該散布器的半徑。對于一 方形或矩形散布器，等效半徑為對角線的二分的一。是以，在2200mmX1870mm的散布器情 況中，等效半徑為1440mm，并且自假想平坦下游側(cè)804a的彎曲下游側(cè)804的最大希望位移 1004 約 4. 3mmo
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值得注意的是，下游側(cè)804的彎曲性不需要精確地相稱于有益于沉積非晶硅膜層 的制程的一特定PECVD腔室；不管電極形狀為何，其他制程參數(shù)的制程調(diào)整是有需要的，以 將一膜層的膜層厚度與膜層性質(zhì)的均勻性最佳化。使用一具有彎曲下游側(cè)的電極的優(yōu)點(diǎn)在 于，這會對a -Si膜層性質(zhì)顯著地增加制程視窗，使得在大基材上行程高品質(zhì)非晶硅膜層 變?yōu)楦菀?，且對大量制造更為可靠。在一些情況中，一具有彎曲性的電極是需要的，以使 形成可接受a-Si膜層更為可能。在另一實(shí)施例中，在分散器中心區(qū)域中的較寬電極間隔是透過基材支撐件的彎曲 性來達(dá)到。在一態(tài)樣中，如圖10C所示，散布器板1010具有一基本上平坦的下游側(cè)804，且 基材支撐件1011具有一具最大位移1001的彎曲性。對于基材支撐件1011，最大位移1004 是被定義為基材支撐件彎曲表面1012與一假想平坦基材支撐件表面1012a之間距離，如圖 10C所示。本發(fā)明的此態(tài)樣對于使用一基本上平坦的散布器板時，允許了寬的中心區(qū)域間隔 與窄的邊緣區(qū)域間隔，以期望被用于沉積a-Si膜層在另一態(tài)樣中，散布器板與基材支撐 件的每一者可以具有彎曲性，其中使用該些彎曲性可以達(dá)到所希望的寬中心區(qū)域間隔與窄 邊緣區(qū)域間隔。此態(tài)樣是顯示于圖10D中。散布器板1013的彎曲下游表面1016具有比基 材支撐件1014的基材支撐件彎曲表面1015有更顯著的彎曲性。由于此原因，中心區(qū)域電 極間隔1017是大于邊緣區(qū)域電極間隔1018。是以，當(dāng)散布器板與基材支撐件兩者具有彎曲 性時，所希望的寬中心區(qū)域間隔與窄邊緣區(qū)域間隔可以被達(dá)到。圖11是顯示使用具有一具最大位移1004為0. 100英寸的彎曲性的散布器板時， 在一 2200mm寬度的玻璃基材上一非晶硅膜層的厚度曲線1101與1102。沉積該膜層時，電 極間隔為0. 650英寸。沉積該膜層期間的制程狀況為dOOOOsccm SiH4氣體流速、36000sCCm H2氣體流速、10000瓦特射頻等離子體功率、2. 5托耳腔室壓力、與340°C (內(nèi)基材加熱器) 至360°C (外基材加熱器)的基材溫度。橫座標(biāo)代表沿著2200mm長度基材的輪廓的每一 厚度量測的位置，單位為毫米?？v座標(biāo)代表非晶硅膜層沉積在基材上的沉積速度，單位為 A/min。兩數(shù)據(jù)組是繪制于圖11，數(shù)據(jù)組lioi為方形，數(shù)據(jù)組1102為鉆石形。數(shù)據(jù)組lioi 與1102代表沿著基材每一對角線所量測的沉積速度曲線。此兩曲線的差異是可以忽略的， 其意謂著在散布器長度上是恒定的厚度曲線。圖11的膜層厚度曲線相對于第2、3與4圖的曲線的一定性比較是顯示出厚度均 勻性的明顯改善，當(dāng)使用一在基本上平坦HCG散布器上具有彎曲性的HCG散布器時。此改 善是被定量于表1中。表1沉積在基材上的a -Si膜層的厚度均勻性量測
17 相對于以一平坦的散布器板所沉積膜層而言，以一具有彎曲性的散布器所沉積的 膜層具有一高沉積速度與具有改善的均勻性。在一態(tài)樣中，一 PECVD氣體散布器具有一彎曲的下游側(cè)且沒有中空陰極梯度。該 散布器改善了所沉積在大于約1200000mm2基材上α -Si膜層的膜層厚度均勻性與膜層性 質(zhì)均勻性。在另一態(tài)樣中，一PECVD氣體散布器具有一彎曲的下游側(cè)與一中空陰極梯度。該 散布器可被用以處理氮化硅或α-Si膜層。這減少了 PECVD腔室的制造成本，且增加了腔 室適用性，亦即腔室可用于沉積氮化硅或α "Si膜層而不需要改變氣體散布器板。制造方法用于處理大于約IOOOmmX 1200mm的基材的散布器板是難以可重復(fù)地制造。所希 望的形狀與/或散布器至散布器可能會有明顯變化。對于不是基本上平坦的散布器板(例 如具有一彎曲下游表面的散布器)尤其如此。對于一些薄膜層(例如α-Si)，因?yàn)槟雍?度均勻性與膜層性質(zhì)均勻性是強(qiáng)烈地相依于電極間隔，減少可能在一散布器板在制造后最 終彎曲性與所希望形狀之間的變化是很重要的。減少不同(但名義上相同)腔室之間的變 化也是很重要的。方法是被提供以允許以一可重復(fù)且成本低廉方式來制造用于一 PECVD腔 室的彎曲散布器。在一實(shí)施例中，氣體散布器板的下游側(cè)的所希望彎曲性是通過一熱制程來形成， 其中在該熱制程中，散布器板是被彎曲以符合于一彎曲退火固定件的形狀。該彎曲退火固 定件是一被加工至所希望彎曲性的金屬板，且被用以彎曲許多散布器。圖12是繪示使用一彎曲退火固定件而用于散布器退火制程1200以彎曲一散布器 板至所希望彎曲性的流程圖。在步驟1201，散布器板對準(zhǔn)于且被置放在彎曲退火固定件上。散布器的下游側(cè)應(yīng) 該接觸于退火固定件。在步驟1202，散布器板的表面被一保護(hù)材料所覆蓋住，以避免來自退火重物的損 壞與污染。保護(hù)材料必須是清潔的、相當(dāng)有彈性的且抗熱的。能使用的保護(hù)涂層的一實(shí)例 為一電鍍的鋁薄片。在步驟1203，散布器板被裝載有需要用以在退火制程期間將散布器可塑地變形的 適當(dāng)重物。該重物必須被分布在散布器上，從而使在退火制程期間，散布器板完全地符合于 彎曲退火固定件的形狀。大致上而言，重物應(yīng)該先被施加至散布器的中心點(diǎn)，接著沿著對角 線與周圍被分布。圖13是繪示出重物“W”的一示范性配置，其中該些重物“W”是用于退火一 2200mmX 1870mm而1. 44英寸厚度的鋁散布器板“D”。所使用重物的量與分布是可以改 變的，是依據(jù)散布器板的尺寸、厚度與組成、彎曲退火固定件的彎曲性、與退火制程的時間 與溫度而定。然而，熟習(xí)該技藝的人士可以輕易地決定這些因素。
在步驟1204，散布器板的溫度是以一足夠緩慢以避免翹曲的速度被增加至希望的 退火溫度。溫度上升速度與退火溫度是可以改變的，因?yàn)槠涫且罁?jù)散布器板的尺寸、厚度與 組成、彎曲退火固定件的彎曲性、與退火制程的時間與溫度而定。然而，熟習(xí)該技藝的人士 可以輕易地決定這些因素。在前述2200mmX 1870mm鋁散布器板的實(shí)例中，適當(dāng)?shù)臏囟壬仙?速度不超過每小時40°C，且對火溫度約410°C。在步驟1205，散布器板是被退火，亦即維持在退火溫度而持續(xù)所需要時間以使散 布器板可塑地變形且精確地符合于彎曲退火固定件的形狀。如前所述，所希望的退火時間 是可以改變的，其是依據(jù)許多因素而定。這可以被熟習(xí)該技藝的人士所輕易決定。在前述 示范性的鋁散布器板中，退火時間不超過4小時。在步驟1206，散布器板的溫度是以一足夠緩慢以避免翹曲的速度被降低至室溫。 如前所述，這對于不同的散布器板是可以改變的。對于前述示范性的鋁散布器，冷卻速度不 超過每小時25 °C。在步驟1207，在散布器板達(dá)到室溫之后，重物則被移除。在一態(tài)樣中，散布器板不具有中空陰極梯度，且氣體通道與中空陰極腔穴是基本 上相同的。在另一態(tài)樣中，散布器板具有一彎曲下游表面與中空陰極梯度兩者。在任一情 況中，氣體通道的加工(其對于一基本上平坦的表面是被顯著地簡化)較佳地是在退火制 程前被執(zhí)行。雖然大致上并非節(jié)省成本的，氣體通道的加工也可以在退火/彎曲制程之后 被執(zhí)行。氣體通道的加工可以為手動或數(shù)值控制(numerically controlled, NC)的，但是 因?yàn)榇笊⒉计靼迳暇哂性S多氣體通道，較佳地是使用NC加工。在另一實(shí)施例中，氣體散布器板的下游側(cè)的所希望彎曲性是通過加工除去在散布 器的下游側(cè)上所需材料來形成，其是使用該技藝中所熟知的磨銑或車床形式的金屬移除制 程。在一態(tài)樣中，氣體通道的加工是在形成彎曲表面之后而被執(zhí)行。氣體通道的加工可以 為手動或數(shù)值控制(numericallycontrolled，NC)的，但是因?yàn)榇笊⒉计靼迳暇哂性S多氣 體通道，較佳地是使用NC加工。在另一實(shí)施例中，氣體通道是先被加工于散布器板中，接著一第一彎曲性是被加 工于氣體散布器板的下游側(cè)中，并且最后散布器板被退火成一最終彎曲性。該實(shí)施例提供 了一節(jié)省成本以用于制造氣體散布板的方法，其中該氣體散布板包括一中空陰極梯度以用 于均勻性地沉積氮化硅與一基本上內(nèi)凹的彎曲性以用于均勻性地沉積α-Si兩者。典型上 相同的氣體通道是被加工至一基本上平坦的表面中。相對于加工可改變的深度與直徑的氣 體通道至一彎曲表面中，這更能節(jié)省成本且可重復(fù)地制造。然后，第一彎曲性是使用該技 藝中所熟知的磨銑或車床形式的金屬移除制程被加工至氣體散布器板的下游側(cè)中，以在散 布器表面上建立所希望的中空陰極腔穴梯度；當(dāng)靠近散布器板的中心處有更多材料被移除 時，起初相同的氣體通道的產(chǎn)生的中空陰極腔穴尺寸因此被減少。氣體散布器板接著通過 前述退火/彎曲制程而被形成有最終希望的彎曲性。此最終步驟是必須的，因?yàn)樾枰靡?建立所希望中空陰極梯度的彎曲性是極少相同于希望用于均勻性沉積α-Si的彎曲性。雖然本文已經(jīng)顯示且詳細(xì)地描述了一些包含有本發(fā)明教示的較佳實(shí)施，熟習(xí)該技藝的人士可以容易地構(gòu)想出許多其他仍然包含這些教示的變更的實(shí)施例。
雖然前述是著重于本發(fā)明的實(shí)施例，本發(fā)明的其他與進(jìn)一步實(shí)施例在不脫離其基
本范圍內(nèi)是可以被構(gòu)想出，且其范圍是由權(quán)利要求范圍所決定。
權(quán)利要求
一種裝置，包括處理室；基材支撐件，設(shè)置在該處理室中；分散器板，在該處理室中相對于該基材支撐件設(shè)置，該分散器板具有面對該基材支撐件且基本上內(nèi)凹的一側(cè)、以及數(shù)個延伸貫穿該分散器板的氣體通道，其中的每一個氣體通道具有中空陰極腔穴，該中空陰極腔穴基本上鄰近該內(nèi)凹的一側(cè)，該分散器板與該基材支撐件之間的間隔在0.800英寸到0.550英寸之間變化。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，該中空陰極腔穴的尺寸從該分散器板的中 心至邊緣增加。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，該內(nèi)凹的一側(cè)具有一頂點(diǎn)，該頂點(diǎn)位于接近 該基材支撐件的中心之上。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，該分散器板相對于該內(nèi)凹的一側(cè)的一側(cè)具 有彎曲性。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，每一個中空陰極腔穴具有體積密度和表面 積密度，其中該體積密度和表面積密度從該分散器板的中心至邊緣增加。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，該分散器板相對于該內(nèi)凹的一側(cè)的一側(cè)具 有彎曲性。
7.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，每一個中空陰極腔穴具有一張開角，該張開 角介于約10度和約50度之間。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，該分散器板相對于該內(nèi)凹的一側(cè)的一側(cè)具有彎曲性。
9.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，相鄰的氣體通道之間的間隔不大于0.6英寸。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，該分散器板相對于該內(nèi)凹的一側(cè)的一側(cè)具有彎曲性。
11.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，該內(nèi)凹的表面包括非電鍍的無裝飾鋁。
12.如權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，該分散器板相對于該內(nèi)凹的一側(cè)的一側(cè) 具有彎曲性。
13.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，該分散器板是矩形。
14.如權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，該分散器板相對于該內(nèi)凹的一側(cè)的一側(cè) 具有彎曲性。
15.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，該分散器板相對于該內(nèi)凹的一側(cè)的一側(cè)具 有彎曲性。
16.一種裝置，包括 處理室；基材支撐件，設(shè)置在該處理室中；分散器板，在該處理室中相對于該基材支撐件設(shè)置，該分散器板具有面對該基材支撐 件的下游側(cè)和相對于該下游側(cè)的上游側(cè)，該上游側(cè)具有一彎曲性，該分散器板具有數(shù)個延 伸貫穿該分散器板的氣體通道，其中的每一個氣體通道具有中空陰極腔穴，該中空陰極腔穴基本上鄰近該下游側(cè)。
17.如權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于，每一個中空陰極腔穴具有一張開角，該張 開角介于約10度和約50度之間。
18.如權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于，相鄰的氣體通道之間的間隔不大于0.6英寸。
19.如權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于，該內(nèi)凹的表面包括非電鍍的無裝飾鋁。
20.如權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于，該分散器板是矩形。
全文摘要
本發(fā)明提供了用以在處理室中散布?xì)怏w的一氣體分散板的實(shí)施例。在一實(shí)施例中，用于等離子體處理室的氣體分散板組件至少包含一散布器板，該散布器板具有穿過其上游側(cè)與下游側(cè)之間的氣體通道，與位于該些氣體通道的下游側(cè)的中空陰極腔穴。該散布器板的下游側(cè)具有一彎曲性，以改善通過PECVD沉積的薄膜層(特別是氮化硅與非晶硅膜層)的厚度均勻性與膜層性質(zhì)均勻性。彎曲性較佳地是由圓或橢圓的一弧、位在散布器板的中心點(diǎn)的頂點(diǎn)來描述。在一態(tài)樣中，中空陰極腔穴體積密度、表面積密度、或散布器的腔穴密度是由散布器的中心增加至外緣。本發(fā)明也提供了用以制造這樣的散布器板的方法。
文檔編號H05H1/24GK101871099SQ20091022228
公開日2010年10月27日 申請日期2005年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月12日
發(fā)明者J·M·懷特, R·L·蒂納, 崔壽永, 樸范秀 申請人:應(yīng)用材料股份有限公司