[發(fā)明專(zhuān)利]等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)中的壓差控制

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201180042600.9
• 申請(qǐng)日: 2011-09-02
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103119199A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-05-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 格里戈里·比尼翁
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: TEL太陽(yáng)能公司
• 主分類(lèi)號(hào): C23C16/455
• 分類(lèi)號(hào): C23C16/455
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 康建峰;賈萌

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及通過(guò)等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD）來(lái)沉積薄膜，特別是薄硅膜中的改進(jìn)。更詳細(xì)地，本發(fā)明涉及在現(xiàn)有技術(shù)中已知的平行板反應(yīng)器中使用的沉積工藝的改進(jìn)。

背景技術(shù)

通過(guò)低溫PECVD生長(zhǎng)的器件級(jí)氫化非晶硅（a-Si:H）材料通常采用低壓力、低損耗的沉積方式。通過(guò)使用具有高效噴淋式氣體分配系統(tǒng)的合適的等溫反應(yīng)器來(lái)確保大范圍均勻性，該噴淋式氣體分配系統(tǒng)用于在整個(gè)襯底區(qū)域進(jìn)入等離子區(qū)之前，在整個(gè)襯底區(qū)域上方控制氣體預(yù)熱和氣體成分二者。在沉積期間的污染問(wèn)題可以通過(guò)使用在等離子體被合適地限定的實(shí)際沉積室與外部真空室之間的小泄露氣體傳導(dǎo)進(jìn)行規(guī)避，這允許在沉積期間建立壓差，在沉積室內(nèi)部具有較高的壓力。

US4,989,543示出允許在壓差條件下操作的沉積系統(tǒng)。其涉及一種用于使用等離子沉積工藝來(lái)制造薄膜的裝置，該裝置具有用于容納至少一個(gè)襯底的非氣密殼，在非氣密殼中，主壓力（prevailing?pressure）小于大氣壓力；用于在所述殼內(nèi)部產(chǎn)生容納所述至少一個(gè)襯底的等離子區(qū)的裝置；圍繞所述殼的氣密室，所述室保持在比所述殼內(nèi)的壓力低的壓力下。該在外部氣密室布置中的內(nèi)部非氣密殼在本領(lǐng)域中也被稱(chēng)為Plasmabox反應(yīng)器。US4,989,543建議用于內(nèi)部殼的壓力為10¹Pa，而可以將外部室用泵抽至大約10^-4Pa至10^-5Pa。

到目前為止，這種或類(lèi)似的設(shè)備用于典型的沉積壓力為2.5mbar或更低的條件下，生長(zhǎng)速率最高為大約5A/s的微晶硅（μc-Si:H）沉積。

現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)

然而，在較高壓力和/或較高損耗的工作條件下生長(zhǎng)μc-Si:H是在保持器件級(jí)質(zhì)量材料的同時(shí)達(dá)到較高增長(zhǎng)率的典型的先決條件。由于氣體拖拽力的存在以及與硅烷相比氫氣的更高的擴(kuò)散性，所以在Plasmabox反應(yīng)器的泄露附近會(huì)產(chǎn)生硅烷濃度的局部富集。在外部室和等離子體反應(yīng)室之間的較高壓差下特別有利于這種局部富集，并且因此，在較高等離子體操作壓力下增強(qiáng)這種局部富集。這種局部較高硅烷的濃度有利于所公知的在硅烷等離子體中形成的不期望粉末。然而，由于這種粉末可以產(chǎn)生較強(qiáng)的不穩(wěn)定性，所以其對(duì)于均勻性和整體的再現(xiàn)性而言是有害的。因此，即使這種局部粉末形成位于內(nèi)部等離子室的外圍邊緣處，也可以顯著地影響整個(gè)放電電氣參數(shù)并且影響所沉積材料的質(zhì)量（材料的厚度、缺陷、結(jié)晶度和質(zhì)量）。

由在這些方式下形成的粉末而導(dǎo)致的不均勻性和不穩(wěn)定性是在那些甚至具有窄電極間隙配置的大面積反應(yīng)器中、在高速率或非常高的壓力方式下生長(zhǎng)高質(zhì)量材料的限制參數(shù)。

發(fā)明細(xì)節(jié)

針對(duì)使用壓差概念的PECVD系統(tǒng)，本發(fā)明涉及在沉積室外部的區(qū)域中建立良好限定的壓力，以精確地控制和調(diào)整在等離子區(qū)域附近的立即的（immediate）壓降比，以避免局部硅烷富集并且限制氣體拖拽力：其在保持靜止的受控局部壓降以避免受到外部污染的同時(shí)，限制由于粉末形成而導(dǎo)致的上述問(wèn)題。

外部氣體成分可以被同樣稀釋或者也可以獨(dú)立于在等離子體室中所注入的氣體被控制，并且可以通過(guò)不同的方式獨(dú)立地控制壓力：例如，使用現(xiàn)有系統(tǒng)上的蝶形閥或同時(shí)適當(dāng)?shù)叵薅ǜ魇抑g的氣體泄露傳導(dǎo)，使得壓力比可以在盡可能低至平衡的范圍內(nèi)變動(dòng)。也可以使用其它氣體來(lái)控制壓降（H₂、He、Ar和N₂等）。

例如，可以在具有Plasmabox設(shè)計(jì)的當(dāng)前系統(tǒng)中，通過(guò)在接近于沉積室中所使用的壓力的壓力下用氣體填充整個(gè)外部容積使得壓差變得更小來(lái)實(shí)現(xiàn)這種受控的壓降。具有在等離子室和外部室中間的中間壓力區(qū)的新設(shè)計(jì)也可以用作緩沖區(qū)（無(wú)等離子體），以適當(dāng)?shù)乜刂茪怏w的壓降和污染二者。

因此，該解決方案允許在顯著較高工作壓力和/或較高損耗的方式下使用Plasmabox反應(yīng)器，允許在不太受粉末形成的限制的情況下在大的表面上方有較高生長(zhǎng)速率和較好材料質(zhì)量。

發(fā)明的詳細(xì)描述

圖1示出Plasmabox反應(yīng)器的基本結(jié)構(gòu)。其示出內(nèi)部非氣密殼20，在內(nèi)部非氣密殼20中，可以建立低于大氣壓力的主壓力。省略了用于在所述殼內(nèi)部產(chǎn)生容納至少一個(gè)襯底的等離子區(qū)的裝置。在操作期間，保持圍繞所述殼20的氣密室10在比所述殼20內(nèi)部的壓力低的壓力。泵浦線(xiàn)路30用作內(nèi)部殼20和外部室10二者的排氣口。蝶形閥50允許分配殼20和室10之間的泵浦效果，如此建立室10和殼20之間的壓力差。