在集成电路和半导体器件制造期间，化学气相沉积(CVD)是沉积材 料以在衬底上形成层的普遍使用的方法。化学气相沉积通常通过将气体输 送至支撑在化学气相沉积室中的衬底支撑上的衬底而进行。该气体通过室 中的气体分配组件输送至衬底。
在化学气相沉积期间，沉积材料还在室的部件(诸如气体分配组件)和 室的内侧壁上形成。这些沉积材料在随后的处理期间会剥落，并且产生能 够损害或毁坏室内衬底的部件的污染颗粒。因而，需要进行周期性的室清 洗。
目前，室清洗的一种方法是使用远程等离子体源。远程等离子体源在 室的外部将清洗气体解离成自由基或反应性物种。然后反应性物种流入室 中以清洗室。通过远程产生反应性物种，室的内部没有暴露于解离该清洗 气体所需的潜在损害的高电平功率。
已经观察到，使用远程等离子体源进行室清洗经常没有基于由远程等 离子体源提供的预计解离率所期望的效率。由远程等离子体源产生的反应 性物种能重新结合形成具有比该自由基低的清洗效率的分子。例如，清洗 气体NF3可产生氟自由基，氟自由基会重新结合形成F2。
重新结合的程度能够通过比较在接收来自远程等离子体源(其中接通 等离子体电源)气体的化学气相沉积室中所测压力和在接收来自远程等离 子体源(其中关闭等离子体电源)气体的化学气相沉积室中所测压力而进 行估计。当接通远程等离子体电源时，由于等离子体将一个分子分解成多 个增加该室压力的反应性物种，所以在室内压力应当更高。例如，由于 NF3解离成1个氮原子和3个氟原子，接收来自接通等离子体电源以解离 NF3的远程等离子体源的气体的室的压力应当是接收来自远程等离子体源 的未被解离的NF3的室的压力的四倍。然而，使用目前的远程等离子体源 和化学气相沉积室，接收来自接通等离子体电源以解离NF3的远程等离子 体源的气体的室的压力只有约为接收来自关闭等离子体电源的远程等离子 体源的未被解离的NF3的室的压力的2倍。因而，由于接收来自接通等离 子体电源以解离NF3的远程等离子体源的气体的室的压力约为所预期压力 50％，显而易见，由于反应性物种的重新结合，反应性物种的近50％在室 中损失了。
重新结合的一个原因是由化学气相沉积室的气体分配组件所提供的受 限制的流动面积。气体分配组件通常包含许多非常小直径的孔，来自远程 的等离子体源的反应性物种为了进入室的处理区，必须穿过该孔。在这样 小的面积中，反应性物种比在更大的面积中更可能地碰撞并且重新结合。
重新结合所造成的低的室清洗效率增加清洗室所需的时间量，这减少 了室的衬底的产量，并且增加了清洗室所需的清洗气体的成本。充分地清 洗室的各部分(诸如室的边缘和角落)所需的额外的清洗时间，可能导致 过度蚀刻对室的其他部分的损害。因而，仍存在对使用远程等离子体源更 有效地清洗化学气相沉积室的方法和装置的需求。具体而言，仍存在对更 有效地清洗用于处理大面积衬底(例如，1000mm×1000mm或更大的衬 底，诸如平板显示器衬底)的化学气相沉积室的方法和装置的需求。
实用新型内容
本实用新型一般而言提供清洗诸如用于处理大面积衬底(诸如平板显 示器衬底)的化学气相沉积室的化学气相沉积室的装置。在一个实施例 中，用于处理平板显示器衬底的化学气相沉积系统包括化学气相沉积室。 该化学气相沉积室包括室体、衬底支撑和气体分配组件，其中室体限定构 造成将来自远程等离子体源的反应性物种经由气体分配组件提供至化学气 相沉积室的处理区中的第一入口，并且该室体限定构造成将来自相同或不 同的远程等离子体源的反应性物种绕过气体分配组件提供至化学气相沉积 室的处理区中的一个或多个的入口。
在另一个实施例中，用于处理平板显示器衬底的化学气相沉积系统包 括第一远程等离子体源和连接至该远程等离子体源的化学气相沉积室。化 学气相沉积室包括室体、衬底支撑和气体分配组件，其中室体限定构造成 将来自第一远程等离子体源的反应性物种经由气体分配组件提供至化学气 相沉积室的处理区中的第一入口，并且该室体限定构造成将来自相同或不 同的远程等离子体源的反应性物种绕过气体分配组件提供至化学气相沉积 室的处理区中的第二入口。
在另一个实施例中，用于处理平板显示器衬底的化学气相沉积系统包 括第一远程等离子体源；第二远程等离子体源；连接至第一远程等离子体 源和第二远程等离子体源的第一化学气相沉积室。第一化学气相沉积室包 括第一室体、第一衬底支撑和第一气体分配组件，其中第一室体限定构造 成将来自第一远程等离子体源的反应性物种经由第一气体分配组件提供至 第一化学气相沉积室的处理区中的第一入口，并且该第一室体限定构造成 将来自第二远程等离子体源的反应性物种绕过第一气体分配组件提供至第 一化学气相沉积室的处理区中的第二入口。化学气相沉积系统进一步包括 连接至第一远程等离子体源和第二远程等离子体源的第二化学气相沉积 室。第二化学气相沉积室包括第二室体、第二衬底支撑和第二气体分配组 件，其中第二室体限定构造成将来自第一远程等离子体源的反应性物种经 由第二气体分配组件提供至第二化学气相沉积室的处理区中的第一入口， 并且该第二室体限定构造成将来自第二远程等离子体源的反应性物种绕过 第二气体分配组件提供至第二化学气相沉积室的处理区中的第二入口。
尽管反应性物种可以经由气体分配组件引入室的处理区中，并且同时 绕过气体分配组件将反应性物种引入室的处理区中，但是可将反应性物种 通过室中不同的入口按顺序地进行引入。可以相信，绕过气体分配组件向 室提供大部分的反应性物种通过降低反应性物种重新结合的量而增加室清 洗效率，该反应性物种的重新结合是由于使反应性物种流经气体分配组件 的小直径(例如16mils)穿孔而引起的。
附图说明
以本实用新型的上述特征能够详细地了解的方式，通过引用实施例对 以上简要概述的本实用新型进行更具体的描述，其中一些实施例在所附的 附图中示出。然而，应当注意所附的附图仅仅示出本实用新型典型的实施 例，因而不能认为对本实用新型范围的限制，因为本实用新型可以容许其 它同等效果的实施例。
图1是根据本实用新型一个实施例的等离子体增强化学气相沉积系统 的示意剖面图；
图2是根据本实用新型另一个实施例的等离子体增强化学气相沉积系 统的示意剖面图；
图3是根据本实用新型另一个实施例的等离子体增强化学气相沉积系 统的示意剖面图；
图4是根据本实用新型另一个实施例的等离子体增强化学气相沉积系 统的示意剖面框图。

本实用新型的实施例提供一种包括化学气相沉积室的化学气相沉积系 统，该化学气相沉积室包括第一入口和第二入口，其中第一入口用于将来 自远程等离子体源的反应性物种经由室的气体分配组件提供至室的处理区 中，而第二入口用于将来自远程等离子体源的反应性物种在不使该反应性 物种流经该气体分配组件(即，绕过该气体分配组件)的情况下提供至室的 处理区中。
图1是根据本实用新型的一个实施例的等离子体增强化学气相沉积系 统200的示意剖面图。等离子体增强化学沉积系统200类似于可购自应用 材料有限公司(Santa Clara，California)的一个部门AKT的等离子体增强 化学气相沉积系统4300。可根据本实用新型实施例改进的其他系统包括也 可购自应用材料有限公司(Santa Clara，California)的一个部门AKT的 3500、5500、10K、15K、20K、25K和40K室。系统200一般而言包括耦 合至前驱体(precursor)供应单元52的化学气相沉积室203。化学气相沉 积室203具有侧壁206、底部208和将处理空间或区域212限定在室内部 的盖组件210。通常通过便于衬底240移进和移出化学气相沉积室203的 侧壁206端口(未示出)而访问处理区212。侧壁206和底部208通常由 铝、不锈钢或其他与处理相容的材料制造。侧壁206支撑盖组件210，盖 组件包含将处理区212耦合到排气系统(其包括各种泵浦部件，未示出) 的泵浦增压室(pumping plenum)214。侧壁206、底部208和盖组件210 限定室体202。
气体入口管道或管42延伸入室体202的中央盖区域中的进入端口或 入口280，并且连接至各种气源。前驱体供应单元52包含在沉积期间使用 的前驱体。前驱体可以是气体或液体。所使用的特定前驱体取决于待沉积 在衬底上的材料。处理气体通过入口管42流至入口280中，并且接着流 入室203中。电控阀和流量控制机构54控制从气体供应单元至入口280的 气体流量。
第二气体供应系统也通过入口管42连接至该室。在室中已经进行一 个或多个化学气相沉积处理之后，第二气体供应系统供应用来清洗室内部 (例如，移除沉积材料)的气体。在一些情形下，第一和第二气体供应系统 可以混合。
第二气体供应系统包括诸如三氟化氮或六氟化硫的清洗气体(或液 体)源64、位于外部并且距化学气相沉积室一定距离的远程等离子体源 66、电控阀和流量控制机构70以及将远程等离子体源连接至化学气相沉 积室203的管道或管77。这样一种构造允许使用远程等离子体源清洗室的 内表面。
第二气体供应系统还包括一种或多种诸如氧气或运载气体的附加气体 (或液体)的一个或多个的源72。附加气体通过另一个阀和流量控制机构 73连接至远程等离子体源66。运载气体辅助在远程等离子体源中产生的 反应性物种运输至沉积室，并且运载气体可以是与该气体所应用的特定清 洗处理相兼容的任何非反应性气体。例如，运载气体可以是氩气、氮气或 氦气。运载气体还可以辅助清洗处理或有助于初始化和/或稳定化学气相沉 积室中的等离子体
可选地，流量限制器76提供在管77中。流量限制器76能置于在远程 等离子体源66和沉积室203之间的路径中的任何位置。流量限制器76允 许在远程等离子体源66和沉积室203之间提供压力差。由于气体和等离 子体的混合物流出远程等离子体源66并且流进沉积室203，流量限流器 76还可以充当该混合物的混合器。
阀和流量控制机构70以用户选定的流速将来自源64的气体输送至远 程等离子体源66中。远程等离子体源66可以是诸如感应耦合远程等离子 体源的RF等离子体源。远程等离子体源66激活来自源64的气体或液体 以形成反应性物种，接着该反应性物种流经管道77和入口管42，通过入 口280流入沉积室中。入口280因而被用来将反应性物种输送至化学气相 沉积室203的包括处理区212的内部区域。
盖组件210为处理区212提供上边界。盖组件210包括其中限定入口 280的中央盖区域205。盖组件210通常能被移开或打开以对化学气相沉 积室203进行维护。在一个实施例中，盖组件210由铝(Al)制造。盖组 件210包括在其中形成的并且耦合至外部泵浦系统(未示出)的泵浦增压 室214。泵浦增压室214用来引导均匀来自处理区212和流出化学气相沉 积室203的气体和处理副产物。
气体分配组件218耦合至盖组件210的内侧220。气体分配组件218包 括在气体分配板258中的穿孔区216，包括由远程等离子体源产生的反应 性物种和用于化学气相沉积的处理气体的气体通过该穿孔区216输送至处 理区212。气体分配板258的穿孔区216构造成提供穿过气体分配组件 218至处理区212的均匀分布的气体。可适于从本实用新型受益的气体分 配板在以下共同转让的专利中描述：由Keller等人于2001年8月3日申 请、现在公告为美国专利No.6,772,827的美国专利申请序列号No. 09/922,219；由Yim等人于2002年5月6日申请的美国专利申请序列号 No.10/140,324；由Blonigan等人于2003年1月7日申请的美国专利申请 序列号No.10/337,483；于2002年11月12日公告给White等人的美国专 利No.6,477,980；由Choi等人于2003年4月16日申请的美国专利申请案 序列号No.10/417,592，这些内容通过引用而全部统结合于本文中。
气体分配板258通常由不锈钢、铝(Al)、阳极化铝、镍(Ni)或另 外的RF导电材料制造。气体分配板258构造成具有维持足够的平面度和 均匀度的厚度，使得不会对衬底处理产生不良影响。在一个实施例中，气 体分配板258具有约1.0英寸至约2.0英寸之间的厚度。
除了入口280，室体202包括提供来自远程等离子体源的反应性物种 的第二入口282。远程等离子体源可以是与如图1所示的通过入口280经 由气体分配组件218向处理区提供反应性物种远程等离子体源66相同， 或者参照图3所示和以下描述的不同的远程等离子体源。第二入口282构 造成将来自远程等离子体源的反应性物种绕过气体分配组件218提供至室 203的处理区212中。换句话说，由第二入口282提供的反应性物种不穿 过气体分配组件218的穿孔的气体分配板258。第二入口可以位于气体分 配组件218下方的室体202的侧壁206中，诸如在气体分配板258和衬底 支撑224之间。从远程等离子体源至第二入口282的气体管线284通过第 二入口282将来自远程等离子体源的反应性物种输送至室203的处理区 212中。
通常，在来自远程等离子体源的气体管线77中提供分流器79。分流 器79允许来自远程等离子体源66的反应性物种的第一部分经由分流器79 和室203之间的管线42导向室203的第一入口280，而来自远程等离子体 源的反应性物种的第二部分经由分流器79和室203之间的管线284导向室 的第二入口282。
温度控制衬底支撑组件238布置在室203的中央。在处理期间，支撑 组件238支撑衬底240。在一个实施例中，衬底支撑组件238包括衬底支 撑224，该支撑224具有封装至少一个嵌入式加热器232的铝主体。布置 在支撑组件238中的诸如电阻元件的加热器232耦合至可选的电源274， 并且可控制地将支撑组件238和位于其上的衬底240加热至预定的温度。
一般而言，支撑组件238具有包括下侧面226和上侧面234的衬底支 撑224。上侧面234支撑衬底240。下侧面226具有与其耦合的杆 242(stem)。杆242将支撑组件238耦合至提升系统(未示出)。该提升系 统在升高的处理位置(未示出)和便于将衬底转移进出化学气相沉积室 203降低的位置之间移动支撑组件238。杆242另外为支撑组件238和系统 200的其他部件之间的电导线和热电偶导线提供管道。
在支撑组件238(或杆242)和化学气相沉积室203的底部208之间耦 合波纹管246。波纹管246在处理区212和化学气相沉积室203的外部的 大气之间提供真空密封，同时便于该支撑组件238垂直移动。
支撑组件238一般接地，使得由电源222向位于盖组件210和衬底支 撑组件238之间的气体分配组件218(或位于室的盖组件内或附近的其他 电极)提供的RF功率可以激活在支撑组件238和气体分配组件218之间 的处理区212中存在的气体。支撑组件238另外还支撑(circumscribing) 外接屏蔽框架248。一般而言，屏蔽框架248阻止在衬底240和支撑组件 238的边缘上的沉积，使得衬底不会粘着在支撑组件238上。支撑组件 238具有贯通其布置的多个孔228，这些孔用于容纳多个升降销(lift pin) 250。
图2是根据本实用新型的另一个实施例的等离子体增强化学气相沉积 系统201的示意剖面图。如图2所示，系统201类似于图1所示的系统 200(在图1和图2中相同的部件用相同的标号标记)。然而，系统201包 括构造成绕过气体分配组件218提供来自远程等离子体源的反应性物种的 两个入口286、288，而图1的系统200包括构造成绕过气体分配组件218 提供来自远程等离子体源的反应性物种的一个入口282。从远程等离子体 源至入口288的气体管线283将来自远程等离子体源的反应性物种通过入 口288输送至室203的处理区。从远程等离子体源至入口286的气体管线 285将来自远程等离子体源的反应性物种通过入口286输送至室203的处 理区。可选地，系统201还包括第二流量限制器75，使得在远程等离子体 源66和第一入口280之间的有一个可选的流量限制器76，并且在远程等 离子体源66和入口286、288之间有另一个可选的流量限制器75。在流量 节流器75和入口286、288之间的分流器78控制从远程等离子体源66至 入口286、288的反应性物种的流量，使得一部分反应性物种可以经由入 口286提供到处理区212，而一部分反应性物种可以经由入口288提供到 向处理区。入口286、288可以位于室的相对侧的室体202的侧壁206中。 可以相信，提供两个间隔开的入口286、288增强了反应性物种沿室的均 匀分布的形成。
图3根据本实用新型另一个实施例的等离子体增强化学气相沉积系统 209的示意剖面图。如图3所示，系统209类似于图1所示的系统200(在 图1和图3中相同的部件用相同的标号标记)。然而，系统209包括两个 远程等离子体源。如图3示意性示出，第一远程等离子体组件260包括远 程等离子体源66和诸如流量控制机构70、73，气源64、72和可选的流量 限制器76的关联部件，并且第一远程等离子体源组件260经由气体管线 42连接至室203，包括远程等离子体源的第二远程等离子体组件260经由 气体管线43连接至室。来自气体管线42的反应性物种经由入口280引入 室中，并且来自气体管线43的反应性物种经由入口282引入室中。由于 反应性物种从不同的远程等离子体源引入入口280和282，所以不需要分 流器来调节一个远程等离子体源和两个入口之间的流量。
图4是根据本实用新型另一个实施例的等离子体增强化学气相沉积系 统400的示意剖面框图。系统400包括第一化学气相沉积室402、第二化 学气相沉积室404、第一远程等离子体源406和第二远程等离子体源 408。化学气相沉积室402、第二化学气相沉积室404、第一远程等离子体 源406和第二远程等离子体源408在图4中简要地概述，并且可以包括以 上参照图1-图3所描述的化学气相沉积室和远程等离子体源的一些或所 有部件。远程等离子体源406分别向室402、404的盖区域414、416中的 入口410、412提供反应性物种。反应性物种通过气体分配组件424、426 进入室402、404的处理区420、422中。远程等离子体源408分别向室 402、404的侧壁434、436中的入口430、432提供反应性物种。因而，来 自远程等离子体源408的反应性物种绕过气体分配组件424、426。
图4所示的等离子体增强化学气相沉积系统减少清洗若干室所需的远 程等离子体源的个数。例如，尽管图3所示的系统中每一个化学气相沉积 室包括两个远程等离子体源，图4所示的系统提供用两个远程等离子体源 清洗两个化学气相沉积室的方法。可以在图4所示的系统的一个室中进行 沉积处理，同时用两个远程等离子体源清洗另一个室。在第一室中完成沉 积处理之后，接着可以用两个远程等离子体源来清洗第一室，并且同时可 在另一个室中进行沉积处理。
尽管在图4示出的实施例中，第一远程等离子体源通过室的气体分配 组件向两个室的处理区提供反应性物种，第二远程等离子体源绕过气体分 配组件向两个室的处理区提供反应性物种，在其他的实施例中，可以一起 使用其他数量的远程等离子体源和室。例如，第一远程等离子体源可以耦 合至三个或更多室的第一入口，并且第二远程等离子体源可以耦合至三个 或更多室的第二入口。
由于根据本实用新型实施例提供的等离子体增强化学气相沉积系统包 括绕过化学气相沉积室的气体分配组件将反应性物种引入化学气相沉积室 的处理区中的入口，本实用新型的实施例提供清洗等离子体增强化学气相 沉积系统的方法，该方法包括将来自远程等离子体源的反应性物种绕过化 学气相沉积室的气体分配组件引入化学气相沉积室的处理区中。来自相同 或不同的远程等离子体源的反应性物种可以通过单独的入口引入室中，该 入口构造成经由气体分配组件将反应性物种提供至室的处理区。
反应性物种可以由诸如含卤气体(例如诸如NF3、F2、CF4、SF6、 C2F6、CCl14、C2Cl6或其结合物的含氟气体)的传统清洗气体通过使用标准 的远程等离子体源条件而形成。由化学气相沉积室提供的诸如内部RF功 率的原位功率还可以用来在室清洗处理期间通过附加分解诸如F2物种的物 种而提高清洗速率。
通过经由气体分配组件提供至少一些反应性物种，气体分配组件被反 应性物种清洗或至少部分地清洗。优选地，引入室的处理区的大部分反应 性物种绕过气体分配组件而引入。例如，反应性物种可以以第一流速通过 第一入口和气体分配组件引入室的处理区中，并且反应性物种可以以比第 一流速高约1至约10倍之间的第二流速通过绕过气体分配组件的第二入 口引入室处理区中。例如，对于改进的AKT 25K PECVD室，第一流速可 以约为2slm，并且第二流速可约为10slm。
尽管反应性物种可以经由气体分配组件引入室的处理区中，并且同时 绕过气体分配组件将反应性物种引入室的处理区中，但是可将反应性物种 通过室中不同的入口按顺序地进行引入。例如，在诸如充分地清洗气体分 配组件的穿孔的时间段的第一时间段，反应性物种通过第一入口和气体分 配组件引入室的处理区中。然后在第二时间段，可以停止反应性物种流经 第一入口，并且反应性物种可以通过绕过气体分配组件的第二入口引入室 的处理区中以清洗室的其他部件。
可以相信，绕过气体分配组件向室提供大部分的反应性物种通过降低 反应性物种重新结合的量而增加室清洗效率，该反应性物种的重新结合是 由于使反应性物种流经气体分配组件的小直径(例如16mils)穿孔而引起 的。
尽管前述涉及本实用新型的实施例，本实用新型的其他和进一步的实 施例可以在不脱离其基本范围的情况下进行设计。本实用新型的范围由下 列的权利要求确定。