专利汇可以提供通过从等离子体沉积形成膜的装置专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且描述一种 等离子体 激发装置,其用于从分布式 电子 回旋共振所形成的等离子体在衬底上沉积膜。该装置包含具有发射 微波 的末端的微波天线,设置在所述天线末端的区域中而且与其一起限定出在其中可以生成等离子体的 电子回旋共振 区域的磁体,以及具有膜前体气体或等离子体气体出口的进气单元。设置该出口以引导气体朝向从微波天线来看位于磁体之外的膜沉积区域。,下面是通过从等离子体沉积形成膜的装置专利的具体信息内容。
1.一种等离子体激发装置,其用于从分布式电子回旋共振所形成 的等离子体在衬底上沉积膜,该单元包含具有发射微波的末端的微波 天线,设置在所述天线末端的区域中而且与其一起限定出电子回旋共 振区域的磁体,在该电子回旋共振区域中能够生成等离子体,以及具 有膜前体气体或等离子体气体出口的进气单元,设置该出口以引导气 体越过磁体朝向从微波天线来看位于磁体之外的膜沉积区域。
2.权利要求1的装置,其中所述出口位于本文限定的热电子约束 包络体中。
3.权利要求1的装置,其中所述出口位于发射微波的微波天线末 端处或与其邻近。
4.权利要求3的装置,其中所述微波天线包含管,而且由所述 管连同进气管线提供进气单元,设置该进气管线以将气体从其来源引 入该管。
5.权利要求4的装置,其中设置该进气管线以将气体引入该管 内部。
6.权利要求4的装置,其中设置该进气管线以将气体引入该管 的壁内限定出的区域,所述出口与所述区域连通。
7.权利要求4的装置,特征在于所述管是同轴管,该同轴管包 含微波在其中传播的内管部件以及外管部件,所述外管部件与该内管 部件一起限定出环形区域,通过进气管线将气体引入该环形区域。
8.前述权利要求任一项的装置,其中定位磁体以使得其磁轴基 本上与微波从天线传播的方向对齐。
9.一种从等离子体在衬底上沉积膜的设备,其包含罩壳,设置 在该罩壳内的如前述权利要求任一项所述的多个等离子体激发装置, 以及同样在该罩壳内的用于支撑衬底的装置。
10.权利要求9的设备,其中单一气体罩包围着天线的末端和相 关的磁体。
本发明涉及通过从等离子体沉积至加工表面上而形成膜的方法。 更具体地,本发明涉及使用微波能量以通过电子回旋共振产生等离子 体。特别关注的一个领域是在称为等离子体增强CVD(化学气相沉积) 的工艺中,通过硅烷如SiH4、Si2H6或者更高阶低聚物的离解沉积无定 形硅(a-Si:H)的膜。可以用于沉积无定形硅或无定形硅合金的其它 前体气体包括其中硅与一个或多个碳、氧或氮结合、任选地连同氢一 起存在的分子。硅合金的实例为SiOxNy所示类型的结构。此外,含硅 气体可以与其它气体一起使用,例如锗烷、或可以用于沉积其它膜的 不含硅的气体。关于无定形硅膜应用的特别关注的一个领域是将太阳 能转化成电功率的装置。这类无定形硅材料还可以用于电子应用中, 例如显示器用的TFT。本文使用的术语“无定形硅”表示氢化的无定 形硅,a-Si:H。为了用于刚才提及的领域中,必须存在一些氢,通常 是3-20%,以钝化作为缺陷的悬空键。
另外认为本发明适用于使用其它前体气体来沉积无定形形态的 其它材料,例如使用锗烷以沉积a-Ge:H。此外认为本发明适用于沉积 微晶材料例如μc-Si、μc-Ge以及适用于沉积DLC(类金刚石碳)。
在激发等离子体至电子回旋共振(在下文缩写为“ECR”)的技 术领域中,当静态或准静态磁场中电子的回转频率等于外加加速电场 的频率时获得共振。对于磁场B,在由以下关系与B相关的激发频率f 下获得该共振:
B=2πmf/e (1)
其中m和e是电子的质量和电荷。
当以电子回旋共振频率激发等离子体时,电子与电场同相旋转, 并且连续地从满足ECR条件(1)的外部激发源获得能量从而达到离解 或电离气体所必需的阈能。为了满足该条件,首先需要的是电子保持 陷入磁力线,也就是它的回转半径相对于静态磁场梯度足够小,使得 电子在它的回转期间看到基本上恒定的磁场,以及其次是回转频率相 对于电子与中性成分例如原子和/或分子之间的碰撞频率保持较大。换 句话说,当气体压力相对低且同时激发频率f高(这也意味着磁场强 度B必须高)时,可望获得激发等离子体至电子回旋共振的最佳条件。
常规的发散ECR的主要困难在于,在大面积上产生密度基本上均 匀的等离子体是不可能的。这意味着不能将它用于例如在大尺寸的加 工表面上沉积基本上均匀的材料层。为了解决该问题,已经开发出一 种称作分布式电子回旋共振(DECR)的技术,它使用其中多个等离子 体激发装置形成网络的设备,这些装置共同地在加工表面产生密度基 本上均匀的等离子体。单个的等离子体激发装置各自由微波能量的线 式施加器构成,其末端与产生微波能量的源相连,相对一端安装有至 少一个用于产生具有恒定且强度对应于电子回旋共振的磁场的至少一 个表面的磁偶极子。该偶极子安装在微波施加器的端部,其安装方式 确保加速到电子回旋共振的电子在极之间振荡,以至于产生位于远离 施加器端部的偶极子一侧上的等离子体扩散区。各个激发装置相对于 彼此分布并且位于加工表面附近,以便一起为加工表面产生均匀的等 离子体。
上述DECR设备在美国专利6,407,359(对应于EP-1075168)中 有描述,而且其中所述设备的更详细论述参照附图在下面给出。从那 些图中可以清楚的是,从衬底看去,激发装置采取一般为矩形阵列的 形式,其中包括该矩形为正方形的特定情况,因此有时将上述设备称 为矩阵DECR(MDECR)设备。然而,应当理解的是,本发明还可以应 用于如下的DECR设备,其中激发装置以非矩形的二维网络、例如六边 形网络设置,或者其中存在装置的两条平行线,一条线中的装置相对 于彼此偏移。六边形阵列的实例在以下给出:“Determination of the EEDF by Langmuir probe diagnostic in aplasma excited at ECR above a multipolar magnetic field”,T.Lagarde,Y.Arnal, A.Lacoste,J.Pelletier,Plasma Sources Sci.Technol.10, 181-190,2001。该装置还可以设置成环形、部分环形或近环形阵列。 应当注意的是,在本发明人完成的一些工作中,已经用三个或六个装 置围绕的中心等离子体激发装置进行沉积,周围装置的磁体极性与中 心装置的磁体相反设置并且分别以三角形或六边形阵列设置。
此外,本发明可以应用于不是MDECR类型的DECR设备。因此, 例如,它可适用于历史上在MDECR类型之前而且具有圆柱体形状并使 用从该圆柱体的顶端延伸到底端的磁体和长天线的DECR反应器。上述 设置在Michel Moisan和Jacques Pelletier的“Microwave Excited Plasmas”,Elsevier,1992中有描述,而且适合于均匀涂覆圆柱形 衬底例如管子或者特征如下的物体:其尺寸(长度、半径)比等离子 体双极平均自由程小(参见上述参考文献,附录9.1,第269-271页)。 该物体可以具有位于等离子体的中心部分并垂直于圆柱体轴线定向的 平坦表面。
与大多数发散ECR反应器不同,DECR反应器仅采用单一腔室,其 既用作等离子体室又用作沉积室。这容许通过等离子体直接分解前体 气体而不使用额外和专门的等离子体气体。衬底并不位于等离子体中 或直接位于强磁场中,这避免热电子和离子对生长中的膜的非有意轰 击。在紧临天线、而且特别地靠近生成ECR区域的磁体的每个MW-ECR 区域中生成等离子体。
形成MW-ECR天线网络具有容许等离子体区域扩展以及生成朝向 衬底的物质均匀流动的益处。附图中的图3显示了由四根天线产生的 等离子体。
在DECR中,使用不同于膜前体气体的等离子体气体不是必要的, 并且可以单独使用膜前体气体而不使用另外的等离子体气体。在这种 情况下膜前体气体在天线附近分解并朝向衬底扩散以沉积和形成膜。 在该“行进”过程中,等离子体生成物质与未离解的气体之间可发生 副反应。例如,在前体气体是SiH4时,由SiH4分解生成的氢基团可以 与未离解的SiH4反应以形成SiH3基团,该SiH3基团被认为是沉积高品 质膜所需要的最重要的基团。
然而,尽管不必要,但是除了膜前体气体外在DECR中还可以使 用等离子体气体。这类等离子体气体的实例为H2、Ar和He。期望这些 等离子体气体在与膜前体气体反应之前被等离子体激发或分解。使用 将气体注入DECR反应器的常规方式实现这样的要求是复杂的,特别是 为了在很大面积上沉积均匀膜而需要产生大面积等离子体的话。
本发明涉及等离子体激发装置,在DECR设备中可以组合多个该 单元,每个该装置包含用于以有利的方式注入气体的机构,无论是等 离子体气体、膜前体气体或是等离子体气体和膜前体气体的混合物, 最后提及的可能性在微晶硅或其它微晶材料的沉积中特别引人关注。 关于其中通过DECR工艺沉积的膜的品质以及沉积速率可以通过对引 入膜前体气体的位置和引入气体的指向进行适当选择而得到改善的论 述,可关注我们在与本申请相同日期提交并且题为“Method and apparatus for forming a film by deposition from a plasma”的 共同待决的申请(我们的卷号G28331EP(欧洲专利申请No. 06301115.9))。
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