專(zhuān)利名稱(chēng)：使用分子氟的原位激活的沉積腔室清潔的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及清潔沉積腔室的新方法及其設(shè)備。
背景技術(shù)：
無(wú)定形薄膜和微晶薄膜用于制造光伏器件，并通常使用化學(xué)氣相沉積技術(shù)來(lái)沉積，包括等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)方法。這些方法從氣態(tài)物質(zhì)出發(fā)，通過(guò)以下步驟在基材的表面上沉積固態(tài)薄膜將前體反應(yīng)氣體注入反應(yīng)器腔室，然后利用由射頻(RF)電源形成的等離子體激活該氣體。使用化學(xué)沉積法制造器件包括沉積硅、氧化硅、氮化硅、金屬氧化物和其它材料的薄膜。這些沉積過(guò)程在腔室中留下沉積物，必須定期清潔該沉積物。已知清潔反應(yīng)器腔室的方法包括含氟清潔氣體的原位激活，所述含氟清潔氣體包括例如NF3、SF6, C2F6或其它氟碳分子。將清潔氣體引入腔室中，激發(fā)等離子體以形成氟離子和自由基，氟離子和自由基與位于腔室的側(cè)壁和部件上的硅沉積物發(fā)生反應(yīng)。然而，解離這些含氟分子所需的能量很高，因此腔室中需要能源，例如RF電源。這增加了等離子體引發(fā)的對(duì)腔室和設(shè)備造成損壞而導(dǎo)致部件壽命縮短的風(fēng)險(xiǎn)。另外，所述含氟氣體極有可能導(dǎo)致全球變暖，當(dāng)該氣體不完全解離時(shí)，將對(duì)環(huán)境造成不利影響。另一種腔室清潔方法使用遠(yuǎn)程等離子體源以激活含氟清潔氣體。在該方法中，清潔氣體首先通過(guò)位于腔室外部的等離子體源，在該等離子體源中清潔氣體發(fā)生解離，自由基進(jìn)入腔室以進(jìn)行清潔。遠(yuǎn)程等離子體激活比原位激活可實(shí)現(xiàn)更高的氣體解離，因此可改進(jìn)清潔效率。然而，使用遠(yuǎn)程等離子體源需要額外的設(shè)備，這會(huì)增加相當(dāng)大的操作成本。另夕卜，氣流通常受到遠(yuǎn)程等離子體源參數(shù)的限制，從而增加了清潔時(shí)間和成本。另外，遠(yuǎn)程等離子體激活通常需要使用氬氣以啟動(dòng)等離子體，因?yàn)闅鍤獠唤怆x，并且其容易被激發(fā)。這種氬氣的使用減少了清潔氣體的氣流，因此增加了清潔時(shí)間成本。如上所述，所述含氟清潔氣體極有可能導(dǎo)致全球變暖，當(dāng)該氣體不完全解離時(shí)，將對(duì)環(huán)境造成不利影響。其它腔室清潔方法包括高溫清潔或高壓清潔。這些方法需要的溫度或壓力遠(yuǎn)高于清潔過(guò)程中所用的溫度。因此，在清潔之前必須調(diào)節(jié)腔室的溫度或壓力，這導(dǎo)致了清潔循環(huán)時(shí)間的增加和操作成本的增長(zhǎng)。另外，增壓清潔可能需要額外的泵系統(tǒng)，從而增加了設(shè)備和操作成本。另外，高壓清潔可導(dǎo)致腔室中的對(duì)流現(xiàn)象，這增加了部件變形的風(fēng)險(xiǎn)。本領(lǐng)域仍然需要改進(jìn)清潔反應(yīng)腔室的設(shè)備和方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供用于清潔反應(yīng)腔室的改進(jìn)的方法和設(shè)備，其克服了現(xiàn)有技術(shù)方法和設(shè)備的缺點(diǎn)。具體而言，本發(fā)明使用分子氟清潔所述腔室。附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明

圖1是顯示在沒(méi)有壓力調(diào)節(jié)的情況下使用分子氟的原位激活清潔過(guò)程中的壓力曲線的圖。
圖2是顯示對(duì)于反應(yīng)腔室的原位激活清潔，射頻功率的影響的圖。圖3是顯示氟流速對(duì)反應(yīng)腔室的清潔時(shí)間的影響的圖。圖4是顯示本發(fā)明的清潔效率的圖。圖5是顯示本發(fā)明的清潔效率的質(zhì)譜結(jié)果。圖6是比較遠(yuǎn)程等離子體激活和原位激活的腔室中的壓力穩(wěn)定化的圖。發(fā)明詳沭本發(fā)明使用分子氟進(jìn)行反應(yīng)腔室清潔。所述反應(yīng)腔室用于沉積各種薄層，包括硅(無(wú)定形和微晶)。對(duì)于大部分沉積，為了解離前體材料，并在基材的表面上沉積需要的分子，需要進(jìn)行等離子體激活(原位或遠(yuǎn)程)。在沉積過(guò)程中，材料也累積在反應(yīng)腔室的壁和內(nèi)部設(shè)備表面上。這些沉積物必須通過(guò)使用清潔氣體進(jìn)行清潔而定期除去。根據(jù)本發(fā)明，已顯示由分子氟的解離而形成的氟自由基作為清潔氣體非常有效。分子氟所需的解離能較低，因此可使用反應(yīng)腔室內(nèi)已存在的射頻電源(即用于解離沉積前體的射頻電源)進(jìn)行實(shí)施。不需要遠(yuǎn)程等離子體激活，因此除了反應(yīng)腔室內(nèi)已有的設(shè)備外，不需要額外的設(shè)備。另外，本發(fā)明可在較低的壓力和射頻能量下實(shí)施。另外，當(dāng)使用分子氟時(shí)，不需要為了等離子體激發(fā)的目的而添加氧氣或氬氣。圖1是顯示在沒(méi)有壓力調(diào)節(jié)的情況下使用分子氟的原位激活清潔過(guò)程中的壓力曲線的圖。如圖所示，當(dāng)分子氟已被引入腔室中時(shí)，壓力穩(wěn)定在某一壓力范圍，其常被稱(chēng)作較低的平臺(tái)。在該階段中(稱(chēng)作主要清潔)，整個(gè)腔室的硅沉積物被自由基和分子形式的氟蝕刻。當(dāng)硅已從腔室的較大部件(例如蓮蓬頭)上除去后，較大量的氟殘留在腔室中，但沒(méi)有剩余物質(zhì)與之反應(yīng)。這導(dǎo)致壓力急劇增加至第二平臺(tái)，在這一過(guò)程中氟繼續(xù)與腔室的較遠(yuǎn)端區(qū)域中殘留的硅反應(yīng)。當(dāng)最后的殘余硅已被除去，不再有與氟的反應(yīng)發(fā)生，此時(shí)壓力穩(wěn)定。這表示清潔過(guò)程的結(jié)束，然后用惰性氣體(例如氬氣)吹掃氣體管線。根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)在腔室中使用分子氟并原位激活來(lái)進(jìn)行腔室清潔可實(shí)現(xiàn)許多益處。例如，F(xiàn)2的解離能低于NF3或SF6，這使得在使用較高流速的情況下仍能實(shí)現(xiàn)良好的解離速率和快速的清潔時(shí)間。當(dāng)使用NF3或SF6時(shí)，需要遠(yuǎn)程等離子體源，因此氟流入腔室的流速受到遠(yuǎn)程等離子體源最大功率的限制。使用分子氟并進(jìn)行原位激活不需要遠(yuǎn)程等離子體源，因此可用所需的較高流速。由于不需要大型、強(qiáng)功率、高成本的遠(yuǎn)程等離子體源，這使得本發(fā)明方法更經(jīng)濟(jì)。圖2是顯示對(duì)于反應(yīng)腔室的原位激活清潔，射頻功率的影響的圖。具體而言，圖2比較了使用利用本發(fā)明腔室的射頻電源解離的分子氟的腔室清潔結(jié)果與使用遠(yuǎn)程等離子體輔助分子氟清潔的腔室清潔結(jié)果，所有清潔均在相同的氟氣流下進(jìn)行。如圖2所示，在為腔室提供相同量的氟的情況下，本發(fā)明的原位激活提供了更快的總清潔時(shí)間。所有清潔圖的壓力急劇增加表示硅已從腔室的大部分(例如，蓮蓬頭)除去。盡管遠(yuǎn)程等離子體激活的該階段進(jìn)行得稍快，但原位法的總清潔時(shí)間較快。另外如圖2所示，當(dāng)在3000W下使用反應(yīng)器腔室射頻電源時(shí)，不能實(shí)現(xiàn)分子氟的完全解離，這是由于對(duì)于相同的氣體流速，相比于使用遠(yuǎn)程等離子體源的情況，前者只能達(dá)到較低的壓力。在5000W下使用反應(yīng)器腔室射頻電源實(shí)現(xiàn)較好的分子氟的解離，但不能提供較快的清潔時(shí)間。然而，如上所述，在任一種情況中，使用分子氟并進(jìn)行本發(fā)明的原位激活實(shí)現(xiàn)了較快的總清潔時(shí)間。
使用反應(yīng)器腔室射頻源實(shí)現(xiàn)較快的總清潔時(shí)間至少部分歸因于不需要如遠(yuǎn)程等離子體源那樣需要?dú)鍤饧ぐl(fā)。另外，由于清潔壓力較低，等離子體在反應(yīng)腔室內(nèi)擴(kuò)展至更高的程度，這使得氟離子在整個(gè)腔室內(nèi)更好地分布，因此總清潔更快。通過(guò)增加分子氟流速可實(shí)現(xiàn)甚至更快的清潔時(shí)間。圖3顯示了氟流速對(duì)清潔時(shí)間的影響。具體而言，在保持較低的射頻功率(5000W或更低)的同時(shí)，通過(guò)增加氟流速實(shí)現(xiàn)了良好的結(jié)果。通過(guò)提高氟進(jìn)入腔室的流速，腔室中存在更大量的氟用于清潔目的，因此清潔速率可提高，清潔時(shí)間縮短。流速為9標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘、18標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘和24. 5標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘的結(jié)果如圖3中所述，其中，可清楚看出較高的流速產(chǎn)生較快的清潔時(shí)間。另外，如圖3所示，提高射頻激活電源可產(chǎn)生更快的清潔時(shí)間，至少對(duì)于流速為18標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘的情況而言是如此。能夠在較高流速下運(yùn)行同時(shí)保持低功率是與使用含氟化合物相比使用分子氟的一個(gè)明確優(yōu)點(diǎn)。具體而言，由于其較高的解離能，通常不可能增加含氟化合物(例如即3或SF6)的流速。由于分子氟的解離能較低，使得較高的流速成為可能，并因此改進(jìn)清潔循環(huán)時(shí)間。根據(jù)本發(fā)明使用分子氟原位激活的清潔效率如圖4和圖5所示。具體而言，圖4顯示當(dāng)根據(jù)本發(fā)明進(jìn)行原位激活，隨后進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)程等離子體源激活清潔時(shí)的腔室壓力的曲線圖。如圖4所示，原位清潔循環(huán)顯示具有較低平臺(tái)和第二平臺(tái)的典型壓力圖。一旦該清潔完成，標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)程等離子體源清潔循環(huán)開(kāi)始，并且如圖4所示，壓力立即升高至所述第二平臺(tái)并穩(wěn)定。這表明在原位激活清潔過(guò)程中硅已從腔室上被有效除去。圖5再次使用質(zhì)譜結(jié)果顯示本發(fā)明的效率。進(jìn)行相同的清潔順序，即原位清潔后進(jìn)行遠(yuǎn)程等離子體源清潔。如圖5所示，在遠(yuǎn)程等離子體源清潔過(guò)程中，沒(méi)有檢測(cè)出氟化硅化合物的痕跡，表明原位激活清潔將硅從腔室中有效地除去。根據(jù)本發(fā)明使用分子氟至少部分是有益的，因?yàn)槠涫菢O高反應(yīng)活性的材料。因此，分子氟甚至在沒(méi)有解離的情況下將與硅反應(yīng)。換言之，使用分子氟具有解離的氟和分子氟都參與清潔過(guò)程的益處。另外，由于分子氟易于擴(kuò)展至腔室的遠(yuǎn)程部件，使得腔室的大的中心部分(例如蓮蓬頭)以及腔室的遠(yuǎn)程部件(例如，側(cè)壁)同時(shí)被清潔。圖6是比較遠(yuǎn)程等離子體激活和原位激活的腔室中的壓力穩(wěn)定化的圖。該圖顯示在清潔的上平臺(tái)階段(即腔室的主要部件的硅已被清潔后)中，與遠(yuǎn)程等離子體源過(guò)程相t匕，原位過(guò)程的壓力變化明顯較小。這表示在所述原位過(guò)程的主要清潔階段中，大部分的硅已被除去，即腔室的遠(yuǎn)程部件與主要部件同時(shí)被清潔。這使得本發(fā)明實(shí)現(xiàn)較快的總清潔時(shí)間。根據(jù)本發(fā)明，與含氟清潔氣體(例如NF3和SF6)的使用相比，分子氟的使用提供了幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。具體而言，這些含氟氣體的解離需要大很多的射頻功率，因此如果僅使用反應(yīng)器腔室射頻電源，存在等離子體引發(fā)的(例如通過(guò)電弧)對(duì)反應(yīng)器的損壞的顯著風(fēng)險(xiǎn)。另外，根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)使用分子氟時(shí)，不需要使用遠(yuǎn)程等離子體源。含氟化合物通常需要此類(lèi)遠(yuǎn)程等離子體源以避免等離子體引發(fā)的腔室損壞的風(fēng)險(xiǎn)，因此需要額外的設(shè)備，這增加了操作復(fù)雜性和成本。另外，含氟化合物的使用通常需要添加氧氣或氬氣作為等離子體激發(fā)的輔助物質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明當(dāng)使用分子氟時(shí)，不需要使用此類(lèi)附加氣體，例如氧氣或氬氣。使用分子氟的本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)腔室清潔方法的缺點(diǎn)。具體而言，對(duì)氣流和腔室壓力的限制較少?？墒褂幂^低射頻功率，使得等離子體引發(fā)的損壞的風(fēng)險(xiǎn)較小。分子氟不會(huì)導(dǎo)致全球變暖。因此，不完全解離不會(huì)對(duì)環(huán)境造成危害，也不需要復(fù)雜的去除系統(tǒng)。如上所述，本發(fā)明不需要額外的設(shè)備例如遠(yuǎn)程等離子體源，并實(shí)現(xiàn)了更快的總腔室清潔時(shí)間。另外，通過(guò)使用分子氟，原位解離可在與沉積過(guò)程中使用的溫度和壓力類(lèi)似的溫度和壓力下進(jìn)行。因此，沒(méi)有調(diào)節(jié)和重建溫度和壓力條件的時(shí)間損失，而這些對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的高溫法和高壓法將是需要的。重要的是，本發(fā)明提供了腔室的完全清潔，其清潔時(shí)間與使用遠(yuǎn)程等離子體源時(shí)所需的時(shí)間相比明顯較短。本發(fā)明的上述討論集中在使用分子氟進(jìn)行反應(yīng)器腔室清潔。然而，本發(fā)明還可用于清潔硅涂覆的材料，或用于清潔含硅材料，例如氧化硅、氮化硅、氧-氮化硅，碳化硅、碳
氮化娃等。預(yù)期本領(lǐng)域技術(shù)人員通過(guò)閱讀以上內(nèi)容，可以顯而易見(jiàn)地想到本發(fā)明的其它實(shí)施方式以及變化，這些實(shí)施方式和變化也都包括在所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明保護(hù)范圍以?xún)?nèi)。
權(quán)利要求
1.一種清潔化學(xué)氣相沉積腔室的方法，該方法包括 將分子氟引入所述腔室中； 在所述腔室中至少部分地原位解離所述分子氟，以形成氟自由基； 使所述氟自由基和分子氟與所述腔室中不希望有的沉積物反應(yīng)；以及 排除所述腔室中的氣體。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述腔室是等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積腔室。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，解離所述分子氟包括使所述分子氟接觸3000-5000W的射頻電源。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，解離所述分子氟包括使所述分子氟接觸約3000W的射頻電源。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，引入氟包括在9-24.5標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘的流速下引入氟。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述流速約為18標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘。
7.一種清潔化學(xué)氣相沉積腔室的設(shè)備，該設(shè)備包括 沉積腔室，所述沉積腔室包括位于其中的電源；以及 與所述沉積腔室連接的分子氟源。
8.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征在于，所述腔室是等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積腔室。
9.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征在于，所述電源是射頻電源。
全文摘要
本發(fā)明涉及使用分子氟作為清潔物質(zhì)清潔反應(yīng)腔室的方法和設(shè)備。使用腔室射頻電源使得所述分子氟在反應(yīng)腔室中原位解離。一種示例性的清潔化學(xué)氣相沉積腔室的方法可包括將分子氟引入所述腔室中；在所述腔室中至少部分原位解離所述分子氟，以形成氟自由基；使所述氟自由基和分子氟與所述腔室中不希望有的沉積物反應(yīng)；以及抽出所述腔室中的氣體。
文檔編號(hào)B08B3/12GK103037989SQ201180031431
公開(kāi)日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2011年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月25日
發(fā)明者J-C·西高, 黃應(yīng)享, P·A·斯托克曼, S·彼得里 申請(qǐng)人:琳德股份公司