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      用于消除遮蔽框架的氣體限制器組件的制作方法

      文檔序號:10578807閱讀:430來源:國知局
      用于消除遮蔽框架的氣體限制器組件的制作方法
      【專利摘要】本公開涉及一種氣體限制器組件,所述氣體限制器組件被設(shè)計成通過限制氣流并改變在基板邊緣區(qū)域附近的局部氣流分布來降低不均勻的沉積速率。所述氣體限制器組件的材料、尺寸、形狀和其他特征可基于處理要求以及相關(guān)聯(lián)的沉積速率而變化。在一個實施方式中,一種用于處理腔室的氣體限制器組件包括氣體限制器,所述氣體限制器被配置成減少氣流并且補償基板邊緣區(qū)域上的較高沉積速率。所述氣體限制器組件還包括覆蓋件,所述覆蓋件設(shè)置在所述氣體限制器下方。所述覆蓋件被配置成防止基板支撐件暴露于等離子體下。
      【專利說明】
      用于消除遮蔽框架的氣體限制器組件
      [0001 ] 本公開的背景
      技術(shù)領(lǐng)域
      [0002]本公開的實施方式總體上涉及一種用于使分布均勻性提高的氣體限制器組件以及用于在處理腔室中分布氣體的方法。
      【背景技術(shù)】
      [0003]液晶顯示器或平板通常使用于有源矩陣顯示器,諸如計算機和電視機監(jiān)視器。一般采用等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)在基板(諸如用于平板顯示器或半導(dǎo)體晶片的透光基板)上沉積薄膜。一般通過將前驅(qū)氣體或氣體混合物(例如,硅烷(SiH4)和氮氣(N2))引入容納有基板的真空腔室中實現(xiàn)PECVD。前驅(qū)氣體或氣體混合物通常被向下引導(dǎo)以通過位于腔室頂部附近的分布板。通過從耦接到腔室的一或多個RF源將射頻(RF)功率施加至腔室,腔室中的前驅(qū)氣體或氣體混合物被激發(fā)(例如激勵)成等離子體。受激勵的氣體或氣體混合物發(fā)生反應(yīng),以便在定位在溫度受控的基板支撐件上的基板的表面上形成材料(例如,氮化硅(SiNx))的層。氮化硅層形成用于下一代薄膜晶體管(TFT)和有源矩陣有機發(fā)光二極管(AMOLED)中的低溫多晶硅(LTPS)膜堆疊的鈍化層、柵極絕緣體、緩沖層和/或蝕刻停止層。TFT和AMOLED是用于形成平板顯示器的兩種類型器件。
      [0004]通過PECVD技術(shù)處理的平板通常較大,常常超過4平方米。由于在平板顯示器工業(yè)中,基板尺寸持續(xù)增長,對大面積PECVD的膜厚度和膜均勻性控制成為問題。遮蔽框架通常在PECVD中用于保護基板支撐件免受等離子體影響。然而,由于遮蔽框架覆蓋基板最外邊緣,因此這些遮蔽框架:(I)使邊緣排除(edge exclus1n,EE)增加3mm至5mm;以及(2)不利影響基板周邊/邊緣區(qū)域附近的膜沉積。一種使邊緣均勻性改進的方式是消除遮蔽框架。然而,消除遮蔽框架還會使基板支撐表面的周邊區(qū)域暴露于等離子體下,這可能會由于基板與未覆蓋的基板支撐表面之間的偏移而在基板邊緣區(qū)域處導(dǎo)致較高沉積速率。此外,如果基板支撐表面暴露于等離子體下,就會導(dǎo)致等離子體起弧以及不均勻的沉積。
      [0005]因此,需要改進在基板中的沉積速率和膜分布均勻性。

      【發(fā)明內(nèi)容】

      [0006]本公開大體上涉及一種氣體限制器組件,所述氣體限制器組件被設(shè)計成通過限制氣流并改變在基板邊緣區(qū)域附近的局部氣流分布來減少在基板邊緣區(qū)域上的較高沉積速率。所述氣體限制器組件的材料、尺寸、形狀和其他特征可基于處理要求以及相關(guān)聯(lián)的沉積速率而變化。
      [0007]在一個實施方式中,一種用于處理腔室的氣體限制器組件包括氣體限制器,所述氣體限制器被配置成減少基板邊緣區(qū)域上的氣流并且補償基板邊緣區(qū)域上的較高沉積速率。所述氣體限制器組件還包括覆蓋件,所述覆蓋件設(shè)置在所述氣體限制器下方。所述覆蓋件被配置成防止基板支撐件暴露于等離子體下。
      【附圖說明】
      [0008]因此,為了能夠詳細理解本公開的上述特征結(jié)構(gòu)所用方式,上文所簡要概述的本公開的更具體的描述可以參考實施方式進行,實施方式中的一些在附圖中示出。然而,應(yīng)當注意,附圖僅僅示出本公開的典型實施方式,并且因此不應(yīng)視為限制本公開的范圍,因為本公開可允許其他等效實施方式。
      [0009]圖1是具有氣體限制器組件的PECVD腔室的一個實施方式的示意性截面圖。
      [0010]圖2是包圍圖1的基板支撐件的氣體限制器組件的一個實施方式的平面圖。
      [0011 ]圖3是常規(guī)遮蔽框架組件的一個實施方式的截面?zhèn)纫晥D。
      [0012]圖4是氣體限制器組件的一個實施方式的截面?zhèn)纫晥D。
      [0013]圖5是氣體限制器組件的一個實施方式的等距視圖。
      [0014]為了促進理解,已盡可能使用相同元件符號指定各圖所共有的相同元件。應(yīng)預(yù)見至IJ,一個實施方式的要素和特征可有利地并入其他實施方式,而無需進一步敘述。
      【具體實施方式】
      [0015]本公開大體上涉及一種氣體限制器組件,所述氣體限制器組件被設(shè)計成通過將氣流重新分布來減少基板邊緣區(qū)域上的較高沉積速率。根據(jù)本文所述實施方式,氣體限制器通過限制氣流并改變在基板邊緣區(qū)域附近的局部氣流分布來減少不均勻的沉積速率。氣體限制器組件的材料、尺寸、形狀和其他特征可基于處理要求以及相關(guān)聯(lián)的沉積速率而變化。
      [0016]本文中的實施方式在下文中參考配置為處理大面積基板的PECVD系統(tǒng)(諸如可從加利福尼亞州圣克拉拉市應(yīng)用材料公司(Applied Materials , Inc., Santa Clara ,Cali fornia)的子公司AO購買到的PECVD系統(tǒng))說明性地描述。然而,應(yīng)當理解,本公開有用于其他系統(tǒng)配置,諸如蝕刻系統(tǒng)、其他化學氣相沉積系統(tǒng)以及期望將氣體分布在處理腔室內(nèi)的任何其他系統(tǒng),包括配置成處理圓形基板的那些系統(tǒng)。
      [0017]圖1是用于形成電子器件(諸如TFT和AM0LED)的PECVD腔室100的一個實施方式的示意性截面圖。應(yīng)當注意,圖1僅為可用于基板上的電子器件的示例性設(shè)備。一種合適PECVD腔室可從位于加利福尼亞州圣克拉拉市應(yīng)用材料公司購得。應(yīng)預(yù)見到,其他沉積腔室(包括來自其他制造商的那些沉積腔室)可用于實踐本公開。
      [0018]腔室100—般包括壁102、底部104和氣體分布板或擴散器110以及基板支撐件130,它們限定工藝容積106。在一個實施方式中,基板支撐件130由鋁制成。工藝容積106通過貫穿壁102而形成的可密封狹縫閥108進出,使得基板105可傳送到處理腔室100中或傳送到處理腔室100外。在一個實施方式中,基板105為1850mm x 1500mm?;逯渭?30包括基板接收表面132和桿134,所述基板接收表面132用于支撐基板105,并且所述桿134被耦接到升降系統(tǒng)136以升高和降低基板支撐件130。
      [0019]氣體限制器組件129圍繞基板支撐件130周邊設(shè)置。氣體限制器組件129被配置成降低在基板140的邊緣區(qū)域上的較高沉積速率。在一個實施方式中,氣體限制器組件129包括基底131、覆蓋件133和氣體限制器135?;?31被配置成支撐氣體限制器135,并且覆蓋件133被配置成當基板140在處理期間被設(shè)置在基板支撐件130上時,覆蓋所述基板支撐件130,S卩,防止基板支撐件130暴露于等離子體下。在一個實施方式中,在處于處理溫度(例如400攝氏度)時,覆蓋件133與基板140重疊10mm、或5_。即使基板140與基板支撐件130并未對準,覆蓋件133也有利地保護基板支撐件130免受等離子體影響。氣體限制器組件129的細節(jié)將在下文論述。
      [0020]升降銷138可移動地設(shè)置穿過基板支撐件130以向和從基板接收表面132移動基板140,從而促進基板傳送。基板支撐件130還可包括加熱和/或冷卻元件139,以將基板支撐件130和位于其上的基板140維持處于期望溫度?;逯渭?30還可包括接地條帶142,以在基板支撐件130外圍提供RF接地。
      [0021]擴散器110通過懸架114在其外圍耦接到背板112。擴散器110也可通過一或多個中心支撐件116耦接到背板112,以有助于防止下垂(sag)和/或控制擴散器110的直度/曲率。氣源120被耦接到背板112,以通過背板112將一或多種氣體提供到形成在擴散器110中的多個氣體通道111并提供到基板接收表面132。合適氣體可以包括但不限于:含硅氣體(例如,硅烷(SiH4))、含氮氣體(例如,氮氣(N2)、氧化氮(N2O)和/或氨氣(NH3))、含氧氣體(例如,氧氣(O2))以及氬氣(Ar)。真空栗109耦接到處理腔室100以控制工藝容積106內(nèi)的壓力。RF功率源122耦接到背板112和/或擴散器110以將RF功率提供到擴散器110,從而在擴散器110與基板支撐件130之間產(chǎn)生電場,使得可從存在于擴散器110與基板支撐件130之間的氣體形成等離子體。可使用多種RF頻率,諸如約0.3MHz與約200MHz之間的頻率。在一個實施方式中,RF功率源122以13.56MHz的頻率向擴散器110提供功率。
      [0022]遠程等離子體源124(諸如電感耦合的遠程等離子體源)也可耦接在氣源120與背板112之間。在處理基板過程間,清潔氣體可提供到遠程等離子體源124并被激勵形成遠程等離子體,可從所述遠程等離子體生成并提供解離(dissociated)清潔氣體物質(zhì)以清潔腔室部件。清潔氣體可進一步由RF功率源122來激勵并提供以流過擴散器110,從而減少解離清潔氣體物質(zhì)的再結(jié)合。合適清潔氣體包括、但不限于NF3、F#PSF6。
      [0023]在一個實施方式中,在低于約400攝氏度或更低溫度的沉積期間,可利用加熱和/或冷卻元件139來維持基板支撐件130和在其上的基板140的溫度。在一個實施方式中,加熱和/或冷卻元件139可用于將基板溫度控制到小于約100攝氏度,諸如20攝氏度與約90攝氏度之間。
      [0024]沉積期間,在設(shè)置在基板接收表面132上的基板140的頂表面與擴散器110的底表面150之間的間距可以在約400mm與約1200mm之間,例如在約400mm與約800mm之間,例如在約400mm與約600mm之間,例如約500mm。在一個實施方式中,擴散器110的底表面150可包括凹形彎曲部,其中中心區(qū)域比其外圍區(qū)域薄。
      [0025]可使用處理腔室100來通過PECVD工藝沉積非晶硅(aSi)、氮化物(例如,氮化硅(SiNx))和/或氧化物(例如,氧化硅(S1x)),上述各項廣泛用作TFT和AMOLED中的鈍化層、柵極絕緣體膜、緩沖層或蝕刻停止層。沉積的非晶硅、氮化物或氧化物層的均勻性(即,厚度)對最終器件性能(諸如,閾值電壓和漏極電流均勻性)具有顯著影響。在一個實施方式中,期望跨基板表面的約5%或更小的膜均勻性以及1mm EE(而非常規(guī)15mm EE)。雖然已朝這個目標做出許多努力,但是存在基板140的未實現(xiàn)這種均勻性的區(qū)域。例如,基板邊緣經(jīng)歷較高或較低的沉積速率,這會導(dǎo)致這些區(qū)域的膜厚度大于或小于其他區(qū)域。盡管不希望受限于理論,但與等離子體驅(qū)動工藝相反,在邊緣區(qū)域中的較高沉積速率的原因在于氣流驅(qū)動工藝。本發(fā)明的氣體限制器組件已開發(fā)并測試,以便克服這些影響并最小化在基板140的邊緣區(qū)域上的膜的不均勻性。
      [0026]圖2是圍繞基板支撐件130(為了清楚起見,移除氣體限制器基底131和氣體限制器135)的氣體限制器組件129的覆蓋件133的一個實施方式的平面圖。參考圖1和圖2,氣體限制器組件129被配置成限制氣流并且改變將沉積在基板140的邊緣區(qū)域上的氣流的局部分布。在一個實施方式中,在不影響基板140的大范圍均勻性分布的情況下,氣體限制器組件129降低在基板140的邊緣處的較高沉積速率。
      [0027]圖3是常規(guī)遮蔽框架組件的一個實施方式的截面?zhèn)纫晥D。遮蔽框架310與基板140的外圍邊緣重疊,所述基板140設(shè)置在基板支撐件130上。在PECVD處理期間,遮蔽框架310提供保護基板支撐件130免受等離子體影響的優(yōu)點。然而,遮蔽框架310的缺點包括其覆蓋于基板140的外圍邊緣,由此增加邊緣排除并防止或限制基板140的外圍區(qū)域中的膜沉積,從而導(dǎo)致降低的邊緣均勻性。移除遮蔽框架310還因過量等離子體沉積在基板140的外圍邊緣上而致在外圍處不均勻的沉積、以及可能等離子體電弧。
      [0028]圖4是氣體限制器組件129的一個實施方式的截面?zhèn)纫晥D,這個實施方式解決關(guān)于圖3中所示的遮蔽框架以及移除遮蔽框架兩方面的許多考慮。氣體限制器135設(shè)置在基底131上,所述基底131又設(shè)置在基板支撐件130上。覆蓋件133設(shè)置在基板支撐件130上,并且防止基板支撐件130上的沉積。氣體限制器135設(shè)置在覆蓋件133和基底131上,并且圍繞基板140外圍設(shè)置。圖5是氣體限制器組件129的一個實施方式的等距視圖。氣體限制器135圍繞基板140外圍定位。在氣體限制器135與基板140之間存在間隙137。由基板支撐件130支撐的覆蓋件133設(shè)置在間隙137下方,并且保護基板支撐件130以防沉積。
      [0029]氣體限制器組件129由非金屬或玻璃制成。例如,氣體限制器組件129可由陶瓷(諸如氧化鋁(Al2O3))制成?;?31設(shè)置在基板支撐件130上,并且在一個實施方式中,基底131包括一或多個陶瓷扣狀物(button)(未示出),所述一或多個陶瓷扣狀物設(shè)置在基底131的一側(cè)上并配置成面對基板支撐件130的基板接收表面132。陶瓷扣狀物可減少與基板支撐件130的熱接觸和機械接觸。氣體限制器135經(jīng)由設(shè)置在基板支撐件130上的基底131耦接到基板支撐件130。在一個實施方式中,基底131包括一或多個定位銷202以用于與氣體限制器135對準。
      [0030]覆蓋件133耦接到基板支撐件130并且在基底131與氣體限制器135之間。覆蓋件133被配置成使得:即使基板140與基板支撐件130并未對準,基板支撐件130在處理期間也不暴露于等離子體下。在一個實施方式中,覆蓋件133包括在相交處或接合處206連結(jié)的一或多個陶瓷板200。陶瓷板200位于基板支撐件130的頂部外周邊上,并且設(shè)置在基板140的外周邊下方(如圖1中所示)。一或多個帶槽的定位銷202和固定螺桿204用于使陶瓷板200彼此連結(jié)以形成覆蓋件133。由于基板支撐件130材料(例如,鋁)的熱膨脹與陶瓷板200的熱膨脹的差異,帶槽的定位銷202和固定螺桿204防止陶瓷板200在接合處206打開。用于定位銷202的孔的中心與用于固定螺桿204的孔的中心之間的距離被限定為“X”。距離X可選擇成允許基板支撐件130比陶瓷板200更多地熱膨脹,同時仍防止陶瓷板200在接合處206形成較大間隙。甚至在以處理溫度(例如400攝氏度)熱膨脹時,這有利地防止基板支撐件130暴露于等離子體下。
      [0031]返回參考圖1,氣體限制器135具有在約Imm至約9mm之間(例如約3mm或約6mm)的厚度,并且具有在約25mm至約75mm之間(例如,約50mm)的寬度。間隙137可形成在基板140的邊緣與氣體限制器135之間。在一個實施方式中,間隙137在約Imm至約5mm之間,例如約2mm(或者在400攝氏度下約5mm至約6mm)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認識到,可基于流動氣體以及期望補償氣體流速來選擇氣體限制器組件129的上述材料和測量值、并更具體地是氣體限制器135和間隙137的測量值。
      [0032]有利地,如本文所述的氣體限制器組件129的實施方式減少氣流并且補償基板邊緣區(qū)域上的較高沉積速率。氣體限制器129通過將氣體推回氣體限制器135的高度下方并向上移動氣體來改變在氣體限制器135下方的局部氣流。因此,減少局部氣體分布,并且由此也降低了局部等離子體密度以及沉積速率。由此,提高總體膜厚度均勻性,并且在50mm或更小EE的邊緣區(qū)域處尤其如此。
      [0033]雖然本公開是針對一種氣體限制器組件進行描述,然而應(yīng)預(yù)見到,其他阻擋配置可擴展至處理腔室硬件。例如,可采用的方式如下:增加或減少遮蔽框架厚度或?qū)⒑穸忍荻纫氍F(xiàn)有遮蔽框架來補償使用遮蔽框架的效果。
      [0034]類似于基板140的基板的總體的均勻性已進行了測試,并且本發(fā)明的氣體限制器組件示出以下有益結(jié)果:(I)對于非晶硅沉積,具有約6mm的厚度的氣體限制器將標準化DR范圍從6.8 %改進到4.5% ,在邊緣處的I Omm至50mm的范圍中,具有2.3 %的可能的均勾性(potential uniformity),并且在10_ EE處,總體的均勾性從6.0%改進至3.8% ; (2)對于高DR氮化硅,具有約6mm的厚度的氣體限制器將標準化DR范圍從9.5 %改進至4.1%,具有2.1%的可能的均勻性,并且在1mm EE處,總體的均勻性從4.3 %改進至3.6%; (3)對于高DR氧化硅,具有約6mm的厚度的氣體限制器將標準化DR范圍從8.5 %改進至2.5%,具有1.3%的可能的均勻性,并且總體的均勻性從6.2%改進至4.8%; (4)對于低DR氮化硅,具有約3mm的厚度的氣體限制器將標準化DR范圍從14.4%改進至9.7%,具有4.8%的可能的均勻性,并且總體的均勻性從12.9 %改進至7.7%;以及(5)對于低DR氧化硅,具有約6mm的厚度的氣體限制器將標準化DR范圍從6.3%改進至1.1%,具有0.6%的可能的均勻性,并且總體的均勻性從7.4%改進至6.8% 0
      [0035]盡管上述內(nèi)容針對本公開的實施方式,但也可在不脫離本公開的基本范圍的情況下設(shè)計本公開的其他和進一步實施方式,并且本公開的范圍是由隨附權(quán)利要求書來確定。
      【主權(quán)項】
      1.一種用于處理腔室的氣體限制器組件,所述氣體限制器組件包括: 氣體限制器,所述氣體限制器被配置成圍繞基板設(shè)置;以及 覆蓋件,所述覆蓋件設(shè)置在所述氣體限制器下方并且在所述氣體限制器與配置成將設(shè)置有所述基板的位置之間。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體限制器組件,其進一步包括基底,所述基底設(shè)置在所述氣體限制器下方。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氣體限制器組件,其特征在于,所述基底包括一或多個陶瓷扣狀物,所述一或多個陶瓷扣狀物被定位成面對設(shè)置在所述基板下方的基板支撐件。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氣體限制器組件,其特征在于,所述基底包括一或多個定位銷,所述一或多個定位銷被配置成將所述基底與所述氣體限制器對準。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氣體限制器組件,其特征在于,所述基底包含氧化鋁。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體限制器組件,其特征在于,所述覆蓋件包括在一或多個相交處連結(jié)的一或多個陶瓷板,其中所述陶瓷板包括一或多個銷或螺桿,所述一或多個銷或螺桿被配置成在所述一或多個相交處連結(jié)所述一或多個陶瓷板。7.根據(jù)權(quán)利要求1項所述的氣體限制器組件,其特征在于,所述氣體限制器和所述覆蓋件包含氧化鋁。8.一種處理腔室,所述處理腔室包括: 擴散器; 基板支撐件,所述基板支撐件定位成與所述擴散器大致上相對地支撐基板;以及 氣體限制器組件,所述氣體限制器組件包括: 氣體限制器,所述氣體限制器被配置成圍繞所述基板設(shè)置;以及 覆蓋件,所述覆蓋件設(shè)置在所述氣體限制器下方和所述基板支撐件上方。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的處理腔室,其特征在于,所述氣體限制器和所述覆蓋件包含氧化招。10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的處理腔室,其特征在于,所述氣體限制器具有在約Imm與約9mm之間的厚度。11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的處理腔室,其特征在于,所述覆蓋件包括在一或多個相交處連結(jié)的一或多個陶瓷板,其中所述陶瓷板包括一或多個銷或螺桿,所述一或多個銷或螺桿被配置成在所述一或多個相交處連結(jié)所述一或多個陶瓷板。12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的處理腔室,其進一步包括基底,所述基底設(shè)置在所述氣體限制器下方。13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的處理腔室,其特征在于,所述基底包括一或多個陶瓷扣狀物,所述一或多個陶瓷扣狀物被定位成面對設(shè)置在所述基板下方的基板支撐件。14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的處理腔室,其特征在于,所述基底包括一或多個定位銷,所述一或多個定位銷被配置成將所述基底與所述氣體限制器對準。15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的處理腔室,其特征在于,所述基底包含氧化鋁。
      【文檔編號】C23C16/455GK105940143SQ201580006247
      【公開日】2016年9月14日
      【申請日】2015年1月20日
      【發(fā)明人】趙來, 王群華, R·L·迪納, 崔壽永, B·S·樸
      【申請人】應(yīng)用材料公司
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