专利名称：使用分子氟的反应腔室清洁的制作方法
技术领域：
本发明涉及清洁反应腔室的新方法及其装置。
背景技术：
等离子体沉积腔(也称为“反应室(reactor box)”或“等离子体室”)用来沉积主要用于光伏应用和设备的薄膜。这些反应室对形成用于太阳能电池板、TFT显示板和等离子体显示板的薄膜尤其有用。例如，反应室在美国专利第4，798，739号(Schmitt)中被描述为在气密腔内放置有低压容器，其中气密腔的压强低于低压容器。该反应室用于向容器 内以基本平行关系间隔开的至少两个衬底上进行等离子体沉积。为了实现容器中气体反应物的分解，在衬底之间插入至少一个生成极化等离子体的打孔电极。另一反应室安排在美国专利第5，275，709号(Anderle等人)中示出，该反应室安排涉及处理腔的堆叠，每个处理腔均具有与升降机腔连接的开口以允许衬底在腔之间更高效地移动。单个进样腔(load lock chamber)与到升降机腔的连接相对地和堆叠的腔室相关联。该系统的一个优点是堆叠的处理腔所占据的设备占地面积更小。美国专利第7，244, 086号(Ostermann等人)示出对Anderle等人的系统的改进。具体而言，Ostermann等人保持Anderle等人描述的塔式结构的空间优势,并且通过利用双塔式安排(其中可以采用多于一个进样腔)增加系统的灵活性。这种安排在以更快循环时间提供更多替代选择用于处理方面具有优势。以上所有系统都利用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法来沉积薄膜。通过将前体反应气体注入反应腔并且随后使用由射频(RF)功率产生的等离子体激活气体，从气态到固态在衬底表面上沉积薄膜。然而，沉积过程也会在反应腔壁和内部设备(例如必需周期性清洁的RF功率源)上残留沉积物。清洁反应腔室的已知方法包括清洁气体的原位激活，该清洁气体包含氟，诸如NF3、SF6, C2F6或其它碳氟分子。清洁气体连同氧气和氩气一起被引入腔中，使用腔RF功率源对等离子体进行点火以产生与腔的侧壁和部分上的沉积物反应的氟离子和原子团(radical)。然而，分离这种含氟分子所需的能量很高，因此需要在腔室中具有能量源，诸如RF功率。例如，SF6的S-F键具有平均超过300kJ/mol的分离能量。可从腔RF源获得的可用能量通常不及所需能量，并且由于电弧风险而通常必须受限。由于这些限制，清洁气体(例如SF6或NF3)的完全分离无法实现，导致清洁效率很低。另一腔清洁方法使用远程等离子体源激活含氟清洁气体。该方法最常用的气体是NF30在该方法中，清洁气体首先穿过位于反应腔外侧的等离子体源以分离清洁气体。原子团随后进入腔以执行清洁。远程等离子体激活可以提供比原位激活更高的气体分离，从而改进清洁效率。然而，使用远程等离子体源需要相当大地增加操作成本和复杂度的附加设备。此外，气流通常受到远程等离子体源参数的限制，从而增加清洁时间和成本。远程等离子体激活方法的有效实现是困难的，因为远程等离子体源通常必须放置得距反应腔相对较远，尤其是当以堆叠或塔式方式将处理腔设置在单个真空腔中时。在这种安排中，在远程等离子体源中形成的原子团在进入腔室之前具有较高的复合倾向(例如通过壁复合)，从而降低清洁效率。含氟清洁气体(诸如SF6和NF3)具有潜在的环境破坏作用。具体而言，这些气体具有高度的全球变暖隐患。由于这些气体并未完全分离，相当比重的气体能够通过该系统，据记载，尽管努力地容纳和耗尽这些气体，但是约百分之十的气体逃逸到大气中。此外，含氟气体包含其它原子成分，例如对腔清洁没有贡献的氮和硫。最后，含氟气体可用的多个反应路径(特别在商业可行压强和激活功率下倾向于占主导)导致使用这些化合物进行清洁腔的低效。因此，使用这些气体导致质量效率很低。本领域中需要改进用于清洁反应腔室的装置和方法。
发明内容
本发明提供经改进的用于清洁反应腔室的方法和装置，它们能够克服现有技术中方法和装置的缺点。具体而言，本发明利用分子氟来清洁腔室。附图简述
图1是针对分子氟和SF6两者的示出基于清洁气体流率的反应腔室的清洁率效应的曲线图。图2是根据本发明针对使用分子氟示出等离子体功率对清洁时间的影响的曲线图。
具体实施例方式本发明将分子氟用于反应腔室清洁。在本发明中，示出通过分离分子氟产生的氟原子团是非常高效的清洁气体。分子氟所需的分离能量相对较低，并且能够由已经设置在反应腔室中的RF功率源来提供，即用于分离沉积前体的RF功率源。不需要远程等离子体激活，因此不需要附加设备。图1是针对分子氟和SF6两者的示出基于清洁气体流率的反应腔室的清洁率效应的曲线图。具体而言，图1示出分子氟将有效率地清洁腔室，该腔室基于真空腔中围起的反应器的概念，例如反应室或等离子体腔室，诸如可从Oerlikon购得。在这些类型的腔室中，外真空腔具有基于清洁过程的预定背压以及反应器压强与背压之间设定的压差。图1示出与SF6比较，当使用分子氟时可以使用大得多的处理窗口，从而允许腔室中较宽范围的气流和压强。这允许优化清洁过程，因为在背压位于O.1mbar与IOmbar之间(较佳地在O. 25mbar与2. 5mbar之间，更佳地在O. 5mbar与2mbar之间)的情况下，可以定义不同的清洁状况。对在背压的10%到200%之间的反应器压强进行测试，发现一般是可以接受的。较佳地，反应器压强被设置在背压的10%到90%之间。由于分子氟的相对较低的分离能量，可以原位实现完全分离。这不仅能够提高气体利用率，而且能够提供更高的清洁效率以及更短的清洁循环时间。如上所述，含氟化合物(诸如SF6和NF3)的完全分离无法原位地实现，从而需要从远程等离子体源提供的额外能量。即使使用这种远程等离子体源，通常也无法导致含氟化合物的完全分离。图2是根据本发明针对使用分子氟示出等离子体功率对清洁时间的影响的曲线图。具体而言，图2示出当使用分子氟时，增加RF功率并未显著改变腔清洁时间。 这说明即便在低RF能量下，分子氟也能完全分离。本发明将分子氟用作清洁气体，可以提供比现有技术中使用的含氟化合物更好的清洁效率和清洁率。此外，本发明提供若干其它优点。具体而言，当使用分子氟时，对气流和腔压的限制更少，从而实现更宽的清洁处理窗口。这意味着，清洁气体被更好地利用并且展现出更快的清洁过程循环时间。此外，由于在分子氟中不含有未使用的原子成分，本发明可以获得大得多的质量效率(mass efficiency).分子氟导致质量效率比使用NF3增加20%，质量效率比使用SF6 (其中分解通常在SF4处停止，SF4随后与O2反应以阻止腔室中的硫沉积)有效增加74%。使用分子氟的另一优点是它能够被完全原位分离，从而不需要远程等离子体源，降低操作复杂度和成本。因为根据本发明不需要远程等离子体源，对腔室或系统设计以及远程等离子体源与腔室的距离没有约束。特别地，当采用本发明时，没有已分离清洁气体的复合风险。此外，当根据本发明使用分子氟时，没必要将氟与任何等离子体增强气体(诸如 氧气或氩气)混合，相反可以使用纯净的氟。此外，本发明具有很低的环境影响，因为分子氟更易于被完全分离，并且分子氟没有全球变暖隐患。这允许本发明消除在使用含氟气体的情况下需要的复杂的容纳和耗尽系统。本发明的以上讨论聚焦在将分子氟用于反应腔室清洁。然而，本发明还可以用于清洁含硅薄膜，包括硅(无定形、微晶和晶体)、氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅、碳氮化硅
坐坐寸寸ο可预期，根据上述描述，本发明的其它实施例和变体将对本领域技术人员显而易见，且此类实施例和类似变体可被包括在如所附权利要求所陈述的本发明的范围内。
权利要求
1.一种用于清洁反应腔室的方法，包括 将分子氟引入所述腔室； 分离所述分子氟以产生氟原子团； 允许所述氟原子团与所述腔室中不期望的沉积物反应；以及 从所述腔室移除产物气体。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，分离所述分子氟包括将所述分子氟暴露在RF功率源下。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述腔室被包围在具有背压的真空腔中，所述方法还包括在O.1mbar与IOmbar之间的背压下执行所述方法。
4.如权利要求3所述的方法,所述背压在O.25mbar与2. 5mbar之间。
5.如权利要求3所述的方法,所述背压在O.5mbar与2mbar之间。
6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，腔压在背压的10%到200%之间。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，腔压在背压的10%到90%之间。
8.一种用于清洁反应腔室的装置，包括 反应腔室；以及 与所述反应腔室连通的分子氟源。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，还包括包围所述反应腔室的真空腔。
全文摘要
用于清洁反应腔室的方法和装置使用分子氟作为清洁材料。使用腔RF功率源在腔内原位地分离分子氟。一种用于清洁反应腔室的示例性方法可包括以下步骤将分子氟引入腔室；分离分子氟以产生氟原子团；允许氟原子团与腔室中不期望的沉积物反应；以及从腔室移除产物气体。
文档编号H01J37/32GK103026451SQ201180029275
公开日2013年4月3日 申请日期2011年8月11日 优先权日2010年8月25日
发明者J-C·西高, S·彼得里, P·A·斯托克曼, O·尼尔灵 申请人:琳德股份公司