[发明专利]改善大面积基板均匀性的方法和设备

说明书

技术领域

本发明的实施例大致上有关于在大面积基板上的薄膜沉积。

背景技术

液晶显示器或平面面板普遍地被用于有源矩阵显示器(例如计算机与 电视监视器)。等离子增强化学气相沉积(PECVD)通常被用来在基板(例如 用于面板显示器的透明基板或半导体晶片)上沉积薄膜。PECVD通常通过 导引前驱物气体或气体混合物进入含有基板的真空腔室来完成。前驱物气 体或气体混合物典型地被向下导引通过散布板，所述散布板邻近腔室顶部。 通过从一个或多个连接至腔室的RF源来施加射频(RF)功率至腔室，腔室 内的前驱物气体或气体混合物被能量化(例如激化)成为等离子。经激化气 体或气体混合物会反应，以在基板表面上形成材料层，所述基板位于控温 的基板支撑件上。在反应期间产生的挥发副产物从腔室经由排气系统被抽 出。

PECVD技术所处理的平面面板是典型地为大平面面板，时常超过1m ×1m。在未来可以预见接近与超过5平方米的大面积基板。用以在处理期 间在平面面板上方提供均匀处理气体流的气体散布板或扩散板在尺寸上也 非常大，尤其是相对于用于200mm与300mm半导体晶片处理的气体散 布板而言。本文中“基板尺寸”与“扩散板尺寸”是指基板或扩散板的名 义上表面积或占据面积，而非指经润湿表面积(即所有侧面与表面的总表面 积)。例如，1,000mm×1,000mm扩散板具有1,000,000mm²的名义上 尺寸，但是具有大得多的经润湿表面积，经润湿表面积包括顶部与底部表 面、侧面边缘、与所有形成在扩散板表面内的特征。

随着基板尺寸持续地变大，尤其是当基板尺寸是至少约1300mm× 1500mm(或约2.0m²)时，大面积、等离子增强化学气相沉积(PECVD)的 膜厚度均匀性与膜性质均匀性会更有问题。如同本文中所使用，基板的“大 面积”被定义成大于约2.0m²的基板尺寸。大面积基板的显著的膜均匀性 问题的一个实例发生在等离子处理腔室内等离子处理期间。在大面积基板 靠近典型等离子处理腔室的狭缝阀开口的区域中，已知膜厚度与膜应力均 匀性是一贯地无法令人满足。此现象对于至少约2.0m²基板上的SiN膜(在 本领域中也被称为Si:Nx:H膜)的沉积尤其是如此。SiN膜能够被用于栅介 电层或钝化层以作为电子器件制造的一部分。随着基板尺寸增加，靠近腔 室狭缝阀开口的区域的经沉积膜的非均匀性也已知会增加，尤其是当调整 工艺参数以提供最高质量的膜时。对于膜厚度与膜沉积速率，非均匀性被 定义为：

％非均匀性＝(最大值-最小值)/(最大值+最小值)×100

制造电子器件所要求的所希望非均匀性的膜性质包括厚度、膜应力、 Si-H键结浓度、与电阻。

图1A绘示在1500mm×1800mm矩形基板上所沉积SiN膜的膜厚 度均匀性的三维图。图1A、1B中轮廓间隔为通常对于SiN膜而 言，所希望的是较低的Si-H键结浓度与较高的可压缩膜应力。可压缩膜应 力是由负值来指示出。在基板1上的三个位置处(A、B与C)，皆测量此两 膜性质，且结果显示在以下表1。位置A、B与C显示于图1A、1B与图2 上。位置A对应于最靠近等离子处理腔室的狭缝阀开口的基板1边缘。位 置B是对应于基板1的中心。位置C对应于最远离狭缝阀开口的基板1边 缘。在基板1上沉积的膜沉积速率为基板1的膜厚度非均匀 性为4.3％，并且参照图1A，经沉积膜是显示没有强的非均匀性趋势。然 而，参照表1，可压缩膜应力在位置A相当低，并且在位置B及C处是更 差(即可伸张)。再者，此膜的Si-H含量相当高，分别为12.2％、15.8％与 15.1％。简单来说，经沉积的膜是均匀的，但是具有低于理想膜性质的膜 性质。

表1两SiN膜的膜性质与非均匀性的比较