[发明专利]用于提高在基底上所加工材料均匀性的沉积装置和使用该装置的方法

说明书

技术领域

政府利益

本发明至少一部分是在美国政府能源部编号为DE-FC36-07G017053的合同下进行的。所以美国政府在这个发明中可以有一定的权益。

本发明整体涉及在基底上加工材料。特别是，本发明涉及在基底上生成材料的装置，该装置被配置成用于在基底上形成基本均匀的电场，其中均匀电场内被激活的材料用基本均匀的方式在基底上被加工处理。

背景技术

沉积装置已经广泛地应用于制造半导体装置，如光响应装置、薄膜晶体管、集成电路、装置阵列、显示器、和类似装置。

在许多应用中，沉积装置包括其中有电极和基底或网模材料的一个室，在基底的预定部分上有所加工的材料。为了在基底上加工材料，加工气体因为各种目的被引入到该室内。在加工的应用中，如将材料沉积在基底上，加工气体可以包括如掺杂前体的沉积前体，和如惰性气体或稀释气体的载体气体，它们可能会或可能不会与沉积在基底上的材料结合。能量源给电极供应能量以便在电极和基底的区域内形成电场和磁场。例如，使用的能量源是交流或直流电、或在无线电频率（RF）、VHF、或微波范围内的能量。

在如辉光-放电法的等离子-辅助沉积法中，电场激励加工气体以便在电极和基底区域内生成等离子体，称为等离子区或活性区。在电场的影响下，加工气体经历在自由电子和气体分子之间的多次碰撞从而产生许多反应种类如离子和中性自由基。产生反应种类的等离子动力学包括加工气体混合物的分裂、电离、激发和重新组合。

当暴露在电场和磁场的能量中时，电子的温度、电子密度和多个电子碰撞的持续时间也影响各种反应种类的分布。为了使等离子体能自我维持，电子必须有足够的能量来产生碰撞。由于沉积材料或薄膜的均匀性和质量与等离子体内反应种类的分布有关，所以等离子-辅助沉积法的一个目的是产生基本均匀的能量场或电场，以便用均匀的方式激活或激励加工气体。

从能量源到电极的能量分布影响围绕电极的电场的均匀性。在一种方法中，比如平行的平板电极结构，例如可通过连接在电极的同轴电缆在电极一侧的单个位置将能量供给电极，。在那种方法中，能量可能不以均匀的方式围绕电极分布，这是由于许多原因引起的，例如存在驻波或寄生电容，因而围绕电极形成不均匀的电场。因此，不均匀的电场不会用均匀的方式激励加工气体且等离子体不可能使其中的材料有均匀的分布。因此，将不太可能在基底上用均匀的方式加工等离子体的所需材料。

在另一种方法中，在多个位置将能量供给电极。由于各种原因围绕电极生成的电场可能有扰动，例如由于从电极的边界条件造成能量波的反射。有时候使用附加的控制以便使电场中的扰动最小化，例如使用所加电能的电压和/或相位调制来使围绕电极的电场分布平滑，一种更加复杂的方法。

因此，寻求提高在基底上所加工材料均匀性的沉积装置的本发明者，已经认识到需要这样一种装置，它有助于将能量以某种方式从能量源引入到电极，该方式促进生成围绕电极的基本均匀的电场。

发明内容

按照示范的实施例提供在基底上能均匀生成材料的沉积装置。该沉积装置包括能量源、相对基底有面对、间隔关系的电极、连接在电极的界面结构。界面结构被配置成从能量源电气连接能量通过并围绕界面结构到电极，用于当从能量源向界面结构供给能量时在电极和基底的预定区域之间形成基本均匀的电场。

按照另一个示范性实施例提供用于在基底上均匀生成材料的沉积装置。该沉积装置包括能量源、多个基底、电极、界面结构、反应室，和设备配置成分布气体材料进入反应室的入口和气体材料离开反应器的出口。

多个基底包括相对彼此有面对、间隔关系的第1基底和第2基底。将电极定位在第1和第2基底之间。相对第1和第2基底两者，电极有面对、间隔的关系。将界面结构连接到电极且界面结构被配置成从能量源电气连接能量通过并围绕界面结构到电极，用于当从电源向界面结构供给能量时在电极和第1基底的预定区域之间和在电极和第2基底的预定区域之间形成基本均匀的电场。反应室被配置成将第1和第2基底、电极和界面结构容纳其中。

按照另一个示范性实施例提供在基底上加工材料的一种方法。该方法包括装设反应室、面向基底并有间隔的电极、连接在电极的界面结构；和能量源，反应室被配置成将基底、电极和界面结构容纳其中，且界面结构被配置成从能量源电气连接能量通过并围绕界面结构到电极，用于当从能量源向界面结构供给能量时在电极和基底的预定区域之间形成基本均匀的电场。