(57)【要約】  一実施例に係る、基板上に均一に材料を形成する堆積装置が与えられる。本堆積装置は、エネルギー源と、当該基板と対向かつ離間する関係にある電極と、当該電極に連結したインターフェイス構造とを含む。インターフェイス構造は、当該インターフェイス構造を通り及びこれのまわりにある、エネルギー源からのエネルギーを当該電極と電気的に結合するべく構成される。これにより、エネルギー源からのエネルギーが当該インターフェイス構造に供給される場合に、当該電極と当該基板の所定面積との間に実質的に均一な電界が形成される。
2012507133.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に材料を均一にプロセシングする堆積装置であって、
エネルギー源と、
前記基板に対して対向かつ離間した関係にある電極と、
前記電極に連結されたインターフェイス構造と
を含み、
前記インターフェイス構造は、前記インターフェイス構造を通り及びこれのまわりにある前記エネルギー源からのエネルギーを、前記電極と電気的に結合するべく構成され、前記エネルギー源からのエネルギーが前記インターフェイス構造に供給される場合に前記電極と前記基板の所定面積との間に実質的に均一な電界が形成される堆積装置。
【請求項２】
前記エネルギーを電気的に結合することは、前記電極と隣接する前記インターフェイス構造の実質寸法に沿って前記エネルギーを分布結合することを含む、請求項１に記載の堆積装置。
【請求項３】
前記インターフェイス構造は、少なくとも２つが互いに少なくとも部分的に重なる複数の異なる領域を含む、請求項１に記載の堆積装置。
【請求項４】
前記インターフェイス構造は前記電極に連結されたバーを含み、前記電極と前記バーとの間にスロットが形成される、請求項３に記載の堆積装置。
【請求項５】
前記インターフェイス構造は前記電極の一体部分である、請求項３に記載の堆積装置。
【請求項６】
前記基板、前記電極、及び前記インターフェイス構造を受け入れるべく構成された反応チャンバをさらに含む、請求項３に記載の堆積装置。
【請求項７】
前記基板は前記反応チャンバ内で電気的に接地される、請求項６に記載の堆積装置。
【請求項８】
前記基板の少なくとも一部分が加熱される、請求項６に記載の堆積装置。
【請求項９】
前記基板は前記実質的に均一な電界を横切って移動する、請求項６に記載の堆積装置。
【請求項１０】
前記電極は、所定堆積面積において前記基板から約２．５４ｍｍ（０．１０ｉｎ）から約７６．２ｍｍ（３．００ｉｎ）離間する、請求項６に記載の堆積装置。
【請求項１１】
前記基板は電気的に接地され、
前記基板の少なくとも一部分は加熱され、
前記基板は前記実質的に均一な電界を横切って移動し、
前記電極は所定堆積面積において前記基板から約２．５４ｍｍ（０．１０ｉｎ）から約７６．２ｍｍ（３．００ｉｎ）離間し、
前記エネルギー源は約１３．５６ＭＨｚの値を有するＲＦエネルギーを与える、請求項６に記載の堆積装置。
【請求項１２】
前記電極の一部分と前記基板との間に配置されたシールドをさらに含む、請求項１１に記載の堆積装置。
【請求項１３】
前記実質的に均一な電界内に配置された前記基板の所定面積が４００ｃｍ２以下である、請求項６に記載の堆積装置。
【請求項１４】
前記実質的に均一な電界内に配置された前記基板の所定面積が、２５８０ｃｍ２（４００ｉｎ２）よりも大きく６４５０ｃｍ２（１０００ｉｎ２）以下である、請求項６に記載の堆積装置。
【請求項１５】
前記実質的に均一な電界内に配置された前記基板の所定面積が、６４５０ｃｍ２（１０００ｉｎ２）よりも大きく６．４５ｍ２（１０，０００ｉｎ２）以下である、請求項６に記載の堆積装置。
【請求項１６】
前記インターフェイス構造は、
前記電極の第１側部に連結された第１インターフェイス構造と、
前記電極の第２側部に連結された第２インターフェイス構造と
を含み、
前記第１及び第２インターフェイス構造は、前記第１及び第２インターフェイス構造の各々を通り及びこれのまわりにある前記エネルギー源からのエネルギーを、前記電極と電気的に結合するべく構成され、前記電極と前記基板の前記所定面積との間に実質的に均一な電界の形成が促進される、請求項１に記載の堆積装置。
【請求項１７】
前記エネルギー源は、
前記第１インターフェイス構造に第１エネルギーを与える第１エネルギー源と、
前記第２インターフェイス構造に第２エネルギーを与える第２エネルギー源と
を含む、請求項１６に記載の堆積装置。
【請求項１８】
前記エネルギー源は、前記インターフェイス構造の異なる一部分に各々が電気的に結合される２つのエネルギー源を含む、請求項１に記載の堆積装置。
【請求項１９】
前記エネルギー源はＲＦエネルギーを与える、請求項１に記載の堆積装置。
【請求項２０】
前記エネルギー源はＶＨＦエネルギーを与える、請求項１に記載の堆積装置。
【請求項２１】
前記インターフェイス構造は、少なくとも２つが互いに少なくとも部分的に重なる複数の異なる領域を含み、前記領域は、前記電極の一側部沿いであって、前記電極の前記側部から外側方向に互いに離間して配置される、請求項１に記載の堆積装置。
【請求項２２】
前記インターフェイス構造の１つの部材と前記電極との間の間隔、又は、前記インターフェイス構造の２つの部材間の間隔は、前記部材の１つの断面厚の１０倍までである、請求項２１に記載の堆積装置。
【請求項２３】
前記領域の少なくとも１つは調整可能部分を有する、請求項２１に記載の堆積装置。
【請求項２４】
前記エネルギー源は、約１０ＭＨｚから約３０ＭＨｚの範囲の値を有するＲＦエネルギーである、請求項２１に記載の堆積装置。
【請求項２５】
前記エネルギー源は、約３０ＭＨｚから約１００ＭＨｚの範囲の値を有するＶＨＦエネルギーである、請求項２１に記載の堆積装置。
【請求項２６】
請求項１に記載の装置を使用するプラズマ支援堆積システム。
【請求項２７】
請求項１に記載の装置を使用するプラズマ支援エッチングシステム。
【請求項２８】
請求項１に記載の装置を部分的に使用して作られた光起電デバイス。
【請求項２９】
前記デバイスの一層が、プラズマ支援堆積プロセス中に前記デバイスの基板上に堆積される、請求項２８に記載の光起電デバイス。
【請求項３０】
基板上に材料を均一にプロセシングする堆積装置であって、
エネルギー源と、
互いに対向かつ離間する関係にある第１基板と第２基板とを含む複数の基板と、
前記第１基板と前記第２基板との間に配置されて前記第１及び第２基板の双方と対向かつ離間する関係にある電極と、
前記電極に連結されたインターフェイス構造と、
前記第１及び第２基板、前記電極、並びに前記インターフェイス構造を受け入れるべく構成された反応チャンバと、
前記反応チャンバ内へのガス材料の入口と前記反応チャンバからのガス材料の出口とを分布させるべく構成された装置と
を含み、
前記インターフェイス構造は、前記インターフェイス構造を通り及びこれのまわりにある前記エネルギー源からのエネルギーを前記電極と電気的に結合するべく構成され、前記エネルギー源からのエネルギーが前記インターフェイス構造に供給される場合に、前記電極と前記第１基板の所定面積との間に、及び前記電極と前記第２基板の所定面積との間に実質的に均一な電界が形成される堆積装置。
【請求項３１】
前記インターフェイス構造は、少なくとも２つが互いに少なくとも部分的に重なる複数の異なる領域を含む、請求項３０に記載の堆積装置。
【請求項３２】
前記インターフェイス構造は複数材料の組み合わせを含む、請求項３１に記載の堆積装置。
【請求項３３】
前記エネルギー源は、前記インターフェイス構造の異なる一部分に各々が電気的に結合される２つのエネルギー源を含む、請求項３０に記載の堆積装置。
【請求項３４】
前記第１及び第２基板は電気的に接地され、
前記第１及び第２基板の各々の少なくとも一部分は加熱され、
前記第１及び第２基板の各々は、前記電極と前記第１基板との間の及び前記電極と前記第２基板との間の前記実質的に均一な電界を横切って移動し、
前記電極は前記第１及び第２基板の各々から約２．５４ｍｍ（０．１０ｉｎ）から約７６．２ｍｍ（３．００ｉｎ）離間する、請求項３０に記載の堆積装置。
【請求項３５】
前記第１及び第２基板の少なくとも１つと前記電極との間に配置されたシールドをさらに含む、請求項３４に記載の堆積装置。
【請求項３６】
前記複数の基板は、各々が前記電極と対向かつ離間する関係を有する第１複数基板と第２複数基板とを含み、
前記第１複数基板は前記電極の一側部上で互いに離間して同一平面内に配置され、
前記第２複数基板は前記電極の他側部上で互いに離間して同一平面内に配置され、
前記インターフェイス構造は、前記インターフェイス構造を通り及びこれのまわりにある前記エネルギー源からのエネルギーを前記電極と電気的に結合するべく構成され、前記エネルギー源からのエネルギーが前記インターフェイス構造に供給される場合に、前記電極と前記第１基板の所定面積との間に及び前記電極と前記第２基板の所定面積との間に実質的に均一な電界が形成される、請求項３０に記載の堆積装置。
【請求項３７】
前記エネルギー源は約１３．５６ＭＨｚの値を有するＲＦエネルギーを与える、請求項３６に記載の堆積装置。
【請求項３８】
前記エネルギー源は、約３０ＭＨｚから約１００ＭＨｚの範囲の値を有するＶＨＦエネルギーを与える、請求項３６に記載の堆積装置。
【請求項３９】
前記電極は、前記インターフェイス構造を確実に受け入れるべく構成されたキャビティを含み、
前記インターフェイス構造は、前記基板から離間した前記電極の外表面に電気的に結合された複数のエネルギー出口を含み、
前記インターフェイス構造は、前記インターフェイス構造を通り及びこれのまわりにある前記エネルギー源からのエネルギーを前記エネルギー出口と電気的に結合するべく構成され、前記エネルギー源からのエネルギーが前記インターフェイス構造に供給される場合に、前記電極の外表面と前記基板の所定面積との間に実質的に均一な電界が形成される、請求項１に記載の堆積装置。
【請求項４０】
前記インターフェイス構造は、前記エネルギー源及び前記複数のエネルギー出口の各々と電気的に結合された中央部分をさらに含む、請求項３８に記載の堆積装置。
【請求項４１】
前記インターフェイス構造は、各々が前記複数のエネルギー出口の一以上を有する複数の離間ブランチをさらに含む、請求項４０に記載の堆積装置。
【請求項４２】
前記エネルギー源は、前記電極の外表面と前記基板との間に存在しない前記電極の一部分を介して前記インターフェイス構造と電気的に結合される、請求項３９に記載の堆積装置。
【請求項４３】
前記エネルギー源は、前記電極の前記一部分を介して前記インターフェイス構造と電気的に結合される、請求項４２に記載の堆積装置。
【請求項４４】
前記電極はさらに、前記キャビティ内にガスを受け入れて、前記電極の外表面と前記基板との間の前記均一な電界に前記キャビティからガスを送るべく構成される、請求項３９に記載の堆積装置。
【請求項４５】
前記電極及び前記インターフェイス構造は、前記インターフェイス構造が、前記電極の第１外表面と電気的に結合された第１複数エネルギー出口と、前記電極の第２外表面と電気的に結合された第２複数エネルギー出口とを含むべく構成され、
前記インターフェイス構造は、前記インターフェイス構造を通り及びこれのまわりにある前記エネルギー源からのエネルギーを前記複数電極出口の各々と電気的に結合するべく構成され、前記エネルギー源からのエネルギーが前記インターフェイス構造に供給される場合に、前記電極の前記第１外表面と前記第１外表面から離間した第１基板との間に、及び前記電極の前記第２外表面と前記第２外表面から離間した第２基板との間に実質的に均一な電界が形成される、請求項３９に記載の堆積装置。
【請求項４６】
前記電極はさらに、前記キャビティ内にガスを受け入れて、前記第１外表面と前記第１基板との間の、及び前記第２外表面と前記第２基板との間の前記均一な電界に前記キャビティからガスを送るべく構成される、請求項４５に記載の堆積装置。
【請求項４７】
前記エネルギー源は、約１０ＭＨｚから約３０ＭＨｚの範囲の値を有するＲＦエネルギーを与える、請求項３９に記載の堆積装置。
【請求項４８】
前記エネルギー源は、約３０ＭＨｚから約１００ＭＨｚの範囲の値を有するＶＨＦエネルギーを与える、請求項３９に記載の堆積装置。
【請求項４９】
基板上に材料をプロセシングする方法であって、
反応チャンバと、前記基板から対向かつ離間する電極と、前記電極に連結されたインターフェイス構造と、エネルギー源とを与えることとであって、前記反応チャンバは前記基板と、前記電極と、前記インターフェイス構造とを受け入れるべく構成され、前記インターフェイス構造は、前記インターフェイス構造を通り及びこれのまわりにある前記エネルギー源からのエネルギーを前記電極と電気的に結合するべく構成され、前記エネルギー源からのエネルギーが前記インターフェイス構造に供給される場合に、前記電極と前記基板の所定面積との間に実質的に均一な電界が形成されることと、
前記反応チャンバ内にガスを供給することと、
前記反応チャンバ内の圧力を真空圧に設定することと、
前記エネルギー源からのエネルギーを前記インターフェイス構造に供給することと、
前記実質的に均一な電界内にプラズマを形成することであって、前記プラズマの材料が基板に堆積されることと
を含む方法。
【請求項５０】
前記インターフェイス構造は、少なくとも２つが互いに少なくとも部分的に重なる複数の異なる領域を含む、請求項４９に記載の方法。
【請求項５１】
前記堆積された材料は、前記基板の前記所定面積において実質的に均一の厚さを有する、請求項５０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は一般に、基板上に材料をプロセシングすることに関する。詳しくは本願発明は、基板上に材料を形成する装置に関する。本装置は、均一な電界を形成するべく構成され、当該均一な電界内で励起された材料が当該基板上に実質的に均一にプロセシングされる。
【０００２】
政府の関心
本願発明は、少なくとも一部が米国政府エネルギー省の契約番号第ＤＥ−ＦＣ３６−０７Ｇ０１７０５３号のもとでなされた。政府は本願発明に関する権利を有する。
【背景技術】
【０００３】
堆積装置は、光応答性デバイス、薄膜トランジスタ、集積回路、デバイスアレイ、ディスプレイ等の半導体デバイスを製造するべく広く使用されている。
【０００４】
多くのアプリケーションにおいて堆積装置は、電極と材料の基板又はウェブとを中に有するチャンバを含む。前記基板の所定部分上で材料が処理される。基板上での材料プロセシングに関する様々な目的でチャンバ内にプロセスガスが導入される。例えば材料が基板上に堆積されるプロセシングアプリケーションにおいて、プロセスガスは、ドーピング前駆体のような堆積前駆体、及び不活性又は希釈ガスのようなキャリアガスを含む。これらは基板上に堆積される材料中に取り込まれても取り込まれなくてもよい。エネルギー源が電極にエネルギーを与えて、電極及び基板の領域に電磁界を形成する。例えば、使用されるエネルギー源は、無線周波数（ｒａｄｉｏ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ（ＲＦ））、ＶＨＦ、又はマイクロ波の範囲にあるＡＣ又はＤＣエネルギーである。
【０００５】
グロー放電プロセスのようなプラズマ支援堆積プロセスにおいては、電界がプロセスガスは電界により励起されて、プラズマ領域又はアクティベーション領域と称される電極及び基板の領域にプラズマが形成される。電界の影響下では、プロセスガスでは自由電子とガス分子との複数衝突が生じる。これにより、イオン及び中性ラジカルのような複数の反応種が生成される。反応種を生成するプラズマ力学は、プロセスガス混合物のフラグメント化、イオン化、励起、及び再結合を含む。
【０００６】
様々な反応種の分布はまた、電磁界のエネルギーにさらされるときの電子温度、電子密度、及び複数電子衝突時間によっても影響を受ける。プラズマが自続するためには、電子が、衝突を生じるほど十分なエネルギーを有する必要がある。堆積材料又は膜の均一性及び品質はプラズマ内の反応種の分布に相関するので、プロセスガスを均一に活性化又は励起するべく実質的に均一なエネルギー又は電界を生成することが、プラズマ支援堆積プロセスにおける目標の一つとなる。
【０００７】
エネルギー源から電極までのエネルギー分布は、電極まわりの電界の均一性に影響を与える。一のアプローチでは例えば、平行プレート電極構成において、例えば当該電極に結合された同軸ケーブルを介して、エネルギーが当該電極の一側面の一位置に与えられる。かかるアプローチにおいてエネルギーは、例えば定在波又は浮遊容量のような様々な理由に起因して当該電極まわりに均一に分布することがない。このため、当該電極まわりには不均一電界が形成される。したがって、不均一電界はプロセスガスを均一に励起せず、プラズマがその中に均一な材料分布を得る可能性は低い。したがって、所望のプラズマ材料が基板上に均一に処理される可能性は低い。
【０００８】
他のアプローチでは、複数位置にて電極にエネルギーが与えられる。その結果電極まわりに形成される電界は、様々な理由により摂動する。例えば、当該電極の境界条件からのエネルギー波反射に起因する。電界の当該摂動を最小限にするべく付加的な制御が使用されることもある。例えば、当該電極まわりの電界分布を平滑化するべく適用されるエネルギーによる電圧及び／又は位相変調を使用する。これは複雑なアプローチとなる。
【０００９】
したがって、基板上にプロセシングされる材料の均一性を向上させる堆積装置を求める本願発明者は、エネルギー源からのエネルギーを、実質的に均一な電界を電極まわりに形成することを促進する態様で電極に向けることに寄与する装置が必要とされていることを認識している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００７−００１４９３２（Ａ１）号明細書
【特許文献２】米国特許第６，０７４，４８８号明細書
【特許文献３】特開２００８−０４２１１５号公報
【発明の概要】
【００１１】
一実施例に係る、基板上に均一に材料を形成する堆積装置が与えられる。本堆積装置は、エネルギー源と、当該基板と対向かつ離間する関係にある電極と、当該電極に連結したインターフェイス構造とを含む。インターフェイス構造は、当該インターフェイス構造を通り及びこれのまわりにある、エネルギー源からのエネルギーを当該電極と電気的に結合するべく構成される。これにより、エネルギー源からのエネルギーが当該インターフェイス構造に供給される場合に、当該電極と当該基板の所定面積との間に実質的に均一な電界が形成される。
【００１２】
他実施例に係る、基板上に均一に材料を形成する堆積装置が与えられる。本堆積装置は、エネルギー源と、複数の基板と、電極と、インターフェイス構造と、反応チャンバと、当該反応チャンバ内へのガス材料の入口及び当該反応チャンバからのガス材料の出口を分布させるべく構成された装置とを含む。
【００１３】
複数の基板は、互いに対向かつ離間する関係にある第１基板及び第２基板を含む。第１基板と第２基板との間に電極が配置される。電極は、第１基板及び第２基板の双方と対向かつ離間する関係にある。インターフェイス構造は当該電極に連結される。インターフェイス構造は、当該インターフェイス構造を通り及びこれのまわりにある、エネルギー源からのエネルギーを当該電極と電気的に結合するべく構成される。これにより、エネルギー源からのエネルギーが当該インターフェイス構造に供給される場合に、当該電極と第１基板の所定面積との間に、及び当該電極と第２基板の所定面積との間に実質的に均一な電界が形成される。反応チャンバは、第１基板及び第２基板、当該電極、当該インターフェイス構造を受け入れるべく構成される。
【００１４】
他実施例に係る基板上に材料をプロセシングする方法が与えられる。本方法は、反応チャンバと、当該基板と対向かつ離間する電極と、当該電極に連結したインターフェイス構造と、エネルギー源とを与えることを含む。反応チャンバは、当該基板と、当該電極と、当該インターフェイス構造とを受け入れるべく構成される。インターフェイス構造は、当該インターフェイス構造を通り及びこれのまわりにある、エネルギー源からのエネルギーを当該電極と電気的に結合するべく構成される。これにより、エネルギー源からのエネルギーが当該インターフェイス構造に供給される場合に、当該電極と当該基板の所定面積との間に実質的に均一な電界が形成される。本方法はさらに、当該反応チャンバ内にガスを供給することを含む。
【００１５】
本方法はさらに、当該反応チャンバ内の圧力を真空圧に設定することを含む。本方法はさらに、当該エネルギー源からのエネルギーを当該インターフェイス構造に供給することを含む。本方法はさらに、当該実質的に均一な電界内にプラズマを形成することを含む。当該プラズマの材料が当該基板上に堆積される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】エネルギーを電極と電気的に結合する構成を説明する、堆積装置の等角図である。
【図２】図１の電極を横切るシミュレーション電界のプロットである。
【図３】本願発明の一実施例に係る、電極と、当該電極に連結したインターフェイス構造とを有する堆積装置の等角図である。
【図４】図３の電極を横切るシミュレーション電界のプロットである。
【図５】図１及び３の堆積装置とともに使用される基板上の、正規化かつ積算された堆積膜厚を比較するシリコン堆積のプロットである。
【図６】図１及び３の堆積装置とともに使用される基板上の、正規化かつ積算された堆積膜厚を比較するシリコン・ゲルマニウム堆積のプロットである。
【図７】一代替実施例に係る、電極に連結されたインターフェイス構造を有する堆積装置の構成である。
【図８】図７の電極を横切るシミュレーション電界のプロットである。
【図９】図７の堆積装置とともに使用される基板上のシリコン堆積のプロットである。
【図１０】他実施例に係るインターフェイス構造の一代替構成である。
【図１１】他の代替実施例に係る堆積装置の構成の分解等角図である。
【図１２】図１１の堆積装置の平面図である。
【図１３】図１１の堆積装置の１３−１３線断面図である。
【図１４】本開示の付加的な代替実施例に係る堆積装置の他の構成である。
【図１５】本開示の付加的な代替実施例に係る堆積装置の他の構成である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本明細書に開示されるのは、電極まわりの、当該電極と当該電極から離間した基板との間の領域に形成される電界の均一性を向上させて当該基板上の均一な材料プロセシングを促進する堆積装置の実施例である。本装置の実施例は、電極と連結され及びエネルギー源と電気的に結合された構造の構成を含む。本明細書に開示される構造の実施例は、当該構造を通り及びこれのまわりにある、エネルギー源からのエネルギーを当該電極と電気的に結合するべく構成される。当該結合は、一以上の基板近傍の当該電極まわりに実質的に均一な電界が形成される態様でなされる。
【００１８】
本明細書に開示される堆積装置の実施例は、水平若しくは垂直配向又は平行プレートの構成に限定されるわけではない。堆積装置の構成は、特定の半導体デバイスの製造プロセス、使用されるプロセス、使用されるプロセスガス、及び／又は他のプロセスパラメータに適する。さらに、本堆積装置の実施例との使用が考えられる基板は、金属及びポリマーを含む複合組成物のような複合組成物を含む導電性材料である。アプリケーションに応じて本堆積装置は基板に対し、均一電界内にある当該基板の所定面積が当該電極から約２．５４ｍｍ（０．１０ｉｎ）から約７６．２ｍｍ（３．００ｉｎ）まで離間するように配置される。
【００１９】
さらに、以下に開示される本堆積装置の実施例は、ガス分配手段を有する電極を含む。当該ガス分配手段は当該電極構造に一体化される。例えば本電極構造は、ガス分配マニホールドを中に含む。当該マニホールド内のプロセスガスは、本電極構造の一以上の外表面の複数孔を介してプラズマ領域へ向けられる。電極又はカソードを介してプロセスガスを引き回すというこの例は、「Fountain Cathode for Large Area Plasma Deposition」という名称の米国特許出願第１０／０４３，０１０号明細書、「Pore Cathode for the Mass Production of Photovoltaic Devices Having Increased Conversion Efficiency」という名称の米国特許出願第１１／４４７，３６３号明細書に記載されている。これらの開示は本明細書に組み込まれる。
【００２０】
その結果得られる実質的に均一な電界は当該電極近傍のプロセスガスを励起してプラズマを形成する。当該プラズマの所望材料が、製造プロセス中に当該基板上にプロセシングされる。当該製造プロセスは例えば、半導体デバイスの層又は膜を形成する際のプラズマ支援堆積プロセスである。電界の均一性を向上させることで、均一なプラズマの形成が促進され、当該基板上にプロセシングされる材料の均一性が増す。
【００２１】
本明細書において「電気的に結合」とは、構造間における、エネルギーが当該構造間に少なくとも部分的に流れることができる関係をいう。かかる定義は、物理接触にある構造の一部に、及び物理接触にない構造の一部に当てはまることが意図される。一般に、電気的に結合された２つの構造又は材料は、当該構造間に電位又は電流を有し得る。これにより、電界及び磁界を含むエネルギーは一の構造から他の構造を通って及び／又はこれのまわりを流れることができる。例えば２つの構造が電気的に結合されていることを考慮すると、エネルギーは、当該構造のインターフェイス近傍にある当該構造の一方の実質寸法に沿って当該構造間を抵抗的かつ容量的に輸送される。他の例では当該エネルギーは、当該構造間を抵抗的に、容量的に輸送され、及び、当該構造のインターフェイス近傍にある当該構造の一方の実質寸法に沿った誘導的な分布結合を含む。本明細書に記載される実施例ではインターフェイス構造は、一以上の基板から離間した電極の所定面積まわりに実質的に均一な電界が形成されることをエネルギー結合が促進するように構成される。
【００２２】
例えば、電極と、電極に連結されたインターフェイス構造の実施例との間においてエネルギーが、当該インターフェイス構造近傍の電極の長さの３０％を超える電極寸法に沿って電気的に結合される。他の例では、電極と、電極に連結されたインターフェイス構造の実施例との間においてエネルギーが、当該インターフェイス構造近傍の電極の長さの約５０％となる電極寸法に沿って電気的に結合される。他の例では、電極と、電極に連結されたインターフェイス構造の実施例との間においてエネルギーが、当該インターフェイス構造近傍の電極の長さの約７５％となる電極寸法に沿って電気的に結合される。他の例では、電極と、電極に連結されたインターフェイス構造の実施例との間においてエネルギーが、当該インターフェイス構造近傍の電極の長さの９０％を超える電極寸法に沿って電気的に結合される。他の例では、物理的に互いに連結されていない２つの構造が電気的に結合されることがさらに考慮される。この場合、当該構造が誘電体材料（例えば空気）により分離されて交流源（エネルギー源）が供給される。電流が当該構造間を容量手段によって流れる。
【００２３】
本明細書に記載される本堆積装置の実施例及びこれの変形例は、当業者にとって容易に明らかであり、例えば、光起電デバイスのような光応答性デバイス、薄膜トランジスタ、集積回路、デバイスアレイ、ディスプレイ等の半導体デバイスのプロセシング／フォーメーション、及び半導体デバイスのエッチング部分へのアプリケーションに適用されることが考えられる。
【００２４】
本明細書に記載される本堆積装置の実施例は、電極に連結され及びエネルギー源と電気的に結合されたインターフェイス構造を含む。当該インターフェイス構造は、複数の異なる領域と互いに少なくとも部分的に重なる少なくとも２つの領域とを含む。インターフェイス構造は、エネルギー源からのエネルギーを、当該インターフェイス構造を通り及びこれのまわりで当該電極と電気的に結合する。当該電気的結合は、当該電極の表面と当該電極から離間した基板との間の所定領域まわりにおける実質的に均一な電界の形成を促進する態様でなされる。
【００２５】
図１を参照すると、堆積装置１０の一実施例の構成が不均一電界のシミュレーションを目的として示される。堆積装置１０は、以下に説明される実質的に均一な電界を生成するべく構成された堆積装置の実施例との対比を目的として示される。
【００２６】
堆積装置１０は、矩形電極１２と、当該電極に電気的に結合されたエネルギー入力１４とを含む。本例では、エネルギー入力１４は、当該電極の長辺の一方のほぼ中程度の長さ位置にて電気的に結合された約１３．５６ＭＨｚの値を有するＲＦ電力である。図２は、エネルギー入力がアクティベートされたときの電極１２の表面上における電界のシミュレーションを示す。電極表面上の電界強度が均一でないことは明らかである。当該電界強度は、Ｄ＝６３５ｍｍ（２５．０ｉｎ）近傍の電極中領域沿いの当該電極表面まわりで急激に低下する。電界強度が低下するこの領域は、図２に示されるＹ＝−３５６ｍｍ（−１４ｉｎ）及びＤ＝６３５ｍｍ（２５．０ｉｎ）に対応する電極長辺沿いにおけるエネルギー入力位置に対応する。
【００２７】
図３を参照すると、本願発明の一実施例に係る、均一電界のシミュレーションのための堆積装置２０の構成が示される。堆積装置２０は、電極２２と、インターフェイス構造２４と、当該インターフェイス構造に電気的に結合されたエネルギー入力２６とを含む。
【００２８】
本実施例では、インターフェイス構造２４はバー２８と電極２２に連結された２つのスペーサ３０とを含む。スペーサ３０は、バー２８を電極２２から所定距離離間させるべく構成される。本実施例では、インターフェイス構造の２つの異なる領域は、当該インターフェイス構造が当該電極に連結された場合、バー、及び当該電極と当該バーとの間の空間又はスロットである。ここで、当該２つの異なる領域は、当該インターフェイス構造が連結されている電極側の実質長さにわたって互いに重なる。代替実施例では、上記インターフェイス構造は、スロット部又は凹部が中に形成されてチャネル形状部材をなす固体のバーであってよい。インターフェイス構造２４は、エネルギー入力２６からのエネルギーを、当該インターフェイス構造を通り及びこれのまわりで当該電極と電気的に結合するように構成される。当該電気的結合は、当該電極の表面と当該電極から離間した基板との間の所定領域まわりにおける実質的に均一な電界を形成する態様でなされる。
【００２９】
具体的にはインターフェイス構造は、エネルギー入力の一部を、当該インターフェイス構造におけるエネルギー入力位置から遠位にある電極の複数部分に向ける。本実施例では、インターフェイス構造により、電極の複数の角にエネルギーが向けられる。プロセシング中、基板は電極に対して、基板表面の所定面積が当該電極まわりの均一電界の所定領域に対応するように配置される。
【００３０】
エネルギー入力２６は、当該電極の長辺の一方のほぼ中程度の長さ位置にて電気的に結合された約１３．５６ＭＨｚの値を有するＲＦ電力である。図４は、図４のＹ＝−３５６ｍｍ（−１４ｉｎ）及びＤ＝６３５ｍｍ（２５．０ｉｎ）におけるエネルギー入力２６のアクティベーションの際の、電極２２表面上の電界をシミュレーションしたものを示す。当該電界は、図１の堆積装置１０に対応する図２に示された電界分布と比較すると、電極表面上の均一性が明確となり、エネルギー入力位置近傍における電界強度の劇的低下を示さなくなっている。
【００３１】
シミュレーションされた電極まわりの不均一電界（図２）の位置が、電極から離間した基板上において同様に不均一の材料堆積を生じさせたか否かを決定するべく、インターフェイス構造を有しない図１のシミュレーション装置に対応する現実の堆積装置を使用して堆積試験が行われた。また、シミュレーションされた電極まわりの均一電界（図４）の位置が、電極から離間した基板上において同様に均一の材料堆積を生じさせたか否かを決定するべく、インターフェイス構造を含む図３のシミュレーション装置に対応する現実の堆積装置を使用して堆積試験が行われた。基板と、構築された堆積装置の電極及びインターフェイス構造とは、鋼、アルミニウム等のような導電材料を含んでいた。
【００３２】
図５は、曲線Ａにおいてインターフェイス構造を含まない堆積装置に対するシリコン（Ｓｉ）堆積膜厚の基板上の変化を示す。曲線Ｂに示されるインターフェイス構造を含む堆積装置と対比されている。約１３．５６ＭＨｚのエネルギー入力は上述のように、インターフェイス構造が使用されなかった場合は電極と電気的に結合され、インターフェイス構造が使用された場合はインターフェイス構造と電気的に結合された。Ｓｉ堆積膜厚は、基板を横切って積算かつ正規化されて当該基板の長手方向に沿ってプロットされている。曲線Ａは、約５３３ｍｍ（２１ｉｎ）のエネルギー入力位置近傍においてＳｉ堆積膜厚の均一性が実質的に低下することを示す。電極へのエネルギー入力位置近傍でのＳｉ膜厚の均一性がこのように低下することは、インターフェイス構造の使用なしでエネルギー入力が電極と電気的に結合される堆積装置に対する図２のエネルギー入力位置でのシミュレーション電界強度の低下に対応する。曲線Ｂは、基板上においてＳｉ膜厚の均一性が向上したことを示す。これは、図３のインターフェイス構造２４を使用してエネルギー入力が電極と電気的に結合される堆積装置に対する図４のシミュレーション電界の均一性向上に対応する。
【００３３】
同様に図６は、曲線Ａにおいてインターフェイス構造を含まない堆積装置に対するシリコン・ゲルマニウム（Ｓｉ−Ｇｅ）堆積膜厚の基板上の変化を示す。曲線Ｂに示されるインターフェイス構造を含む堆積装置と対比されている。図５に示された堆積に関し、約１３．５６ＭＨｚのエネルギー入力は、上述のように、インターフェイス構造が使用されなかった場合は電極と電気的に結合され、インターフェイス構造が使用された場合はインターフェイス構造と電気的に結合された。曲線Ａは、インターフェイス構造の使用なしでエネルギー入力が電極と電気的に結合される図５のＳｉ膜厚不均一性に対応する。曲線Ｂは、基板上においてＳｉ−Ｇｅ膜厚の均一性が向上したことを示す。これは、インターフェイス構造２４を使用してエネルギー入力が電極と電気的に結合される堆積装置に対する、図５のＳｉ膜厚均一性向上に対応する。
【００３４】
本堆積試験により、インターフェイス構造の構成を組み入れることが、電極と基板との間の領域において電界均一性を向上させることが確認された。当該電界均一性の向上はさらに、プラズマ領域における実質的に均一なプラズマの形成に寄与する。これにより、所望のプラズマ材料を基板の所定面積上に堆積することができる。本堆積試験では電界均一性の向上は、基板上の堆積膜厚の均一性に寄与する。また、インターフェイス構造のいくつかの固有実施例では、インターフェイス構造に対して図５及び６に示したように、当該インターフェイス構造とエネルギー入力とが電気的に結合される一位置に対応する基板上領域において、堆積材料の均一性が実質的に向上する。
【００３５】
これは、インターフェイス構造が、エネルギー入力と電極との電気的結合を、エネルギー入力領域の電極まわりにおいて電界均一性が向上する態様で向上させることを示す。考えられるインターフェイス構造の実施例はまた、エネルギー入力位置近傍以外の基板の所定面積上で形成された電界の均一性及び堆積材料の均一性の向上にも寄与する。
【００３６】
本堆積試験が堆積膜厚の均一性向上を示す一方で、より均一なプラズマは、基板上でのプラズマからのプロセシング材料の他側面をも向上させることに寄与すると考えられる。当該他側面とは例えば、膜の均質性及び光学、電気、化学、欠陥密度等の特性に関する当該膜の品質である。また、実質的に均一な電界を生成して実質的に均一なプラズマの形成を促進する能力を有することは、基板上に材料をプラズマ支援エッチングすることのような他のプロセスに対しても利用できると考えられる。
【００３７】
図３のインターフェイス構造はエネルギー源のアクティベーションに際し、電極と基板との間の所定領域での電極まわりにおける実質的に均一な電界及び磁界の形成を促進するべく構成される。インターフェイス構造の構成は、空間／スロット／凹部の幅、長さ、及び断面積を含み、形成される半導体デバイスの具体的構成にも左右される。当該半導体デバイスの具体的構成は、その形状及び材料、電極の構成、プロセシングを目的として当該電極まわりに配置される基板の数、単数若しくは複数の基板の静止対移動、使用されるプロセス、使用されるプロセスガス、プロセス圧力及び温度、並びに／又は他のプロセスパラメータを含む。
【００３８】
本堆積装置の実施例においては、及びアプリケーションによっては、バーと電極との間の空間／スロット寸法が、当該バーの断面厚の約１０倍までの範囲となる。これにより、インターフェイス構造と電極との実質的な電気的結合が与えられる。非限定的な例では、電極と基板との間の所定領域内の向上した均一分布電界を形成するための空間／スロットの寸法は、当該バーの断面厚の約１．５倍、２倍、３．６倍、４倍、５倍等である。インターフェイス構造の代替実施例は、固体の又は部分的に固体の部材、及び、複数の異なる領域が、電極まわりに均一電界の形成を促進するべく構成された異なる材料から作られた複合構造を含む。さらに、インターフェイス構造の構成は、図３に示される実質的に平坦な電極表面に対して直交する方向に変化してもよい。インターフェイス構造の構成は、特定の電極構成に適するように及び／又は電極まわりに均一電界の形成を促進するように当該直交方向に変化してもよい。
【００３９】
代替実施例では本堆積装置の電極は、当該インターフェイス構造が電極の一体部分となるように構成される。例えば、電極のエッジ近傍に細長い孔又はスロットを形成するべく当該電極を機械加工することができる。したがって、当該電極から形成されたスロットの幅及び長さがインターフェイス構造、すなわちスロット及び当該スロット近傍のバーをもたらす。他の代替実施例では、スロットの断面はスロット長さ方向に一定とはならない。スロットは例えば、その長さ方向にテーパがつけられてよい。一実施例では、インターフェイス構造材料は電極材料と同じである。他実施例では、インターフェイス構造は電極材料構成と同じであるか又は同じでない材料の組み合わせを含む。他実施例ではスロットは、電極及びバーの材料と異なる材料を中に有することができる。本堆積装置の他の代替実施例では、電極は、当該電極表面まわりの電界均一性をさらに向上させる形状部分を含むことができる。例えば、インターフェイス構造と対向する電極端部が、電界均一性を向上させるべく当該電極の厚さにわたりテーパが付けられたセクションを含んでよい。
【００４０】
いくつかの代替実施例ではインターフェイス構造は、互いに離間して電極表面沿いに互いに重なる態様で配置された複数の部材を含む。インターフェイス構造であってアプリケーションに依存するものの実施例では、当該部材同士の間にあって電極と並んで離間した当該部材同士間の空間／スロット寸法は、当該スロットと並んだ部材の、又は、インターフェイス構造と電極との間の実質的な電気的結合を与える他の部材から離間した部材の断面厚の１０倍までの範囲である。空間／スロットの寸法の非限定的な例は、インターフェイス構造近傍にある部材の断面厚の１．５倍、２倍、３．６倍、４倍、５倍等である。当該間隔は、インターフェイス構造、電極、及び所望の均一電界形成領域等の構成に応じて均一であってもそうでなくてもよい。例えばインターフェイス構造の一実施例は、電極の側部に連結された第１複数離間部材を含む。第１複数離間部材では、各部材の一部もまた当該電極から離間する。インターフェイス構造はさらに、少なくとも第２複数離間部材を含む。当該第２複数離間部材では、各部材の一部は、当該電極に連結された複数部材に連結される。また、第２複数離間部材の各々もまた、当該電極に連結された当該部材の少なくとも１つと少なくとも部分的に重なる。他実施例ではインターフェイス構造の構成は、当該電極の側部から離れる方向に延びて互いに重なる配置とされる２セット以上の離間部材を含む。
【００４１】
インターフェイス構造の構成は電極構成からの影響を受ける。当該電極構成は、その材料、サイズ、及び形状；エネルギー源のタイプ及びレベル；材料、サイズ及び形状のような基板構成；他のプロセシングパラメータ；並びにこれらの組み合わせを含む。図３の堆積装置又は当業者に明らかな代替実施例は、例えばＲＦ又はＶＨＦエネルギーをインターフェイス構造に適用することによって１２７ｃｍ（５０ｉｎ）×７６ｃｍ（３０ｉｎ）以下の所定基板面積上にプラズマ支援堆積を行うことによる材料堆積のような材料プロセシングを目的として使用することができると考えられる。他実施例では所定基板面積は、さらに大きく例えば６．４５ｍ２（１０，０００ｉｎ２）までとなる。これは、正方形又は矩形等のような幾何学的形状に限定されない。
【００４２】
図７を参照すると、他実施例に係る堆積装置４０が示される。堆積装置４０は、電極４２と、当該電極に連結されたインターフェイス構造４４と、当該インターフェイス構造における２つの位置４８、５０にエネルギーを供給するべく例えば電気ケーブルを介して引き回されるエネルギー入力４６とを含む。
【００４３】
インターフェイス構造４４は、複数のバー５２、５４、５６、及び５８を含む。当該バーの各々は、当該電極に連結された部分と、当該電極から離間した部分とを含む。各バー５２、５４、５６、及び５８はさらに、当該電極に沿って互いに離間する。インターフェイス構造４４はさらに、他の複数バー６０及び６２を含む。バー６０はバー５２、５４に連結され、当該電極から離れる方向に延びるバー５２、５４から離間した部分を含む。バー６２はバー５６、５８に連結され、当該電極から離れる方向に延びるバー５６、５８から離間した部分を含む。かかる例においてバー６０はバー５２、５４と少なくとも部分的に重なり、バー６２はバー５６、５８と少なくとも部分的に重なる。
【００４４】
図８は、エネルギー入力４６のアクティベーションの際の、電極４２表面上の電界のシミュレーションを示す。本実施例では、エネルギー入力４６は、値が６０ＭＨｚのＶＨＦ電力である。当該ＶＨＦ電力は、シミュレーションされたモデルにおいて説明されるが図示はされないバー５６及び５８へ電力を供給する。電界が、電極の平坦表面の実質面積にわたり均一であることが明らかである。また当該電界は、図１の堆積装置１０に対して図２に示された電界分布と比較して、エネルギー入力位置近傍における電界強度の劇的低下を示してはいない。図９は、図７の堆積装置を使用した場合の約６０ＭＨｚにおける基板上のシリコン堆積プロットである。プロットにおいてｘ軸は電極の長さ方向にあり、ｙ軸は電極の幅方向にあり、ｚ軸は堆積膜厚の方向にある。堆積されたシリコン材料が基板上に実質的に均一であることは明らかであるが、図５の曲線Ａに示された不均一堆積パターンを示してはいない。
【００４５】
図７の堆積装置又は当業者に明らかな代替実施例は、例えばＲＦ又はＶＨＦエネルギーをインターフェイス構造に適用することによって１２７ｃｍ（５０ｉｎ）×１２７ｃｍ（５０ｉｎ）以下の所定基板面積上への材料堆積を目的として使用することができると考えられる。インターフェイス構造の部材同士の間、又は当該部材と当該電極との間に間隔を形成するスロット／ギャップの長さは、当該電極と当該基板との間の所定領域において向上した均一分布電界を形成するべく構成される。堆積装置４０の代替実施例は、図３の堆積装置２０の実施例に関して上述した構造、形状、材料等のオプションを含み得る電極及びインターフェイス構造の構成を含む。本実施例において電極及び／又はインターフェイス構造は、上述のオプション又はこれらの組み合わせを含む導電性材料を含むことも意図される。
【００４６】
もちろんインターフェイス構造には、堆積装置２０及び４０に関して上述したものに加えて他の代替構成も存在する。例えば一代替実施例において図７の電極は、インターフェイス構造が当該電極の一体部分となるように構成される。例えば、電極本体を機械加工して、当該電極本体に連結されたインターフェイス構造を形成するバー、キャビティ、及びスロット部／凹部を形成することができる。
【００４７】
図１０に示された他の代替実施例では、電極表面と離間した基板との間の所定領域内に実質的に均一な電界を形成するべくインターフェイス構造６４を使用して、エネルギーが電極４２に電気的に結合される。さらに、図１０に示されたインターフェイス構造の一代替実施例は、図７に関して上述した各電極本体の一体部分をなすことができる。
【００４８】
本堆積装置の他の代替実施例において電極は、上述のインターフェイス構造の構成又はその代替例を有する第２インターフェイス構造を有することができる。当該第２インターフェイス構造は、当該電極の他の別個部分と連結されることにより、一以上の基板から離間した電極表面まわりでの実質的に均一な電界の形成をさらに促進する。当該実施例において、インターフェイス構造の各々が一以上のエネルギー源と電気的に結合される。さらに他の代替実施例では、インターフェイス構造の一部が（電極側部に対して又は当該インターフェイス構造の他の一部に対して）当該構造のバー、スロット、又は凹部を再配置するべく調整可能である。これにより、当該インターフェイス構造を再構成して電極構成に適合させ、又は実質的に均一な電界の形成を促進することが容易となる。
【００４９】
さらに他の代替実施例に係る堆積装置では、インターフェイス構造が電極の内部領域中に固定される。エネルギー源からのエネルギーがインターフェイス構造に電気的に結合され、当該インターフェイス構造は、当該エネルギーを当該電極を通して及びこれのまわりに電気的に結合するべく構成される。これにより、エネルギー源のアクティベーションに際し、電極表面と当該電極から離間した基板との間の所定領域に実質的に均一の電界が形成される。インターフェイス構造に設けられるエネルギー源の非限定的な例は、ＡＣ、ＤＣ、ＲＦ、ＶＨＦ、及びマイクロ波を含む。
【００５０】
インターフェイス構造の実施例は、複数のエネルギー出口を含む。これらは各々、電極の外表面に電気的に結合される。これにより、実質的に均一な電界を当該電極まわりに形成することが促進される。電極の外表面は、基板上での材料プロセシングを目的として基板から離間している。インターフェイス構造は、エネルギー源から、エネルギー出口を介して電極と基板との間の所定領域まで、エネルギーを電気的に結合するべく構成される。エネルギー出口は、電極表面と基板との間の所定領域における実質的に均一な電界の形成を促進するべく構成される。当該所定領域は、プロセスガスと当該領域内の実質的に均一な電界との相互作用に基づいて実質的に均一なプラズマを形成することが望ましい領域である。
【００５１】
図１１−１３を参照すると、一実施例に係る堆積装置７０が示される。堆積装置７０は、電極７２と、インターフェイス構造７４と、当該インターフェイス構造に電気的に結合されたエネルギー入力７６とを含む。電極７２は、下カバー７８と上カバー８０とを含む。これらは互いに連結されると中にキャビティ８２を形成する。キャビティ８２は、インターフェイス構造７４を中に受け入れるべく構成される。本堆積装置は、下カバーと上カバーとの間の構造的及び電気的完全性を中のインターフェイス構造に対して与えるべく構成される。例えば、複数のサポート８３が当該ケース内に配置され、上カバー８０を支持する一方で、サポート８３間に導電経路を与えることがないように構成される。
【００５２】
かかる実施例においてインターフェイス構造７４は、中央部分８４と、各々が当該中央部分８４から離れるように延びる４つのブランチ８６、８８、９０、及び９２とを含む。インターフェイス構造の中央部分は、エネルギー入力７６に電気的に結合される。４つのブランチの各々は、中央部分からの遠位にエネルギー出口９４、９６、９８、及び１００を含む。図１１及び１２に示されるように、インターフェイス構造は、中央部分からの入力エネルギーをブランチの各々に沿って４つのエネルギー出口に電気的に結合する。
【００５３】
インターフェイス構造は、例えばセラミック材料のような絶縁材料から作られたインシュレータによって電極の上カバー及び下カバーから絶縁される。エネルギーが各ブランチのエネルギー出力から導電部材を通り電極の外領域に電気的に結合される。かかる実施例においてエネルギーは、ステンレス鋼ねじ１０６を通り電極上カバー８０の外表面１０８に向けられる。
【００５４】
かかる構成の堆積装置７０では、エネルギー入力から各エネルギー出力までの距離は実質的に等しい。さらに、本堆積装置の構成は、キャビティ内にガスを受け入れて当該キャビティからガスを送るべく構成された電極を含む。例えば、かかる実施例において、電極の上カバー８０は孔１１０を含む。これにより、キャビティから放出されたガス材料が、当該電極の外表面１０８の所定領域まわりに形成された均一電界に向けられる。
【００５５】
図１４を参照すると、他の代替実施例に係る堆積装置１１２が示される。堆積装置１１２は、電極１１４と、インターフェイス構造１１６と、エネルギー入力１１８とを含む。かかる実施例においてエネルギー入力１１８は、電極１１４の側部を介してインターフェイス構造に電気的に結合される。これにより、一以上の基板が当該電極の２つの平坦な外表面の各々から離間することができる。電極の２つの側部の各々から離間した一以上の基板に係る実施例では、キャビティ内からのガスを、各電極外表面と単数又は複数の基板との間の外領域に向けて送るべく当該電極を構成することができる。さらに、かかる実施例ではインターフェイス構造１１６は、図１１における堆積装置７０のインターフェイス構造よりも多数のブランチを含む。
【００５６】
図１５を参照すると、他の代替実施例に係る堆積装置１２０が示される。堆積装置１２０は、電極１２２と、インターフェイス構造１２４と、エネルギー入力１２６とを含む。インターフェイス構造の中央部分から各ブランチ沿いの各エネルギー出力までの距離は等しいわけではない。他の代替実施例において堆積装置１２０は、ガスを放出するべく構成された電極を含んでよい。ガスは当該電極のキャビティから、双方のカバーの孔を介して電極と離間基板との間の均一電界領域に向けて放出される。付加的な代替実施例はブランチが、図１１、１４、及び１５に示されたインターフェイス構造のブランチよりも相対的に薄く細長い部材というわけではないものを含む。また、他の代替実施例において複数のエネルギー出口は、インターフェイス構造まわりの任意の場所に、電極の外表面と電気的に連通して配置されてよく、中央部分まわり、ブランチ沿い、又はこれらの組み合わせを含む。
【００５７】
インターフェイス構造が電極とともに配置される堆積装置の当該実施例は、エネルギー源からのエネルギーを当該インターフェイス構造を通り及びこれのまわりに電気的に結合して当該電極まわりに実質的に均一な電界を形成するさらなる付加的な代替例を与える。これにより、電極と単数又は複数の離間基板との間の所定領域において実質的に均一なプラズマの形成が促進される。
【００５８】
当該３つの実施例に係る堆積装置７０、１１２、及び１２０は、サイズ、形状、材料等の構成又はこれらの組み合わせの例を限定することを意図しない。意図されているのは、代替的な導出が当業者にとって可能ということである。堆積装置の構成は、製造される半導体デバイスの構成、プロセシングを目的として電極まわりに配置される基板の数、使用されるプロセス、使用されるプロセスガス、単数若しくは複数の基板の水平、垂直、若しくは他の配向、基板材料、単数若しくは複数の基板の静止対移動、及び／又は他のプロセスパラメータ等に左右される。
【００５９】
実質的に均一な電界を生成する能力は実質的に均一なプラズマを形成することに寄与し、実質的に均一なプラズマの形成はさらに、例えばプラズマ支援堆積及びプラズマ支援エッチングのようなプロセスを目的として、実質的に均一な材料層を基板の所定面積上にプロセシングすることに寄与する。特定の電気デバイス及びプロセスに係る材料に応じて、均一性は、厚さ、電気、光学、化学上の特性分布、及び／又は組成均質性に関連し得る。例えば、多くの薄膜電気デバイスに対しては、基板の所定面積上に実質的に均一な厚さ及び均質性を有する材料層を堆積することが非常に望ましい。
【００６０】
実質的に均一の電界を促進する上述の堆積装置の実施例、又は当業者にとっての代替例は、半導体デバイスの製造プロセスにおける付加的装置とともに使用することができると考えられる。当該付加的装置は例えば、電極及び基板を中に有するプロセス又は反応チャンバであって、当該チャンバ内に向かって、当該チャンバ内において、及び当該チャンバから出るプロセスガスの流れを制御するプロセス又は反応チャンバ；チャンバ動作温度及び圧力を制御する装置；様々な製造段階での本堆積装置の半導体デバイス（すなわち基板）又は他の要素の加熱／冷却部分；及び／又は基板上にプロセシングされる材料の均一性寄与をさらに促進する装置の様々な構成を含む。付加的な装置の例としては、バルブ、ポンプ、計器、アラーム、上述のパラメータを制御するオートメーション要素及びシステム等が含まれる。チャンバ動作圧力は、大気圧から真空圧範囲までにわたる。ここで、真空とは１０−２ｔｏｒｒ未満の状態を称する。
【００６１】
さらに意図されるのは、電極まわりに実質的に均一な電界を形成する本堆積装置の実施例が、単数又は複数の静止又は移動基板上に材料をプロセシングするべく適用できることである。また、他のアプリケーションにおいて、上述の本堆積装置の一実施例を有する堆積チャンバは、隣接するプロセス機器ラインの一部となる。一以上の連続基板が当該プロセス機器ラインを通って延びる。当該プロセス機器ラインにおいて一以上のプロセスが同時に行われる。
【００６２】
例えば、光起電デバイスを製造するロールツーロールプロセスラインにおいて、一以上のペイアウトユニットが単数又は複数のロール基板を他の機器に分配する。当該他の機器のいくつかは、単数又は複数の当該連続基板上に材料を同時に堆積するべく上述の堆積装置を使用する堆積チャンバであってよい。当該ロールツーロールプロセスラインの端部において、一以上のテークアップユニットが処理された単数又は複数の連続基板を受ける。隣接するプロセス機器ラインの例は、「High Throughput Deposition Apparatus with Magnetic Support」という名称の米国特許出願第１１／３７６，９９７号明細書に記載されている。この開示は本明細書に組み込まれる。
【００６３】
本堆積装置に係る上述の一以上の例を使用する一アプリケーションにおいては、堆積又は反応チャンバ内に電極が、当該基板から離間した一以上の基板とともに配置される。例えば、第１基板が電極の一側部から離間され、第２基板が当該電極の対向側部から離間され、当該電極と当該各基板の所定面積との間に実質的に均一な電界が形成される。他例では、第１複数基板が電極の一側部から離間され、第２複数基板が当該電極の対向側部から離間され、当該電極と当該各基板の所定面積との間に実質的に均一な電界が形成される。電極から基板までの間隔はプロセシングアプリケーションに応じて変化する。例えば、光起電デバイス基板上にプラズマ支援により材料を堆積する場合、電極から基板までの間隔は約２．５４ｍｍ（０．１０ｉｎ）から約７６．２ｍｍ（３．００ｉｎ）まで変化する。
【００６４】
均一電界は、電極と各基板の所定面積との間に実質的に均一のプラズマ領域を形成することに寄与する。当該プラズマ領域に意図されるのは、その中にプラズマ材料が均一に分布することである。これにより、電極から離間した対応基板上でのプラズマ材料の実質的に均一なプロセシングが促進される。
【００６５】
いくつかのアプリケーションにおいて複数の基板は、電極と実質的に平行であって、当該電極の同一側部上の他基板と同一平面内にある。これにより、基板上にプロセシングされる材料の均一性が促進される。ただし、他のアプリケーションでは基板が電極と平行ではなく又は他の基板に関して同一平面内ではない。いくつかのアプリケーションにおいて電極の一側部上の単数又は複数基板の間隔は、当該電極の対向側部上の単数又は複数基板の間隔と実質的に同一である。ただし、他のアプリケーションでは複数基板の間隔は電極の両側部上で同一ではない。当該間隔を決定し得る要因は、使用されるプロセス；半導体デバイスの構成；使用されるプロセスガス；当該プロセスに関する温度、圧力、及び時間；及び／又は他のプロセスパラメータである。
【００６６】
いくつかのプロセスにおいて一以上の上記実施例に係る堆積装置は、電極と基板との間に配置されるシールドも含む。シールドは、プラズマ材料を、当該基板の所定面積以外の当該基板の接触面積からブロックするように配置及び構成される。
【００６７】
他のアプリケーションにおいて本堆積装置は、プロセスへの熱エネルギー寄与のための加熱装置を含むことができる。加熱エネルギーは、プラズマエネルギーを維持するべく、又は所定の望ましい堆積材料構造の成長を促進するべく望ましい。さらに他のアプリケーションにおいて本堆積装置は、所定の望ましい堆積材料構造の成長を促進する冷却装置を含むことができる。
【００６８】
一のプロセシングアプリケーションにおいて、エネルギー又は電力の供給は、電極と連続基板又は離散基板との間のプラズマ領域にプラズマを確立又は維持する電気又は電磁エネルギーを与える。エネルギー供給は、無線周波又はマイクロ波の範囲のＡＣエネルギーを導入するＡＣ電源であってよい。ただし、ＤＣ電源であってもよい。供給されるエネルギーは、５−３０ＭＨｚの無線周波数範囲であってよい。例えば、一のＡＣ電源は約１３．５６ＭＨｚで動作する。他のアプリケーションでは、供給されるエネルギーは３０−３００ＭＨｚのＶＨＦ範囲で動作する。例えば、供給されるエネルギーは約６０ＭＨｚで供給される。他のアプリケーションでは、無線周波数（ＶＨＦ周波数（約５−１００ＭＨｚ））及びマイクロ波周波数（約１００ＭＨｚ−３００ＧＨｚ、例えば２．５４ＧＨｚ）が一般に使用される。
【００６９】
上述の実施例に係る堆積装置とともに使用されると考えられる堆積プロセスの非限定的な例には、プラズマ化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）、物理蒸着（ＰＶＤ）、スパッタリング、真空堆積、及びプラズマ支援エッチングが含まれる。
【００７０】
実質的に均一の電界を生成かつ維持する上述の堆積装置の実施例はさらに、無機材料及び有機材料を有する半導体デバイスを製造するべく使用することができると考えられる。
【００７１】
複数のアプリケーションにおいて上述の堆積装置の実施例は、実質的に均一なプラズマの材料を基板の小面積及び大面積上で処理するべく構成される。例えば、半導体デバイスの製造において、実質的に均一なプラズマの材料は約１２７ｃｍ（５０ｉｎ）×２５．４ｃｍ（１０ｉｎ）の所定矩形基板面積上に堆積される。他例では、半導体デバイスの製造において、実質的に均一なプラズマの材料は約１２７ｃｍ（５０ｉｎ）×７６．２ｃｍ（３０ｉｎ）の所定矩形基板面積上に堆積される。
【００７２】
他のアプリケーションにおいて本堆積装置は、実質的に均一なプラズマの材料を、２５８０ｃｍ２（４００ｉｎ２）未満の所定基板面積上に堆積するべく構成できる。他のアプリケーションにおいて本堆積装置は、実質的に均一なプラズマの材料を、２５８０ｃｍ２（４００ｉｎ２）から１．２９ｍ２（２０００ｉｎ２）の所定基板面積上に堆積するべく構成できる。また、他のアプリケーションにおいて本堆積装置は、実質的に均一なプラズマの材料を、１．２９ｍ２（２０００ｉｎ２）から６．４５ｍ２（１０，０００ｉｎ２）の所定基板面積上に堆積するべく構成できる。
【００７３】
光起電デバイスについて考慮される製造例を以下に述べる。上述の堆積装置の実施例を使用することで、光起電デバイスの基板上に堆積される材料層の均一性を向上させることができる。以下の例は、実質的に均一な電界の形成がデバイス製造プロセス中に望まれる他の半導体デバイスの製造に対し、本堆積装置が必要に応じて修正可能となるように拡張できることを意図している。
【００７４】
実質的に均一な電界を形成するべく上述の堆積装置の実施例を使用することができる光起電デバイスには、光起電材料を有するタンデム構造及びトライアド構造のｎ−ｐ接合、ｎ−ｉ−ｐ接合、及びｐ−ｉ−ｎ接合が含まれるがこれらに限定されるわけではない。当該光起電材料は例えば、結晶シリコン、アモルファスシリコン、微結晶シリコン、ナノ結晶シリコン、多結晶シリコン、シリコン及び／又はゲルマニウムの水素化合金を含むＩＶ族半導体等である。他の光起電材料には、ＧａＡｓ（砒化ガリウム）、ＣｄＳ（硫化カドミウム）、ＣｄＴｅ（テルル化カドミウム）、ＣｕＩｎＳｅ２（二セレン化銅インジウム又は「ＣＩＳ」）、及び二セレン化銅インジウムガリウム（「ＣＩＧＳ」）が含まれる。
【００７５】
本堆積装置とともに使用されるプロセスガスは、製造される具体的光起電デバイス構成に依存する。また、当該光起電デバイスの層を形成するべくその一部が堆積されるプラズマの形成において、当該ガスの一部が適用されるエネルギーとどのように相互作用するのかにも依存する。実質的に均一なプラズマを形成するときに使用されるプロセスガスは、化学的に不活性なガス、反応性ガス、又はこれらの組み合わせを含む。プロセスガスは、堆積前駆体ガス又はフィードガスを含む。かかるガスは反応を又は反応種への変換を受けて、堆積材料を、ドーピング前駆体を、及び、当該堆積材料内に組み込まれるか若しくは組み込まれない不活性ガス又は希釈ガスのようなキャリアガスを形成する。
【００７６】
例えば、アモルファス微結晶、微結晶、ナノ結晶、及び多結晶シリコン、ＧｅＨｅ３、ＳｉＨ３、ＳｉＨ２、ＳｉＨ４、ＳｉＦ４、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、及び（ＣＨ３）２ＳｉＣｌ２のような堆積前駆体が堆積される光起電デバイスを使用してよい。ゲルマニウム膜を形成する堆積前駆体として、又は、シリコン・ゲルマニウム合金を形成するシリコン堆積前駆体と組み合わせてゲルマン（Ｇｅｒｍａｉｎｅ）を使用してもよい。堆積前駆体はまた、ＣＨ４及びＣＯ２を含んでもよい。ＳｉＣ又は他の炭素含有膜を形成するべく、例えばシリコンと組み合わされてもよい。堆積前駆体はまた、ｎ又はｐ型ドーピングを目的としてホスフィン、ジボラン、又はＢＦ３のようなドーピング前駆体を含んでもよい。
【００７７】
プロセスガスは、水素を含む不活性ガス又は希釈ガスのようなキャリアガスを含んでもよい。これは、堆積材料に組み込まれても組み込まれなくてもよい。例えば、ａ−Ｓｉ：Ｈ及び／又はａ−ＳｉＧｅ：ＨにおいてはＧｅＨ３及び／又はＳｉＨ３のような膜成長前駆体種が基板上に堆積される。いくつかのアプリケーションにおいてプロセスガスは、例えば四面体配位光起電品質アモルファス合金材料の基板上堆積の最適化において、低密度のバンドギャップ欠陥状態を有する堆積材料の最適化を促進する材料を含むことができる。他のアプリケーションにおいてプロセスガスは、例えば著しい数の欠陥、ダングリングボンド、歪みボンド、及び／又はこれらの中の空格子点を有する堆積材料のような高欠陥材料の堆積を促進する材料を含むことができる。
【００７８】
上述の堆積装置の一実施例が使用される光起電デバイス製造の一アプリケーションにおいて、アモルファス又は微結晶シリコン又はＳｉＧｅ材料の光起電デバイス基板上堆積は、プラズマ化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）のようなプラズマ支援堆積法を介して達成される。本堆積装置は、電極と基板との間における均一電界の形成を促進する。当該均一電界は実質的に均一なプラズマ領域の形成に寄与する。ＰＥＣＶＤ堆積プロセスにおいてプラズマは、接地されたウェブ又は基板と、当該基板に近接して配置された電極又はカソードとの間のプラズマ領域内の堆積チャンバにおいて生成される。
【００７９】
上述の記載は、電極と電気的に結合された構造を使用して実質的に均一な電界を形成する堆積装置の所定実施例に向けられているが、本願発明の原理は、本明細書に記載されていない他実施例に対しても適用可能である。本明細書にて提示された教示を鑑みれば、当業者にとって本願発明のさらなる他の修正例及び変形例が明らかとなろう。上述は具体的な実施例を説明するものであって、その実施に限定されることを意図したものではない。すべての均等を含んで本願発明の範囲を画定するのは以下の特許請求の範囲である。
【図１】
2012507133.tif 000003
【図２】
2012507133.tif 000004
【図３】
2012507133.tif 000005
【図４】
2012507133.tif 000006
【図５】
2012507133.tif 000007
【図６】
2012507133.tif 000008
【図７】
2012507133.tif 000009
【図８】
2012507133.tif 000010
【図９】
2012507133.tif 000011
【図１０】
2012507133.tif 000012
【図１１】
2012507133.tif 000013
【図１２】
2012507133.tif 000014
【図１３】
2012507133.tif 000015
【図１４】
2012507133.tif 000016
【図１５】
2012507133.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成23年3月17日(2011.3.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
大面積基板上に材料を均一にプロセシングする堆積装置であって、
ＶＨＦエネルギーのエネルギー源と、
当該基板と対向かつ離間する関係にある電極と、
前記電極に連結されたインターフェイス構造であって、前記インターフェイス構造を通り及びこれのまわりにある前記エネルギー源からのエネルギーを前記電極と電気的に結合し、前記エネルギー源からのエネルギーが前記インターフェイス構造に供給される場合に、前記電極と前記基板の所定面積との間に実質的に均一な電界を生成するべく構成されたインターフェイス構造と、
前記基板と、
前記電極と、
前記インターフェイス構造とを受け入れるべく構成された反応チャンバであって、前記基板が前記反応チャンバ内で電気的に接地される反応チャンバと
を含む堆積装置。
【請求項２】
前記エネルギーを電気的に結合することは、前記電極と隣接する前記インターフェイス構造の実質寸法に沿って前記エネルギーを分布結合することを含む、請求項１に記載の堆積装置。
【請求項３】
前記インターフェイス構造は、少なくとも２つが互いに少なくとも部分的に重なる複数の異なる領域を含む、請求項１に記載の堆積装置。
【請求項４】
前記インターフェイス構造は前記電極に連結されたバーを含み、前記電極と前記バーとの間にスロットが形成される、請求項３に記載の堆積装置。
【請求項５】
前記インターフェイス構造は前記電極の一体部分である、請求項３に記載の堆積装置。
【請求項６】
前記基板は前記実質的に均一な電界を横切って移動する、請求項１に記載の堆積装置。
【請求項７】
前記電極は、所定堆積面積において前記基板から約２．５４ｍｍ（０．１０ｉｎ）から約７６．２ｍｍ（３．００ｉｎ）離間する、請求項６に記載の堆積装置。
【請求項８】
前記インターフェイス構造は、
前記電極の第１側部に連結された第１インターフェイス構造と、
前記電極の第２側部に連結された第２インターフェイス構造と
を含み、
前記第１及び第２インターフェイス構造は、前記第１及び第２インターフェイス構造の各々を通り及びこれのまわりにある前記エネルギー源からのエネルギーを、前記電極と電気的に結合するべく構成され、前記電極と前記基板の前記所定面積との間に実質的に均一な電界の形成が促進される、請求項１に記載の堆積装置。
【請求項９】
前記エネルギー源は、
前記第１インターフェイス構造に第１エネルギーを与える第１エネルギー源と、
前記第２インターフェイス構造に第２エネルギーを与える第２エネルギー源と
を含む、請求項８に記載の堆積装置。
【請求項１０】
前記インターフェイス構造は、少なくとも２つが互いに少なくとも部分的に重なる複数の異なる領域を含み、前記領域は、前記電極の一側部沿いであって、前記電極の前記側部から外側方向に互いに離間して配置される、請求項１に記載の堆積装置。
【国際調査報告】
2012507133.tif 000018
2012507133.tif 000019