利用等離子體在柔性基片上沉積薄膜的制作方法
【專利說明】
【背景技術(shù)】
[0001]等離子體可用于激發(fā)薄膜沉積的反應(yīng)，例如應(yīng)用于等離子體輔助原子層沉積反應(yīng)(ALD) ο在該反應(yīng)過程中，等離子體的均勻性可影響薄膜的沉積過程和/或沉積結(jié)果。當?shù)入x子體的規(guī)模很大時(例如，當沉積基片具有較大的表面積時)，在處理過程中很難形成均勻的等離子體。因此，當沉積基片具有較大的表面積時，人們建議通過增加電極尺寸來促進較大的基片形成均勻的等離子體。然而，增加電極的表面積會導(dǎo)致等離子體電流增大，進而導(dǎo)致等離子擊穿，閃爍和消失。
【附圖說明】
[0002]圖1是根據(jù)本發(fā)明一實施例的薄膜沉積系統(tǒng)的剖面圖；
[0003]圖2是根據(jù)本發(fā)明一實施例的多個電極的立體圖；
[0004]圖3是根據(jù)本發(fā)明另一實施例包括絕緣材料的等離子體發(fā)生器的剖面圖；
[0005]圖4是根據(jù)本發(fā)明另一實施例包括等離子體通道的等離子體發(fā)生器的剖面圖。
【具體實施方式】
[0006]圖1是根據(jù)本發(fā)明一實施例的薄膜沉積系統(tǒng)100的剖面圖，薄膜沉積系統(tǒng)100(如圖1所示)用于涂覆具有柔性材料層的基片102。在一些實施例中，基片102可以是柔性的，例如塑料薄膜網(wǎng)或鋁箔網(wǎng)?？赏ㄟ^氣相沉積方法在基片102上涂覆薄膜材料層，例如通過原子層沉積方法。相較于化學氣相沉積(化學氣相沉積中基片的表面同時暴露于用于形成薄膜的源氣體中)，在原子層沉積方法中，基片的表面順次暴露于單獨的前體氣體中。例如，將第一前體蒸汽引導(dǎo)至基片的上方，從而前體蒸汽通過化學方法被吸收到基片表面。在理論上的原子層沉積方法中，第一前體蒸汽的化學吸收作用具有自限性，因為第一前體蒸汽不與其他類似的分子相連通。在暴露于第一前體氣體后，將基片暴露于第二前體氣體。第二前體氣體的分子通過化學方式吸收第一前體氣體的分子(此時第一前體氣體的分子已通過化學方式被吸收)或與第一前體氣體的分子發(fā)生反應(yīng)，以形成第一和第二前體氣體的薄膜產(chǎn)品。在圖1所示的實施例中，薄膜沉積系統(tǒng)100運行時，薄膜沉積系統(tǒng)100分別包括第一前體區(qū)104，第二前體區(qū)106和第三前體區(qū)108，每個前體區(qū)分別提供有第一，第二和第三前體氣體(如圖1中前體氣體1，前體氣體2和前體氣體3所示)。由此，基片102暴露于不同的前體氣體中，實現(xiàn)從一個前體區(qū)到另一前體區(qū)的連續(xù)暴露。例如，從第一前體區(qū)104開始，基片102暴露于前體氣體I，接著暴露于第二前體區(qū)106的前體氣體2中，接著暴露于第三前體區(qū)108的前體氣體3中，接著暴露于第二前體區(qū)106的前體氣體2中，接著暴露于第一前體區(qū)104的前體氣體I中，等等。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解的是，本系統(tǒng)包括的前體區(qū)可少于三個或四個，或者可以包括更多的前體區(qū)，以實現(xiàn)周期性地將基片102交替地暴露于相應(yīng)數(shù)量的前體氣體中。
[0007]由于一種或者多種前體氣體相對于另一種前體氣體可能是敏感的或相互易發(fā)生化學反應(yīng)的；因此在處理過程中，可將各前體氣體隔離或分開以防止多種前體氣體混合并發(fā)生氣相反應(yīng)而導(dǎo)致形成顆粒。在圖1所示的實施例中，分隔帶I1將第一前體區(qū)104，第二前體區(qū)106和第三前體區(qū)108分隔開。換句話說，分隔帶110橫跨第二前體區(qū)106以形成第一分隔區(qū)IlOA和第二分隔區(qū)110B，第一分隔區(qū)IlOA和第二分隔區(qū)IlOB分別位于第二前體區(qū)106相對的頂側(cè)和底側(cè)。如圖1所不，第一分隔區(qū)IlOA和第二分隔區(qū)IlOB不一定是獨立分隔帶的組成部分，在其他實施例中，他們可以是單獨的分隔帶。使用時，分隔帶110提供有惰性氣體。惰性氣體和活性前體氣體都是工藝氣體，這些氣體被引入到薄膜沉積系統(tǒng)100內(nèi)的基片加工過程或維護過程的工藝環(huán)境中。在給定的工藝條件下，惰性氣體不起反應(yīng)。相反，在給定的一系列工藝條件下，活性氣體會發(fā)生化學反應(yīng)。例如，在加工過程中，活性前體氣體發(fā)生反應(yīng)以形成柔性材料層。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，在一定工藝條件下，惰性氣體可以被激活。由此，當被激活時，惰性氣體可激活其他活性氣體(例如前體氣體)或自身轉(zhuǎn)變?yōu)榛钚郧绑w氣體。類似地，當改變工藝條件時，一些活性組分可轉(zhuǎn)變?yōu)槎栊曰蚍腔钚越M分。
[0008]在圖1所示的實施例中，工藝環(huán)境由加工容器112限定范圍，加工容器112將工藝環(huán)境與外部環(huán)境隔離。加工容器112可包括壓力容器和/或真空容器。在圖1所示的實施例中，加工容器112與栗或抽吸源114流體連通，從而使工藝環(huán)境可調(diào)節(jié)地控制為保持負壓狀態(tài)。
[0009]工藝環(huán)境可再被細分成兩個或多個子室。在圖1所示的實施例中，通過第一分隔器116和第二分隔器118將第一前體區(qū)104、第三前體區(qū)108以及分隔帶110分隔開；通過第三分隔器120將分隔帶110與第二前體區(qū)106分隔開，第三分隔器120包括間隔開的位于頂部和底部的分隔器分部120A和分隔器分部120B。在其他實施例中，額外的分隔器可將前體區(qū)和分隔帶與一個或多個前室分隔開，例如預(yù)沉積子室和/或后沉積子室(圖中未示)O
[0010]穿過第一分隔器116的一系列第一通道122沿基片102的整體移動方向相互間隔設(shè)置，通過第二分隔器118和包括分隔器分部120A和分隔器分部120B的第三分隔器120，提供對應(yīng)的一系列的第二通道124和第三通道126。通道122，124和126被配置成使得基片102沿著通道多次來回移動于第一、第二和第三前體區(qū)104，106和108中。在連續(xù)的暴露區(qū)之間到其中的兩個前體區(qū)，基片102經(jīng)過分隔帶110。例如，在基片102從第一前體區(qū)104移動到第三前體區(qū)108的過程中，基片102從第一前體區(qū)104穿過第一通道122到達第一分隔區(qū)110A，接著從第一分隔區(qū)IlOA在頂部分隔器分部120A穿過第三通道126到達第二前體區(qū)106，接著從第二前體區(qū)106在底部分隔器分部120B穿過第三通道126到達第二分隔區(qū)110B，最后從第二分隔區(qū)IlOB穿過第二通道124到達第三前體區(qū)108。轉(zhuǎn)向引導(dǎo)件128引導(dǎo)基片102回到相反方向，從而基片102從第三前體區(qū)108移動返回到第二分隔區(qū)110B，接著從第二分隔區(qū)IlOB移動到第二前體區(qū)106，接著從第二前體區(qū)106移動到第一分隔區(qū)110A，最后從第一分隔區(qū)IlOA移動到第一前體區(qū)104。
[0011]圖1所示的實施例中包括三個前體區(qū)，其他實施例中可以包括四個或更多的前體區(qū)，也可以包括少于三個前體區(qū)。不管預(yù)設(shè)的前體區(qū)的數(shù)量是多少，優(yōu)選的是，通過一個或多個分隔區(qū)將一個前體區(qū)與其鄰近的前體區(qū)分隔開，(該前體區(qū)提供的前體氣體可與鄰近的前體區(qū)中的其他氣體發(fā)生反應(yīng))。
[0012]在圖1所示的實施例中，多個等離子體發(fā)生器130設(shè)置在第二前體區(qū)106中，然而應(yīng)理解的是，多個等離子體發(fā)生器130可設(shè)置于任意的前體區(qū)和/或分隔帶110中。使用過程中，等離子體發(fā)生器130通過在低壓氣體中產(chǎn)生電磁場而電離低壓氣體以激活氣體分子。例如，在一些實施例中，在包括等離子體發(fā)生器130的處理區(qū)中的總氣壓約為I托或更大，在其他實施例中，約為2托或更大。自由電子被電磁場加速，當這些自由電子與氣體分子碰撞時，可能激活這些氣體分子而形成激發(fā)態(tài)的氣體(例如，自由基或離子)。被等離子體發(fā)生器130激活的前體氣體可與先前吸收的大量的其他前體氣體(例如通過原子層沉積反應(yīng)吸收的前體氣體)反應(yīng)，從而在基片102的表面形成薄膜層。例如，在將基片102暴露于第一前體區(qū)104和第三前體區(qū)108上的含鋁前體氣體中時，例如三甲基鋁或三甲氧基安非他命(TMA)，可形成氧化鋁薄膜，從而含鋁前體氣體被基片102通過化學方式吸收?；?02接著暴露于