CN103594313B - 气体分配装置及具有其的等离子体处理设备 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种气体分配装置，包括：上盖，上盖具有进气通道且上盖的下表面设有容纳槽；和第一分配板，第一分配板设在容纳槽内且在第一分配板的上表面与容纳槽的顶壁之间限定出与进气通道连通的第一空间，第一分配板设有多个第一分配孔，多个第一分配孔的孔径和分布密度中的至少一个沿远离进气通道的方向上增大。根据本发明的气体分配装置，使得工艺气体能均匀的分布在工艺腔室内。本发明还提出了一种具有上述气体分配装置的等离子体处理设备。

Description

气体分配装置及具有其的等离子体处理设备

技术领域

本发明涉及半导体设备制造技术领域，尤其是涉及一种气体分配装置及具有其的等离子体处理设备。

背景技术

目前常见的平板式等离子体加强化学气相沉积（PECVD）设备的工艺反应腔室是作为主要容器来集成其它部件以形成一个可形成真空的腔体，工艺反应腔室的上盖设计有让工艺气体通过的进气口，工艺气体通过进气口到达分配板，该分配板上设有很多孔径很小的通孔，从而让工艺气体均匀地通过分配板，该分配板同时与射频电源相连用于产生等离子体。当一定压力的工艺气体通过分配板后到达工艺反应腔室的内部，此时在射频电源的作用下产生等离子体，并在分配板与载板之间的电场作用下，各种化学反应物质沉积到载板上方的硅片上，从而形成致密的沉积结构，在腔室下方有一开口用于连接真空管路，其主要作用是使工艺反应腔室产生工艺需要的真空度。在太阳能电池领域，通常电池片（硅片或玻璃基片）是方形的，因此承载电池片的载板也是方形的，而且载板的尺寸通常很大，一般在长×宽为1000mm×1000mm以上，如此大尺寸的载板，要使化学反应物在载板上方均匀的沉积，则需等离子体是均匀分布的，这就要求工艺气体在通过分配板后能形成均匀的气流体。

目前的PECVD设备中导致电池片沉积不均匀一方面是由于工艺气体通过分配板后产生不均匀的气体流，另一方面是由于工艺气体在工艺反应腔室内的整体均匀性差。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种能均匀分布气流的气体分配装置。

本发明的另一个目的在于提出一种具有上述气体分配装置的等离子体处理设备。

根据本发明第一方面的气体分配装置，包括：上盖，所述上盖具有进气通道且所述上盖的下表面设有容纳槽；和第一分配板，所述第一分配板设在所述容纳槽内且在所述第一分配板的上表面与所述容纳槽的顶壁之间限定出与所述进气通道连通的第一空间，所述第一分配板设有多个第一分配孔，所述多个第一分配孔的孔径和分布密度中的至少一个沿远离所述进气通道的方向上增大。

根据本发明的气体分配装置，通过设置有第一分配板且第一分配板上的多个第一分配孔的孔径和分布密度中的至少一个沿远离进气通道的方向上增大，从而使得每一个第一分配孔处的气体流动速率都近似相等，使得工艺气体经过第一分配板后能形成比较均匀分布的气体流，使得工艺气体能均匀的分布在工艺腔室内，从而实现等离子体的均匀性和在工艺腔室内的电池片上形成均匀的沉积。

另外，根据本发明的气体分配装置还具有如下附加技术特征：

进一步，气体分配装置还包括第二分配板，所述第二分配板设置在所述容纳槽内且位于所述第一分配板的下方，所述第二分配板上均匀地设有多个孔径相同的第二分配孔，所述第二分配板的上表面与所述第一分配板的下表面限定出与所述第一和第二分配孔连通的第二空间。从而，使得工艺气体能更均匀的分布在工艺腔室内，从而进一步保证实现等离子体的均匀性和在工艺腔室内的硅片上形成均匀的沉积。

具体地，所述第二分配孔的孔径小于孔径最小的第一分配孔的孔径。由此，进一步保证了工艺气体经过第二分配板后能形成均匀分布的气体流。

进一步地，所述第二分配孔的分布密度大于所述第一分配孔的分布密度。由此，更进一步保证了工艺气体经过第二分配板后能形成均匀分布的气体流。

在本发明的一个实施例中，所述多个第一分配孔的孔径沿远离所述进气通道的方向上增大且所述多个第一分配孔均匀地分布在所述第一分配板上。从而使得每一个第一分配孔的压力降都近似相等。

在本发明的另一个实施例中，所述多个第一分配孔的孔径相同且所述多个第一分配孔的分布密度沿远离所述进气通道的方向上增大。从而，保证了气体通过第一分配板后能形成比较均匀的气体流。

根据本发明的具体实施例，所述第一分配板为矩形，所述第一分配孔在所述第一分配板上排列成第一矩形阵列，且所述第一矩形阵列的中心与所述进气通道相对。从而，保证了工艺气体能均匀的分布在工艺腔室内。

进一步地，所述第一分配孔均匀分布在所述第一分配板上，所述第一矩形阵列的任一排内的第一分配孔的孔径沿从该排的两端朝向该排的中心逐渐变小。从而使得每一个第一分配孔的压力降都近似相等。

具体地，所述第二分配板为矩形，所述第二分配孔在所述第二分配板上排列成第二矩形阵列。从而，保证了工艺气体能更均匀的分布在工艺腔室内。

根据本发明的一个实施例，所述第一分配板的上表面的外周沿设有向上延伸的环形上凸台以在所述第一分配板的上表面限定出构成所述第一空间的上凹槽，所述第一分配板的下表面的外周沿设有向上延伸的环形下凸台以在所述第一分配板的下表面限定出构成所述第二空间的下凹槽。从而，该气体分配装置结构简单。

在本发明的一些实施例中，所述进气通道为多个，所述多个第一分配孔分成与所述多个进气通道一一对应的多个阵列，每一阵列内的所述多个第一分配孔的孔径和分布密度中的至少一个沿远离与该组对应的一个进气通道的方向上增大。从而，进一步保证了工艺气体经过第一分配板后能形成为均匀的气体流。

进一步地，所述第一分配孔的多个阵列彼此对称。由此，结构简单且保证气体能均匀分布在工艺腔室内。

根据本发明的一些示例，所述第二分配板为多个，所述多个第二分配板沿上下方向排列，且最上面的第二分配板与所述第一分配板限定出一个第二空间，且相邻的第二分配板之间限定出第三空间。从而，进一步保证工艺气体能均匀分布在工艺腔室内。

根据本发明第二方面的等离子体处理设备，包括根据本发明第一方面的气体分配装置。

根据本发明的等离子体处理设备，通过设置有气体分配装置，可使得工艺气体均匀的分布到工艺腔室内，从而实现等离子体的均匀分布和在硅片上形成均匀的沉积。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明一个实施例的气体分配装置的剖视图；

图2是根据本发明另一个实施例的气体分配装置的剖视图；

图3是图2所示的气体分配装置的分解视图；和

图4是图2所示的气体分配装置中的排列成第一矩形阵列的第一分配孔的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

本发明提供了一种气体分配装置，其根据气体流动的特性，采用了一种特别设计的气体分配板，当工艺气体通过上盖的进气口后，工艺气体进入由气体分配板与上盖形成的空间内，然后气体通过所述气体分配板的通孔后均匀分布。

通常气体在流动过程中是优先沿着压力降小的通道流动，而这种压力降的大小与路径长度成正相关且与通孔的孔径负相关，即路径越长压力降越大，路径越小压力降越小，孔径越大压力降越小，孔径越小压力降越大。根据气体流动的这种特性，工艺气体将首先通过进气口正下方的气体分配板上的通孔，即进气口正下方的分配板上的通孔处的气体流动速率最大，分配板上远离进气口孔的通孔由于距离变大，则气体的流动速率变小，这样气流速率便沿以进气孔为中心的圆周方向向外逐渐降低。

为了改变空间中气体的这种流动状态，让空间中工艺气体下方的气体呈现均匀分布，本发明中的气体分配板的通孔采用了特别的设计，本发明中采用改变通孔直径或空间中气体传输路径长度的方式来改变压力降，从而改变气体通过通孔的流动速率，一种方案是通孔中心距是均匀分布的，只是孔径不同而已，即在进气口下方的通孔直径最小，远离进气口的通孔孔径逐渐变大。另一种方案也可以采用孔径一样但是孔的数量分布呈现中心位置数量少而远离中心位置数量多的分布。

作为一种可实施方式，下面请参考图1详细描述本发明的气体分配装置100，该气体分配装置100设置在等离子体设备中用于将工艺气体均匀地分配到等离子体设备的工艺腔室内。

根据本实施例的气体分配装置100，如图1所示，包括：上盖1和第一分配板2，其中，上盖1具有进气通道10且上盖1的下表面设有容纳槽11。第一分配板2设在容纳槽11内且在第一分配板2的上表面与容纳槽11的顶壁之间限定出与进气通道10连通的第一空间20，第一分配板2设有多个第一分配孔21，多个第一分配孔21的孔径和分布密度中的至少一个沿远离进气通道10的方向上增大。向气体分配装置100内通入工艺气体时，工艺气体首先通过进气通道10进入到第一空间20内，然后工艺气体从第一空间20沿多个第一分配孔21进入到工艺腔室内进行工艺反应。

根据本实施例的气体分配装置100，通过设置有第一分配板2且第一分配板2上的多个第一分配孔21的孔径和分布密度中的至少一个沿远离进气通道10的方向上增大，从而使得每一个第一分配孔21处的气体流动速率都近似相等，使得工艺气体经过第一分配板2后能形成均匀分布的气体流，使得工艺气体能均匀的分布在工艺腔室内，从而实现等离子体的均匀性和在工艺腔室内的硅片上形成均匀的沉积。

较佳地，多个第一分配孔21的孔径沿远离进气通道10的方向上增大且多个第一分配孔21均匀地分布在第一分配板2上。从而使得每一个第一分配孔21的压力降都近似相等。

较佳地，多个第一分配孔21的孔径相同且多个第一分配孔21的分布密度沿远离进气通道的方向上增大。从而，保证了气体通过第一分配板2后能形成均匀的气体流。

较佳地，所述第一分配板2安装在工艺腔室的上盖1上，并与射频电源连接，从上盖1的进气通道10进入的工艺气体通过第一分配板2，从而在工艺腔室中形成均匀的气体。

作为另一种可实施方式，本发明还提供一种气体分配装置100，其是在上述实施例气体分配装置100的基础上增加第二分配板，用于对经过第一分配板后的工艺气体进行再次匀流。当气体经过第一分配板后，由于第一分配板的匀流作用，气体整体上已经是比较均匀的状态，这种较均匀的气体再通过第二分配板时被二次匀流。第二分配板设计成通孔孔径相同且孔均匀分布，此外该板上通孔直径要小于第一分配板的孔径且分布密度更大，所以通过第二分配板后便均匀地流入工艺腔室，这种均匀分布的气场在RF射频作用下形成等离子体，最终在电池片上形成均匀的沉积。

下面请参考图2-图4详细描述本发明的气体分配装置100，该气体分配装置100设置在等离子体设备中用于将工艺气体均匀地分配到等离子体设备的工艺腔室内。

根据本发明实施例的气体分配装置100，如图2和图3所示，包括：上盖1、第一分配板2和第二分配板3，其中，上盖1具有进气通道10且上盖1的下表面设有容纳槽11。第一分配板2设在容纳槽11内且在第一分配板2的上表面与容纳槽11的顶壁之间限定出与进气通道10连通的第一空间20，第一分配板2设有多个第一分配孔21，多个第一分配孔21的孔径和分布密度中的至少一个沿远离进气通道10的方向上增大。第二分配板3设置在容纳槽11内且位于第一分配板2的下方，第二分配板3上均匀地设有多个孔径相同的第二分配孔30，第二分配板3的上表面与第一分配板2的下表面限定出与第一分配孔21和第二分配孔30连通的第二空间31。

向气体分配装置100内通入工艺气体时，工艺气体首先通过进气通道10进入到第一空间20内，然后工艺气体从第一空间20沿多个第一分配孔21进入到第二空间31内，最后工艺气体从多个第二分配孔30进入到工艺腔室内进行工艺反应。

根据本实施例的气体分配装置100，通过设置有第一分配板2和第二分配板3，且第一分配板2上的多个第一分配孔21的孔径和分布密度中的至少一个沿远离进气通道10的方向上增大，从而使得每一个第一分配孔21处的气体流动速率都近似相等，使得工艺气体经过第一分配板2后能形成比较均匀分布的气体流，当这些气体流通过第二分配板3后形成为更加均匀分布的气体流，使得工艺气体能均匀的分布在工艺腔室内，从而实现等离子体的均匀性和在工艺腔室内的硅片上形成均匀的沉积。

具体地，第二分配孔30的孔径小于孔径最小的第一分配孔21的孔径。进一步地，第二分配孔30的分布密度大于第一分配孔21的分布密度。由此，进一步保证了工艺气体经过第二分配板3后能形成均匀分布的气体流。

较佳地，本发明中第一分配板和第二分配板均设计为矩形，同时让通孔变化形成方形分布，即方形的四个角位置的通孔直径最大。作为一种可实施方式，通孔中心距是均匀分布的，只是孔径不同而已，当然也可以采用孔径一样但是孔的数量分布呈现方形中心位置数量少而远离中心位置数量多的分布。如图2和图3所示，第一分配板2和第二分配板3均为矩形，第一分配孔21在第一分配板2上排列成第一矩形阵列，第二分配孔30在第二分配板3上排列成第二矩形阵列，且第一矩形阵列的中心与进气通道10相对。进一步的，第一分配孔21均匀分布在第一分配板2上，第一矩形阵列的任一排内的第一分配孔21的孔径沿从该排的两端朝向该排的中心逐渐变小。

在图4的示例中，多个第一分配孔21均匀分布在第一分配板2上，且排列成第一矩形阵列，该第一矩形阵列中的任一行内的第一分配孔21的孔径沿该行的两端朝向该行的中心逐渐变小，该第一矩形阵列中的任一列内的第一分配孔21的孔径沿该列的两端朝向该列的中心逐渐变小，即该第一矩形阵列的中心处的第一分配孔21的孔径最小，该第一矩形阵列的四个角位置的第一分配孔21的孔径最大。从而保证了每一个第一分配孔21的压力降近似相等。

如图2和图3所示，根据本发明的一个实施例，第一分配板2的上表面的外周沿设有向上延伸的环形上凸台22以在第一分配板2的上表面限定出构成第一空间20的上凹槽201，第一分配板2的下表面的外周沿设有向上延伸的环形下凸台23以在第一分配板2的下表面限定出构成第二空间31的下凹槽202。从而，该气体分配装置100结构简单。

本发明的实施例中还采用了多个进气通道10的方案，多个第一分配孔21分成与多个进气通道10一一对应的多个阵列，即每个进气通道10下方都有相同的呈方形排布的第一分配孔21组合，最终形成多个呈方形排布的第一分配孔21组合。具体的，每一阵列内的多个第一分配孔21的孔径和分布密度中的至少一个沿远离与该组对应的一个进气通道10的方向上增大。进一步地，第一分配孔21的多个阵列彼此对称。从而，进一步保证了工艺气体经过第一分配板2后能形成为均匀的气体流。

在图2和图3的示例中，上盖1上形成四个进气通道10，多个第一分配孔21分成与四个进气通道10一一对应的四个彼此对称的阵列。

根据本发明的一些示例，第二分配板3可为多个，多个第二分配板3沿上下方向排列，且最上面的第二分配板3与第一分配板2限定出一个第二空间31，且相邻的第二分配板3之间限定出第三空间（图未示出）。此时，工艺气体从进气通道10进入到第一空间20内，然后通过多个第一分配孔21进入到第二空间31内，接着通过最上面的第二分配板3上的多个第二分配孔30进入到第三空间内，最后从第三空间通过最下面的第二分配板3上的多个第二分配孔30进入到工艺腔室内。

相应于本发明的气体分配装置，本发明还提供一种等离子体处理设备，包括本发明的气体分配装置。

所述等离子体处理设备，通过设置有气体分配装置，可使得工艺气体均匀的分布到工艺腔室内，从而实现等离子体的均匀分布和在电池片上形成均匀的沉积。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (13)

1.一种气体分配装置，其特征在于，包括：

上盖，所述上盖具有进气通道且所述上盖的下表面设有容纳槽；和

第一分配板，所述第一分配板设在所述容纳槽内且在所述第一分配板的上表面与所述容纳槽的顶壁之间限定出与所述进气通道连通的第一空间，所述第一分配板设有多个第一分配孔，所述多个第一分配孔的孔径和分布密度中的至少一个沿远离所述进气通道的方向上增大；

第二分配板，所述第二分配板设置在所述容纳槽内且位于所述第一分配板的下方，所述第二分配板上均匀地设有多个孔径相同的第二分配孔，所述第二分配板的上表面与所述第一分配板的下表面限定出与所述第一和第二分配孔连通的第二空间。

2.根据权利要求1所述的气体分配装置，其特征在于，所述第二分配孔的孔径小于孔径最小的第一分配孔的孔径。

3.根据权利要求1所述的气体分配装置，其特征在于，所述第二分配孔的分布密度大于所述第一分配孔的分布密度。

4.根据权利要求1所述的气体分配装置，其特征在于，所述多个第一分配孔的孔径沿远离所述进气通道的方向上增大且所述多个第一分配孔均匀地分布在所述第一分配板上。

5.根据权利要求1所述的气体分配装置，其特征在于，所述多个第一分配孔的孔径相同且所述多个第一分配孔的分布密度沿远离所述进气通道的方向上增大。

6.根据权利要求1所述的气体分配装置，其特征在于，所述第一分配板为矩形，所述第一分配孔在所述第一分配板上排列成第一矩形阵列，且所述第一矩形阵列的中心与所述进气通道相对。

7.根据权利要求6所述的气体分配装置，其特征在于，所述第一分配孔均匀分布在所述第一分配板上，所述第一矩形阵列的任一排内的第一分配孔的孔径沿从该排的两端朝向该排的中心逐渐变小。

8.根据权利要求1所述的气体分配装置，其特征在于，所述第二分配板为矩形，所述第二分配孔在所述第二分配板上排列成第二矩形阵列。

9.根据权利要求1所述的气体分配装置，其特征在于，所述第一分配板的上表面的外周沿设有向上延伸的环形上凸台以在所述第一分配板的上表面限定出构成所述第一空间的上凹槽，所述第一分配板的下表面的外周沿设有向上延伸的环形下凸台以在所述第一分配板的下表面限定出构成所述第二空间的下凹槽。

10.根据权利要求1-8中任一项所述的气体分配装置，其特征在于，所述进气通道为多个，所述多个第一分配孔分成与所述多个进气通道一一对应的多个阵列，每一阵列内的所述多个第一分配孔的孔径和分布密度中的至少一个沿远离与该阵列对应的一个进气通道的方向上增大。

11.根据权利要求10所述的气体分配装置，其特征在于，所述第一分配孔的多个阵列彼此对称。

12.根据权利要求1所述的气体分配装置，其特征在于，所述第二分配板为多个，所述多个第二分配板沿上下方向排列，且最上面的第二分配板与所述第一分配板限定出一个第二空间，且相邻的第二分配板之间限定出第三空间。

13.一种等离子体处理设备，其特征在于，包括根据权利要求1-12中任一项所述的气体分配装置。