CN109207965A - 平板电极结构和等离子体沉积设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及等离子处理设备领域，公开了一种平板电极结构和应用了该种平板电极结构的等离子体沉积设备，平板电极结构包括：至少一个阴极和一个阳极，且这些阴极和阳极之间依次交替设置；其中，至少有一个阳极内形成有第一送气通道，且在阳极朝向阴极的一面的中部开有第一出气口，在阳极的边缘开有第一进气口；气体从第一进气口进入第一送气通道，从第一出气口排出，形成等离子体。本发明能够改善等离子体沉积薄膜的厚度均匀性。

Description

平板电极结构和等离子体沉积设备

技术领域

本发明涉及等离子处理设备领域，特别涉及一种平板电极结构和应用了该种平板电极结构的等离子体沉积设备。

背景技术

化学气相沉积(Chemical vapor deposition，CVD)，是反应物质在气态条件下发生化学反应，生成固态物质沉积在加热的固态基体表面，进而制得固体材料的工艺技术，常用于制造薄膜(如多晶硅、非晶硅、氧化硅等)。

化学反应的本质是原子或原子团的重新组合，为使重新组合得以进行，必须提供反应所需的活化能，一些需要较大活化能的反应在技术上很难实现。但是，在等离子体中，物质由气态变为等离子态，富集了电子、离子、激发态原子、分子及自由基，它们是极活泼的反应性物种，许多难以进行的反应体系在等离子体条件下变得易于进行。人们在化学合成、薄膜制备、表面处理和精细化学加工等领域，在原有工艺技术基础上，有效地引入等离子体，促进一系列革新和巨大的技术进步。

PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)，中文名称为等离子体增强化学气相沉积法，是借助于辉光放电等方法产生等离子体，使含有薄膜组成的气态物质发生化学反应，从而实现薄膜材料生长的一种新的制备技术。通过反应气体放电，有效地利用了非平衡等离子体的反应特征，从根本上改变了反应体系的能量供给方式。

在等离子体增强化学气相沉积法所应用到的等离子体处理设备中，常用到平板电极作为沉积设备。而对于应用了平板电极的等离子体增强化学气相沉积法而言，最常见的问题在于沉积的均匀性。

由于在传统的等离子体处理设备中，常常将衬底置于平板电极之间，采用从平板电极的一侧进气，另一侧排气的方式送入气体，使得气体在电极作用下形成等离子体，并沉积在衬底的表面上。然而，由于平板电极和衬底的阻挡作用，常常导致到达平板电极中央的气体相对于位于边缘的气体更稀薄。这将使得衬底表面薄膜的沉积厚度较边缘的要薄。

由于衬底沉积薄膜的厚度均匀性是考量薄膜质量的重要指标，因此如何获得厚度均一的等离子体沉积薄膜，是函待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种平板电极结构和应用了该种平板电极结构的等离子体沉积设备，能够改善等离子体沉积薄膜的厚度均匀性。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种平板电极结构，用于等离子体沉积设备，包括：

至少一个阴极和一个阳极，且这些阴极和阳极之间依次交替设置；

其中，至少有一个阳极内形成有第一送气通道，且在阳极朝向阴极的一面的中部开有第一出气口，在阳极的边缘开有第一进气口；

气体从第一进气口进入第一送气通道，从第一出气口排出，形成等离子体。

此外，本发明还提供了一种等离子体沉积设备，包括前述的平板电极结构；等离子体设备还包括：

气源，用于供应气体；

第一进气通道，与气源连接，从平板电极结构的一侧向着阴极和阳极之间送气；

第二进气通道，与气源和第一进气口相连接，用于向第一送气通道内送气。

本发明在平板电极结构的阳极内形成有第一送气通道，通过第一送气通道从第一出气口处送出气体。相对于现有技术而言，由于在平板电极结构的中央部位通过第一出气口得到了气体补充，因此能够克服位于平板电极结构中部的气体稀薄的问题，进而使得薄膜的沉积厚度均匀化。

作为优选，第一出气口包括：若干个第一出气孔，且这些第一出气孔呈阵列分布。呈阵列分布的多个出气孔相比于单一的大出气口而言，可以减少在电极表面开孔对电场强度的影响，提高平板电极结构的稳定性。

进一步地，作为优选，在阳极中，至少有一个阳极位于两个阴极之间，且这些位于两个阴极之间的阳极的朝向阴极的两面都开有第一出气口；

其中，位于同一个阳极上不同的两个面上的第一出气孔之间相互交错设置。在同一个阳极上不同的两个面上的第一出气孔之间相互交错设置，可以使得同时从两个面的出气孔排出的气体更加均匀。

另外，作为优选，至少有一个阴极内形成有第二送气通道，且在阴极朝向阳极的一面的中部开有第二出气口，在阴极的边缘开有第二进气口。当需要把衬底置于阴极和阳极之间并两面同时沉积时，在阴极内也开有第二送气通道，可以使得衬底两面的薄膜沉积厚度都均匀化，提高衬底效果。

当然，作为优选，第二出气口也可以包括：若干个第二出气孔，且这些第二出气孔呈阵列分布。同样可以减少在电极表面开孔对电场强度的影响，提高平板电极结构的稳定性。

进一步地，作为优选，第一出气口包括若干个第一出气孔；

其中，在每对相邻的阳极和阴极上，阳极的第一出气口上的出气孔的开孔位置与阴极的第二出气口上的出气孔的开孔位置相互交错设置。相互交错设置的开孔位置可以防止第一出气口和第二出气口所排出的气体对冲，进而更好地改善薄膜的沉积效果。

另外，作为优选，第一出气口和/或第二出气口为圆形、矩形或椭圆形。采用与衬底相适应的出气口形状，可以根据衬底的需要定制化地提供气体的排气模式，提高泛用性。

另外，作为优选，阳极和/或阴极可拆卸设置。可拆卸的阳极和/或阴级可以方便针对不同的衬底进行更换，使得本发明的平板电极结构具有更好的泛用性。

此外，作为优选，第一进气通道通过第一气体流量计与气源连接；第二进气通道通过第二气体流量计与气源连接。利用气体流量计可以分别控制第一进气通道和第二进气通道的进气量，使得等离子体的进气比例得到控制，进而提高生产可控性。

附图说明

图1是本发明第一实施方式平板电极结构的立体示意图；

图2是本发明第二实施方式平板电极结构的立体示意图；

图3是本发明第三实施方式平板电极结构的立体示意图；

图4是本发明第三实施方式阳极的正面示意图；

图5是本发明第四实施方式平板电极结构的立体示意图；

图6是本发明第五实施方式平板电极结构的立体示意图；

图7是本发明第六实施方式阳极的俯视示意图；

图8是本发明第七实施方式等离子体沉积设备的示意图；

图9是本发明第八实施方式等离子体沉积设备的示意图。

附图标记说明：

1-阳极；11-第一进气口；12-第一出气口；121-第一出气孔；2-阴极；21-第二进气口；22-第二出气口；221-第二出气孔；3-气源；31-第一进气通道；32-第二进气通道；33-第一气体流量计；34-第二气体流量计。

具体实施方式

实施方式一

本发明的第一实施方式提供了一种平板电极结构，用于等离子体沉积设备，参见图1所示，包括：

至少一个阴极2和一个阳极1，且这些阴极2和阳极1之间依次交替设置；

其中，至少有一个阳极1内形成有第一送气通道，且在阳极1朝向阴极2的一面的中部开有第一出气口12，在阳极1的边缘开有第一进气口11；

气体从第一进气口11进入第一送气通道，从第一出气口12排出，形成等离子体。

本发明在平板电极结构的阳极1内形成有第一送气通道，通过第一送气通道从第一出气口12处送出气体。在本实施方式中，可以将衬底设置在阴极2上，由平板电极结构的侧部方向为主要供气来源，并由第一出气口12作补充供气。相对于现有技术而言，由于在平板电极结构的中央部位通过第一出气口12得到了气体补充，因此能够克服位于平板电极结构中部的气体稀薄的问题，进而使得薄膜的沉积厚度均匀化。

值得一提的是，在本实施方式中，阴极2和阳极1绝不仅限于图1所示的两个，实际使用时，可以将许多个阴极2和阳极1交替堆叠，构成多层结构，以提高沉积设备的效率。

另外，在本实施方式中，阳极1和/或阴极2可拆卸设置。可拆卸的阳极1和/或阴级可以方便针对不同的衬底进行更换，使得本发明的平板电极结构具有更好的泛用性。

另外，在本实施方式中，第一出气口12可以为圆形、矩形或椭圆形。采用与衬底相适应的出气口形状，可以根据衬底的需要定制化地提供气体的排气模式，提高泛用性。

实施方式二

本发明的第二实施方式提供了一种平板电极结构。第二实施方式是第一实施方式的进一步改进，主要改进之处在于,在本发明的第二实施方式中，参见图2所示，第一出气口12包括：若干个第一出气孔121，且这些第一出气孔121呈阵列分布。呈阵列分布的多个出气孔相比于单一的大出气口而言，可以减少在电极表面开孔对电场强度的影响，提高平板电极结构的稳定性。

其中，这些阵列分布的第一出气孔121可以通过一体成型的阳极1制得，也可以在第一出气口12处安装填充物制得。特别地，可以在第一出气口12处焊接条状物，来形成长条状或者方孔状的第一出气孔121。

实施方式三

本发明的第三实施方式提供了一种平板电极结构。第三实施方式是第二实施方式的进一步改进，主要改进之处在于,在本发明的第三实施方式中，参见图3所示，在这些阳极1中，至少有一个阳极1位于两个阴极2之间，且这些位于两个阴极2之间的阳极1的朝向阴极2的两面都开有第一出气口12；

其中，参见图4所示，位于同一个阳极1上不同的两个面上的第一出气孔121之间相互交错设置。在图4中，实线部分的第一出气孔121为位于阳极1正面的第一出气孔121，而虚线部分的第一出气孔121为位于阳极1反面的第一出气孔121。

在同一个阳极1上不同的两个面上的第一出气孔121之间相互交错设置，可以使得同时从两个面的出气孔排出的气体更加均匀。

实施方式四

本发明的第四实施方式提供了一种平板电极结构。第四实施方式是第一至第三实施方式中任意一实施方式的进一步改进，主要改进之处在于,在本发明的第四实施方式中，参见图5所示，至少有一个阴极2内形成有第二送气通道，且在阴极2朝向阳极1的一面的中部开有第二出气口22，在阴极2的边缘开有第二进气口21。

值得一提的是，由于阳极1的遮挡，在图5中，第一出气口12未示意出。

当需要把衬底置于阴极2和阳极1之间并两面同时沉积时，在阴极2内也开有第二送气通道，可以使得衬底两面的薄膜沉积厚度都均匀化，提高衬底效果。

另外，在本实施方式中，第二出气口22也可以为圆形、矩形或椭圆形。采用与衬底相适应的出气口形状，可以根据衬底的需要定制化地提供气体的排气模式，提高泛用性。

实施方式五

本发明的第五实施方式提供了一种平板电极结构。第五实施方式是第四实施方式的进一步改进，主要改进之处在于,在本发明的第五实施方式中，参见图6所示，第二出气口22也可以包括：若干个第二出气孔221，且这些第二出气孔221呈阵列分布。同样可以减少在电极表面开孔对电场强度的影响，提高平板电极结构的稳定性。

同样的，这些阵列分布的第二出气孔221可以通过一体成型的阴极2制得，也可以在第二出气口22处安装填充物制得。特别地，可以在第二出气口22处焊接条状物，来形成长条状或者方孔状的第二出气孔221。

实施方式六

本发明的第六实施方式提供了一种平板电极结构。第六实施方式是第五实施方式的进一步改进，主要改进之处在于，在本发明的第六实施方式中，参见图7所示，第一出气口12包括若干个第一出气孔121；

为了清楚地示意出第一出气孔121和第二出气孔221的位置关系，在图7中，用虚线所表示的第二出气孔221为与阳极1相邻的阴极2上的第二出气孔221在阳极1表面上的投影的所在位置。从图7可以看出，在每对相邻的阳极1和阴极2上，阳极1的第一出气口12上的出气孔的开孔位置与阴极2的第二出气口22上的出气孔的开孔位置相互交错设置。相互交错设置的开孔位置可以防止第一出气口12和第二出气口22所排出的气体对冲，进而更好地改善薄膜的沉积效果。

实施方式七

本发明的第七实施方式提供了一种等离子体沉积设备，参见图8所示，包括第一至第六实施方式中任意一实施方式所提及的平板电极结构，还包括：

气源3，用于供应气体；

第一进气通道31，与气源3连接，从平板电极结构的一侧向着阴极2和阳极1之间送气；

第二进气通道32，与气源3和第一进气口11相连接，用于向第一送气通道内送气。

当设置有第二进气口21时，第二进气通道32也可以同时向第二送气通道内送气。

在本发明中，第一进气通道31作为主要进气通道，提供大部分的工艺气体，第二进气通道32作为辅助进气通道，主要控制电极中部的薄膜沉积性能。

本发明在平板电极结构的阳极1内形成有第一送气通道，通过第一送气通道从第一出气口12处送出气体。相对于现有技术而言，由于在平板电极结构的中央部位通过第一出气口12得到了气体补充，因此能够克服位于平板电极结构中部的气体稀薄的问题，进而使得薄膜的沉积厚度均匀化。

实施方式八

本发明的第八实施方式提供了一种等离子体沉积设备。第八实施方式是第七实施方式的进一步改进，主要改进之处在于，在本发明的第八实施方式中，参见图9所示，第一进气通道31通过第一气体流量计33与气源3连接；第二进气通道32通过第二气体流量计34与气源3连接。

具体来说，可以通过两个流量计，独立控制第一进气通道31和第二进气通道32的气体流量，也可以成比例地调整二者的气体流量。借助流量控制，大大提高了等离子均匀性，提高了等离子设备的生产质量和可控性。

本领域的普通技术人员可以理解，在上述的各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于上述各实施方式的种种变化和修改，也可以基本实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。因此，在实际应用中，可以在形式上和细节上对上述实施方式作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种平板电极结构，用于等离子体沉积设备，包括：

至少一个阴极(2)和一个阳极(1)，且这些阴极(2)和阳极(1)之间依次交替设置；

其特征在于：至少有一个阳极(1)内形成有第一送气通道，且在所述阳极(1)朝向阴极(2)的一面的中部开有第一出气口(12)，在所述阳极(1)的边缘开有第一进气口(11)；

气体从所述第一进气口(11)进入所述第一送气通道，从所述第一出气口(12)排出，形成等离子体。

2.根据权利要求1所述的平板电极结构，其特征在于：所述第一出气口(12)包括：若干个第一出气孔(121)，且这些第一出气孔(121)呈阵列分布。

3.根据权利要求2所述的平板电极结构，其特征在于：在所述阳极(1)中，至少有一个阳极(1)位于两个阴极(2)之间，且这些位于两个阴极(2)之间的阳极(1)的朝向阴极(2)的两面都开有第一出气口(12)；

其中，位于同一个阳极(1)上不同的两个面上的第一出气孔(121)之间相互交错设置。

4.根据权利要求1所述的平板电极结构，其特征在于：至少有一个所述阴极(2)内形成有第二送气通道，且在所述阴极(2)朝向阳极(1)的一面的中部开有第二出气口(22)，在所述阴极(2)的边缘开有第二进气口(21)。

5.根据权利要求4所述的平板电极结构，其特征在于：所述第二出气口(22)包括：若干个第二出气孔(221)，且这些第二出气孔(221)呈阵列分布。

6.根据权利要求5所述的平板电极结构，其特征在于：所述第一出气口(12)包括若干个第一出气孔(121)；

其中，在每对相邻的阳极(1)和阴极(2)上，所述阳极(1)的第一出气口(12)上的出气孔的开孔位置与所述阴极(2)的第二出气口(22)上的出气孔的开孔位置相互交错设置。

7.根据权利要求4所述的平板电极结构，其特征在于：所述第一出气口(12)和/或所述第二出气口(22)为圆形、矩形或椭圆形。

8.根据权利要求1所述的平板电极结构，其特征在于：所述阳极(1)和/或所述阴极(2)可拆卸设置。

9.一种等离子体沉积设备，其特征在于：包括权利要求1至7中任意一项所述的平板电极结构；

所述等离子体设备还包括：

气源(3)，用于供应气体；

第一进气通道(31)，与所述气源(3)连接，从所述平板电极结构的一侧向着所述阴极(2)和阳极(1)之间送气；

第二进气通道(32)，与所述气源(3)和所述第一进气口(11)相连接，用于向所述第一送气通道内送气。

10.根据权利要求9所述的等离子体沉积设备，其特征在于：

所述第一进气通道(31)通过第一气体流量计(33)与所述气源(3)连接；

所述第二进气通道(32)通过第二气体流量计(34)与所述气源(3)连接。