CN109680264A - 一种低功率起辉的平板pecvd设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低功率起辉的平板PECVD设备，包括反应室、以及设于反应室内的上电极环和下电极环，所述上电极环和所述下电极环之间设有调节垫环。本发明具有结构简单、调节方便、有利于实现低功率起辉等优点。

Description

一种低功率起辉的平板PECVD设备

技术领域

本发明涉及PECVD设备，尤其涉及一种低功率起辉的平板PECVD设备。

背景技术

PECVD设备：是借助微波或射频等使含有薄膜组成原子的气体电离，在局部形成等离子体，由于等离子体化学活性很强，很容易发生反应，在基片上沉积出所期望的薄膜。为了使化学反应能在较低的温度下进行，利用了等离子体的活性来促进反应，因而被称为等离子体增强化学气相沉积设备。

带电粒子在电场中会受到电场的加速作用，从而对晶片产生轰击，有可能对键能较弱的材料（如锑化铟等类似材料）造成结构性损坏。因此在工艺过程中需要尽可能的降低电极板间的电压，从而降低带电粒子速度，减少对材料的损伤。特别是在工艺开始阶段，材料表面没有保护膜，是最容易因为带电粒子轰击而受到损伤的阶段。 现有的平板PECVD很难实现以低功率直接起辉，需要进行优化设计。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构简单、调节方便、有利于实现低功率起辉的平板PECVD设备。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种低功率起辉的平板PECVD设备，包括反应室、以及设于反应室内的上电极环和下电极环，所述上电极环和所述下电极环之间设有调节垫环。

作为上述技术方案的进一步改进：所述上电极环或所述下电极环上设有用于产生尖端放电的伸缩放电天线，所述伸缩放电天线配置有回收驱动件。

作为上述技术方案的进一步改进：所述回收驱动件为回收驱动气缸。

作为上述技术方案的进一步改进：所述反应室侧壁上沿周向均匀安装有多个电子枪。

作为上述技术方案的进一步改进：所述反应室内设有用于承载工件的载片台，所述电子枪包括用于产生热电子的灯丝、以及用于驱动灯丝靠近或远离所述载片台的伸缩驱动件，所述灯丝的电位低于所述载片台。

作为上述技术方案的进一步改进：所述伸缩驱动件为伸缩驱动气缸。

作为上述技术方案的进一步改进：所述反应室上部设有进气管，所述上电极环上安装有上匀气板，所述下电极环上安装有下匀气板，所述反应室下部设有用于将反应室内各处气体均匀抽出的抽气管。

作为上述技术方案的进一步改进：所述载片台下方设有加热盘，所述加热盘内设有加热线圈。

与现有技术相比，本发明的优点在于：在PECVD设备中一般采用的是高频电源，如13.56MHz，在高频放电中，放电起始电压及自持放电的机制依外加电场频率不同而有所差异。试验发现在高频下，气体放电起始电压U与（频率和电极间距的乘积）f·d曲线有一最低值，最低值出现在f·d=100MHz·cm左右。如前所述一般PECVD采用的电源为13.56MHz的电源，则可以计算出来与该频率电源最匹配的电极板间距约为7cm。同时考虑到气体压力、气体种类及电极环材质的不同，都会对气体放电产生影响。因此，通过上述方法计算所得的电极板间距可能不是最优值。基于上述原因，本发明在上电极环和下电极环之间设有调节垫环，通过安装不同厚度的调节垫环或增减调节垫环的数量，能够达到调节上电极环和下电极环之间间距的目的，结构简单且调节方便，在设备使用过程中进一步对d值进行优化，找到最佳的电极间距值，从而使气体击穿电压最小，实现低功率起辉，减少对材料的损伤。

附图说明

图1是本发明低功率起辉的平板PECVD设备的立体结构示意图。

图2是本发明低功率起辉的平板PECVD设备的内部结构示意图。

图3是本发明中的伸缩放电天线的原理示意图。

图4是本发明中的电子枪的结构示意图。

图中各标号表示：1、反应室；2、上电极环；3、下电极环；4、调节垫环；5、伸缩放电天线；51、回收驱动件；6、电子枪；7、载片台；81、进气管；82、上匀气板；83、下匀气板；84、抽气管；9、加热盘；91、加热线圈。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

图1至图4示出了本发明的一种实施例，本实施例的低功率起辉的平板PECVD设备，包括反应室1、以及设于反应室1内的上电极环2和下电极环3，上电极环2和下电极环3之间设有调节垫环4。

在PECVD设备中一般采用的是高频电源，如13.56MHz，在高频放电中，放电起始电压及自持放电的机制依外加电场频率不同而有所差异。试验发现在高频下，气体放电起始电压U与（频率和电极间距的乘积）f·d曲线有一最低值，最低值出现在f·d=100MHz·cm左右。如前所述一般PECVD采用的电源为13.56MHz的电源，则可以计算出来与该频率电源最匹配的电极板间距约为7cm。同时考虑到气体压力、气体种类及电极环材质的不同，都会对气体放电产生影响。因此，通过上述方法计算所得的电极板间距可能不是最优值。基于上述原因，本发明在上电极环2和下电极环3之间设有调节垫环4，通过安装不同厚度的调节垫环4或增减调节垫环4的数量，能够达到调节上电极环2和下电极环2之间间距（也即上述的d值）的目的，结构简单且调节方便，在设备使用过程中进一步对d值进行优化，找到最佳的电极间距值，从而使气体击穿电压最小，实现低功率起辉，减少对材料的损伤。

作为进一步优选的技术方案，上电极环2或下电极环3上设有用于产生尖端放电的伸缩放电天线5，伸缩放电天线5配置有回收驱动件51。本实施例中，伸缩放电天线5安装于上电极环2上，回收驱动件51带动伸缩放电天线5上下运动。在其他实施例中，也可将伸缩放电天线5安装于下电极环3上，伸缩放电天线5的运动方式也可进行调整，能够实现回收即可。

根据直流或低频气体辉光放电的伏安特性可知，气体从非自持放电到自持放电的过程中存在较大的电压降低，既气体击穿电压Uz，一般大于气体的辉光放电电压Uh。但是在气体未击穿之前，即使电极间的电压达到了Uz，由于气体处于绝缘状态，电场内部气体仍不能满足气体辉光放电条件，电场内部的气体也不会形成辉光放电。而在高频辉光放电中，实验发现，当反应室1内部存在大量的带电粒子后（例如辉光放电后灭弧，然后再次起辉）可以在较低的功率下完成起辉。因此，本发明通过在反应室1内设置伸缩放电天线5，在有突出的情况下，容易发生尖端放电，尖端放电会产生大量的带电粒子，带电粒子增加会导致气体容易击穿，也即实现低功率起辉。

更进一步地，本实施例中，回收驱动件51为回收驱动气缸。也即伸缩放电天线5在回收驱动气缸的作用下向下伸出，或者完成起辉后向上回缩，实现回收。在其他实施例中，回收驱动件51也可采用电机执行机构，实现功能。

作为进一步优选的技术方案，本实施例中，反应室1侧壁上沿周向均匀安装有多个电子枪6。

电子枪6是产生、加速及汇聚高能量密度电子束流的装置，可发射出具有一定能量、一定束流的特定速度和角度的电子束，又称电子注。利用电子枪6可在反应室1内产生大量的带电粒子，从而降低起辉功率。使用时，反应室1内通入反应气体，然后开启电子枪6，电子枪6开启一定时间后（试验表明通常在0.1min～5min），设备开启射频电源，开始匹配、起辉，反应室1内部起辉后，关闭电子枪6。

更进一步地，本实施例中，反应室1内设有用于承载工件的载片台7，电子枪6包括用于产生热电子的灯丝、以及用于驱动灯丝靠近或远离载片台7的伸缩驱动件，灯丝的电位低于载片台7。其中，灯丝优选钨制灯丝，在气体辉光放电前，对灯丝进行通电加热，使其表面产生大量的热电子，热电子受电场作用，向反应室1内部方向加速，从而大幅度增加反应室1内部的带电粒子浓度，使反应室1内部气体容易击穿，形成辉光放电。

更进一步地，本实施例中，伸缩驱动件为伸缩驱动气缸。灯丝可以在气缸作用的下使电子枪6靠近载片盘7，在气体起辉后，气缸将电子枪6往外拉，使电子枪6的灯丝区域远离电极区域。优选地，本实施例中，电子枪6共四个，左右各两个，整体呈X型布置，有利于保证反应室1内各处的带电粒子的均匀性。在其他实施例中，伸缩驱动件也可采用电机执行机构，实现功能。

作为进一步优选的技术方案，本实施例中，反应室1上部设有进气管81，上电极环2上安装有上匀气板82，下电极环3上安装有下匀气板83，进入反应室1内的反应气体经过上匀气板82和下匀气板83后，均匀地分布在反应室1内；反应室1下部设有用于将反应室1内各处气体均匀抽出的抽气管84，反应完成后，利用抽气管84均匀地抽出。

作为进一步优选的技术方案，本实施例中，载片台7下方设有加热盘9，加热盘9内设有加热线圈91。加热线圈91通电，对载片台7上的工件均匀加热。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (8)

1.一种低功率起辉的平板PECVD设备，其特征在于：包括反应室（1）、以及设于反应室（1）内的上电极环（2）和下电极环（3），所述上电极环（2）和所述下电极环（3）之间设有调节垫环（4）。

2.根据权利要求1所述的低功率起辉的平板PECVD设备，其特征在于：所述上电极环（2）或所述下电极环（3）上设有用于产生尖端放电的伸缩放电天线（5），所述伸缩放电天线（5）配置有回收驱动件（51）。

3.根据权利要求2所述的低功率起辉的平板PECVD设备，其特征在于：所述回收驱动件（51）为回收驱动气缸或电机执行机构。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的低功率起辉的平板PECVD设备，其特征在于：所述反应室（1）侧壁上沿周向均匀安装有多个电子枪（6）。

5.根据权利要求4所述的低功率起辉的平板PECVD设备，其特征在于：所述反应室（1）内设有用于承载工件的载片台（7），所述电子枪（6）包括用于产生热电子的灯丝、以及用于驱动灯丝靠近或远离所述载片台（7）的伸缩驱动件，所述灯丝的电位低于所述载片台（7）。

6.根据权利要求5所述的低功率起辉的平板PECVD设备，其特征在于：所述伸缩驱动件为伸缩驱动气缸或电机执行机构。

7.根据权利要求4所述的低功率起辉的平板PECVD设备，其特征在于：所述反应室（1）上部设有进气管（81），所述上电极环（2）上安装有上匀气板（82），所述下电极环（3）上安装有下匀气板（83），所述反应室（1）下部设有用于将反应室（1）内各处气体均匀抽出的抽气管（84）。

8.根据权利要求5所述的低功率起辉的平板PECVD设备，其特征在于：所述载片台（7）下方设有加热盘（9），所述加热盘（9）内设有加热线圈（91）。