CN110029328A - 一种用于提高正反平面沉积均匀性的盒式电极 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于提高正反平面沉积均匀性的盒式电极，该盒式电极由至少三层平板电极构成，位于中间层的平板电极为功率电极，位于功率电极上下两层的电极均为接地电极，三层平板电极的层与层之间通过与平板电极相互垂直设置的绝缘板分隔，将多个盒式电极由上至下依次固定设置于箱体中配置成整列结构，样品设置于两个盒式电极之间。本发明将功率电极改进为带孔的盒式电极，通过射频等离子体气相沉积工艺在材料或者物品表面进行三维同形涂覆，从而在产品表面获得同形且厚度一致的薄膜材料，提高了等离子体气相沉积的均匀性。本发明提出了新型的盒式电极结构，用功率电极和接地电极的组合形式，提高了正反两平面沉积厚度的均匀性。
Description
技术领域
本发明属于射频等离子体技术领域，具体的说是涉及一种用于提高正反平面沉积均匀性的盒式电极。
背景技术
射频等离子体是指通过射频源产生的等离子体，等离子体沉积是指在等离子体相中的气相沉积，样品表面均匀性是指样品整个表面沉积薄膜厚度的一致性。对于平板电极等离子体沉积技术而言，样品表面沉积厚度的均匀性是沉积薄膜评估的重要指标之一。影响沉积厚度均匀性的两个最重要的因素是：电场分布的均匀性和气场的均匀性。对于现有技术中的某些应用，要求产品正反面的沉积厚度要一致，为了满足这一需求，如图1所示，现有技术中采用的电极配置整列都是由传统空心平板功率电极平行放置而成，这种方案虽然很好的解决了产品正反面沉积厚度的一致性，但对于同一平面内而言，边缘区域的沉积速率会明显高于中间区域的沉积速率，从而导致整个平面内沉积的差异性。产生这种现象其主要原因是功率电极与功率电极平行放置的配置结构，其内部并非均匀的电场分布，而是由射频电极指向腔体侧壁的电场分布结构，这种不均匀的电场分布导致了平面沉积厚度的差异性。另外对于带孔的电极虽然一定程度上改善了气场分布的均匀性，但对于电极板边缘部分，由于空间大，气流阻力小，气体交换仍较电极内部区域迅速，这也在一定程度上加重了电极边缘区域和中心区域沉积厚度的差异。综上所述，为了满足正反面沉积膜厚一致且均匀性要求较高的需求，现亟需设计出一种用于提高正反平面沉积均匀性的新型电极。
发明内容
本发明为了克服现有技术存在的不足，提供一种用于提高正反平面沉积均匀性的盒式电极。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种用于提高正反平面沉积均匀性的盒式电极，该用于提高正反平面沉积均匀性的盒式电极由至少三层平板电极构成，位于中间层的平板电极为功率电极，位于功率电极上下两层的电极均为接地电极，三层平板电极的层与层之间通过与平板电极相互垂直设置的绝缘板分隔，将多个盒式电极由上至下依次固定设置于箱体中配置成整列结构，样品设置于两个盒式电极之间。
作为本发明的另一种实施方式，本发明中的盒式电极由五层平板电极构成，位于第三层的平板电极为功率电极，位于第一、二层和第四、五层的平板电极为接地电极，五层平板电极的层与层之间通过与平板电极相互垂直设置的绝缘板分隔。
功率电极为带孔的空心平板功率电极，空心平板功率电极上孔的形状是方形、矩形或圆形。接地电极为带孔的空心平板接地电极，空心平板接地电极上孔的形状是方形、矩形或圆形。
本发明的有益效果是：为了满足正反面沉积膜厚一致且均匀性要求较高的要求，本发明提出了将带孔的功率电极设计改进为带孔的盒式电极。本发明的应用领域为射频等离子体技术，包括等离子体增强气相沉积、清洗和等离子刻蚀领域等。本发明利用射频等离子体技术，通过射频等离子体气相沉积工艺在材料或者物品表面进行三维conformalcoating同形涂覆保护膜的操作，从而在产品表面获得同形且厚度一致的薄膜材料，提高了等离子体气相沉积的均匀性。本发明很好地解决了射频等离子体气相沉积中平板衬底中心区域与边缘区域和样品正反面积速率存在差异的问题。本发明提出了新型的盒式电极结构，用功率电极和接地电极的组合形式，并且用带孔空心平板盒式电极代替了传统空心平板功率电极，提高了正反两平面沉积厚度的均匀性。
附图说明
图1是现有技术中传统空心平板功率电极整列的结构示意图；
图2是本发明盒式电极结构的结构示意图；
图3是本发明由盒式电极构成的盒式电极整列的结构示意图；
图4是使用现有技术中传统空心平板功率电极整列在平板衬底上沉积的氧化硅薄膜厚度分布示意图；
图5是使用本发明盒式电极整列在平板衬底上沉积的氧化硅薄膜厚度分布示意图。
图中：1-空心平板功率电极；2-空心平板接地电极；3-绝缘板；4-箱体；5-孔。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明作详细描述。
如图2所示，一种用于提高正反平面沉积均匀性的盒式电极，该用于提高正反平面沉积均匀性的盒式电极由至少三层平板电极构成，位于中间层的平板电极为功率电极，位于功率电极上下两层的电极均为接地电极，三层平板电极的层与层之间通过与平板电极相互垂直设置的绝缘板3分隔，将多个盒式电极由上至下依次固定设置于箱体4中配置成整列结构，样品设置于两个盒式电极之间。功率电极为带孔的空心平板功率电极1，空心平板功率电极1上孔5的形状是方形、矩形或圆形。接地电极为带孔的空心平板接地电极2，空心平板接地电极2上孔5的形状是方形、矩形或圆形。
作为本发明的另一种实施方式，本发明中的盒式电极由五层平板电极构成，位于第三层的平板电极为功率电极，位于第一、二层和第四、五层的平板电极为接地电极，五层平板电极的层与层之间通过与平板电极相互垂直设置的绝缘板3分隔。
如图3所示，本发明将盒式电极配置成整列结构，这时样品放置于两个盒式电极之间，其等离子沉积膜厚的均匀性较之前的电极配置有了明显的提高。其主要原因是对于该盒式电极结构，电场分布由先前的不均匀分布变成了均匀分布，在盒式电极内部形成均匀的等离子体分布；薄膜的沉积是由盒式电极内功率电极和接地电极之间放电产生的自由基和少量的离子通过接电电极之间的孔5自由扩散而沉积的，该自由基和离子在穿越接地电极后能够脱离电场的束缚，均匀的扩撒在该样品沉积区域，从而形成均匀的薄膜。
实施例：我们通过在同一PECVD系统中，用30mm×80mm的样品尺寸分别按两种电极的放置方式在相同工艺条件对比平面沉积膜厚的均匀性。（1）将PECVD腔室抽到本底真空30mT，腔室壁保持60℃恒温；（2）将80sccm工艺气体S通入到腔室中，稳定1min；（3）输入射频功率30W，工艺压力稳定控制在60mT,工艺时间为20min；（4）沉积工艺完成后，腔室破真空到大气，取出样品，测量薄膜沉积厚度。通过测量薄膜沉积厚度来比较均匀性的改善。
薄膜沉积厚度如图4和图5所示，图4是使用现有技术中传统空心平板功率电极整列在平板衬底上沉积的氧化硅薄膜厚度分布示意图，图5是使用本发明盒式电极整列在平板衬底上沉积的氧化硅薄膜厚度分布示意图。通过沉积厚度分布的数据对比可知,使用现有技术中传统空心平板功率电极整列得到的厚度的最高值是最低值的2.4倍，而使用盒式电极整列得到的厚度最高值是最低值的1.35倍，均匀性大大提高。
本发明中的这种新型带孔的空心盒式电极，孔5的形状可以是方形、矩形或者圆形等，接地电极的使用数量可以是上下各一层，也可以是上下各两层，通过将接地电极设置在功率电极的上下表面来改善等离子正反两面沉积均匀性的技术方案都属于本发明的保护范围。
最后应当说明的是，以上内容仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的简单修改或者等同替换，均不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (6)
1.一种用于提高正反平面沉积均匀性的盒式电极，其特征在于：所述用于提高正反平面沉积均匀性的盒式电极由至少三层平板电极构成，位于中间层的平板电极为功率电极，位于所述功率电极上下两层的电极均为接地电极，所述三层平板电极的层与层之间通过与平板电极相互垂直设置的绝缘板分隔，将多个所述盒式电极由上至下依次固定设置于箱体中配置成整列结构，样品设置于两个盒式电极之间。
2.根据权利要求1所述的一种用于提高正反平面沉积均匀性的盒式电极，其特征在于：所述盒式电极由五层平板电极构成，位于第三层的平板电极为功率电极，位于第一、二层和第四、五层的平板电极为接地电极，所述五层平板电极的层与层之间通过与平板电极相互垂直设置的绝缘板分隔。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于提高正反平面沉积均匀性的盒式电极，其特征在于：所述功率电极为带孔的空心平板功率电极。
4.根据权利要求1或2所述的一种用于提高正反平面沉积均匀性的盒式电极，其特征在于：所述接地电极为带孔的空心平板接地电极。
5.根据权利要求3所述的一种用于提高正反平面沉积均匀性的盒式电极，其特征在于：所述空心平板功率电极上孔的形状是方形、矩形或圆形。
6.根据权利要求4所述的一种用于提高正反平面沉积均匀性的盒式电极，其特征在于：所述空心平板接地电极上孔的形状是方形、矩形或圆形。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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