CN111235553B - 一种一体化电极及在等离子体增强化学气相沉积设备中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及真空镀膜领域，公开了一种应用于等离子体增强化学气相沉积设备(PECVD)中的一体化电极，主要是由电极气盒与电极基座两部分组成。一体化电极气盒可以在实现气场均匀性的同时防止电极板间产生寄生辉光，基座主要起固定电极和屏蔽绝缘的作用。本发明在保证薄膜沉积质量和均匀性的同时，解决了传统电极容易在极板间产生寄生辉光的问题。本电极制备方法简单、易控，可实现大量、低成本制备。
Description
技术领域
本发明涉及真空镀膜领域，具体的说是一种用于等离子体增强化学气相沉积设备的一体化电极。
背景技术
等离子体增强化学气相沉积(PECVD)是半导体领域应用极其广泛的一种技术，其借助射频等，使含有组成薄膜的原子气体，在局部形成等离子体。由于等离子体的活性很强，易发生化学反应，从而在基片上沉积出所期望的薄膜。
传统的射频PECVD由双电极板构成，气体由周边进入。但是在高压情况下，气体分子的自由程短，造成气场分布不均，进而导致薄膜均匀性差。为了改进气场的均匀行，喷淋头的方式得以应用，但是喷淋头的问题在于电极板与基座之间极容易产生寄生辉光。
基于上述的问题，为了避免电极间距、腔室结构导致气体注入和流动的不均匀、等离子体电位功率分部不均匀以及寄生辉光等问题。故发明了一种用于等离子体增强化学气相沉积设备的一体化电极，用来提高薄膜沉积质量和均匀性。
发明内容
本发明旨在解决PECVD设备中气体均匀行和电极间寄生辉光的问题。本发明的目的是提供一种一体化电极，应用于PECVD设备中，在确保气场均匀性的同时，抑制电极板之间的寄生辉光，提高薄膜的沉积质量和均匀性，有利于高压强高功率条件下制备高质量的薄膜。本发明是通过以下技术方案实现的：
所述的一体化电极是由电极气盒和电极基座两部分组成。
所述的一体化电极气盒是由一体化电极顶板、中板、基座板、金属电极接头、绝缘墙、陶瓷进气口组成。
所述的顶板、中板、基座板通过沉头螺丝进行固定。确保结构稳定牢固。金属电极接头连接顶、中、基座电极板。与顶板通过沉头螺丝固定，与中板和基座通过金属螺帽固定。
所述的电极气盒由顶、中、基座电极板和四周的绝缘墙共同构成，分为上混气室和下混气室。四周的绝缘墙利于提高电场的均匀性和稳定性，并避免与屏蔽罩形成电极。下混气室与进气口相连，此进气口材质为绝缘材料，通过拧紧的方式固定在基座电极上，有效防止进气口处的寄生辉光。下混气室和上混气室通过中间电极板的气孔连接，该气孔足够小，确保气体在下混气室混合均匀。气体进入上混气室最终由上电极板的出气孔喷出进入沉积区域。
所述的基座结构是由金属基座、屏蔽罩、屏蔽罩绝缘材料、基座电极绝缘材料、进气口绝缘管和进气口金属管、金属电缆管、沉头螺丝组成。
所述的金属基座开有四个螺丝口，用于固定于腔室内部的支架上。金属基座接地要好。
所述的屏蔽罩用沉头螺丝固定在金属基座上，防止电场外泄，确保电极上电势分布的均匀性。
所述的屏蔽罩绝缘材料、基座电极绝缘材料、进气口绝缘管可以是陶瓷、聚四氟乙烯(但不局限于陶瓷和聚四氟乙烯)。
所述的屏蔽罩绝缘材料要高于屏蔽罩和电极，形成断层。
所述的金属管要和基座完美链接，防止产生新的电势。所述的进气口绝缘管采用旋紧的方式与金属基座相连。
所述的金属金属电缆管是金属电极接头和金属电缆的保护外壳和屏蔽罩，防止电场的外泄。中间采用绝缘材料分隔。
本发明的优点与积极效果如下：
本发明提供了一种一体化电极，该电极有效的解决了镀膜过程中气体流通不均匀的和寄生辉光产生的问题，从而保障了薄膜沉积质量和薄膜均匀性。
本发明涉及真空镀膜领域，公开了一种应用于等离子体增强化学气相沉积设备(PECVD)中的一体化电极，主要是由电极气盒与电极基座两部分组成。一体化电极气盒可以在实现气场均匀性的同时防止电极板间产生寄生辉光，基座主要起固定电极和屏蔽绝缘的作用。本电极制备方法简单、易控，可实现大量、低成本制备。
附图说明
图1为一体化电极的整体结构示意图
图2为一体化电极气盒结构图。
图3为电极基座结构图。
附图1中，[101]为一体化电极气盒，[102]为电极基座。附图2中，[201]为上金属电极板，[202]为金属电极柱，[203]为上电极气孔，[204]为中金属电极板，[205]为中电极板气孔，[206]为固定螺丝，[207]为下金属板，[208]为进气口，[209]为电极绝缘墙。附图3中，[301]为金属基座，[302]为进气口，[303]为固定螺丝，[304]金属屏蔽罩，[305]屏蔽罩为绝缘材料，[306]电极板为绝缘材料，[307]为电源线绝缘材料，[308]为电缆金属卡扣。
具体实施方式
实施例1
方形电极结构
以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。
本发明一体化电极结构如图1所示，是由[101]一体化电极气盒和[102]电极基座两部分组成。
本发明电极主要是由一体化电极气盒和电极基座两部分组成，其中一体化电极气盒包括电极顶板、电极中板、电极基座板、电极基座绝缘墙、金属电极柱；电极基座包括金属基座、屏蔽罩、屏蔽罩绝缘材料、基座电极绝缘材料、进气口绝缘管和进气口金属管、金属电缆管、沉头螺丝。
本发明的一体化电极气盒结构如图2所示，主要是由上金属电极板[201]、中金属电极板[204]、下金属电极板[207]、金属电极接头[202]、进气口[208]和电极绝缘墙[209]组成。金属电极接头[202]用螺丝[206]固定，与中金属电极板[204]相连。[201]、[204]、[207]通过固定螺丝[206]相连。[201]和[204]以阵列方式排列，从而产生[203]和[205]的气孔。气孔[203]的孔径大于气孔[205]的孔径。电极板气孔[205]孔径＜0.5mm，气孔[203]孔径>＝1mm。
本发明的基座结构如图3所示，由金属基座[301]、绝缘材料电极板[306]、进气口[302]、电源线绝缘材料[307]、电缆金属卡扣[308]、绝缘材料屏蔽罩[305]、和金属屏蔽罩[304]组成。[207]和[301]之间夹有绝缘材料[306]，厚度在10～20mm之间。[302]为进气口，进气口末端为陶瓷结构，采用旋紧的模式与金属基座相连，确保紧密链接。电源线绝缘材料[307]在满足绝缘和加工的条件下尽可能的薄，并在外围加电缆金属卡扣[308]确保其和基座完美链接。最外围加装屏蔽罩[305]和[304]，采用螺丝[303]固定，[209]和[304]之间夹有绝缘材料[305]，[305]高出[209]和[304]约2mm左右，形成断层，防止形成连续性的薄膜，导致新的问题
本发明电极工作时，气体首先通过进气口[302]进入气体盒，将气体送入电极板[207]、[204]、[201]之间，并向周围均匀的扩散，在电场作用下，电极之间产生等离子体，从而形成需要的膜层。
实施例2
圆形电极结构
圆形电极，将电极板制备成圆盘形貌，是由一体化电极气盒和电极基座两部分组成。
一体化电极气盒主要是由上金属电极板、中金属电极板、下金属电极板、金属电极接头、进气口和电极绝缘墙组成。金属电极接头与金属电极板，以及金属电极板与金属电极板间均通过固定螺丝相连。电极板通过阵列的形式交错排列，从而产生气孔。
基座结构是由金属基座、绝缘材料电极板、进气口、电源线绝缘材料、电缆金属卡扣、绝缘材料屏蔽罩、和金属屏蔽罩组成。进气口末端为陶瓷结构，采用旋紧的模式，确保与金属基座紧密相连。电源线绝缘材料外围加电缆金属卡扣确保其和基座完美链接。最外围加通过螺丝固定加装屏蔽罩，绝缘材料的屏蔽罩要高于金属屏蔽罩和电极绝缘墙，从而形成断层。
电极工作时，气体首先通过进气口进入气体盒，将气体送入电极板间，向周围均匀的扩散，在电场作用下，电极之间产生等离子体，从而形成需要的膜层。
以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。在不脱离本发明构思的前提下做出的若干替代或变形，且性能相近或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种一体化电极，其特征在于，包括一体化电极气盒与电极基座；
所述的一体化电极气盒包括电极顶板、电极中板、电极基座板、电极基座绝缘墙、金属电极柱；
电极基座绝缘墙为上下二端开口的筒体，电极顶板和电极基座板分别置于电极基座绝缘墙的上下二开口端处，它们的四周边缘分别与开口端密闭连接，电极中板设置于筒体中部，电极中板的四周边缘与筒体内壁面密闭连接；
电极顶板、电极中板、电极基座板均为平板，它们相互间隔平行设置；电极顶板的中部和电极中板的中部通过金属电极柱连接，电极中板的中部和电极基座板的中部通过一下端穿过电极基座板的金属电极柱连接；于电极顶板和电极中板上开设有作为气孔的通孔；于电极基座板上设有作为进气口的导管；
所述的电极基座包括金属基座、屏蔽罩、屏蔽罩绝缘材料、基座电极绝缘材料、进气口绝缘管和进气口金属管、金属电缆管、沉头螺丝；
金属屏蔽罩为上下二端开口的筒体，筒体下开口端设有平板状金属基座，金属基座的四周边缘与筒体下开口端密闭连接，于金属屏蔽罩内金属基座上方设有电极板的绝缘材料层，于电极板的绝缘材料层上方金属屏蔽罩内套设有上下二端开口的筒状屏蔽罩的绝缘材料层；
电极气盒置于屏蔽罩的绝缘材料层内；于金属基座中部设有与金属电极柱对应的作为电源线穿过孔的电源线绝缘材料筒，穿过电极基座板的金属电极柱穿套于电源线绝缘材料筒内；于金属基座上设有与金属电极柱对应的作为电极基座板进气口对应的电极基座进气口，电极基座板进气口的导管穿套于电极基座进气口中。
2.根据权利要求1所述的一体化电极，其特征在于：
所述的电极气盒上的电极板与电极板之间和金属电极柱与电极板之间都采用固定螺丝相连；电极顶板、电极中板上密布有小孔。
3.根据权利要求1或2所述的一体化电极，其特征在于：
所述的电极气盒由电极中板分为上混气室和下混气室；下混气室与进气口相连，此进气口材质为绝缘材料，通过拧紧的方式固定在电极基座板上；下混气室和上混气室通过中间电极板的气孔连接，该气孔为小孔；上混气室的气体最终由上电极板的出气孔喷出进入等离子体增强化学气相沉积设备（PECVD）的沉积区域。
4.根据权利要求1所述的一体化电极，其特征在于：
所述的电极基座由金属基座、金属屏蔽罩、屏蔽罩绝缘材料、基座电极绝缘材料、进气口绝缘管和进气口金属管、金属电缆管、沉头螺丝组成；
所述的金属基座开有四个螺丝口，用于固定于金属屏蔽罩上；金属基座接地；
所述的屏蔽罩用沉头螺丝固定在金属基座上。
5.根据权利要求1所述的一体化电极，其特征在于：
所述的屏蔽罩绝缘材料、基座电极绝缘材料、进气口绝缘管可以是陶瓷或聚四氟乙烯中的一种或二种以上。
6.根据权利要求1所述的一体化电极，其特征在于：
所述的屏蔽罩绝缘材料筒上开口端要高于金属屏蔽罩上开口端和电极顶板上表面，形成断层。
7.根据权利要求1或4所述的一体化电极，其特征在于：
电极基座板进气口的导管穿套于电极基座进气口中，导管为金属管，进气口金属管和电极基座进气口采用旋紧的方式相连；电极基座进气口下部设有进气口绝缘管，所述的进气口绝缘管采用旋紧的方式与进气口金属管相连。
8.根据权利要求4所述的一体化电极，其特征在于：
所述的电源线绝缘材料筒外套设有金属电缆管，金属电缆管是金属电极接头和金属电缆的保护外壳和屏蔽罩，它们中间采用绝缘材料分隔。
9.一种权利要求1-8任一所述一体化电极在等离子体增强化学气相沉积设备中的应用。
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