CN112176325B - 一种板式pecvd设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种板式PECVD设备，包括反应腔体，所述反应腔体内设有加热盘，所述加热盘上设有屏蔽环，加热盘外周设有下整流罩，所述下整流罩上方设有可升降的上整流罩，所述上整流罩内侧设有上电极、匀气块、以及位于上电极与匀气块之间的调节垫环，所述上电极和匀气块之间形成缓冲腔，所述匀气块上设有进气通道，所述上电极上均匀设置有多个出气通道，上电极通过所述匀气块与射频匹配器导通。本发明具有能够实现较低功率辉光放电，降低带电粒子对薄膜损伤等优点。

Description

一种板式PECVD设备
技术领域
本发明涉及半导体设备，尤其涉及一种板式PECVD设备。
背景技术
PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，等离子体增强化学气相沉积法)是借助微波或射频使含有薄膜成分原子的气体电离，在局部形成等离子体，由于等离子体的化学活性很强，很容易发生反应，故而可在基片上沉积出所期望的薄膜。PECVD沉积的薄膜具有优良的电学性能、良好的衬底附着性和极好的台阶覆盖性，被广泛应用于集成电路、电子器件、MEMS等领域。
PECVD工艺过程中带电粒子在电场作用下容易对基片产生轰击，可能对键能较低的材料造成损伤，传统PECVD设备难以实现低功率辉光放电，存在很大的改进空间。此外，传统的板式PECVD设备工艺时间在设备整体运行时间中的占比极低，在工艺完成后需要开腔取片，造成设备运行效率和产能较低，且反复开腔容易造成反应室污染，影响工艺沉膜质量。
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，提供一种能够实现较低功率辉光放电，降低带电粒子对薄膜损伤的板式PECVD设备。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种板式PECVD设备，包括反应腔体，所述反应腔体内设有加热盘，所述加热盘上设有屏蔽环，加热盘外周设有下整流罩，所述下整流罩上方设有可升降的上整流罩，所述上整流罩内侧设有上电极、匀气块、以及位于上电极与匀气块之间的调节垫环，所述上电极和匀气块之间形成缓冲腔，所述匀气块上设有进气通道，所述上电极上均匀设置有多个出气通道，上电极通过所述匀气块与射频匹配器导通。
作为上述技术方案的进一步改进：所述反应腔体上设有反应腔盖，所述匀气块上设有上盖，匀气块通过所述上盖与射频匹配器导通，所述反应腔盖位于所述上盖外周且两者之间设有绝缘环，反应腔盖上设有升降机构，所述升降机构穿过反应腔盖后与所述上整流罩相连。
作为上述技术方案的进一步改进：所述升降机构包括第一升降驱动件、安装板以及多根沿圆周方向布置的升降杆，所述第一升降驱动件与所述安装板相连，所述升降杆上端与安装板相连，下端穿过反应腔盖后与上整流罩相连，所述升降杆外周设有可伸缩的第一密封管，所述第一密封管上端与所述安装板密封连接，下端与所述反应腔盖密封连接。
作为上述技术方案的进一步改进：所述反应腔盖上设有导向杆，所述安装板上设有导向套，所述导向套套设于所述导向杆上。
作为上述技术方案的进一步改进：所述缓冲腔顶面为弧形结构。
作为上述技术方案的进一步改进：所述反应腔体一侧设有传送腔体，所述传送腔体和反应腔体上均设有传片口、且两传片口之间设有隔离阀，所述反应腔体下方设有顶片机构，所述传送腔体内设有传片机械手。
作为上述技术方案的进一步改进：所述传送腔体内设有导向滑轨、主动轮、从动轮、以及绕设于主动轮和从动轮上的同步带，所述导向滑轨上设有滑块，所述同步带和所述传片机械手均与所述滑块相连，所述传送腔体外设有旋转驱动件，所述旋转驱动件通过磁流体密封轴与所述主动轮相连。
作为上述技术方案的进一步改进：所述顶片机构包括第二升降驱动件、顶板以及多根沿圆周方向布置的顶杆，所述第二升降驱动件与所述顶板相连，所述顶杆下端与顶板相连，上端穿设于所述加热盘中，顶杆外周设有可伸缩的第二密封管，所述第二密封管下端与所述顶板密封连接。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明公开的板式PECVD设备，工艺气体自匀气块上的进气通道进入缓冲腔，在缓冲腔内汇聚、缓冲后，经过上电极上的出气通道进入反应腔体内，形成均匀稳定的气流；射频匹配器与匀气块导通，上电极、匀气块为带电同电位，在上电极和加热盘之间形成辉光放电；下整流罩固定，上整流罩可升降，在工艺时上整流罩、下整流罩贴合形成一个整体，将加热盘和带电上电极包裹在内，因此辉光放电只集中在上、下整流罩包裹的区域内；通过在上电极和匀气块之间可设置不同厚度的调整垫环，改变上电极与基片盘之间的距离，实现低功率辉光放电。
附图说明
图1是本发明板式PECVD设备的立体结构示意图。
图2是本发明板式PECVD设备的剖视结构示意图。
图3是本发明中反应腔体下部分的结构示意图。
图4是本发明中反应腔体上部分的结构示意图。
图5是本发明中的传送腔体内部的立体结构示意图。
图中各标号表示：1、反应腔体；2、上整流罩；3、加热盘；4、屏蔽环；5、下整流罩；6、上电极；7、匀气块；8、缓冲腔；9、进气通道；10、反应腔盖；11、上盖；12、绝缘环；13、升降机构；131、第一升降驱动件；132、安装板；133、升降杆；134、第一密封管；135、导向杆；136、导向套；14、传送腔体；15、传片口；16、隔离阀；17、顶片机构；171、第二升降驱动件；172、顶板；173、顶杆；174、第二密封管；18、传片机械手；19、导向滑轨；20、主动轮；21、从动轮；22、同步带；23、滑块；24、磁流体密封轴；25、旋转驱动件；26、观察窗；27、基片盘；28、进气接头。
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5示出了本发明板式PECVD设备的一种实施例，本实施例的板式PECVD设备，包括反应腔体1，反应腔体1内设有加热盘3，加热盘3可在工艺过程中对基片进行低温加热，提高成膜质量，加热盘3上依次设有基片盘27和屏蔽环4(也即基片放置于基片盘27上，在其他实施例中，也可将基片直接放置于加热盘3上)，加热盘3外周设有下整流罩5，下整流罩5上方设有可升降的上整流罩2，上整流罩2内侧设有上电极6、匀气块7、以及位于上电极6与匀气块7之间的调节垫环(图中未示出)，上电极6和匀气块7之间形成缓冲腔8，匀气块7上设有进气通道9，上电极6上均匀设置有多个出气通道(图中未示出，优选微孔结构，有助于反应腔体1内进气均匀)，上电极6通过匀气块7与射频匹配器(图中未示出)导通。其中，加热盘3可以是电热丝加热结构；屏蔽环4优选石英环。
该板式PECVD设备，工艺气体自匀气块7上的进气通道9进入缓冲腔8，在缓冲腔8内汇聚、缓冲后，经过上电极6上的出气通道进入反应腔体1内，形成均匀稳定的气流；射频匹配器与匀气块7导通，上电极6、匀气块7为带电同电位，在上电极6和加热盘3之间形成辉光放电；下整流罩5固定，上整流罩2可升降，在工艺时上整流罩2、下整流罩5贴合形成一个整体，将加热盘3和带电上电极6包裹在内，因此辉光放电只集中在上整流罩2、下整流罩5包裹的区域内；通过在上电极6和匀气块7之间可设置不同厚度的调整垫环，改变上电极6与基片盘27之间的距离，实现低功率辉光放电。
进一步地，本实施例中，反应腔体1上设有反应腔盖10，匀气块7上设有上盖11，匀气块7通过上盖11与射频匹配器导通，上盖11与射频匹配器优选通过导电铜带导通，上电极6、匀气块7和上盖11为带电同电位，反应腔盖10位于上盖11外周且两者之间设有绝缘环12，反应腔盖10上设有升降机构13，升降机构13穿过反应腔盖10后与上整流罩2相连，也即利用升降机构13带动上整流罩2升降运动。设置上盖11方便布置进气接头28、射频匹配器等部件，上盖11带电，绝缘环12用于实现上盖11与反应腔盖10之间的绝缘；将升降机构13设于反应腔体1外部，使得反应腔体1可以保持相对较小的体积，当然在其他实施例中，也可将升降机构13设于反应腔体1内部，同样可带动上整流罩2升降，不足之处在于，会占用反应腔体1内部的空间。
更进一步地，本实施例中，升降机构13包括第一升降驱动件131、安装板132以及多根沿圆周方向布置的升降杆133，第一升降驱动件131与安装板132相连，升降杆133上端与安装板132相连，下端穿过反应腔盖10后与上整流罩2相连，升降杆133外周设有可伸缩的第一密封管134，第一密封管134上端与安装板132密封连接，下端与反应腔盖10密封连接。上整流罩2需要升降时，第一升降驱动件131动作，带动安装板132及其上的升降杆133上下运动，升降杆133进而带动上整流罩2升降；第一密封管134随安装板132的升降而伸缩运动，防止外界空气进入反应腔体1内，保持反应腔体1内的洁净环境。其中，第一升降驱动件131例如可以是气缸、丝杆螺母副、多连杆机构等，能够带动安装板132伸缩运动即可；第一密封管134例如可以是波纹管、波纹管+刚性管等，能够伸缩并保持密封即可；升降杆133优选设置三根并沿圆周方向均匀布置，有利于保持上整流罩2各处同步升降。
作为优选的技术方案，本实施例中，反应腔盖10上设有导向杆135，安装板132上设有导向套136，导向套136套设于导向杆135上。通过导向杆135和导向套136的配合，保证安装板132、升降杆133的升降运动平稳、顺畅且具有较高的运动精度。其中，导向杆135优选设置三根，并沿圆周方向均匀布置。
作为优选的技术方案，本实施例中，缓冲腔8顶面为弧形结构，对工艺气体具有更好的缓冲效果，并提高工艺气体的均匀性。
进一步地，本实施例中，反应腔体1一侧设有传送腔体14，传送腔体14和反应腔体1上均设有传片口15、且两传片口15之间设有隔离阀16，反应腔体1下方设有顶片机构17，传送腔体14内设有传片机械手18。反应腔体1在进行工艺过程时，隔离阀16保持关闭，实现传送腔体14与反应腔体1的隔离；工艺过程完成之后，隔离阀16打开，顶片机构17向上运动，将布置于加热盘3上的基片(或基片盘27)顶起，传送腔体14的传片机械手18通过两传片口15运动至基片(或基片盘27)下方，然后顶片机构17向下运动，基片(或基片盘27)落在传片机械手18上，随后传片机械手18带动基片退回至传送腔体14，隔离阀16关闭，完成取片。进片过程与取片过程相反，不再赘述。通过设置传送腔体14，使得工艺取放片均在传送腔体14内完成，从而保证反应腔体1始终处于真空环境，有效提高设备生产效率。
更进一步地，本实施例中，传送腔体14内设有导向滑轨19、主动轮20、从动轮21、以及绕设于主动轮20和从动轮21上的同步带22，导向滑轨19上设有滑块23，同步带22和传片机械手18均与滑块23相连，传送腔体14外设有旋转驱动件25，旋转驱动件25通过磁流体密封轴24与主动轮20相连。取放片时，旋转驱动件25通过磁流体密封轴24带动主动轮20旋转，主动轮20进而带动同步带22动作，同步带22带动滑块23及传片机械手18沿着导向滑轨19往复移动，结构简单、可靠，运动精度高；磁流体密封轴24有利于保持传送腔体14内部的洁净度。其中，旋转驱动件25例如可以是电机等，能够驱动主动轮20正反转即可。
更进一步地，本实施例中，顶片机构17包括第二升降驱动件171、顶板172以及多根沿圆周方向布置的顶杆173，第二升降驱动件171与顶板172相连，顶杆173下端与顶板172相连，上端穿设于加热盘3中，顶杆173外周设有可伸缩的第二密封管174，第二密封管174下端与顶板172密封连接。需要顶升基片或基片盘27时，第二升降驱动件171动作，带动顶板172及其上的顶杆173上升，顶杆173穿过加热盘3向上运动，使基片或基片盘27与加热盘3分离；第二密封管174随顶板172的升降而伸缩，防止外界空气从下部进入反应腔体1内，保持反应腔体1内的洁净环境。其中，第二升降驱动件171例如可以是气缸、丝杆螺母副、多连杆机构等，能够带动顶板172伸缩运动即可；第二密封管174例如可以是波纹管+刚性管等，能够伸缩并保持密封即可；顶杆173优选设置三根并沿圆周方向均匀布置，有利于保持基片(或基片盘27)各处同步升降。
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)

1.一种板式PECVD设备，包括反应腔体(1)，其特征在于：所述反应腔体(1)内设有加热盘(3)，所述加热盘(3)上设有屏蔽环(4)，加热盘(3)外周设有下整流罩(5)，所述下整流罩(5)上方设有可升降的上整流罩(2)，所述上整流罩(2)内侧设有上电极(6)、匀气块(7)、以及位于上电极(6)与匀气块(7)之间的调节垫环，所述上电极(6)和匀气块(7)之间形成缓冲腔(8)，所述匀气块(7)上设有进气通道(9)，所述上电极(6)上均匀设置有多个出气通道，上电极(6)通过所述匀气块(7)与射频匹配器导通，所述反应腔体(1)上设有传片口(15)，所述上整流罩(2)处于高位时，所述传片口(15)位于所述下整流罩(5)和与所述上整流罩(2)之间。
2.根据权利要求1所述的板式PECVD设备，其特征在于：所述反应腔体(1)上设有反应腔盖(10)，所述匀气块(7)上设有上盖(11)，匀气块(7)通过所述上盖(11)与射频匹配器导通，所述反应腔盖(10)位于所述上盖(11)外周且两者之间设有绝缘环(12)，反应腔盖(10)上设有升降机构(13)，所述升降机构(13)穿过反应腔盖(10)后与所述上整流罩(2)相连。
3.根据权利要求2所述的板式PECVD设备，其特征在于：所述升降机构(13)包括第一升降驱动件(131)、安装板(132)以及多根沿圆周方向布置的升降杆(133)，所述第一升降驱动件(131)与所述安装板(132)相连，所述升降杆(133)上端与安装板(132)相连，下端穿过反应腔盖(10)后与上整流罩(2)相连，所述升降杆(133)外周设有可伸缩的第一密封管(134)，所述第一密封管(134)上端与所述安装板(132)密封连接，下端与所述反应腔盖(10)密封连接。
4.根据权利要求3所述的板式PECVD设备，其特征在于：所述反应腔盖(10)上设有导向杆(135)，所述安装板(132)上设有导向套(136)，所述导向套(136)套设于所述导向杆(135)上。
5.根据权利要求1所述的板式PECVD设备，其特征在于：所述缓冲腔(8)顶面为弧形结构。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的板式PECVD设备，其特征在于：所述反应腔体(1)一侧设有传送腔体(14)，所述传送腔体(14)上也设有传片口(15)、且与反应腔体(1)上的传片口(15)之间设有隔离阀(16)，所述反应腔体(1)下方设有顶片机构(17)，所述传送腔体(14)内设有传片机械手(18)。
7.根据权利要求6所述的板式PECVD设备，其特征在于：所述传送腔体(14)内设有导向滑轨(19)、主动轮(20)、从动轮(21)、以及绕设于主动轮(20)和从动轮(21)上的同步带(22)，所述导向滑轨(19)上设有滑块(23)，所述同步带(22)和所述传片机械手(18)均与所述滑块(23)相连，所述传送腔体(14)外设有旋转驱动件(25)，所述旋转驱动件(25)通过磁流体密封轴(24)与所述主动轮(20)相连。
8.根据权利要求6所述的板式PECVD设备，其特征在于：所述顶片机构(17)包括第二升降驱动件(171)、顶板(172)以及多根沿圆周方向布置的顶杆(173)，所述第二升降驱动件(171)与所述顶板(172)相连，所述顶杆(173)下端与顶板(172)相连，上端穿设于所述加热盘(3)中，顶杆(173)外周设有可伸缩的第二密封管(174)，所述第二密封管(174)下端与所述顶板(172)密封连接。
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