CN201194213Y - 具有均匀电场分布的槽孔式电极 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种具有均匀电场分布的槽孔式电极，包含一电极片，具有一第一表面及一第二表面，其电性连接于一射频电流源；一微扰槽孔，其对称蚀刻于该电极片的一边；一第一边际槽孔，其对称该微扰槽孔并蚀刻于该电极片的一边以及一第二边际槽孔，正交该第一边际槽孔并蚀刻于该电极片的两边。通过良好设计该电极的槽孔，该电极可有效改善等离子体均匀度，且适用于各种材料的基板，可广泛应用等离子体制造系统中。

Description

具有均匀电场分布的槽孔式电极

技术领域

本实用新型有关于一种电极，其特别涉及一种具可调性电场分布的电极，其可被应用于等离子体反应装置中。

背景技术

在当今半导体制造技术中，等离子体可进行非常有效的等离子体辅助化学气相沉积(plasma-assisted chemical vapor deposition)、等离子体辅助蚀刻(plasma-assisted etching)以及等离子体高分子化(plasma polymerization)等薄膜制造及蚀刻工作。而现今多种产业皆运用到该制造技术，如薄膜晶体管液晶显示器(Thin film transistor liquid crystal display，TFT LCD)厂，太阳能厂以及晶圆厂。例如太阳能电池中的传统微晶硅质薄膜太阳能电池的制造方法，即通常先以等离子体增强型化学式气相沉积(Plasma enhance chemical vapor deposition，PECVD)制造中通入大量氢气与硅烷做稀释，再经反应形成微晶硅质薄膜而提升其各项电特性以实现高效率产能的目标。而随着该几种制造中等离子体频率的提升，其镀膜速率也随之增加，然而当欲镀膜的基板面积增大时，在其上传递的电磁波将会因其相位变化造成电场的变动，相对地也影响了等离子体的均匀性及镀膜的效率，尤其是在今日镀膜基板尺寸由过去的八英寸、十二英寸晶圆增大到当今TFT厂、太阳能厂发展中的一平方公尺以上的大面积玻璃基板时，该问题将会严重影响量产的效率及成本。为了解决上述问题，需要提供一种具有产生均匀性等离子体密度的电极，以克服先前技术的缺点。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种具有均匀电场分布的槽孔式电极，其具有可调电场以应用在等离子体系统的薄膜沉积及蚀刻制造。

为实现上述目的，本实用新型提供一种具有均匀电场分布的槽孔式电极，其包含一电极片，具有一第一表面及一第二表面，电性连接于一射频电流源；一微扰槽孔，对称蚀刻于该电极片的一边；一第一边际槽孔，对称该微扰槽孔并蚀刻于该电极片的一边；以及一第二边际槽孔，正交该第一边际槽孔并蚀刻于该电极片的一边。其中，该电极片用于产生一电场；该微扰槽孔用于控制该电场强度分布；该第一边际槽孔用于控制该电极片边缘上的电场强度分布；该第二边际槽孔用于控制该电极片边缘上的电场强度分布；该微扰槽孔与该射频电流源为同一方向。

根据本实用新型的一特征，其中该具有均匀电场分布的槽孔式电极可被应用于常压化学气相沉积系统(APCVD)、低压化学气相沉积系统(LPCVD)、高密度等离子体化学气相沉积系统(HDP CVD)、等离子体辅助化学气相沉积系统(PECVD)、感应耦合等离子体离子蚀刻系统(ICP)。

根据本实用新型的一特征，其中该电极片的形状选自方形、圆形、六角形、多边形的其中之一。

根据本实用新型的一特征，其中该射频电流源的操作频率范围为10MHz到10GHz，较佳为13.56MHz。

根据本实用新型的一特征，其中该电极片的尺寸范围为一万分之一到半导波长。

根据本实用新型的一特征，其中该射频电流源馈入到该电极片的阻抗为1到300欧姆。

该具有均匀电场分布的槽孔式电极简单化、可制作大面积制造基板、具有高度的商业化价值，可广泛应用于等离子体反应制造设备中。

以下将以一实施例对上述的说明以及接下来的实施方式做详细的描述，并对本实用新型提供更进一步的解释。

附图说明

为让本实用新型上述和其它目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的详细说明如下：

图1显示为本实用新型的具有均匀电场分布的槽孔式电极的结构示意图；

图2显示为本实用新型的具有均匀电场的槽孔式电极具有微扰槽孔时的电场分布图；

图3显示为本实用新型的具有均匀电场分布的槽孔式电极具有微扰槽孔及第一边际槽孔时的电场分布图；

图4显示为本实用新型的具有均匀电场分布的槽孔式电极具有微扰槽孔、第一边际槽孔及第二边际槽孔时的电场分布图；

图5显示为本实用新型的电容耦合式等离子体装置；以及

图6显示为本实用新型的喷气式的电容耦合等离子体装置。

其中，附图标记：

100 具有均匀电场分布的槽孔式电极

110 电极片  111 第一表面  112 第二表面  120 微扰槽孔

130 射频电流源  140 第一边际槽孔  150 第二边际槽孔

200 电容耦合式等离子体装置  210 反应室  211 第一表面 212  第二

表面  213 排气孔  214 进气孔  220 制造基板  230 载台

240 射频电流源

300 喷气式的电容耦合等离子体装置  310 反应室  311 第一表面

312 第二表面  313 排气孔  320 载台

330 制造基板  340 射频电流源  350 进气孔

具体实施方式

虽然本实用新型可表现为不同形式的实施例，但附图及下文中所说明的皆为本实用新型的较佳实施例，并请了解本文所公开的为本实用新型的一具体实施例，并非用以将本实用新型限制在附图及/或所描述的特定实施例中。

现请参考图1，其显示根据本实用新型实施例的具有均匀电场分布的槽孔式电极100结构示意图。根据本实用新型的一种具有均匀电场分布的槽孔式电极100的实施例，其至少包含一电极片110；一微扰槽孔120；一第一边际槽孔140；一第二边际槽孔150。该电极片110具有一第一表面111及一第二表面112，其电性连接于一射频电流源130，其用于产生一电场；该微扰槽孔120，其对称蚀刻于该电极片110的一边，其用于控制该电场强度分布；其中，该微扰槽孔120与该射频电流源130为同一方向。该第一边际槽孔140对称于该微扰槽孔并蚀刻于该电极片110的两边，其用于控制该电极片110边缘上的电场强度分布；该第二边际槽孔150正交于该第一边际槽孔150并蚀刻于该电极片110的一边，其用于控制该电极片边缘上的电场强度分布。

对于需利用等离子体反应制造的气相沉积系统而言，该电极片110可被应用于常压化学气相沉积系统(APCVD)、低压化学气相沉积系统(LPCVD)、高密度等离子体化学气相沉积系统(HDP CVD)、等离子体辅助化学气相沉积系统(PECVD)、感应耦合等离子体离子蚀刻系统(ICP)。

其中该电极片110的材质可采用铝、被覆铝、硅、石英、碳化硅、氮化硅、碳、氮化铝、蓝宝石、聚酰亚胺与铁氟龙的其中之一。有鉴于现今太阳能电池产业，光电显示器产业、IC产业中所进行的制造基板及大小不同，因此该电极片110的形状可采用方形、圆形、六角形、多边形以提供如圆形晶圆、方形玻璃基板，等不同形状的制造基板使用，在本实用新型实施例中采用方形。而在制造进行时，需考虑等离子体的频率来选择该电极片110的尺寸，并且需以操作的等离子体频率的导波长来定义其尺寸。该电极片110所电性连接的射频电流源130，其操作频率范围可为10MHz到10GHz，其中在本实用新型实施例中，该射频电流源130的最佳操作频率为13.56MHz。该电极片110的尺寸范围在该频率下为一万分之一到半导波长，该电极片110的最佳长度L为百分之八导波长，其最佳宽度W为百分之三导波长。此外在制造进行时，需考虑该射频电流源130到该电极片110的电流馈入情形，为避免过大的电磁波反射情形产生，该射频电流源130馈入到该电极片110的阻抗为1到300欧姆且其最佳阻抗为50欧姆。另一方面，该射频电流源130还可通过一阻抗匹配电路改变阻抗大小以避免过大的反射波产生。

为实现该具有均匀电场分布的槽孔式电极100的等离子体均匀度改善的功效，该微扰槽孔120被加入在该电极片110，且其与该射频电流源130同方向。该微扰槽孔120的作用为微扰该射频电流源130所馈入的电流流向，借以改变该具有均匀电场分布的槽孔式电极100上的电场分布情形，进而影响该具有均匀电场分布的槽孔式电极100上的等离子体密度。在该微扰槽孔120的设计上，该微扰槽孔120不与制造基板接触，且当该微扰槽孔120的尺寸改变时，将同时改变馈入电流的扰动程度，因此该微扰槽孔120的尺寸需在可良好控制该电极片110上电场强度的前提下被决定，该微扰槽孔120的长度L1需小于该电极片110长度的95％，其宽度W1则需小于该电极片110宽度的1％。在本实用新型实施例中，该微扰槽孔120的最佳长度L1为该电极片110长度L的84％，其最佳宽度W1为该电极片110宽度W的0.8％。此外该射频电流源130与该微扰槽孔120间的距离d也将会同时影响馈入电流的强度，其因该微扰槽孔120与该射频电流源130间的距离d过小时，该微扰槽孔120的微扰效果较大，该微扰槽孔120与该射频电流源130间的距离d过大时，该微扰槽孔120的微扰效果较小。该微扰槽孔120与该射频电流源130间的最佳距离d在本实用新型实施例中为该电极片110宽度的0.024％。由于该微扰槽孔120的主要微扰点在于微扰该电极片110的馈入电流，该馈入电流在该电极片110上流动时所产生的电场将会因该电极110的结构产生变化，如在该电极片110边缘将会有公知的电场不均匀现象的产生。因此该问题采用该第一边际槽孔140以改善该电极片110边缘的电场不均匀现象，其中该第一边际槽孔140不与制造基板接触。在本实施例中，该第一边际槽孔140的长度小于该电极片110长度的95％，其中宽度小于该电极片110宽度的1％，其最佳长度为该电极片长度的84％，其最佳宽度为该电极片110宽度的0.8％，其中该第一边际槽孔140与该电极片110边缘的最佳距离为该电极片110宽度的2％。此外由于需求最佳均匀度的改善，有需要在该电极片110的两边加上一第二边际槽孔150，其正交该第一边际槽孔140及该微扰槽孔120，该第二边际槽孔150不与制造基板接触，其长度小于该电极片110宽度的60％，其宽度小于该电极片110长度的10％，其最佳长度为该电极片110长度的84％，其最佳宽度为该电极片110宽度的0.66％。其中该第二边际槽孔150与该电极片110边缘的最佳距离为该电极片110长度的1.3％。

且因等离子体制造需在真空及无污染环境中进行，因此该具有均匀电场的槽孔式电极100在制造进行时，其被一接地金属腔体所包覆以进行等离子体制造。

现请参照图2，其为该电极片110加上该微扰槽孔120且其操作频率为13.56MHz时的电场分析图，其中该电极片110的长度L为1510公厘，其宽度W为1230公厘，而在本实施例中所采用的微扰槽孔120的长度L1为1275公厘，其宽度W1为10公厘，其与该射频电流源130间的距离d为30公厘。该图2中显示该电极片110上电场不均匀的情形将因该微扰槽孔120的加入而获得改善。现请参照图3，其为该电极片110加上该微扰槽孔120及该第一边际槽孔140且其操作频率为13.56MHz的电场分析图，其中该电极片110及微扰槽孔120的尺寸参数同第二图响应所采用的结构，而在本实施例中所采用的该第一边际槽孔140的长度L2为1275公厘，其宽度W2为10公厘，其对称于该微扰槽孔120且其与该电极片110边缘的距离d1为25公厘。该图3中相对于该电极片110上的电场变动较图2中的电场变动情形小，该电极片110上电场不均匀的情形将因该第一边际槽孔140的加入而获得改善，然而该电极片110的电场分布情形还可以通过加入该第二边际槽孔150来得到进一步改善。

现请参照图4，其为该电极片110加上该微扰槽孔120、该第一边际槽孔140及该第二边际槽孔150且其操作频率为13.56MHz的电场分析图，其中该电极片110、及该微扰槽孔120的尺寸参数同图3响应所采用的结构而在本实施例中所采用的该第二边际槽孔150的长度L3为700公厘，其宽度W1为10公厘，其对称于该微扰槽孔120且与该电极片110边缘的距离d2为20公厘。图4中的该电极片110上的电场变动较图3中的电场变动情形小，该电极片110上电场不均匀的情形将因该第二边际槽孔150的加入而获得进一步改善。

现请参考图5，其显示根据本实用新型的第二实施例的电容耦合式等离子体装置200结构示意图。根据本实用新型的一种具有均匀电场分布的槽孔式电极100的实施例，其至少包含：

一反应室 210；一载台 230；一具有均匀电场分布的槽孔式电极 100；一排气孔 213；一进气孔 214。

在本实用新型实施例中，该反应室210具有一第一表面211及一第二表面212且接地，其用于提供制造所需的密闭空间。一载台230配置于该反应室210的第一表面211上，其用于承载该反应室210中制造进行时所需的电极，其中该载台230使用绝缘材料以使该反应210室的第一表面211与制造进行时所需的电极绝缘，其中该载台的材料选自硅、砷化镓、陶瓷、玻璃、玻璃纤维、碳氢化合物陶瓷、铁弗龙、铁弗龙玻璃纤维及铁弗龙陶瓷其中之一。

在该反应室210中，一具有均匀电场分布的槽孔式电极100配置在该载台230上，其用于在该反应室210中产生一均匀电场，其与该反应室210的第一表面211间形成电容效应并产生一等离子体，其中该具有均匀电场分布的槽孔式电极100的最佳长度为百分之八导波长，其最佳宽度为百分之三导波长。在制造进行时，一制造基板220放置在该具有均匀电场分布的槽孔式电极100的上方以进行等离子体反应，其中该制造基板的材质选自悬浮基板、硅基板、砷化镓基板、陶瓷基板、玻璃基板、玻璃纤维基板、碳氢化合物陶瓷基板、铁弗龙基板、铁弗龙玻璃纤维基板及铁弗龙陶瓷基板其中之一。

在本实用新型实施例中，一排气孔213，配置在该反应室210的第二表面上212上，其用于排出该反应室210内在制造过程中所产生的废气体以及进行该反应室210中的真空抽气。一进气孔，配置在该反应室的第二表面上，其用于排入等离子体产生所需的气体在该反应室内，其中该进气孔可排入可表示为Si_xO_yC_zN₁H_m的化合物气体，其中x，y，z，1以及m为0或一整数，其包含SiH₄，Si(OC₂H₅)，(CH₃)₂Si(OCH₃)₂，C₆H₆气体。

现请参考图6，其显示根据本实用新型的第三实施例的喷气式的电容耦合等离子体装置300结构示意图。根据本实用新型的一种具有均匀电场分布的槽孔式电极100的实施例，一种喷气式的电容耦合等离子体装置，其至少包含：

一反应室310；一载台320；一具有均匀电场分布的槽孔式电极100；一进气孔350；一排气孔313。

在本实用新型实施例中，该反应室310具有一第一表面311及一第二表面312且接地，其用于提供制造所需的密闭空间。一进气孔350，配置在该反应室310的第二表面312上，其用于排入等离子体产生所需的气体于该反应室310内，其中该进气孔350可排入可表示为Si_xO_yC_zN₁H_m的化合物气体，其中x，y，z，1以及m为0或一整数，其包含SiH₄，Si(OC₂H₅)，(CH₃)₂Si(OCH₃)₂，C₆H₆气体。一载台320配置在该反应室310的第一表面311上，其用于承载该反应室310中的制造进行时所需的电极，其中该载台320使用绝缘材料以使该反应310室的第一表面311与制造进行时所需的电极绝缘，其中该载台320的材料选自硅、砷化镓、陶瓷、玻璃、玻璃纤维、碳氢化合物陶瓷、铁弗龙、铁弗龙玻璃纤维及铁弗龙陶瓷其中之一。

在本实用新型实施例中，一具有均匀电场分布的槽孔式电极100配置在该载台320上，其用于在该反应室310中产生一均匀电场，其中该具有均匀电场分布的槽孔式电极100与该反应室的进气孔350形成电容效应并产生等离子体，其与该反应室310的第一表面311间形成电容效应。其中该具有均匀电场分布的槽孔式电极100的最佳长度为百分之八导波长，其最佳宽度为百分之三导波长。因此在制造进行时，一制造基板320将放置在该具有均匀电场分布的槽孔式电极100的上方以进行等离子体反应，其中该制造基板的材质选自悬浮基板、硅基板、砷化镓基板、陶瓷基板、玻璃基板、玻璃纤维基板、碳氢化合物陶瓷基板、铁弗龙基板、铁弗龙玻璃纤维基板及铁弗龙陶瓷基板其中之一。

此外，一排气孔313，配置在该反应室210的第二表面上312上，其用于排出该反应室310内在制造过程中所产生的废气体以及对该反应室310进行真空抽气。

综上所述，根据本实用新型的一种具有均匀电场分布的槽孔式电极100，其同时具有以下列优点：简单化、可制作大面积制造基板、具有高度的商业化价值，可广泛应用于等离子体反应制造设备中。

虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本实用新型，本实用新型还可有其它多种实施例，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本实用新型做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种具有均匀电场分布的槽孔式电极，其特征在于，至少包含：

一电极片，具有一第一表面及一第二表面，其电性连接于一射频电流源，其用于产生一电场；

一微扰槽孔，其对称蚀刻于该电极片的一边，其用于控制该电场强度分布；

一第一边际槽孔，其对称该微扰槽孔并蚀刻于该电极片的一边，其用于控制该电极片边缘上的电场强度分布；

一第二边际槽孔，其正交该第一边际槽孔并蚀刻于该电极片的两边，其用于控制该电极片边缘上的电场强度分布；

其中，该微扰槽孔与该射频电流源为同一方向。

2.根据权利要求1所述的具有均匀电场分布的槽孔式电极，其特征在于，该电极片材质选自铝、被覆铝、硅、石英、碳化硅、氮化硅、碳、氮化铝、蓝宝石、聚酰亚胺、与铁氟龙其中之一。

3.根据权利要求1所述的具有均匀电场分布的槽孔式电极，其特征在于，该电极片选自方形、圆形、六角形、多边形。

4.根据权利要求1所述的具有均匀电场分布的槽孔式电极，其特征在于，该射频电流源的操作频率范围为10MHz到10GHz。

5.根据权利要求2所述的具有均匀电场分布的槽孔式电极，其特征在于，该射频电流源的最佳操作频率为13.56MHz。

6.根据权利要求1所述的具有均匀电场分布的槽孔式电极，其特征在于，该电极片的尺寸范围为一万分之一到半导波长。

7.根据权利要求1所述的具有均匀电场分布的槽孔式电极，其特征在于，该射频电流源馈入到该电极片的阻抗为1到300欧姆。

8.根据权利要求1所述的具有均匀电场分布的槽孔式电极，其特征在于，在该射频电流源与该电极片之间电性连接改变阻抗大小的阻抗匹配电路。

9.根据权利要求1所述的具有均匀电场分布的槽孔式电极，其特征在于，该具有均匀电场分布的槽孔式电极被一接地金属腔体所包覆。

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