專利名稱：用于等離子體加工設(shè)備的電極板和清除工藝沉積物的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及等離子體加工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于等離子體加工設(shè)備的電極 板和清除工藝沉積物的方法。
背景技術(shù)：
目前，在半導(dǎo)體器件的制造工藝中，等離子體加工技術(shù)得到了極為廣泛的應(yīng)用。該 技術(shù)是指在一定條件下激發(fā)工藝氣體生成等離子體，利用等離子體與襯底(例如硅基片) 發(fā)生復(fù)雜的物理、化學(xué)反應(yīng)而在襯底上完成各種加工，如等離子體刻蝕工藝、等離子體薄膜 沉積工藝等，獲得需要的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。以晶硅太陽能電池為例，在其制備工藝流程中就采用 了 PECVD (等離子體輔助化學(xué)氣相沉積)工藝沉積電池表面SiNx減發(fā)射鈍化層。圖1示出 了 PECVD系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡圖，如圖1所示，工藝氣體通過進(jìn)氣管道5進(jìn)入反應(yīng)腔室1 ；上電極 3通過絕緣陶瓷4與反應(yīng)腔室1的上蓋板2相連，并且與射頻源6連接，提供等離子體激發(fā) 功率；上電極3表面一般設(shè)有通孔，往往呈現(xiàn)噴淋頭構(gòu)造，使工藝氣體通過其上密布的小孔 均勻地進(jìn)入反應(yīng)腔室而被激發(fā)成為等離子體；下電極7通過接地柱8接地，在放電過程中與 上電極3以及等離子體構(gòu)成射頻通路?；ǔ７胖迷谙码姌O7上，在等離子體環(huán)境下進(jìn) 行薄膜的沉積。但是在工藝過程中，沉積過程并不只是發(fā)生在晶片表面，在腔室1的內(nèi)部，只要是 工藝氣體氣流流經(jīng)的路徑上施加了一定阻力的物體表面都會有物質(zhì)的沉積。這些沉積物是 無法避免的，隨著工作時間的增加，不穩(wěn)定的沉積物會掉落到晶片表面，影響成膜質(zhì)量，形 成缺陷中心，嚴(yán)重影響工藝結(jié)果，例如不穩(wěn)定的SiNx沉積物會形成顆粒落在晶片上形成缺 陷中心，引起晶硅電池的短路或者斷路，或者造成電池的不穩(wěn)定工作狀態(tài)。其中，在腔室1 內(nèi)部，以上電極3上的沉積物影響最大，因為上電極3就位于晶片的上方，工藝過程中顆粒 掉落將直接影響成膜質(zhì)量。因此，一定時間內(nèi)需要清除反應(yīng)腔室1內(nèi)部尤其是上電極3上 的沉積物。然而，傳統(tǒng)的上電極3為了避免放電等原因，均設(shè)計成平面結(jié)構(gòu)。工藝沉積物在形 成之初，附著在電極板平面上的，都是一個個互不相連的“小島”，那些附著不結(jié)實的物質(zhì)在 工藝工程中因為轟擊或者溫度或者氣流的原因就脫落下來，但還不夠成致命的威脅，因為 尺寸不大，數(shù)量也很少。那些結(jié)實的附著物卻形成了沉積物面積變大的核心，直到無數(shù)個 “小島”連成一片，在電極板表面形成了緊密結(jié)實的沉積物。因此，平面狀的電極板表面的 大片沉積物很難清除，雖然可以在工藝一段時間后開蓋取出上電極3進(jìn)行清洗(即濕法清 洗)，但這種操作會嚴(yán)重降低設(shè)備的工作時間和產(chǎn)率。目前，工業(yè)界上普遍采用物理轟擊或 干法清洗輔助濕法清洗的方式清除反應(yīng)腔室及上電極上附著的沉積物。物理轟擊是指真空室中充入適當(dāng)分壓力的惰性氣體(典型的如Ar氣)，利用上下 電極間的低壓下的輝光放電產(chǎn)生的離子轟擊來達(dá)到清洗的目的。該方法中.惰性氣體被離 化并轟擊反應(yīng)腔室內(nèi)壁、反應(yīng)腔室內(nèi)的其它結(jié)構(gòu)件包括電極板及被鍍基片等。如果在充入 的氣體中加入氧氣，對某些碳?xì)浠衔锟梢垣@得更好的清洗效果。因為氧氣可以使某些碳?xì)浠衔镅趸梢讚]發(fā)性氣體而容易被真空系統(tǒng)排除。這種方法對清除殘氣，提高密閉 容器的真空度有比較明顯的作用，對一些有機(jī)的附著物也起到一定的清洗去除的作用。但 是對于那些不和氧氣反應(yīng)的頑固的無機(jī)附著物，由于直流功率無法無限增加，離子轟擊的 能量是有限的，單憑離子轟擊，對如SiNx這樣的沉積物很難起到清洗去除的作用。為了能夠清除像SiNx這樣的比較頑固的無機(jī)類附著物，人們還應(yīng)用了干法清洗 技術(shù)。它是一種在線清洗的方法，主要是利用含F(xiàn)的氣體如NF3在等離子體的條件下對Si 的N、0等化合物進(jìn)行反應(yīng)刻蝕，生成SiF4等容易揮發(fā)的氣體，從而實現(xiàn)去除顆粒，清洗上電 極的目的。干法清洗的清洗效果較好，但具有較多的副作用。從本質(zhì)上講干法清洗是一種 化學(xué)方法，即是強(qiáng)腐蝕性的化學(xué)氣體參與的劇烈的化學(xué)反應(yīng)，所以在工業(yè)實施上對腔室材 料有特別的要求，比如在鋁材表面進(jìn)行陽極氧化或者添加特殊涂層，不銹鋼材料表明進(jìn)行 化學(xué)鍍鎳等，而且大量含F(xiàn)氣體的使用必然要求工廠增加投資，這就提高了設(shè)備的制造成 本和運行成本。另外，NF3是一種不容易處理的廢氣，排放到空氣中可能造成溫室效應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實施例提供了一種用于等離子體加工設(shè)備的電極板，電極板板面不易形 成頑固的工藝沉積物，而且附著于電極板板面的沉積物易于清除，避免使用干法清洗帶來 的成本上升及可能造成溫室效應(yīng)等副作用。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的實施例采用如下技術(shù)方案一種用于等離子體加工設(shè)備的電極板，由導(dǎo)電材料制成，電極板的一側(cè)板面為凸 起和凹槽形成的曲面。采用上述技術(shù)方案后，本發(fā)明實施例提供的電極板應(yīng)用于等離子體加工設(shè)備時， 電極板的曲面設(shè)計，減弱了工藝沉積物的附著能力，改變了沉積顆粒的形成方式，不易形成 大面積頑固的工藝沉積物，而且由于沉積物的附著能力較弱，易于清除，不必采用化學(xué)干法 清洗就可達(dá)到理想的沉積物去除效果，避免了使用干法清洗造成的成本上升及可能造成溫 室效應(yīng)等副作用。相應(yīng)地，本發(fā)明的實施例還提供了一種用于等離子體加工設(shè)備的清除工藝沉積物 的方法，能夠有效清除工藝沉積物，避免使用干法清洗帶來的成本上升及可能造成溫室效 應(yīng)等副作用。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的實施例采用如下技術(shù)方案一種用于等離子體加工設(shè)備的清除工藝沉積物的方法，包括采用高頻等離子體轟擊一側(cè)板面為凸起和凹槽形成的曲面的上電極。采用上述技術(shù)方案后，本發(fā)明的實施例提供的清除工藝沉積物的方法，有效清除 了上電極及反應(yīng)腔室內(nèi)部的工藝沉積物，避免使用干法清洗造成的成本上升及可能造成溫 室效應(yīng)等副作用。


圖1為PECVD系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡圖；圖2為本發(fā)明的電極板實施例一的立體示意圖；圖3為本發(fā)明的電極板實施例一的剖面示意圖4為本發(fā)明的電極板實施例一清除沉積物的原理示意圖；圖5為本發(fā)明的電極板實施例二的立體示意圖；圖6為本發(fā)明的電極板實施例二的剖面示意圖；圖7為本發(fā)明清除工藝沉積物的方法的實施例與現(xiàn)有技術(shù)的實施效果對比示意 圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施方式進(jìn)行詳細(xì)描述。本發(fā)明提供的電極板的技術(shù)核心在于所述電極板的一側(cè)板面為凸起和凹槽形成 的曲面。在工藝過程中，電極板的曲面設(shè)計，減弱了工藝沉積物的附著能力，改變了沉積顆 粒的形成方式，不易形成大面積頑固的工藝沉積物，而且由于沉積物的附著能力較弱，易于 清除，不必采用化學(xué)干法清洗就可達(dá)到較好的沉積物去除效果，避免了使用干法清洗造成 的成本上升及可能造成溫室效應(yīng)等副作用。為了使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好的理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面通過具體實施例并 結(jié)合附圖對本發(fā)明電極板的實施例進(jìn)行詳細(xì)描述。這里要注意的是，以下的具體實施例只 是為了描述本發(fā)明，但不限于本發(fā)明。實施例一如圖2和圖3，本實施例提供的電極板，所述電極板的一側(cè)板面為凸起和凹槽形成 的曲面。其中，所述曲面為波浪狀曲面，所述凸起包括多個條狀凸起9，條狀凸起9的最高點 可稱之為波浪狀曲面的“波峰”，條狀凸起9貫穿所述曲面的縱向板面，各條狀凸起9之間形 成凹槽10，凹槽10的最低點可稱之波浪狀曲面的“波谷”。當(dāng)本實施例的電極板用于等離子體加工設(shè)備時作為上電極時，電極板板面的波浪 形狀，改變了沉積物的形成過程，減弱了沉積物的附著能力。起初沉積物會在“波谷”處堆 積，而“波峰”處的沉積物容易脫落，這樣就形成了選擇性沉積，極板板面上不易形成大面積 頑固的工藝沉積物。而隨著工藝時間的增加，可能出現(xiàn)“波谷”的沉積物逐漸生長，然后超 過“波峰”高度與相鄰的“波谷”沉積物相連，或者在“波峰”累積的疏松的沉積物將“波谷” 致密的附著物相連，但這種相連是很薄弱的，很松散的，其沉積物相互作用力施加面積是小 范圍的，使在后續(xù)的工藝清洗環(huán)節(jié)，工藝沉積物易于被清除，常用的物理轟擊清除沉積物的 方法就可達(dá)到理想的沉積物去除效果，不必采用化學(xué)干法清洗，避免了使用干法清洗造成 的成本上升及可能造成溫室效應(yīng)等副作用。以常用的Ar氣等離子體轟擊清除沉積物的方 法為例，圖4示出了清除本實施例電極板的工藝沉積物的原理，通過局部放電增強(qiáng)去除沉 積顆粒。如圖4所示，轟擊開始之初，處于“波谷”中的沉積物雖然吸收了 Ar+離子的動量， 但是這種力量還無法破壞它與電極板的附著力，所以Ar+離子就陷在沉積物當(dāng)中，形成正 電荷中心，而電子由于遷移率高，移動到電阻值更低的地方，聚集在波峰位置。處于“波峰” 位置的疏松的沉積物吸收了 Ar+離子的動量有一部分脫落被抽出腔室，部分留下來沉積物 上的Ar+被上電極中和而形成負(fù)電荷中心。當(dāng)正負(fù)電荷中心的電壓差積累到一定程度，就 出現(xiàn)了放電。放電的力量可以穿透累積得較致密的沉積物如SiNx，破壞了材料內(nèi)部穩(wěn)定的 附著力，從而脫離電極板。
進(jìn)一步地，本實施例的電極板的板面上沿垂直于板面方向設(shè)有通孔，可呈噴淋頭 狀，在電極板用于等離子體薄膜沉積等設(shè)備作為上電極時，使工藝氣體均勻的進(jìn)入，使工藝 氣體的分布更加均勻。進(jìn)一步地，條狀凸起9的高度為0. 3 1mm，相鄰的條狀凸起9之間的間距為1 2mm，條狀凸起9的高度與相鄰條狀突起9的間距的比例在1/2 1/3之間，這樣的尺寸設(shè) 計可以更易于避免沉積物堆積和沉積物的清除。優(yōu)選地，條狀凸起9的高度為0. 5mm，相鄰 的條狀凸起9之間的間距為1. 5mm。其中，所述高度是指凸起9的最高點到凹槽10的最低 點的距離；間距是指兩個相鄰?fù)蛊?的最高點之間的距離。這里要注意的是，本發(fā)明實施例提供的電極板，所述的凸起和凹槽均要保持圓滑 曲面，避免尖端放電。實施例二如圖5和圖6所示，本實施例提供的電極板，所述電極板的一側(cè)板面為凸起和凹槽 形成的曲面。其中，所述凸起包括多個包狀凸起11，各包狀凸起11之間形成凹槽12。與實施例一相同，本實施例減弱了工藝沉積物的附著能力，還不易形成大面積頑 固的工藝沉積物，并且易于清除沉積物，其作用效果及清除沉積物的原理詳見實施例一，這 里不再贅述。進(jìn)一步地，本實施例的電極板的板面上沿垂直于板面方向設(shè)有通孔，可呈噴淋頭 狀，在電極板用于等離子體加工設(shè)備作為上電極時，使工藝氣體均勻的進(jìn)入，使工藝氣體的 分布更加均勻。進(jìn)一步地，包狀凸起11的高度為0. 3 1mm，相鄰的包狀凸起11之間的間距為1 2mm，包狀凸起11的高度與相鄰包狀突起11的間距的比例在1/2 1/3之間，這樣的尺寸 設(shè)計可以更易于避免沉積物堆積和沉積物的清除。優(yōu)選地，包狀凸起11的高度為0. 5mm，相 鄰的包狀凸起11之間的間距為1. 5mm。其中，所述高度是指凸起11的最高點到凹槽12的 最低點的距離；間距是指兩個相鄰?fù)蛊?1的最高點之間的距離。這里要注意的是，本發(fā)明實施例提供的電極板，所述的凸起和凹槽均要保持圓滑 曲面，避免尖端放電。相應(yīng)地，本發(fā)明的實施例還提供了一種用于等離子體加工設(shè)備的清除工藝沉積物 的方法，包括采用高頻等離子體轟擊一側(cè)板面為凸起和凹槽形成的曲面的上電極。采用上述技術(shù)方案后，本發(fā)明的實施例提供的清除工藝沉積物的方法，有效清除 了工藝沉積物，避免使用干法清洗造成的成本上升及可能造成溫室效應(yīng)等副作用。優(yōu)選地，所述高頻的頻率為ΙΟ-ΙΟΟΜΗζ，利用該頻率范圍的高頻電壓激發(fā)等離子 體、控制放電等，可得到較好的清除沉積物的效果?？筛鶕?jù)實際需要采用適當(dāng)頻率的射頻 源。這里要注意的是，所述等離子加工設(shè)備采用了一側(cè)板面為凸起和凹槽形成的曲面 的電極板作為上電極，在設(shè)備中上電極的曲面與加工設(shè)備的下電極相對。所述的曲面的上 電極，減弱了上電極上沉積物的附著能力，減少了加工工藝過程中上電極的板面上頑固沉 積物的形成，為后續(xù)的清除沉積物打好基礎(chǔ)。其中，所述的上電極為本發(fā)明的實施例提供 的電極板，例如實施例一和實施例二的電極板結(jié)構(gòu)，前面已經(jīng)做了詳細(xì)的說明，這里不再贅 述。
本發(fā)明實施例提供的清除工藝沉積物的方法，同樣是通過放電增強(qiáng)去除上電極的 沉積物。區(qū)別于傳統(tǒng)的直流物理轟擊，本發(fā)明實施例提供的清除工藝沉積物的方法，采用了 高頻等離子體轟擊的手段。這是因為，在等離子體加工設(shè)備中，工藝沉積物一般為絕緣物 質(zhì)，如SiNx等，因此在等離子體轟擊清除沉積物的過程中，上電極、工藝沉積物和等離子體 三者之間就形成了電容。由于在等離子體加工設(shè)備采用了一側(cè)板面為凸起和凹槽形成的曲 面的上電極，曲面的凹槽部分的沉積物厚度大，結(jié)構(gòu)致密，而其他部分相對厚度較小，若采 用傳統(tǒng)的直流轟擊的方法，沉積物的厚度會影響等離子能量的分布均勻性，因此，采用高頻 等離子體轟擊。高頻的加入既能夠穿過電容使惰性氣體均勻啟輝，同時正負(fù)電場的交替能 夠控制放電的劇烈程度，防止電荷積累過度集中引起上電極發(fā)生放電現(xiàn)象，能夠有效的清 除了上電極板面的工藝沉積物和反應(yīng)腔室內(nèi)部的沉積物，可得到理想的清除效果。為了驗證本發(fā)明實施例提供的清除沉積物的方法的有益效果，以清除PECVD系統(tǒng) 的工藝沉積物SiNx為例，分別采用本發(fā)明實施例提供的方法和現(xiàn)有技術(shù)對PECVD系統(tǒng)進(jìn)行 沉積物的清除，所述的現(xiàn)有技術(shù)包括傳統(tǒng)的物理轟擊和化學(xué)干法清洗。采用本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)三種清除沉積物的方法后，分別在清洗過的PECVD系統(tǒng)中 執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的沉積工藝一在硅片上沉積SiNx，工藝條件為壓強(qiáng)80 ；上電極功率1700w ；工 藝氣體SiH4、NH3、N2，流量分別為850、3000、2700sccm ；反應(yīng)溫度450°C ；沉積時間3分鐘。 之后應(yīng)用KLA-Tencor公司的顆粒檢測儀SPl生長的硅片進(jìn)行顆粒度檢測，測試結(jié)果如圖7 所示。圖7中，縱坐標(biāo)為測量的顆粒值；橫坐標(biāo)A代表傳統(tǒng)物理轟擊清洗法，工藝條件為直 流；壓強(qiáng)IOPa ；上電極功率IOkw ；工藝氣體Ar和O2，流量分別為2000和200sccm ；橫坐標(biāo)B代表化學(xué)干法清洗，工藝條件為直流；壓強(qiáng)60 ；上電極功率Ikw ；工藝 氣體NF3和隊，流量分別為500和2000sccm ；橫坐標(biāo)C代表本發(fā)明實施例提供的方法，采用高頻等離子體轟擊一側(cè)板面為凸起 和凹槽形成的曲面的上電極，工藝條件為高頻射頻源頻率13. 56MHz ；壓強(qiáng)501 ;上電極功 率2kw ；工藝氣體Ar，流量2000sccm。這里要注意的，方法A和方法B清洗的PECVD系統(tǒng)采用平面狀的上電極。方法C 清洗的PECVD系統(tǒng)采用實施例一提供的上電極結(jié)構(gòu)，上電極的曲面與下電極相對。通常來講，工藝沉積物的顆粒半徑較大，沉積工藝過程中掉落到晶片表面對沉積 薄膜的質(zhì)量有很大影響。經(jīng)過清洗后的PECVD系統(tǒng)，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)的沉積工藝后，晶片表面的顆 粒中，半徑大的顆粒越少，清洗效果越好。如圖7可知，本實施例提供的清除沉積物的方法， 獲得了與化學(xué)法清洗結(jié)果非常接近的工藝表現(xiàn)，并明顯好于傳統(tǒng)的物理法清洗。本發(fā)明實 施例提供的清除沉積物的方法，能有效清除工藝沉積物，還避免了使用干法清洗造成的成 本上升及可能造成溫室效應(yīng)等副作用?？梢岳斫獾氖牵m然本發(fā)明是以等離子體薄膜沉積設(shè)備為例進(jìn)行闡述的，但本發(fā) 明不限于此，本發(fā)明可應(yīng)用于可能產(chǎn)生工藝沉積物的等離子加工設(shè)備中，如等離子體薄膜 沉積設(shè)備、等離子體刻蝕設(shè)備等。以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何 熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵 蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種用于等離子體加工設(shè)備的電極板，由導(dǎo)電材料制成，其特征在于，所述電極板的 一側(cè)板面為凸起和凹槽形成的曲面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極板，其特征在于， 所述曲面為凸起和凹槽形成的波浪狀曲面；所述凸起包括多個條狀凸起，所述條狀凸起貫穿所述曲面的縱向板面，各所述條狀凸 起之間形成所述凹槽。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電極板，其特征在于，所述條狀凸起的高度為0.3 1mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電極板，其特征在于，所述條狀凸起的高度為0.5mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電極板，其特征在于，相鄰所述條狀凸起之間的間距為1 2mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電極板，其特征在于，相鄰所述條狀凸起之間的間距為 1. 5mm0
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極板，其特征在于，所述凸起包括多個包狀凸起，各所述包 狀凸起之間形成所述凹槽。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電極板，其特征在于，其特征在于，所述包狀凸起的高度為0.3 Imm0
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電極板，其特征在于，所述包狀凸起的高度為0.5mm。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電極板，其特征在于，相鄰所述包狀凸起之間的間距為1 2mm ο
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電極板，其特征在于，相鄰所述包狀凸起之間的間距為1.5mm0
12.一種用于等離子體加工設(shè)備的清除工藝沉積物的方法，其特征在于， 包括采用高頻等離子體轟擊一側(cè)板面為凸起和凹槽形成的曲面的上電極。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述高頻的頻率為10 100MHz。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述高頻的頻率為13.56MHz。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于等離子體加工設(shè)備的電極板和清除工藝沉積物的方法，涉及等離子體加工技術(shù)領(lǐng)域，為易于清除附著于電極板板面的沉積物，避免使用干法清洗造成的成本上升及可能造成溫室效應(yīng)等副作用而發(fā)明。本發(fā)明的電極板由導(dǎo)電材料制成，所述電極板的一側(cè)板面為凸起和凹槽形成的曲面。本發(fā)明的清除沉積物的方法，包括采用高頻等離子體轟擊一側(cè)板面為凸起和凹槽形成的曲面的上電極。本發(fā)明可用于等離子體加工工藝中。
文檔編號C23C16/513GK102098863SQ20091024268
公開日2011年6月15日 申請日期2009年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月14日
發(fā)明者白志民 申請人:北京北方微電子基地設(shè)備工藝研究中心有限責(zé)任公司