等离子体加工设备和方法技术

本发明专利技术提供一种等离子体加工设备和方法，所述设备包括：相对设置的第一电极板和第二电极板，以及与所述第一电极板连接的电源装置；所述第一电极板包括至少两个子电极板，所述电源装置包括至少两个子电源，所述每个子电极板通过电抗元件或者由电抗元件组成的电路与一个子电源连接。本发明专利技术所述的等离子体加工设备和方法，通过调制等离子体能够兼顾沉积薄膜的内应力调控和均匀性的改善。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及等离子体加工
，特别涉及一种等离子体加工设备和 方法。
技术介绍
薄膜沉积技术依据其反应机制，可分为物理气相沉积(Physical vapor deposition)和化学气相沉积(Chemical vapor deposition)两类。化学气相沉积是 经由化学反应在衬底表面生长薄膜的方法。目前应用比较普遍的化学气相沉 积方式包括大气压化学气相沉积(Atmosphere pressure chemical vapor deposition, APCVD)、寸氐气压化学气相沉积(Low pressure vapor deposition, LPCVD)和等离子体化学气相沉积(Plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD)。等离子体化学气相沉积能在低温下生长出致密的、具有良好化学稳定性 和优良机械性能的薄膜，因而被广泛的应用微电子机械系统、集成电路、显 示器件、太阳能电池等领域。目前实际生产中一般采用平行板电容耦合型 PECVD设备，如图1所示，该PECVD设备包括反应腔80，反应腔80外 的电源10,反应腔80内的与电源10连接的上电极20,以及反应腔80内的 接地电极30。所述上电极板20中具有密布的进气孔40,反应腔80的下方具 有排气口 50,待处理的衬底(图中未标号)置于接地电极30上。PECVD设备工作时，在适当的真空度下，反应气体从进气孔40导入反 应室80内，所述反应气体在上电极20与接地电极30之间受电源10产生的 电场激励而电离形成等离子体60，等离子体60与衬底发生复杂的物理、化学 反应，所述反应的生成物沉积在衬底上而形成薄膜，而反应产生的废气由排 气口 50排出。对于化学气相沉积法的制备薄膜来说，薄膜的内应力和均匀性是检验工 艺质量的重要标准。薄膜的内应力是薄膜沉积的过程当中，其内部产生的应力，分为张应力 和压应力。薄膜内应力的存在对于不同工艺要求来说有利有弊，根据具体的 需要而定。一方面，沉积时产生的内应力对薄膜的电学性能、机械性能是不利的， 例如，对于太阳能电池器件中用作钝化保护的氮化硅薄膜来说，当氮化珪薄 膜存在一定的内应力时，会引起氮化硅薄膜组成的异质结界面晶格失配，不 良的界面状态甚至界面陷阱等缺陷，进而严重的影响到钝化效果，损害器件的性能；更有甚者，过大的张应力将导致薄膜开裂，过大的压应力也使薄膜 产生褶铍或剥落，均导致薄膜性能失效。但另一方面，薄膜的内应力也可以 被利用起来，例如，半导体晶体管就是通过覆盖在有源区上方的薄膜的内应 力类型(压应力或张应力)来改变有源区的晶格结构，从而改变半导体晶体 管能带结构，进而提高载流子的速度。可见，在薄膜制备的过程中对内应力 的调控非常重要。而薄膜的均匀性是指在整个衬底表面上沉积薄膜的厚度、成分或结构的 一致性。通常随着待加工的衬底面积越大，薄膜的均匀性也更差，需要相应 增大电极板的面积来改善均匀性。然而问题在于，薄膜的均匀性和内应力通常是相互关联的，例如，均匀 性较差的薄膜往往内应力也较大，而目前的化学气相沉积采用的等离子体加 工设备不仅对薄膜内应力的调节非常有限，通常仅能通过调整常规的沉积温 度、压力、功率等工艺参数来获得期望的薄膜内应力，而且并不能兼顾薄膜 沉积的均匀性的改善。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种等离子体加工设备，通过调制等离子体能 够兼顾沉积薄膜的内应力调控和均匀性的改善。本专利技术解决的另 一 问题是提供一种等离子体加工方法，通过调制等离子 体能够兼顾沉积薄膜的内应力调控和均匀性的改善。为解决上述问题，本专利技术提供一种等离子体加工设备，包括相对设置 的第 一 电极板和第二电极板，以及与所述第 一电极板连接的电源装置；所述第一电极板包括至少两个子电极板，所述电源装置包括至少两个子 电源连4妄。所述至少两个子电极板位于同一个平面内。所述至少两个子电极板在平行于所述第二电极板的平面内并列分布、中 心对称分布、轴对称分布、或同心嵌套式分布。所述至少两个子电才及板的形状可以相同也可以不同，所述子电核j反为矩 形、正方形、圆形或椭圆形。所述至少两个子电极板上具有通孔，每个电极板上的通孔的大小、形状 或分布密度相同或不同。频电源、^f氐频电源或高频电源。所述等离子体加工设备还包括第一开关部件和第二开关部件，所述子电接，所述各个子电极板之间通过第二开关部件连接。所述等离子体加工设备具有至少两个分别独立控制的气体输入通路，所 述至少两个子电极板分别连接所述各个气体输入通路。相应的，本专利技术还提供一种等离子体加工的方法，包括步骤A:获得第一等离子体，利用所述第一等离子体对衬底进行第一加 工工艺，步骤B:获得第二等离子体，利用所述第二等离子体对第一等离子体加工 后的衬底进行第二加工工艺；其中，所述第 一等离子体和第二等离子体具有不同的激励频率和分布区域。所述方法还包括步骤C:进行步骤A至步骤B,直到达到预设的等离子 体加工目标。所述步骤B之后还包括步骤D:获得第三等离子体，利用所述第三等离子体对第二等离子体加 工后的衬底进行第三加工工艺。所述步骤D之后还包括步骤E:进行步骤A至步骤D，直到达到预设的等离子体加工目标。 上述技术方案具有以下优点由于现有技术中的等离子体加工设备一般仅具有一个电源和该电源连接 的第一电极板，因此仅能通过调整常规的沉积温度、压力、功率等工艺参数 来获得期望的薄膜内应力，而且随着设备的电极板面积过大，沉积形成的薄 膜很不均匀，采用这种不能兼顾沉积薄膜的内应力 调控和均匀性的改善。薄膜的内应力与用于沉积薄膜的等离子体的激励频率有关，而薄膜的均 匀性与等离子体的分布(强度、密度、粒子种类等的分布)有关，本专利技术技 术方案所述的等离子体加工设备中，第 一 电极板具有至少两个分别与独立的 子电源连接的子电极板，可以获得具有不同等离子体的分布和激励频率，进 而实现对等离子体分布和激励频率的调制，因此，本专利技术技术方案所述的等 离子体加工设备和方法，能够根据实际工艺的需要，依次采用不同激励频率的等离子体沉积薄膜，可以获得期望的薄膜内应力，并且通过调整各个子电 极板的、输入功率及输入气体的比例即可控制等离子体的分布，提高薄膜的 均匀性，总之，能够兼顾沉积薄膜的内应力调控和均匀性。此外，所述各个子电极板还可以分别连接至气体通路，并分别控制各子 电极板流出的气体流量，分别控制各个子电极板流出的气体流量，调整工作 气体在衬底上方的气场分布，进而调整等离子体的分布，进一步提高等离子 体加工的均匀性。附图说明通过附图所示，本专利技术的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩 放绘制附图，重点在于示出本专利技术的主旨。图1 一种平行板电容耦合型PECVD设备的示意图2为实施例一中等离子体加工i殳备的示意图3为图2中第一电极板的仰视图4为实施例一中另一第一电极板的示意图5为实施例二中等离子体加工设备的示意图6为图5中第一电极板的仰视图7为实施例二中另一第一电极板的示意图8为实施例三中等离子体加工设备的示意图。具体实施例方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图 对本专利技术的具体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种等离子体加工设备，包括：相对设置的第一电极板和第二电极板，以及与所述第一电极板连接的电源装置；其特征在于，　所述第一电极板包括至少两个子电极板，所述电源装置包括至少两个子电源，所述每个子电极板通过电抗元件或者由电抗元件组成的电路与 一个子电源连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：胡立琼，
申请(专利权)人：北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]