CN102098863B

CN102098863B - 用于等离子体加工设备的电极板和清除工艺沉积物的方法

Info

Publication number: CN102098863B
Application number: CN 200910242684
Authority: CN
Inventors: 白志民
Original assignee: Beijing North Microelectronics Co Ltd
Current assignee: Beijing North Microelectronics Co Ltd
Priority date: 2009-12-14
Filing date: 2009-12-14
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2029-12-14
Also published as: CN102098863A

Abstract

本发明公开了一种用于等离子体加工设备的电极板和清除工艺沉积物的方法，涉及等离子体加工技术领域，为易于清除附着于电极板板面的沉积物，避免使用干法清洗造成的成本上升及可能造成温室效应等副作用而发明。本发明的电极板由导电材料制成，所述电极板的一侧板面为凸起和凹槽形成的曲面。本发明的清除沉积物的方法，包括：采用高频等离子体轰击一侧板面为凸起和凹槽形成的曲面的上电极。本发明可用于等离子体加工工艺中。

Description

用于等离子体加工设备的电极板和清除工艺沉积物的方法

技术领域

本发明涉及等离子体加工技术领域，尤其涉及一种用于等离子体加工设备的电极板和清除工艺沉积物的方法。

背景技术

目前，在半导体器件的制造工艺中，等离子体加工技术得到了极为广泛的应用。该技术是指在一定条件下激发工艺气体生成等离子体，利用等离子体与衬底(例如硅基片)发生复杂的物理、化学反应而在衬底上完成各种加工，如等离子体刻蚀工艺、等离子体薄膜沉积工艺等，获得需要的半导体结构。以晶硅太阳能电池为例，在其制备工艺流程中就采用了PECVD(等离子体辅助化学气相沉积)工艺沉积电池表面SiNx减发射钝化层。图1示出了PECVD系统的结构简图，如图1所示，工艺气体通过进气管道5进入反应腔室1；上电极3通过绝缘陶瓷4与反应腔室1的上盖板2相连，并且与射频源6连接，提供等离子体激发功率；上电极3表面一般设有通孔，往往呈现喷淋头构造，使工艺气体通过其上密布的小孔均匀地进入反应腔室而被激发成为等离子体；下电极7通过接地柱8接地，在放电过程中与上电极3以及等离子体构成射频通路。基片通常放置在下电极7上，在等离子体环境下进行薄膜的沉积。

但是在工艺过程中，沉积过程并不只是发生在晶片表面，在腔室1的内部，只要是工艺气体气流流经的路径上施加了一定阻力的物体表面都会有物质的沉积。这些沉积物是无法避免的，随着工作时间的增加，不稳定的沉积物会掉落到晶片表面，影响成膜质量，形成缺陷中心，严重影响工艺结果，例如不稳定的SiNx沉积物会形成颗粒落在晶片上形成缺陷中心，引起晶硅电池的短路或者断路，或者造成电池的不稳定工作状态。其中，在腔室1内部，以上电极3上的沉积物影响最大，因为上电极3就位于晶片的上方，工艺过程中颗粒掉落将直接影响成膜质量。因此，一定时间内需要清除反应腔室1内部尤其是上电极3上的沉积物。

然而，传统的上电极3为了避免放电等原因，均设计成平面结构。工艺沉积物在形成之初，附着在电极板平面上的，都是一个个互不相连的“小岛”，那些附着不结实的物质在工艺工程中因为轰击或者温度或者气流的原因就脱落下来，但还不够成致命的威胁，因为尺寸不大，数量也很少。那些结实的附着物却形成了沉积物面积变大的核心，直到无数个“小岛”连成一片，在电极板表面形成了紧密结实的沉积物。因此，平面状的电极板表面的大片沉积物很难清除，虽然可以在工艺一段时间后开盖取出上电极3进行清洗(即湿法清洗)，但这种操作会严重降低设备的工作时间和产率。目前，工业界上普遍采用物理轰击或干法清洗辅助湿法清洗的方式清除反应腔室及上电极上附着的沉积物。

物理轰击是指真空室中充入适当分压力的惰性气体(典型的如Ar气)，利用上下电极间的低压下的辉光放电产生的离子轰击来达到清洗的目的。该方法中.惰性气体被离化并轰击反应腔室内壁、反应腔室内的其它结构件包括电极板及被镀基片等。如果在充入的气体中加入氧气，对某些碳氢化合物可以获得更好的清洗效果。因为氧气可以使某些碳氢化合物氧化生成易挥发性气体而容易被真空系统排除。这种方法对清除残气，提高密闭容器的真空度有比较明显的作用，对一些有机的附着物也起到一定的清洗去除的作用。但是对于那些不和氧气反应的顽固的无机附着物，由于直流功率无法无限增加，离子轰击的能量是有限的，单凭离子轰击，对如SiNx这样的沉积物很难起到清洗去除的作用。

为了能够清除像SiNx这样的比较顽固的无机类附着物，人们还应用了干法清洗技术。它是一种在线清洗的方法，主要是利用含F的气体如NF₃在等离子体的条件下对Si的N、O等化合物进行反应刻蚀，生成SiF₄等容易挥发的气体，从而实现去除颗粒，清洗上电极的目的。干法清洗的清洗效果较好，但具有较多的副作用。从本质上讲干法清洗是一种化学方法，即是强腐蚀性的化学气体参与的剧烈的化学反应，所以在工业实施上对腔室材料有特别的要求，比如在铝材表面进行阳极氧化或者添加特殊涂层，不锈钢材料表明进行化学镀镍等，而且大量含F气体的使用必然要求工厂增加投资，这就提高了设备的制造成本和运行成本。另外，NF₃是一种不容易处理的废气，排放到空气中可能造成温室效应。

发明内容

本发明的实施例提供了一种用于等离子体加工设备的电极板，电极板板面不易形成顽固的工艺沉积物，而且附着于电极板板面的沉积物易于清除，避免使用干法清洗带来的成本上升及可能造成温室效应等副作用。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

一种用于等离子体加工设备的电极板，由导电材料制成，电极板的一侧板面为凸起和凹槽形成的曲面。

采用上述技术方案后，本发明实施例提供的电极板应用于等离子体加工设备时，电极板的曲面设计，减弱了工艺沉积物的附着能力，改变了沉积颗粒的形成方式，不易形成大面积顽固的工艺沉积物，而且由于沉积物的附着能力较弱，易于清除，不必采用化学干法清洗就可达到理想的沉积物去除效果，避免了使用干法清洗造成的成本上升及可能造成温室效应等副作用。

相应地，本发明的实施例还提供了一种用于等离子体加工设备的清除工艺沉积物的方法，能够有效清除工艺沉积物，避免使用干法清洗带来的成本上升及可能造成温室效应等副作用。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

一种用于等离子体加工设备的清除工艺沉积物的方法，包括：

采用高频等离子体轰击一侧板面为凸起和凹槽形成的曲面的上电极。

采用上述技术方案后，本发明的实施例提供的清除工艺沉积物的方法，有效清除了上电极及反应腔室内部的工艺沉积物，避免使用干法清洗造成的成本上升及可能造成温室效应等副作用。

附图说明

图1为PECVD系统的结构简图；

图2为本发明的电极板实施例一的立体示意图；

图3为本发明的电极板实施例一的剖面示意图；

图4为本发明的电极板实施例一清除沉积物的原理示意图；

图5为本发明的电极板实施例二的立体示意图；

图6为本发明的电极板实施例二的剖面示意图；

图7为本发明清除工艺沉积物的方法的实施例与现有技术的实施效果对比示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式进行详细描述。

本发明提供的电极板的技术核心在于：所述电极板的一侧板面为凸起和凹槽形成的曲面。

在工艺过程中，电极板的曲面设计，减弱了工艺沉积物的附着能力，改变了沉积颗粒的形成方式，不易形成大面积顽固的工艺沉积物，而且由于沉积物的附着能力较弱，易于清除，不必采用化学干法清洗就可达到较好的沉积物去除效果，避免了使用干法清洗造成的成本上升及可能造成温室效应等副作用。

为了使本领域的技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面通过具体实施例并结合附图对本发明电极板的实施例进行详细描述。这里要注意的是，以下的具体实施例只是为了描述本发明，但不限于本发明。

实施例一

如图2和图3，本实施例提供的电极板，所述电极板的一侧板面为凸起和凹槽形成的曲面。其中，所述曲面为波浪状曲面，所述凸起包括多个条状凸起9，条状凸起9的最高点可称之为波浪状曲面的“波峰”，条状凸起9贯穿所述曲面的纵向板面，各条状凸起9之间形成凹槽10，凹槽10的最低点可称之波浪状曲面的“波谷”。

当本实施例的电极板用于等离子体加工设备时作为上电极时，电极板板面的波浪形状，改变了沉积物的形成过程，减弱了沉积物的附着能力。起初沉积物会在“波谷”处堆积，而“波峰”处的沉积物容易脱落，这样就形成了选择性沉积，极板板面上不易形成大面积顽固的工艺沉积物。而随着工艺时间的增加，可能出现“波谷”的沉积物逐渐生长，然后超过“波峰”高度与相邻的“波谷”沉积物相连，或者在“波峰”累积的疏松的沉积物将“波谷”致密的附着物相连，但这种相连是很薄弱的，很松散的，其沉积物相互作用力施加面积是小范围的，使在后续的工艺清洗环节，工艺沉积物易于被清除，常用的物理轰击清除沉积物的方法就可达到理想的沉积物去除效果，不必采用化学干法清洗，避免了使用干法清洗造成的成本上升及可能造成温室效应等副作用。以常用的Ar气等离子体轰击清除沉积物的方法为例，图4示出了清除本实施例电极板的工艺沉积物的原理，通过局部放电增强去除沉积颗粒。如图4所示，轰击开始之初，处于“波谷”中的沉积物虽然吸收了Ar+离子的动量，但是这种力量还无法破坏它与电极板的附着力，所以Ar+离子就陷在沉积物当中，形成正电荷中心，而电子由于迁移率高，移动到电阻值更低的地方，聚集在波峰位置。处于“波峰”位置的疏松的沉积物吸收了Ar+离子的动量有一部分脱落被抽出腔室，部分留下来沉积物上的Ar+被上电极中和而形成负电荷中心。当正负电荷中心的电压差积累到一定程度，就出现了放电。放电的力量可以穿透累积得较致密的沉积物如SiNx，破坏了材料内部稳定的附着力，从而脱离电极板。

进一步地，本实施例的电极板的板面上沿垂直于板面方向设有通孔，可呈喷淋头状，在电极板用于等离子体薄膜沉积等设备作为上电极时，使工艺气体均匀的进入，使工艺气体的分布更加均匀。

进一步地，条状凸起9的高度为0.3～1mm，相邻的条状凸起9之间的间距为1～2mm，条状凸起9的高度与相邻条状突起9的间距的比例在1/2～1/3之间，这样的尺寸设计可以更易于避免沉积物堆积和沉积物的清除。优选地，条状凸起9的高度为0.5mm，相邻的条状凸起9之间的间距为1.5mm。其中，所述高度是指凸起9的最高点到凹槽10的最低点的距离；间距是指两个相邻凸起9的最高点之间的距离。

这里要注意的是，本发明实施例提供的电极板，所述的凸起和凹槽均要保持圆滑曲面，避免尖端放电。

实施例二

如图5和图6所示，本实施例提供的电极板，所述电极板的一侧板面为凸起和凹槽形成的曲面。其中，所述凸起包括多个包状凸起11，各包状凸起11之间形成凹槽12。

与实施例一相同，本实施例减弱了工艺沉积物的附着能力，还不易形成大面积顽固的工艺沉积物，并且易于清除沉积物，其作用效果及清除沉积物的原理详见实施例一，这里不再赘述。

进一步地，本实施例的电极板的板面上沿垂直于板面方向设有通孔，可呈喷淋头状，在电极板用于等离子体加工设备作为上电极时，使工艺气体均匀的进入，使工艺气体的分布更加均匀。

进一步地，包状凸起11的高度为0.3～1mm，相邻的包状凸起11之间的间距为1～2mm，包状凸起11的高度与相邻包状突起11的间距的比例在1/2～1/3之间，这样的尺寸设计可以更易于避免沉积物堆积和沉积物的清除。优选地，包状凸起11的高度为0.5mm，相邻的包状凸起11之间的间距为1.5mm。其中，所述高度是指凸起11的最高点到凹槽12的最低点的距离；间距是指两个相邻凸起11的最高点之间的距离。

相应地，本发明的实施例还提供了一种用于等离子体加工设备的清除工艺沉积物的方法，包括：采用高频等离子体轰击一侧板面为凸起和凹槽形成的曲面的上电极。

采用上述技术方案后，本发明的实施例提供的清除工艺沉积物的方法，有效清除了工艺沉积物，避免使用干法清洗造成的成本上升及可能造成温室效应等副作用。

优选地，所述高频的频率为10-100MHz，利用该频率范围的高频电压激发等离子体、控制放电等，可得到较好的清除沉积物的效果。可根据实际需要采用适当频率的射频源。

这里要注意的是，所述等离子加工设备采用了一侧板面为凸起和凹槽形成的曲面的电极板作为上电极，在设备中上电极的曲面与加工设备的下电极相对。所述的曲面的上电极，减弱了上电极上沉积物的附着能力，减少了加工工艺过程中上电极的板面上顽固沉积物的形成，为后续的清除沉积物打好基础。其中，所述的上电极为本发明的实施例提供的电极板，例如实施例一和实施例二的电极板结构，前面已经做了详细的说明，这里不再赘述。

本发明实施例提供的清除工艺沉积物的方法，同样是通过放电增强去除上电极的沉积物。区别于传统的直流物理轰击，本发明实施例提供的清除工艺沉积物的方法，采用了高频等离子体轰击的手段。这是因为，在等离子体加工设备中，工艺沉积物一般为绝缘物质，如SiNx等，因此在等离子体轰击清除沉积物的过程中，上电极、工艺沉积物和等离子体三者之间就形成了电容。由于在等离子体加工设备采用了一侧板面为凸起和凹槽形成的曲面的上电极，曲面的凹槽部分的沉积物厚度大，结构致密，而其他部分相对厚度较小，若采用传统的直流轰击的方法，沉积物的厚度会影响等离子能量的分布均匀性，因此，采用高频等离子体轰击。高频的加入既能够穿过电容使惰性气体均匀启辉，同时正负电场的交替能够控制放电的剧烈程度，防止电荷积累过度集中引起上电极发生放电现象，能够有效的清除了上电极板面的工艺沉积物和反应腔室内部的沉积物，可得到理想的清除效果。

为了验证本发明实施例提供的清除沉积物的方法的有益效果，以清除PECVD系统的工艺沉积物SiNx为例，分别采用本发明实施例提供的方法和现有技术对PECVD系统进行沉积物的清除，所述的现有技术包括传统的物理轰击和化学干法清洗。

采用本发明和现有技术三种清除沉积物的方法后，分别在清洗过的PECVD系统中执行标准的沉积工艺--在硅片上沉积SiNx，工艺条件为：压强80Pa；上电极功率1700w；工艺气体SiH4、NH3、N2，流量分别为850、3000、2700sccm；反应温度450℃；沉积时间3分钟。之后应用KLA-Tencor公司的颗粒检测仪SP1生长的硅片进行颗粒度检测，测试结果如图7所示。图7中，纵坐标为测量的颗粒值；横坐标A代表传统物理轰击清洗法，工艺条件为：直流；压强10Pa；上电极功率10kw；工艺气体Ar和O₂，流量分别为2000和200sccm；

横坐标B代表化学干法清洗，工艺条件为：直流；压强60Pa；上电极功率1kw；工艺气体NF₃和N₂，流量分别为500和2000sccm；

横坐标C代表本发明实施例提供的方法，采用高频等离子体轰击一侧板面为凸起和凹槽形成的曲面的上电极，工艺条件为：高频射频源频率13.56MHz；压强50Pa；上电极功率2kw；工艺气体Ar，流量2000sccm。

这里要注意的，方法A和方法B清洗的PECVD系统采用平面状的上电极。方法C清洗的PECVD系统采用实施例一提供的上电极结构，上电极的曲面与下电极相对。

通常来讲，工艺沉积物的颗粒半径较大，沉积工艺过程中掉落到晶片表面对沉积薄膜的质量有很大影响。经过清洗后的PECVD系统，进行标准的沉积工艺后，晶片表面的颗粒中，半径大的颗粒越少，清洗效果越好。如图7可知，本实施例提供的清除沉积物的方法，获得了与化学法清洗结果非常接近的工艺表现，并明显好于传统的物理法清洗。本发明实施例提供的清除沉积物的方法，能有效清除工艺沉积物，还避免了使用干法清洗造成的成本上升及可能造成温室效应等副作用。

可以理解的是，虽然本发明是以等离子体薄膜沉积设备为例进行阐述的，但本发明不限于此，本发明可应用于可能产生工艺沉积物的等离子加工设备中，如等离子体薄膜沉积设备、等离子体刻蚀设备等。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种用于等离子体加工设备的电极板，由导电材料制成，其特征在于，所述电极板的一侧板面为凸起和凹槽形成的曲面，其中，所述的凸起为圆滑曲面凸起，所述凹槽为圆滑曲面凹槽。

2.根据权利要求1所述的电极板，其特征在于，

所述曲面为凸起和凹槽形成的波浪状曲面；

所述凸起包括多个条状凸起，所述条状凸起贯穿所述曲面的纵向板面，各所述条状凸起之间形成所述凹槽。

3.根据权利要求2所述的电极板，其特征在于，所述条状凸起的高度为0.3～1mm。

4.根据权利要求3所述的电极板，其特征在于，所述条状凸起的高度为0.5mm。

5.根据权利要求2所述的电极板，其特征在于，相邻所述条状凸起之间的间距为1～2mm。

6.根据权利要求5所述的电极板，其特征在于，相邻所述条状凸起之间的间距为1.5mm。

7.根据权利要求1所述的电极板，其特征在于，所述凸起包括多个包状凸起，各所述包状凸起之间形成所述凹槽。

8.根据权利要求7所述的电极板，其特征在于，其特征在于，所述包状凸起的高度为0.3～1mm。

9.根据权利要求8所述的电极板，其特征在于，所述包状凸起的高度为0.5mm。

10.根据权利要求7所述的电极板，其特征在于，相邻所述包状凸起之间的间距为1～2mm。

11.根据权利要求10所述的电极板，其特征在于，相邻所述包状凸起之间的间距为1.5mm。

12.一种用于等离子体加工设备的清除工艺沉积物的方法，其特征在于，

包括：采用高频等离子体轰击一侧板面为凸起和凹槽形成的曲面的上电极；其中，所述的凸起为圆滑曲面凸起，所述凹槽为圆滑曲面凹槽；

所述高频的频率为10～100MHz。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述高频的频率为13.56MHz。