一种喷淋板及包含该喷淋板的等离子箱制造技术

本发明专利技术公开了一种喷淋板和包含该喷淋板的等离子箱，喷淋板的主体为不锈钢板，不锈钢板的下板面上开设有凹槽，凹槽包括交替设置的激发电极凹槽和接地电极凹槽；不锈钢板上设有位于凹槽两侧且贯穿不锈钢板上、下板面的通孔。该等离子箱包括喷淋板，盖板以及交替布置的N个激发电极和N+1个接地电极，N为整数；最外侧的两个接地电极作为等离子箱的侧板，各相邻的电极之间形成放电区；激发电极和接地电极的顶部、底部分别设有一公共的喷淋板；位于顶部的喷淋板顶端设有一底部开口的中空状盖板，并与盖板组成半封闭式腔体，盖板上设有进气口。该喷淋板能改善大面积等离子箱放电区中工作气体压力分布的均匀性，进而提高沉积薄膜厚度的均匀性。

【技术实现步骤摘要】
一种喷淋板及包含该喷淋板的等离子箱
本专利技术涉及半导体制造领域，特别涉及一种喷淋板和包含该喷淋板的等离子箱。
技术介绍
等离子箱装置一般用于沉积或者剥离薄膜或者对物体进行表面处理，薄膜沉积方面诸如在衬底上沉积硅基半导体薄膜，要形成这些薄膜，必须将不同组分的工作气体引入等离子箱中的放电区，然后通过射频能量将这些工作气体激发成等离子体，经过一系列化学反应在衬底上沉积预期的薄膜。等离子箱结构如图1所示，等离子箱中交替安装N个激发电极1-4和N+1接地电极1-5，其中最外侧的两个接地电极作为等离子箱的侧板1-12，每个激发电极均独立的由一个射频电源供能，各相邻电极之间形成放电区1-3。电极的顶部装有一个上喷淋板1-1，为不锈钢板，具有外表面和内表面，包括数个连通外表面到内表面的通孔1-6，上喷淋板1-1的顶部装有一盖板1_7，上喷淋板1_1和盖板1_7组成半封闭的腔体1_2并通过盖板1-7上设置的进气口 1-8与外部进气系统通过波纹管1-9相连通。电极的底部即等离子箱的底部装有一带有通孔1-6的公共的下喷淋板1-10，工作气体从储存容器经过进气系统及波纹管1-9进入上喷淋板1-1和盖板1-7形成的腔体1-2，从上喷淋板上各排通孔1-6流下来，进入各对平行电极形成的放电区1-3并沿着放电区1-3向下流动，反应后的气体经过下喷淋板1-10上的诸多通孔1-6，流到可移式等离子箱外，由抽气系统排出。激发电极1-4与上喷淋板1-1和下喷淋板1-10之间均安装有聚酯绝缘块以实现激发电极1-4与可移式等离子箱之间的绝缘。在大型等离子体箱中喷淋板的用途是将工作气体均匀的散布到各对平行电极形成的放电区，以便形成厚度均匀的薄膜。公知的传统等离子箱中喷淋板上通孔的形状和分布如图2所示，图2A和图2B图解说明现有技术中使用的两种传统孔的形状和分布，其中图2A显示的传统喷淋板孔为均匀排列的具有相同孔径的直通孔，孔径Φ为0.5mm到1mm。图2B显示的传统喷淋板为均匀排列的具有不同尺寸的入口和出口直径的孔，入口孔径大于出口孔径，入口孔径在Imm左右，出口孔径小于入口孔径在0.5mm左右。相对于图2A所示喷淋板使用图2B所示具有不同入口和出口孔径的孔的喷淋板在一定程度上提高了沉积薄膜的均匀性，但还是达不到令人满意的效果。在使用大面积等离子体镀膜设备时，随着等离子箱尺寸的增加，等离子箱内工作气体压强的均匀性往往有不令人满意的变化，其原因就是随着等离子箱线性尺寸的增加，气体流经狭长的腔体时，工作气体在腔体各处压力分布不再均匀，导致单位时间内通过上述各传统喷淋板孔进入放电区的气体量有很大的差别，具体的，工作气体通过腔体一端圆形进气口高速进入等离子箱上层腔体后，向前方及两侧输运，因进气口及高速气体输运方向和惯性的限制，使得靠近进气口的腔体空间形成气体很难顺利到达的死角，气体压力较低，随着输运的进行气体压力逐渐趋于平稳，但由于这个过程中大部分工作气体经由喷淋板进入放电区反应后经抽气系统排出，所以越接近另一端气流量越少，气体压力也越低。从进气口到另一端气体压力呈现如图5曲线I所示的不均匀性分布。若使用上述孔均匀排列的传统喷淋板必导致工作气体进入放电区后在各处压力分布的非均匀性，使得各处单位体积反应气体分解量，也就是薄膜沉积速率随着衬底所在位置的变化而变化，这种情况下对于长度Xtl为1330-1460_的喷淋板引起的薄膜厚度均匀性一般为±4.2%，比工业制造中要求的典型均匀性±3.0%要差很多，对更大型的等离子箱这种设计引起的薄膜厚度均匀性更差。所以，诸如大面积PECVD沉积系统的等离子箱的喷淋板必须具有特殊的设计以满足等离子处理过程中的均匀性要求。
技术实现思路
为克服现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提出一种能够改善大面积等离子箱放电区中工作气体压力分布的均匀性，进而提高沉积薄膜厚度均匀性的喷淋板。本专利技术是通过如下技术方案实现的:一种喷淋板，其主体为不锈钢板，所述不锈钢板的下板面上开设有凹槽，所述凹槽包括交替设置的激发电极凹槽和接地电极凹槽；所述不锈钢板上设有位于凹槽两侧且贯穿不锈钢板上、下板面的通孔。进一步地，所述激发电极凹槽的数量为N个，所述接地电极凹槽的数量为N-1个，所述通孔为2Ν排，所述N为整数。进一步地，所述凹槽的深度为不锈钢板厚度的1/3-2/3，所述激发电极凹槽的宽度与激发电极的厚度相适应，所述接地电极凹槽的宽度与接地电极的厚度相适应。进一步地，所述通孔包括由上至下同轴设置的外孔、中孔和内孔；所述外孔和中孔的纵截面为矩形，且中孔的孔径小于外孔的孔径；所述内孔的纵截面为梯形且内孔的顶端孔径与中孔的孔径相等。进一步地，通孔排列有如下两种方案:第一种:同排中相邻两通孔间距Cl1均为20mm，相邻两排中距离最短的两通孔间距d2均为35_ ;所述外孔的孔径、中孔的孔径以及内孔的底端孔径分别与气体定常流动经过相应孔时的压力成反比。第二种:所述外孔的孔径O1为8mm，中孔的孔径Φ2为1mm，内孔的底端直径Φ3为2mm，相邻两排中距离最短的两通孔间距d2均为35mm ;同排中相邻两通孔的间距(I1与气体定常流动经过相应两通孔间距中间位置处的压力成反比。进一步地,所述外孔的孔高Ii1为8mm,中孔的孔高112为1mm,内孔的孔高113为1mm。本专利技术的另一目的在于提出一种用于等离子体增强化学气相沉积系统的等离子箱，包括两个如权利要求1-7任一所述的喷淋板，还包括盖板以及交替布置的N个激发电极和N+1个接地电极，N为整数； 最外侧的两个接地电极作为等离子箱的侧板，两个侧板的内侧各承载一个基板，除了侧板以外的其余电极分别承载两个基板，各相邻的电极之间形成放电区；所述激发电极和接地电极的顶部、底部分别设有一公共的喷淋板；顶部的喷淋板顶端设有一底部开口的中空状盖板，并与盖板组成半封闭式腔体，所述盖板上设有进气口。进一步地，所述进气口通过波纹管与外部进气系统相连通。进一步地，所述激发电极与两个喷淋板之间均安装有聚酯绝缘块，以实现激发电极与等离子箱之间的绝缘。本专利技术的有益效果在于:1.本专利技术的喷淋板结构简单，易于实现，适用于任何等离子箱，只需要对喷淋板的通孔做稍许改变，不需要对等离子箱做较大改动。2.本专利技术的喷淋板不仅可改善大面积等离子箱中工作气体在放电区压力分布，提高沉积薄膜的厚度均匀性，获得较高质量的半导体薄膜。还可增加气体的衍射，减少气体分子和孔壁的碰撞，降低喷淋板的气体流导，提高喷淋板的清洗速度。3.依照本专利技术的结构对喷淋板进行改进后，消除了等离子箱中其他部件带来的缺陷，提高等离子箱的整体性能。【附图说明】通过附图中所示的本专利技术的优选施例更具体的说明，本专利技术的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。应当理解使用附图的目的是图解说明文本所讨论的实施例的概念，并非依比例绘制。图1为常见的包含喷淋板的等离子箱简化结构示意图，其中:1-1-上喷淋板；1-2-腔体；1-3-放电区；1-4-激发电极；1-5-接地电极；1-6-通孔；1_7_盖板；1_8_进气口 ； 1-9-波纹管；1-10-下喷淋板；1-11-凹槽；1-12-侧板；图2为显示图1所示结构中使用的两种传统喷淋板孔的形状和分布俯视示意图；其中:图2A显示的喷淋板孔为均匀排列的具有相同孔径本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种喷淋板，其特征在于：该喷淋板的主体为不锈钢板，所述不锈钢板的下板面上开设有凹槽，所述凹槽包括交替设置的激发电极凹槽和接地电极凹槽；所述不锈钢板上设有位于凹槽两侧且贯穿不锈钢板上、下板面的通孔。

【技术特征摘要】
1.一种喷淋板，其特征在于:该喷淋板的主体为不锈钢板，所述不锈钢板的下板面上开设有凹槽，所述凹槽包括交替设置的激发电极凹槽和接地电极凹槽；所述不锈钢板上设有位于凹槽两侧且贯穿不锈钢板上、下板面的通孔。2.如权利要求1所述的喷淋板，其特征在于: 所述激发电极凹槽的数量为N个，所述接地电极凹槽的数量为N-1个，所述通孔为2N排，所述N为整数。3.如权利要求1所述的喷淋板，其特征在于: 所述凹槽的深度为不锈钢板厚度的1/3—2/3，所述激发电极凹槽的宽度与激发电极的厚度相适应，所述接地电极凹槽的宽度与接地电极的厚度相适应。4.如权利要求1所述的喷淋板，其特征在于:所述通孔包括由上至下同轴设置的外孔、中孔和内孔；所述外孔和中孔的纵截面为矩形，且中孔的孔径小于外孔的孔径；所述内孔的纵截面为梯形且内孔的顶端孔径与中孔的孔径相等。5.如权利要求4所述的喷淋板，其特征在于: 同排中相邻两通孔间距(I1均为20mm,相邻两排中距离最短的两通孔间距d2均为35mm ；所述外孔的孔径、中孔的孔径以及内孔的底端直径分别与气体定常流动经过相应孔时的压力成反比。6.如权利要求4所述的喷淋板，其特征在于: 所述外孔的孔径O1S 8mm，中孔的孔径Φ2...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴文基，郑泽文，刘丽娟，
申请(专利权)人：深圳市宇光高科新能源技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44