专利名称：具有改善等离子体均匀度的电极的制作方法
技术领域：
本实用新型关于一种电极，其特别涉及一种具可调性电场分布的电极片， 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
气相沉禾只(plasma-assisted chemical vapor deposition)、 等离子体辅助烛亥1] (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式，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，再通过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化，相对地也影响了等离子体 的均匀性及镀膜的效率，尤其是在现今镀膜基板尺寸由过去的八英寸、十二英 寸晶圆增大到当前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，有需要提供一种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改善等离子体均匀度的电极，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改善等离子体均匀度的电极， 其用于一可产生等离子体的腔体。其主要包含一电极片； 一微扰槽孔。其中，
该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，用于产
生一电场；微扰槽孔，其对称蚀刻于该电极片的一边，用于控制该电场强度分
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，其中该具有改善等离子体均匀度的电极可被应 用于常压化学气相沉积系统、低压化学气相沉积系统、高密度等离子体化学气 相沉积系统、等离子体辅助化学气相沉积系统、感应耦合等离子体离子蚀刻系 统。
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，较佳地为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。
具有改善等离子体均匀度的电极简单化、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歩的解释。
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改善等离子体均匀度的电极的结构示意图； 图2显示为本实用新型的具有改善等离子体均匀度的电极无微扰槽孔时
的电场分布图3显示为本实用新型的具有改善等离子体均匀度的电极的电场分布图； 图4显示为本实用新型的电容耦合式等离子体装置；以及 图5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具有改善等离子体均匀度的电极
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
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，但附图及下述说明均为本实 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实施范例，且 并非用以限制本实用新型。
现请参考图1，其显示为根据本实用新型实施例的具有改善等离子体均匀 度的电极100的结构示意图。根据本实用新型的一种具有改善等离子体均匀度 的电极100的实施例，其至少包含一电极片110与一微扰槽孔120。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， 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。
对于需利用等离子体反应制造的气相沉积系统而言，该具有改善等离子体 均匀度的电极100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)。
其中该具有改善等离子体均匀度的电极100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、与铁氟龙其中之一。 因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IIO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。
在制造进行时，需考虑等离子体的频率来选择该具有改善等离子体均匀度 的电极100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
具有改善等离子体均匀度的电极100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IIO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IIO的最佳长度L为百分之十二点六导波长，其最 佳宽度W为百分之四点七导波长。此外在制造进行时，需考虑该射频电流源 130到该电极片IIO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。
为实现该具有改善等离子体均匀度的电极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，以改 变该电极片110上的电场分布情形，进而影响该电极片110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 Ll为该电极片110长度L的84。/^，其最佳宽度W1为该电极片IIO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°/。。 且因等离子体制造需在真空及无污染环境中进行，因此该具有改善等离子体均 匀度的电极片110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，其为本实用新型的第一实施例中，不具有该微扰槽孔120 的该具有改善等离子体均匀度的电极IOO在操作频率为13.56MHz的电场分布 图，其中该电极片IIO的长度L为1510公厘，其宽度W为781公厘。该电极 片UO边缘的电场有较大幅度的变动，该处的电场与该电极片IIO上它处的电 场相比之下显得较不均匀。因此加入该微扰槽孔120以改善该电极片110上电 场不均匀情形。现请参照图3，其为该具有改善等离子体均匀度的电极100在 操作频率为13.56MHz的电场分析图，其中该电极片110的长度L为1230公 厘，其宽度W为781公厘，而在本实施例中所采用的微扰槽孔120的长度Ll 为1275公厘，其宽度Wl为10公厘，其与该射频电流源130间的距离d为 30公厘。该图3中相对于该微扰槽孔120的另外三边缘上的电场变动较图2 中的电场变动情形小，该电极片IIO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。
现请参考图4，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改善等离子体均匀度的电 极100的实施例，其至少包含
一反应室210; —载台230; —具有改善等离子体均匀度的电极100; —
排气孔213; —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，其用在提供制造所需的密闭空间。一载台230配置在该反应室210 的第一表面2U上，其用在承载该反应室210中的制造进行时所需的该具有改 善等离子体均匀度的电极100，其中该载台230使用绝缘材料以使该反应210 室的第一表面2U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， 一具有改善等离子体均匀度的电极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，其中该具有改善等离子体均匀度 的电极100的最佳长度L为百分之十二点六导波长，其最佳宽度W为百分之 四点七导波长。因此在制造进行时， 一制造基板220将放置在该具有改善等离 子体均匀度的电极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，配置于该反应室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 SLO^CzNil^的化合物气体，其中x,y,z,l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5，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改善等离子体均匀 度的电极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; —载台320; —具有改善等离子体均匀度的电极100; —
进气孔350; —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，配置于该反应 室310的第二表面312上，其用于排入等离子体产生所需之气体于该反应室 310内，其中该进气孔350可排入可表示为Si《0^y^H^的化合物气体，其中 x，y，z，l以及m为0或一整数，其包含SiH4,Si(OC2H5)，(CH3)2Si(OCH3)2，QH6气 体。 一载台320配置在该反应室310的第一表面3U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，一具有改善等离子体均匀度的电极100配置于该 载台320上，其用于在该反应室310中产生一均匀电场，其中该具有改善等离 子体均匀度的电极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。其中该具有改善等离 子体均匀度的电极100的最佳长度L为百分之十二点六导波长，其最佳宽度 W为百分之四点七导波长。因此在制造进行时， 一制造基板320将放置在该
具有改善等离子体均匀度的电极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改善等离子体均匀度的电极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，可广泛应用在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。
权利要求1.一种具有改善等离子体均匀度的电极，其用于一可产生等离子体的腔体，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；以及一微扰槽孔，其对称蚀刻于该电极片的一边，用于控制该电场强度分布；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所述的具有改善等离子体均匀度的电极，其特征在于, 该电极片的材质选自铝、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所述的具有改善等离子体均匀度的电极，其特征在于， 该电极片的形状选自方形、圆形、六角形、多边形其中之一。
4. 根据权利要求1所述的具有改善等离子体均匀度的电极，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4所述的具有改善等离子体均匀度的电极，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5所述的具有改善等离子体均匀度的电极，其特征在于， 该电极片的长度范围为一万分之一到半导波长。
7. 根据权利要求5所述的具有改善等离子体均匀度的电极，其特征在于， 该电极片的长度为百分之十二点六导波长。
8. 根据权利要求1所述的具有改善等离子体均匀度的电极，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。
9. 根据权利要求1所述的具有改善等离子体均匀度的电极，其特征在于， 该电极片被一接地金属腔体所包覆。
专利摘要本实用新型提供一种具有改善等离子体均匀度的电极，其用于一可产生等离子体的腔体。该电极结构主要包含一电极片，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，以及一微扰槽孔，其对称蚀刻于该电极片的一边。该微扰槽孔与该射频电流源为同一方向。通过良好设计微扰槽孔，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。
文档编号H01L21/3065GK201185171SQ20082000360
公开日2009年1月21日 申请日期2008年1月18日 优先权日2008年1月18日
发明者何建立, 叶公旭, 杨正安, 黄明鸿 申请人:东捷科技股份有限公司