[发明专利]具有分离式电极的等离子体反应器

说明书

一种等离子体反应器，用于产生在诸如太阳能电池制造中的大面积晶片上沉积薄膜中使用的等离子体。等离子体反应器中的等离子体电极单元被划分成多个分立电极，并且根据由相位控制单元检测到的相位角将RF电力顺序地施加至分离式等离子体电极。在分离式等离子体电极单元上顺序地施加高频RF电力解决了在对应于大面积晶片的大面积上施加的等离子体中的驻波问题。

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背景技术

在制造诸如半导体的集成电路(IC)的过程中所使用的化学气相沉积(CVD)技术是一种将诸如热或电力的能量施加至包括化学品的气态原料以增加原料气体的反应性并引发化学反应以使得原料气体被吸附在半导体晶片上形成薄膜或外延层的技术，并且主要被用于生产半导体、硅氧化物膜、硅氮化物膜或非晶硅薄膜。

通常，在制造过程期间，如果生产在相对较低的温度下进行，则半导体的产率因产品缺陷的数量的减少而提高。然而，化学气相沉积技术通过利用热或光施加能量来引起化学反应，导致温度不可避免地增加，使得难以提高半导体的产率。

作为解决温度诱发缺陷问题的方法，等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法使得即使在低温下也能够实现化学气相沉积。在PECVD方法中，通过使用等离子体代替施加热、电或光以增加原料气体的反应性来化学地活化反应物，从而诱发化学反应以沉积薄膜。为了在PECVD中实现这一点，通过将RF电力从RF振荡器供应给以气体状态存在的原料气体而提高化学活性以在低温下产生化学反应，从而将反应物转化成等离子体。

通常，随着RF电力的频率变高，使用PECVD方法可以获得更高的沉积速度。在甚高频(VHF)条件下，高沉积速度的增加使得生产率上有所提高，有效降低了半导体制造过程中的制造成本。因此，通常在VHF条件下执行PECVD处理以提高制造效率。例如，RF频率通常由RF振荡器以10MHz或更高的高频提供，并且优选以13.56MHz、27.12MHz或40.68MHz的高频提供。

在典型的半导体制造中执行的PECVD过程，因半导体晶片相对小而可在高频条件下执行。然而，当半导体晶片较大时，例如，当晶片比在用于诸如太阳能电池制造的典型工艺中使用的半导体晶片大时，会出现难以恒定地维持与大面积晶片表面对应的宽等离子体的问题。换言之，较大的晶片存在等离子体不均匀性问题。

不均匀的等离子体是由于在太阳能电池制造过程中使用的大面积晶片而产生的驻波所导致的。驻波是当具有相同振幅和频率的波在相反方向上移动时出现的波的组合，并且是指仅在停止状态下振动而不行进的波。因此，由于沿着等离子体电极的表面形成的驻波导致了电极表面上的RF电力的强度变化，使得等离子体缺乏均匀性。

由于在高频条件下等离子体反应器中因驻波而出现等离子体的不均匀性，因而形成在等离子体的密度相对较低的位置处的薄膜的特性和沉积速率或蚀刻速率与形成在等离子体的密度高的位置处的相比是不同的，从而降低了这种较大晶片的整体生产率。

发明内容

本发明涉及等离子体反应器，并且更具体地，涉及用于产生在制造具有大晶片表面面积的产品(诸如，薄膜太阳能电池)中使用的等离子体的等离子体反应器。等离子体反应器中的等离子体电极单元被划分成多个部分，并且响应于确定的相位角将RF电力顺序地施加至分离式等离子体电极部分，以解决等离子体电极上的驻波问题。如果没有分离式等离子体电极，则为在对应于大晶元表面区域的大面积上形成等离子体而施加的高频RF电力可因驻波现象而导致等离子体不平衡。

根据本发明的一方面，提供了用于处理等离子体的等离子体反应器，该等离子体反应器包括等离子体电极单元、工艺气体入口、晶片、RF电力单元和相位控制单元，其中：等离子体电极单元被划分成多个部分或多个电极；工艺气体入口用于将工艺气体注入至分离式等离子体电极单元的下部；晶片设置在等离子体电极单元的下端处，并且在晶片上沉积被转换成等离子体的工艺气体；RF电力单元用于供应RF电力；以及相位控制单元用于将RF电力顺序地施加至等离子体电极单元的每个分离部分。