等离子体设备的下电极结构和等离子体设备的制作方法

1.本公开属于半导体设备技术领域，更具体地，涉及一种等离子体设备的下电极结构和等离子体设备。


背景技术：

2.本部分旨在为权利要求书中陈述的实施方式提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。
3.等离子体设备通常是由上电极和下电极之间施加电场而激励等离子。等离子体可用于刻蚀等半导体工艺。在半导体工艺中，需要尽量提高工艺结果的一致性。例如等离子体刻蚀金属层而形成晶体管的源漏极时，相同规格的晶体管中源漏极之间的间距的一致性越高越好。


技术实现要素：

4.本公开提供一种等离子体设备的下电极结构和等离子体设备。
5.本公开提供如下方案：一种等离子体设备的下电极结构，包括：下电极、绝缘层和基座，所述绝缘层设置在所述基座上，所述下电极设置在所述绝缘层上，在所述基座上设有排气通道并在所述基座的上表面形成至少一个排气口，所述下电极结构还包括整流结构，所述整流结构为绝缘材料并且高度超出所述下电极，所述整流结构位于所述排气口的朝向所述下电极的一侧，以减缓所述下电极的靠近所述排气口区域处的排气流速。
6.在一些实施例中，所述整流结构与所述下电极的边缘区域和/或与所述绝缘层的边缘区域彼此相对设置。
7.在一些实施例中，所述整流结构呈板状，其垂直于或接近垂直于所述下电极所处平面。
8.在一些实施例中，所述下电极呈矩形，所述排气口设在所述下电极的4角外侧，所述整流结构包括一一对应的4个第一平板和4个第二平板，所述第一平板与对应的第二平板拼接成直角二面角，所述第一平板的延伸方向与所述下电极的一组对边的延伸方向相同，所述第二平板的延伸方向与所述下电极的另一组对边的延伸方向相同，所述直角二面角的开口方向朝向所述下电极的中心区域。
9.在一些实施例中，所述下电极呈长方形，所述第一平板与所述长方形的长边具有相同的延伸方向，所述第二平板与所述长方形的短边具有相同的延伸方向，所述第一平板沿所述长方形长边延伸方向上的尺寸大于所述第二平板沿所述长方形短边延伸方向上的尺寸。
10.在一些实施例中，所述整流结构具有上下方向的通孔，由连接件穿过所述通孔而使所述整流结构固定在所述绝缘层上。
11.在一些实施例中，所述整流结构超出所述下电极的高度在6cm至10cm的范围内。
12.在一些实施例中，所述整流结构与所述下电极在水平方向上的间距在1cm至2cm的
范围内。
13.在一些实施例中，所述整流结构的材料包括陶瓷。
14.本公开提供如下方案：一种等离子体设备，包括上述的下电极结构。
附图说明
15.图1是本公开实施例的下电极结构中第一平板的结构示意图。
16.图2是本公开实施例的下电极结构中第二平板的结构示意图。
17.图3是图1所示第一平板与图2所示第二平板的拼接状态示意图。
18.图4是本公开实施例的下电极结构的俯视图。
19.图5是图4所示下电极结构的一种变式。
20.图6是本公开实施例的等离子体设备的结构示意图。
21.其中，1、基座；2、绝缘层；3、下电极；4、排气通道；41、排气口；5、整流结构；51、第一平板；52、第二平板；6、上电极；61、横梁；62、进气通道；7、绝缘层；8、腔室壁；h、通孔。
具体实施方式
22.下面结合附图所示的实施例对本公开作进一步说明。
23.结合图1至图6，本公开的实施例提供一种等离子体设备的下电极结构，包括：下电极3、绝缘层2和基座1，绝缘层2设置在基座1上，下电极3设置在绝缘层2上，在基座1上设有排气通道4并在基座1的上表面形成至少一个排气口41，下电极结构还包括整流结构5，整流结构5为绝缘材料并且高度超出下电极3，整流结构5位于排气口41的朝向下电极3的一侧，以减缓下电极3的靠近排气口41区域处的排气流速。
24.基座1例如是金属基座1。绝缘层2例如是陶瓷绝缘层2。在等离子体设备中，下电极3通常连接射频电源(未示出)。
25.当等离子体设备内的反应结束后，需要从排气口41排出残留的反应气体。整流结构5具有阻挡气流的作用，从而使得流经下电极3边缘区域的反应气体的流速缓慢、流量降低。反应气体中残留的等离子体与下电极3上方的被加工对象(例如是晶圆或者显示基板等)的边缘区域的反应得到抑制。从而有助于提升工艺的一致性。
26.在一些实施例中，整流结构5是固定在绝缘层2上的。在另一些实施例中，整流结构5是固定在基座1上的。
27.在一些实施例中，参考图4，整流结构5与绝缘层2的边缘区域彼此相对设置。
28.在另外一些实施例中，参考图5，整流结构5与绝缘层2的边缘区域和下电极3的边缘区域彼此相对设置。
29.在另外一些实施例中，整流结构5与下电极3的边缘区域彼此相对设置。
30.其中，下电极3在绝缘层2的正投影位于绝缘层2内。即绝缘层2在水平方向上超出下电极3。
31.在一些实施例中，参考图1至图3，整流结构5呈板状。板状的整流结构5垂直于或接近垂直于下电极3所处平面。换言之，板状的整流结构5的各个位置处的法线方向平行或接近平行下电极3所处平面。
32.板状的整流结构5有利于对排气气流进行阻挡。
33.在另一些实施例中，整流结构5呈其他形状，例如是设置在绝缘层2上的表面呈曲面的凸起结构。
34.在一些实施例中，参考图3、图4和图5，下电极3呈矩形，排气口41设在下电极3的4角外侧，整流结构5包括一一对应的4个第一平板51和4个第二平板52，第一平板51与对应的第二平板52拼接成直角二面角，所述第一平板51与所述下电极3的一组对边具有相同的延伸方向，所述第二平板52与所述下电极3的另一组对边具有相同的延伸方向，直角二面角的开口方向朝向下电极3的中心区域。
35.具体地，第一平板51和第二平板52相接的断面上形成缺口，以便于二者的固定。
36.在另外一些实施例中，第一平板51与第二平板52是一体成型的。
37.在另外一些实施例中，整流结构5包括4个曲面板，4个曲面板一一对应地设置在4个排气孔的朝向下电极3的一侧。
38.图4和图5所示实施例中，下电极3呈长方形，第一平板51与长方形的长边具有相同的延伸方向，第二平板52与长方形的短边具有相同的延伸方向，第一平板51沿长方形长边延伸方向上的尺寸大于第二平板52沿长方形短边延伸方向上的尺寸。
39.这进一步有助于提高等离子体工艺在下电极3长边附近区域与短边区域的一致性。
40.在另外一些实施例中，第一平板51沿长方形长边延伸方向上的尺寸等于第二平板52沿长方形短边延伸方向上的尺寸。
41.在另外一些实施例中，下电极3呈正方形或者圆形。
42.在另外一些实施例中，排气口41与下电极3的长边或短边相对。整流结构5位于排气口41的朝向下电极3的一侧，则整流结构5与下电极3的长边或短边相对。
43.参考图1至图3,本公开的一些实施例中，整流结构5具有上下方向的通孔h，由诸如螺栓的连接件穿过该通孔h而使整流结构5固定在绝缘层2上。
44.在本公开是一些实施例中，整流结构5超出下电极3的高度在6cm至10cm的范围内。整流结构5过高则容易与其余结构产生结构干涉。整流结构5过低，则不利于减缓下电极3上方的排气流速。
45.在一些实施例中，整流结构5与所下电极3在水平方向上的间距在1cm至2cm的范围内。
46.下电极3上方例如可以用于放置显示基板。如此设计可以避免显示基板与整流结构5之间的碰撞。
47.在一些实施例中，整流结构5的材料包括陶瓷。
48.本公开的发明人对图4所示等离子设备进行验证。该等离子体设备具体为等离子体刻蚀设备，并用于刻蚀形成显示母板(可以被切割出多个显示基板)上晶体管的源漏极图案。第一平板51与下电极3长边的横向间距为1.5cm，第二平板52与下电极3短边的横向间距为1.5cm。在下电极3上放置待加工的显示母板，显示母板与整流结构5的间距约为0.8cm。如此设置，既不会影响显示母板的放置操作，又能有效减缓显示母板四角处上方的排气气流。
49.工艺过程如下：首先涂覆光刻胶，随后进行曝光。然后采用等离子设备对光刻胶进行刻蚀，由于光刻胶曝光后不同区域的硬度以及结构稳定性是不同的，从而形成光刻胶的图案。随后采用湿法刻蚀工艺去除光刻胶的开口下方的金属，从而形成晶体管的源漏极图
案。
50.下表是本公开的对比例中光刻胶厚度检测数据。其中，部分数据点缺失。
[0051][0052]
下表是本公开的验证例中光刻胶厚度检测数据。其中，部分数据点缺失。
[0053][0054]
在对比例中，完成对光刻胶的等离子体刻蚀之后，光刻胶厚度(pr remain)均值为13938a，光刻胶厚度均一性为20.69％，在显示母板角部位置处光刻胶厚度为10000a至10750a。
[0055]
在验证例中，完成对光刻胶的等离子体刻蚀之后，光刻胶厚度均值在14088a(与对比例基本一致)，光刻胶厚度均一性为20.69％(相对于对比例提高9.08％)，在显示母板四角位置处光刻胶厚度在12000a至12500a(相对于对比例增加1600a至2000a。
[0056]
下表是本公开的对比例中第一类晶体管的沟道长度检测数据。
[0057][0058]
下表是本公开的验证例中第一类晶体管的沟道长度检测数据。
[0059][0060]
本公开中沟道长度(channel ficd)指的是晶体管源漏极之间的间距。第一类晶体管是显示基板的像素区域内的设计参数均相同的一类晶体管。
[0061]
在对比例中，显示母板中第一类晶体管的沟道长度均值为3.97um，沟道长度均一性为17.18％，显示母板四角处第一类晶体管的沟道长度为4.65um至5.04um。
[0062]
在验证例中，显示母板中第一类晶体管的沟道长度均值为3.89um(与对比例基本一致)，第一类晶体管的沟道长度均一性为17.18％(相对于对比例提高6.69％)，显示母板四角位置处的第一类晶体管的沟道长度为3.98um至4.36um(相对于对比例减小0.52um至0.68um)。
[0063]
下表是本公开的对比例中第二类晶体管的沟道长度检测数据。
[0064][0065]
下表是本公开的验证例中第二类晶体管的沟道长度检测数据。
[0066][0067]
第二类晶体管是显示基板的栅极驱动电路(goa)区域中直接驱动栅线的晶体管。
[0068]
在对比例中，显示母板中第二类晶体管的沟道长度均值为3.94um，沟道长度均一性为13.9％，显示母板四角处第二类晶体管的沟道长度为4.65um至4.72um。
[0069]
在验证例中，显示母板中第二类晶体管的沟道长度均值为3.84um(与对比例基本一致)，第二类晶体管的沟道长度均一性为13.9％(相对于对比例提高3.45％)。显示母板四角处的第二类晶体管的沟道长度为4.08um至4.3um(相对于对比例减小0.42um至0.62um。
[0070]
保留的光刻胶越薄，则后续工艺中被刻除的金属越多，保留的金属的尺寸越小，沟道长度越大。从以上检测数据可以确定，加装整流结构5前后，在显示母板中第一类晶体管和第二类晶体管的沟道长度基本不变的情况下显示母板四角处的第一类晶体管的沟道长度下降0.52um至0.68um，其均一性提高6.69％，第二类晶体管的沟道长度下降0.42um至0.62um，其均一性提高3.45％。在不影响晶体管特性的情况下，可有效避免显示母板边缘区域晶体管性能测试不合格的情况。本公开的实施例能够提高等离子体工艺的一致性，提高被加工的器件的尺寸参数的一致性。
[0071]
下表是本公开的对比例和验证例的电学特性测试(epm)数据。对比例和测试例中第一行测试数据是第一类晶体管的测试数据，对比例和测试例中第二行测试数据是第二类晶体管的测试数据。
[0072][0073]
ion为晶体管导通电流，单位为ua。ioff(-8v)为栅源电压为-8v，源漏电压为15v时的源漏极漏电流，单位为平a。vth为晶体管的阈值电压，单位为v。mob为晶体管的迁移率，单位为cm2/v
·
s。ioff(-20v)为栅源电压为-20v，源漏电压为15v时的源漏极漏电流，单位为平a。沟道长度单位为um。ion系数定义为：ion系数＝ion/(w/l)，ion用暗室环境下导通电流的测量值，w是晶体管沟道宽度，l是晶体管沟道长度。
[0074]
以上数据表明对等离子体设备进行改造后，晶体管的特性的变化在可接受的范围内。
[0075]
基于相同的发明构思，本公开的实施例还提供一种等离子体设备，包括前述的下电极结构。
[0076]
本公开对等离子体设备中下电极结构以外的结构不做限定。本领域技术人员可以按照常规设计方案进行设计。
[0077]
本公开对等离子体设备的类型不做限定。例如等离子体设备为等离子体刻蚀设备。
[0078]
图6是等离子设备的结构简图。本公开实施例提供的下电极结构设置在腔室壁8内侧底部。腔室壁8通常为金属结构。横梁61固定在腔室壁8内侧顶部表面上。横梁61通常为金属结构。上电极6固定在横梁61上。上电极6外围设置一环绝缘层7。绝缘层7的材料例如是陶瓷。进气通道62用于向等离子体腔室内输入反应气体。
[0079]
当反应结束后，反应气体从排气通道4排出，下电极3边缘区域上方的气流相对缓慢，这使得下电极3上方的晶圆或者显示基板的边缘区域的反应得到抑制，提高工艺的一致性。
[0080]
本公开中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
[0081]
本公开的保护范围不限于上述的实施例，显然，本领域的技术人员可以对本公开进行各种改动和变形而不脱离本公开的范围和精神。倘若这些改动和变形属于本公开权利要求及其等同技术的范围，则本公开的意图也包含这些改动和变形在内。