[發明專利]等離子增強化學氣相沉積裝置

有效

• 申請號: 201410057811.5
• 申請日: 2014-02-20
• 公開（公告）號: CN103789750A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發明（設計）人: 鄭建毅;楊群峰;莊明鳳;鄭高峰;馬少宇
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: C23C16/513
• 分類號: C23C16/513
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所(普通合伙) 35200
• 代理人: 馬應森

技術領域

本發明涉及化學氣相沉積裝置，尤其是涉及一種等離子增強化學氣相沉積裝置。

背景技術

在微電子材料及器件生產中，氮化硅薄膜（SiN_x）被廣泛用作雜質擴散掩膜、鈍化保護膜、SiO₂層刻蝕掩膜以及半導體元件的表面封裝等。目前廣泛采用等離子增強化學氣相沉積（PECVD）制備的SiN_x薄膜有較大的殘余應力，從而導致薄膜微型懸臂梁器件產生翹曲形變或絕熱薄膜皺縮。研究發現，當工藝條件掌握不妥時，厚度超過300nm的PECVD沉積SiN_x薄膜易受殘余應力影響而發生龜裂并且底片產生彎曲，從而降低薄膜器件的力學性能和機械強度，并且易產生微機電系統中微結構產生失效而無法正常工作。

目前，主要是通過控制優化沉積工藝參數，以降低PECVD沉積SiN_x薄膜殘余應力。但PECVD沉積過程受到沉積溫度、腔室壓力、氣體組分和射頻功率等眾因素的影響，SiN_x薄膜殘余應力分布區間大，可在幾千兆帕的壓應力到幾千兆帕的張應力之間發間變化，這些工藝參數對應力形成規律的影響都很復雜，難以實現準確有效控制。需要對制造工藝進行大量的試驗分析，工作量大、時間長，而其制備工藝的可重復性和可移植性并不高，難以推廣應用。

退火時效是目前PECVD制備的SiN_x薄膜應力消除最常采用的技術手段。退火時效誘使薄膜內部原子發生結構重排（即所謂重結晶現象），從而消除材料內部的微結構缺陷，減小膜內的殘余應力。退火時效可有效減小薄膜應力，提高PECVD薄膜機械性能。但是退火時效處理只能在成膜后進行，對于沉積過程因工藝參數控制不當而引起的龜裂或嚴重翹曲也無能為力，而且退火溫度和時間若控制不當反而會引入二次應力。

中國專利CN1924087公開一種等離子增強化學氣相沉積裝置，包含：具有反應室和接近口的室主體；布置在反應室中而用于噴射沉積氣體的氣體噴射部；通過第一鉸鏈結合于室主體的室導板，該室導板旋動于打開接近口的打開位置與關閉接近口的關閉位置之間。因此，可以有效地分解氣體噴射部。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中制備薄膜時殘余應力大、對工藝控制要求嚴格、殘余應力消除過程復雜等缺點，提供在薄膜沉積過程中超高頻振動對薄膜殘余應力進行消除，直接制得無應力薄膜，減少后處理工藝，實現低應力薄膜快速沉積的一種等離子增強化學氣相沉積裝置。

本發明設有沉積薄膜的PECVD裝置和為沉積薄膜提供超高頻振動能量的超高頻激振裝置；

所述沉積薄膜的PECVD裝置設有氣體輸送控制裝置、射頻電源(RF)、上蓋、噴射支持部、氣體分配板、夾具、收集板、加熱器、控制閥、機械泵、分子泵、排氣管路、測溫傳感器、密封圈、激振梁、反應室、測壓傳感器、進氣管路、壓力控制器和溫度控制器；所述氣體輸送控制裝置設有氣體存儲室、安裝開關、流量閥、氣體混合室、開關、流量閥和氣體輸出管路；所述氣體輸送控制裝置安裝于上蓋外部，氣體輸送控制裝置氣體輸出管路與PECVD裝置的進氣管路相連接，射頻電源（RF）置于上蓋外部，射頻電源（RF）的射頻端部連接于噴射支持部，氣體分配板、噴射支持部置于上蓋內部，進氣管路與噴射支持部的進氣孔連接，氣體分配板與噴射支持部通過螺栓連接，收集板、激振梁置于上蓋內部，收集板置于激振梁上表面，由夾具夾持力使收集板緊貼于激振梁表面，夾具通過螺栓與激振梁連接，進氣管路與上蓋、排氣管路與加熱器和上蓋、激振梁與上蓋分別用橡膠密封圈連接，激振梁接地，測溫傳感器貼附于加熱器表面，測溫傳感器數據輸出端連接于溫度控制器，溫度控制器的控制數據輸出端與加熱器連接，加熱器安裝于上蓋下部，測壓傳感器貼附于上蓋的內壁，測壓傳感器的數據輸出端連接于壓力控制器，壓力控制器數據輸出端連接于機械泵、分子泵，壓力控制器、溫度控制器安裝于上蓋外部，機械泵、分子泵安裝于上蓋外部并與氣體輸出管路連接，氣體輸送控制裝置各氣體存儲室和氣體混合室之間安裝開關和流量閥，在氣體混合室和輸出管路之間安裝開關和流量閥，輸出管路和進氣管路連接；超高頻激振裝置安裝于激振梁的端部，輸出桿與連接環焊接在一起，連接環與激振梁螺栓連接。

所述PECVD裝置反應氣體輸入路徑：PECVD裝置進氣管路與氣體輸送控制裝置輸出管路相連接，PECVD裝置工作時所需反應氣體和凈氣由氣體輸送控制裝置供應。PECVD裝置氣體排出路徑及反應所需環境控制：反應所需壓力、溫度及氣體的排放由壓力控制器、溫度控制器控制。