[發(fā)明專利]等離子體薄膜沉積裝置及沉積方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410419057.5
• 申請(qǐng)日: 2014-08-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104152869B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-02-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 葉繼春;鄔蘇東;高平奇;楊映虎;韓燦
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所
• 主分類號(hào): C23C16/44
• 分類號(hào): C23C16/44;C23C16/52
• 代理公司: 廣州華進(jìn)聯(lián)合專利商標(biāo)代理有限公司44224
• 代理人: 李芙蓉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及薄膜加工技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種等離子體薄膜沉積裝置以及采用該沉積裝置的沉積方法。

背景技術(shù)

低壓等離子化學(xué)氣相沉積技術(shù)(LPCVD)和熱化學(xué)氣相沉積法技術(shù)(TCVD)技術(shù)是常規(guī)的兩種用來(lái)制備高質(zhì)量薄膜的技術(shù)。LPCVD的壓力一般在0.1kPa以下，因?yàn)槠涞偷臍怏w密度，其外延生長(zhǎng)速度較低，例如，RF-驅(qū)動(dòng)等離子體增強(qiáng)CVD(PECVD)、電子回旋共振化學(xué)氣相沉積(ECR-CVD)、Remote-PECVD等的生長(zhǎng)速率一般在20nm/min以下，無(wú)法達(dá)到薄膜的高速沉積要求。以常壓CVD(APCVD)為代表的TCVD作為工業(yè)上最主要的快速沉積技術(shù)，其薄膜的生長(zhǎng)速度達(dá)到幾十納米/秒的量級(jí)。最新報(bào)道的使用SiHCl₃作為源氣體，硅薄膜的外延生長(zhǎng)達(dá)到了120nm/s的速度，基本能夠滿足沉積速率方面的要求。但是，以上過(guò)程中，TCVD的化學(xué)產(chǎn)率較低，在理論上和實(shí)際上都限制在30％以下，會(huì)導(dǎo)致原材料的較大浪費(fèi)，并且TCVD一般工作在高達(dá)1000℃以上的溫度以實(shí)現(xiàn)快速沉積，較高的沉積溫度限制了襯底的使用，因?yàn)檩^高的沉積速度不僅會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的自摻雜效應(yīng)，也會(huì)導(dǎo)致襯底雜質(zhì)大量擴(kuò)散進(jìn)入薄膜層，致使薄膜層質(zhì)量下降。

發(fā)明內(nèi)容

基于上述不足，本發(fā)明提供了一種能夠提高薄膜沉積速度同時(shí)提高化學(xué)產(chǎn)率和降低襯底溫度的等離子體薄膜沉積裝置及方法。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種等離子體薄膜沉積裝置，包括：

腔體，所述腔體中設(shè)置有樣品臺(tái)；

供氣系統(tǒng)，所述供氣系統(tǒng)包括氣源、流量控制裝置和氣體導(dǎo)入管；所述氣源與所述氣體導(dǎo)入管連通，所述流量控制裝置設(shè)置在所述氣體導(dǎo)入管上；

等離子體噴槍系統(tǒng)，所述等離子體噴槍系統(tǒng)與所述氣體導(dǎo)入管連通，所述等離子體噴槍系統(tǒng)的另一端與所述腔體連通；

抽真空系統(tǒng)，所述抽真空系統(tǒng)與所述腔體連通；

用于激發(fā)等離子體氣體從而產(chǎn)生等離子體的射頻電源系統(tǒng)；以及

壓力控制系統(tǒng)，所述壓力控制系統(tǒng)與所述腔體連通，在所述壓力控制系統(tǒng)中設(shè)置有壓力控制閥；所述壓力控制系統(tǒng)控制所述腔體的壓力為0.05kPa至10kPa。

較優(yōu)的，所述射頻電源系統(tǒng)包括射頻電感線圈和射頻電源，所述射頻電感線圈與所述射頻電源連接，所述射頻電源的功率為5kw至40kw，所述射頻電源的頻率為2MHz至40MHz。

較優(yōu)的，所述等離子體噴槍系統(tǒng)包括冷卻系統(tǒng)；

所述冷卻系統(tǒng)包括第一冷卻結(jié)構(gòu)和/或第二冷卻結(jié)構(gòu)；

其中所述第一冷卻結(jié)構(gòu)中設(shè)置有適于氣體通過(guò)的第一通孔，且在所述第一冷卻結(jié)構(gòu)中設(shè)置有第一冷卻液；

所述第二冷卻結(jié)構(gòu)中設(shè)置有與所述第一通孔連通的第二通孔，所述第二通孔與所述腔體連通；且在所述第二冷卻結(jié)構(gòu)中設(shè)置有第二冷卻液。

較優(yōu)的，所述第一冷卻結(jié)構(gòu)的端部伸入所述第二通孔，且所述第一冷卻結(jié)構(gòu)的端部的位置高于所述射頻電感線圈的位置或者與所述射頻電感線圈的最靠近所述第一冷卻結(jié)構(gòu)的線圈的位置平齊。

較優(yōu)的，所述第一冷卻結(jié)構(gòu)中還設(shè)置有氣體延伸管，所述氣體延伸管與所述第一冷卻結(jié)構(gòu)的第一通孔連通，所述氣體延伸管的長(zhǎng)度大于所述第一冷卻結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度。

較優(yōu)的，所述射頻電感線圈環(huán)繞所述第二冷卻結(jié)構(gòu)的外壁設(shè)置。

較優(yōu)的，所述氣體導(dǎo)入管包括第一氣體導(dǎo)入管和第二氣體導(dǎo)入管，所述第一氣體導(dǎo)入管與所述第一通孔連通；

在所述第二冷卻結(jié)構(gòu)的側(cè)壁上設(shè)置有氣體入口，所述第二氣體導(dǎo)入管與所述氣體入口連通。

較優(yōu)的，所述腔體和/或所述樣品臺(tái)上均設(shè)置有冷卻裝置。

一種采用上述的等離子體薄膜沉積裝置的沉積方法，包括如下步驟：

將襯底放入腔體的樣品臺(tái)上；

對(duì)所述腔體進(jìn)行抽真空處理，使所述腔體達(dá)到目標(biāo)真空度；

向所述腔體中通入等離子體氣體；

調(diào)節(jié)所述腔體的壓力為0.05kPa至10kPa，并保持恒定；

打開(kāi)射頻電源系統(tǒng)的電源，并調(diào)節(jié)所述電源的功率為設(shè)定功率；

向所述腔體中通入反應(yīng)氣體；

在所述襯底上沉積薄膜。

較優(yōu)的，，所述等離子體氣體為惰性氣體或惰性氣體與反應(yīng)氣體的混合物。