[發明專利]一種等離子體輔助原子層沉積裝置

在審

• 申請號: 201810013983.0
• 申請日: 2018-01-08
• 公開（公告）號: CN108149224A
• 公開（公告）日: 2018-06-12
• 發明（設計）人: 陳韋斌
• 申請（專利權）人: 上海碩余精密機械設備有限公司
• 主分類號: C23C16/455
• 分類號: C23C16/455;C23C16/505
• 代理公司: 上海天辰知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31275
• 代理人: 陶金龍;張磊

本發明公開了一種等離子體輔助原子層沉積裝置，包括反應腔室、至少一個進氣模塊、加熱裝置、出氣管、真空泵、載板和至少一個基片；所述進氣模塊包括第一進氣通道、第二進氣通道和射頻電極，所述第一進氣通道的一端連接第一氣體源，另一端通入反應腔室中，所述第二進氣通道的一端連接第二氣體源，另一端通過射頻電極將第二氣體電離為等離子體后通入反應腔體，并且第一氣體和第二氣體垂直于基板表面進入反應腔室中；在反應腔室中，第一氣體和第二氣體出口兩側均設置絕緣隔板。本發明提供的一種等離子體輔助原子層沉積裝置，能夠顯著提高反應氣體的活性，大幅提升薄膜的沉積速率，從而提高對前驅體源的利用率和生產效率。

技術領域

本發明涉及原子沉積裝備，具體涉及一種等離子體輔助原子層沉積裝置。

背景技術

原子層沉積(Atomic Layer Deposition，ALD)是在一個加熱反應器中的襯底上交替引入氣相前驅體，通過交替的表面飽和反應進行自限制生長(Self-limiting growth)超薄薄膜。ALD相比傳統的金屬有機物化學氣相沉積(MOCVD)、分子束外延(MBE)和物理氣相沉積(PVD)等沉積工藝具有先天的優勢：它通過控制反應周期(cycle)數精確地控制薄膜的厚度，生長速率不受襯底面積大小、基片內溫度分布以及氣流形狀等的影響，可以獲得均勻一致的膜層厚度；具有完美的三維保形性，可在任意曲面，如平面、復雜三維、多孔基板和粉末上沉積高純度薄膜；同時它還具有優異的臺階覆蓋性，特別適合于微納光子器件、高品質光學光電子薄膜的制備。通常ALD的每個循環的沉積膜厚在0.01-0.3nm，由于需要交替的引入前驅體和凈化前驅體，導致每個循環的生長時間較長，這種長時間的循環工藝嚴重的限制了ALD的工業化應用。

目前光伏領域的沉積設備主要有ALD和PECVD(等離子增強化學氣相沉積)兩種；其中，PECVD是借助輝光放電等方法產生等離子體，使含有薄膜組成的氣態物質發生化學反應，從而實現薄膜材料生長的一種新的制備技術，通過反應氣體放電，有效地利用了非平衡等離子體的反應特性，從根本上改變了反應體系的能量供給方式。現有技術中ALD和PECVD工藝各有其優點和缺點：ALD沉積速度慢，薄膜的質量高，厚度在5～10nm，可以達到光伏工藝要求；PECVD沉積速度快，薄膜疏松，要達到與ALD薄膜同樣的性能，厚度需要達到20～30nm，PECVD消耗的源材料多于ALD工藝。

若能將等離子體的特性引入傳統的ALD中，就可以很好的避免ALD和PECVD各自的缺點。等離子體輔助原子層沉積(PAALD)是在引入還原(氧化)氣體的過程中引入等離子體，以形成還原(氧化)性氣氛基團和自由基，提高反應氣體活性。現有技術中的PAALD工藝通常采用四步法，先使第一氣體進入反應腔室，化學吸附在襯底表面，在通過惰性氣體帶走反應腔室中未吸附的第一氣體，再將等離子體通入反應腔室中進行反應；最后通入惰性氣體帶走反應產物以及未進行反應的氣體。采用這種工藝的裝備需要將兩種前驅體氣體分別通入反應腔室中，并且整個鍍膜過程循環周期長，工藝步驟中需要消耗大量的前驅體源，并且不能有效地控制最終的成膜厚度和質量，不利于產業化生產。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種等離子體輔助原子層沉積裝置，能夠提升薄膜的沉積速率，精確控制最終的成膜厚度，提高對前驅體源的利用率和生產效率。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：一種等離子體輔助原子層沉積裝置，包括反應腔室、至少一個進氣模塊、加熱裝置、出氣管、真空泵、載板和至少一個基片；

所述進氣模塊包括第一進氣通道、第二進氣通道和射頻電極，所述第一進氣通道的一端連接第一氣體源，另一端通入反應腔室中，所述第二進氣管道的一端連接第二氣體源，另一端與射頻電極相連，并且第二氣體在通入所述反應腔室之前經過射頻電極電離為等離子體；在反應腔室中，第一氣體和第二氣體出口兩側均設置絕緣隔板，用于隔絕第一氣體和第二氣體等離子體；