等離子體薄膜沉積裝置及沉積方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種等離子體薄膜沉積裝置及沉積方法，該裝置包括腔體、供氣系統(tǒng)、等離子體噴槍系統(tǒng)、抽真空系統(tǒng)、射頻電源系統(tǒng)和壓力控制系統(tǒng)，所述腔體中設置有樣品臺；所述等離子體噴槍系統(tǒng)與所述供氣系統(tǒng)連通；所述抽真空系統(tǒng)與所述腔體連通；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。本發(fā)明的等離子體薄膜沉積裝置將腔體的壓力控制在0.05kPa至10kPa之間，能夠實現(xiàn)薄膜的高效、快速、低溫沉積。
【專利說明】等離子體薄膜沉積裝置及沉積方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及薄膜加工【技術領域】，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】
[0002] 低壓等離子化學氣相沉積技術（LPCVD)和熱化學氣相沉積法技術（TCVD)技術是 常規(guī)的兩種用來制備高質量薄膜的技術。LPCVD的壓力一般在0. lkPa以下，因為其低的氣 體密度，其外延生長速度較低，例如，RF-驅動等離子體增強CVD (PECVD)、電子回旋共振化 學氣相沉積（ECR-CVD)、Remote-PECVD等的生長速率一般在20nm/min以下，無法達到薄膜 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， 其薄膜的生長速度達到幾十納米/秒的量級。最新報道的使用SiHCl 3作為源氣體，硅薄膜 的外延生長達到了 120nm/s的速度，基本能夠滿足沉積速率方面的要求。但是，以上過程 中，TCVD的化學產(chǎn)率較低，在理論上和實際上都限制在30%以下，會導致原材料的較大浪 費，并且TCVD -般工作在高達1000°C以上的溫度以實現(xiàn)快速沉積，較高的沉積溫度限制了 襯底的使用，因為較高的沉積速度不僅會帶來嚴重的自摻雜效應，也會導致襯底雜質大量 擴散進入薄膜層，致使薄膜層質量下降。


【發(fā)明內容】

[0003] 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提高化學產(chǎn)率和降 低襯底溫度的等離子體薄膜沉積裝置及方法。
[0004] 本發(fā)明采用如下技術方案：
[0005] -種等離子體薄膜沉積裝置，包括：
[0006] 腔體，所述腔體中設置有樣品臺；
[0007] 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入管；所述氣源與所述 氣體導入管連通，所述流量控制裝置設置在所述氣體導入管上；
[0008] 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；
[0009] 抽真空系統(tǒng)，所述抽真空系統(tǒng)與所述腔體連通；
[0010] 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
[0011] 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〇· 〇5kPa至10kPa。
[0012] 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。
[0013] 較優(yōu)的，所述等離子體噴槍系統(tǒng)包括冷卻系統(tǒng)；
[0014] 所述冷卻系統(tǒng)包括第一冷卻結構和/或第二冷卻結構；
[0015] 其中所述第一冷卻結構中設置有適于氣體通過的第一通孔，且在所述第一冷卻結 構中設置有第一冷卻液；
[0016] 所述第二冷卻結構中設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構中設置有第二冷卻液。
[0017] 較優(yōu)的，所述第一冷卻結構的端部伸入所述第二通孔，且所述第一冷卻結構的端 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 結構的線圈的位置平齊。
[0018] 較優(yōu)的，所述第一冷卻結構中還設置有氣體延伸管，所述氣體延伸管與所述第一 冷卻結構的第一通孔連通，所述氣體延伸管的長度大于所述第一冷卻結構的長度。
[0019] 較優(yōu)的，所述射頻電感線圈環(huán)繞所述第二冷卻結構的外壁設置。
[0020] 較優(yōu)的，所述氣體導入管包括第一氣體導入管和第二氣體導入管，所述第一氣體 導入管與所述第一通孔連通；
[0021] 在所述第二冷卻結構的側壁上設置有氣體入口，所述第二氣體導入管與所述氣體 入口連通。
[0022] 較優(yōu)的，所述腔體和/或所述樣品臺上均設置有冷卻裝置。
[0023] -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：
[0024] 將襯底放入腔體的樣品臺上；
[0025] 對所述腔體進行抽真空處理，使所述腔體達到目標真空度；
[0026] 向所述腔體中通入等離子體氣體；
[0027] 調節(jié)所述腔體的壓力為0. 05kPa至10kPa，并保持恒定；
[0028] 打開射頻電源系統(tǒng)的電源，并調節(jié)所述電源的功率為設定功率；
[0029] 向所述腔體中通入反應氣體；
[0030] 在所述襯底上沉積薄膜。
[0031] 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氣體的混合物。
[0032] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的等離子體薄膜沉積裝置將腔體的壓力控制在 0. 05kPa至10kPa之間，能夠實現(xiàn)薄膜的高效、快速、低溫沉積，尤其適用于半導體工業(yè)中的 薄膜沉積。本發(fā)明的沉積方法利用中壓等離子體來進行薄膜沉積，中壓等離子體的離子轟 擊損傷少、熱損傷少，其化學成分主要以原子態(tài)存在，實現(xiàn)了高質量薄膜的快速沉積。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0033] 圖1為本發(fā)明中的一個實施例的放電等離子體中壓力與電子溫度以及氣體溫度 的對應曲線圖；
[0034] 圖2為本發(fā)明的等離子體薄膜沉積裝置的一個實施例的整體示意圖；
[0035] 圖3為圖2所示的等離子體薄膜沉積裝置中的第一冷卻結構的一個實施例的整體 示意圖；
[0036] 圖4為圖2所示的等離子體薄膜沉積裝置中的第一冷卻結構的另一實施例的整體 示意圖；
[0037] 圖5為本發(fā)明的等離子體薄膜的沉積過程的一個實施例的示意圖；
[0038] 圖6為本發(fā)明的等離子體薄膜沉積裝置的另一實施例的整體示意圖。

【具體實施方式】
[0039] 下面將結合實施例和附圖來詳細說明本發(fā)明。需要說明的是，在不沖突的情況下， 本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。
[0040] 參見圖1，發(fā)明人研究了放電等離子體中壓力與電子溫度以及氣體溫度的關系，在 小于l(T 2kPa時，氣體溫度較低而電子溫度較高，隨著壓力的增加，氣體溫度逐漸升高，電子 溫度逐漸降低，最后趨于一致。為了保證沉積速率同時降低襯底溫度，發(fā)明人認為0. 05kPa 至10kPa即本發(fā)明中的中壓是合適的沉積速率壓力范圍。如圖1中所示，中壓等離子體的 工作壓力一般在〇. 〇5kPa_10kPa的范圍內，處在低壓和高壓的中間區(qū)域，因此也具有相對 較高的等離子體流。另外，與低壓等離子體技術相比，它具有較低的電子溫度，Te〈leV ;與高 壓等離子體（熱等離子體）相比，它具有相對較低的氣體溫度，Tg e (1〇〇〇, 5000)K。因為 這些特性，該等離子體中的化學組分主要以原子態(tài)存在，解決了由于離子轟擊和熱損傷而 導致的膜質變差的問題，能夠得到低溫、高速沉積的高質量的薄膜。
[0041] 參見圖2,本發(fā)明提供一種等離子體薄膜沉積裝置，包括：
[0042] 腔體100,所述腔體100中設置有樣品臺110 ;
[0043] 供氣系統(tǒng)，所述供氣系統(tǒng)包括氣源210、流量控制裝置600和氣體導入管200,所述 氣體導入管200的進氣端與氣源210連通，所述流量控制裝置設置在所述氣體導入管200 上；其中氣體導入管200泛指通氣管路，流量控制裝置可以是氣體流量計；
[0044] 等離子體噴槍系統(tǒng)，所述等離子體噴槍系統(tǒng)與所述氣體導入管210的出氣端連 通；所述等離子體噴槍系統(tǒng)與所述腔體1〇〇連通；較優(yōu)的所述等離子體噴槍位于腔體的頂 部；
[0045] 抽真空系統(tǒng)400,所述抽真空系統(tǒng)400與所述腔體100連通；
[0046] 用于激發(fā)等離子體氣體（本實施例中的等離子體氣體是能夠產(chǎn)生等離子體的工 藝氣體）從而產(chǎn)生等離子體的射頻電源系統(tǒng)320;以及
[0047] 壓力控制系統(tǒng)500,所述壓力控制系統(tǒng)500與所述腔體100連通，在所述壓力控制 系統(tǒng)中設置有壓力控制閥510 ;所述壓力控制系統(tǒng)500控制所述腔體100的壓力為0· 05kPa 至 10kPa。
[0048] 本實施例中的腔體是整個等離子體薄膜沉積發(fā)生裝置的主體部分，樣品臺設置在 腔體中，整個沉積過程均在腔體中進行，等離子體噴槍系統(tǒng)產(chǎn)生的等離子體和反應氣體均 進入腔體中，同時利用抽真空系統(tǒng)控制腔體的真空度，并且利用壓力控制系統(tǒng)控制腔體在 薄膜沉積過程中的壓力。本實施例中的等離子體薄膜沉積裝置與現(xiàn)有的薄膜沉積裝置最 大的不同之處在于其主要是將腔體的壓力控制在〇. 〇5kPa至10kPa。在等離子體沉積方法 中，該壓力范圍為中壓。從氣體導入管導入的氣體在等離子體噴槍內通過電感耦合線圈的 激發(fā)產(chǎn)生等離子體。該等離子體的壓力為〇.〇5kPa至10kPa之間，處于高壓等離子體（> 10kPa)和低壓等離子體（< 0. OlkPa)之間，中壓等離子體的電子溫度和氣體溫度都相對 較低，同時具有相對較高的等離子體密度和低的電子溫度，并且氣體組分主要以原子態(tài)的 形式存在。通入的反應氣體在等離子體中心分解后，氣體原子即沉積原子隨著等離子體流 快速輸送到襯底表面，并且在襯底表面的熱邊界層內迅速冷凝形成納米團簇。當熱邊界層 的厚度足夠的?。ㄈ?lt;1〇〇μπι)時，氣體原子所形成的納米團簇的尺寸足夠小，且具有松散 的結構。當該納米團簇高速撞擊到襯底表面后，原子能實現(xiàn)自發(fā)的遷移和重新排列，從而實 現(xiàn)薄膜的快速沉積。本發(fā)明中的等離子體的薄膜沉積過程如圖5所示。當本發(fā)明的等離子 體薄膜沉積裝置沉積硅薄膜時其沉積速率大于10 μ m/min，同時沉積過程中的化學產(chǎn)率在 50%以上，襯底溫度低于700°C，減少了工藝時間，降低了生產(chǎn)成本，同時較低的襯底溫度可 以減少雜質原子的摻入，提高了產(chǎn)品質量。
[0049] 應當說明的是，本實施例中的壓力控制閥能夠自動控制腔體中的壓力為預設值， 本實施例的一個優(yōu)選例為壓力控制閥510采用蝶閥，當腔體內部壓力發(fā)生變化時，如等離 子體發(fā)生引起氣體膨脹，蝶閥的開啟角度便會根據(jù)預設壓力值自動調節(jié)，從而保持腔體內 壓力恒定。并且，本實施例中的壓力控制系統(tǒng)同時還可以處理沉積完畢之后的尾氣。
[0050] 較佳的，作為一種可實施方式，參見圖2,所述射頻電源系統(tǒng)320包括射頻電感線 圈321、電源匹配器和射頻電源322,所述射頻電感線圈321、電源匹配器與所述射頻電源 322依次連接，其中所述射頻電源系統(tǒng)用于激發(fā)等離子體氣體以產(chǎn)生等離子體。本實施例 中的等離子體是由射頻電源作用于射頻電感線圈對導入的等離子體氣體激發(fā)而產(chǎn)生的，是 電感耦合等離子體。更優(yōu)的，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。射頻電感線圈的匝數(shù)為3圈至6圈，本實施例可以通過改變加載在射頻電 感線圈上的射頻功率來改變等離子體的溫度，一般的位于等離子體噴槍系統(tǒng)中心的氣體溫 度為1000°C至6000°C。該中壓等離子體具有較高的蒸發(fā)、原子化和激發(fā)能力，并且無電極 放電，無電極玷污。采用射頻電源系統(tǒng)有利于在本發(fā)明的中壓條件下形成較高密度的等離 子體流。
[0051] 一般的，等離子體噴槍系統(tǒng)可以是一個用于導流氣體的導管，導管外壁上設置有 射頻電感線圈。較佳的，作為一種可實施方式，參見圖2,所述等離子體噴槍系統(tǒng)包括冷卻系 統(tǒng)310,所述冷卻系統(tǒng)310與所述氣體導入管200的出氣端連通；所述冷卻系統(tǒng)310包括第 一冷卻結構311 ;所述第一冷卻結構311中設置有第一通孔3111，所述第一冷卻結構中設置 有循環(huán)流動的第一冷卻液。參見圖3,本實施例中的所述第一冷卻結構311包括與所述氣體 導入管連通的底座3112和與所述底座連接的圓柱形主體3113,所述底座3112和所述圓柱 形主體3113的中部設置有第一通孔3111，第一冷卻液充滿底座3112和圓柱形主體3113。
[0052] 更優(yōu)的，所述冷卻系統(tǒng)310還包括第二冷卻結構312 ;所述第二冷卻結構312中設 置有貫通所述第二冷卻結構312的第二通孔3121 ;所述第二通孔與所述腔體連通，且所述 第一冷卻結構311的圓柱形主體3113伸入所述第二通孔3121 ;所述第二冷卻結構312中 設置有循環(huán)流動的第二冷卻液。
[0053] 更優(yōu)的，所述第一冷卻結構311的端部伸入所述第二通孔3121，且第一冷卻結構 311的端部的位置不低于射頻電感線圈的最靠近第一冷卻結構的線圈的位置。本實施例中 第一冷卻結構的一部分伸入第二通孔，這樣可以保證冷卻效果。本實施例中采用第一通孔 3111和第二通孔3121作為氣體通道，同時在氣體通道外側設置了冷卻液，這樣可以保護等 離子體薄膜沉積裝置，避免等離子體流的高溫損壞裝置。
[0054] 本實施例采用了兩個冷卻結構，從氣體導入管進入的等離子體氣體和/或反應氣 體需要依次經(jīng)過第一冷卻結構和第二冷卻結構，設置兩個冷卻結構的目的是為了降低本發(fā) 明的等離子體薄膜沉積裝置的溫度，從而保護等離子體薄膜設備。第一冷卻結構和第二冷 卻結構均為套筒結構，從氣體導入管進入的氣體先進入第一通孔，由于第一冷卻結構伸入 所述第二冷卻結構的第二通孔中，第一通孔與第二通孔連通，氣體隨之進入第二通孔。本 實施例中在第一冷卻結構中設置有循環(huán)流動的第一冷卻液，這是由于雖然射頻電源系統(tǒng)設 置在第二冷卻結構的外側，但是產(chǎn)生的等離子體向電感線圈兩側延伸，使得第一冷卻結構 浸沒在等離子中，為了保護第一冷卻結構，需要對其進行冷卻；而當氣體在第二冷卻結構的 第二通孔中被電離為等離子體時，等離子體的溫度很高，第二冷卻結構中的第二冷卻液的 溫度升高的很快，為了保證第二冷卻結構的冷卻效果，本實施例采用循環(huán)流動的第二冷卻 液。第一冷卻結構可以由導熱性能較好的無氧銅制成，第二冷卻結構可以由石英玻璃制成， 也可以是氮化硅管和石英玻璃管配合使用。本實施例中的第一和第二冷卻液均為循環(huán)冷卻 水。
[0055] 較佳的，作為一種可實施方式，參見圖4,本實施例中的所述第一冷卻結構311中 還設置有氣體延伸管3114,所述氣體延伸管3114與所述第一冷卻結構311的第一通孔 3111連通，所述氣體延伸管的長度大于所述第一冷卻結構的長度，較優(yōu)的，所述氣體延伸管 3114的端部位于所述射頻電感線圈321的最靠近第一冷卻結構的線圈的中心。本實施例 中的氣體延伸管的大小、位置和長度均可調。應當說明的是，氣體延伸管3114可以與底座 3112和圓柱形主體3113 -體成型。所述氣體延伸管3114的端部位于所述射頻電感線圈 321的最靠近第一冷卻結構的線圈的中心，氣體從氣體延伸管出來后立即進入射頻電感線 圈321的電感范圍形成等離子體流，能夠更好的保護裝置。更優(yōu)的，在氣體延伸管上也設置 有水冷裝置。
[0056] 較佳的，作為一種可實施方式，所述射頻電感線圈321環(huán)繞所述第二冷卻結構312 的外壁設置。這樣射頻電源系統(tǒng)激發(fā)產(chǎn)生的等離子體流均位于第二冷卻結構的冷卻區(qū)域， 能夠避免等離子體的高溫對本發(fā)明裝置的損害。
[0057] 較佳的，作為一種可實施方式，參見圖2,可以設置一個氣體導入管200,此時等離 子體氣體和反應氣體均通過該氣體導入管進入冷卻系統(tǒng)，或者參見圖6,可以設置多個氣體 導入管，所述氣體導入管包括第一氣體導入管220和第二氣體導入管230,所述第一氣體導 入管220與所述第一通孔3111連通；在所述第二冷卻結構312的側壁上設置有氣體入口， 所述第二氣體導入管230與所述氣體入口連通。其中，第二氣體導入管230的數(shù)量至少為 1個。本實施例中設置有兩個第二氣體導入管230,兩個第二氣體導入管均與第二冷卻結構 312的第二通孔3121連通。參見圖6,第一冷卻結構伸入第二冷卻結構的部分與第二通孔 3121的側壁有間隙，氣體從該間隙中進入，這樣能對第二冷卻結構的內壁起到保護作用。設 置多個氣體導入管可以使反應氣體和等離子體氣體分別通入，有利于控制等離子體氣體和 反應氣體的比例和流量。用于激發(fā)產(chǎn)生等離子體的等離子體氣體從第一氣體導入管進入即 從第一冷卻結構的頂部進入，反應氣體從第二氣體導入管進入即從第二冷卻結構的側面進 入。較優(yōu)的，第二氣體導入管的數(shù)量大于等于2。
[0058] 較佳的，作為一種可實施方式，所述腔體100的外壁上設置有第一冷卻裝置，所述 樣品臺110上設置有第二冷卻裝置。本實施例在腔體的外壁上也設置有第一冷卻裝置，可 以避免因輻射導致的腔體溫度過高的問題，從而保護腔體。進一步的，本發(fā)明在樣品臺上設 置了第二冷卻裝置，第二冷卻裝置可以是循環(huán)冷卻水，同時可以在襯底與樣品臺之間放置 具有一定厚度的導熱材料，通過設置不同厚度的不同導熱系數(shù)的導熱材料，以及調節(jié)第二 冷卻裝置的循環(huán)冷卻水的不同流量可以調節(jié)襯底的溫度。
[0059] 較佳的，作為一種可實施方式，所述抽真空系統(tǒng)400包括分子泵，在分子泵和腔體 100之間還設置有閘板閥410。
[0060] 本發(fā)明還提供了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：
[0061] S100 :將襯底放入腔體100的樣品臺110上；襯底在放入前分別經(jīng)過丙酮、異丙酮 和去離子水的超聲清洗；進一步的，本步驟中還包括調節(jié)樣品臺高度的步驟，襯底表面與等 離子體噴槍出口的距離為30mm?60mm。
[0062] S200 :采用抽真空裝置400對所述腔體100進行抽真空處理，使所述腔體達到目標 真空度，一般的真空度為ΚΓ4至l(T 6Pa ;
[0063] S310 :向所述腔體100中通入等離子體氣體；通過壓力控制系統(tǒng)500調節(jié)所述腔 體100的壓力為0· 05kPa至10kPa，并保持恒定；
[0064] S400 :打開射頻電源系統(tǒng)320的電源，并調節(jié)所述電源的功率為設定功率；
[0065] S510 :首先利用等離子體對襯底表面進行短暫的清洗以去除表面氧化層；
[0066] S520 :向所述腔體100中通入反應氣體；
[0067] S530 :在所述襯底上沉積薄膜。
[0068] 本發(fā)明的方法是通過電感耦合的方式產(chǎn)生等離子體并通過等離子體噴涂的方式 將沉積原子運輸至襯底表面，實現(xiàn)了薄膜的快速沉積。
[0069] 需要說明的是，反應氣體可以和等離子體氣體一起通入，也可以混合通入。即步驟 S520可以在步驟S310和S400之間進行。本實施例中優(yōu)選先通入等離子體氣體并采用等離 子體對襯底進行清洗后再通入反應氣體沉積薄膜。
[0070] 參見圖5,通入的反應氣體首先在等離子體中心區(qū)域（噴槍中心位置）徹底分解， 分解后的氣體原子在等離子體流的攜帶下，快速運輸至襯底表面。在等離子體與襯底表面 之間因為溫度梯度存在一層熱邊界層。運往襯底表面的沉積原子在熱邊界層內迅速冷凝形 成納米團簇，并且通過調節(jié)熱邊界層的厚度可以調節(jié)納米團簇的尺寸和特性。由于熱邊界 層的厚度足夠的小，所形成的納米團簇的尺寸在l_3nm之間，且具有松散的結構。當其在高 速撞擊到襯底表面后，原子能實現(xiàn)自發(fā)的遷移和重新排列，從而實現(xiàn)薄膜的快速外延沉積 生長。該過程中松散結構納米團簇的形成和原子在襯底表面的自發(fā)遷移和重新排列是中壓 等離子體技術區(qū)別于其他等離子體噴涂技術的重要特點，也是利用該技術實現(xiàn)快速沉積薄 膜的關鍵之處。
[0071] 較佳的，所述等離子體氣體為惰性氣體或惰性氣體與反應氣體的混合物。
[0072] 本發(fā)明的沉積方法沉積的薄膜可以是單晶、多晶或非晶結構。一般的薄膜的沉積 速率大于10 μ m/min，同時沉積過程中的化學產(chǎn)率在50%以上，襯底溫度低于700°C。
[0073] 實施例1
[0074] (1)將清洗后的（100)晶面的單晶硅片作為襯底安裝在沉積腔室的樣品臺上；
[0075] (2)調節(jié)樣品臺的高度，使襯底表面與等離子體噴槍的出口距離為30mm ;
[0076] (3)開啟抽真空系統(tǒng)，將沉積腔室抽真空至l(T5Pa的本底真空度；
[0077] (4)開啟壓力控制系統(tǒng)，向等離子噴槍中通入流量為21slm的高純Ar和0.6slm的 高純H 2，并通過壓力控制系統(tǒng)使沉積腔室內的壓力達到800Pa ;
[0078] (5)打開射頻電源，并調節(jié)功率至28kW，產(chǎn)生等離子體；
[0079] (6)向等離子噴槍中通入流量為300sccm的，SiHCl3氣體在等離子噴槍中分解；
[0080] (7)混合氣體分解產(chǎn)生的Si原子在等離子體的攜帶下進入沉積腔室，沉積在襯底 表面，沉積厚度為60微米；
[0081] (8)沉積結束后，關閉SiHC13和H2、關閉射頻電源、關閉Ar。
[0082] 本實施例中的薄膜的沉積速率為31 μ m/min，襯底溫度為561 °C，化學產(chǎn)率為 56%。
[0083] 以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并 不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員 來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保 護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。
【權利要求】
1. 一種等離子體薄膜沉積裝置，其特征在于，包括： 腔體，所述腔體中設置有樣品臺； 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入管；所述氣源與所述氣體 導入管連通，所述流量控制裝置設置在所述氣體導入管上； 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〇· 〇5kPa至lOkPa。
2. 根據(jù)權利要求1所述的等離子體薄膜沉積裝置，其特征在于，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。
3. 根據(jù)權利要求2所述的等離子體薄膜沉積裝置，其特征在于，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)包括第一冷卻結構和/或第二冷卻結構； 其中所述第一冷卻結構中設置有適于氣體通過的第一通孔，且在所述第一冷卻結構中 設置有第一冷卻液； 所述第二冷卻結構中設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構中設置有第二冷卻液。
4. 根據(jù)權利要求3所述的等離子體薄膜沉積裝置，其特征在于，所述第一冷卻結構的 端部伸入所述第二通孔，且所述第一冷卻結構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構的線圈的位置平齊。
5. 根據(jù)權利要求4所述的等離子體薄膜沉積裝置，其特征在于，所述第一冷卻結構中 還設置有氣體延伸管，所述氣體延伸管與所述第一冷卻結構的第一通孔連通，所述氣體延 伸管的長度大于所述第一冷卻結構的長度。
6. 根據(jù)權利要求4所述的等離子體薄膜沉積裝置，其特征在于，所述射頻電感線圈環(huán) 繞所述第二冷卻結構的外壁設置。
7. 根據(jù)權利要求4所述的等離子體薄膜沉積裝置，其特征在于，所述氣體導入管包括 第一氣體導入管和第二氣體導入管，所述第一氣體導入管與所述第一通孔連通； 在所述第二冷卻結構的側壁上設置有氣體入口，所述第二氣體導入管與所述氣體入口 連通。
8. 根據(jù)權利要求1所述的等離子體薄膜沉積裝置，其特征在于，所述腔體和/或所述樣 品臺上均設置有冷卻裝置。
9. 一種采用權利要求1至8任意一項所述的等離子體薄膜沉積裝置的沉積方法，其特 征在于，包括如下步驟： 將襯底放入腔體的樣品臺上； 對所述腔體進行抽真空處理，使所述腔體達到目標真空度； 向所述腔體中通入等離子體氣體； 調節(jié)所述腔體的壓力為0. 〇5kPa至lOkPa，并保持恒定； 打開射頻電源系統(tǒng)的電源，并調節(jié)所述電源的功率為設定功率； 向所述腔體中通入反應氣體； 在所述襯底上沉積薄膜。
10.根據(jù)權利要求9所述的沉積方法，其特征在于，所述等離子體氣體為惰性氣體或惰 性氣體與反應氣體的混合物。
【文檔編號】C23C16/52GK104152869SQ201410419057
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月22日 優(yōu)先權日:2014年8月22日
【發(fā)明者】葉繼春, 鄔蘇東, 高平奇, 楊映虎, 韓燦 申請人:中國科學院寧波材料技術與工程研究所