本發(fā)明涉及一種用于化學(xué)氣相沉積的裝置和化學(xué)氣相沉積方法。

背景技術(shù)：

等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(簡稱pecvd)被廣泛應(yīng)用于低溫沉積高質(zhì)量薄膜的方法。例如，在半導(dǎo)體和平板顯示行業(yè)中，pecvd設(shè)備用于制備氮化硅薄膜(sin)，氧化硅薄膜(sio)和非晶硅薄膜(asi)薄膜。pecvd設(shè)備在采用低溫多晶硅工藝(ltps)或有機(jī)發(fā)光二極管工藝(oled)制作液晶顯示裝置方面尤其顯得不可或缺。

pecvd設(shè)備設(shè)置有電離室。電離室內(nèi)設(shè)置有相互平行的上電極板和下電極板。上電極板和下電極板分別連接射頻電源(rfpower)和接地。射頻電源打開后，上電極板和下電極板之間形成快速變化的電場。將反應(yīng)氣體充入到上電極板和下電極板之間后，反應(yīng)氣體被部分電離形成等離子體。以氮化硅薄膜制備為例，基板放置在下電極板上，將甲硅烷(sih4)和氨氣(nh3)通入到電離室內(nèi)后，部分甲硅烷(sih4)和氨氣(nh3)被電離，硅離子和氮離子結(jié)合后在基板的表面沉積成氮化硅薄膜(sin)。然而，隨著激發(fā)頻率的提高，在上、下極板間形成的電勢駐波效應(yīng)明顯。電勢駐波效應(yīng)會導(dǎo)致上、下極板間的等離子體密度不一致，具體地，等離子體在基板的中部分布密集、在基板的邊緣分布稀疏，進(jìn)而導(dǎo)致薄膜在基板的中部沉積快、在基板的邊緣沉積慢。由此，沉積出的薄膜的厚度會不均勻，極大的影響了產(chǎn)品質(zhì)量。

另外，由于由于上、下電極板之間形成的電場僅能電離部分反應(yīng)氣體，這樣就僅利用了少量的反應(yīng)氣體。而余下的反應(yīng)氣體通常有一定的毒性，需要消耗大量的燃料來焚燒這些反應(yīng)氣體，并且反應(yīng)氣體被焚燒后會產(chǎn)生成大量造成空氣污染的粉塵(例如sio和sio2粉塵)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題為如何制備薄膜能使得薄膜更均勻。

針對上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種用于化學(xué)氣相沉積的裝置，其包括：第一電離室，用于將第一反應(yīng)氣體電離，生成第一等離子體；第二電離室，用于將第二反應(yīng)氣體電離，生成第二等離子體；反應(yīng)室，與所述第一電離室和第二電離室連接，用于接收第一等離子體和第二等離子體，及用于承載待加工器件。

在一個(gè)具體的實(shí)施例中，所述裝置設(shè)置有依次串聯(lián)接通的多個(gè)第一電離室，其中，反應(yīng)室與最后一級第一電離室相接通。

在一個(gè)具體的實(shí)施例中，所述裝置設(shè)置有依次串聯(lián)接通的多個(gè)第二電離室，其中，反應(yīng)室與最后一級第二電離室相接通。

在一個(gè)具體的實(shí)施例中，反應(yīng)室包括反應(yīng)腔室、設(shè)置在反應(yīng)腔室內(nèi)的載臺以及設(shè)置在反應(yīng)腔室內(nèi)且位于載臺上方的均化器，其中，均化器與第一電離室、第二電離室均相通，所述均化器朝向所述載臺的一側(cè)均勻設(shè)置多個(gè)排氣口。

在一個(gè)具體的實(shí)施例中，第一電離室和包括密閉的第一電離腔室以及設(shè)置在第一電離腔室內(nèi)的第一功率電極和第一接地電極，第二電離室和包括密閉的第二電離腔室以及設(shè)置在第二電離腔室內(nèi)的第二功率電極和第二接地電極。

在一個(gè)具體的實(shí)施例中，第一接地電極和第二接地電極均構(gòu)造為平板結(jié)構(gòu)，第一功率電極朝向第一接地電極的一面構(gòu)造為與第一接地電極平行的平面結(jié)構(gòu)，第二功率電極朝向第二接地電極的一面構(gòu)造為與第二接地電極平行的平面結(jié)構(gòu)。

在一個(gè)具體的實(shí)施例中，第一電離室設(shè)置有連通第一電離腔室的第一進(jìn)氣口，第一功率電極構(gòu)造為設(shè)置有與第一進(jìn)氣口相通的第一氣體入口的盒體，在第一功率電極朝向第一接地電極的一面上均勻布置多個(gè)第一氣體出口，第二電離室設(shè)置有連通第二電離腔室的第二進(jìn)氣口，第二功率電極構(gòu)造為設(shè)置有與第二進(jìn)氣口相通的第二氣體入口的盒體，在第二功率電極朝向第二接地電極的一面上均勻布置多個(gè)第二氣體出口。

在一個(gè)具體的實(shí)施例中，第一功率電極設(shè)置成與第一接地電極平行的扁平結(jié)構(gòu)，第二功率電極設(shè)置成與第二接地電極平行的扁平結(jié)構(gòu)。

在一個(gè)具體的實(shí)施例中，第一接地電極和第二接地電極均水平布置。

本發(fā)明還提出了一種化學(xué)氣相沉積方法，其包括以下步驟：在第一電離室將第一反應(yīng)氣體電離成第一等離子體，并將第一等離子體傳送到反應(yīng)室；在第二電離室將第二反應(yīng)氣體電離成第二等離子體，并將第二等離子體傳送到反應(yīng)室；所述第一等離體體和第二等離子體在反應(yīng)室內(nèi)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，以在反應(yīng)室內(nèi)的待加工器件的表面沉積薄膜。

本發(fā)明的用于化學(xué)氣相沉積的裝置以及化學(xué)氣相沉積方法，在第一電離室將第一反應(yīng)氣體電離生成第一等離子體，在第二電離室將第二反應(yīng)氣體電離生成第二等離子體，再將第一等離子體和第二等離子體都傳送到反應(yīng)室，在反應(yīng)室發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，以在反應(yīng)室內(nèi)的待加工器件的表面沉積薄膜；因?yàn)樵诖庸て骷砻娉练e薄膜的速率并不會受到傳統(tǒng)的多種電磁場效應(yīng)，例如，電勢駐波效應(yīng)、趨膚效應(yīng)等因素的影響而導(dǎo)致成膜速率不相同，所以待加工器件表面成膜的均勻程度提高。

附圖說明

在下文中將基于實(shí)施例并參考附圖來對本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的描述。其中：

圖1顯示了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中的用于化學(xué)氣相沉積的裝置。

在附圖中，相同的部件使用相同的附圖標(biāo)記。附圖并未按照實(shí)際的比例繪制。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

圖1顯示了本實(shí)施例中的一種用于化學(xué)氣相沉積的裝置1。該裝置1包括第一電離室10、第二電離室20以及反應(yīng)室30。反應(yīng)室30連通第一電離室10和第二電離室20。第一電離室10用于將第一反應(yīng)氣體進(jìn)行電離，使得輸入到第一電離室10中的第一反應(yīng)氣體轉(zhuǎn)化為等離子態(tài)而生成第一等離子體。第二電離室20用于將第二反應(yīng)氣體進(jìn)行電離，使得輸入到第二電離室20中的第二反應(yīng)氣體轉(zhuǎn)化為等離子態(tài)而生成第二等離子體。反應(yīng)室30用于承載待加工器件2，該待加工器件2可以是透明基板，例如玻璃基板、陣列基板或彩膜基板。第一等離子體和第二等離子體輸送到反應(yīng)室30內(nèi)混合，第一等離子體和第二等離子體在反應(yīng)室內(nèi)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在待加工器件2暴露于混合氣體中的表面上均勻沉積成薄膜。

在本實(shí)施例中，第一電離室10包括密閉的第一電離腔室11以及設(shè)置在第一電離腔室11內(nèi)的第一功率電極12和第一接地電極13。第一電離腔室11可以是矩形空腔或柱形空腔。第一電離室10設(shè)置有連通第一電離腔室11的第一進(jìn)氣口14和第一出氣口15。第一進(jìn)氣口14用于輸入第一反應(yīng)氣體，第一出氣口15用于輸出第一等離子體。第一功率電極12和第一接地電極13均設(shè)置在第一電離腔室11。第一功率電極12和第一接地電極13均為導(dǎo)體，其制作材料優(yōu)選為銅。第一功率電極12和第一接地電極13分別連接射頻電源和接地。第一功率電極12和第一接地電極13相互靠近設(shè)置。射頻電源打開后向第一功率電極12加載高頻電壓，第一功率電極12和第一接地電極13之間產(chǎn)生快速變化電磁場。通過第一進(jìn)氣口14向第一電離腔室11內(nèi)注入第一反應(yīng)氣體，第一反應(yīng)氣體在通過該電磁場時(shí)第一反應(yīng)氣體中的部分氣體被電離成第一等離子體，然后通過第一出氣口15輸出第一電離腔室11。

第二電離室20包括密閉的第二電離腔室21以及設(shè)置在第二電離腔室21內(nèi)的第二功率電極22和第二接地電極23。第二電離腔室21可以是矩形空腔或柱形空腔。第二電離室20設(shè)置有連通第二電離腔室21的第二進(jìn)氣口24和第二出氣口25。第二進(jìn)氣口24用于輸入第二反應(yīng)氣體，第二出氣口25用于輸出第二等離子體。第二功率電極22和第二接地電極23均設(shè)置在第二電離腔室21。第二功率電極22和第二接地電極23均為導(dǎo)體，其制作材料優(yōu)選為銅。第二功率電極22和第二接地電極23分別連接射頻電源和接地。第二功率電極22和第二接地電極23相互靠近設(shè)置。射頻電源打開后向第二功率電極22加載高頻電壓，第二功率電極22和第二接地電極23之間產(chǎn)生快速變化電磁場。通過第二進(jìn)氣口24向第二電離腔室21內(nèi)注入第二反應(yīng)氣體，第二反應(yīng)氣體在通過該電磁場時(shí)第二反應(yīng)氣體中的部分氣體被電離成等第二離子體，然后通過第二出氣口25輸出第二電離腔室21。

在本實(shí)施例中，反應(yīng)室30包括反應(yīng)腔室33以及設(shè)置在反應(yīng)腔室33內(nèi)的載臺31。反應(yīng)腔室33可以是矩形空腔或柱形空腔結(jié)構(gòu)。反應(yīng)室30設(shè)置有連通反應(yīng)腔室33的混合氣體入口34?；旌蠚怏w入口34優(yōu)選設(shè)置在反應(yīng)室30的頂端。第一電離室10的第一出氣口15和第二電離室20的第二出氣口25均與混合氣體入口34相接通。第一電離室10中的第一等離子體和第二電離室20中的第二等離子體通過混合氣體入口34輸入到反應(yīng)室30內(nèi)。載臺31的頂端水平設(shè)置，用于承載待加工器件2。載臺31可以設(shè)置成水平布置的平板結(jié)構(gòu)。當(dāng)?shù)谝环磻?yīng)氣體和第二反應(yīng)氣體分別在第一電離室10和第二電離室20中被電離后通過混合氣體入口34同時(shí)輸入到反應(yīng)室30內(nèi)，第一等離子體和第二等離子體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而在待加工器件2的表面沉積出薄膜。例如，當(dāng)?shù)谝环磻?yīng)氣體為甲硅烷(sih4)、第二反應(yīng)氣體為氨氣(nh3)時(shí)，在待加工器件2的表面上沉積氮化硅薄膜；當(dāng)?shù)谝环磻?yīng)氣體為甲硅烷(sih4)、第二反應(yīng)氣體為一氧化二氮(n2o)時(shí)，在待加工器件2的表面上沉積氧化硅薄膜。在反應(yīng)室30內(nèi)，在待加工器件2表面沉積薄膜的速率并不會受到傳統(tǒng)的多種電磁場效應(yīng)，例如，電勢駐波效應(yīng)、趨膚效應(yīng)等因素的影響而導(dǎo)致成膜速率不相同，由此，待加工器件2表面成膜的均勻程度提高。

優(yōu)選地，反應(yīng)室30還包括與反應(yīng)腔室33相接通的廢氣出口36，該裝置1還包括設(shè)置在廢氣出口36的真空泵(圖中未示出)。真空泵用于對反應(yīng)腔室33內(nèi)抽真空以使得反應(yīng)腔室33內(nèi)形成負(fù)壓。這樣既能驅(qū)動第一等離子體和第二等離子體進(jìn)入到反應(yīng)室30中又能及時(shí)排出反應(yīng)室30中多余的廢氣。

優(yōu)選地，反應(yīng)室30還包括設(shè)置在載臺31上方的均化器32。均化器32構(gòu)造為與混合氣體入口34相通的盒體。均化器32朝向載臺21的底面與載臺31的頂面平行。在均化器32朝向載臺31的一面上均勻布置多個(gè)排氣口37，即排氣口37設(shè)置在均化器32的底部。均化器32可以是矩形盒體或圓柱形盒體。第一等離子體和第二等離子體混合后在均化器32內(nèi)進(jìn)一步均勻混合，然后通過多個(gè)排氣口37均勻地噴入到均化器32和載臺31之間的空間里，這就極大的提高了分布在此空間內(nèi)的反應(yīng)氣體的均勻程度，在待加工器件2表面生長的薄膜的生長速率更均勻，進(jìn)而薄膜厚度更均勻。

優(yōu)選地，第一接地電極13和第二接地電極23構(gòu)造為平板結(jié)構(gòu)。第一功率電極12朝向第一接地電極13的一面構(gòu)造為與第一接地電極13平行的平面結(jié)構(gòu)。第二功率電極22朝向第二接地電極23的一面構(gòu)造為與第二接地電極23平行的平面結(jié)構(gòu)。這樣，第一接地電極13和第一功率電極12以及第二接地電極23和第二功率電極22之間的間距均勻，射頻電源打開后，第一功率電極12與第一接地電極13以及第二功率電極22與第二接地電極23之間形成的電場的電場分布均勻，這樣有利于提高第一接地電極13與第一功率電極12以及第二接地電極23與第二功率電極22之間的電壓，進(jìn)而能提高反應(yīng)氣體被電離的份額。

更優(yōu)選地，第一功率電極12構(gòu)造為設(shè)置有與第一進(jìn)氣口14相通的第一氣體入口16的盒體。在第一功率電極12朝向第一接地電極13的一面上均勻布置多個(gè)第一氣體出口17。第一功率電極12和第二功率電極22可以是矩形盒體或圓柱形盒體。第一氣體入口16與第一進(jìn)氣口14相接通。第一氣體入口16優(yōu)選設(shè)置在第一功率電極12的頂部，第一氣體出口17設(shè)置在第一功率電極12的底部。第一氣體出口17的內(nèi)徑小于第一氣體入口16的內(nèi)徑。第一功率電極12內(nèi)的空腔構(gòu)成連通第一氣體入口16與第一氣體出口17的通道。由于第一氣體入口16與第一進(jìn)氣口14相接通，第一反應(yīng)氣體可以依次通過第一進(jìn)氣口14和第一氣體入口16而進(jìn)入到第一功率電極12內(nèi)，最后從多個(gè)第一氣體出口17均勻地噴入到第一功率電極12和第一接地電極13之間空間里，這就極大的提高了分布在此空間內(nèi)的第一反應(yīng)氣體的均勻程度，極大地提高了第一反應(yīng)氣體被電離的程度。

第二功率電極22構(gòu)造為設(shè)置有與第二進(jìn)氣口24相通的第二氣體入口26的盒體。在第二功率電極22朝向第二接地電極23的一面上均勻布置多個(gè)第二氣體出口27。第二功率電極22和第二功率電極22可以是矩形盒體或圓柱形盒體。第二氣體入口26與第二進(jìn)氣口24相接通。第二氣體入口26優(yōu)選設(shè)置在第二功率電極22的頂部，第二氣體出口27設(shè)置在第二功率電極22的底部。第二氣體出口27的內(nèi)徑小于第二氣體入口26的內(nèi)徑。第二功率電極22內(nèi)的空腔構(gòu)成連通第二氣體入口26與第二氣體出口27的通道。由于第二氣體入口26與第二進(jìn)氣口24相接通，第二反應(yīng)氣體可以依次通過第二進(jìn)氣口24和第二氣體入口26而進(jìn)入到第二功率電極22內(nèi)，最后從多個(gè)第二氣體出口27均勻地噴入到第二功率電極22和第二接地電極23之間空間里，這就極大的提高了分布在此空間內(nèi)的第二反應(yīng)氣體的均勻程度，極大地提高了第二反應(yīng)氣體被電離的程度。

更優(yōu)選地，第一接地電極13和第二接地電極23呈水平設(shè)置。這樣，第一反應(yīng)氣體在流入到第一功率電極12和第一接地電極13之間后在此處滯留時(shí)受重力影響小，第一反應(yīng)氣體能更均勻地分布在此處，同理，第二反應(yīng)氣體也能更均勻地分布在第二功率電極22和第二接地電極23。更優(yōu)選地，第一出氣口15設(shè)置在第一接地電極13的底部，第一接地電極13的側(cè)壁到第一電離腔室11的側(cè)壁的距離相等。第一反應(yīng)氣體從第一接地電極13的側(cè)壁與第一電離腔室11的側(cè)壁之間的間隙通過時(shí)，間隙各處的反應(yīng)氣體流速相同，這樣更有利用第一反應(yīng)氣體在第一接地電極13上方區(qū)域的均勻分布。第二出氣口25設(shè)置在第二接地電極23的底部，第二接地電極23的側(cè)壁到第二電離腔室21的側(cè)壁的距離相等。同理，第二反應(yīng)氣體在第二接地電極23上方區(qū)域內(nèi)分布更均勻。

更優(yōu)選地，第一功率電極12設(shè)置成與第一接地電極13平行的扁平結(jié)構(gòu)，第二功率電極22設(shè)置成與第二接地電極23平行的扁平結(jié)構(gòu)，這樣能減小第一功率電極12和第二功率電極22所占的體積，從而減小整個(gè)裝置1的體積。

更優(yōu)選地，第一電離室10設(shè)置有多個(gè)，多個(gè)第一電離室10依次串聯(lián)接通。即第一電離室10兩兩相通，兩個(gè)第一電離室10中的一個(gè)第一電離室10的第一進(jìn)氣口14與另一個(gè)第一電離室10的第一出氣口15相接通。最后一級第一電離室10的第一出氣口15與反應(yīng)室30相接通。第一反應(yīng)氣體能依次通過每個(gè)第一電離室10，并在每個(gè)第一電離室10中進(jìn)一步被電離，最后輸入到反應(yīng)室30內(nèi)。這樣，多級第一電離室10可以提高第一反應(yīng)氣體的電離程度，提高第一反應(yīng)氣體的利用率，同時(shí)也提高了反應(yīng)室30內(nèi)等離子體的濃度，加速薄膜沉積的速度，另外還減少了整個(gè)裝置1的廢氣排放。

更優(yōu)選地，第二電離室20設(shè)置有多個(gè)，多個(gè)第二電離室20依次串聯(lián)接通。即第二電離室20兩兩相通，兩個(gè)第二電離室20中的一個(gè)第二電離室20的第二進(jìn)氣口24與另一個(gè)第二電離室20的第二出氣口25相接通。最后一級第二電離室20的第二出氣口25與反應(yīng)室30相接通。第二反應(yīng)氣體能依次通過每個(gè)第二電離室20，并在每個(gè)第二電離室20中進(jìn)一步被電離，最后輸入到反應(yīng)室30內(nèi)。這樣，多級第二電離室20可以提高第二反應(yīng)氣體的電離程度，提高第二反應(yīng)氣體的利用率，同時(shí)也提高了反應(yīng)室30內(nèi)等離子體的濃度，加速薄膜沉積的速度，另外還減少了整個(gè)裝置1的廢氣排放。

本實(shí)施例還提出了一種化學(xué)氣相沉積方法，應(yīng)用于上述實(shí)施例的用于化學(xué)氣相沉積的裝置，其包括以下步驟：在第一電離室將第一反應(yīng)氣體電離成第一等離子體，并將第一等離子體傳送到反應(yīng)室；在第二電離室將第二反應(yīng)氣體電離成第二等離子體，并將第二等離子體傳送到反應(yīng)室；所述第一等離體體和第二等離子體在反應(yīng)室內(nèi)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，以在待加工器件的表面沉積薄膜。采用這種方法來在待加工器件的表面沉積薄膜形成的薄膜厚度更均勻。

雖然已經(jīng)參考優(yōu)選實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了描述，但在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，可以對其進(jìn)行各種改進(jìn)并且可以用等效物替換其中的部件。尤其是，只要不存在結(jié)構(gòu)沖突，各個(gè)實(shí)施例中所提到的各項(xiàng)技術(shù)特征均可以任意方式組合起來。本發(fā)明并不局限于文中公開的特定實(shí)施例，而是包括落入權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有技術(shù)方案。