[发明专利]多晶硅薄膜低温物理气相沉积装置及其方法

权利要求书

1.一种多晶硅薄膜低温物理气相沉积装置，它主要包括由插板阀（13）分隔的主真空室（A）及辅助真空室（B）、主真空室（A）的抽气系统和辅助真空室（B）的抽气系统，在主真空室（A）中设有一个加热器及样品台（12），该加热器及样品台（12）的升降采用设置在主真空室（A）外的样品台升降机构（21）驱动，一个用于传递样品（10）和样品托盘（11）的磁力传递杆（29）伸入辅助真空室（B）中；其特征在于：它还包括一个设置在所述主真空室（A）上的ICP电感耦合等离子体源和一个设置在所述主真空室（A）中的磁控溅射孪生靶；所述ICP电感耦合等离子体源包含通过电路连接的射频电源（1）、匹配箱（2）和铜管（3），并固定在所述主真空室（A）上的石英玻璃（4）及陶瓷垫片（5）之上；所述磁控溅射孪生靶包含多晶硅硅靶（6）及在其后面设置的永磁钢（7）、冷却水装置（8）和通过电路连接的脉冲中频靶电源（9）；在所述主真空室（A）的上部设置有工作气体H                                                进气口（27）及工作气体Ar进气口（28）。

2.据权利要求书1所述的多晶硅薄膜低温物理气相沉积装置，其特征在于：所述磁控溅射孪生靶为直流脉冲孪生靶，其脉冲中频靶电源（9）的频率为20K～80KHz；靶功率范围为0～500W；孪生靶之间的相对距离可调范围为50～200mm。

3.据权利要求书1所述的多晶硅薄膜低温物理气象沉积装置，其特征在于：所述的ICP电感耦合等离子体源中的射频电源的射频频率为13.56MHz；功率范围为0～5000W。

4.据权利要求书1所述的多晶硅薄膜低温物理气象沉积装置，其特征在于：所述加热器及样品台（12）的加热器电源（30）的功率为0～3000W，加热温度范围为30～700℃；偏压电源（31）的偏压范围为-300～0V。

5.据权利要求1所述的多晶硅薄膜低温物理气相沉积装置的沉积方法，其特征在于：采用的步骤如下：

a.准备样品：样品（10）为100mm的单晶硅硅片、100mm的石英片和100mm的普通玻璃片；将所述样品（10）之一装载到辅助真空室（B）中、已搁置在样品托盘叉（14）上的样品托盘（11）上，对主真空室（A）和辅助真空室（B）抽真空，达到指定气压值后开启连接辅助真空室（B）与主真空室（A）的插板阀（13），通过磁力传递杆（29）及样品托盘叉（14）将样品（10）连同样品托盘（11）传递至主真空室（A）的加热器及样品台（12）上，以升降螺杆（20）及样品台升降机构（21）的配合将加热器及样品台（12）升至磁控溅射孪生靶的沉积区域；

b.主真空室（A）本底气压抽至高真空2.0×10pa，样品（10）预热，预热温度为30℃～700℃的，首先通过工作气体Ar进气口（28）向主真空室（A）内通入工作气体Ar，调节第二插板阀（26）使气压值达到1Pa，开启ICP电感耦合等离子体源，功率为1500w，并通过偏压电源（31）给予样品（10）以-300～0V的偏压，对样品（10）进行持续轰击80～100秒。之后通过工作气体H进气口（27）及工作气体Ar进气口（28）向主真空室（A）内通入工作气体H/工作气体Ar，流量比为90sccm/30sccm，调节第二插板阀（26）使气压值达到1Pa，ICP电感耦合等离子体源以1500w的功率使工作气体持续放电30～50秒，从而形成H与Ar的混合等离子体，并通过偏压电源（31）给予样品（10）-200～0V的偏压，对样品（10）进行刻蚀前处理；

c.向主真空室（A）内,通过工作气体H进气口（27）及工作气体Ar进气口（28）通入一定流量比的工作气体H与工作气体Ar，其中工作气体H流量为1～99sccm、工作气体Ar流量为10～100sccm，气压值为0.5～20Pa；开启ICP电感耦合等离子体源，ICP功率为400～3000W的；并通过偏压电源（31）给予样品（10）-200～0V的偏压，开启磁控溅射孪生靶，脉冲中频靶电源（9）功率为50w～300w，沉积时间为30～70分钟；

d.向主真空室（A）内通过工作气体H进气口（27）及工作气体Ar进气口（28）通入90sccm/30sccm的流量比的工作气体H/工作气体Ar，调节第二插板阀（26）使气压值达到1Pa，以1500w的ICP功率使其持续放电30～50秒，形成H与Ar的混合等离子体，并通过偏压电源（31）给予样品（10）-200～0V的偏压，进行刻蚀后处理；

e.样品在主真空室（A）中，下炉冷至100℃以下后，通过升降螺杆（20）及样品台升降机构（21）的配合降下加热器及样品台（12），用磁力传递杆（29）及样品托盘叉（14）取出至辅助真空室（B），完全冷却后取出。