[发明专利]等离子体气相沉积双面材料局域生长装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种等离子体应用技术，具体地说是一种等离子体气相沉积双面材料局域生长装置和方法。

背景技术

CVD（Chemical Vapor Deposition）——化学气相沉积，是用来产生纯度高、性能好的固态材料的一种化学技术，所用装置是由一个与外部隔绝并保持真空的反应室、一个旋转地安装于反应室内并至少放有一片基质的基座以及一个注射器组成。其中注射器包括独立形成的第一和第二气体通道以及在各自入口处连接各自气体通道的用于将各自的第一和第二气体注射到基座上的第一和第二气体注射管，所述注射器独立注射不同的气体。半导体产业使用此技术来成长导电薄膜。典型的CVD过程是将晶圆（基底）暴露在一种或多种不同的前驱物下，在基底表面发生化学反应或化学分解来产生欲沉积的薄膜。反应过程中通常也会伴随产生不同的副产品，但大多会随着气流被带走，而不会停留在反应室中。

PECVD ( Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition ) ——等离子体增强化学气相沉积法，是由等离子体激活进行反应的化学气相沉积。PECVD的设备装置包括：晶片载装区、炉体、特气柜、真空系统、控制系统。其方法是借助微波或射频等使含有薄膜组成原子的气体电离，在局部形成等离子体，而等离子体化学活性很强，很容易发生反应，从而在基片上沉积出所期望的薄膜。为了使化学反应能在较低的温度下进行，利用了等离子体的活性来促进反应，因而这种CVD称为等离子体增强化学气相沉积(PECVD)。

PECVD的优点是：基底温度低，沉积速率快，成膜质量好，针孔较少，不易龟裂；其缺点是：设备投资大，成本高，对气体的纯度要求高，对小孔孔径内表面难以涂层，在涂层过程中所产生的剧烈噪音、强光辐射、有害气体和金属蒸汽粉尘等对人体会产生有害的作用。

以上所述通过CVD和PECVD生长的薄膜材料都是均匀的薄膜，而现有的材料局域生长技术是一种非均匀性的膜层材料的生长技术。这种材料局域生长技术是利用了介质阻挡放电中的自组织等离子体柱斑图中所形成的局域等离子体，所以这种材料的生长，可只在有等离子体柱的部位生长，或是在有等离子体柱的部位生长得更快。

传统的介质阻挡放电系统也可以产生材料局域生长，但需要考虑基片与电极之间的连接问题。如用基片制成的水电极进行材料局域生长，那只能在基片的一面产生薄膜材料，而且基片与水电极一体，不易取下，既耗时耗力，又使得操作复杂、效率低下。

发明内容

本发明的目的之一就是提供一种等离子体气相沉积双面材料局域生长装置，以解决现有通过介质阻挡放电等离子体技术产生材料生长存在的操作复杂和效率低下的问题。

本发明的目的之二就是提供一种等离子体气相沉积双面材料局域生长方法，以简化操作，提高工效。

本发明的目的之一是这样实现的：一种等离子体气相沉积双面材料局域生长装置，包括有：

一个真空反应室，在所述真空反应室的壁体上开有进气口和抽气口，通过所述进气口向所述真空反应室内注入放电气体和化学气相沉积所需气体，通过所述抽气口向外抽出气体，以控制所述真空反应室中的气压大小；

两个水电极，安装在所述真空反应室中，两个所述水电极端部的放电介质板的板面相对，并且两个所述水电极的轴心线在一条直线上；

等离子体电源，设置在所述真空反应室的外部，与两个所述水电极分别电连接，以控制所述水电极通过放电产生等离子体；

两个绝缘体边框，夹持在两个所述水电极的放电介质板之间，用于设定放电气隙的厚度和放电面积的大小；以及

材料生长基片，夹持在两个所述绝缘体边框之间，通过等离子体激活气体产生化学气相沉积，在所述材料生长基片的表面生成薄膜材料。

两个所述绝缘体边框的厚度相同或相异。

所述材料生长基片为单一平面片体或贴合在一起的两片平面片体，所述材料生长基片的边缘大于等于所述绝缘体边框的外侧边缘。

所述绝缘体边框为闭合的多边形或圆环形的平面框状架体。

本发明双面材料局域生长装置包括真空反应室及在其内部安装的两个水电极，在两水电极之间设置两个绝缘体边框，用来定义放电气隙厚度以及放电区域，通过更换绝缘体边框，可调节放电气隙厚度或改变放电面积，两个绝缘体边框之间夹持材料生长基片，将放电气隙分为两个，在向真空反应室注入放电气体和化学气相沉积所需气体后，接通等离子体电源，两放电气隙内放电形成等离子体柱，在材料生长基片上有等离子体柱的地方，材料生长的速度要比其他地方快很多，从而形成薄膜材料的局域生长。