[发明专利]远程磁镜场约束线形等离子体增强化学气相沉积系统

说明书

技术领域

本发明属于等离子体与薄膜材料科学研究领域，具体涉及一种远程磁镜约束线形等离子体增强化学气相沉积系统。

背景技术

低温等离子体增强化学气相沉积技术（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition, PECVD）在大规模集成电路、太阳能薄膜光伏电池、平板显示器、材料表面改性、功能基团接枝及燃料电池离子交换膜等领域应用的迅速发展，人们迫切地需要一种可以产生高沉积/刻蚀速率、大面积均匀、稳定的低温等离子体发生技术。为了能够在这项技术上取得突破，国内外等离子体业界专家为此做出不懈的努力，采用了很多种方法：其一，采用更加优越的等离子体放电激励源，如直流激励源，低频（~500kHz）激励源，射频（~13.56MHz）激励源，甚高频（~60MHz）激励源，超高频（~500MHz）激励源，双频（13.56MHz+27.12MHz等）激励源，以及微波（~2.45GHz）激励源等；其二，采用更加优越的放电位型，例如用射频做等离子体激励源，可以采用有电极电容/电感耦合射频放电，也可以采用无电极电感耦合放电和螺旋波放电等；其三，采用磁场增强/约束放电，例如用微波激励源，可以采用发散磁场位型，也可以采用多级磁场位型等；其重要的目的是在获得高密度、大面积均匀稳定的等离子体源。一般来说，提高等离子体激励源频率可以获得高的等离子体截止密度，利于提高等离子体密度和降低离子能量，进而提高沉积/刻蚀速率、降低离子轰击对薄膜的损伤等。但同时提高激励源频率存在一些问题，例如电极表面驻波（TEM波）及渐逝波导模式（TE波）引起的沉积速率不均匀。

近年来，一种线形等离子体源引起了国内外专家广泛的关注。与传统的大面积（两维方向）和大体积（三维方向）等离子体源不同，线形等离子体源仅需在一维方向上实现均匀、稳定的等离子体，采用多个线形等离子体源并排，或与被镀样品在水平/垂直方向上以适当速度匀速运动，即可形成大面积均匀的薄膜沉积。这种结构大大降低了高性能等离子体沉积薄膜设备的开发难度，但在沉积某些半导体或掺杂半导体时存在趋肤效应不利于镀膜的连续性运行。

发明内容

针对上述PECVD工艺中的不足之处，本发明提供了一种远程磁镜场约束线形高密度等离子体增强化学气相沉积系统，采用本发明的设备和工艺可实现半导体薄膜、掺杂半导体薄膜的沉积，本发明的突出特点是磁镜场约束线形等离子体可提供高密度、大尺度薄膜的沉积，通过远程通入反应气体实现薄膜的快速、连续沉积，且易于实现工业化连续生产。

本发明采用的技术方案是：

一种远程磁镜约束线形等离子体增强化学气相沉积系统，其特征在于：包括有凸字形的沉积腔，沉积腔分为上、下两部分区域，分别为等离子体发生区、材料表面处理区，沉积腔的顶端设有第一永磁铁，沉积腔的等离子体发生区的两侧分别设有第二、第三永磁铁，第一永磁铁的磁化方向与第二、第三永磁铁的磁化方向相反，沉积腔上设有通向等离子体发生区中的与气源连接的上进气管、下进气管，上进气管、下进气管之间设有贯穿整个等离子体发生区的与同轴微波源相连接的同轴圆波导，沉积腔的材料表面处理区中设有基片台，沉积腔的材料表面处理区的左、右两侧壁上分别设有观察窗口、长方形沉积腔体门，沉积腔的底部设有真空机组；所述的第一、二、三永磁铁组成呈门字形排列的永磁铁组，在永磁铁组件产生的线形磁镜场约束条件下，使用与同轴微波源相连接的同轴圆波导在沉积腔中激发工作气体产生线形微波等离子体，在获得一维方向均匀等离子体的基础上进一步提高等离子体密度，进而进一步提高等离子体沉积速率，所通入工作气体在线形微波等离子体作用下在基片台上的基片表面形成薄膜。

所述的远程磁镜约束线形等离子体增强化学气相沉积系统，其特征在于：所述的第一永磁铁的上、下端分别为N极、S极，第二、三永磁铁的上、下端分别为S极、N极；各永磁铁为长方形柱体，材料为铷铁硼等磁性材料。

所述的远程磁镜约束线形等离子体增强化学气相沉积系统，其特征在于：所述的沉积腔为无磁不锈钢的真空腔体。

所述的远程磁镜约束线形等离子体增强化学气相沉积系统，其特征在于：所述的基片台为长方形不锈钢基片台，基片台可加热；也可以使用直流、交流或射频电源施加偏压。

所述的远程磁镜约束线形等离子体增强化学气相沉积系统，其特征在于：所述的同轴微波源的线形电极处于沉积腔中。

所述的远程磁镜约束线形等离子体增强化学气相沉积系统，其特征在于：所述的工作气体为氩气、氢气、氢气与硅烷的混合气体或甲烷。