[发明专利]等离子增强化学气相沉积装置

说明书

技术领域

本发明涉及化学气相沉积装置，尤其是涉及一种等离子增强化学气相沉积装置。

背景技术

在微电子材料及器件生产中，氮化硅薄膜（SiN_x）被广泛用作杂质扩散掩膜、钝化保护膜、SiO₂层刻蚀掩膜以及半导体元件的表面封装等。目前广泛采用等离子增强化学气相沉积（PECVD）制备的SiN_x薄膜有较大的残余应力，从而导致薄膜微型悬臂梁器件产生翘曲形变或绝热薄膜皱缩。研究发现，当工艺条件掌握不妥时，厚度超过300nm的PECVD沉积SiN_x薄膜易受残余应力影响而发生龟裂并且底片产生弯曲，从而降低薄膜器件的力学性能和机械强度，并且易产生微机电系统中微结构产生失效而无法正常工作。

目前，主要是通过控制优化沉积工艺参数，以降低PECVD沉积SiN_x薄膜残余应力。但PECVD沉积过程受到沉积温度、腔室压力、气体组分和射频功率等众因素的影响，SiN_x薄膜残余应力分布区间大，可在几千兆帕的压应力到几千兆帕的张应力之间发间变化，这些工艺参数对应力形成规律的影响都很复杂，难以实现准确有效控制。需要对制造工艺进行大量的试验分析，工作量大、时间长，而其制备工艺的可重复性和可移植性并不高，难以推广应用。

退火时效是目前PECVD制备的SiN_x薄膜应力消除最常采用的技术手段。退火时效诱使薄膜内部原子发生结构重排（即所谓重结晶现象），从而消除材料内部的微结构缺陷，减小膜内的残余应力。退火时效可有效减小薄膜应力，提高PECVD薄膜机械性能。但是退火时效处理只能在成膜后进行，对于沉积过程因工艺参数控制不当而引起的龟裂或严重翘曲也无能为力，而且退火温度和时间若控制不当反而会引入二次应力。

中国专利CN1924087公开一种等离子增强化学气相沉积装置，包含：具有反应室和接近口的室主体；布置在反应室中而用于喷射沉积气体的气体喷射部；通过第一铰链结合于室主体的室导板，该室导板旋动于打开接近口的打开位置与关闭接近口的关闭位置之间。因此，可以有效地分解气体喷射部。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中制备薄膜时残余应力大、对工艺控制要求严格、残余应力消除过程复杂等缺点，提供在薄膜沉积过程中超高频振动对薄膜残余应力进行消除，直接制得无应力薄膜，减少后处理工艺，实现低应力薄膜快速沉积的一种等离子增强化学气相沉积装置。

本发明设有沉积薄膜的PECVD装置和为沉积薄膜提供超高频振动能量的超高频激振装置；

所述沉积薄膜的PECVD装置设有气体输送控制装置、射频电源(RF)、上盖、喷射支持部、气体分配板、夹具、收集板、加热器、控制阀、机械泵、分子泵、排气管路、测温传感器、密封圈、激振梁、反应室、测压传感器、进气管路、压力控制器和温度控制器；所述气体输送控制装置设有气体存储室、安装开关、流量阀、气体混合室、开关、流量阀和气体输出管路；所述气体输送控制装置安装于上盖外部，气体输送控制装置气体输出管路与PECVD装置的进气管路相连接，射频电源（RF）置于上盖外部，射频电源（RF）的射频端部连接于喷射支持部，气体分配板、喷射支持部置于上盖内部，进气管路与喷射支持部的进气孔连接，气体分配板与喷射支持部通过螺栓连接，收集板、激振梁置于上盖内部，收集板置于激振梁上表面，由夹具夹持力使收集板紧贴于激振梁表面，夹具通过螺栓与激振梁连接，进气管路与上盖、排气管路与加热器和上盖、激振梁与上盖分别用橡胶密封圈连接，激振梁接地，测温传感器贴附于加热器表面，测温传感器数据输出端连接于温度控制器，温度控制器的控制数据输出端与加热器连接，加热器安装于上盖下部，测压传感器贴附于上盖的内壁，测压传感器的数据输出端连接于压力控制器，压力控制器数据输出端连接于机械泵、分子泵，压力控制器、温度控制器安装于上盖外部，机械泵、分子泵安装于上盖外部并与气体输出管路连接，气体输送控制装置各气体存储室和气体混合室之间安装开关和流量阀，在气体混合室和输出管路之间安装开关和流量阀，输出管路和进气管路连接；超高频激振装置安装于激振梁的端部，输出杆与连接环焊接在一起，连接环与激振梁螺栓连接。

所述PECVD装置反应气体输入路径：PECVD装置进气管路与气体输送控制装置输出管路相连接，PECVD装置工作时所需反应气体和净气由气体输送控制装置供应。PECVD装置气体排出路径及反应所需环境控制：反应所需压力、温度及气体的排放由压力控制器、温度控制器控制。