[实用新型]等离子体薄膜沉积装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及薄膜加工技术领域，特别是涉及一种等离子体薄膜沉积装置。

背景技术

低压等离子化学气相沉积技术(LPCVD)和热化学气相沉积法技术(TCVD)技术是常规的两种用来制备高质量薄膜的技术。LPCVD的压力一般在0.1kPa以下，因为其低的气体密度，其外延生长速度较低，例如，RF-驱动等离子体增强CVD(PECVD)、电子回旋共振化学气相沉积(ECR-CVD)、Remote-PECVD等的生长速率一般在20nm/min以下，无法达到薄膜的高速沉积要求。以常压CVD(APCVD)为代表的TCVD作为工业上最主要的快速沉积技术，其薄膜的生长速度达到几十纳米/秒的量级。最新报道的使用SiHCl₃作为源气体，硅薄膜的外延生长达到了120nm/s的速度，基本能够满足沉积速率方面的要求。但是，以上过程中，TCVD的化学产率较低，在理论上和实际上都限制在30％以下，会导致原材料的较大浪费，并且TCVD一般工作在高达1000℃以上的温度以实现快速沉积，较高的沉积温度限制了衬底的使用，因为较高的沉积速度不仅会带来严重的自掺杂效应，也会导致衬底杂质大量扩散进入薄膜层，致使薄膜层质量下降。

实用新型内容

基于上述不足，本实用新型提供了一种能够提高薄膜沉积速度同时提高化学产率和降低衬底温度的等离子体薄膜沉积装置。

本实用新型采用如下技术方案：

一种等离子体薄膜沉积装置，包括：

腔体，所述腔体中设置有样品台；

供气系统，所述供气系统包括气源、流量控制装置和气体导入管；所述气源与所述气体导入管连通，所述流量控制装置设置在所述气体导入管上；

等离子体喷枪系统，所述等离子体喷枪系统与所述气体导入管连通，所述等离子体喷枪系统的另一端与所述腔体连通；

抽真空系统，所述抽真空系统与所述腔体连通；

用于激发等离子体气体从而产生等离子体的射频电源系统；以及

压力控制系统，所述压力控制系统与所述腔体连通，在所述压力控制系统中设置有压力控制阀；所述压力控制系统控制所述腔体的压力为0.05kPa至10kPa。

较优的，所述射频电源系统包括射频电感线圈和射频电源，所述射频电感线圈与所述射频电源连接，所述射频电源的功率为5kw至40kw，所述射频电源的频率为2MHz至40MHz。

较优的，所述等离子体喷枪系统包括冷却系统；

所述冷却系统包括第一冷却结构和/或第二冷却结构；

其中所述第一冷却结构中设置有适于气体通过的第一通孔，且在所述第一冷却结构中设置有第一冷却液；

所述第二冷却结构中设置有与所述第一通孔连通的第二通孔，所述第二通孔与所述腔体连通；且在所述第二冷却结构中设置有第二冷却液。

较优的，所述第一冷却结构的端部伸入所述第二通孔，且所述第一冷却结构的端部的位置高于所述射频电感线圈的位置或者与所述射频电感线圈的最靠近所述第一冷却结构的线圈的位置平齐。

较优的，所述第一冷却结构中还设置有气体延伸管，所述气体延伸管与所述第一冷却结构的第一通孔连通，所述气体延伸管的长度大于所述第一冷却结构的长度。

较优的，所述射频电感线圈环绕所述第二冷却结构的外壁设置。

较优的，所述气体延伸管所述气体延伸管的端部的位置位于所述射频电感线圈的最靠近第一冷却结构的线圈的中心。

较优的，所述气体导入管包括第一气体导入管和第二气体导入管，所述第一气体导入管与所述第一通孔连通；

在所述第二冷却结构的侧壁上设置有气体入口，所述第二气体导入管与所述气体入口连通。

较优的，所述第二气体导入管至少为两个。

较优的，所述腔体和/或所述样品台上均设置有冷却装置。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的等离子体薄膜沉积装置将腔体的压力控制在0.05kPa至10kPa之间，能够实现薄膜的高效、快速、低温沉积，尤其适用于半导体工业中的薄膜沉积。

附图说明

图1为本实用新型中的一个实施例的放电等离子体中压力与电子温度以及气体温度的对应曲线图；

图2为本实用新型的等离子体薄膜沉积装置的一个实施例的整体示意图；

图3为图2所示的等离子体薄膜沉积装置中的第一冷却结构的一个实施例的整体示意图；

图4为图2所示的等离子体薄膜沉积装置中的第一冷却结构的另一实施例的整体示意图；