本实用新型专利技术提供了一种等离子体薄膜沉积装置，该装置包括腔体、供气系统、等离子体喷枪系统、抽真空系统、射频电源系统和压力控制系统，所述腔体中设置有样品台；所述等离子体喷枪系统与所述供气系统连通；所述抽真空系统与所述腔体连通；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。本实用新型专利技术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。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术提供了一种等离子体薄膜沉积装置，该装置包括腔体、供气系统、等离子体喷枪系统、抽真空系统、射频电源系统和压力控制系统，所述腔体中设置有样品台；所述等离子体喷枪系统与所述供气系统连通；所述抽真空系统与所述腔体连通；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。本技术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。【专利说明】等离子体薄膜沉积装置
本技术涉及薄膜加工
，特别是涉及一种等离子体薄膜沉积装置。
技术介绍
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. lkPa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SiHCl 3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 -般工作在高达1000°C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。
技术实现思路
基于上述不足，本技术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。 本技术采用如下技术方案： -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〇· 〇5kPa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。 本技术的有益效果是：本技术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。 【专利附图】【附图说明】 图1为本技术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为本技术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； 图5为本技术的等离子体薄膜的沉积过程的一个实施例的示意图； 图6为本技术的等离子体薄膜沉积装置的另一实施例的整体示意图。 【具体实施方式】 下面将结合实施例和附图来详细说明本技术。需要说明的是，在不冲突的情 况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。 参见图1，专利技术人研究了放电等离子体中压力与电子温度以及气体温度的关系，在 小于l(T 2kPa时，气体温度较低而电子温度较高，随着压力的增加，气体温度逐渐升高，电子 温度逐渐降低，最后趋于一致。为了保证沉积速率同时降低衬底温度，专利技术人认为〇. 〇5kPa 至10kPa即本技术中的中压是合适的沉积速率压力范围。如图1中所示，中压等离子 体的工作压力一般在0. 05kPa-10kPa的范围内，处在低压和高压的中间区域，因此也具有 相对较高的等离子体流。另外，与低压等离子体技术相比，它具有较低的电子温度，Te〈leV ; 与高压等离子体（热等离子体）相比，它具有相对较低的气体温度，Tg e (1〇〇〇, 5000)K。 因为这些特性，该等离子体中的化学组分主要以原子态存在，解决了由于离子轰击和热损 伤而导致的膜质变差的问题，能够得到低温、高速沉积的高质量的薄膜。 参见图2,本技术提供一种等离子体薄膜沉积装置，包括： 腔体100,所述腔体100中设置有样品台110 ; 供气系统，所述供气系统包括气源210、流量控制装置600和气体导入管200,所述 气体导入管200的进气端与气源210连通，所述流量控制装置设置在所述气体导入管200 上；其中气体导入管200泛指通气管路，流量控制装置可以是气体流量计； 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210的出气端连 通；所述等离子体喷枪系统与所述腔体1〇〇连通；较优的所述等离子体喷枪位于腔体的顶 部； 抽真空系统400,所述抽真空系统400与所述腔体100连通； 用于激发等离子体气体（本实施例中的等离子体气体是能够产生等离子体的工 艺气体）从而产生等离子体的射频电源系统320 ;以及 压力控制系统500,所述压力本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种等离子体薄膜沉积装置，其特征在于，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。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：叶继春，邬苏东，高平奇，杨映虎，韩灿，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：新型
国别省市：浙江;33
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