专利名称：多片远程等离子体增强原子层沉积腔室的制作方法
技术领域：
本发明涉及等离子体技术及原子层沉积设备装置，尤其涉及ー种多片远程等离子体增强原子层沉积腔室。
背景技术：
原子层沉积(Atomic Layer D印osition，ALD)是在ー个加热反应器中的衬底上交替引入气相前驱体，通过交替的表面饱和反应进行自限制生长(Self-limiting growth)超薄薄膜。ALD相比传统的金属有机物化学气相沉积(M0CVD)、分子束外延(MBE)和物理气相沉积(PVD)等沉积エ艺具有先天的优势它通过控制反应周期数精确地控制薄膜的厚度， 生长速率不受衬底面积大小、基片内温度分布以及气流形状等的影响，可以获得均勻一致的膜层厚度；具有完美的三維保形性，可在任意曲面，如平面、复杂三维、多孔基板和粉末上沉积高纯度薄膜；同时它还具有优异的台阶覆盖性，特别适合于微/纳光子器件、高品质光学光电子薄膜的制备。等离子体增强原子层沉积(PEALD)是在引入还原(氧化)气体的过程中引入等离子体，以形成还原(氧化)性气氛基团和自由基。PEALD扩展了 ALD对沉积前驱体的选择范围和减少了原子层沉积循环时间，而且降低了反应的沉积温度，尤其适合于对温度敏感材料的沉积。通常ALD的每个循环的沉积膜厚在0. 01-0. 3nm,由于需要交替的引入前驱体和净化前驱体，导致每个循环的生长时间较长，严重的限制了 ALD的エ业化应用。由于热型ALD 片子的放置只与气体的流动方向有关，可以采用立式或者卧式的方式实现批量处理。目前国外公司已经开发出了批量热型原子层沉积设备用于太阳能钝化层材料的制备领域。而批量型等离子体原子层沉积中片子会受到等离子体的影响，目前只有单片PEALD设备的报道，还没有关于批量等离子体增强原子层沉积设备的报道。在此，我们提出ー种多片远程等离子体增强原子层沉积(PEALD)腔室，该腔室可以同时在多片衬底上均勻的生长薄膜，提高对前驱体源的利用率和提高生产效率，同时有效的避免等离子体对沉积薄膜的损伤和污染，提高沉积薄膜的质量。
发明内容
本发明的目的在于提供ー种同时在多片衬底上均勻的生长薄膜，提高对前驱体源的利用率和提高生产效率，同时有效的避免等离子体对沉积薄膜的损伤和污染，提高沉积薄膜的质量的多片远程等离子体增强原子层沉积腔室。为达到发明目的本发明采用的技术方案是
多片远程等离子体增强原子层沉积腔室，包括真空腔室，所述真空腔室由主腔壁和上腔盖组成，其特征在干所述真空腔室内安装有能放置多片样品的样品台架，所述真空腔室内在样品台架的外围设有加热圈，所述加热圈靠近腔壁的ー侧连接有热反射板；所述真空腔室内在样品台架和加热圈之间设有进气管，所述进气管在与样品台架的相同空间高度内设有出气段；所述真空腔室内在热反射板的外围设置有勻气环，所述真空腔室在勻气环与其侧壁之间的底部上开有抽气ロ，所述抽气ロ与进气管位设在样品台架的两侧；所述真空腔室上连接有远程脉冲等离子发生系统，所述远程脉冲等离子发生系统包括连接在真空腔室底部的石英管，所述石英管的另一端连接有带进气ロ的下法兰，所述石英管外绕设有感应线圏，所述感应线圈上依次连接脉冲射频电源、阻抗匹配系统。进一歩，所述真空腔室的底部上设有用干与真空计连接的真空压カ检测ロ。进一歩，所述进气管的出气段上开有0.5 1. 5mm的狭缝或是多个出气孔，所述出气孔的直径是0. 5^1. 5mm，相邻出气孔之间的间距是2 2. 5mm。进一歩，所述进气管与样品台架的侧面之间的间距为5 20mm。进一歩，所述进气管的出气段的长度比样品台架的高度大5 10mm。进一歩，所述加热圈与样品台架的侧面之间的间距为l(T40mm。进一歩，所述勻气环的上端高出样品台架上端2 5mm，以保证勻气环的勻气效果。进一歩，所述样品台架通过样品台支架固定安装在真空腔室内，其与真空腔室的下表面的距离为4(T80mm。进一歩，所述样品台架内放置晶圆的固定缝隙为0. 5 lmm，相邻晶圆片之间的间距为 1. 5 2. 5mmο进一歩，所述主腔壁和上腔盖之间、所述石英管与真空腔室底部之间均安装有密封用的氟胶圏。本发明的进气管、抽气ロ、勻气环組成了真空气流循环系统，气流结构为前驱体源从进气管的狭缝处或出气孔处在压カ的驱动下流出，从进气管一侧经过样品台架内放置的晶圆后沿着勻气环上方从抽气ロ处被抽出，在进气管与抽气ロ之间采用勻气环阻隔以形成能通过所有样品的气流结构。加热圈和热反射板组成样品加热系统，加热圈能够加热到600°C，在热反射板的作用下，使样品台架内晶圆的温度能够均勻的加热到400 。样品台架可以兼容直径为200mm的圆片、156mmX 156mm的方片以及以下尺寸的晶
圆多片；晶圆沿竖直方向并与气流方向平行放置于样品台架内，能够使气流和等离子体同时到达晶圆表面，样品取放通过向上翻盖打开上腔盖来实现。远程脉冲等离子发生系统的脉冲射频电源的频率是エ业标准用的13. 56MHz，射频功率为0 300W，脉冲频率为广120s，石英管及感应线圈采用屏蔽罩屏蔽，通过调节阻抗匹配系统中电容和电感的大小使射频的能量完全耦合到石英管内等离子体，石英管内等离子体扩散到真空腔室内样品台架内的所有晶圆上，形成远程等离子体。本发明的优点是可以同时在多片衬底上均勻的生长薄膜，提高对前驱体源的利用率和提高生产效率，同时有效的避免等离子体对沉积薄膜的损伤和污染，提高沉积薄膜的质量。
图1是本发明的结构示意图。
具体实施例方式下面结合具体实施例来对本发明进行进ー步说明，但并不将本发明局限于这些具体实施方式
。本领域技术人员应该认识到，本发明涵盖了权利要求书范围内所可能包括的所有备选方案、改进方案和等效方案。參照图1，多片远程等离子体增强原子层沉积腔室，包括真空腔室，所述真空腔室由主腔壁1和上腔盖2組成，所述真空腔室内安装有能放置多片样品的样品台架11，所述真空腔室内在样品台架11的外围设有加热圈4，所述加热圈4靠近腔壁的ー侧连接有热反射板5 ；所述真空腔室内在样品台架11和加热圈4之间设有进气管9，所述进气管9在与样品台架11的相同空间高度内设有出气段；所述真空腔室内在热反射板5的外围设置有勻气环 6，所述真空腔室在勻气环6与其侧壁之间的底部上开有抽气ロ 7，所述抽气ロ 7与进气管9 位设在样品台架11的两侧；所述真空腔室上连接有远程脉冲等离子发生系统，所述远程脉冲等离子发生系统包括连接在真空腔室底部的石英管13，所述石英管13的另一端连接有带进气ロ的下法兰16，所述石英管13外绕设有感应线圈12，所述感应线圈12上依次连接脉冲射频电源14、阻抗匹配系统15。所述真空腔室的底部上设有用干与真空计连接的真空压カ检测ロ 8。所述进气管9的出气段上开有0. 5^1. 5mm的狭缝或是多个出气孔，所述出气孔的直径是0. 5^1. 5mm，相邻出气孔之间的间距是2 2. 5mm。所述进气管9与样品台架11的侧面之间的间距为5 20mm。所述进气管9的出气段的长度比样品台架11的高度大5 10mm。所述加热圈4与样品台架11的侧面之间的间距为l(T40mm。所述勻气环6的上端高出样品台架11上端2 5mm，以保证勻气环的勻气效果。所述样品台架11通过样品台支架10固定安装在真空腔室内，其与真空腔室的下表面的距离为4(T80mm。所述样品台架11内放置晶圆的固定缝隙为0.5 lmm，相邻晶圆片之间的间距为 1. D 2. 5mm。所述主腔壁1和上腔盖2之间、所述石英管13与真空腔室底部之间均安装有密封用的氟胶圈3。本发明的进气管9、抽气ロ 7、勻气环6組成了真空气流循环系统，气流结构为前驱体源从进气管9的狭缝处或出气孔处在压カ的驱动下流出，从进气管9 一侧经过样品台架 11内放置的晶圆后沿着勻气环6上方从抽气ロ 7处被抽出，在进气管9与抽气ロ 7之间采用勻气环6阻隔以形成能通过所有样品的气流结构。加热圈4和热反射板5组成样品加热系统，加热圈4能够加热到600°C，在热反射板5的作用下，使样品台架11内晶圆的温度能够均勻的加热到400°C。样品台架11可以兼容直径为200mm的圆片、156mmX 156mm的方片以及以下尺寸的晶圆多片；晶圆沿竖直方向并与气流方向平行放置于样品台架11内，能够使气流和等离子体同时到达晶圆表面，样品取放通过向上翻盖打开上腔盖2来实现。远程脉冲等离子发生系统的脉冲射频电源14的频率是エ业标准用的13. 56MHz, 射频功率为(T300W，脉冲频率为广120s，石英管13及感应线圈12采用屏蔽罩屏蔽，通过调节阻抗匹配系统15中电容和电感的大小使射频的能量完全耦合到石英管13内等离子体， 石英管13内等离子体扩散到真空腔室内样品台架11内的所有晶圆上，形成远程等离子体。
权利要求
1.多片远程等离子体增强原子层沉积腔室，包括真空腔室，所述真空腔室由主腔壁和上腔盖组成，其特征在干所述真空腔室内安装有能放置多片样品的样品台架，所述真空腔室内在样品台架的外围设有加热圈，所述加热圈靠近腔壁的ー侧连接有热反射板；所述真空腔室内在样品台架和加热圈之间设有进气管，所述进气管在与样品台架的相同空间高度内设有出气段；所述真空腔室内在热反射板的外围设置有勻气环，所述真空腔室在勻气环与其侧壁之间的底部上开有抽气ロ，所述抽气ロ与进气管位设在样品台架的两侧；所述真空腔室上连接有远程脉冲等离子发生系统，所述远程脉冲等离子发生系统包括连接在真空腔室底部的石英管，所述石英管的另一端连接有带进气ロ的下法兰，所述石英管外绕设有感应线圏，所述感应线圈上依次连接脉冲射频电源、阻抗匹配系统。
2.根据权利要求1所述的多片远程等离子体增强原子层沉积腔室，其特征在于所述真空腔室的底部上设有用干与真空计连接的真空压カ检测ロ。
3.根据权利要求1或2所述的多片远程等离子体增强原子层沉积腔室，其特征在于所述进气管的出气段上开有0. 5^1. 5mm的狭缝或是多个出气孔，所述出气孔的直径是 0. 5^1. 5mm，相邻出气孔之间的间距是2 2. 5mm。
4.根据权利要求3所述的多片远程等离子体增强原子层沉积腔室，其特征在于所述进气管与样品台架的侧面之间的间距为5 20mm。
5.根据权利要求4所述的多片远程等离子体增强原子层沉积腔室，其特征在于所述进气管的出气段的长度比样品台架的高度大5 10mm。
6.根据权利要求5所述的多片远程等离子体增强原子层沉积腔室，其特征在于所述加热圈与样品台架的侧面之间的间距为l(T40mm。
7.根据权利要求6所述的多片远程等离子体增强原子层沉积腔室，其特征在于所述勻气环的上端高出样品台架上端2 5mm。
8.根据权利要求7所述的多片远程等离子体增强原子层沉积腔室，其特征在于所述样品台架通过样品台支架固定安装在真空腔室内，其与真空腔室的下表面的距离为 4(T80mm。
9.根据权利要求8所述的多片远程等离子体增强原子层沉积腔室，其特征在于所述样品台架内放置晶圆的固定缝隙为0. 5 lmm，相邻晶圆片之间的间距为1. 5^2. 5mm。
10.根据权利要求9所述的多片远程等离子体增强原子层沉积腔室，其特征在于所述主腔壁和上腔盖之间、所述石英管与真空腔室底部之间均安装有密封用的氟胶圏。
全文摘要
多片远程等离子体增强原子层沉积腔室，包括真空腔室，所述真空腔室内安装有能放置多片样品的样品台架，所述真空腔室内在样品台架的外围设有加热圈，所述加热圈靠近腔壁的一侧连接有热反射板；所述真空腔室内在样品台架和加热圈之间设有进气管，所述进气管在与样品台架的相同空间高度内设有出气段；所述真空腔室内在热反射板的外围设置有匀气环，所述真空腔室在匀气环与其侧壁之间的底部上开有抽气口，所述抽气口与进气管位设在样品台架的两侧；所述真空腔室上连接有远程脉冲等离子发生系统，所述远程脉冲等离子发生系统包括连接在真空腔室底部的石英管，所述石英管外绕设有感应线圈，所述感应线圈上依次连接脉冲射频电源、阻抗匹配系统。
文档编号C23C16/44GK102560422SQ20111043624
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月23日 优先权日2011年12月23日
发明者万军, 夏洋, 李超波, 江莹冰, 陈波, 陶晓俊, 饶志鹏, 黄成强 申请人:嘉兴科民电子设备技术有限公司