化学气相沉积装置的制作方法

本实用新型涉及薄膜制备技术领域，尤其涉及一种适用于PECVD技术的化学气相沉积装置。

背景技术：

化学气相沉积(CVD，Chemical Vapor Deposition)是将源材料(或称反应源、薄膜先前物)以气体形式(或称制程气体)引入反应室中，经由氧化、还原或与基片表面反应之方式进行化学反应，其生成物借内扩散作用而沉积在基片表面上以形成薄膜。CVD在反应室中的制程步骤大致包含：1)气体或是气相源材料引进反应室内；2)源材料扩散穿过边界层并接触基片表面；3)源材料吸附在基片表面上；4)吸附的源材料在基片表面上移动；5)在基片表面上开始化学反应；6)固态副产物在基片表面上形成晶核；7)晶核生长成岛状物；8)岛状物合并成连续的薄膜；9)其他气体副产品从基片表面上脱落释出；10)气体副产品扩散过边界层；11)气体副产品流出反应室。

在CVD领域中已存在一种电浆增强(辅助)CVD(PECVD，Plasma Enhanced CVD)，PECVD广泛应用于氧化物与氮化物薄膜沉积。PECVD的沉积原理与一般的CVD并无太大差异，其中电浆中的反应物是化学活性较高的离子或自由基，且基片表面受到离子的撞击也会较高化学活性，故可促进基片表面的化学反应速率，因此PECVD具有能在较低温度沉积薄膜的优点。此外，PECVD技术领域中亦存在一种远端(Remote)PECVD，即在反应室外方设置一电浆产生室，即称为远端电浆产生室，使源材料以气体形式先通入该电浆产生室中并形成电浆，再将该电浆引进反应室内。

在CVD、PECVD、远端PECVD等相关领域中，已存在甚多先前技术，如US 5908602、US 6444945、US 2006/0177599、US 61/137839(TWI532414)等；大多数现有的PECVD装置是用于小规模(即小于1平方公尺)沉积，这是因为大多数电浆源极短而只可涂布小面积，其中US 6444945虽揭示一种基于平行电子发射表面(即二平行电极板)之电浆源，但消耗较多能量而相对提高制作成本；US 61/137839则揭示分别产生线性及二维电浆供适用于PECVD之电浆源。

此外，利用CVD或PECVD技术沉积的薄膜，一般具有多种特性的需要，例如好的阶梯覆盖能力、具有充填高深宽比间隙的能力、好的厚度均匀性、高的纯度及密度等。以PECVD技术所沉积的薄膜而论，已知PECVD技术存有下列缺点：其一是，在反应室的电浆中，其源材料或薄膜先前物在沉积于基片表面上之前的均匀性并不足够，致使沉积于基片表面上所形成薄膜的均匀性也相对不够好；其二是，其源材料或薄膜先前物一般是先成核至适足量之后才能自由落体沉积于基片表面上，致使沉积于基片表面上所形成薄膜的厚度往往具有一基本厚度，而无法更薄，也使在进行后续的PECVD成膜制程之前，须多增加一研磨程序用以使该薄膜更均匀平整。

因此，在PECVD技术领域中，如何使沉积薄膜能具有较好的厚度均匀性及较薄的厚度，是本实用新型主要解决的问题。

技术实现要素：

本实用新型的一个目的是提出一种化学气相沉积装置，能够有效改善电浆增强化学气相沉积制程中沉积薄膜的厚度均匀性，并减小薄膜的厚度。

本实用新型的另一个目的是提出一种适用于该化学气相沉积装置的沉积方法。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种化学气相沉积装置，包括反应室、与反应室相连通的制程气体入口和副产品抽出口，所述反应室内设有平台，所述平台上固定有平台面，用以承置基片；所述反应室中存有由制程气体所形成的电浆，所述反应室内腔中设有至少一电场装置，用以对反应室内的电浆产生电性吸力效应。

作为一种化学气相沉积装置的优选方案，包括第一电场装置，所述第一电场装置设于所述反应室内腔的环周缘壁上，用于使电浆由反应室的中央朝外环周缘扩张移动。

作为一种化学气相沉积装置的优选方案，所述第一电场装置利用射频电流通过线圈形成电场，且所述第一电场装置的射频依源材料密度而选用不同射频，所述射频包括：700V/m±6％、800V/m±3％、1200V/m±3％、1300V/m±6％、1700V/m±3％和1900V/m±6％。

作为一种化学气相沉积装置的优选方案，包括第二电场装置，所述第二电场装置设于所述反应室内平台面的下方，用于使电浆吸附并沉积于基片表面。

作为一种化学气相沉积装置的优选方案，所述第二电场装置利用射频电流通过螺旋状线圈形成电场，且所述第二电场装置依源材料气相层析浓度而选用不同射频，所述射频包括：90uV/m±4.5％、100uV/m±1.5％、400uV/m±1.5％、500uV/m±4.5％、900uV/m±1.5％和1100uV/m±4.5％。

作为一种化学气相沉积装置的优选方案，包括射频磁场装置，所述射频磁场装置设于所述反应室内平台面的中央下方处，用以控制沉积于基片表面上的磊晶角度。

作为一种化学气相沉积装置的优选方案，所述反应室内设有两个平行的电极板，所述反应室外设有与所述电极板电连接的射频产生器，用于使制程气体在反应室中形成电浆。

作为一种化学气相沉积装置的优选方案，所述制程气体入口与反应室之间设有远端电浆产生室，用于使制程气体在进入反应室之前形成电浆。

作为一种化学气相沉积装置的优选方案，所述副产品抽出口连接有真空泵，用于将气体副产品抽出反应室之外。

作为一种化学气相沉积装置的优选方案，所述平台内设置有加热器件。

一种适用于如上述化学气相沉积装置的沉积方法，其包括以下步骤：

A：将至少一基片放置在反应室中的平台面上；

B：向反应室中提供由制程气体形成的电浆；

C：启动电场装置，用以对反应室内的电浆产生电性吸力效应。

作为一种沉积方法的优选方案，所述步骤C包括步骤C1：启动第一电场装置，使电浆中的源材料在吸附并沉积于基片表面之前，由反应室的中央朝外环周缘扩张移动。

作为一种沉积方法的优选方案，所述步骤C还包括步骤C2：启动第二电场装置，使电浆中的源材料在该电性吸附力的作用下吸附并沉积于基片表面。

作为一种沉积方法的优选方案，所述步骤C2设于步骤C1之后，即关闭所述第一电场装置后，再启动第二电场装置。

作为一种沉积方法的优选方案，所述步骤C2之后还设有步骤D：启动射频磁场装置，以控制沉积于基片表面上的磊晶角度。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型利用电场装置对反应室中的电浆产生电性吸力效应，使电浆中的源材料或薄膜先前物在吸附并沉积于基片表面上以形成薄膜之前，能借该电性吸力效应而发生移动，从而增进沉积薄膜的均匀性，同时还可有效控制并减小沉积薄膜的厚度，避免先前技术因沉积成较厚薄膜而须另进行研磨的麻烦，提升了电浆增强化学沉积反应室的使用效率及薄膜的制程效率。

附图说明

图1是本实用新型实施例一提供的化学气相沉积装置的剖面结构示意图；

图2是本实用新型实施例二提供的化学气相沉积装置的剖面结构示意图。

图中标记如下：

10-反应室；11-制程气体入口；12-副产品抽出口；13-平台；14-平台面；15-电极板；151-射频产生器；20-基片；30-电浆；40-第一电场装置；50-第二电场装置；60-射频磁场装置；80-远端电浆产生室。

具体实施方式

为使本实用新型解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

实施例一

如图1所示，本实施例提供了一种优选的电浆增强化学气相沉积装置，该装置包括反应室10、与反应室10相连通的制程气体入口11和副产品抽出口12，反应室10内设有平台13，该平台13内设置有加热器件，可对基片20进行加热，以提供形成电浆30所需的温度；平台13上固定有平台面14，用以承置至少一个基片20，此处平台面14可以优选设为能够旋转的结构，以提高反应室的制膜效果；反应室10中存有由制程气体所形成的电浆30，反应室10内腔中设有至少一电场装置，用以对反应室10内的电浆30产生电性吸力效应。这里的制程气体是指，包含源材料(或称反应源、薄膜先前物)的气体。

具体地，该电场装置为设在反应室10内腔的环周缘壁上的第一电场装置40，用以对反应室10中的电浆30产生电性吸力效应，使电浆30中的源材料或薄膜先前物在吸附并沉积于基片20表面上以形成薄膜之前，能由反应室10的中央朝外环周缘扩张移动，借以增进沉积薄膜的均匀性，用以提升PECVD的反应室10的使用效率及其制程效率。此外，该第一电场装置40是利用射频电流通过线圈来形成电场，其中该射频电流的射频可依源材料密度而选用不同强度，其包含：700V/m±6％、800V/m±3％、1200V/m±3％、1300V/m±6％、1700V/m±3％和1900V/m±6％，即射频可以在(700±700*6％)V/m，或(800±800*3％)V/m，或(1200±1200*3％)V/m，或(1300±1300*6％)V/m，或(1700±1700*3％)V/m，或(1900±1900*6％)V/m的范围内进行选择。

进一步地，该电场装置还包括设在反应室10中平台面14下方的第二电场装置50，用以对在反应室10内的电浆30产生电性吸力效应，使该电浆30中之源材料或薄膜先前物能借该电性吸力效应而吸附并沉积于该基片20至少一表面上，从而有效控制及减小沉积薄膜的厚度，并可避免先前技术在沉积成较厚薄膜后必须再研磨加工的麻烦，用以提升PECVD之反应室10的制程效率。此外，该第二电场装置50是利用射频电流通过螺旋状线圈(以Z轴为中心轴绕设)来形成电场，其中该射频电流的射频可依源材料气相层析浓度而选用不同强度，其包含：90uV/m±4.5％、100uV/m±1.5％、400uV/m±1.5％、500uV/m±4.5％、900uV/m±1.5％和1100uV/m±4.5％，即射频可以在(90±90*4.5％)uV/m，或(100±100*1.5％)uV/m，或(400±400*1.5％)uV/m，或(500±500*4.5％)uV/m，或(900±900*1.5％)uV/m，或(1100±1100*4.5％)uV/m的范围内进行选择。

需要说明的是，通常操作时，应先关闭第一电场装置40的电场，再启动第二电场装置50的电场。但本实用新型并不以此为限，也就是该第一电场装置40及该第二电场装置50可以分别单独设置及工作。由于该第二电场装置50在启动后，其所形成的电场效应可以主动对在反应室10内的电浆30产生电性吸力作用，从而迫使该电浆30中的源材料或薄膜先前物能加速吸附并沉积于基片20的至少一表面上，故可以有效控制及减小沉积薄膜的厚度。

更进一步地，该电场装置还包括设在反应室10内平台面14的中央(如第1图中Z轴所示)下方处的射频磁场装置60，用以控制沉积于基片20至少一表面上的磊晶角度，同样可以避免先前技术在沉积后须再研磨加工的麻烦，用以提升PECVD反应室10的使用效率及制程效率。

优选地，本实施例反应室10内设有上下两个平行的电极板15，反应室10外设有与电极板15电连接的射频产生器151，用于使制程气体在反应室10中形成电浆30；该设计结构简单、使用方便，有利于减小装置尺寸，节省设备所占空间。此处，本实施例采用两平行电极板15并借射频产生器151施予射频，以使制程气体能在该反应室10中形成电浆30，但本实用新型并不以此为限，在其它情况下也可以采用别的装置来制作电浆30。另外，本实用新型副产品抽出口12还连接有真空泵，用于将反应后的气体副产品抽出反应室10之外。

实施例二

如图2所示，本实施例提出另一种优选的电浆增强化学气相沉积装置，该装置与实施例一中的化学气相沉积装置基本相同，其区别之处在于：电浆30的形成装置不同。

本实施例中，制程气体入口11与反应室10之间设有远端电浆产生室80，用于使制程气体在进入反应室10之前形成电浆30，然后再引入反应室10中进行沉积制膜。具体地，该电浆30是当外加能量大于制程气体的解离能时所产生，是一种由正离子、负电子及中性自由基所构成的部分解离气体。

本实施例通过设置远端电浆产生室80，相对于实施例一不必设置两平行电极板15和射频产生器151，简化了反应室10的内部结构，降低了设备制作成本。优选地，该制程气体入口11处还设置有气体流量计，用于精确控制进入远端电浆产生室80内的气体量。

实施例三

本实施例提出一种适用于上述化学气相沉积装置的沉积方法，其具体包括如下步骤：

A：将至少一个基片20放置在反应室10中的平台面14上，这里，基片20形状不限，数量依据平台面14的大小而定。

B：向反应室10中提供由制程气体形成的电浆30；

该步骤中，电浆30可以是源材料在反应室10中形成的，也可以是原材料先在远端电浆产生室80内形成，再由制程气体入口11通入到反应室10中。

C1：启动第一电场装置40，该第一电场装置40设在该PECVD反应室10内腔的环周缘壁上，用以对反应室10中的电浆30产生电性吸力效应，使电浆30中的源材料或薄膜先前物在吸附并沉积于该至少一基片20的表面上以形成薄膜之前，能由反应室10的中央朝外环周缘扩张移动，借以增进沉积薄膜的均匀性。

C2：启动第二电场装置50，该第二电场装置50设置在反应室10中平台面14的下方，用以对在反应室10内的电浆30产生电性吸力效应，使该电浆30中的源材料或薄膜先前物能借该电性吸附力而吸附并沉积于基片20表面上。

优选地，本实施例中步骤C1设置在步骤C2之前，即关闭第一电场装置40后，再启动第二电场装置50；这首先充分保证了电浆30在沉积为薄膜之前的均匀性，提高了制膜质量；其次，还增加了制膜效率，有效减小了薄膜厚度。当然，在在其它情况下，本实用新型也可以只设置步骤C1，或只设置步骤C2，或步骤C1与步骤C2同时进行。

D：启动射频磁场装置60，该射频磁场装置60设在该反应室10中该平台面14的中央下方处，用以控制沉积于基片20表面上的磊晶角度。

注意，以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施方式的限制，上述实施方式和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内，本实用新型的要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。