本发明涉及一种用于化学气相沉积的装置和化学气相沉积方法。
背景技术：
等离子体增强化学气相沉积(简称pecvd)被广泛应用于低温沉积高质量薄膜的方法。例如，在半导体和平板显示行业中，pecvd设备用于制备氮化硅薄膜(sin)，氧化硅薄膜(sio)和非晶硅薄膜(asi)薄膜。pecvd设备在采用低温多晶硅工艺(ltps)或有机发光二极管工艺(oled)制作液晶显示装置方面尤其显得不可或缺。
pecvd设备设置有电离室。电离室内设置有相互平行的上电极板和下电极板。上电极板和下电极板分别连接射频电源(rfpower)和接地。射频电源打开后，上电极板和下电极板之间形成快速变化的电场。将反应气体充入到上电极板和下电极板之间后，反应气体被部分电离形成等离子体。以氮化硅薄膜制备为例，基板放置在下电极板上，将甲硅烷(sih4)和氨气(nh3)通入到电离室内后，部分甲硅烷(sih4)和氨气(nh3)被电离，硅离子和氮离子结合后在基板的表面沉积成氮化硅薄膜(sin)。然而，随着激发频率的提高，在上、下极板间形成的电势驻波效应明显。电势驻波效应会导致上、下极板间的等离子体密度不一致，具体地，等离子体在基板的中部分布密集、在基板的边缘分布稀疏，进而导致薄膜在基板的中部沉积快、在基板的边缘沉积慢。由此，沉积出的薄膜的厚度会不均匀，极大的影响了产品质量。
另外，由于由于上、下电极板之间形成的电场仅能电离部分反应气体，这样就仅利用了少量的反应气体。而余下的反应气体通常有一定的毒性，需要消耗大量的燃料来焚烧这些反应气体，并且反应气体被焚烧后会产生成大量造成空气污染的粉尘(例如sio和sio2粉尘)。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题为如何制备薄膜能使得薄膜更均匀。
针对上述技术问题，本发明提出了一种用于化学气相沉积的装置，其包括：第一电离室，用于将第一反应气体电离，生成第一等离子体；第二电离室，用于将第二反应气体电离，生成第二等离子体；反应室，与所述第一电离室和第二电离室连接，用于接收第一等离子体和第二等离子体，及用于承载待加工器件。
在一个具体的实施例中，所述装置设置有依次串联接通的多个第一电离室，其中，反应室与最后一级第一电离室相接通。
在一个具体的实施例中，所述装置设置有依次串联接通的多个第二电离室，其中，反应室与最后一级第二电离室相接通。
在一个具体的实施例中，反应室包括反应腔室、设置在反应腔室内的载台以及设置在反应腔室内且位于载台上方的均化器，其中，均化器与第一电离室、第二电离室均相通，所述均化器朝向所述载台的一侧均匀设置多个排气口。
在一个具体的实施例中，第一电离室和包括密闭的第一电离腔室以及设置在第一电离腔室内的第一功率电极和第一接地电极，第二电离室和包括密闭的第二电离腔室以及设置在第二电离腔室内的第二功率电极和第二接地电极。
在一个具体的实施例中，第一接地电极和第二接地电极均构造为平板结构，第一功率电极朝向第一接地电极的一面构造为与第一接地电极平行的平面结构，第二功率电极朝向第二接地电极的一面构造为与第二接地电极平行的平面结构。
在一个具体的实施例中，第一电离室设置有连通第一电离腔室的第一进气口，第一功率电极构造为设置有与第一进气口相通的第一气体入口的盒体，在第一功率电极朝向第一接地电极的一面上均匀布置多个第一气体出口，第二电离室设置有连通第二电离腔室的第二进气口，第二功率电极构造为设置有与第二进气口相通的第二气体入口的盒体，在第二功率电极朝向第二接地电极的一面上均匀布置多个第二气体出口。
在一个具体的实施例中，第一功率电极设置成与第一接地电极平行的扁平结构，第二功率电极设置成与第二接地电极平行的扁平结构。
在一个具体的实施例中，第一接地电极和第二接地电极均水平布置。
本发明还提出了一种化学气相沉积方法，其包括以下步骤：在第一电离室将第一反应气体电离成第一等离子体，并将第一等离子体传送到反应室；在第二电离室将第二反应气体电离成第二等离子体，并将第二等离子体传送到反应室；所述第一等离体体和第二等离子体在反应室内发生化学反应，以在反应室内的待加工器件的表面沉积薄膜。
本发明的用于化学气相沉积的装置以及化学气相沉积方法，在第一电离室将第一反应气体电离生成第一等离子体，在第二电离室将第二反应气体电离生成第二等离子体，再将第一等离子体和第二等离子体都传送到反应室，在反应室发生化学反应，以在反应室内的待加工器件的表面沉积薄膜；因为在待加工器件表面沉积薄膜的速率并不会受到传统的多种电磁场效应，例如，电势驻波效应、趋肤效应等因素的影响而导致成膜速率不相同，所以待加工器件表面成膜的均匀程度提高。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
图1显示了本发明的一个实施例中的用于化学气相沉积的装置。
在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
图1显示了本实施例中的一种用于化学气相沉积的装置1。该装置1包括第一电离室10、第二电离室20以及反应室30。反应室30连通第一电离室10和第二电离室20。第一电离室10用于将第一反应气体进行电离，使得输入到第一电离室10中的第一反应气体转化为等离子态而生成第一等离子体。第二电离室20用于将第二反应气体进行电离，使得输入到第二电离室20中的第二反应气体转化为等离子态而生成第二等离子体。反应室30用于承载待加工器件2，该待加工器件2可以是透明基板，例如玻璃基板、阵列基板或彩膜基板。第一等离子体和第二等离子体输送到反应室30内混合，第一等离子体和第二等离子体在反应室内发生化学反应，在待加工器件2暴露于混合气体中的表面上均匀沉积成薄膜。
在本实施例中，第一电离室10包括密闭的第一电离腔室11以及设置在第一电离腔室11内的第一功率电极12和第一接地电极13。第一电离腔室11可以是矩形空腔或柱形空腔。第一电离室10设置有连通第一电离腔室11的第一进气口14和第一出气口15。第一进气口14用于输入第一反应气体，第一出气口15用于输出第一等离子体。第一功率电极12和第一接地电极13均设置在第一电离腔室11。第一功率电极12和第一接地电极13均为导体，其制作材料优选为铜。第一功率电极12和第一接地电极13分别连接射频电源和接地。第一功率电极12和第一接地电极13相互靠近设置。射频电源打开后向第一功率电极12加载高频电压，第一功率电极12和第一接地电极13之间产生快速变化电磁场。通过第一进气口14向第一电离腔室11内注入第一反应气体，第一反应气体在通过该电磁场时第一反应气体中的部分气体被电离成第一等离子体，然后通过第一出气口15输出第一电离腔室11。
第二电离室20包括密闭的第二电离腔室21以及设置在第二电离腔室21内的第二功率电极22和第二接地电极23。第二电离腔室21可以是矩形空腔或柱形空腔。第二电离室20设置有连通第二电离腔室21的第二进气口24和第二出气口25。第二进气口24用于输入第二反应气体，第二出气口25用于输出第二等离子体。第二功率电极22和第二接地电极23均设置在第二电离腔室21。第二功率电极22和第二接地电极23均为导体，其制作材料优选为铜。第二功率电极22和第二接地电极23分别连接射频电源和接地。第二功率电极22和第二接地电极23相互靠近设置。射频电源打开后向第二功率电极22加载高频电压，第二功率电极22和第二接地电极23之间产生快速变化电磁场。通过第二进气口24向第二电离腔室21内注入第二反应气体，第二反应气体在通过该电磁场时第二反应气体中的部分气体被电离成等第二离子体，然后通过第二出气口25输出第二电离腔室21。
在本实施例中，反应室30包括反应腔室33以及设置在反应腔室33内的载台31。反应腔室33可以是矩形空腔或柱形空腔结构。反应室30设置有连通反应腔室33的混合气体入口34。混合气体入口34优选设置在反应室30的顶端。第一电离室10的第一出气口15和第二电离室20的第二出气口25均与混合气体入口34相接通。第一电离室10中的第一等离子体和第二电离室20中的第二等离子体通过混合气体入口34输入到反应室30内。载台31的顶端水平设置，用于承载待加工器件2。载台31可以设置成水平布置的平板结构。当第一反应气体和第二反应气体分别在第一电离室10和第二电离室20中被电离后通过混合气体入口34同时输入到反应室30内，第一等离子体和第二等离子体发生化学反应而在待加工器件2的表面沉积出薄膜。例如，当第一反应气体为甲硅烷(sih4)、第二反应气体为氨气(nh3)时，在待加工器件2的表面上沉积氮化硅薄膜；当第一反应气体为甲硅烷(sih4)、第二反应气体为一氧化二氮(n2o)时，在待加工器件2的表面上沉积氧化硅薄膜。在反应室30内，在待加工器件2表面沉积薄膜的速率并不会受到传统的多种电磁场效应，例如，电势驻波效应、趋肤效应等因素的影响而导致成膜速率不相同，由此，待加工器件2表面成膜的均匀程度提高。
优选地，反应室30还包括与反应腔室33相接通的废气出口36，该装置1还包括设置在废气出口36的真空泵(图中未示出)。真空泵用于对反应腔室33内抽真空以使得反应腔室33内形成负压。这样既能驱动第一等离子体和第二等离子体进入到反应室30中又能及时排出反应室30中多余的废气。
优选地，反应室30还包括设置在载台31上方的均化器32。均化器32构造为与混合气体入口34相通的盒体。均化器32朝向载台21的底面与载台31的顶面平行。在均化器32朝向载台31的一面上均匀布置多个排气口37，即排气口37设置在均化器32的底部。均化器32可以是矩形盒体或圆柱形盒体。第一等离子体和第二等离子体混合后在均化器32内进一步均匀混合，然后通过多个排气口37均匀地喷入到均化器32和载台31之间的空间里，这就极大的提高了分布在此空间内的反应气体的均匀程度，在待加工器件2表面生长的薄膜的生长速率更均匀，进而薄膜厚度更均匀。
优选地，第一接地电极13和第二接地电极23构造为平板结构。第一功率电极12朝向第一接地电极13的一面构造为与第一接地电极13平行的平面结构。第二功率电极22朝向第二接地电极23的一面构造为与第二接地电极23平行的平面结构。这样，第一接地电极13和第一功率电极12以及第二接地电极23和第二功率电极22之间的间距均匀，射频电源打开后，第一功率电极12与第一接地电极13以及第二功率电极22与第二接地电极23之间形成的电场的电场分布均匀，这样有利于提高第一接地电极13与第一功率电极12以及第二接地电极23与第二功率电极22之间的电压，进而能提高反应气体被电离的份额。
更优选地，第一功率电极12构造为设置有与第一进气口14相通的第一气体入口16的盒体。在第一功率电极12朝向第一接地电极13的一面上均匀布置多个第一气体出口17。第一功率电极12和第二功率电极22可以是矩形盒体或圆柱形盒体。第一气体入口16与第一进气口14相接通。第一气体入口16优选设置在第一功率电极12的顶部，第一气体出口17设置在第一功率电极12的底部。第一气体出口17的内径小于第一气体入口16的内径。第一功率电极12内的空腔构成连通第一气体入口16与第一气体出口17的通道。由于第一气体入口16与第一进气口14相接通，第一反应气体可以依次通过第一进气口14和第一气体入口16而进入到第一功率电极12内，最后从多个第一气体出口17均匀地喷入到第一功率电极12和第一接地电极13之间空间里，这就极大的提高了分布在此空间内的第一反应气体的均匀程度，极大地提高了第一反应气体被电离的程度。
第二功率电极22构造为设置有与第二进气口24相通的第二气体入口26的盒体。在第二功率电极22朝向第二接地电极23的一面上均匀布置多个第二气体出口27。第二功率电极22和第二功率电极22可以是矩形盒体或圆柱形盒体。第二气体入口26与第二进气口24相接通。第二气体入口26优选设置在第二功率电极22的顶部，第二气体出口27设置在第二功率电极22的底部。第二气体出口27的内径小于第二气体入口26的内径。第二功率电极22内的空腔构成连通第二气体入口26与第二气体出口27的通道。由于第二气体入口26与第二进气口24相接通，第二反应气体可以依次通过第二进气口24和第二气体入口26而进入到第二功率电极22内，最后从多个第二气体出口27均匀地喷入到第二功率电极22和第二接地电极23之间空间里，这就极大的提高了分布在此空间内的第二反应气体的均匀程度，极大地提高了第二反应气体被电离的程度。
更优选地，第一接地电极13和第二接地电极23呈水平设置。这样，第一反应气体在流入到第一功率电极12和第一接地电极13之间后在此处滞留时受重力影响小，第一反应气体能更均匀地分布在此处，同理，第二反应气体也能更均匀地分布在第二功率电极22和第二接地电极23。更优选地，第一出气口15设置在第一接地电极13的底部，第一接地电极13的侧壁到第一电离腔室11的侧壁的距离相等。第一反应气体从第一接地电极13的侧壁与第一电离腔室11的侧壁之间的间隙通过时，间隙各处的反应气体流速相同，这样更有利用第一反应气体在第一接地电极13上方区域的均匀分布。第二出气口25设置在第二接地电极23的底部，第二接地电极23的侧壁到第二电离腔室21的侧壁的距离相等。同理，第二反应气体在第二接地电极23上方区域内分布更均匀。
更优选地，第一功率电极12设置成与第一接地电极13平行的扁平结构，第二功率电极22设置成与第二接地电极23平行的扁平结构，这样能减小第一功率电极12和第二功率电极22所占的体积，从而减小整个装置1的体积。
更优选地，第一电离室10设置有多个，多个第一电离室10依次串联接通。即第一电离室10两两相通，两个第一电离室10中的一个第一电离室10的第一进气口14与另一个第一电离室10的第一出气口15相接通。最后一级第一电离室10的第一出气口15与反应室30相接通。第一反应气体能依次通过每个第一电离室10，并在每个第一电离室10中进一步被电离，最后输入到反应室30内。这样，多级第一电离室10可以提高第一反应气体的电离程度，提高第一反应气体的利用率，同时也提高了反应室30内等离子体的浓度，加速薄膜沉积的速度，另外还减少了整个装置1的废气排放。
更优选地，第二电离室20设置有多个，多个第二电离室20依次串联接通。即第二电离室20两两相通，两个第二电离室20中的一个第二电离室20的第二进气口24与另一个第二电离室20的第二出气口25相接通。最后一级第二电离室20的第二出气口25与反应室30相接通。第二反应气体能依次通过每个第二电离室20，并在每个第二电离室20中进一步被电离，最后输入到反应室30内。这样，多级第二电离室20可以提高第二反应气体的电离程度，提高第二反应气体的利用率，同时也提高了反应室30内等离子体的浓度，加速薄膜沉积的速度，另外还减少了整个装置1的废气排放。
本实施例还提出了一种化学气相沉积方法，应用于上述实施例的用于化学气相沉积的装置，其包括以下步骤：在第一电离室将第一反应气体电离成第一等离子体，并将第一等离子体传送到反应室；在第二电离室将第二反应气体电离成第二等离子体，并将第二等离子体传送到反应室；所述第一等离体体和第二等离子体在反应室内发生化学反应，以在待加工器件的表面沉积薄膜。采用这种方法来在待加工器件的表面沉积薄膜形成的薄膜厚度更均匀。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。