CN113755822A - 一种用于原子层沉积系统的平板式放电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于原子层沉积系统的平板式放电装置，包括：金属壁，金属壁接地，金属壁包括：凹槽，凹槽设置在金属壁的上表面；第一通孔，第一通孔设置在凹槽的中心，且贯穿金属壁；金属板，金属板设置在凹槽内；石英管，石英管的底部固定设置在凹槽内，且石英管位于金属壁与金属板之间；电源接口，电源接口设置在第一通孔内，电源接口一端与射频电源电连接，另一端与金属板电连接；陶瓷件，陶瓷件设置在第一通孔内，且位于电源接口与金属壁之间；其中，陶瓷件与石英管相连接，将金属板与金属壁隔开。解决了现有技术中ALD等离子体发生系统气体离化率低，结构复杂的技术问题，达到了提高气体离化率，结构简单的技术效果。
Description
技术领域
本发明涉及冶金设备技术领域，特别涉及一种用于原子层沉积系统的平板式放电装置。
背景技术
原子层沉积(Atomic Layer Deposition,ALD)是在一个加热的反应器中的衬底上方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超薄薄膜。等离子体增强原子层沉积(Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition,PEALD)是对ALD技术的扩展,通过等离子体的引入,产生大量活性自由基,增强了前驱体物质的反应活性,从而拓展了ALD对前驱源的选择范围和应用要求，缩短了反应周期的时间,同时也降低了对样品沉积温度的要求,可以实现低温甚至常温沉积,特别适合于对温度敏感材料和柔性材料上的薄膜沉积。另外,等离子体的引入可以进一步的去除薄膜中的杂质,可以获得更低的电阻率和更高的薄膜致密度等。此外,等离子体还可以对反应腔室进行清洗以及对基片进行表面活化处理等。广泛应用于半导体集成电路、微机械系统、太阳能、光学、工业催化、食品、医疗等领域。
但本申请发明人发现上述现有技术至少存在如下技术问题：
传统的ALD等离子体发生系统采用射频感应耦合放电的方式，气体离化率较低，而且其结构较为复杂。
发明内容
本发明提供了一种用于原子层沉积系统的平板式放电装置，解决了现有技术中ALD等离子体发生系统气体离化率低，结构复杂的技术问题，达到了提高气体离化率，结构简单的技术效果。
为解决上述问题，本发明实施例提供了一种用于原子层沉积系统的平板式放电装置，所述平板式放电装置包括：金属壁，所述金属壁接地，所述金属壁包括：凹槽，所述凹槽设置在所述金属壁的上表面；第一通孔，所述第一通孔设置在所述凹槽的中心，且贯穿所述金属壁；金属板，所述金属板设置在所述凹槽内；石英管，所述石英管的底部固定设置在所述凹槽内，且所述石英管位于所述金属壁与所述金属板之间；电源接口，所述电源接口设置在所述第一通孔内，所述电源接口一端与射频电源电连接，另一端与所述金属板电连接；陶瓷件，所述陶瓷件设置在所述第一通孔内，且位于所述电源接口与所述金属壁之间；其中，所述陶瓷件与所述石英管相连接，将所述金属板与所述金属壁隔开。
优选的，所述平板式放电装置还包括：M个进气孔，M个所述进气孔均匀设置在所述金属板上，M为正整数；第一进气端，所述第一进气端设置在所述金属壁的侧壁上，所述第一进气端通过第一管道与所述进气孔连通。。
优选的，所述平板式放电装置还包括：M个绝缘柱，所述绝缘柱固定设置在所述进气孔内，且M个绝缘柱与M个所述进气孔一一对应。
优选的，所述平板式放电装置还包括：加热装置，所述加热装置设置在所述金属壁的下部；加热管，所述加热管设置在所述石英管的四周，且所述加热管与所述加热装置连接。
优选的，所述金属板通过螺栓固定在所述电源接口上，且与所述电源接口电连接；其中，所述螺栓的材质为金属。
优选的，所述石英管的高度为50mm-150mm。
优选的，所述石英管的高度为110mm。
优选的，所述平板式放电装置还包括：金属密封，所述金属密封设置在所述射频电源接口与所述金属壁之间。
优选的，所述射频电源的射频功率为300瓦。
优选的，所述平板式放电装置还包括：第二进气端，所述第二进气端设置在所述金属壁的侧壁上，所述第二进气端通过第二管道与所述进气孔连通。
本发明实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种技术效果：
本发明实施例提供了一种用于原子层沉积系统的平板式放电装置，所述平板式放电装置包括：金属壁接地，电源接口一端与射频电源电连接，另一端与金属板电连接。所述金属板的电势与所述射频电源的电压相等，所述金属板与所述金属壁形成平板电容，气体在所述平板电容的高强电场下被离化。石英管位于所述金属壁与所述金属板之间，避免所述金属板与所述金属壁处于同一电位，使所述金属板、所述金属壁构成平板式电容。陶瓷件设置在所述电源接口与所述金属壁之间，且所述陶瓷件与所述石英管相连接，将所述金属板与所述金属壁隔开，使所述金属板、所述金属壁电位不同。所述射频电源通过所述金属板进行放电，所述金属板直接与所述石英管内的气体接触，使所述气体离化。与传统的感应耦合放电方式相比，增大了气体与射频电源的接触面积，提高了气体的离化率。达到了提高气体离化率，结构简单的技术效果。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
图1为本发明实施例中一种用于原子层沉积系统的平板式放电装置的结构示意图。
附图标记说明：石英管1；金属壁2；第一进气端3；加热装置4；陶瓷件5；电源接口6；螺栓7；金属板8；绝缘柱9；第二进气端10。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种用于原子层沉积系统的平板式放电装置，解决了现有技术中ALD等离子体发生系统气体离化率低，结构复杂的技术问题，达到了提高气体离化率，结构简单的技术效果。
本发明实施例中的技术方案，总体结构如下：
一种用于原子层沉积系统的平板式放电装置，所述平板式放电装置包括：金属壁，所述金属壁接地，所述金属壁包括：凹槽，所述凹槽设置在所述金属壁的上表面；第一通孔，所述第一通孔设置在所述凹槽的中心，且贯穿所述金属壁；金属板，所述金属板设置在所述凹槽内；石英管，所述石英管的底部固定设置在所述凹槽内，且所述石英管位于所述金属壁与所述金属板之间；电源接口，所述电源接口设置在所述第一通孔内，所述电源接口一端与射频电源电连接，另一端与所述金属板电连接；陶瓷件，所述陶瓷件设置在所述第一通孔内，且位于所述电源接口与所述金属壁之间；其中，所述陶瓷件与所述石英管相连接，将所述金属板与所述金属壁隔开。通过上述用于原子层沉积系统的平板式放电装置解决了现有技术中ALD等离子体发生系统气体离化率低，结构复杂的技术问题，达到了提高气体离化率，结构简单的技术效果。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
本发明实施例提供了一种用于原子层沉积系统的平板式放电装置，请参考附图1，所述平板式放电装置包括：
金属壁2，所述金属壁2接地，所述金属壁2包括：
凹槽，所述凹槽设置在所述金属壁2的上表面；
第一通孔，所述第一通孔设置在所述凹槽的中心，且贯穿所述金属壁2；
具体而言，所述金属壁2为所述原子层沉积系统的外腔体的金属壁，所述金属壁2为圆盘状结构，所述金属壁2上表面的直径为第一直径。所述金属壁2的上表面向下凹陷一定深度，形成所述凹槽，所述凹槽为圆形，所述凹槽的直径为第二直径，所述第二直径小于所述第一直径，所述凹槽的圆心与所述金属壁2的圆心重合。所述第一通孔设置在所述凹槽的中心，且贯穿所述金属壁2。所述金属壁2与地线电连接，即所述金属壁2的电位为0。
金属板8，所述金属板8设置在所述凹槽内；
具体而言，所述金属板8设置在所述凹槽的底部，所述金属板8与射频电源连接，所述金属板8与所述金属壁2构成平板式电容。
石英管1，所述石英管1的底部固定设置在所述凹槽内，且所述石英管1位于所述金属壁2与所述金属板8之间；
具体而言，所述石英管1为杯状，设置在所述原子层沉积系统的腔室内，原子层沉积反应在所述石英管1内完成。所述石英管1的底部设置在所述凹槽的底部，所述金属板8设置在所述石英管1内，且位于所述石英管1的底部。所述石英管1用于将所述金属板8与所述金属壁2隔离开，一方面，避免所述金属板8与所述金属壁2处于同一电位，使所述金属板8、所述金属壁2构成平板式电容；另一方面，避免所述射频电源的电压过高，在所述金属板8、所述金属壁2之间造成电弧放电现象；第三方面，将等离子体限制在所述石英管1内，提高所述等离子体的浓度，使原子层沉积更加高效。
电源接口6，所述电源接口6设置在所述第一通孔内，所述电源接口6一端与射频电源电连接，另一端与所述金属板8电连接；
进一步的，所述金属板8通过螺栓7固定在所述电源接口6上，且与所述电源接口6电连接；其中，所述螺栓7的材质为金属。
具体而言，所述电源接口6设置在所述第一通孔内，所述金属板8的中心设置一第二通孔，所述石英管1底部的中心设置一第三通孔，所述第二通孔、所述第三通孔的内径相等，且所述第二通孔的轴线与所述第三通孔的轴线重合。所述螺栓7穿过所述第二通孔、所述第三通孔固定在所述电源接口6的上端，所述电源接口6的下端与射频电源电连接。所述螺栓7由两个作用：①将所述金属板8固定到所述电源接口6上；②连通所述金属板8与所述电源接口6，从而达到连通所述金属板8与所述射频电源的技术效果。
所述射频电源通过所述金属板8进行放电，所述金属板8直接与所述石英管1内的气体接触，使所述气体离化。与传统的感应耦合放电方式相比，增大了气体与射频电源的接触面积，提高了气体的离化率。
陶瓷件5，所述陶瓷件5设置在所述第一通孔内，且位于所述电源接口6与所述金属壁2之间；
其中，所述陶瓷件5与所述石英管1相连接，将所述金属板8与所述金属壁2隔开；
具体而言，所述陶瓷件5为圆筒状，所述陶瓷件5的内径与所述电源接口6的外径相匹配，所述陶瓷件5的外径与所述第一通孔相匹配。所述陶瓷件5设置在所述第一通孔内，且位于所述电源接口6的外部，即所述陶瓷件5将所述第一通孔的侧壁与所述电源接口6隔离开。所述陶瓷件5的上端与所述第三通孔的侧壁相连接，即所述陶瓷件5与所述石英管1连接，达到将所述金属壁2与所述电源接口6、所述金属板8隔离开，确保所述金属板8与所述金属壁2之间存在电压差。所述金属板8、所述电源接口6的电势等于所述射频电源的电压，所述金属壁2的电势为0。
进一步的，所述平板式放电装置还包括：M个进气孔，M个所述进气孔均匀设置在所述金属板8上，M为正整数。
第一进气端3，所述第一进气端3设置在所述金属壁2的侧壁上，所述第一进气端3通过第一管道与所述进气孔连通。
具体而言，所述金属板8上均匀设置M个所述进气孔，所述进气孔通过所述第一管道与所述第一进气端3连通，气体通过所述第一进气端3、所述进气孔进入所述石英管1内。样品设置在所述石英管1内，所述气体进入所述石英管1内后，在高强电压的作用下，所述气体在所述石英管1内发生离化，离化后的所述气体沉积在所述样品上。
所述平板式放电装置还包括：第二进气端10，所述第二进气端10设置在所述金属壁2的侧壁上，所述第二进气端10通过第二管道与所述进气孔连通。
具体而言，所述第一进气端3、所述第二进气端10同时向所述进气孔提供气体，保证了气体的充足供应。
进一步的，所述平板式放电装置还包括：M个绝缘柱9，所述绝缘柱9固定设置在所述进气孔内，且M个绝缘柱9与M个所述进气孔一一对应。
具体而言，所述绝缘柱9由绝缘材料制成，所述绝缘柱9为圆筒状，设置在所述进气孔内，气体通过所述绝缘柱9进入所述石英管1内。所述绝缘柱9的上表面与所述金属板8的上表面平齐，且与所述进气孔同圆心。一个所述进气孔内设置一个所述绝缘柱9，所述绝缘柱9可有效避免所述气体通入所述石英管1内时，在所述进气孔处产生电弧。
进一步的，所述平板式放电装置还包括：加热装置4，所述加热装置4设置在所述金属壁2的下部；加热管，所述加热管设置在所述石英管1的四周，且所述加热管与所述加热装置4连接。
具体而言，所述加热管环绕在所述石英管1的四周，用于对所述石英管1进行加热，从而达到对所述石英管1内部进行加热的技术效果。所述石英管1内部的温度升高，可使所述石英管1内气体的活性更高，更容易受到电场的激发而离化，进一步提高所述气体的离化率。
进一步的，所述石英管1的高度为50mm-150mm。
进一步的，所述石英管1的高度为110mm。
具体而言，所述石英管1的高度过低时，气体在所述石英管1内不能充分离化；所述石英管1的高度过高时，浪费石英材料。优选的，所述石英管1的高度为50mm-150mm。最优选的，所述石英管1的高度为110mm。
进一步的，所述平板式放电装置还包括：金属密封，所述金属密封设置在所述射频电源接口6与所述金属壁2之间。
具体而言，所述金属密封设置在所述射频电源接口6与所述金属壁2之间，用于密封所述电源接口6与所述金属壁2之间的缝隙，达到保证所述石英管1内的超高真空环境的技术效果。进一步的，所述金属密封具体为无氧铜垫密封圈。
进一步的，所述射频电源的射频功率为300瓦。
通过本实施例中的用于原子层沉积系统的平板式放电装置，解决了现有技术中ALD等离子体发生系统气体离化率低，结构复杂的技术问题，达到了提高气体离化率，结构简单的技术效果。
实施例二
发明实施例还提供了一种原子层沉积方法，所述方法使用包含所述平板式放电装置的所述原子层沉积系统，请参考附图1，所述方法包括：
步骤1：将样品固定在所述石英管1内；
步骤2：打开所述加热装置4，打开所述射频电源；
具体而言，打开所述射频电源，所述金属板8的电势等于所述射频电源的电压，所述金属板8与所述金属壁2形成平板式电容。打开所述加热装置4，使所述石英管1内的温度达到预定温度，为气体的电离做准备。
步骤3：向所述石英管1内通入第一气体；
具体而言，通过所述进气孔，将所述第一气体在通入所述石英管1内，在高强电压的作用下，所述第一气体被离化，离化后的所述第一气体粘附在所述样品表面，形成第一薄膜。
步骤4：停止向所述石英管1内通入所述第一气体，向所述石英管1内通入惰性气体；
具体而言，待第一薄膜形成后，停止向所述石英管1内通入所述第一气体。通过所述进气孔向所述石英管1内通入惰性气体，所述惰性气体用于将所述第一石英管1内的所述第一气体吹走，所述第一气体随所述原子层沉积系统的真空系统排出所述石英管1。
步骤5：停止向所述石英管1内通入所述惰性气体，向所述石英管1内通入第二气体；
具体而言，向所述石英管1内通入一段时间的所述惰性气体后，所述石英管1内没有所述第一气体，只有所述惰性气体。此时，停止向所述石英管1内通入所述惰性气体，通过所述进气孔向所述石英管1内通入所述第二气体，在高强电压的作用下，所述第二气体被离化，离化后的所述第二气体粘附在所述第一薄膜上，形成第二薄膜。
步骤6：停止向所述石英管1内通入所述第二气体，向所述石英管1内通入惰性气体；
具体而言，待所述第二薄膜形成后，停止向所述石英管1内通入所述第二气体。通过所述进气孔向所述石英管1内通入所述惰性气体，所述惰性气体用于将所述第一石英管1内的所述第二气体吹走，所述第二气体随所述原子层沉积系统的真空系统排出所述石英管1。
步骤7：判断所述第一薄膜、所述第二薄膜的厚度之和是否符合标准，若不符合标准，继续步骤3-7；
具体而言，判断所述第一薄膜、所述第二薄膜的厚度之和是否达到预定厚度，若没有达到所述预定厚度，继续步骤3-7，继续在所述样品上沉积所述第一薄膜、所述第二薄膜。
步骤8：关闭所述射频电源、所述加热装置4。
具体而言，若所述第一薄膜、所述第二薄膜的厚度之和达到所述预定厚度，关闭所述射频电源、所述加热装置4，取出所述样品，对所述样品的原子层沉积操作结束。
通过本实施例中的原子层沉积方法，解决了现有技术中ALD等离子体发生系统气体离化率低，结构复杂的技术问题，达到了提高气体离化率，结构简单的技术效果。
本发明实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种技术效果：
本发明实施例提供了一种用于原子层沉积系统的平板式放电装置，所述平板式放电装置包括：金属壁接地，电源接口一端与射频电源电连接，另一端与金属板电连接。所述金属板的电势与所述射频电源的电压相等，所述金属板与所述金属壁形成平板电容，气体在所述平板电容的高强电场下被离化。石英管位于所述金属壁与所述金属板之间，避免所述金属板与所述金属壁处于同一电位，使所述金属板、所述金属壁构成平板式电容。陶瓷件位于所述电源接口与所述金属壁之间，且所述陶瓷件与所述石英管相连接，将所述金属板与所述金属壁隔开，使所述金属板、所述金属壁电位不同。所述射频电源通过所述金属板进行放电，所述金属板直接与所述石英管内的气体接触，使所述气体离化。与传统的感应耦合放电方式相比，增大了气体与射频电源的接触面积，提高了气体的离化率。达到了提高气体离化率，结构简单的技术效果。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明实施例的精神和范围。这样，倘若本发明实施例的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种用于原子层沉积系统的平板式放电装置，其特征在于，所述平板式放电装置包括：
金属壁，所述金属壁接地，所述金属壁包括：
凹槽，所述凹槽设置在所述金属壁的上表面；
第一通孔，所述第一通孔设置在所述凹槽的中心，且贯穿所述金属壁；
金属板，所述金属板设置在所述凹槽内；
石英管，所述石英管的底部固定设置在所述凹槽内，且所述石英管位于所述金属壁与所述金属板之间；
电源接口，所述电源接口设置在所述第一通孔内，所述电源接口一端与射频电源电连接，另一端与所述金属板电连接；
陶瓷件，所述陶瓷件设置在所述第一通孔内，且位于所述电源接口与所述金属壁之间；
其中，所述陶瓷件与所述石英管相连接，将所述金属板与所述金属壁隔开。
2.如权利要求1所述的平板式放电装置，其特征在于，所述平板式放电装置还包括：
M个进气孔，M个所述进气孔均匀设置在所述金属板上，且M为正整数；
第一进气端，所述第一进气端设置在所述金属壁的侧壁上，所述第一进气端通过第一管道与所述进气孔连通。
3.如权利要求2所述的平板式放电装置，其特征在于，所述平板式放电装置还包括：
M个绝缘柱，所述绝缘柱固定设置在所述进气孔内，且M个绝缘柱与M个所述进气孔一一对应。
4.如权利要求1所述的平板式放电装置，其特征在于，所述平板式放电装置还包括：
加热装置，所述加热装置设置在所述金属壁的下部；
加热管，所述加热管设置在所述石英管的四周，且所述加热管与所述加热装置连接。
5.如权利要求1所述的平板式放电装置，其特征在于，所述金属板通过螺栓固定在所述电源接口上，且与所述电源接口电连接；
其中，所述螺栓的材质为金属。
6.如权利要求1所述的平板式放电装置，其特征在于，所述石英管的高度为50mm-150mm。
7.如权利要求1所述的平板式放电装置，其特征在于，所述石英管的高度为110mm。
8.如权利要求1所述的平板式放电装置，其特征在于，所述平板式放电装置还包括：
金属密封，所述金属密封设置在所述射频电源接口与所述金属壁之间。
9.如权利要求1所述的平板式放电装置，其特征在于，所述射频电源的射频功率为300瓦。
10.如权利要求2所述的平板式放电装置，其特征在于，所述平板式放电装置还包括：
第二进气端，所述第二进气端设置在所述金属壁的侧壁上，所述第二进气端通过第二管道与所述进气孔连通。
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2020
- 2020-06-04 CN CN202010502077.4A patent/CN113755822B/zh active Active
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