本發明涉及一種用于化學氣相沉積的裝置和化學氣相沉積方法。
背景技術：
等離子體增強化學氣相沉積(簡稱pecvd)被廣泛應用于低溫沉積高質量薄膜的方法。例如，在半導體和平板顯示行業中，pecvd設備用于制備氮化硅薄膜(sin)，氧化硅薄膜(sio)和非晶硅薄膜(asi)薄膜。pecvd設備在采用低溫多晶硅工藝(ltps)或有機發光二極管工藝(oled)制作液晶顯示裝置方面尤其顯得不可或缺。
pecvd設備設置有電離室。電離室內設置有相互平行的上電極板和下電極板。上電極板和下電極板分別連接射頻電源(rfpower)和接地。射頻電源打開后，上電極板和下電極板之間形成快速變化的電場。將反應氣體充入到上電極板和下電極板之間后，反應氣體被部分電離形成等離子體。以氮化硅薄膜制備為例，基板放置在下電極板上，將甲硅烷(sih4)和氨氣(nh3)通入到電離室內后，部分甲硅烷(sih4)和氨氣(nh3)被電離，硅離子和氮離子結合后在基板的表面沉積成氮化硅薄膜(sin)。然而，隨著激發頻率的提高，在上、下極板間形成的電勢駐波效應明顯。電勢駐波效應會導致上、下極板間的等離子體密度不一致，具體地，等離子體在基板的中部分布密集、在基板的邊緣分布稀疏，進而導致薄膜在基板的中部沉積快、在基板的邊緣沉積慢。由此，沉積出的薄膜的厚度會不均勻，極大的影響了產品質量。
另外，由于由于上、下電極板之間形成的電場僅能電離部分反應氣體，這樣就僅利用了少量的反應氣體。而余下的反應氣體通常有一定的毒性，需要消耗大量的燃料來焚燒這些反應氣體，并且反應氣體被焚燒后會產生成大量造成空氣污染的粉塵(例如sio和sio2粉塵)。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題為如何制備薄膜能使得薄膜更均勻。
針對上述技術問題，本發明提出了一種用于化學氣相沉積的裝置，其包括：第一電離室，用于將第一反應氣體電離，生成第一等離子體；第二電離室，用于將第二反應氣體電離，生成第二等離子體；反應室，與所述第一電離室和第二電離室連接，用于接收第一等離子體和第二等離子體，及用于承載待加工器件。
在一個具體的實施例中，所述裝置設置有依次串聯接通的多個第一電離室，其中，反應室與最后一級第一電離室相接通。
在一個具體的實施例中，所述裝置設置有依次串聯接通的多個第二電離室，其中，反應室與最后一級第二電離室相接通。
在一個具體的實施例中，反應室包括反應腔室、設置在反應腔室內的載臺以及設置在反應腔室內且位于載臺上方的均化器，其中，均化器與第一電離室、第二電離室均相通，所述均化器朝向所述載臺的一側均勻設置多個排氣口。
在一個具體的實施例中，第一電離室和包括密閉的第一電離腔室以及設置在第一電離腔室內的第一功率電極和第一接地電極，第二電離室和包括密閉的第二電離腔室以及設置在第二電離腔室內的第二功率電極和第二接地電極。
在一個具體的實施例中，第一接地電極和第二接地電極均構造為平板結構，第一功率電極朝向第一接地電極的一面構造為與第一接地電極平行的平面結構，第二功率電極朝向第二接地電極的一面構造為與第二接地電極平行的平面結構。
在一個具體的實施例中，第一電離室設置有連通第一電離腔室的第一進氣口，第一功率電極構造為設置有與第一進氣口相通的第一氣體入口的盒體，在第一功率電極朝向第一接地電極的一面上均勻布置多個第一氣體出口，第二電離室設置有連通第二電離腔室的第二進氣口，第二功率電極構造為設置有與第二進氣口相通的第二氣體入口的盒體，在第二功率電極朝向第二接地電極的一面上均勻布置多個第二氣體出口。
在一個具體的實施例中，第一功率電極設置成與第一接地電極平行的扁平結構，第二功率電極設置成與第二接地電極平行的扁平結構。
在一個具體的實施例中，第一接地電極和第二接地電極均水平布置。
本發明還提出了一種化學氣相沉積方法，其包括以下步驟：在第一電離室將第一反應氣體電離成第一等離子體，并將第一等離子體傳送到反應室；在第二電離室將第二反應氣體電離成第二等離子體，并將第二等離子體傳送到反應室；所述第一等離體體和第二等離子體在反應室內發生化學反應，以在反應室內的待加工器件的表面沉積薄膜。
本發明的用于化學氣相沉積的裝置以及化學氣相沉積方法，在第一電離室將第一反應氣體電離生成第一等離子體，在第二電離室將第二反應氣體電離生成第二等離子體，再將第一等離子體和第二等離子體都傳送到反應室，在反應室發生化學反應，以在反應室內的待加工器件的表面沉積薄膜；因為在待加工器件表面沉積薄膜的速率并不會受到傳統的多種電磁場效應，例如，電勢駐波效應、趨膚效應等因素的影響而導致成膜速率不相同，所以待加工器件表面成膜的均勻程度提高。
附圖說明
在下文中將基于實施例并參考附圖來對本發明進行更詳細的描述。其中：
圖1顯示了本發明的一個實施例中的用于化學氣相沉積的裝置。
在附圖中，相同的部件使用相同的附圖標記。附圖并未按照實際的比例繪制。
具體實施方式
下面將結合附圖對本發明作進一步說明。
圖1顯示了本實施例中的一種用于化學氣相沉積的裝置1。該裝置1包括第一電離室10、第二電離室20以及反應室30。反應室30連通第一電離室10和第二電離室20。第一電離室10用于將第一反應氣體進行電離，使得輸入到第一電離室10中的第一反應氣體轉化為等離子態而生成第一等離子體。第二電離室20用于將第二反應氣體進行電離，使得輸入到第二電離室20中的第二反應氣體轉化為等離子態而生成第二等離子體。反應室30用于承載待加工器件2，該待加工器件2可以是透明基板，例如玻璃基板、陣列基板或彩膜基板。第一等離子體和第二等離子體輸送到反應室30內混合，第一等離子體和第二等離子體在反應室內發生化學反應，在待加工器件2暴露于混合氣體中的表面上均勻沉積成薄膜。
在本實施例中，第一電離室10包括密閉的第一電離腔室11以及設置在第一電離腔室11內的第一功率電極12和第一接地電極13。第一電離腔室11可以是矩形空腔或柱形空腔。第一電離室10設置有連通第一電離腔室11的第一進氣口14和第一出氣口15。第一進氣口14用于輸入第一反應氣體，第一出氣口15用于輸出第一等離子體。第一功率電極12和第一接地電極13均設置在第一電離腔室11。第一功率電極12和第一接地電極13均為導體，其制作材料優選為銅。第一功率電極12和第一接地電極13分別連接射頻電源和接地。第一功率電極12和第一接地電極13相互靠近設置。射頻電源打開后向第一功率電極12加載高頻電壓，第一功率電極12和第一接地電極13之間產生快速變化電磁場。通過第一進氣口14向第一電離腔室11內注入第一反應氣體，第一反應氣體在通過該電磁場時第一反應氣體中的部分氣體被電離成第一等離子體，然后通過第一出氣口15輸出第一電離腔室11。
第二電離室20包括密閉的第二電離腔室21以及設置在第二電離腔室21內的第二功率電極22和第二接地電極23。第二電離腔室21可以是矩形空腔或柱形空腔。第二電離室20設置有連通第二電離腔室21的第二進氣口24和第二出氣口25。第二進氣口24用于輸入第二反應氣體，第二出氣口25用于輸出第二等離子體。第二功率電極22和第二接地電極23均設置在第二電離腔室21。第二功率電極22和第二接地電極23均為導體，其制作材料優選為銅。第二功率電極22和第二接地電極23分別連接射頻電源和接地。第二功率電極22和第二接地電極23相互靠近設置。射頻電源打開后向第二功率電極22加載高頻電壓，第二功率電極22和第二接地電極23之間產生快速變化電磁場。通過第二進氣口24向第二電離腔室21內注入第二反應氣體，第二反應氣體在通過該電磁場時第二反應氣體中的部分氣體被電離成等第二離子體，然后通過第二出氣口25輸出第二電離腔室21。
在本實施例中，反應室30包括反應腔室33以及設置在反應腔室33內的載臺31。反應腔室33可以是矩形空腔或柱形空腔結構。反應室30設置有連通反應腔室33的混合氣體入口34。混合氣體入口34優選設置在反應室30的頂端。第一電離室10的第一出氣口15和第二電離室20的第二出氣口25均與混合氣體入口34相接通。第一電離室10中的第一等離子體和第二電離室20中的第二等離子體通過混合氣體入口34輸入到反應室30內。載臺31的頂端水平設置，用于承載待加工器件2。載臺31可以設置成水平布置的平板結構。當第一反應氣體和第二反應氣體分別在第一電離室10和第二電離室20中被電離后通過混合氣體入口34同時輸入到反應室30內，第一等離子體和第二等離子體發生化學反應而在待加工器件2的表面沉積出薄膜。例如，當第一反應氣體為甲硅烷(sih4)、第二反應氣體為氨氣(nh3)時，在待加工器件2的表面上沉積氮化硅薄膜；當第一反應氣體為甲硅烷(sih4)、第二反應氣體為一氧化二氮(n2o)時，在待加工器件2的表面上沉積氧化硅薄膜。在反應室30內，在待加工器件2表面沉積薄膜的速率并不會受到傳統的多種電磁場效應，例如，電勢駐波效應、趨膚效應等因素的影響而導致成膜速率不相同，由此，待加工器件2表面成膜的均勻程度提高。
優選地，反應室30還包括與反應腔室33相接通的廢氣出口36，該裝置1還包括設置在廢氣出口36的真空泵(圖中未示出)。真空泵用于對反應腔室33內抽真空以使得反應腔室33內形成負壓。這樣既能驅動第一等離子體和第二等離子體進入到反應室30中又能及時排出反應室30中多余的廢氣。
優選地，反應室30還包括設置在載臺31上方的均化器32。均化器32構造為與混合氣體入口34相通的盒體。均化器32朝向載臺21的底面與載臺31的頂面平行。在均化器32朝向載臺31的一面上均勻布置多個排氣口37，即排氣口37設置在均化器32的底部。均化器32可以是矩形盒體或圓柱形盒體。第一等離子體和第二等離子體混合后在均化器32內進一步均勻混合，然后通過多個排氣口37均勻地噴入到均化器32和載臺31之間的空間里，這就極大的提高了分布在此空間內的反應氣體的均勻程度，在待加工器件2表面生長的薄膜的生長速率更均勻，進而薄膜厚度更均勻。
優選地，第一接地電極13和第二接地電極23構造為平板結構。第一功率電極12朝向第一接地電極13的一面構造為與第一接地電極13平行的平面結構。第二功率電極22朝向第二接地電極23的一面構造為與第二接地電極23平行的平面結構。這樣，第一接地電極13和第一功率電極12以及第二接地電極23和第二功率電極22之間的間距均勻，射頻電源打開后，第一功率電極12與第一接地電極13以及第二功率電極22與第二接地電極23之間形成的電場的電場分布均勻，這樣有利于提高第一接地電極13與第一功率電極12以及第二接地電極23與第二功率電極22之間的電壓，進而能提高反應氣體被電離的份額。
更優選地，第一功率電極12構造為設置有與第一進氣口14相通的第一氣體入口16的盒體。在第一功率電極12朝向第一接地電極13的一面上均勻布置多個第一氣體出口17。第一功率電極12和第二功率電極22可以是矩形盒體或圓柱形盒體。第一氣體入口16與第一進氣口14相接通。第一氣體入口16優選設置在第一功率電極12的頂部，第一氣體出口17設置在第一功率電極12的底部。第一氣體出口17的內徑小于第一氣體入口16的內徑。第一功率電極12內的空腔構成連通第一氣體入口16與第一氣體出口17的通道。由于第一氣體入口16與第一進氣口14相接通，第一反應氣體可以依次通過第一進氣口14和第一氣體入口16而進入到第一功率電極12內，最后從多個第一氣體出口17均勻地噴入到第一功率電極12和第一接地電極13之間空間里，這就極大的提高了分布在此空間內的第一反應氣體的均勻程度，極大地提高了第一反應氣體被電離的程度。
第二功率電極22構造為設置有與第二進氣口24相通的第二氣體入口26的盒體。在第二功率電極22朝向第二接地電極23的一面上均勻布置多個第二氣體出口27。第二功率電極22和第二功率電極22可以是矩形盒體或圓柱形盒體。第二氣體入口26與第二進氣口24相接通。第二氣體入口26優選設置在第二功率電極22的頂部，第二氣體出口27設置在第二功率電極22的底部。第二氣體出口27的內徑小于第二氣體入口26的內徑。第二功率電極22內的空腔構成連通第二氣體入口26與第二氣體出口27的通道。由于第二氣體入口26與第二進氣口24相接通，第二反應氣體可以依次通過第二進氣口24和第二氣體入口26而進入到第二功率電極22內，最后從多個第二氣體出口27均勻地噴入到第二功率電極22和第二接地電極23之間空間里，這就極大的提高了分布在此空間內的第二反應氣體的均勻程度，極大地提高了第二反應氣體被電離的程度。
更優選地，第一接地電極13和第二接地電極23呈水平設置。這樣，第一反應氣體在流入到第一功率電極12和第一接地電極13之間后在此處滯留時受重力影響小，第一反應氣體能更均勻地分布在此處，同理，第二反應氣體也能更均勻地分布在第二功率電極22和第二接地電極23。更優選地，第一出氣口15設置在第一接地電極13的底部，第一接地電極13的側壁到第一電離腔室11的側壁的距離相等。第一反應氣體從第一接地電極13的側壁與第一電離腔室11的側壁之間的間隙通過時，間隙各處的反應氣體流速相同，這樣更有利用第一反應氣體在第一接地電極13上方區域的均勻分布。第二出氣口25設置在第二接地電極23的底部，第二接地電極23的側壁到第二電離腔室21的側壁的距離相等。同理，第二反應氣體在第二接地電極23上方區域內分布更均勻。
更優選地，第一功率電極12設置成與第一接地電極13平行的扁平結構，第二功率電極22設置成與第二接地電極23平行的扁平結構，這樣能減小第一功率電極12和第二功率電極22所占的體積，從而減小整個裝置1的體積。
更優選地，第一電離室10設置有多個，多個第一電離室10依次串聯接通。即第一電離室10兩兩相通，兩個第一電離室10中的一個第一電離室10的第一進氣口14與另一個第一電離室10的第一出氣口15相接通。最后一級第一電離室10的第一出氣口15與反應室30相接通。第一反應氣體能依次通過每個第一電離室10，并在每個第一電離室10中進一步被電離，最后輸入到反應室30內。這樣，多級第一電離室10可以提高第一反應氣體的電離程度，提高第一反應氣體的利用率，同時也提高了反應室30內等離子體的濃度，加速薄膜沉積的速度，另外還減少了整個裝置1的廢氣排放。
更優選地，第二電離室20設置有多個，多個第二電離室20依次串聯接通。即第二電離室20兩兩相通，兩個第二電離室20中的一個第二電離室20的第二進氣口24與另一個第二電離室20的第二出氣口25相接通。最后一級第二電離室20的第二出氣口25與反應室30相接通。第二反應氣體能依次通過每個第二電離室20，并在每個第二電離室20中進一步被電離，最后輸入到反應室30內。這樣，多級第二電離室20可以提高第二反應氣體的電離程度，提高第二反應氣體的利用率，同時也提高了反應室30內等離子體的濃度，加速薄膜沉積的速度，另外還減少了整個裝置1的廢氣排放。
本實施例還提出了一種化學氣相沉積方法，應用于上述實施例的用于化學氣相沉積的裝置，其包括以下步驟：在第一電離室將第一反應氣體電離成第一等離子體，并將第一等離子體傳送到反應室；在第二電離室將第二反應氣體電離成第二等離子體，并將第二等離子體傳送到反應室；所述第一等離體體和第二等離子體在反應室內發生化學反應，以在待加工器件的表面沉積薄膜。采用這種方法來在待加工器件的表面沉積薄膜形成的薄膜厚度更均勻。
雖然已經參考優選實施例對本發明進行了描述，但在不脫離本發明的范圍的情況下，可以對其進行各種改進并且可以用等效物替換其中的部件。尤其是，只要不存在結構沖突，各個實施例中所提到的各項技術特征均可以任意方式組合起來。本發明并不局限于文中公開的特定實施例，而是包括落入權利要求的范圍內的所有技術方案。