一种可变电场调制的远程等离子体原子层沉积系统技术方案

本发明专利技术属于原子层沉积技术领域，公开了一种可变电场调制的远程等离子体原子层沉积系统，包括：腔体；石英管；绝缘陶瓷组件；上电极盘；下电极盘；绝缘垫；加热盘；绝缘导热层；电源；继电器。解决了现有技术中薄膜沉积速率远小于理论预期，原子层沉积所得薄膜的晶体取向存在随机不可控性，所得薄膜多为存在较多缺陷的多晶薄膜的问题。通过在反应腔内引入大小和极性可任意设置的可变均匀电场，达到了增加衬底表面的吸附和化学反应活性位点，提高衬底表面的化学反应活性和薄膜覆盖率，进而实现原子层沉积原子精度分辨率的层状生长，调控薄膜的结晶和掺杂特性的技术效果。

A remote plasma atomic layer deposition system with variable electric field modulation

The invention belongs to the technical field of atomic layer deposition, a variable electric field modulated remote plasma atomic layer deposition system comprises a cavity; quartz tube; insulating ceramic components; the upper electrode plate; a lower electrode plate; insulating pad; heating plate; thermal insulation layer; power supply; relay. The present invention solves the problem that the film deposition rate in the prior art is much smaller than the theoretical expectation, and the crystal orientation of the film deposited by the atomic layer is random and uncontrollable, and the obtained film is mostly a polycrystalline film with more defects. By introducing the size and polarity of the variable can be arbitrarily set the uniform electric field in the reaction cavity, to increase adsorption and chemical reactive sites of the substrate surface, improve the coverage rate of the chemical reaction activity and substrate surface, and then realize the layered growth of atomic layer deposition atomic resolution precision technology, effect of crystallization and doping properties of thin films of the regulation.

【技术实现步骤摘要】
一种可变电场调制的远程等离子体原子层沉积系统
本专利技术涉及原子层沉积
，尤其涉及一种可变电场调制的远程等离子体原子层沉积系统。
技术介绍
原子层沉积生长技术(ALD)是一种单原子逐层生长的方法，与化学沉积相比具有先天的优势，它充分利用表面饱和反应，在原子层沉积过程中，新一层原子的化学反应与前一层直接关联，使每次反应只沉积一层原子，具有原子级别的高精度的可控性。ALD技术还具有高保形性的特点，逐渐成为微电子信息科学领域不可或缺的一种薄膜沉积技术。附加了远程等离子体源控制的ALD(PEALD)系统，增加了反应源的活性，扩展了反应源和沉积薄膜的种类。反应室中一直流过的清洁气体清除过剩的自由基和反应副产物，在无需极限真空的条件下，依然能避免杂质干扰。ALD技术发生的表面反应是自限制的，每次循环生长的薄膜都只是一个单原子层。然而实验过程中却发现通常ALD每层只能沉积单个原子层的15-60％左右。沉积速率远小于ALD单原子层膜的形式一层一层生长的理论预期，沉积所得薄膜的晶体取向存在随机不可控性，薄膜质量往往是存在较多缺陷的多晶薄膜，远远不能满足集成电路发展对材料精度的要求。
技术实现思路
本申请实施例通过提供一种可变电场调制的远程等离子体原子层沉积系统，解决了现有技术中薄膜沉积速率远小于理论预期，原子层沉积所得薄膜的晶体取向存在随机不可控性，所得薄膜多为存在较多缺陷的多晶薄膜的问题。本申请实施例提供一种可变电场调制的远程等离子体原子层沉积系统，包括：腔体；石英管，所述石英管位于所述腔体的正上方，所述石英管外绕有铜线圈；绝缘陶瓷组件，所述绝缘陶瓷组件位于所述石英管和所述腔体的连接处；上电极盘，所述上电极盘位于所述腔体内；下电极盘，所述下电极盘位于所述腔体内，所述下电极盘和所述上电极盘之间形成电场；绝缘垫，所述绝缘垫位于所述腔体内，所述绝缘垫位于所述腔体和所述上电极盘之间；加热盘，所述加热盘位于所述腔体内；绝缘导热层，所述绝缘导热层位于所述腔体内，所述绝缘导热层位于所述下电极盘和所述加热盘之间；电源，所述电源的接地端与所述腔体连接并接地；继电器，所述继电器的输入端与所述电源的正负极连接，所述继电器的输出端分别与所述上电极盘、所述下电极盘连接。优选的，所述上电极盘带有均匀分布的进气孔。优选的，所述继电器为真空陶瓷继电器。优选的，所述继电器的耐压范围为0～2000V。优选的，所述继电器通过软件控制实现电场大小和极性的设置。优选的，所述电源的电压范围为0～2000V。优选的，所述绝缘陶瓷组件为可拆卸绝缘陶瓷环。优选的，所述绝缘垫为陶瓷隔离垫。优选的，所述绝缘导热层为陶瓷盘。本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：1、在本申请实施例中，通过在反应腔内引入大小和极性可任意设置的可变均匀电场，在前驱体进气的过程中，利用电场对极性前驱体的偶极作用和对等离子体反应源的电场作用，来改变极性前驱体的取向分布和等离子体的运动方向和速度，增加衬底表面的吸附和化学反应活性位点，提高衬底表面的化学反应活性和薄膜覆盖率，进而实现原子层沉积原子精度分辨率的层状生长，调控薄膜的结晶和掺杂特性。2、在本申请实施例中，上电极盘带有均匀分布的进气孔，使得进入腔室的前驱体均匀分布。附图说明为了更清楚地说明本实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的一种可变电场调制的远程等离子体原子层沉积系统的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的上电极盘结构示意图。具体实施方式本申请实施例通过提供一种可变电场调制的远程等离子体原子层沉积系统，解决了现有技术中薄膜沉积速率远小于理论预期，原子层沉积所得薄膜的晶体取向存在随机不可控性，所得薄膜多为存在较多缺陷的多晶薄膜的问题。本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：一种可变电场调制的远程等离子体原子层沉积系统，在反应腔内引入大小和极性可任意设置的可变均匀电场，在前驱体进气的过程中，利用电场对极性前驱体的偶极作用和对等离子体反应源的电场作用，来改变极性前驱体的取向分布和等离子体的运动方向和速度，增加衬底表面的吸附和化学反应活性位点，提高衬底表面的化学反应活性和薄膜覆盖率，进而实现原子层沉积原子精度分辨率的层状生长，调控薄膜的结晶和掺杂特性。为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。本实施例提供了一种可变电场调制的远程等离子体原子层沉积系统，如图1所示，包括：石英管1；绝缘陶瓷组件2；绝缘垫3；上电极盘4；腔体5；下电极盘6；绝缘导热层7；加热盘8；继电器9；电源10。所述石英管1位于所述腔体5的正上方，所述石英管1外绕有铜线圈，用于电感耦合产生远程等离子体。所述绝缘陶瓷组件2位于所述石英管1和所述腔体5的连接处，用于将所述石英管1产生的等离子体与所述腔体5进行绝缘；所述绝缘陶瓷组件2为可拆卸绝缘陶瓷环。所述上电极盘4、所述下电极盘6位于所述腔体5内，所述下电极盘6和所述上电极盘4之间形成电场，对极性前驱体、等离子体前驱体进行调控。其中，所述上电极盘4带有均匀分布的进气孔，用于对进入腔室的前驱体进行均匀分布。衬底样品放在所述下电极盘4的表面。所述绝缘垫3位于所述腔体5内，所述绝缘垫3位于所述腔体5和所述上电极盘4之间，使得所述上电极盘4与所述腔体5之间绝缘；所述绝缘垫3为陶瓷隔离垫。所述加热盘8位于所述腔体5内。所述绝缘导热层7位于所述腔体5内，所述绝缘导热层7位于所述下电极盘6和所述加热盘8之间；所述绝缘导热层7为陶瓷盘。所述下电极盘6上摆放待沉积的衬底样品。所述下电极盘6与所述加热盘8之间通过绝缘导热的陶瓷盘进行隔离。所述绝缘导热层7一方面导热，给衬底加温；另一方面使得衬底与所述加热盘8绝缘。所述腔体5接地。所述电源10的接地端与所述腔体5连接并接地；所述电源10用于施加电场，用于实现上下电极极性的任意切换，所述电源10的电压范围为0～2000V。所述电源10具备低压控制端口，所述电源10的接地端与其自身的正负极不相连。所述继电器9的输入端与所述电源10的正负极连接，所述继电器9的输出端分别与所述上电极盘4、所述下电极盘6连接。所述继电器9为可耐高压0～2000V的真空陶瓷继电器，用于对电压的正负和极性进行控制与切换，可以给所述下电极盘6施加-2000V～+2000V的电压。所述继电器9通过软件控制实现电场大小和极性的任意设置。由此，在前驱体进气的过程中，利用电场对极性前驱体的偶极作用和对等离子体反应源的电场作用，改变极性前驱体的取向分布和等离子体的运动方向和速度，增加衬底表面的吸附和化学反应活性位点，提高衬底表面的化学反应活性和薄膜覆盖率，进而实现原子层沉积原子精度分辨率的层状生长，调控薄膜的结晶和掺杂特性。本专利技术实施例提供的一种可变电场调制的远程等离子体原子层沉积系统至少包括如下技术效果：1、在本申请实施例中，通过在反应腔内引入大小和极性可任意设置的可变均匀电场，在前驱体进气的过程中，利用电场对极性前驱体的偶极作用和对等离子体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可变电场调制的远程等离子体原子层沉积系统，其特征在于，包括：腔体；石英管，所述石英管位于所述腔体的正上方，所述石英管外绕有铜线圈；绝缘陶瓷组件，所述绝缘陶瓷组件位于所述石英管和所述腔体的连接处；上电极盘，所述上电极盘位于所述腔体内；下电极盘，所述下电极盘位于所述腔体内，所述下电极盘和所述上电极盘之间形成电场；绝缘垫，所述绝缘垫位于所述腔体内，所述绝缘垫位于所述腔体和所述上电极盘之间；加热盘，所述加热盘位于所述腔体内；绝缘导热层，所述绝缘导热层位于所述腔体内，所述绝缘导热层位于所述下电极盘和所述加热盘之间；电源，所述电源的接地端与所述腔体连接并接地；继电器，所述继电器的输入端与所述电源的正负极连接，所述继电器的输出端分别与所述上电极盘、所述下电极盘连接。

【技术特征摘要】
1.一种可变电场调制的远程等离子体原子层沉积系统，其特征在于，包括：腔体；石英管，所述石英管位于所述腔体的正上方，所述石英管外绕有铜线圈；绝缘陶瓷组件，所述绝缘陶瓷组件位于所述石英管和所述腔体的连接处；上电极盘，所述上电极盘位于所述腔体内；下电极盘，所述下电极盘位于所述腔体内，所述下电极盘和所述上电极盘之间形成电场；绝缘垫，所述绝缘垫位于所述腔体内，所述绝缘垫位于所述腔体和所述上电极盘之间；加热盘，所述加热盘位于所述腔体内；绝缘导热层，所述绝缘导热层位于所述腔体内，所述绝缘导热层位于所述下电极盘和所述加热盘之间；电源，所述电源的接地端与所述腔体连接并接地；继电器，所述继电器的输入端与所述电源的正负极连接，所述继电器的输出端分别与所述上电极盘、所述下电极盘连接。2.根据权利要求1所述的可变电场调制的远程等离子体原子层沉积系统，其特征在于，所述上电极盘带有均匀分布的进气孔。...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢维尔，程嵩，夏洋，李楠，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11