一種微波等離子體化學(xué)氣相沉積裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種微波等離子體化學(xué)氣相沉積裝置。包括由反應(yīng)腔上蓋和反應(yīng)臺(tái)組成的反應(yīng)腔，反應(yīng)腔下方設(shè)置有相連接的矩形波導(dǎo)和同軸波導(dǎo)；同軸波導(dǎo)的中心軸伸入在反應(yīng)腔內(nèi)，中心軸的上方同軸固定連接有用于放置襯底的樣品臺(tái)；反應(yīng)腔上蓋的中心開有氣體導(dǎo)入口，反應(yīng)腔上蓋的頸部還設(shè)置均勻開有進(jìn)氣小孔的水平隔板，水平隔板和反應(yīng)腔上蓋的上端面之間形成氣體緩沖混合腔，反應(yīng)臺(tái)上相對(duì)于樣品臺(tái)的邊緣外側(cè)均勻呈圓周分布開有一圈排氣通孔。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，更能實(shí)現(xiàn)均勻的、高效率的、高質(zhì)量的沉積薄膜。
【專利說(shuō)明】一種微波等離子體化學(xué)氣相沉積裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微波等離子體加工領(lǐng)域，特別涉及一種微波等離子體化學(xué)氣相沉積裝置?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]微波等離子體是利用微波能將氣體電離形成的一種等離子體:在反應(yīng)腔中的氣體在微波能的激發(fā)下開始電離，形成由原子、原子團(tuán)、離子和電子共存的混合物。化學(xué)氣相沉積(Chemical vapor deposition,簡(jiǎn)稱CVD)是反應(yīng)物質(zhì)在氣態(tài)條件下發(fā)生電離或分解,在襯底表面反應(yīng)并生成固態(tài)薄膜沉積，進(jìn)而制得固體材料的工藝技術(shù)。微波等離子體CVD是利用微波能實(shí)現(xiàn)化學(xué)氣相沉積的一種設(shè)備，具有產(chǎn)量大、質(zhì)量高、成本低的優(yōu)點(diǎn)，其原理是，利用微波在反應(yīng)腔中發(fā)生共振，在中心形成強(qiáng)的電磁場(chǎng)區(qū)域，使該氣體電離，形成等離子體，然后在襯底表面上形成固態(tài)薄膜沉積。
[0003]發(fā)明人在實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中存在以下技術(shù)問(wèn)題:
[0004]如圖1所示，控制導(dǎo)入反應(yīng)腔的氣體流量和流出反應(yīng)腔的氣體流量可以使反應(yīng)腔中維持規(guī)定的工作壓強(qiáng)，但由于氣體是從反應(yīng)腔(由反應(yīng)腔上蓋4和反應(yīng)臺(tái)9組成)的底部的一側(cè)A進(jìn)入相對(duì)側(cè)B排出的，因此導(dǎo)入反應(yīng)腔中的氣體不能均勻的分布在襯底上表面的區(qū)域，且反應(yīng)過(guò)的氣體不能及時(shí)排出腔體，最終導(dǎo)致不能在襯底上表面形成均勻的、高效率的、高質(zhì)量的沉積薄膜，不能滿足科研和大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的是提供一種微波等離子體化學(xué)氣相沉積裝置，與現(xiàn)有技術(shù)相比，更能實(shí)現(xiàn)均勻的、高效率的、高質(zhì)量的沉積薄膜。
[0006]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種微波等離子體化學(xué)氣相沉積裝置，包括由反應(yīng)腔上蓋和反應(yīng)臺(tái)組成的反應(yīng)腔，反應(yīng)腔下方設(shè)置有相連接的矩形波導(dǎo)和同軸波導(dǎo)；同軸波導(dǎo)的中心軸伸入在反應(yīng)腔內(nèi)，中心軸的上方同軸固定連接有用于放置襯底的樣品臺(tái)；反應(yīng)腔上蓋的中心開有氣體導(dǎo)入口，反應(yīng)腔上蓋的頸部還設(shè)置均勻開有進(jìn)氣小孔的水平隔板，水平隔板和反應(yīng)腔上蓋的上端面之間形成氣體緩沖混合腔，反應(yīng)臺(tái)上相對(duì)于樣品臺(tái)的邊緣外側(cè)均勻呈圓周分布開有一圈排氣通孔。
[0007]進(jìn)一步的，氣體緩沖混合腔的中部具有一外凸式環(huán)狀結(jié)構(gòu)。
[0008]進(jìn)一步的，進(jìn)氣小孔的直徑為I毫米。
[0009]進(jìn)一步的，排氣通孔的直徑為1.5毫米。
[0010]本發(fā)明微波等離子體化學(xué)氣相沉積裝置通過(guò)上述方案，使氣體均勻的分布在襯底周圍，反應(yīng)后的氣體能及時(shí)排出以方便新鮮的反應(yīng)氣體到達(dá)襯底表面，最終實(shí)現(xiàn)均勻的、高效率的、高質(zhì)量的沉積薄膜，使之能夠滿足大規(guī)模工業(yè)化的生產(chǎn)需求。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】[0011]圖1是現(xiàn)有技術(shù)微波等離子體化學(xué)氣相沉積裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖2為本發(fā)明微波等離子體化學(xué)氣相沉積裝置的第一種結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖3為本發(fā)明微波等離子體化學(xué)氣相沉積裝置的第二種結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]實(shí)施例1:
[0015]如圖2所示，本發(fā)明一種微波等離子體化學(xué)氣相沉積裝置，包括由反應(yīng)腔上蓋4和反應(yīng)臺(tái)9組成的反應(yīng)腔。反應(yīng)腔下方設(shè)置有相連接的矩形波導(dǎo)I和同軸波導(dǎo)2，矩形波導(dǎo)I為水平向、且用于從微波發(fā) 生器導(dǎo)入微波并傳播TElO單模，同軸波導(dǎo)2為豎直向、且用于耦合并傳播TMOl模和TM02模。反應(yīng)臺(tái)9具有與同軸波導(dǎo)2內(nèi)腔形狀和大小相同的通孔12，通孔12與同軸波導(dǎo)2的出口重合，同軸波導(dǎo)2的中心軸10通過(guò)通孔12伸入在反應(yīng)腔內(nèi)。
[0016]中心軸10的上方同軸固定連接有用于放置襯底13的樣品臺(tái)11，樣品臺(tái)11和反應(yīng)臺(tái)9之間密封連接有環(huán)形的石英窗3。石英窗3的上邊緣與樣品臺(tái)11密封連接，下邊緣與反應(yīng)臺(tái)9密封連接。之所以選擇石英窗，是因?yàn)樵摬牧峡梢暂^小的阻礙微波的傳遞，使用石英僅僅是最優(yōu)的解決方案之一，也可以采用其他具有相同功能的材料，除此之外，石英窗密封連接還可以起到隔離大氣，維持反應(yīng)腔內(nèi)低氣壓工作環(huán)境的作用。反應(yīng)腔上蓋4的中心開有氣體導(dǎo)入口 5，反應(yīng)腔上蓋4的頸部還設(shè)置均勻開有多個(gè)進(jìn)氣小孔7的水平隔板6，水平隔板6和反應(yīng)腔上蓋4的上端面之間形成氣體緩沖混合腔，反應(yīng)臺(tái)9上相對(duì)于樣品臺(tái)11的邊緣外側(cè)均勻呈圓周分布開有一圈排氣通孔8。優(yōu)選的，各進(jìn)氣小孔7的直徑均為I毫米，各排氣通孔8的直徑均為1.5毫米。
[0017]本發(fā)明的工作原理是:微波經(jīng)過(guò)矩形波導(dǎo)I和同軸波導(dǎo)2后形成TMOl模和TM02模，其穿過(guò)石英窗3進(jìn)入反應(yīng)腔內(nèi)，然后沿著樣品臺(tái)11底部由中心徑向向外傳播，當(dāng)傳播至樣品臺(tái)11的下表面邊緣時(shí)，沿樣品臺(tái)11的邊緣繞射傳播至樣品臺(tái)11的上表面邊沿，然后由四周向中心徑向匯聚，在樣品臺(tái)11的上方的襯底13上表面區(qū)域形成強(qiáng)電場(chǎng)，進(jìn)而使反應(yīng)氣體電離形成等離子體。另一方面:反應(yīng)氣體通過(guò)氣體導(dǎo)入口 5進(jìn)入，然后進(jìn)入氣體緩沖混合腔，氣體經(jīng)過(guò)短暫的緩沖后更加均勻，然后通過(guò)水平板6上開設(shè)的進(jìn)氣小孔7往下運(yùn)動(dòng)，均勻開設(shè)的進(jìn)氣小孔7使氣體更為均勻的流動(dòng)到襯底表面13表面附近，然后在微波場(chǎng)較強(qiáng)的區(qū)域產(chǎn)生電離，形成均勻的等離子體，此后，氣體通過(guò)在反應(yīng)臺(tái)9上開設(shè)的排氣通孔8排出反應(yīng)腔。
[0018]需要注意的是，在樣品臺(tái)11的內(nèi)部需要加入冷卻裝置，以保持襯底上表面具有最佳的溫度。
[0019]該裝置工作時(shí)，需要接入微波，因此需要在矩形波導(dǎo)I的接口處設(shè)置圓形的連接盤14，以導(dǎo)入微波進(jìn)入反應(yīng)腔內(nèi)。
[0020]本發(fā)明在反應(yīng)腔頂部均勻設(shè)置氣體導(dǎo)入口 5，氣體再經(jīng)氣體緩沖混合腔后從進(jìn)氣小孔7進(jìn)入在位于樣品臺(tái)11上方的強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)域被電離，使氣體均勻的分布在襯底表面區(qū)域，再經(jīng)均勻設(shè)置在反應(yīng)臺(tái)9上的排氣通孔8排出反應(yīng)腔。一方面，在反應(yīng)腔內(nèi)氣體從上到下的流向保證了氣體在襯底表面分布均勻，不會(huì)造成沉積不均勻；另一方面，在保持盡量少的裝置元件的條件下(即不需要額外設(shè)置氣體流出元件，只需要在現(xiàn)有的反應(yīng)臺(tái)9上開孔作為排氣通孔8)，且排氣通孔8緊鄰樣品臺(tái)11的邊緣外側(cè)設(shè)置，使反應(yīng)后的氣體能及時(shí)流出反應(yīng)腔，保證了沉積效率，增加氣體利用率，使之能夠滿足大規(guī)模工業(yè)化的生產(chǎn)需求。
[0021]反應(yīng)腔的壓力通過(guò)控制氣體導(dǎo)入的總量和氣體排出口外總排氣管道處設(shè)置的壓力控制器來(lái)調(diào)節(jié)。
[0022]實(shí)施2
[0023]如圖3所示，本實(shí)施例中，氣體緩沖混合腔的中部具有一外凸式環(huán)狀結(jié)構(gòu)。顯然，上述外凸式環(huán)狀結(jié)構(gòu)是本實(shí)施例與實(shí)施例1的唯一區(qū)別，其他結(jié)構(gòu)均相同。通過(guò)上述方案，擴(kuò)大了體緩沖混合腔的橫向空間，氣體在進(jìn)入氣體緩沖混合腔時(shí)受到凸式環(huán)狀側(cè)壁的作用向中心流動(dòng)，對(duì)沖式的效能混合方式能使氣體混合的更充分，從而保證襯底表面上生長(zhǎng)的
薄膜質(zhì)量更好。
[0024]本發(fā)明提供的一種微波等離子體化學(xué)氣相沉積裝置，通過(guò)上述方案，改善了沉積成膜的效果和效率，提高了質(zhì)量，增加了均勻度。
[0025]以上，僅為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因 此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種微波等離子體化學(xué)氣相沉積裝置，其特征在于，包括由反應(yīng)腔上蓋(4)和反應(yīng)臺(tái)(9)組成的反應(yīng)腔，所述反應(yīng)腔下方設(shè)置有相連接的矩形波導(dǎo)(I)和同軸波導(dǎo)(2);所述同軸波導(dǎo)(2)的中心軸(10)伸入在所述反應(yīng)腔內(nèi)，所述中心軸(10)的上方同軸固定連接有用于放置襯底(13)的樣品臺(tái)(11);所述反應(yīng)腔上蓋(4)的中心開有氣體導(dǎo)入口(5)，所述反應(yīng)腔上蓋(4)的頸部還設(shè)置均勻開有進(jìn)氣小孔(7)的水平隔板(6)，所述水平隔板(6)和反應(yīng)腔上蓋(4)的上端面之間形成氣體緩沖混合腔，所述反應(yīng)臺(tái)(9)上相對(duì)于樣品臺(tái)(11)的邊緣外側(cè)均勻呈圓周分布開有一圈排氣通孔(8)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微波等離子體化學(xué)氣相沉積裝置，其特征在于，所述氣體緩沖混合腔的中部具有一外凸式環(huán)狀結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種微波等離子體化學(xué)氣相沉積裝置，其特征在于，所述進(jìn)氣小孔(7)的直徑為I毫米。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種微波等離子體化學(xué)氣相沉積裝置，其特征在于，所述排氣通孔(8)的直徑為 1.5毫米。
【文檔編號(hào)】C23C16/511GK103695867SQ201310698154
【公開日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2013年12月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月18日
【發(fā)明者】王宏興 申請(qǐng)人:王宏興