一种柔性类氧化硅薄膜生长装置的制作方法

本发明涉及一种薄膜生长装置，特别涉及一种柔性类氧化硅薄膜生长装置。

背景技术：

随着柔性电子产品的迅速发展，柔性薄膜封装材料变得异常重要。柔性电子产品要求柔性封装薄膜既要致密防止氧气、水和其他物质的进入，又要有机械柔性。通常用于低温生长致密封装材料如三氧化二铝的设备是原子层沉积设备(ald)。虽然ald可以生长致密的三氧化二铝，但是生长速度非常慢，而且三氧化二铝薄膜韧性不足，在弯折的过程中非常容易产生微裂孔，不能长时间有效保护器件免受环境中氧气或水蒸气的侵入。

除了三氧化二铝，致密的封装材料还有氧化硅和氮化硅，这两种材料可以用离子增强型化学气相沉积设备(pecvd)生长。常规的pecvd生长出质量较好的氧化硅或氮化硅需要加热到300℃以上，而柔性电子产品的材料、器件和基底一般无法承受较高的温度。因此常规pecvd基本上无法满足用于柔性电子封装的薄膜生长。而且常规pecvd用于致密薄膜材料生长的气源如硅烷、氨气、氢气等都有较大的危险性。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供了一种柔性类氧化硅薄膜生长装置，以达到可以在室温下制备柔性的类氧化硅薄膜，具有很好的封装性能，可作为很好的柔性绝缘介质材料使用的目的。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种柔性类氧化硅薄膜生长装置，包括反应腔体和与反应腔体连接的气路系统、控制系统、真空系统和尾气处理系统；

所述反应腔体内部悬空水平设置射频电极，所述射频电极连接射频电源的正极，所述反应腔体连接射频电源的负极；所述射频电极下方设置气体混匀器，所述反应腔体的顶盖内侧固定用于沉积薄膜的衬底，所述衬底正面朝向射频电极，所述气体混匀器通过反应腔体上的气体入口连接气路系统，所述反应腔体上开设气体出口一连接真空系统；

所述气路系统包括六甲基硅氧烷储罐、氮气储罐、氧气储罐、和四氟化碳储罐，每个储罐分别通过分支管路连接反应腔体前端的主管路，所述主管路连接气体混匀器；

所述真空系统末端连接尾气处理系统。

上述方案中，所述六甲基硅氧烷储罐连接的分支管路和氮气储罐连接的分支管路之间设置旁路，所述旁路上设置旁路控制开关。

上述方案中，所述反应腔体的顶盖内侧到射频电极的距离为5-25mm。

上述方案中，每个所述分支管路上均分别设置气体流量计和气体流量开关。

上述方案中，所述控制系统分别控制射频电源、真空系统、气体流量开关和旁路控制开关。

上述方案中，所述尾气处理系统包括水池，所述水池前端通过管路连接真空系统，所述水池末端连接实验室的尾气排放管道。

上述方案中，所述反应腔体的顶盖上设置温度传感器，所述温度传感器连接控制系统。

上述方案中，所述反应腔体的顶盖上设置一圈用于固定密封圈的沟槽。

上述方案中，所述反应腔体侧壁开设气体出口二，所述气体出口二上设置阀门。

上述方案中，所述真空系统包括机械泵、分子泵和真空度控制装置，真空度控制装置位于机械泵和反应腔体之间。

通过上述技术方案，本发明提供的柔性类氧化硅薄膜生长装置具有如下有益效果：

1、本装置在室温下生长柔性类氧化硅薄膜，对反应器件和基底的耐高温要求低，选择性多；

2、本装置选择了无毒、无危险性的气源六甲基硅氧烷、氮气和氧气，通过分支管路经过主管路混匀后进入反应腔体内，反应后经过尾气处理系统处理后，对环境无危害。

3、通过本装置的射频电极将气体激发成等离子体状态，然后发生化学沉积反应得到薄膜，生长速率快；

4、通过本装置制备的薄膜其致密度类似于热氧化的二氧化硅，由于生长过程中六甲基硅氧烷被氧气氧化后绝大多数剩余的是硅和氧，有很少的氮、碳和氢，少量的碳和氢使这种薄膜具有很好的机械柔性；

5、通过本装置制备的薄膜可用作很好的柔性薄膜封装材料，其台阶覆盖性好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本发明实施例所公开的一种柔性类氧化硅薄膜生长装置整体示意图；

图2为本发明实施例所公开的反应腔体内部结构示意图；

图3为本发明实施例所公开的反应腔体顶盖结构示意图；

图4为本发明实施例所公开的射频电极结构示意图；

图5为本发明实施例所公开的气体混匀器结构示意图。

图中，1、反应腔体；2、射频电极；3、气体混匀器；4、顶盖；5、衬底；6、气体入口；7、气体出口一；8、气体出口二；9、温度传感器；10、沟槽；11、六甲基硅氧烷储罐；12、氮气储罐；13、氧气储罐；14、四氟化碳储罐；15、分支管路；16、主管路；17、出气孔；18、旁路；19、旁路控制开关；20、气体流量计；21、气体流量开关；22、机械泵；23、分子泵；24、真空度控制装置；25、水池；26、支架。

具体实施方式

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。

本发明提供了一种柔性类氧化硅薄膜生长装置，如图1所示，包括反应腔体1和与反应腔体1连接的气路系统、控制系统、真空系统和尾气处理系统。

如图2所示，反应腔体1内部悬空水平设置射频电极2，射频电极2连接射频电源的正极，反应腔体1连接射频电源的负极；射频电极2下方设置气体混匀器3，反应腔体1的顶盖4内侧固定用于沉积薄膜的衬底5，衬底5正面朝向图4所示的射频电极2，气体混匀器3通过反应腔体1上的气体入口6连接气路系统，反应腔体1底部开设气体出口一7连接真空系统。反应腔体1侧壁开设气体出口二8，气体出口二8上设置阀门，气体出口二8用来排放反应腔体1内的气体，当压力过高时可通过气体出口二8排放。反应腔体1的顶盖4上设置温度传感器9，用于监测反应腔体1内的温度。反应腔体的顶盖内侧到射频电极的距离为5-25mm。

射频电极2和气体混匀器3均安装于支架26上，支架26底部固定于反应腔体1底部。

如图3所示，反应腔体1的顶盖4上设置一圈用于固定密封圈的沟槽10，顶盖4与反应腔体1之间通过密封圈进行密封。

气路系统包括六甲基硅氧烷储罐11、氮气储罐12、氧气储罐13、和四氟化碳储罐14，每个储罐分别通过分支管路15连接反应腔体1前端的主管路16，主管路16连接气体混匀器3，气体混匀器3如图5所示，其上部分有多个出气孔17。六甲基硅氧烷储罐11连接的分支管路15和氮气储罐12连接的分支管路15之间设置旁路18，旁路18上设置旁路控制开关19，旁路18的设置用于氮气吹扫六甲基硅氧烷储罐11连接的分支管路15中残余的气体。每个分支管路15上均分别设置气体流量计20和气体流量开关21。

真空系统包括机械泵22、分子泵23和真空度控制装置24，真空度控制装置24位于机械泵22和反应腔体1之间，真空度控制装置24可以保证在化学沉积过程中，反应腔体1内保持一定的真空度。真空系统末端连接尾气处理系统。尾气处理系统包括水池25，用于处理等离子体增强型化学气相沉积设备的生长气体和反应腔体清理气体反应后的尾气。水池25前端通过管路连接真空系统，水池末端连接实验室的尾气排放管道。

控制系统分别控制射频电源、真空系统、气体流量计20、气体流量开关21、旁路控制开关19和温度传感器9。

本装置在使用时，将衬底5通过螺丝固定于反应腔体1的顶盖4内侧，正面朝下，如图3所示，然后利用真空系统对反应腔体1抽真空，当达到设定的真空度时，打开六甲基硅氧烷储罐11、氮气储罐12、氧气储罐13连接的分支管路15上的气体流量开关21，然后打开射频电源，射频电极2把反应腔体1内的反应气体激发到等离子体状态，六甲基硅氧烷、氮气和氧气的等离子体发生化学沉积反应，开始在衬底5上生长薄膜；

薄膜生长到期望的厚度时，关闭射频电源，然后关闭氧气、氮气和六甲基硅氧烷的气体流量开关21，关闭真空系统，打开氮气储罐12连接的分支管路15上的气体流量开关21，以及旁路控制开关19，对反应腔体1进行充气，达到大气压后开启反应腔的顶盖4，取出样品，盖上顶盖4，打开真空系统开始抽真空，10分钟后开启四氟化碳气体，打开射频电源，四氟化碳等离子体刻蚀反应腔体1内在材料生长时沉积的类氧化硅，对反应腔体1进行清洗。清洗后，先关掉射频电源，然后关掉四氟化碳气体。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。