一种微波等离子体化学气相沉积装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开一种微波等离子体化学气相沉积装置，包括由反应腔上盖和反应台组成的反应腔，反应腔下方设置有相连接的矩形波导和同轴波导；同轴波导的中心轴伸入在反应腔内，中心轴的上方同轴固定连接有用于放置衬底的样品台；反应腔上盖的中心开有气体导入口，反应腔上盖的颈部还设置均匀开有多个进气小孔的水平隔板，水平隔板和反应腔上盖的顶部之间形成气体缓冲混合腔，样品台上紧邻衬底的边缘外侧呈圆周分布均匀开有排气通道。本实用新型解决反应腔中的气体不能均匀的分布在衬底周围的问题。
【专利说明】 一种微波等离子体化学气相沉积装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及微波等离子体加工领域，特别涉及一种微波等离子体化学气相沉积装置。
【背景技术】
[0002]微波等离子体是利用微波能将气体电离形成的一种等离子体:在反应腔中的气体在微波能的激发下开始电离，形成由原子、原子团、离子和电子共存的混合物。化学气相沉积(Chemical vapor deposition,简称CVD)是反应物质在气态条件下发生电离或分解,在衬底表面反应并生成固态物质薄膜沉积，进而制得固体材料的工艺技术。微波等离子体CVD是利用微波能实现化学气相沉积的一种设备，具有产量大、质量高、成本低的优点，其原理是，利用微波在反应腔中发生共振，在中心形成强的电磁场区域，使该气体电离，形成等离子体，然后在衬底表面上形成固态物质沉积。
[0003]如图1所示，控制导入反应腔的气体流量和流出反应腔的气体流量可以使反应腔中维持规定的工作压强，但由于气体是从反应腔(由反应腔上盖4和反应台9组成)的底部的一侧A进入相对侧B排出的，因此导入反应腔中的气体不能均匀的分布在衬底上表面的区域，且未反应的气体不能及时排出腔体，最终导致不能在衬底上表面形成均匀的、高效率的、高质量的沉积薄膜，不能满足科研和大规模工业化生产的需求。
实用新型内容
[0004]本实用新型目的是提供一种微波等离子体化学气相沉积装置，解决反应腔中的气体不能均匀的分布在衬底表面周围的问题。
[0005]本实用新型所采用的技术方案是:一种微波等离子体化学气相沉积装置，其特征在于，包括由反应腔上盖和反应台组成的反应腔，所述反应腔下方设置有相连接的矩形波导和同轴波导；所述同轴波导的中心轴伸入在所述反应腔内，所述中心轴的上方同轴固定连接有用于放置衬底的样品台；所述反应腔上盖的中心开有气体导入口，所述反应腔上盖的颈部还设置均匀开有多个进气小孔的水平隔板，所述水平隔板和反应腔上盖的顶部之间形成气体缓冲混合腔，所述样品台上紧邻衬底的边缘外侧呈圆周分布均匀开有排气通道。
[0006]进一步的，所述气体缓冲混合腔的中部具有一外凸式环状结构。
[0007]进一步的，所述排气通道包括呈圆周均匀分布开设在样品台上紧邻衬底的边缘外侧位置的多个竖直向排气小孔，所述竖直向排气小孔的下方通过水平向排气通道向中心汇聚后、与竖直向下贯穿中心轴开设的主排气通道相连通。
[0008]进一步的，所述排气通道包括呈圆周均匀分布开设在样品台上紧邻衬底的边缘外侧位置的多个竖直向排气小孔，所述多个竖直向排气小孔均与位于其下方的环形气体通道相连通，所述环形气体通道通过均匀对称设置的多个水平向排气通道向中心汇聚后、与竖直向下贯穿中心轴开设的主排气通道相连通。
[0009]进一步的，所述水平向排气通道的数量为四个且呈“十”字设置。[0010]进一步的，所述水平向排气通道的数量为两个且呈对称设置。
[0011]进一步的，所述排气通道包括呈圆周均匀分布开设在样品台上紧邻衬底的边缘外侧位置的多个竖直向排气小孔，所述多个竖直向排气小孔均与位于其下方的环形气体通道相连通，所述环形气体通道通过径向向外侧开设的水平向排气通道连接有石英管，所述各石英管的另一端紧邻样品台的外侧向下穿过反应台设置。
[0012]进一步的，所述水平向排气通道的数量为四个且呈“十”字设置。
[0013]进一步的，所述进气小孔的直径为I毫米。
[0014]进一步的，所述排气通道的宽度为1.5毫米。
[0015]本实用新型微波等离子体化学气相沉积装置通过上述方案，使气体均匀的分布在衬底表面周围，反应后的气体能及时排出以方便新导入的反应气体到达衬底表面，最终实现均匀的、高效率的、高质量的沉积薄膜，使之能够满足大规模工业化的生产需求。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为现有技术微波等离子体化学气相沉积装置的结构示意图；
[0017]图2为本实用新型实施例1的第一种结构示意图；
[0018]图3为本实用新型实施例1的第二种结构示意图；
[0019]图4为实施例1中的样品台上排气通道的第一种结构示意图；
[0020]图5为实施例1中的样品台上排气通道的第二种结构示意图；
[0021]图6为实施例1中的样品台上排气通道的第三种结构示意图；
[0022]图7为本实用新型实施例2的结构示意图；
[0023]图8为实施例2中的样品台上排气通道的结构示意图。
【具体实施方式】
[0024]实施例1
[0025]如图2所示，本实用新型一种微波等离子体化学气相沉积装置，包括由反应腔上盖4和反应台9组成的反应腔。反应腔下方设置有相连接的矩形波导I和同轴波导2，矩形波导I为水平向、且用于从微波发生器导入微波并传播TElO单模，同轴波导2为竖直向、且用于耦合并传播TMOl模和TM02模。反应台9具有与同轴波导2内腔形状和大小相同的通孔12，通孔12与同轴波导2的出口重合，同轴波导2的中心轴10通过通孔12伸入在反应腔内。
[0026]中心轴10的上方同轴固定连接有用于放置衬底13的样品台11。样品台11和反应台9之间密封连接有环形的石英窗3。石英窗3的上边缘与样品台11密封连接，下边缘与反应台9密封连接。之所以选择石英窗，是因为该材料可以较小的阻碍微波的传递，使用石英仅仅是最优的解决方案之一，也可以采用其他具有相同功能的材料，除此之外，石英窗密封连接还可以起到隔离大气，维持反应腔内低气压工作环境的作用。
[0027]反应腔上盖4的中心开有气体导入口 5。反应腔上盖4的颈部还设置均匀开多个有进气小孔7的水平隔板6，水平隔板6和反应腔上盖4的顶部之间形成气体缓冲混合腔，样品台11上紧邻衬底13的边缘外侧呈圆周分布均匀开有排气通道。优选的，进气小孔7的直径为I毫米。[0028]本实用新型的工作原理是:微波经过矩形波导I和同轴波导2后形成TMOl模和TM02模，其穿过石英窗3进入反应腔内，然后沿着样品台11底部由中心径向向外传播，当传播至样品台11的下表面边缘时，沿样品台11的边缘绕射传播至样品台11的上表面边沿，然后由四周向中心径向汇聚，在样品台11的上方形成强电场，进而使反应气体电离形成等离子体。另一方面:反应气体通过气体导入口 5进入，然后进入气体缓冲混合腔，气体经过短暂的缓冲后更加均匀，然后通过水平板6上开设直径约为I毫米的进气小孔7往下运动，均匀开设的进气小孔7使气体更为均匀的流动到衬底13表面区域，然后借助在其上面产生的微波电场使反应气体电离，形成均匀的等离子体，此后，气体通过样品台11上的排气通道排出。
[0029]如图3所示，本实施例中的第二种结构，气体缓冲混合腔的中部具有一外凸式环状结构。显然，上述外凸式环状结构是本技术方案与上述技术方案的唯一区别，其他结构均相同。通过上述方案，扩大了缓冲混合腔的横向空间，气体在进入气体缓冲混合腔时受到凸式环状侧壁的作用向中心流动，对冲式的效能混合方式能使气体混合的更充分，从而保证衬底表面上生长的薄膜质量更好。
[0030]如图4所示，排气通道包括呈圆周均匀分布开设在样品台11上紧邻衬底13的边缘外侧位置的多个竖直向排气小孔8，竖直向排气小孔8的下方通过水平向排气通道向中心汇聚后、与竖直向下贯穿中心轴10开设的主排气通道14相连通。优选的，竖直向排气小孔8的直径为1.5毫米。
[0031]或者，排气通道包括呈圆周均匀分布开设在样品台11上紧邻衬底13的边缘外侧位置的多个竖直向排气小孔8，多个竖直向排气小孔8均与位于其下方的环形气体通道相连通，环形气体通道通过均匀对称设置的多个水平向排气通道向中心汇聚后、与竖直向下贯穿中心轴10开设的主排气通道14相连通。如图5所示，水平向排气通道的数量为四个且呈“十”字设置。如图6所示，水平向排气通道的数量为两个且呈对称设置。优选的，竖直向排气小孔8的直径为1.5毫米。
[0032]在实际科研生产中，样品台11为复合层状结构，排气通道在其内部的联通方式可以各种各样，比如先联通各个竖直向排气小孔8然后再接入主排气通道14，也可以将每个竖直向排气小孔8按照一定的组合关系联通后，再汇聚，然后接入主排气通道14，还可以直接将每个竖直向排气小孔8直接接入主排气通道14，任何可能的联通方式都在本实用新型的保护范围之内。
[0033]另外，在样品台11的内部需要加入冷却装置，以保持衬底上具有最佳温度。
[0034]本实用新型在反应腔顶部设置气体导入口 5，气体再经气体缓冲混合腔进入在位于样品台11上的衬底上方区域，在微波电场的作用下产生电离，该种气体导入方式使气体均匀的分布在衬底上表面区域，再经排气通道排出反应腔。一方面，在反应腔内气体从上到下的流向保证了气体在衬底表面分布均匀，不会造成沉积不均匀；另一方面，在保持尽量少的装置元件的条件下(即不需要额外设置气体流出元件，只需要在现有的样品台11和中心轴10开排气通道)，使反应后的气体能及时流出反应腔，保证了沉积效率，增加气体利用率，使之能够满足大规模工业化的生产需求；最后，有利于气体在衬底13表面的分布，使导入的气体尽可能均匀地流经衬底表面区域，该区域也是微波电场较强区域，从而使气体利用率增高。[0035]反应腔的压力通过控制气体导入的总量和气体排出口外总排气管道处设置的压力控制器来调节。
[0036]实施例2
[0037]如图7所示，排气通道包括呈圆周均匀分布开设在样品台11上紧邻衬底13的边缘外侧位置的多个竖直向排气小孔8，多个竖直向排气小孔8均与位于其下方的环形气体通道相连通，环形气体通道通过径向向外侧开设的水平向排气通道连接有石英管15，各石英管15的另一端在样品台外侧紧邻侧面竖直向下穿过反应台9与外部管件相连接。结合图8所示，水平向排气通道的数量为四个且呈“十”字设置。优选的，进气小孔7的直径为I毫米，竖直向排气小孔8的直径为1.5毫米。
[0038]本实用新型提供的一种微波等离子体化学气相沉积装置，通过上述方案，改善了沉积成膜的效果和效率，提高了质量，增加了均匀度。
[0039]以上，仅为本实用新型的【具体实施方式】，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本【技术领域】的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
【权利要求】
1.一种微波等离子体化学气相沉积装置，其特征在于，包括由反应腔上盖(4)和反应台(9)组成的反应腔，所述反应腔下方设置有相连接的矩形波导(I)和同轴波导(2);所述同轴波导(2)的中心轴(10)伸入在所述反应腔内，所述中心轴(10)的上方同轴固定连接有用于放置衬底(13)的样品台(11);所述反应腔上盖(4)的中心开有气体导入口(5)，所述反应腔上盖(4)的颈部还设置均匀开有多个进气小孔(7)的水平隔板(6)，所述水平隔板(6)和反应腔上盖(4)的顶部之间形成气体缓冲混合腔，所述样品台(11)上紧邻衬底(13)的边缘外侧呈圆周分布均匀开有排气通道。
2.根据权利要求1所述的一种微波等离子体化学气相沉积装置，其特征在于，所述气体缓冲混合腔的中部具有一外凸式环状结构。
3.根据权利要求1或2所述的一种微波等离子体化学气相沉积装置，其特征在于，所述排气通道包括呈圆周均匀分布开设在样品台(11)上紧邻衬底(13)的边缘外侧位置的多个竖直向排气小孔(8)，所述竖直向排气小孔(8)的下方通过水平向排气通道向中心汇聚后、与竖直向下贯穿中心轴(10)开设的主排气通道(14)相连通。
4.根据权利要求1或2所述的一种微波等离子体化学气相沉积装置，其特征在于，所述排气通道包括呈圆周均匀分布开设在样品台(11)上紧邻衬底(13)的边缘外侧位置的多个竖直向排气小孔(8)，所述多个竖直向排气小孔(8)均与位于其下方的环形气体通道相连通，所述环形气体通道通过均匀对称设置的多个水平向排气通道向中心汇聚后、与竖直向下贯穿中心轴(10)开设的主排气通道(14)相连通。
5.根据权利要求4所述的一种微波等离子体化学气相沉积装置，其特征在于，所述水平向排气通道的数量为四个且呈“十”字设置。
6.根据权利要求4所述的一种微波等离子体化学气相沉积装置，其特征在于，所述水平向排气通道的数量为两个且呈对称设置。
7.根据权利要求1或2所述的一种微波等离子体化学气相沉积装置，其特征在于，所述排气通道包括呈圆周均匀分布开设在样品台(11)上紧邻衬底(13)的边缘外侧位置的多个竖直向排气小孔(8)，所述多个竖直向排气小孔(8)均与位于其下方的环形气体通道相连通，所述环形气体通道通过径向向外侧开设的水平向排气通道连接有石英管(15)，所述各石英管(15)的另一端紧邻样品台(11)的外侧向下穿过反应台(9)设置。
8.根据权利要求7所述的一种微波等离子体化学气相沉积装置，其特征在于，所述水平向排气通道的数量为四个且呈“十”字设置。
9.根据权利要求1或2所述的一种微波等离子体化学气相沉积装置，其特征在于，所述进气小孔(7)的直径为I毫米。
10.根据权利要求1或2所述的一种微波等离子体化学气相沉积装置，其特征在于，所述排气通道的宽度为1.5毫米。
【文档编号】C23C16/511GK203653692SQ201320838383
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2013年12月18日 优先权日:2013年12月18日
【发明者】王宏兴 申请人:王宏兴