一种气体簇射装置的制作方法

本实用新型涉及气相材料化学反应制备薄膜装置的技术领域，特别是涉及一种气体簇射装置。

背景技术：

基于气相材料化学反应制备薄膜的技术已经成熟，其代表性的镀膜方法之一是原子层沉积技术。目前原子层沉积技术能够制备的薄膜材料包括金属氧化物、金属氮化物、金属氟化物、金属以及金属硫化物等。原子层沉积技术中，反应物以气体形式沉积在基板表面，形成一个亚单层，随后另一种反应物沉积在同一个基板表面并发生化学反应。由于原子层沉积镀膜独特的化学物理过程，薄膜具有良好的共形性和高的台阶覆盖率。随着半导体器件的微细化以及微结构光学器件的发展，原子层沉积获得了广阔的应用范围和应用前景。

有效的控制反应气体在表面上的分布对原子层沉积薄膜的厚度均匀性是极其重要的。目前控制气体分布的技术手段有多种，对于原子层沉积实现气体的均匀分布而言，通常包括行进法和簇射法。行进法中，气流在流经管道的过程中均匀的覆盖到样品上形成一个吸附层；对于一部分材料的镀膜，簇射方法能够使气体分布的均匀性更好。然而传统的气体簇射装置基本结构为一个多孔的金属板，气体从管道流出后经过金属板的各个空沉积到期间表面。由于气体的进气管道通常远小于簇射金属板，管道出口位置附近的气体密度大于其他位置，反而容易引起薄膜厚度的不均匀。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种气体簇射装置，以解决上述现有技术存在的问题，使簇射气体的均匀性提高，并可以在高温、腐蚀性气体等工况下运行。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：

本实用新型提供了一种气体簇射装置，包括依次连接的进气缓冲结构、第一气体匀化结构和第二气体匀化结构，所述进气缓冲结构的进气口用于与进气管道连接，所述进气缓冲结构的出气口与所述第一气体匀化结构连通，所述第一气体匀化结构上设置有若干个粗气体簇射孔，所述第二气体匀化结构上设置有若干个细气体簇射孔，所述粗气体簇射孔的孔径大于所述细气体簇射孔的孔径，所述第一气体匀化结构与所述第二气体匀化结构连通，所述第二气体匀化结构的底部用于与原子层沉积镀膜机的真空腔壁连接。

优选的，所述进气缓冲结构的出气口呈喇叭口状。

优选的，所述进气缓冲结构与所述第一气体匀化结构、所述第一气体匀化结构与第二气体匀化结构、所述第二气体匀化结构的底部与原子层沉积镀膜机的真空腔壁之间均通过法兰和螺栓连接，所述法兰上设置刀口槽，所述刀口槽与一金属垫圈相匹配。

优选的，所述进气缓冲结构与所述第一气体匀化结构之间设置有第一气体缓冲腔，所述第一气体匀化结构与第二气体匀化结构之间设置有第二气体缓冲腔。

优选的，所述第一气体匀化结构中心的上表面上设置有一球面凹槽。

优选的，所述第一气体匀化结构沿径向分布的粗气体簇射孔的孔径逐渐变大或者粗气体簇射孔分布密度逐渐增大，所述第二气体匀化结构上均布有若干个细气体簇射孔，所述细气体簇射孔的分布密度比所述粗气体簇射孔分布密度大。

优选的，所述粗气体簇射孔和所述细气体簇射孔的下端口呈喇叭口状。

优选的，所述进气缓冲结构的进气口与所述进气管道焊接或者螺接。

优选的，所述进气缓冲结构、所述第一气体匀化结构和所述第二气体匀化结构的外径的截面均为圆形、方形或其他多边形。

本实用新型相对于现有技术取得了以下技术效果：

本实用新型进气缓冲结构实现了进气的初步减压和发散，并采用了第一气体匀化结构和第二气体匀化结构，提高簇射气体在基板处的空间分布均匀性；利用各部件之间形成的具有一定的高度的缓冲空间，进一步提高气体匀化效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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为本实用新型气体簇射装置的结构示意图；

图2为本实用新型气体簇射装置中气体流通的示意图；

图3为本实用新型中第一气体匀化结构的结构示意图；

图4为本实用新型图3中A-A的结构示意剖视图；

图5为本实用新型中第二气体匀化结构的结构示意图；

图6为本实用新型图5中B-B的结构示意剖视图；

图7为本实用新型图1中C处的结构示意图；

其中：1-进气缓冲结构，2-第一气体匀化结构，3-第二气体匀化结构，4- 进气管道，5-真空腔壁，6-球面凹槽，7-粗气体簇射孔，8-法兰，9-刀口槽， 10-螺栓，11-金属垫圈，12-细气体簇射孔，13-第一气体缓冲腔，14-第二气体缓冲腔。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的目的是提供一种气体簇射装置，以解决现有技术存在的问题，使簇射气体的均匀性提高，并可以在高温、腐蚀性气体等工况下运行。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1至图7所示：本实施例提供了一种气体簇射装置，包括依次连接的进气缓冲结构1、第一气体匀化结构2和第二气体匀化结构3，本实施例中的进气缓冲结构1、第一气体匀化结构2和第二气体匀化结构3的外径的截面均为圆形、方形或其他多边形。通过第一气体匀化结构2和第二气体匀化结构3的设置，提高了入射气体的空间分布均匀性。

进气缓冲结构1的进气口用于与进气管道4连接，本实施例中进气缓冲结构1的进气口与进气管道4为焊接或者螺接。进气缓冲结构1的出气口与第一气体匀化结构2连通，进气缓冲结构1的出气口呈喇叭口状。采用满足流体力学的喇叭口状出气口，扩大了气体束流直径且降低了气体的流速，初步实现了对气体的匀化。第一气体匀化结构2中心的上表面上设置有一球面凹槽6，可以进一步将气体中心向周侧扩大并降低气流流速。

具体的，第一气体匀化结构2上设置有若干个粗气体簇射孔7，第二气体匀化结构3上设置有若干个细气体簇射孔12，粗气体簇射孔7的孔径均大于细气体簇射孔12的孔径，第一气体匀化结构2与第二气体匀化结构3连通，第二气体匀化结构3的底部用于与原子层沉积镀膜机的真空腔壁5连接。第一气体匀化结构2可以均布有若干的粗气体簇射孔7，本实施例中优选，第一气体匀化结构2沿径向分布的粗气体簇射孔7的孔径逐渐变大或者粗气体簇射孔7的分布密度逐渐增大，第二气体匀化结构3上均布有若干个细气体簇射孔12，细气体簇射孔12的分布密度比粗气体簇射孔7分布密度大。经过第一气体均匀结构后，气体在通过第二气体均匀结构时，各部位的压力分布基本平衡，因此通过调整第一气体匀化结构2和第二气体匀化结构3上的气体簇射孔的密度分布，可以有效地控制通过气体的空间分布均匀性。粗气体簇射孔7和细气体簇射孔12的下端口呈喇叭口状。粗气体簇射孔7的分布不均匀，是因为第一气体匀化结构2中心区域的气流密度大，可以将粗气体簇射孔7的密度适当小些，而边缘位置的气流密度较小，可以将粗气体簇射孔7的密度适当增大，增加气体通过率，从而使气体匀化。在需要调整镀膜基板表面气体密度分布的过程中，也可以通过更换不同的细气体簇射孔12 分布的第二气体匀化结构3来实现气体密度分布的调整。

进气缓冲结构1与第一气体匀化结构2、第一气体匀化结构2与第二气体匀化结构3、第二气体匀化结构3的底部与原子层沉积镀膜机的真空腔壁5 之间均通过法兰8和螺栓10连接，法兰8上设置刀口槽9，一对刀口槽9与一金属垫圈11相匹配。各部件之间采用带刀口槽9的法兰8密封连接，密封部件全是金属件，具有优良的气密性，还有耐高温和耐腐蚀气体的性能，维护和更换方便。

进气缓冲结构1与第一气体匀化结构2之间设置有第一气体缓冲腔13，第一气体匀化结构2与第二气体匀化结构3之间设置有第二气体缓冲腔14，两个缓冲腔可以使气体充分混合，提高气体分布的均匀性。

本说明书中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。