CN110359033A - 反应腔及化学气相沉积装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种反应腔及化学气相沉积装置，反应腔包括腔本体和设置于腔本体内的支撑座和支架组件，支架组件包括第一支架和第二支架，第一支架的第一端和第二支架的第一端设置于支撑座上，第一支架的第二端和第二支架的第二端为自由端，且第一支架的第二端至支撑座的距离大于第二支架的第二端至支撑座的距离，第一支架的第二端用于朝向支撑座移动。本方案避免了样品表面与支架接触面上的沉积盲区，只需进行一次开炉沉积即可完成对整个样品表面的沉积覆盖，而不需要进行二次开炉沉积，很大程度上提高了沉积效率，降低生产消耗。

Description

反应腔及化学气相沉积装置

技术领域

本发明涉及化学气相沉积技术领域，尤其涉及一种反应腔及化学气相沉积装置。

背景技术

化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition)是通过化学反应的方式，利用加热、等离子激励或者光辐射等各种能源，在反应器内使气态或者蒸汽状态的化学物质气固界面上经过化学反应形成固体沉积物的技术。反应腔是化学气相沉积(CVD)设备的核心，决定了整个设备的性能。现有技术中，CVD沉积设备内的样品是直接放置在一固定的支撑座上。在反应过程中，样品与支撑座直接接触的部分由于不能与反应气体进行反应形成沉积盲区，需要停炉后将样品翻转后重新进行二次开炉才能在整个样品上均形成沉积层，此时方式费事费力费电，大大降低了沉积效率。因此，有必要提供一种新的反应腔以及化学气相沉积装置来解决上述技术问题。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种反应腔及化学气相沉积装置，旨在解决现有技术中不能一次开炉完成整个样品表面沉积的的问题。

为实现上述目的，本发明提出的反应腔，所述反应腔包括腔本体和设置于所述腔本体内的支撑座和支架组件，所述支架组件包括第一支架和第二支架，所述第一支架的第一端和所述第二支架的第一端设置于所述支撑座上，所述第一支架的第二端和所述第二支架的第二端为自由端，且所述第一支架的第二端至所述支撑座的距离大于所述第二支架的第二端至所述支撑座的距离，所述第一支架的第二端用于朝向所述支撑座移动。

优选地，所述第一支架为伸缩支架，所述伸缩支架的第二端在驱动组件的作用下朝所述支撑座移动。

优选地，所述驱动组件包括设置于所述支撑座内的伸缩缸，所述第一支架的第一端与所述伸缩缸的自由端连接。

优选地，所述第一支架为玻璃支架，所述玻璃支架在所述反应腔内的反应温度大于所述玻璃支架的软化温度时反生软化坍塌，以使得所述玻璃支架的第二端朝所述支撑座移动。

优选地，所述玻璃支架的材质包括氧化硅、氧化铝、氧化钠和氧化钙，且氧化硅、氧化铝、氧化钠和氧化钙的重量份数比为(40-60)份：(20-30)份：10份：10份。

优选地，所述支撑座上设置有石墨座，所述石墨座上设置有卡槽，所述第一支架卡设于所述卡槽内，所述第一支架的第二端套设有用于石墨帽。

优选地，所述石墨座包括底座、和与所述底座连接的套座和孔板，所述底座的一端设置有环槽，所述套座的一端设置有与所述环槽适配的环凸，所述孔板设置于所述底座和所述套座之间，所述底座内设置有容纳腔，所述套座内设置有所述卡槽，所述玻璃支架放置在所述孔板上，所述孔板上具有多个通孔。

优选地，所述第一支架和所述第二支架的数量均为多个，且所述第一支架和所述第二支架间隔均布在所述支撑座上。

优选地，所述支撑座包括基座和转台，所述基座与所述腔本体连接，所述转台转动地设置于所述基座上，所述第一支架和所述第二支架设置于所述转台上。

另外，本发明还提供了一种化学气相沉积装置，所述化学气相沉积装置包括如上述所述的反应腔。

本发明的反应腔包括腔本体和设置于腔本体内的支撑座和支架组件，支架组件包括第一支架和第二支架，第一支架的第一端和第二支架的第一端设置于支撑座上，第一支架的第二端和第二支架的第二端为自由端，且第一支架的第二端至支撑座的距离大于第二支架的第二端至支撑座的距离，第一支架的第二端能够朝向支撑座移动。在本技术方案中，第一支架和第二支架的第二端能够用于支撑待沉积样品，由于第一支架的第二端至支撑座的距离大于第二支架的第二端，因此在第一沉积阶段，由第一支架支撑待沉积样品，当第一沉积阶段完成时，控制第一支架的第二端朝向支撑座移动，此时半沉积样品跟随第一支架朝向支撑座移动。当第一支架的第二端移动至低于第二支架的第二端的高度位置时，半沉积样品变为由第二支架支撑，此时进行二次沉积，二次沉积时能够完成半沉积样品的与第一支架接触的部分的沉积，以实现整个样品的所有表面均形成沉积层。本方案避免了样品表面与支架接触面上的沉积盲区，只需进行一次开炉沉积即可完成对整个样品表面的沉积覆盖，而不需要进行二次开炉沉积，很大程度上提高了沉积效率，降低生产消耗。

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，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明一实施例中反应腔的结构示意图；

图2为图1的反应腔的另一视角的结构示意图；

图3为本发明另一实施例中反应腔的结构示意图；

图4为本发明实施例中玻璃支架的安装结构示意图；

图5为本发明实施例中石墨座的结构示意图；

图6为本发明实施例中孔板的结构示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				100	反应腔	131	第一支架
110	腔本体	132	第二支架
				111	进气口	140	石墨帽
112	出气口	150	石墨座
				120	支撑座	151	底座
121	转台	152	孔板
				122	基座	153	套座
123	转轴

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种反应腔及化学气相沉积装置，旨在解决现有技术中不能一次开炉完成整个样品表面沉积的的问题。

请参照图1至图3，本发明的一种实施例中，反应腔100包括腔本体110和设置于腔本体110内的支撑座120和支架组件，支架组件包括第一支架131和第二支架132，第一支架131的第一端和第二支架132的第一端设置于支撑座120上，第一支架131的第二端和第二支架132的第二端为自由端，用于支撑待沉积样品，第一支架131的第二端至支撑座120的距离大于第二支架132的第二端至支撑座120的距离，第一支架131的第二端能够朝向支撑座120移动。需要说明的是，第二支架132优选为固定设置在支撑座120上，以降低结构的复杂性。另外，第一支架131和第二支架132的横截面形状可以为圆形或多边形，在此不进行限定。

可以理解的是，反应腔100还包括进气口111和出气口112，外界的反应气体通过进气口111进入腔本体110内，反应气体经与样品反应后生成气态物质以及未反应完全的反应气体均经出气口112排除。在沉积过程中，首先由第一支架131支撑待沉积样品，经第一沉积阶段形成半沉积样品。经第一沉积阶段后，第一支架131的第二端朝向支撑座120移动，使得半沉积样品逐渐靠近第二支架132的第二端，且当第一支架131的第二端低于第二支架132的第二端时，半沉积样品被第二支架132的第二端支撑，此时，半沉积样品的与第一支架131沉积盲区暴露在反应气体形成的气氛中并与反应气体发生化学反应生成沉积层，即进入了第二沉积阶段，完成整个样品表面的沉积。

在本技术方案中，第一支架131的第二端用于在第一沉积阶段支撑待沉积样品，第二支架132的第二端用于在第二沉积阶段支撑半沉积样品，由第一支架131和第二支架132相互交替支撑，能够实现整个样品的所有表面均形成沉积层。本方案避免了样品表面与支架接触面上的沉积盲区，只需进行一次开炉沉积即可完成对整个样品表面的沉积覆盖，而不需要进行二次开炉沉积，很大程度上提高了沉积效率，降低生产消耗。

优选地，第一支架131至支撑座120的距离为20mm至100mm，且第二支架132至支撑座120的距离比第一支架131至支撑座120的距离要低3mm至5mm。此外，第一支架131的直径和第二支架132的直径均优选为5mm至20mm。

作为本发明的一具体实施例，参见图3，第一支架131为伸缩支架，且伸缩支架的第二端在驱动组件的作用下能够朝向支撑座120移动。可以理解的是，当完成第一沉积阶段时，伸缩支架在驱动组件的驱动下朝支撑座120伸缩，此时，支撑在伸缩支架第二端的半沉积样品逐渐靠近第一支架131，且当伸缩支架的第二端低于第二支架132的第二端时，由第二支架132的第二端支撑半沉积样品。需要注意的是，伸缩支架可以是支架本身具有伸缩功能，如伸缩支架由多节段的支架相互嵌套形成，且相邻节段的支架能够相互移动以实现伸缩功能，或者，伸缩支架本身不伸缩，而是由驱动组件带动其进行移动运动，在此不进行限定。

进一步地，驱动组件包括设置于支撑座120内的伸缩缸，且第一支架131的第一端与伸缩杆的自由端连接。此时，伸缩支架本身不伸缩，而是由驱动组件带动其进行移动运动。可以理解的是，支撑座120内设置有安装孔，伸缩缸设置于安装孔内。伸缩缸外接有控制系统，通过操作控制系统来控制伸缩缸的伸缩。伸缩缸可以为气压缸或者液压缸。

在其他实施例中，还可以伸缩支架本身具有伸缩功能，例如，伸缩支架包括第一段支架和第二段支架，第二段支架嵌套与第一段支架内，第一段支架与支撑座120连接，第一段支架的端部为伸缩支架的第二端。第二段支架内设置内齿，驱动组件包括驱动电机和传动杆，传动杆与驱动电机的输出轴连接，驱动电机驱动传动杆转动，传动杆上设置有与内螺纹啮合的外齿，当传动杆转动时，第二段支架能够沿第一段支架转动，从而实现第二端支架朝向支撑座120移动。驱动电机还可以用马达代替。

作为本发明的另一具体实施例，参见图1，第一支架131为玻璃支架，玻璃支架在反应腔100内的反应温度大于玻璃支架的软化温度时发生坍塌，以使得玻璃支架的第二端能够朝向支撑座120移动。其中，玻璃支架的软化温度高于反应气体与样品发生反应的反应温度。在第一沉积阶段，反应腔100内的温度为反应温度，此时反应气体与样品发生化学反应生成沉积层，当第一沉积阶段结束时，升高腔体温度至玻璃的软化温度，在软化温度下玻璃支架软化使得玻璃支架的高度不断变小，即玻璃支架朝向支撑座120移动。然后降低腔内温度至反应温度，此时与玻璃支架的第二端接触的样品表面暴露在反应气氛中，与反应气体发生化学反应，以完成整个样品表面的沉积。利用玻璃的自身属性来实现第一支架131的移动，能够极大的简化反应腔100的内部结果和机械结构，减少设备的维修成本。

另外，为了适应反应腔100内的高温环境，第二支架132优选为石墨支架，石墨支架能够耐受高温，且经济实惠。在其他实施例中，第二支架132还可以采用其他能够耐受高温的材质制成，如氧化硅陶瓷等。

需要说明的是，玻璃支架的材质包括氧化硅、氧化铝、氧化钠和氧化钙，且氧化硅、氧化铝、氧化钠和氧化钙的重量份数比为(40-60)份：(20-30)份：10份：10份，且玻璃支架的软化温度在1400至1600℃。优选地，氧化硅、氧化铝、氧化钠和氧化钙的重量份数比为50份：25份：10份：10份。

使用玻璃支架的沉积工艺是：首先对反应腔100进行抽真空处理至预设压力值(压力表值为-6至-2)，然后按照10-20℃/min的升温速率升温至900-1200℃后，并通入反应气体，并保温2-10h，以进行第一沉积阶段。保温结束后，升高温度至1400-1600℃并等待10min后降温至900-1200℃，保温2-10h后，停止通入气体，随炉冷却后开炉取样，得到表面被沉积涂层完全覆盖的样品。

进一步地，参见图4，为了防止玻璃支架在软化过程中，半沉积样品粘接在玻璃支架上，玻璃支架的第二端套设有石墨帽140，石墨帽140具有很好耐热性，能够避免玻璃粘接在半沉积样品上。此外，支撑座120上设置有石墨座150，石墨座150上设置有卡槽，第一支架131卡设于卡槽内，以防止玻璃软化时粘接在支撑座120上。

另外，参见图4、图5和图6，为了提高玻璃的利用率，实现玻璃的二次使用，石墨座150包括底座151、套座153和孔板152，孔板152上具有多个通孔，底座151的一端为封闭端另一端为开口端，套座153的两端均为开口端，底座151的开口端与套座153的一开口端连接。具体地，底座151的开口端上设置有环槽，套座153的开口端上设置有与环槽适配的环凸，套座153通过环凸与环槽的配合卡设在底座151上。孔板152设置于底座151和套座153之间，具体地，套座153与底座151连接的开口端的端面上设置有内凹槽，孔板152设置于内凹槽与底座151的开口端之间。另外，底座151内设置有容纳腔，套座153内设置有上述卡槽，玻璃支架卡设在套座153的卡槽内。

使用时，玻璃支架卡设在卡槽内，且玻璃支架与孔板152连接，孔板152支撑玻璃支架。当完成第一沉积阶段后，升温至玻璃支架的软化温度，此时玻璃支架开始软化形成可流动的固液混合状态的玻璃，可流动的玻璃从孔板152的通孔流入底座151的容纳腔内，此时容纳腔作为玻璃的成型模具。

另外，由于玻璃支架的软化时间有限，可能存在玻璃支架并未完全流入容纳腔内的情况，孔板152的材质选用与玻璃支架相同的材质。此时，孔板152亦在软化温度下软化，连通玻璃支架一起在容纳腔内成型成可重复使用玻璃支架，如此只需要对容纳腔内的玻璃模型进行一定的后处理即可再次作为玻璃支架使用，有利于降低生产成本，提高玻璃的利用率。

作为本发明的另一具体实施例，参见图2，第一支架131和第二支架132的数量均为多个，且第一支架131和第二支架132间隔均匀布置在支撑座120上。其中你，第一支架131和第二支架132间隔均匀布置是指第一支架131与第一支架131中间布置有第二支架132，第二支架132与第二支架132中间布置有第一支架131。第一支架131与第二支架132的间隔分布有利于提高待沉积样品的支撑稳定性。在其他实施例中，还可以是多个第一支架131均位于多个第二之间围设形成的空间内。具体布置方式不进行具体限定，只要能够实现样品的稳定支撑便可。

作为本发明的另一具体实施例，参见图1和图2，支撑座120包括基座122和转台121，基座122与腔本体110连接，转台121转动设置于基座122上，第一支架131和第二支架132设置于转台121上。通过转台121的设置，样品在沉积过程中缓慢旋转，使得样品的沉积层更加均匀，有利于提高样品沉积质量。可选地，基座122内设置有转轴，转轴的外壁设置有外齿，转台121内设置有与外齿啮合的内齿，转轴通过外齿与内齿的啮合带动转台121旋转。另外，转台121与基座122之间还设置有轴承。

另外，本发明的实施例还提供了一种化学气相沉淀装置(未图示)，该化学气相沉淀装置包括如上述所述的反应腔。由于该化学气相沉淀装置包括如上述所述的反应腔，因此该化学气相沉淀装置具备上述反应腔的所有有益效果，在此不再一一赘述。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种反应腔，其特征在于，所述反应腔包括腔本体和设置于所述腔本体内的支撑座和支架组件，所述支架组件包括第一支架和第二支架，所述第一支架的第一端和所述第二支架的第一端设置于所述支撑座上，所述第一支架的第二端和所述第二支架的第二端为自由端，且所述第一支架的第二端至所述支撑座的距离大于所述第二支架的第二端至所述支撑座的距离，所述第一支架的第二端用于朝向所述支撑座移动。

2.如权利要求1所述的反应腔，其特征在于，所述第一支架为伸缩支架，所述伸缩支架的第二端在驱动组件的作用下朝所述支撑座移动。

3.如权利要求2所述的反应腔，其特征在于，所述驱动组件包括设置于所述支撑座内的伸缩缸，所述第一支架的第一端与所述伸缩缸的自由端连接。

4.如权利要求1所述的反应腔，其特征在于，所述第一支架为玻璃支架，所述玻璃支架在所述反应腔内的反应温度大于所述玻璃支架的软化温度时发生软化坍塌,以使得所述玻璃支架的第二端朝所述支撑座移动。

5.如权利要求4所述的反应腔，其特征在于，所述玻璃支架的材质包括氧化硅、氧化铝、氧化钠和氧化钙，且氧化硅、氧化铝、氧化钠和氧化钙的重量份数比为(40-60)份：(20-30)份：10份：10份。

6.如权利要求4所述的反应腔，其特征在于，所述支撑座上设置有石墨座，所述石墨座上设置有卡槽，所述第一支架卡设于所述卡槽内，所述第一支架的第二端套设有石墨帽。

7.如权利要求6所述的反应腔，其特征在于，所述石墨座包括底座、和与所述底座连接的套座和孔板，所述底座的一端设置有环槽，所述套座的一端设置有与所述环槽适配的环凸，所述孔板设置于所述底座和所述套座之间，所述底座内设置有容纳腔，所述套座内设置有所述卡槽，所述玻璃支架放置在所述孔板上，所述孔板上具有多个通孔。

8.如权利要求1至6中任一项所述的反应腔，其特征在于，所述第一支架和所述第二支架的数量均为多个，且所述第一支架和所述第二支架间隔均布在所述支撑座上。

9.如权利要求1至6中任一项所述的反应腔，其特征在于，所述支撑座包括基座和转台，所述基座与所述腔本体连接，所述转台转动地设置于所述基座上，所述第一支架和所述第二支架设置于所述转台上。

10.一种化学气相沉积装置，其特征在于，所述化学气相沉积装置包括如权利要求所述1至9中任一项所述的反应腔。