CN112342527A - 一种双向液态源蒸发cvd系统 - Google Patents

一种双向液态源蒸发cvd系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双向液态源蒸发CVD系统，包括蒸发装置主体，所述蒸发装置主体的上方安装有加热炉和石英外管；双向液态源蒸发CVD系统是通过双向双回路的方式，将液态源蒸发后的汽态源分别从第一进出座和第二进出座分次输入，通过第一进出座和第二进出座的输入保证沉积内管中汽态源充分留存，能够充分反应；将保护气体通过预热装置预热到液态源蒸发温度，保护石英外管内部的汽态源不会遇冷后凝固，通过触摸屏控制加热炉在滑轨上左右横向移动，可快速定位沉积内管中材料沉积区并进行快速加温，使得沉积区的材料受热变成汽态；此法相对一般工艺而言液态源蒸发成汽态更纯，裂解后杂质少，所制得的薄膜或材料质量更高。

Description

一种双向液态源蒸发CVD系统
技术领域
本发明涉及CVD系统技术领域，尤其涉及一种双向液态源蒸发CVD系统。
背景技术
化学气相沉积(CVD)是指化学气体或蒸汽在基质表面反应合成涂层或纳米材料的方法，是半导体工业中应用最为广泛的用来沉积多种材料的技术，包括大范围的绝缘材料，大多数金属材料和金属合金材料；现有薄膜生长CVD设备系统及技术主要采用气相沉积法连续、快速制备大面积、高质量的薄膜，CVD覆膜，通入所需原料气体进入腔体内，经温区加热冷却后，在基材上快速制备大面积的薄膜；此种方法多为制备基底上生长薄膜，当需要以固态源或者液态源为反应源时，普通CVD设备无法将固态源或液态源进行气相转变，沉积在基板上。
双向液态源蒸发CVD系统设备，是在一般CVD沉积设备基础上，创造性的设计了液态源蒸发装置和保护气体的预热装置，通过将液态源蒸发为气态后，保护性气体高温保护炉管各区域防止反应汽化气体遇冷后凝固，造成堵管无法继续试验；利用加热设备将固态源或者液态源蒸发汽化，通入反应气体，利用温度影响气体材料向冷区转移，左右两路通入汽化源，高温状态下与反应气氛结合反应后，沉积在沉积区域。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双向液态源蒸发CVD系统，解决的技术问题包括：
通过将液态源蒸发为气态后，保护性气体高温保护炉管各区域防止反应汽化气体遇冷后凝固，造成堵管无法继续试验的问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种双向液态源蒸发CVD系统，包括蒸发装置主体，所述蒸发装置主体的上方安装有加热炉和石英外管，所述石英外管贯穿至加热炉的内部，所述石英外管的上端靠近一侧的位置安装有压力表，所述压力表位于加热炉的一侧，所述石英外管的内部安装有沉积内管，所述石英外管的一侧设置有第二进出座，所述石英外管的另一侧设置有第一进出座，所述蒸发装置主体的两侧均安装有若干个三通阀，所述蒸发装置主体靠近第一进出座的一侧连接有双向液态源管道；
所述石英外管的上端靠近另一侧的位置安装有真空规管，所述蒸发装置主体的内部靠近上方的位置安装有滚珠丝杆和伺服电机，所述滚珠丝杆位于伺服电机的一侧，所述双向液态源管道和三通阀均与沉积内管连接。
进一步的，所述蒸发装置主体的内部靠近下方的位置安装有机械泵和气体流量计，所述机械泵位于气体流量计的下方。
进一步的，所述蒸发装置主体的外表面靠近上方的位置设置有进气口，所述蒸发装置主体的上表面安装有滑轨，所述加热炉通过滑轨在蒸发装置主体的上方左右滑动。
进一步的，所述蒸发装置主体的上端安装有液态源蒸发罐和预热装置，所述液态源蒸发罐位于预热装置的后方，所述预热装置包含预热腔和加热电阻，该加热电阻位于预热腔的内表面，所述预热装置与石英外管之间连接有进气管。
进一步的，所述石英外管的两侧均安装有法兰。
进一步的，所述蒸发装置主体的下端连接有若干个滑轮，所述蒸发装置主体的后表面连接有显示屏。
进一步的，所述加热炉的上端设置若干个散热孔。
进一步的，该双向液态源蒸发CVD系统的工作步骤包括：
步骤一：通过第一进出座和第二进出座将液态源注入蒸发装置主体内，确认蒸发装置主体处于密封状态后，开启机械泵，对沉积内管及蒸发装置主体内的蒸发气管进行粗抽真空，通入氮气对沉积内管及蒸发气管进行洗气后，再进行二次抽真空；
步骤二：保压后液态源蒸发罐和保护气体的预热装置同时开始升温，将保护气体充满石英外管的内部来保护沉积内管，蒸发汽态源由左端开启的三通阀进入沉积内管，加热炉升温使得沉积内管内的蒸发汽态源开始裂解沉积，
步骤三：移开加热炉，待沉积内管降温后，重新开启加热炉，达到预设标准的温度后，开启蒸发装置主体右端的三通阀，通入氮气，加热炉回移至原始位置并升温，使得沉积内管内的蒸发汽态源裂解沉积；
步骤四：通入氮气，将沉积内管中残余气体排出，自然降温结束后，取出沉积内管并取料。
本发明的有益效果：
本发明公开的双向液态源蒸发CVD系统是基于CVD的基础上将反应源由固态或液态转变为汽态，再将汽态源裂解后直接沉积的CVD系统，在本发明实施例中，双向液态源蒸发CVD系统是通过双向双回路的方式，将液态源蒸发后的汽态源分别从第一进出座和第二进出座分次输入，通过第一进出座和第二进出座的输入保证沉积内管中汽态源充分留存，能够充分反应；将保护气体通过预热装置预热到液态源蒸发温度，保护石英外管内部的汽态源不会遇冷后凝固，通过触摸屏控制加热炉在滑轨上左右横向移动，可快速定位沉积内管中材料沉积区并进行快速加温，使得沉积区的材料受热变成汽态；此法相对一般工艺而言液态源蒸发成汽态更纯，裂解后杂质少，所制得的薄膜或材料质量更高。
附图说明
为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明一种双向液态源蒸发CVD系统的正视剖视示意图；
图2为本发明中蒸发装置主体的俯视连接结构图。
图中：1、蒸发装置主体；2、真空规管；3、第一进出座；4、双向液态源管道；5、进气口；6、滚珠丝杆；7、机械泵；8、气体流量计；9、伺服电机；10、液态源蒸发罐；11、三通阀；12、第二进出座；13、压力表；14、加热炉；15、石英外管；16、沉积内管；17、预热装置。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明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它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-2所示，一种双向液态源蒸发CVD系统，包括蒸发装置主体1，所述蒸发装置主体1的上方安装有加热炉14和石英外管15，所述石英外管15贯穿至加热炉14的内部，所述石英外管15的上端靠近一侧的位置安装有压力表13，所述压力表13位于加热炉14的一侧，所述石英外管15的内部安装有沉积内管16，所述石英外管15的一侧设置有第二进出座12，所述石英外管15的另一侧设置有第一进出座3，所述蒸发装置主体1的两侧均安装有若干个三通阀11，所述蒸发装置主体1靠近第一进出座3的一侧连接有双向液态源管道4；
所述石英外管15的上端靠近另一侧的位置安装有真空规管2，所述蒸发装置主体1的内部靠近上方的位置安装有滚珠丝杆6和伺服电机9，所述滚珠丝杆6位于伺服电机9的一侧，所述双向液态源管道4和三通阀11均与沉积内管16连接。
所述蒸发装置主体1的内部靠近下方的位置安装有机械泵7和气体流量计8，所述机械泵7位于气体流量计8的下方。
所述蒸发装置主体1的外表面靠近上方的位置设置有进气口5，所述蒸发装置主体1的上表面安装有滑轨，所述加热炉14通过滑轨在蒸发装置主体1的上方左右滑动。
所述蒸发装置主体1的上端安装有液态源蒸发罐10和预热装置17，所述液态源蒸发罐10位于预热装置17的后方，所述预热装置17包含预热腔和加热电阻，该加热电阻位于预热腔的内表面，所述预热装置17与石英外管15之间连接有进气管。
所述石英外管15的两侧均安装有法兰。
所述蒸发装置主体1的下端连接有若干个滑轮，所述蒸发装置主体1的后表面连接有显示屏。
所述加热炉14的上端设置若干个散热孔。
该双向液态源蒸发CVD系统的工作步骤包括：
步骤一：通过第一进出座3和第二进出座12将液态源注入蒸发装置主体1内，确认蒸发装置主体1处于密封状态后，开启机械泵7，对沉积内管16及蒸发装置主体1内的蒸发气管进行粗抽真空，通入氮气对沉积内管16及蒸发气管进行洗气后，再进行二次抽真空；
步骤二：保压后液态源蒸发罐10和保护气体的预热装置17同时开始升温，将保护气体充满石英外管15的内部来保护沉积内管16，蒸发汽态源由左端开启的三通阀11进入沉积内管16，加热炉14升温使得沉积内管16内的蒸发汽态源开始裂解沉积，
步骤三：移开加热炉14，待沉积内管16降温后，重新开启加热炉14，达到预设标准的温度后，开启蒸发装置主体1右端的三通阀11，通入氮气，加热炉14回移至原始位置并升温，使得沉积内管16内的蒸发汽态源裂解沉积；
步骤四：通入氮气，将沉积内管16中残余气体排出，自然降温结束后，取出沉积内管16并取料。
实施例1
加热炉14开始加热之前，通过第一进出座3和第二进出座12将液态源注入蒸发装置主体1内，确认蒸发装置主体1处于密封状态后，开启机械泵7，对沉积内管16及蒸发装置主体1内的蒸发气管进行粗抽真空，机械泵7将蒸发装置主体1内的真空度抽至10-1Pa，再通入氮气对沉积内管16及蒸发气管进行洗气，再进行二次抽真空，保压后液态源蒸发罐10和保护气体的预热装置17同时开始升温至600℃，将150sccm的保护气体充满石英外管15的内部来保护沉积内管16，保护气体为氩气，蒸发汽态源由左端开启的三通阀11进入沉积内管16，加热炉14升温至1020℃使得沉积内管16内的蒸发汽态源开始裂解沉积，10min后移开加热炉14，待沉积内管16温度降至600℃以下时，重新开启加热炉14，达到预设标准的温度后，开启蒸发装置主体1右端的三通阀11，通入50sccm氮气，加热炉14回移至原始位置并升温至1020℃，使得沉积内管16内的蒸发汽态源裂解沉积，15min后，通入200SCCM氮气，将沉积内管16中残余气体排出，自然降温结束后，取出沉积内管16；
本发明的工作原理为：开启机械泵7，机械泵7的型号可以为YB3-112M-4，对沉积内管16及蒸发装置主体1内的蒸发气管进行粗抽真空，机械泵7将蒸发装置主体1内的真空度抽至10-1Pa，再通入氮气对沉积内管16及蒸发气管进行洗气，再进行二次抽真空，蒸发装置主体1的上端并列排列有液态源蒸发罐10和保护气体的预热装置17，保护气体的预热装置17通过进气管直接连接石英外管15的左端法兰，石英外管15的右端法兰上设置有保护气体的排气口；蒸发装置主体1利用左右双向以及双回路设计，蒸发装置主体1的两端分别装有三通阀11，三通阀11均连接沉积内管16；加热炉14通过滑轨可移动定位石英外管15内部材料的沉积区域，蒸发装置主体1的后方设有触摸屏控制设备各部分运转及参数显示；利用液态源蒸发罐10，通过升温至600℃，通过高温将液态源转化成汽态，通入50sccm氮气作为载体，蒸发装置主体1左右端的三通阀11控制保护气体分别从左端和右端进入沉积内管16，保护气体的预热装置17提前升温至600℃，保护气体可以为氩气，将氩气加热至预设的保护温度，通入石英外管15和沉积内管16之间，保护沉积内管16不被冷却导致汽态材料遇冷凝固，造成堵管；加热炉14移动至石英外管15的沉积区域，并升温至1020℃，使得石英外管15中的汽态材料裂解后沉积，10min后利用沉积内管16通入100sccm氮气将残余气体带出，防止残余气体冷却堵管，保护气体装置待沉积内管16中气体完全排出时停止，开始自然降温后，取出沉积内管16并取料。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (8)

1.一种双向液态源蒸发CVD系统，其特征在于，包括蒸发装置主体(1)，所述蒸发装置主体(1)的上方安装有加热炉(14)和石英外管(15)，所述石英外管(15)贯穿至加热炉(14)的内部，所述石英外管(15)的上端靠近一侧的位置安装有压力表(13)，所述压力表(13)位于加热炉(14)的一侧，所述石英外管(15)的内部安装有沉积内管(16)，所述石英外管(15)的一侧设置有第二进出座(12)，所述石英外管(15)的另一侧设置有第一进出座(3)，所述蒸发装置主体(1)的两侧均安装有若干个三通阀(11)，所述蒸发装置主体(1)靠近第一进出座(3)的一侧连接有双向液态源管道(4)；
所述石英外管(15)的上端靠近另一侧的位置安装有真空规管(2)，所述蒸发装置主体(1)的内部靠近上方的位置安装有滚珠丝杆(6)和伺服电机(9)，所述滚珠丝杆(6)位于伺服电机(9)的一侧，所述双向液态源管道(4)和三通阀(11)均与沉积内管(16)连接。
2.根据权利要求1所述的一种双向液态源蒸发CVD系统，其特征在于，所述蒸发装置主体(1)的内部靠近下方的位置安装有机械泵(7)和气体流量计(8)，所述机械泵(7)位于气体流量计(8)的下方。
3.根据权利要求1所述的一种双向液态源蒸发CVD系统，其特征在于，所述蒸发装置主体(1)的外表面靠近上方的位置设置有进气口(5)，所述蒸发装置主体(1)的上表面安装有滑轨，所述加热炉(14)通过滑轨在蒸发装置主体(1)的上方左右滑动。
4.根据权利要求1所述的一种双向液态源蒸发CVD系统，其特征在于，所述蒸发装置主体(1)的上端安装有液态源蒸发罐(10)和预热装置(17)，所述液态源蒸发罐(10)位于预热装置(17)的后方，所述预热装置(17)包含预热腔和加热电阻，该加热电阻位于预热腔的内表面，所述预热装置(17)与石英外管(15)之间连接有进气管。
5.根据权利要求1所述的一种双向液态源蒸发CVD系统，其特征在于，所述石英外管(15)的两侧均安装有法兰。
6.根据权利要求1所述的一种双向液态源蒸发CVD系统，其特征在于，所述蒸发装置主体(1)的下端连接有若干个滑轮，所述蒸发装置主体(1)的后表面连接有显示屏。
7.根据权利要求1所述的一种双向液态源蒸发CVD系统，其特征在于，所述加热炉(14)的上端设置若干个散热孔。
8.根据权利要求1-7任一项所述的一种双向液态源蒸发CVD系统，其特征在于，该双向液态源蒸发CVD系统的工作步骤包括：
步骤一：通过第一进出座(3)和第二进出座(12)将液态源注入蒸发装置主体(1)内，确认蒸发装置主体(1)处于密封状态后，开启机械泵(7)，对沉积内管(16)及蒸发装置主体(1)内的蒸发气管进行粗抽真空，通入氮气对沉积内管(16)及蒸发气管进行洗气后，再进行二次抽真空；
步骤二：保压后液态源蒸发罐(10)和保护气体的预热装置(17)同时开始升温，将保护气体充满石英外管(15)的内部来保护沉积内管(16)，蒸发汽态源由左端开启的三通阀(11)进入沉积内管(16)，加热炉(14)升温使得沉积内管(16)内的蒸发汽态源开始裂解沉积，
步骤三：移开加热炉(14)，待沉积内管(16)降温后，重新开启加热炉(14)，达到预设标准的温度后，开启蒸发装置主体(1)右端的三通阀(11)，通入氮气，加热炉(14)回移至原始位置并升温，使得沉积内管(16)内的蒸发汽态源裂解沉积；
步骤四：通入氮气，将沉积内管(16)中残余气体排出，自然降温结束后，取出沉积内管(16)并取料。
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