CN115613140B - 横向等离子体发生室和多功能高温反应装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种横向等离子体发生室和多功能高温反应装置，涉及半导体技术领域。横向等离子体发生室包括腔体、第一分流板、感应线圈、第二分流板和过滤装置，腔体开设有沿横向布置的进气口和出气口；第一分流板安装在腔体内、且靠近进气口一侧；感应线圈缠绕在腔体上、且位于第一分流板远离进气口的一侧；感应线圈在腔体内对应形成电离区；第二分流板安装在腔体内、且位于感应线圈远离进气口的一侧；过滤装置位于第二分流板与出气口之间且靠近出气口。横向等离体子发生室独立设置，降低了反应腔室与等离体子发生室之间的影响，可以与不同反应腔室组合使用，如应用到多功能高温反应装置，以制备界面态密度低、性能优异的SiC MOFSET器件。

Description

横向等离子体发生室和多功能高温反应装置

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体而言，涉及一种横向等离子体发生室和多功能高温反应装置。

背景技术

SiC MOFSET是一类目前应用广泛的重要半导体器件，在SiC MOFSET制备时需要在高温条件下（一般1000℃以上）通过氧化工艺将SiC表面氧化形成SiC/SiO₂，为了降低SiC/SiO₂界面态密度以获得性能优异的SiC MOFSET器件，还需要通过氮退火工艺或等离子体处理工艺等对初始SiC表面/或氧化后形成的SiC/SiO₂界面进行处理。现有SiC MOFSET制备工艺中，上述过程需要分别在高温氧化、退火、等离子处理等设备中进行，过程繁琐，操作复杂。因此需要提供一种能够同时满足高温氧化过程和表面/界面等离子处理过程需求的多功能高温反应装置，从而简化生产工艺的同时，获得性能优异的SiC MOFSET器件。

半导体工艺中常涉及等离子体处理设备，等离子体发生室和反应腔室一般纵向设置，两者之间设置过滤装置，如专利CN 110349830A，等离子体自上部等离子体发生室产生后经过过滤装置进入下部反应腔室进行氧化、表面处理等反应。这类等离子半导体设备中，等离子体发生室和反应腔室不独立设置，位于一个设备腔室内部，故二者之间互相影响较大，限制了其反应温度、应用范围。因此，需要提供一种与反应腔室互相独立设置的等离子体发生室，从而降低反应腔室与等离子体发生室之间的影响，且进一步可将其应用到SiCMOFSET器件的制备工艺中，获得能够同时满足SiC高温氧化过程和表面/界面等离子处理过程需求的多功能高温反应装置，简化生产工艺的同时，获得性能优异的SiC MOFSET器件。

发明内容

本发明的目的包括提供了一种横向等离子体发生室，该横向等离体子发生室独立设置，可以与不同反应腔室进行组合使用。

本发明的实施例可以这样实现：

第一方面，本发明提供一种横向等离子体发生室，横向等离子体发生室包括：

腔体，开设有沿横向布置的进气口和出气口；

第一分流板，安装在腔体内、且靠近进气口一侧；

感应线圈，缠绕在腔体上、且位于第一分流板远离进气口的一侧；感应线圈在腔体内对应形成电离区；

第二分流板，安装在腔体内、且位于感应线圈远离进气口的一侧；

过滤装置，安装在腔体内，位于第二分流板与出气口之间且靠近出气口。

在可选的实施例中，进气口与第一分流板的中心区域对应，第一分流板上沿径向依次形成多个宽度相等的环形区域，每个环形区域内开设有第一通孔，任一环形区域内的第一通孔均匀分布，且任一径向内侧环形区域的孔隙率小于任一径向外侧环形区域的孔隙率；

孔隙率=环形区域内孔隙面积/环形区域的面积。

在可选的实施例中，第一分流板上任一径向内侧的环形区域的第一通孔的有效尺寸不大于任一径向外侧的环形区域的第一通孔上有效尺寸；

第一通孔的有效尺寸为第一通孔的横截面轮廓上距离最大的两点间距离。

在可选的实施例中，第一分流板上的第一通孔的有效尺寸相同，且任一径向内侧环形区域的第一通孔数量少于任一径向外侧环形区域的第一通孔数量。

在可选的实施例中，第一通孔靠近进气口的有效尺寸小于第一通孔靠近出气口的有效尺寸。

在可选的实施例中，第一通孔的横截面形状为梯形或T形。

在可选的实施例中，对于第二分流板沿纵向方向依次形成多个高度相同的条形区域，条形区域内开设有第二通孔，任一条形区域内的第二通孔均匀分布，且任一下部条形区域的孔隙率低于任一上部条形区域的孔隙率；

孔隙率=条形区域内孔隙面积/条形区域的面积。

在可选的实施例中，第二分流板任一下部条形区域的第二通孔的有效尺寸不大于任一上部条形区域的第二通孔的有效尺寸；

第二通孔的有效尺寸为第二通孔的横截面轮廓上距离最大的两点间距离。

在可选的实施例中，最上层条形区域的孔隙率为0.5~0.8，最下层条形区域的孔隙率为0~0.45，且最上层条形区域的孔隙率与最下层条形区域的孔隙率差值正比于第二分流板与过滤装置之间的距离L2。

在可选的实施例中，对于第二分流板沿纵向方向依次形成多个高度相同的条形区域，条形区域内开设有第二通孔，任一条形区域内的第二通孔均匀分布，且第二通孔的出气方向向上倾斜设置。

在可选的实施例中，第二通孔的倾斜角度为10~60°，且倾斜角度正比于第二分流板与过滤装置之间的距离L2。

在可选的实施例中，过滤装置包括至少一层金属过滤装置，金属过滤装置上开设有过滤孔，金属过滤装置为单层金属厚板或多层金属薄板；

单层金属厚板的孔隙率为0.3~0.8，厚度为8~50mm，过滤孔的有效尺寸为0.5~15mm，过滤装置的厚度与过滤孔的有效尺寸之比不小于2；

多层金属薄板的任一金属薄板的孔隙率为0.1~0.8，厚度为2~10mm，过滤孔的有效尺寸为0.5~,0mm，过滤装置的厚度与过滤孔的有效尺寸之比不小于3，且相邻金属薄板过滤装置上的孔隙位置错位设置。

在可选的实施例中，过滤装置包括框架及顺序连接于框架上的多个L形金属板，相邻L形金属板间形成过滤孔隙，过滤孔隙尺寸为0.5~15mm，L形金属板与框架固定连接或活动连接。

第二方面，本发明提供一种多功能高温反应装置，多功能高温反应装置包括依次连通的气源、前述实施方式的横向等离子体发生室、卧式高温反应腔室和真空模块，其中，气源连接到横向等离子体发生室的进气口，卧式高温反应腔室连接到横向等离子体发生室的出气口，多功能高温反应装置还包括与感应线圈电连接的射频电源模块。

本发明实施例提供的横向等离子体发生室和多功能高温反应装置的有益效果包括：

横向等离子体发生室感应线圈的前方设置有第一分流板，通过进气口进入腔体内的气体，先通过第一分流板分流，再进入感应线圈形成的电离区，使气体在感应区内均匀分散，同时降低了气体流速，延长了气体在电离区的停留时间，有利于气体完全、充分的电离；通过第二分流板的孔隙设置，使得电离后的等离子体在腔体内横向移动时，虽然存在重力因素导致的沉降问题，但到达过滤装置时仍然能够保持分布均匀，从而有效过滤掉等离子体中的带电离子，降低带电离子对后续反应的影响；

此外由于横向等离子体发生室独立设置，降低了其与反应腔室的相互影响，所以其可以与高温反应腔室共同应用形成多功能高温反应装置，可以应用于高温氧化、等离子体表面处理、等离子去胶等多种工艺中，当应用于SiC MOFSET制备工艺时，极大的简化了制备工艺，且可以获得态密度低、性能优异的半导体器件。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本发明实施例提供的多功能高温反应装置的组成示意图；

图2为横向等离子体发生室的结构示意图；

图3为第一分流板上环形区域划分的示意图；

图4为孔径相等的第一分流板的结构示意图；

图5为孔径不相等的第一分流板的结构示意图；

图6为第一分流板的第三种结构示意图；

图7为第一分流板的第四种结构示意图；

图8为第二分流板上条形区域划分的示意图；

图9为一种孔径相等的第二分流板的结构示意图；

图10为另一种孔径相等的第二分流板的结构示意图；

图11为一种孔径不相等的第二分流板的结构示意图；

图12为另一种孔径不相等的第二分流板的结构示意图；

图13为另一个第二分流板的结构示意图；

图14为过滤装置的第一种结构示意图；

图15为过滤装置的第二种结构示意图；

图16为过滤装置的第三种结构示意图；

图17为过滤装置与腔体的分解示意图；

图18为过滤装置与腔体的装配示意图。

图标：100-多功能高温反应装置；200-横向等离子体发生室；300-样片；1-气源；2-卧式高温反应腔室；21-外部炉体；22-保温层；23-石英管反应腔；24-载片舟；3-真空模块；4-射频电源模块；5-腔体；51-进气口；52-出气口；53-滑动槽；6-第一分流板；61-第一通孔；7-感应线圈；8-第二分流板；81-第二通孔；9-过滤装置；91-过滤孔；92-金属片；921-第一边；922-第二边；93-第一金属板；94-第二金属板；95-滑动块。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。

请参考图1，本实施例提供了一种多功能高温反应装置100，多功能高温反应装置100包括依次连通的气源1、横向等离子体发生室200、卧式高温反应腔室2和真空模块3。多功能高温反应装置100还包括与横向等离子体发生室200中感应线圈7电连接的射频电源模块4。射频电源模块4用于控制并提供电离所需的电能。气源1用于提供反应气体及载气，具体可以提供H_2、N₂等不同气体。

多功能高温反应装置100可以实现等离子体处理、高温氧化、去胶等多种功能，可以应用于SiC表面处理及氧化工艺获得SiC/SiO₂ MOS结构；而且卧式高温反应腔室2与横向等离子体发生室200分别独立设置，温度不相互影响，所以卧式高温反应腔室2的反应温度可以达到1000℃以上，实现SiC高温氧化。

具体的，真空模块3包括真空泵、控制系统和电源，电源向真空泵供电，控制系统控制真空泵抽出卧式高温反应腔室2、真空管道及横向等离子体发生室200的反应气体。

卧式高温反应腔室2为管式炉结构，卧式高温反应腔室2包括外部炉体21、保温层22、石英管反应腔23和载片舟24，保温层22设置在外部炉体21上，石英管反应腔23设置在外部炉体21内，载片舟24设置在石英管反应腔23内，载片舟24用于承载样片300，样片300可以是SiC晶片。卧式高温反应腔室2的两端分别通过真空管路与真空模块3及横向等离子体发生室200连接。

请查阅图1和图2，横向等离子体发生室200包括腔体5、第一分流板6、感应线圈7、第二分流板8和过滤装置9。

具体的，腔体5开设有沿横向布置的进气口51和出气口52；其中，气源1连接到横向等离子体发生室200的进气口51，卧式高温反应腔室2连接到横向等离子体发生室200的出气口52。

第一分流板6安装在腔体5内、且靠近进气口51一侧。感应线圈7缠绕在腔体5上、且位于第一分流板6远离进气口51的一侧。第二分流板8安装在腔体5内、且位于感应线圈7远离进气口51的一侧。过滤装置9安装在腔体5内、且靠近出气口52一侧。第二分流板8位于与感应线圈7与过滤装置9之间。

因为解离过程产生热量需要耐受一定温度，且避免污染，腔体5可以采用石英材质，形状不限，可以为圆柱、方形等。进气口51和出气口52在一条直线上。

其中，感应线圈7用于电离反应气体形成等离子体，感应线圈7位于腔体5靠近进气口51的1/2前端位置。过滤装置9用于去除等离子体中的带电离子。在感应线圈7的前方设置有第一分流板6，通过进气口51进入腔体5内的气体，先通过第一分流板6分流，再进入感应线圈7形成的电离区，使气体在感应区内均匀分散，同时降低了气体流速，延长了气体在电离区的停留时间，有利于气体完全、充分的电离，产生等离子体（主要包括带电离子、电子、中性自由基等）；考虑到电离后获得的等离子体在横向等离子体发生室200中移动时，由于重力的作用会导致等离子体向下沉降从而使其分布不均匀，通过第二分流板8的孔隙设置，使得电离后的等离子体在腔体5内横向移动时，避免了重力导致的沉降问题，使等离子体到达过滤装置9时仍然能够保持分布均匀，从而有效过滤掉等离子体中的带电离子，避免离子进入卧式高温反应腔室2对晶片的表面造成损伤，有利于制备缺陷少、态密度低的SiC/SiO₂界面。

本实施例提供的多功能高温反应装置100的工作原理：

气源1提供的气体从进气口51进入横向等离子体发生室200，并经过第一分流板6后到达电离区。控制射频电源模块4开启后，进入电离区的气体被电离，产生等离子体。此后电离后产生的等离子体经过第二分流板8后重新分布，使得上部气体浓度高于下部气体浓度，在真空模块3作用下，经过重新分布后的等离子体到达过滤装置9，将等离子体中的带电离子（如氩离子、氦离子、氢离子等）过滤去除，等离子体中剩余的中性活性自由基则可以自由穿过过滤装置9到达卧式高温反应腔室2并扩散到晶片表面进参与反应。

请查阅图1和图2，第一分流板6为设有第一通孔61的板状结构，可以为金属或者石英材质，可以装配在腔体5内。

由于气体从中间进气口51通入，为了使气体分流更均匀，进气口51与第一分流板6的中心区域对应，第一分流板6上沿径向依次形成多个宽度相等的环形区域，每个环形区域内开均匀设有第一通孔61，第一分流板6上与进气口51对应的中心区域不开设第一通孔61，避免进气口51过来的气体直接从第一分流板6中心区域的通孔穿过第一分流板6。其中，任一径向内侧环形区域的孔隙率低于任一径向外侧环形区域的孔隙率（孔隙率=环形区域内孔隙面积/该环形区域总面积），即随着径向向外延伸的环形区域内孔隙率不断增大。任一径向内侧的环形区域的第一通孔61的有效尺寸不大于任一径向外侧的环形区域的第一通孔61的横截面有效尺寸；第一通孔61的有效尺寸为第一通孔61横截面轮廓上距离最大的两点间距离，如当通孔为圆形时，有效尺寸为其直径，当通孔为正方形时，有效尺寸则为其对角线距离。参阅图3，将第一分流板6沿径向方向分成若干等间距的环形区域，环形区域内外圆半径差值为一固定值即R_n-R_n-1=R_n+1-R_n，第一通孔61设置时第n个环形区域内的孔隙率大于第n-1个环形区域的孔隙率，但小于第n+1个环形区域的孔隙率，即φ_n-1<φ_n<φ_n+1。

请参阅图4，在第一分流板6上的第一通孔61的孔径相等的情况下，径向内侧环形区域的第一通孔61数量少于径向外侧环形区域的第一通孔61数量。例如，第一通孔61半径为r，第n个环形区域内圆半径为R_n-1、圆环半径为R_n，其内设置有n个半径为r的第一通孔61，第n+1个环形区域内圆半径为R_n、外圆半径为R_n+1，其内设置有n+1个半径为r的第一通孔61，则满足n*r²/（R_n ²-R_n-1 ²）<（n+1）*r²/（R_n+1 ²-R_n ²）。

请查阅图5，在第一分流板6上的第一通孔61的孔径不相等的情况下，则径向内侧环形区域的第一通孔61的孔径小于径向外侧环形区域的第一通孔61的孔径。例如，第n个环形区域内圆半径为R_n-1、外圆半径为R_n，其内设置有n个半径为r_n的第一通孔61，第n+1个环形区域内圆半径为R_n、外圆半径为R_n+1，其内设置有n+1个半径为r_n+1的第一通孔61，径向内侧环形区域的第一通孔61的孔径小于径向外侧环形区域的第一通孔61的孔径，则n*r_n ²/（R_n ²-R_n-1 ²）<（n+1）* r_n+1 ²/（R_n+1 ²-R_n ²）。

当然，任一环形区域内的第一通孔61可以不限于圆形，还可以是方形、三角形、不规则形等，且各第一通孔61的结构、尺寸可以不同，第一通孔61可以位于任一环形区域内，也可以跨过多个环形区域，只要保持满足第一分流板6上径向内侧环形区域的孔隙率低于径向外侧环形区域的孔隙率，即φ_n-1<φ_n<φ_n+1。

为了避免从第一分流板6的第一通孔61内流出的气体流速过快，导致出现气体在电离区内驻留时间过短、无法充分电离的情况，第一通孔61靠近进气口51的开口面积小于第一通孔61靠近电离区的开口面积，如可以将第一通孔61设置为T形孔（请查阅图6）或者梯形孔（请查阅图7），减小第一通孔61流出的气体的流速，使气体在电离区有较长停留时间，保证电离效果。

请查阅图1和图2，第二分流板8为设有第二通孔81的板状结构，石英材质，可以与腔体5一体成型，第二分流板8设置于电离区与过滤装置9之间。

横向等离子体发生室200水平放置，气体水平方向运动时，电离后的等离子体横向移动时由于重力作用会沉降，导致下部气体浓度高于上部气体浓度，自电离区至过滤装置9移动过程中，气体理论沉降高度h=1/2gt²=1/2g(L/V)²，其中，g为重力加速度，t为气体移动的时长，L为气体横向移动的距离，V为气体移动的速度，因此，气体横向移动距离L越大，则气体沉降越多。因此在电离区与过滤装置9之间安装第二分流板8，减小气体的横向移动距离。

请查阅图8至图10，对于第二分流板8沿纵向方向依次形成多个高度相同的条形区域，条形区域内均匀开设有第二通孔81，任一下部条形区域的孔隙率低于任一上部条形区域的孔隙率，使得流经第二分流板8的等离子体重新分布，增加由上部流出气体的浓度。任一下部条形区域的第二通孔81有效尺寸不大于任一上部条形区域的第二通孔81横截面有效尺寸，第二通孔81有效尺寸为第二通孔81横截面轮廓上距离最大的两点间距离，如当通孔为圆形时，有效尺寸为其直径，当通孔为正方形时，有效尺寸则为其对角线距离。

具体的，第二分流板8纵向下部位置的孔隙率低于其任一上部位置的孔隙率，将第二分流板8沿纵向方向分成若干高度相同的等间距的条形区域，各区域纵向高度相同，为一固定值h，自下而上分别为1，2，3，..n-1，n，n+1区域，第n个条形区域内的孔隙率大于第n-1个条形区域内的孔隙率，但小于第n+1个条形区域内的孔隙率，即φ_n-1<φ_n<φ_n+1，最好各纵向的条形区域的孔隙率向下均匀递减。最上层的条形区域的孔隙率Φtop在0.5-0.8，最下层的条形区域的孔隙率Φbottom在0-0.45之间，Φtop-Φbottom差值随着第二分流板8与过滤装置9距离L2（请查阅图2）减小而减小，如第二分流板8在靠近电离区位置，则Φtop=0.7，Φbottom=0.2；第二分流板8在电离区与过滤装置9的中间位置，则Φtop=0.6，Φbottom=0.3；第二分流板8在靠近过滤装置9的位置，则Φtop=0.55，Φbottom=0.4。

请查阅图9和图10，在第二分流板8上的第二通孔81的孔径相等的情况下，第二分流板8下部位置单位面积内第二通孔81的数量较少，第二通孔81的半径为r，自下而上第n个条形区域的面积为S_n，其内设置有n个半径为r的第二通孔81，第n+1个条形区域的面积为S_n+1，其内设置有n+1个半径为r的第二通孔81，则满足n*πr²/S_n<（n+1）*πr²/S_n+1。

请查阅图11和图12，在第二分流板8上的第二通孔81的孔径不相等的情况下，则下部条形区域的第二通孔81的孔径小于上部条形区域的第二通孔81的孔径。

例如，第n个条形区域的面积为S_n，其内设置有n个半径为r_n的第二通孔81，第n+1个条形区域的面积为S_n+1，其内设置有n+1个半径为r_n+1的第二通孔81，则n*πr_n ²/S_n<（n+1）*πr_n+1 ²/S_n+1；需要保证第二通孔81的直径d在0.5~10mm范围内，防止直径太大而降低过滤效果。

此外，第二通孔81设置时可以采用不同形状，例如方形、三角形、不规则形状等；第二通孔81可以设置在任一纵向区域内、也可以跨过多个条形区域；可以采用不同分布方式：第二通孔81可以均匀分布，例如在各区域内和区域间均匀分布；也可以不均匀分布。

第二通孔81在区域内均匀分布，保证同一区域水平方向过滤效果均匀，但第二通孔81在纵向方向可以保持不均匀分布，上部的第二通孔81的间距小于下部的第二通孔81的间距，只要保证下部区域孔隙率小于任一上部区域孔隙率即可。

请查阅图13，也可以将第二通孔81的出气方向向上倾斜设置，使得流经第二分流板8的等离子体重新分布，第二通孔81的倾斜角度可以是10°-60°，第二通孔81的倾斜角度可以随着第二分流板8与过滤装置9之间的距离L2减小而减小。

请查阅图1和图2，过滤装置9可以设置在腔体5内靠近出气口52的1/2后端位置，过滤装置9可以为单层金属厚板，也可以为多层金属薄板，或者由多个L形金属板顺序排列构成。

具体的，过滤装置9可以采用设有过滤孔91的一层金属厚板，板厚为8~50mm，过滤孔91的直径为0.5~15mm，孔隙率为0.4~0.8。根据不同反应类型、反应速率需求、后续反应对离子过滤程度需求不同，可以设计不同的孔隙率或改变过滤装置9的厚度：后续反应速率要求快，需要过滤后反应气体中的等离子体浓度高，后续反应受等离子体中离子影响小，则可以增大孔隙率或减小金属厚板的厚度。

请查阅图14，过滤孔91可以是直通孔、T形孔或梯形孔。

在过滤孔91是直通孔的情况下，过滤装置9的厚度H为8~50mm，过滤孔91的直径d为0.5~15mm，孔隙率为0.4~0.8，对于过滤孔91的孔状结构高径比H/d为2~15。

在过滤孔91是T形孔的情况下，过滤装置9的厚度H为8~50mm，过滤孔91的后端直径d₁为0.5~15mm，d₂/d₁为1.2~5，其中，d₂为过滤孔91的前端直径，孔隙率为0.4~0.8，h₁/h₂为1~6，其中，h₁为过滤孔91的前端长度，h₂为过滤孔91的后端长度。

在过滤孔91是梯形孔的情况下，过滤装置9的厚度H为8~50mm，过滤孔91的入口直径d₁=0.5~15mm，d₂/d₁为1.2~5，其中，d₂为过滤孔91的出口直径，孔隙率为0.4~0.8。

请查阅图15，过滤装置9也可以包括多层金属薄板，需要保证相邻金属薄板的过滤孔91交错设置。如包含两层金属板的情况，靠近进气区域的第一金属板93的孔隙区域位置对应第二金属板94上实体金属结构，使第一金属板93有过滤孔91的位置对应第二金属板94上金属实体无过滤孔91的位置。第一金属板93、第二金属板94可以采用不同孔隙结构设置、也可以采用相同的孔隙结构，只要保证第一金属板93、第二金属板94的孔隙位置错开即可。

为了增加过滤效果可以采用三级或多级（大于3）过滤装置9结构，相邻过滤装置9的孔隙位置交错放置，孔隙结构设置可以相同，也可以不相同。如采用ABA、ABC、ABAB、ABCA等设置方式。

过滤装置9的孔隙率为0.1~0.8，厚度2~10mm，过滤孔91的直径0.5~10mm。

根据不同反应类型、反应速率需求、后续反应对离子过滤程度需求不同，可以设计不同的孔隙率、增加或减少金属薄板的数量或改变金属板的厚度：后续反应速率要求快，后续反应受等离子体中离子影响小，则可以增大过滤装置9的孔隙率、减少金属薄板数量或减小金属薄板的厚度。

请查阅图16，过滤装置9还可以采用呈一定角度排列的若干金属片92构成，金属片92固定连接于过滤装置9的框架上，金属片92呈L形，依次排列，相邻金属片92间形成一定的间隙，间隙即为过滤孔91，电离的等离子体经过过滤装置9时，会不断与金属片92发生碰撞，导走带电离子，从而达到过滤效果，过滤的中性等离子体经过间隙流入卧式高温反应腔室2。

具体的，为了保证过滤效果，具体设置时L形金属片92的第二边922与第一边921的长度之比l₂/l₁需要在1:3~3:1范围内，且第一边921与水平方向夹角θ在30~60度范围内，相邻两个金属片92之间形成的孔隙尺寸d₁为0.5~15mm；过滤装置9的厚度H为8~50mm，第二边922与第一边921的长度都在10~80mm以内。

金属片92可以固定连接在过滤装置9的框架上，此时形成的孔隙尺寸d₁固定；金属片92也可以活动连接于过滤装置9的框架上，设置不同卡位，可以调节d₁尺寸。

为了满足过滤装置9下部的孔隙率低于上部的孔隙率，可以将上部的金属片92的两边设计得较短，形成较大的过滤孔91；下部金属片92的两边设计得较长，形成较小的过滤孔91。

请查阅图2、图17和图18，过滤装置9可以与横向等离子体发生室200可拆卸连接，例如，在过滤装置9的外周上设置滑动块95，在腔体5的内壁上设置滑动槽53，滑动块95与滑动槽53滑动配合。

本实施例提供的多功能高温反应装置100在制造低态密度SiC/SiO₂的应用，包括以下步骤：

步骤1：SiC晶片清洗烘干、装入载片舟24后送入卧式高温反应腔室2；

步骤2：关闭腔室，打开气源1通入纯氮气，并预热至200300℃；

步骤3：关闭氮气，打开氢氮混合气，启动射频电源模块4，进入横向等离子体发生室200的混合气在第一分流板作用下进入电离区并均匀电离，产生等离子体。

真空模块3作用下，产生的等离子体将不断经过过滤装置向出气口52方向移动，并在经过第二分流板8时进行重新分布，上部气体浓度高于下部气体浓度。随后等离子体进一步到达过滤装置时，带电离子（如氮离子、氢离子、电子等）会被过滤去除，而剩余的活性自由基（H*&N*）可以穿过过滤装置并进入卧式高温反应腔室2，最终扩散到SiC晶片表面，修补SiC晶片表层的悬挂键及缺陷。

步骤4：关闭氢氮混合气，打开氮气，在纯氮气氛下，将SiC晶片进行预升温至800~1100°。

步骤5：关闭N₂，通入O₂，开启射频电源，进入横向等离子体发生室200，O₂在电离区中电离产生氧等离子体，与步骤3类似，产生的氧等离子体经过滤装置去除O离子后，氧活性自由基进入卧式高温反应腔室2，并扩散至SiC晶片表面，将其氧化生成SiO₂薄层。

步骤6：氧化完成后，关闭氧气，温度不变，保持真空泵开启，在真空状态下对SiC晶片进行退火处理；

步骤7：退火完成后，纯氮气保护气氛下降至室温，即可获得SiC/SiO₂。

本实施例提供的横向等离子体发生室200和多功能高温反应装置100的有益效果包括：

1.横向等离子体发生室200与卧式高温反应腔室2独立设置，二者温度等因素干扰较小，因此可以增加应用场景，适用于不同工艺设备；

2.在横向等离子体发生室200中感应线圈7的前方设置有第一分流板6，通过进气口51进入腔体5内的气体，先通过第一分流板6分流，再进入感应线圈7形成的电离区，使气体在感应区内均匀分散，同时降低了气体流速，延长了气体在电离区的停留时间，有利于气体完全、充分的电离；

3.在电离区与过滤装置9之间安装第二分流板8，使得流经第二分流板8的等离子体重新分布，增加由上部流出气体的浓度，平衡重力导致的气体沉降而分布不均匀的问题，使气体到达过滤装置9时能够均匀分布，从而有效过滤去除等离子体中的带电离子，减少到达SiC晶片表面进行氧化反应的等离子体中的带电离子，从而避免离子进入卧式高温反应腔室2对晶片的表面造成损伤，有利于制备缺陷少、态密度低的SiC/SiO₂界面。

4.可以在一个装置中即实现表面处理以及SiC热氧化步骤，获得态密度低的SiC/SiO₂界面，简化SiC MOFSET制备工艺，提高效率，还可以避免在多个装置间转移时造成样品额外污染；

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (11)

1.一种横向等离子体发生室，其特征在于，所述横向等离子体发生室包括：

腔体（5），开设有沿横向布置的进气口（51）和出气口（52）；

第一分流板（6），安装在所述腔体（5）内、且靠近所述进气口（51）一侧，所述进气口（51）与所述第一分流板（6）的中心区域对应，所述第一分流板（6）上沿径向依次形成多个宽度相等的环形区域，每个所述环形区域内开设有第一通孔（61），任一所述环形区域内的所述第一通孔（61）均匀分布，且任一径向内侧所述环形区域的孔隙率小于任一径向外侧所述环形区域的孔隙率；所述环形区域的孔隙率=所述环形区域内孔隙面积/所述环形区域的面积，所述第一通孔（61）靠近所述进气口（51）的有效尺寸小于所述第一通孔（61）靠近所述出气口（52）的有效尺寸；

感应线圈（7），缠绕在所述腔体（5）上、且位于所述第一分流板（6）远离所述进气口（51）的一侧；所述感应线圈（7）在所述腔体（5）内对应形成电离区；

第二分流板（8），安装在所述腔体（5）内、且位于所述感应线圈（7）远离所述进气口（51）的一侧，对于所述第二分流板（8）沿纵向方向依次形成多个高度相同的条形区域，所述条形区域内开设有第二通孔（81），任一所述条形区域内的第二通孔（81）均匀分布，且任一下部所述条形区域的孔隙率低于任一上部所述条形区域的孔隙率；所述条形区域的孔隙率=所述条形区域内孔隙面积/所述条形区域的面积；

过滤装置（9），安装在所述腔体（5）内，位于所述第二分流板（8）与所述出气口（52）之间且靠近所述出气口（52）。

2.根据权利要求1所述的横向等离子体发生室，其特征在于，所述第一分流板（6）上任一径向内侧的所述环形区域的第一通孔（61）的有效尺寸不大于任一径向外侧的所述环形区域的第一通孔（61）上有效尺寸；

所述第一通孔（61）的有效尺寸为所述第一通孔（61）的横截面轮廓上距离最大的两点间距离。

3.根据权利要求2所述的横向等离子体发生室，其特征在于，所述第一分流板（6）上的所述第一通孔（61）的有效尺寸相同，且任一径向内侧所述环形区域的所述第一通孔（61）数量少于任一径向外侧所述环形区域的所述第一通孔（61）数量。

4.根据权利要求1所述的横向等离子体发生室，其特征在于，所述第一通孔（61）的横截面形状为梯形或T形。

5.根据权利要求1所述的横向等离子体发生室，其特征在于，所述第二分流板（8）任一下部所述条形区域的所述第二通孔（81）的有效尺寸不大于任一上部所述条形区域的第二通孔（81）的有效尺寸；

所述第二通孔（81）的有效尺寸为所述第二通孔（81）的横截面轮廓上距离最大的两点间距离。

6.根据权利要求1所述的横向等离子体发生室，其特征在于，最上层所述条形区域的孔隙率为0.5~0.8，最下层所述条形区域的孔隙率为0~0.45，且最上层所述条形区域的孔隙率与最下层所述条形区域的孔隙率差值正比于所述第二分流板（8）与所述过滤装置（9）之间的距离L2。

7.根据权利要求1所述的横向等离子体发生室，其特征在于，对于所述第二分流板（8）沿纵向方向依次形成多个高度相同的条形区域，所述条形区域内开设有第二通孔（81），任一所述条形区域内的所述第二通孔（81）均匀分布，且所述第二通孔（81）的出气方向向上倾斜设置。

8.根据权利要求7所述的横向等离子体发生室，其特征在于，所述第二通孔（81）的倾斜角度为10~60°，且所述倾斜角度正比于所述第二分流板（8）与所述过滤装置（9）之间的距离L2。

9.根据权利要求1所述的横向等离子体发生室，其特征在于，所述过滤装置（9）包括至少一层金属过滤装置，所述金属过滤装置上开设有过滤孔，所述金属过滤装置为单层金属厚板或多层金属薄板；

所述单层金属厚板的孔隙率为0.3~0.8，厚度为8~50mm，所述过滤孔的有效尺寸为0.5~15mm，所述过滤装置的厚度与所述过滤孔的有效尺寸之比不小于2；

所述多层金属薄板的任一金属薄板的孔隙率为0.1~0.8，厚度为2~10mm，所述过滤孔的有效尺寸为0.5~,0mm，所述过滤装置的厚度与所述过滤孔的有效尺寸之比不小于3，且相邻金属薄板过滤装置上的孔隙位置错位设置。

10.根据权利要求1所述的横向等离子体发生室，其特征在于，所述过滤装置包括框架及顺序连接于所述框架上的多个L形金属板，相邻所述L形金属板间形成过滤孔隙，所述过滤孔隙尺寸为0.5~15mm，所述L形金属板与所述框架固定连接或活动连接。

11.一种多功能高温反应装置，其特征在于，所述多功能高温反应装置包括依次连通的气源（1）、权利要求1所述的横向等离子体发生室、卧式高温反应腔室（2）和真空模块（3），其中，所述气源（1）连接到所述横向等离子体发生室的所述进气口（51），所述卧式高温反应腔室（2）连接到所述横向等离子体发生室的所述出气口（52），所述多功能高温反应装置还包括与所述感应线圈（7）电连接的射频电源模块（4）。

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