CN116288257A - 一种化学气相沉积装置和化学气相沉积方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种化学气相沉积装置和化学气相沉积方法，所述化学气相沉积装置包括反应腔体；所述反应腔体的底部设置有用于承托基片的样品台，所述样品台的顶面位于所述反应腔体的内腔中；所述反应腔体的顶面设置有电场装置，用于形成垂直于所述基片表面的电场，所述电场装置正对所述样品台的顶面；所述反应腔体开设有第一入口、第二入口和出口，所述第一入口和第二入口相对设置，所述反应腔体通过所述第一入口和第二入口连接有雾化装置，所述雾化装置连通有载气源。本发明引入电场装置以形成垂直于基片表面的电场，可以实现无损伤或低损伤的低温化学气相沉积，且能提升反应腔体内的雾雾相流场均匀性。
Description
技术领域
本发明属于气相沉积技术领域，涉及一种化学气相沉积装置和化学气相沉积方法。
背景技术
化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition，简称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。
CN112813414B公开了一种化学气相沉积系统，包括：反应腔，所述反应腔包括中空的壳体，所述壳体水平放置，所述中空的壳体的两侧具有进气口、排气口和/或操作口，气体从进气口沿水平方向进入反应腔；水平放置在所述反应腔内第一基座和第二基座，第一基座和第二基座与进气口的距离相同，所述反应腔被所述第一基座和第二基座分为上腔体和下腔体，待处理晶片放置在所述第一基座和第二基座上，处于上腔体中，其中所述第一基座包括第一可旋转基座和第一可旋转基座外围的第一外盒，所述第二基座包括第二可旋转基座和第二可旋转基座外围的第二外盒，第一外盒与第二外盒接触或具有第一间隙，第一可旋转基座和第二可旋转基座在气流入口处相向旋转，并且在第一可旋转基座和第二可旋转基座距离最近处旋转方向与气流方向相同。
但是，现有的化学气相沉积装置及方法多在很高的温度下进行沉积，而高温会对基材或沉积层造成破坏，导致缺陷的产生。并且，很多CVD装置需要在真空状态下进行沉积，沉积成本较高。并且，化学气相沉积装置中，化学气体或蒸汽的流场均匀性仍需提高。
因此，亟需开发一种化学气相沉积装置，能够降低沉积温度并减少基片和沉积薄膜的损伤，并能够提升装置内的流场均匀性。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种化学气相沉积装置和化学气相沉积方法。本发明引入电场装置以形成垂直于基片表面的电场，为沉积反应过程提供能量，使得雾可在低温下发生反应，在基片表面沉积形成薄膜，且电场难以对基片造成损伤，从而可以实现无损伤或低损伤的低温化学气相沉积；同时，反应腔体上相对设置的第一入口和第二入口，使携带雾的载气分两股进入反应腔体中，这两股气流会发生碰撞，能起到一定的整流效果，提升反应腔体内的雾相流场均匀性。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明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反应腔体；
所述反应腔体的底部设置有用于承托基片的样品台，所述样品台的顶面位于所述反应腔体的内腔中；所述反应腔体的顶面设置有电场装置，用于形成垂直于所述基片表面的电场，所述电场装置正对所述样品台的顶面；
所述反应腔体开设有第一入口、第二入口和出口，所述第一入口和第二入口相对设置，所述反应腔体通过所述第一入口和第二入口连接有雾化装置，所述雾化装置连通有载气源。
本发明提供了一种化学气相沉积装置，设置的雾化装置可使原料液形成雾，载气源提供的载气可携带雾进入反应腔体中，并引入电场装置以形成垂直于基片表面的电场，为沉积反应过程提供能量，使得雾可在低温下发生反应，在基片表面沉积形成薄膜，且电场难以对基片造成损伤，从而可以实现无损伤或低损伤的低温化学气相沉积，甚至实现室温化学气相沉积，能大大提高沉积薄膜的质量，并且绿色节能；
同时，反应腔体上相对设置的第一入口和第二入口，使携带雾的载气分两股进入反应腔体中，这两股气流会发生碰撞，能起到一定的整流效果，提升反应腔体内的雾相流场均匀性。
可选地，所述样品台的部分或整体设置在所述反应腔体的内腔中。
优选地，所述反应腔体连接有至少1个所述雾化装置，所述“至少1个”例如可以是1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个或10个等。当所述反应腔体连接至少2个所述雾化装置时，所述至少2个所述雾化装置并联设置。
优选地，所述电场装置包括电极板，所述电极板带有与所述基片或所述样品台相反的电荷，所述电极板与所述基片或所述样品台之间形成电场。
示例性地，当电极板带有正电荷时，也就是为正电极时，所述基片或所述样品台带有负电荷，也就是作为负电极；当电极板带有负电荷时，也就是为负电极时，所述基片或所述样品台带有正电荷，也就是作为正电极。
优选地，所述电场的强度为10-1000V/cm，例如可以是10V/cm、20V/cm、30V/cm、40V/cm、50V/cm、60V/cm、70V/cm、100V/cm、200V/cm、300V/cm、400V/cm、500V/cm、600V/cm、700V/cm、800V/cm、900V/cm或1000V/cm等，可以使得雾中的原料分解并沉积。
优选地，所述电极板与所述样品台的顶面之间的距离为2-20mm，例如可以是2mm、4mm、6mm、8mm、10mm、12mm、14mm、16mm、18mm或20mm等。
优选地，所述电极板与所述样品台同轴设置。
优选地，所述电极板的面积大于等于所述基片的面积，使形成的电场可以覆盖基板。
优选地，所述样品台的内腔中设置有控温组件。
优选地，所述样品台的内腔中设置有控温组件，所述控温组件包括加热组件和/或冷却组件。以样品台温度为设定值，通过控温组件调控样品台的温度，进而调控基片的温度。
可选地，所述样品台的底部设置有旋转组件，所述旋转组件用于带动所述样品台旋转，从而带动基片旋转。
优选地，所述反应腔体包括沿雾的流动方向依次连接的整流段、反应段和排出段；
所述整流段具有气流收束结构，所述排出段具有气流发散结构，所述反应段的结构包括两端开口的直筒结构，所述整流段的小尺寸端对接所述反应段的输入端，所述反应段的输出端对接所述排出段的小尺寸端。
本发明中，整流段具有气流收束结构，可对进入反应腔室的雾进行整流，使其流入至反应段前的气流更为平稳，从而提升了后续反应段内的气体流场均匀性；其排出段具有气流发散结构，可防止反应段输出端的气体流速过快，避免气流直接撞击到输出端内壁上形成不稳定流场，增加了缓冲空间，从而能够大大提升反应腔室内的气体流场均匀性，进而提高沉积薄膜的质量。
优选地，所述排出段开设有至少1个（例如可以是1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个或10个等）所述出口。
优选地，所述反应段的顶面设置有所述电场装置，所述反应段的底部设置有所述样品台。
优选地，所述样品台的顶面与所述反应段的内腔顶面之间的距离为0.5-5mm，例如可以是0.5mm、0.7mm、1mm、1.5mm、2mm、2.5mm、3mm、3.5mm、4mm、4.5mm或5mm等。
本发明中，当样品台的顶面与所述反应段的内腔顶面之间的距离控制在0.5-5mm时，将基片置于所述样品台顶面，基片的上方可形成窄缝，所述窄缝可以使得基片上方的气流为层流，可以提高薄膜沉积的均匀性。
优选地，所述整流段包括依次对接的第一直筒段和渐缩段，所述渐缩段的横截面面积沿雾的流动方向逐渐减小，所述渐缩段的小尺寸端对接所述反应段的输入端。
优选地，所述渐缩段的斜面与横截面的夹角为25°-75°，例如可以是25°、27°、30°、32°、35°、37°、40°、42°、45°、50°、60°、65°、70°或75°等。
优选地，所述第一直筒段的外侧壁开设有所述第一入口和第二入口。
本发明中，在第一直筒段的外侧壁开设第一入口和第二入口，能够更好地发挥整流作用，从第一入口和第二入口通入的两股气流会发生碰撞，再进入渐缩段，会起到更好地整流效果。
优选地，所述排出段包括依次对接的渐扩段和第二直筒段，所述渐扩段的横截面面积沿雾的流动方向逐渐增大，所述渐扩段的小尺寸端对接所述反应段的输出端。
优选地，所述渐扩段的斜面与横截面的夹角为25°-75°，例如可以是25°、27°、30°、32°、35°、37°、40°、42°、45°、50°、60°、65°、70°或75°等。
优选地，所述第二直筒段开设有至少1个（例如可以是1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个或10个等）所述出口。
优选地，所述雾化装置包括雾化腔体，所述雾化腔体开设有载气进口和载气出口，所述载气进口与所述载气源连通，所述载气源提供的载气可输运所述雾化装置产生的雾。
优选地，所述载气出口连接有进气管路，所述进气管路的输出端连接有2条分支管路，所述2条分支管路的输出端分别连通所述第一入口和所述第二入口。
优选地，所述进气管路上引出进气支路，所述进气支路的进气端连通有气体源，所述气体源提供的气体可与所述载气源提供的载气一同输运所述雾化装置产生的雾。
优选地，所述载气源和所述气体源独立地包括氮气、氩气、氦气或氢气中的任意一种或至少两种的组合。
需要说明的是，所述“独立地”是指载气源可以选择氮气、氩气、氦气或氢气中的任意一种或至少两种的组合，气体源可以选择氮气、氩气、氦气或氢气中的任意一种或至少两种的组合，两者选择气体成分时互不干扰。
优选地，所述载气源的成分和所述气体源的成分相同。
优选地，所述雾化腔体的底部设置有第一雾化件，所述第一雾化件的部分位于所述雾化腔体的内腔中。
优选地，所述第一雾化件包括第一超声振子。
优选地，所述第一超声振子的频率为1-10MHz，例如可以是1MHz、2MHz、3MHz、4MHz、5MHz、6MHz、7MHz、8MHz、9MHz或10MHz等。
优选地，所述雾化装置还包括超声介质容器，所述雾化腔体的底部位于所述超声介质容器的内腔中，所述超声介质容器的底部设置有第二雾化件，所述第二雾化件的部分位于所述超声介质容器的内腔中。
本发明中，雾化装置还包括超声介质容器，并将第二雾化件设置于所述超声介质容器的底端，使得第二雾化件直接接触超声介质，第二雾化件发出的超声波，可经超声介质传递至雾化腔体，从而可激发雾化腔体中的原料液形成雾，这能够避免原料液对第二雾化件的腐蚀，延长第二雾化件的使用寿命。
本发明对超声介质容器中的超声介质种类不作具体限定，示例性地，例如可以是纯水。
优选地，所述第二雾化件包括第二超声振子。
优选地，所述第二超声振子的频率为1-10MHz，例如可以是1MHz、2MHz、3MHz、4MHz、5MHz、6MHz、7MHz、8MHz、9MHz或10MHz等。
第二方面，本发明提供了一种使用第一方面所述的化学气相沉积装置进行化学气相沉积的方法，所述化学气相沉积的方法包括：
将基片置于样品台上，使所述基片正对电场装置；并将原料液置于雾化装置中，使原料液形成雾流入反应腔体的内腔中，对所述雾施加电场，进行化学气相沉积。
本发明对所述基片的材质不作限定，包括但不限于蓝宝石、硅、锗、碳化硅、石英或金属中的任意一种。
本发明对原料液的成分不作限定，包括但不限于GaCl3、AlCl3、ZnCl2、FeCl3、GaBr3、AlBr3、ZnBr2、FeBr3、乙酰乙酸Ga、乙酰乙酸Al、乙酰乙酸In、乙酰丙酮Fe、乙烯丙酮Al、乙烯丙酮Ga、正硅酸乙酯（TEOS）和八甲基环四硅氧烷（OMCTS）中的至少一种；从而在基片上形成金属氧化物薄膜材料，包括Ga2O3、Al2O3、ZnO、(AlxGa1-x)2O3、(FexGa1-x)2O3或SiO2等。
优选地，所述基片的温度为20-400℃，例如可以是20℃、30℃、40℃、50℃、70℃、100℃、150℃、200℃、250℃、300℃、350℃或400℃等。
优选地，所述雾中的液滴直径为1-5μm，例如可以是1μm、1.5μm、2μm、2.5μm、3μm、3.5μm、4μm、4.5μm或5μm等。
优选地，所述反应腔体的内腔中的气压为10-110kPa，例如可以是10kPa、20kPa、30kPa、40kPa、50kPa、60kPa、70kPa、80kPa、90kPa、100kPa或110kPa等。
本发明所述的数值范围不仅包括上述例举的点值，还包括没有例举出的上述数值范围之间的任意的点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供了一种化学气相沉积装置，设置的雾化装置可使原料液形成雾，载气源提供的载气可携带雾进入反应腔体中，并引入电场装置以形成垂直于基片表面的电场，为沉积反应过程提供能量，使得雾可在低温下发生反应，在基片表面沉积形成薄膜，且电场难以对基片造成损伤，从而可以实现无损伤或低损伤的低温化学气相沉积，甚至实现室温化学气相沉积，能大大提高沉积薄膜的质量，并且绿色节能；
同时，反应腔体上相对设置的第一入口和第二入口，使携带雾的载气分两股进入反应腔体中，这两股气流会发生碰撞，能起到一定的整流效果，提升反应腔体内的雾相流场均匀性。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的化学气相沉积装置的示意图；
图2为本发明实施例2提供的化学气相沉积装置的示意图；
图3为本发明实施例3提供的化学气相沉积装置的示意图；
图4为本发明实施例1-3提供的反应腔体的俯视图；
图5为本发明实施例2-3提供的反应腔体的正视图；
其中，1-雾化腔体；2-第一雾化件；3-载气进口；4-载气出口；5-反应腔体；501-整流段；502-反应段；503-排出段；5051-第一入口；5052-第二入口；506-出口；6-电极板；7-基片；8-样品台；9-进气支路；10-进气端；11-进气管路；12-超声介质容器；13-第二雾化件。
具体实施方式
需要理解的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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，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，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
本实施例提供了一种化学气相沉积装置，如图1所示，所述化学气相沉积装置包括反应腔体5；
所述反应腔体5的底部设置有用于承托基片7的样品台8，所述样品台8的顶面位于所述反应腔体5的内腔中，且所述样品台8的内腔中设置有控温组件；所述反应腔体5的顶面设置带有正电荷的电极板6，所述样品台8带有负电荷，所述电极板6与所述样品台8之间形成垂直于所述基片7表面的电场，电场的强度为10V/cm，所述基片7为直径150mm的圆形，所述电极板6为155mm×155mm的方形，所述电极板6与所述样品台8的顶面之间的距离为2mm；所述电极板6与所述样品台8同轴设置；
所述反应腔体5的外侧壁开设有第一入口5051、第二入口5052和出口506，第一入口5051和第二入口5052相对设置，如图4所示，所述反应腔体5通过第一入口5051和第二入口5052连接有雾化装置，所述雾化装置包括雾化腔体1，所述雾化腔体1的外侧壁和顶面分别开设有载气进口3和载气出口4，所述载气进口3连通有载气源，所述载气出口4连接有进气管路11，所述进气管路11的输出端连接有2条分支管路，所述2条分支管路的输出端分别连通所述第一入口5051和所述第二入口5052；所述进气管路11上引出进气支路9，所述进气支路9的进气端10连通有气体源；所述载气源和所述气体源均为氮气。
所述雾化腔体1的底部设置有第一雾化件2，所述第一雾化件2为超声振子，其频率为1MHz，所述第一雾化件2的部分位于雾化腔体1的内腔中。
实施例2
本实施例提供了一种化学气相沉积装置，如图2所示，所述化学气相沉积装置包括反应腔体5；
所述反应腔体5包括依次连接的整流段501、反应段502和排出段503，所述整流段501具有气流收束结构，即所述整流段501包括依次对接的第一直筒段和渐缩段，所述渐缩段的横截面面积沿雾的流动方向逐渐减小，所述渐缩段的斜面与横截面的夹角为25°，所述渐缩段的小尺寸端对接所述反应段502的输入端；所述第一直筒段的外侧壁处开设有第一入口5051和第二入口5052，第一入口5051和第二入口5052相对设置，如图4和图5所示；
所述反应段502的结构为两端开口的直筒结构；所述反应段502的底部设置有用于承托基片7的样品台8，所述样品台8的顶面位于所述反应段502的内腔中，所述样品台8的顶面与所述反应段502的内腔顶面之间的距离为1.5mm，且所述样品台8的内腔中设置有控温组件；所述反应腔体5的顶面设置带有正电荷的电极板6，所述样品台8带有负电荷，所述电极板6与所述样品台8之间形成垂直于所述基片7表面的电场，电场的强度为500V/cm，所述基片7的面积为100mm×100mm的方形，所述电极板6的面积为直径为105mm的圆形，所述电极板6与所述样品台8的顶面之间的距离为10mm；所述电极板6与所述样品台8同轴设置；
所述排出段503具有气流发散结构，即所述排出段503包括依次对接的渐扩段和第二直筒段，所述渐扩段的横截面面积沿雾的流动方向逐渐增大，所述渐扩段的斜面与横截面的夹角为25°，所述渐扩段的小尺寸端对接所述反应段502的输出端；所述第二直筒段的外侧壁处开设有1个出口506；
所述整流段501通过第一入口5051和第二入口5052连接有雾化装置，所述雾化装置包括雾化腔体1，所述雾化腔体1的外侧壁和顶面分别开设有载气进口3和载气出口4，所述载气进口3连通有载气源，所述载气出口4连接有进气管路11，所述进气管路11的输出端连接有2条分支管路，所述2条分支管路的输出端分别连通所述第一入口5051和所述第二入口5052；所述进气管路11上引出进气支路9，所述进气支路9的进气端10连通有气体源；所述载气源和所述气体源均为氩气；
所述雾化腔体1的底部设置有第一雾化件2，所述第一雾化件2为超声振子，其频率为5MHz，所述第一雾化件2的部分位于雾化腔体1的内腔中。
实施例3
本实施例提供了一种化学气相沉积装置，如图3所示，所述化学气相沉积装置包括反应腔体5；
所述反应腔体5包括依次连接的整流段501、反应段502和排出段503，所述整流段501具有气流收束结构，即所述整流段501包括依次对接的第一直筒段和渐缩段，所述渐缩段的横截面面积沿雾的流动方向逐渐减小，所述渐缩段的斜面与横截面的夹角为45°，所述渐缩段的小尺寸端对接所述反应段502的输入端；所述第一直筒段的外侧壁处开设有第一入口5051和第二入口5052，第一入口5051和第二入口5052相对设置，如图4和图5所示；
所述反应段502的结构为两端开口的直筒结构；所述反应段502的底部设置有用于承托基片7的样品台8，所述样品台8的顶面位于所述反应段502的内腔中，所述样品台8的顶面与所述反应段502的内腔顶面之间的距离为5mm，且所述样品台8的内腔中设置有控温组件；所述反应腔体5的顶面设置带有负电荷的电极板6，所述样品台8带有正电荷，所述电极板6与所述样品台8之间形成垂直于所述基片7表面的电场，电场的强度为1000V/cm，所述基片7的面积为直径100mm的圆形，所述电极板6的面积为120mm×120mm的方形，所述电极板6与所述样品台8的顶面之间的距离为20mm；所述电极板6与所述样品台8同轴设置；
所述排出段503具有气流发散结构，即所述排出段503包括依次对接的渐扩段和第二直筒段，所述渐扩段的横截面面积沿雾的流动方向逐渐增大，所述渐扩段的斜面与横截面的夹角为45°，所述渐扩段的小尺寸端对接所述反应段502的输出端；所述第二直筒段的外侧壁处开设有1个出口506；
所述整流段501通过第一入口5051和第二入口5052连接有雾化装置，所述雾化装置包括雾化腔体1和超声介质容器12，所述雾化腔体1的外侧壁和顶面分别开设有载气进口3和载气出口4，所述载气进口3连通有载气源，所述载气出口4连接有进气管路11，所述进气管路11的输出端连接有2条分支管路，所述2条分支管路的输出端分别连通所述第一入口5051和所述第二入口5052；所述进气管路11上引出进气支路9，所述进气支路9的进气端10连通有气体源；所述载气源和所述气体源均为氩气；
所述超声介质容器12为顶端开口的中空结构，其底部设置有第二雾化件13，所述第二雾化件13为超声振子，其频率为10MHz，所述第二雾化件13的部分位于所述超声介质容器12的内腔中，所述超声介质容器12的内腔中盛放有超声介质，所述超声介质为纯水。
对比例1
本对比例提供了一种化学气相沉积装置，与实施例1的区别在于，省去电极板，且样品台无电荷，其余与实施例1完全相同。
应用例1
本应用例提供了一种使用实施例1所述的化学气相沉积装置进行化学气相沉积的方法，包括：
将基片置于样品台上，使所述基片正对电极板；并将原料液放入雾化装置中，原料液为乙酰乙酸Ga；开启雾化装置使原料液形成雾，雾中的液滴直径为5μm，所述载气源和所述气体源提供的气体携带雾流入反应腔体中，所述反应腔体内的气压控制在10kPa；开启控温组件，调节基片的温度为150℃，对所述雾施加电场，进行雾化化学气相沉积。
对气相沉积的Ga2O3薄膜进行X射线衍射（XRD）摇摆曲线检测，XRD摇摆曲线是表征晶体结晶质量的常用方法，半高宽越小，说明晶体中的损伤、缺陷越少，结晶质量越高。该应用例的结果表明半高宽为0.66°，薄膜的晶体质量较高。
应用例2
本应用例提供了一种使用实施例2所述的化学气相沉积装置进行化学气相沉积的方法，包括：
将基片置于样品台上，使所述基片正对电极板；并将原料液放入雾化装置中，原料液为乙酰乙酸Ga；开启雾化装置使原料液形成雾，雾中的液滴直径为3μm，载气源和气体源提供的气体携带雾流入反应腔体中，所述反应腔体内的气压控制在50kPa；开启控温组件，调节基片的温度为200℃，对所述雾施加电场，进行化学气相沉积。
对气相沉积的Ga2O3薄膜进行XRD摇摆曲线检测，结果表明半高宽为0.72°，薄膜的晶体质量较高。
应用例3
本应用例提供了一种使用实施例3所述的化学气相沉积装置进行化学气相沉积的方法，包括：
将基片置于样品台上，使所述基片正对电极板；并将原料液放入雾化装置中，原料液为乙酰乙酸Ga；开启雾化装置使原料液形成雾，雾中的液滴直径为1μm，载气源和气体源提供的气体携带雾流入反应腔体中，所述反应腔体内的气压控制在110kPa；开启控温组件，调节基片的温度为400℃，对所述雾施加电场，进行化学气相沉积。
对气相沉积的Ga2O3薄膜进行XRD摇摆曲线检测，结果表明半高宽为0.79°，薄膜的晶体质量较高。
对比应用例1
本对比应用例提供了一种使用对比例1所述的化学气相沉积装置进行化学气相沉积的方法，包括：
将基片置于样品台上，并将原料液放入雾化装置中，原料液为乙酰乙酸Ga；开启雾化装置使原料液形成雾，雾中的液滴直径为5μm，载气源和气体源提供的氮气携带雾流入反应腔室中，所述反应腔室内的气压控制在10kPa；开启温控组件，调节基片的温度为600℃，进行化学气相沉积。
对气相沉积的Ga2O3薄膜进行XRD摇摆曲线检测，结果表明半高宽为1.08°，高温沉积会对晶格造成损伤，薄膜的晶体质量较差。
综上所述，本发明提供的化学气相沉积装置，设置的雾化装置可使原料液形成雾，载气源提供的载气可携带雾进入反应腔体中，并引入电场装置以形成垂直于基片表面的电场，为沉积反应过程提供能量，使得雾可在低温下发生反应，在基片表面沉积形成薄膜，且电场难以对基片造成损伤，从而可以实现无损伤或低损伤的低温化学气相沉积，甚至实现室温化学气相沉积，能大大提高沉积薄膜的质量，并且绿色节能；同时，反应腔体上相对设置的第一入口和第二入口，使携带雾的载气分两股进入反应腔体中，这两股气流会发生碰撞，能起到一定的整流效果，提升反应腔体内的雾相流场均匀性。
申请人声明，以上所述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，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于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，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一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反应腔体；
所述反应腔体的底部设置有用于承托基片的样品台，所述样品台的顶面位于所述反应腔体的内腔中；所述反应腔体的顶面设置有电场装置，用于形成垂直于所述基片表面的电场，所述电场装置正对所述样品台的顶面；
所述反应腔体开设有第一入口、第二入口和出口，所述第一入口和第二入口相对设置，所述反应腔体通过所述第一入口和第二入口连接有雾化装置，所述雾化装置连通有载气源。
2.根据权利要求1所述的化学气相沉积装置，其特征在于，所述电场装置包括电极板，所述电极板带有与所述基片或所述样品台相反的电荷，所述电极板与所述基片或所述样品台之间形成电场；
所述电场的强度为10-1000V/cm。
3.根据权利要求2所述的化学气相沉积装置，其特征在于，所述电极板与所述样品台的顶面之间的距离为2-20mm；
所述电极板与所述样品台同轴设置；
所述电极板的面积大于等于所述基片的面积；
所述样品台的内腔中设置有控温组件。
4.根据权利要求1所述的化学气相沉积装置，其特征在于，所述反应腔体包括沿雾的流动方向依次连接的整流段、反应段和排出段；
所述整流段具有气流收束结构，所述排出段具有气流发散结构，所述反应段的结构包括两端开口的直筒结构，所述整流段的小尺寸端对接所述反应段的输入端，所述反应段的输出端对接所述排出段的小尺寸端；
所述反应段的顶面设置有所述电场装置，所述反应段的底部设置有所述样品台；
所述样品台的顶面与所述反应段的内腔顶面之间的距离为0.5-5mm。
5.根据权利要求4所述的化学气相沉积装置，其特征在于，所述整流段包括依次对接的第一直筒段和渐缩段，所述渐缩段的横截面面积沿雾的流动方向逐渐减小，所述渐缩段的小尺寸端对接所述反应段的输入端；
所述第一直筒段的外侧壁开设有所述第一入口和第二入口；
所述排出段包括依次对接的渐扩段和第二直筒段，所述渐扩段的横截面面积沿雾的流动方向逐渐增大，所述渐扩段的小尺寸端对接所述反应段的输出端；
所述第二直筒段开设有至少1个所述出口。
6.根据权利要求1所述的化学气相沉积装置，其特征在于，所述雾化装置包括雾化腔体，所述雾化腔体开设有载气进口和载气出口，所述载气进口与所述载气源连通；
所述载气出口连接有进气管路，所述进气管路的输出端连接有2条分支管路，所述2条分支管路的输出端分别连通所述第一入口和所述第二入口；
所述进气管路上引出进气支路，所述进气支路的进气端连通有气体源；
所述载气源和所述气体源独立地包括氮气、氩气、氦气或氢气中的任意一种或至少两种的组合。
7.根据权利要求6所述的化学气相沉积装置，其特征在于，所述雾化腔体的底部设置有第一雾化件，所述第一雾化件的部分位于所述雾化腔体的内腔中；
所述第一雾化件包括第一超声振子；
所述第一超声振子的频率为1-10MHz。
8.根据权利要求6所述的化学气相沉积装置，其特征在于，所述雾化装置还包括超声介质容器，所述雾化腔体的底部位于所述超声介质容器的内腔中，所述超声介质容器的底部设置有第二雾化件，所述第二雾化件的部分位于所述超声介质容器的内腔中；
所述第二雾化件包括第二超声振子；
所述第二超声振子的频率为1-10MHz。
9.一种使用权利要求1-8任一项所述的化学气相沉积装置进行化学气相沉积的方法，其特征在于，所述化学气相沉积的方法包括：
将基片置于样品台上，使所述基片正对电场装置；并将原料液置于雾化装置中，使原料液形成雾流入反应腔体的内腔中，对所述雾施加电场，进行化学气相沉积。
10.根据权利要求9所述的化学气相沉积的方法，其特征在于，所述基片的温度为20-400℃；
所述雾中的液滴直径为1-5μm；
所述反应腔体的内腔中的气压为10-110kPa。
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- 2023-05-17 CN CN202310552764.0A patent/CN116288257A/zh active Pending
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