CN207891425U - 一种等离子体气相沉积装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种等离子体气相沉积装置包括用于气相沉积的反应腔、与反应腔连通的第一抽气通道、包围反应腔的隔离腔以及与隔离腔连通的第二抽气通道，通过第一抽气通道和第二抽气通道可向外抽气，从而调节反应腔与隔离腔的真空度。
Description
技术领域
本实用新型涉及沉积镀膜技术领域，尤其涉及一种等离子体气相沉积装置。
背景技术
目前，随着半导体技术的不断发展，对薄膜的需求越来越大，对薄膜性能的要求也越来越高。薄膜沉积技术是泛半导体技术领域广泛采用的一些技术，如绝缘层和金属化导电层都是通过薄膜沉积技术获得。
化学或物理气相沉积装置是实现薄膜沉积技术的常用设备。物理气相沉积往往通过蒸发、离子束、溅射的方式，存在着效率不高，且膜层沉积不均匀的缺点，成本也高。化学气相沉积装置可以有效解决上述问题，但是现有的等离子体沉积镀膜装置也存在一些缺点：成长过程中的杂质可能在样品镀膜过程中污染样品；杂质容易附着在腔室内，进而在反复使用时，使得腔室内的附着物越来越多，造成基板上出现杂质，影响膜层沉积，导致成膜不均匀；此外，一旦反应腔出现意外，可能使样品直接损坏，无法修复。且镀膜腔内存在较多易燃易爆的气体，存在较高的安全隐患。
实用新型内容
为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种等离子体气相沉积装置，用于解决现有技术中的沉积镀膜时杂质过多、成膜质量差的问题。
本实用新型的目的采用如下技术方案实现：
一种等离子体气相沉积装置，包括用于气相沉积的反应腔以及与所述反应腔连通的第一抽气通道，其特征在于，还包括包围所述反应腔的隔离腔以及与所述隔离腔连通的第二抽气通道，通过所述第一抽气通道和所述第二抽气通道可向外抽气，从而调节所述反应腔与所述隔离腔的真空度。
进一步地，所述等离子体气相沉积装置还包括设置在所述反应腔上方的微波源反应器、设置在所述反应腔中部的样品台以及与所述反应腔连通的气体通道，反应气体适于通过所述气体通道进入所述反应腔内，所述微波源反应器用于提供等离子体能量来源，所述样品台可升降地设于所述反应腔内。
进一步地，所述第一抽气通道的一端形成于所述反应腔的底面，另一端穿过所述隔离腔延伸到所述隔离腔外并与真空泵连接，所述第二抽气通道从所述隔离腔的底面向外延伸并与真空泵连接。
进一步地，所述第一抽气通道与所述第二抽气通道共用一个所述真空泵，所述第一抽气通道与所述真空泵之间设有第一抽气关口，所述第二抽气通道与所述真空泵之间设有第二抽气关口，通过开关所述第一抽气关口或所述第二抽气关口，可对所述反应腔和所述隔离腔单独或共同进行抽气。
进一步地，所述隔离腔的内设有气压传感器，用于检测所述隔离腔内的气压。
进一步地，所述隔离腔的内设有气体传感器，用于检测泄漏到所述隔离腔内的有毒气体。
进一步地，所述反应腔在所述第一抽气通道的上方设有通气夹层，所述通气夹层上分布有用于通气的通孔，以使得通过所述第一抽气通道抽气时，所述通气夹层上方的气流均匀。
相比现有技术，本实用新型的有益效果在于：
(1)本实用新型通过在反应腔外设置隔离腔，将反应腔与外部环境隔离，避免了外部杂质进入反应腔内，保证了样品环境的稳定性，提高了成膜的质量；
(2)本实用新型中，隔离腔与反应腔的真空度可调节，当隔离腔的真空度高于反应腔的真空度时，一旦发生漏气，隔离腔可以保证外部的杂质难以进入反应腔内，此外，一旦反应腔出现损坏，作用力的方向是向外的，避免样品遭到直接损坏，提高了对样品的保护力度；
(3)由于隔离腔的存在，一旦反应腔发生泄漏，有毒、有害的气体也不会直接进入外部环境中，提高使用安全性。
附图说明
图1为本实用新型的第一个优选实施例的示意图；
图2为本实用新型的第二个优选实施例的示意图；
图3A是采用本实用新型的等离子体气相沉积装置制得的金刚石片的光学显微镜照片；
图3B是采用本实用新型的等离子体气相沉积装置制得的金刚石片的光透过率图谱；
图4A是对比例1制得的刚石片的光学显微镜照片；
图4B是对比例1制得的金刚石片的光透过率图谱；
图5是对比例2制得的金刚石片的光学显微镜照片；
图中：10、反应腔；11、第一抽气通道；12、样品台；13、气体通道；14、通气夹层；15、升降装置；20、隔离腔；21、第二抽气通道；30、微波源反应器；4、微波等离子体场；5、真空泵。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本实用新型做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
如图1、图2所示，为本实用新型的等离子体气相沉积装置包括反应腔10、第一抽气通道11、隔离腔20、第二抽气通道21、微波源反应器30。
隔离腔20包围在反应腔10外，从而将反应腔10与外部环境隔离。第一抽气通道11与反应腔10连通，第二抽气通道21与隔离腔20连通，通过第一抽气通道11和第二抽气通道21可向外抽气，从而调节反应腔10与隔离腔20的真空度。微波源反应器30的前端穿过隔离腔20进入反应腔10内，从而为反应腔10内产生等离子体提供能量来源。
进一步地，反应腔10内还设有样品台12，样品台12用于放置基片，当微波源反应器30工作时，可在基片上形成微波等离子体场4。
进一步地，等离子体气相沉积装置还包括与反应腔10连通的气体通道13，反应气体通过气体通道13进入反应腔10内。
优选地，第一抽气通道11的一端形成于反应腔10的底面，另一端穿过隔离腔20延伸到隔离腔20外并与真空泵5连接，通过真空泵5将反应腔10内的气体抽出。
优选地，第二抽气通道21从隔离腔20的底面向外延伸并与真空泵5连接，通过真空泵5将隔离腔20内的气体抽出。
第一抽气通道11与第二抽气通道21可以分别由一真空泵5进行抽气，如图1所示，也可共用一个真空泵5，如图2所示。当第一抽气通道11与第二抽气通道21共用一个真空泵5时，如图2所示，第一抽气通道11与真空泵5之间设有第一抽气关口，第二抽气通道21与真空泵5之间设有第二抽气关口，通过开关第一抽气关口或第二抽气关口，可对反应腔10和隔离腔20单独或共同进行抽气。
优选地，与第一抽气通道11和第二抽气通道21连接的真空泵5具有气压调节装置，从而可根据需求定量地调节反应腔10以及隔离腔20的真空度。
优选地，使用本实用新型的等离子体气相沉积装置时，调节反应腔10与隔离腔20的真空度，使得隔离腔20的真空度高于反应腔10的真空度。由于隔离腔20和反应腔10的气压均低于外部环境的气压，且反应腔10的气压高于隔离腔20的气压，一旦反应腔10发生泄漏，外部杂质难以进入反应腔10内，而且反应腔10内的有毒有害物质也不会直接进入空气中；此外，一旦在沉积过程中，反应腔10内发生爆炸，作用力的方向是向外的，隔离腔20可以减少爆炸带来的危险，同时也可以减少反应腔10内样品的受损。
进一步地，隔离腔20的内设有气压传感器，用于检测隔离腔20内的气压。当气压传感器检测到异常时，可能是反应腔10或隔离腔20发生气体泄漏，因此操作者可以气压传感器的提示快速做出应对，以避免发生严重的事故。
进一步地，隔离腔20内还设有气体传感器，用于检测泄漏到隔离腔20内的有毒气体，如硼烷等。由于气体沉积过程中可能会通入剧毒的气体，为了提高装置的安全性，在隔离腔20内设置检测有毒气体的气体传感器，可以及时提醒用户有毒气体的泄漏，在发生严重后果前，就采取相应的防护措施。
进一步地，反应腔10在第一抽气通道11的上方设有通气夹层14，通气夹层14上具有用于通气的通孔，当通过第一抽气通道11进行抽气时，反应腔10内的气体先经过通气夹层14，然后进入第一抽气通道11内。通过设置通气夹层14，可以保证在抽气时，反应腔10内的气流较为均匀稳定，使得气体可以均匀沉积。
值得一提的是，通气夹层14设置在样品台12的下方，这样保证样品台12上方的气体均匀沉积在样品台12的基片上。
优选地，样品台12可升降地设置在反应腔10内，从而样品的高度可根据需要进行调节，使得样品周围的气体均匀稳定，从而最大程度地保证镀膜样品的均一性和稳定性。
样品台12通过一升降装置15设置在反应腔10内。升降装置15安装在反应腔10的底面，样品台12设置在升降装置15的顶部，用户可以遥控升降装置15的升降。
实施例1
利用等离子体法制备金刚石为现有技术，具体制备方法本实用新型不再详述，采用本实用新型提供的等离子体气相沉积装置制备金刚石之前；先将基片置于样品台12上，然后调整反应腔10和隔离腔20的真空度，使反应腔10和隔离腔20的气压均低于外部环境气压，同时使反应腔10的气压大于隔离腔20的气压；然后通过气体通道13将反应气体通入反应腔10内，反应气体经过等离子活化后到达基片的表面进行沉积反应。图3A为实施例1制得的金刚石片的光学显微镜照片，图3B为实施例1制得的金刚石片的光透过率图谱。
对比例1
其与实施例1的不同之处在于，制备金刚石时采用的等离子体气相沉积装置不包括隔离腔以及第二抽气通道，也即在对比例1中反应腔外即为外部环境，反应腔内的气压低于外部环境的气压。图4A为对比例1制得的金刚石片的光学显微镜照片，图4B为对比例1制得的金刚石片的光透过率图谱。
对比例2
其与实施例1的不同之处在于：然后调整反应腔10和隔离腔20的真空度时，使反应腔10和隔离腔20的气压均低于外部环境气压，同时使反应腔10的气压低于隔离腔20的气压。图5为对比例2制得的金刚石片的光学显微镜照片。
对比图3A和图4A：实施例1的金刚石薄膜杂质少、样品中间呈透明；对比例1的金刚石薄膜产品发黄，有杂质附着在沉积膜中；从外观看实施例1的金刚石薄膜的质量明显高于对比例1的金刚石薄膜。对比图3B和图4B：实施例1的金刚石薄膜的光透过率好，可见光范围内基本为高透过率；对比例1的光透过率较差。可见，在反应腔外增加真空度更高的隔离腔可以大幅提高制得的金刚石薄膜的外观和光学性能。
对比图3A、图4A和图5，可以发现，与实施例1和对比例1的金刚石薄膜相比，对比例2的金刚石薄膜颜色不纯，且生长过程中容易出现裂纹，此外，也出现了杂质污染的情况。可见当隔离腔的真空度低于反应腔的真空度时，反应腔相对于隔离腔成负压状态，隔离腔中的颗粒物质或气体进入反应腔内，影响了产品的沉积生长。
上述实施方式仅为本实用新型的优选实施方式，不能以此来限定本实用新型保护的范围，本领域的技术人员在本实用新型的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本实用新型所要求保护的范围。
Claims (7)
1.一种等离子体气相沉积装置，包括用于气相沉积的反应腔以及与所述反应腔连通的第一抽气通道，其特征在于，还包括包围所述反应腔的隔离腔以及与所述隔离腔连通的第二抽气通道，通过所述第一抽气通道和所述第二抽气通道可向外抽气，从而调节所述反应腔与所述隔离腔的真空度。
2.根据权利要求1所述的等离子体气相沉积装置，其特征在于，还包括设置在所述反应腔上方的微波源反应器、设置在所述反应腔中部的样品台以及与所述反应腔连通的气体通道，反应气体适于通过所述气体通道进入所述反应腔内，所述微波源反应器用于提供等离子体能量来源，所述样品台可升降地设于所述反应腔内。
3.根据权利要求1所述的等离子体气相沉积装置，其特征在于，所述第一抽气通道的一端形成于所述反应腔的底面，另一端穿过所述隔离腔延伸到所述隔离腔外并与真空泵连接，所述第二抽气通道从所述隔离腔的底面向外延伸并与真空泵连接。
4.根据权利要求3所述的等离子体气相沉积装置，其特征在于，所述第一抽气通道与所述第二抽气通道共用一个所述真空泵，所述第一抽气通道与所述真空泵之间设有第一抽气关口，所述第二抽气通道与所述真空泵之间设有第二抽气关口，通过开关所述第一抽气关口或所述第二抽气关口，可对所述反应腔和所述隔离腔单独或共同进行抽气。
5.根据权利要求1-4任一所述的等离子体气相沉积装置，其特征在于，所述隔离腔的内设有气压传感器，用于检测所述隔离腔内的气压。
6.根据权利要求1-4任一所述的等离子体气相沉积装置，其特征在于，所述隔离腔的内设有气体传感器，用于检测泄漏到所述隔离腔内的有毒气体。
7.根据权利要求1-4任一所述的等离子体气相沉积装置，其特征在于，所述反应腔在所述第一抽气通道的上方设有通气夹层，所述通气夹层上分布有用于通气的通孔，以使得通过所述第一抽气通道抽气时，所述通气夹层上方的气流均匀。
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| CN108103482A (zh) * | 2018-01-11 | 2018-06-01 | 宁波晶钻工业科技有限公司 | 一种等离子体气相沉积装置以及方法 |
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