CN2820878Y - 等离子增强热丝化学气相沉积薄膜装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种等离子增强热丝法化学气相沉积薄膜的装置，属于化学气相沉积领域。本实用新型结合了等离子化学气相沉积和热丝化学气相沉积的优点，即在等离子化学气相沉积设备的两极之间再加上热丝，提供分解反应气体所需的热能并且还可以加热样品台上的样品，且灯丝上不再直接施加偏压，可提高灯丝的使用寿命。同时，在上电极中央设置进气通孔，气体进入时可以进行预热活化有利于化学反应进行。在上电极下方设置带有均流孔的喷头，使反应气流分布均匀，易得到均匀的膜层。而且喷头内可放置少量掺杂物质达到对薄膜材料进行掺杂的目的。本装置可以使薄膜的沉积工艺有更大的调节范围，适合沉积多种薄膜。
Description
技术领域 本实用新型涉及一种等离子增强热丝法化学气相沉积薄膜的装置，属于化学气相沉积领域。
背景技术 直流等离子化学气相沉积薄膜的方法一般是在阴极和阳极之间产生辉光放电形成等离子体使反应气体发生活化反应，反应产物在基片(阴极)上沉积形成薄膜。但这种方法一般只适合于沉积导电薄膜。对于不导电薄膜或半导体薄膜，用该方法很难制备。
热丝化学气相沉积法有其固有的特点，如成膜纯度高、效率高、设备较简单等。为了提高薄膜的形核率和沉积速率，传统热丝化学气相沉积法已发展为偏压辅助热丝化学气相沉积法，即在传统热丝化学气相沉积设备的灯丝和样品台之间施加直流偏压。但是，灯丝和样品台之间施加的直流偏压不可太高，否则会影响热丝的使用寿命。
发明内容 本实用新型提供了一种可制备多种薄膜的等离子增强热丝化学气相沉积薄膜的装置。
本实用新型的目的在于克服直流等离子化学气相沉积和热丝化学气相沉积的缺点，将二者的优点结合在一起。即在直流等离子化学气相沉积设备的阴、阳极之间再加上热丝，可以满足需要更高沉积温度的薄膜的沉积，而且使薄膜的沉积工艺有更大的调节范围，沉积薄膜的种类也会更多。
本实用新型可以通过以下途径来实现：
1、在真空室内上部设置与真空室顶盖绝缘、中央有通孔的上电极；在真空室下部设置下电极，下电极通过四个均匀设置的绝缘柱与真空室底座相连；
2、上、下电极与电极电源两极相连，电极电源可以是直流电源、脉冲电源或射频电源；
3、上电极下端有螺杆与喷头相连，喷头位置可上、下调整，喷头与上电极中央的进气通孔贯通，喷头内可根据需要放置少量沉积薄膜所需的掺杂物质；
4、喷头下端为圆盘状，它包括：喷头主体和喷头盖，它们之间用螺丝固定；喷头盖上设置均流孔，均流孔直径为0.8-1.5mm，均流孔数量从中间到边缘逐渐增多或者均流孔孔径逐渐增大；
5、下电极作为样品台，其上可放置需沉积薄膜的样品；
6、上、下电极和喷头，由不锈钢或其它耐热金属材料制成；
7、在上、下电极之间有水平安装的一根或多根灯丝，灯丝位置在样品台上方4-14mm处，灯丝材料为Mo、W、Ta丝；
8、在真空室底座中央设置抽气孔，使气流均匀分布，薄膜沉积均匀。
本实用新型的工作原理为：在等离子化学气相沉积装置的上、下电极之间引入热丝，它可以提供分解反应气体所需的热能并且还可以加热样品台上的样品。在热能和气体放电产生的等离子体的共同作用下，气体发生化学反应并使产物在样品台的样品上沉积薄膜。
本实用新型装置的优点在于：
1、本装置与一般的直流等离子化学气相沉积装置相比，应用更加广泛，可以沉积多种薄膜，如金刚石膜、类金刚石膜、碳化氮、碳化硼、碳化硅、氮化硼和氮化硅等薄膜。
2、本装置比一般的偏压辅助热丝化学气相沉积装置相比，可施加较高的偏压，且偏压不再直接加在灯丝上，提高了灯丝的使用寿命。
3、本装置的上电极中央设置进气通孔，气体进入时可以进行预热活化，有利于化学反应的进行。
4、本装置的上电极下方设置带有均流孔的喷头，使反应气流分布均匀，从而得到均匀的膜层。
5、本装置的喷头位置上下可调且喷头内可放置少量掺杂物质，如硼的氧化物等材料，易于对薄膜材料进行掺杂。
附图说明 图1是本实用新型装置的示意图，说明如下：
1-真空室 2-上水冷电极
3-冷却水进 4-进气通孔
5-冷却水出 6-喷头
7-灯丝 8-电极电源
9-测温热电偶 10-灯丝固定支架
11-抽气口 12-灯丝电源
13-下电极 14-样品
具体实施方式 如图1所示，本实用新型的作用过程是这样的，首先选择需要的灯丝安装在灯丝支架上，将需要沉积薄膜的样品经前处理后放置在样品台上。关闭真空室抽真空至适当真空度，加热灯丝。当样品达到所需的温度时，通入反应气体。反应气体从上电极的进气通孔进入喷头并得到预热后从均流孔均匀地扩散到真空室内。在上电极和下电极之间施加电压产生辉光放电，形成气体放电等离子体和热丝产生的热能的共同作用，使反应气体在热化学和等离子化学的共同作用下发生化学反应，薄膜均匀地沉积在样品上。同时，下电极内部的热电偶对下电极上的样品不断地进行测温，随时监控样品的温度，以便随时调节工艺参数。真空室内反应后的残余气体从抽气孔排出。
Claims (4)
1、一种等离子增强热丝化学气相沉积薄膜装置，其特征在于：上、下电极可与直流电源，或脉冲电源，或射频电源的两极相连。
2、根据权利要求1所述的等离子增强热丝化学气相沉积薄膜装置，其特征在于：
(1)上电极设置为中空形作为进气通孔；
(2)上电极下方用螺纹与喷头相连，喷头与上电极中央的进气通孔贯通；
(3)喷头位置可通过螺纹上、下调整。
3、根据权利要求2所述的等离子增强热丝化学气相沉积薄膜装置，其特征在于：
(1)喷头设置为圆盘状，它包括：喷头主体和喷头盖；
(2)喷头盖上设置均流孔，均流孔数量从中间到边缘逐渐增多或者均流孔孔径逐渐增大；
(3)喷头主体和喷头盖之间用螺丝连接。
4、根据权利要求1或权利要求2所述的等离子增强热丝化学气相沉积薄膜装置，其特征在于：上、下电极和喷头由不锈钢或其它耐热金属材料制成。
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