一种高通量CVD制备硅碳氧薄膜的装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于镀膜设备开发领域，具体为一种高通量CVD制备硅碳氧薄膜的装置。本发明专利技术以高通量CVD镀膜技术为基础，设计CVD沉积反应室结构，利用不同反应前驱物气体(SiH

Device for preparing silicon carbon oxygen film by high throughput CVD

The invention belongs to the field of coating equipment development, in particular to a device for preparing silicon carbon oxygen film by high throughput CVD. On the basis of high flux CVD coating technology, the structure of CVD deposition reaction chamber is designed, and the gas (SiH) of different reaction precursor is utilized

【技术实现步骤摘要】
一种高通量CVD制备硅碳氧薄膜的装置
本专利技术属于镀膜设备开发领域，主要将高通量化学气相沉积(CVD)镀膜技术应用于硅碳氧薄膜的制备，在单次镀膜过程中，在同一衬底基片上实现不同成分硅碳氧薄膜材料的高通量制备，具体为一种高通量CVD制备硅碳氧薄膜的装置。
技术介绍
硅碳氧(SiCxOy)薄膜材料拥有碳化硅(SiC)和二氧化硅(SiO2)相似的特性，具有很好的热稳定性，具有很好的机械强度，具有宽的带隙，极好的光学性能。这些优良的特性使得硅碳氧(SiCxOy)薄膜材料在电子领域、光学领域具有极好的工业化应用价值。比如，Pilkington公司的K系列低辐射玻璃产品就采用SiCxOy薄膜材料作为透明导电氧化物膜层与玻璃之间的隔离层和消色层。其作用是要隔离玻璃中的钠离子溢出到透明导电氧化物膜层，同时抑制薄膜的色彩饱和度，使产品表现出中性色。作为三元化合物薄膜材料，硅碳氧的折射率系数会随着硅—碳—氧三种元素含量的变化而变化，即硅碳氧的折射率可调，因而SiCxOy氧化物薄膜材料具有SiO2及SiC所没有的优良光学特性。CVD镀膜技术是制备SiCxOy氧化物薄膜材料比较常规的方法，在具体的镀膜过程中，通过调节反应前驱物的材料、比例以及衬底的温度来对SiCxOy成分进行调节，从而实现对SiCxOy折射率的调节。但是采用常规的CVD方法来研究反应前驱物的材料、比例与SiCxOy薄膜的成分比的关系，其工作量非常大，且工作效率较为低下。
技术实现思路
针对上述存在问题或不足，本专利技术提供了一种高通量CVD制备硅碳氧薄膜的装置，通过采用高通量CVD的方法，实现单次镀膜过程，在单个衬底上制备SiCxOy成分连续变化的高通量样品的装置，从而提高SiCxOy材料成分研究的效率。该高通量CVD制备硅碳氧薄膜的装置，包括气源、管路、质量流量计MFC、控制阀门、CVD沉积反应室、废气焚烧炉和排空设备。气源包括三种反应气体(SiH4，C2H4，O2)及载气(N2)四种，气源一般采用50L的标准气瓶，4种气体都采用高纯气体(纯度为99.999％)，气瓶通过减压阀和管路连接。管路为气体的运输管道，用于连通MFC、控制阀门、CVD沉积反应室、废气焚烧炉和排空设备。MFC用于控制三种反应气体(SiH4，C2H4，O2)及载气(N2)的流量，MFC1控制氧气O2流量，MFC2控制乙烯C2H4的流量，MFC3控制硅烷SiH4的流量，MFC4控制载气N2汇入氧气O2的流量，MFC5控制载气N2汇入乙烯C2H4的流量，MFC6控制载气N2汇入硅烷SiH4的流量，MFC7控制氮气N2作为吹扫气体的流量。控制阀门选用三通阀，共计4个，用于控制气体的流向；三通阀1用于控制O2和N2的混合气体流入CVD沉积反应室或直接进入焚烧炉，三通阀2用于控制C2H4和N2的混合气体流入CVD沉积反应室或直接进入焚烧炉，三通阀3用于控制SiH4和N2的混合气体流入CVD沉积反应室或直接进入焚烧炉，吹扫三通阀4用于控制N2流入CVD沉积反应室或直接进入焚烧炉。CVD沉积反应室主要用于高通量SiCxOy薄膜材料的化学反应沉积，其结构和功能按照高通量样品的制备要求进行特殊制备，具体的结构和功能在后面有详细说明。废气焚烧炉主要用于焚烧反应气体或反应废气，将其分解成水、CO2、SiO2等对环境无害的成分。排空设备用于将焚烧后的气体排入大气中，同时使得整个管道系统相对于大气压产生微弱的负压，以利于整个系统气流的输运。反应气体进入CVD沉积反应室，经过高温沉积反应，在衬底基片上形成硅碳氧成分梯度变化的薄膜材料。CVD沉积反应室用于高通量SiCxOy薄膜材料的化学反应沉积，包括进气口、高频感应线圈、石英玻璃管、玻璃盖板、石墨基体、衬底基片和废气出口。进气口共计3个，分别为N2+O2进气口，N2+C2H4进气口，N2+SiH4进气口，三个进气口之间的距离两两相等为1/4反应腔室的宽度，C2H4进气口居中设置，O2、SiH4的进气口分别和对应同侧的反应室侧壁距离相等，也为1/4反应腔室的宽度。高频感应线圈提供高频感应电流，缠绕于石英玻璃管。玻璃盖板的宽为石英玻璃管内径的宽度，与石英玻璃管内部大小相适应，内置固定于石英玻璃管中；用于控制反应气体的传输空间，气体传输空间为衬底基片与玻璃盖板间的空间。石墨基体位于玻璃盖板一侧距其1～10mm处，并作为高频感应受体，在高频感应线圈高频电流的作用下产生涡电流而迅速加热，将热能传递到衬底基片上对其进行加热。衬底基片位于石墨基体的上表面，且紧贴石墨基体。在具体的操作过程中，先借助流体模拟软件，对三种气体的输运分布进行模拟计算，从而形成反应气体对比浓度和沉积的SiCxOy薄膜组合材料中硅—碳—氧浓度对比关系，以便建立比较完整的工艺—成分—光学性质的数据库。进一步的，所述管路采用不锈钢材质，在CVD沉积反应室前的管路采用1/8英寸管径，而CVD沉积反应室后面的管路采用1/2英寸管径。进一步的，所述石墨基体中，在靠近衬底基片的位置还嵌入了热电偶，以便确定监测衬底基片的温度。在实际使用本专利技术装置时，首先需要借助流体模拟软件，对三种气体的输运分布进行模拟计算，从而形成反应气体对比浓度和沉积的SiCxOy薄膜组合材料中硅—碳—氧浓度对比关系，以便建立比较完整的工艺—成分—光学性质的数据库。在本专利技术中，反应气体的主要化学反应过程如下，反应温度为600-800℃的高温：三种反应气体的浓度比及反应沉积温度将会影响硅碳氧化合物中三种元素的比例，通过控制三种反应气体在反应腔室内的流向分布而形成浓度比的梯度变化，从而在衬底基片上形成硅碳氧成分比梯度变化的SiCxOy组合薄膜材料。本专利技术以高通量CVD镀膜技术为基础，设计独特的CVD沉积反应室结构，巧妙利用不同反应前驱物气体(硅烷SiH4，乙烯C2H4，氧气O2)，以N2为载气，控制其在反应腔室中的流向分布，形成反应前驱物浓度比例的梯度变化，从而在衬底基片上形成材料成分变化的SiCxOy薄膜组合材料。附图说明图1本专利技术装置结构示意图；图2实施例CVD沉积反应室横切面示意图；图3实施例CVD沉积反应室俯视图；图4实施例CVD沉积反应室侧视图；图5本专利技术制得的SiCxOy薄膜组合材料示意图；附图标记：1-衬底基片，2-气体传输空间，3-石英玻璃盖板，4-石英玻璃管，5-高频感应线圈，6-石墨基体，7、8、9分别为O2、C2H4、SiH4进气口，10-废气出口，11-CVD沉积反应室。具体实施方式下面以实施例结合附图来对本专利技术做进一步的详细说明。采用熔融石英玻璃为沉积的衬底基片，这主要是因为硅碳氧化合物在沉积过程中一般需要较高的沉积温度，而熔融石英的软化温度能够达到1000℃以上，因而是SiCxOy薄膜材料沉积的理想基片，作为选择也可以采用平板玻璃作为衬底基片。反应气体(O2，C2H4，SiH4)及载气(N2)采用99.999％的高纯气体。同时为了保证CVD沉积镀膜的质量，需要保证整个气体输运系统和大气之间具有极好的密闭性。如图2所示，为CVD沉积反应室的横切图，5为高频感应线圈，其材质为紫铜管，提供高频感应电流；4为石英玻璃管，高频感应线圈5缠绕着石英玻璃管4；6为石墨基体，放置在石英玻璃盖板3的一侧；衬底基片1则放置在石墨基体6的上表本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高通量CVD制备硅碳氧薄膜的装置，包括气源、管路、质量流量计MFC、控制阀门、CVD沉积反应室、废气焚烧炉和排空设备，其特征在于：气源包括反应气体和载气，反应气体分别是硅烷SiH

【技术特征摘要】
1.一种高通量CVD制备硅碳氧薄膜的装置，包括气源、管路、质量流量计MFC、控制阀门、CVD沉积反应室、废气焚烧炉和排空设备，其特征在于：气源包括反应气体和载气，反应气体分别是硅烷SiH4、乙烯C2H4和氧气O2，载气为氮气N2，其化学反应过程如下，反应温度为600-800℃的高温：三种反应气体在CVD沉积反应室内的流向分布而形成浓度比的梯度变化，从而在衬底基片上形成硅碳氧成分比梯度变化的SiCxOy薄膜组合材料；管路为气体的运输管道，用于连通MFC、控制阀门、CVD沉积反应室、废气焚烧炉和排空设备；MFC共计7个，用于控制气源的流量；MFC1控制O2流量，MFC2控制C2H4的流量，MFC3控制SiH4的流量，MFC4控制N2汇入O2的流量，MFC5控制N2汇入C2H4的流量，MFC6控制N2汇入SiH4的流量，MFC7控制N2作为吹扫气体的流量；控制阀门选用三通阀，共计4个，用于控制气体的流向；三通阀1用于控制O2和N2的混合气体流入CVD沉积反应室或直接进入焚烧炉，三通阀2用于控制C2H4和N2的混合气体流入CVD沉积反应室或直接进入焚烧炉，三通阀3用于控制SiH4和N2的混合气体流入CVD沉积反应室或直接进入焚烧炉，吹扫三通阀4用于控制N2流入CVD沉积反应室或直接进入焚烧炉。废气焚烧炉用于焚烧反应气体或反应废气，将其分解成水、CO2、SiO2等对环境无害的成分；排空设备用于将焚烧后的气体排入大气中，同时使得整个管道系统相对于大气压产生微弱的负压，以利于整个装置气流的输运。反应气体进入CVD沉积反应室，经过高温沉积反应形成硅碳氧成分梯度变化的薄膜材料；所述CVD沉积反应室用于高通量SiCxOy薄膜组合材料的化学反应...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭先德，向勇，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51