一种APCVD沉积过程颗粒物控制系统及其控制方法与流程

一种apcvd沉积过程颗粒物控制系统及其控制方法
技术领域
1.本发明涉及常压化学沉积技术领域，具体为一种apcvd沉积过程颗粒物控制系统及其控制方法。


背景技术：

2.apcvd即常压化学气相淀积，是指在大气压下进行的一种化学气相淀积的方法，这是化学气相淀积最初所采用的方法。这种工艺所需的系统简单，反应速度快，但是均匀性较差，台阶覆盖能力差，所以一般用于厚的介质淀积在芯片制造过程中，大部分所需的薄膜材料，不论是导体、半导体，或是介电材料，都可以用化学气相淀积来制备，apcvd技术是指在大气压下，把一种或几种含有构成薄膜元素的化合物、单质气体通入放置有基材的反应室，然后通过气相化学反应在基体表面上沉积一层固态薄膜的方法。
3.但是工艺气体经过管路到达反应室的喷头处，从喷头出来的气体到达基材表面时由于气体喷头的出口形状固定，气体从喷头喷出时的路径形状为一条直线，无法使工艺气体均匀分散开，从而无法实现工艺气体与反应室内部的反应物充分接触反应，以至于形成的薄膜质量无法达到生产要求，此外传统喷头的喷出工艺气体量不易控制，而反应室内部的不同基材所需的工艺气体量不同，若无法控制喷头出气量，则薄膜的生产速度与质量无法得到保障。


技术实现要素：

4.针对现有技术的不足，本发明提供了一种apcvd沉积过程颗粒物控制系统及其控制方法，解决了传统常压化学气相沉积过程中，工艺气体喷头无法使气体均匀喷出，以至于工艺气体无法与反应物充分接触反应以及喷头不易控制工艺气体喷出量，薄膜质量无法得到保证的问题。
5.为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种apcvd沉积过程颗粒物控制系统，包括反应管、第一气罐、第二气罐以及第三气罐，所述反应管的一侧设置有第一气罐、第二气罐与第三气罐，所述第一气罐、第二气罐与第三气罐从下到上依次叠加放置，所述反应管与第一气罐、第二气罐与第三气罐均分别通过输气管相连接，所述输气管的一端贯穿反应管并延伸至内部，且输气管的一端固定连接有调控机构，所述反应管的另一侧通过管道连接有废气吸收罐，所述废气吸收罐的一侧壁上方固定设置有防护罩，所述防护罩的内部转动设置有排气扇，所述反应管的一侧外壁分别开设有两个滑槽，滑槽的内部分别滑动设置有置物组件与支撑组件，所述置物组件与支撑组件的一端均贯穿反应管并延伸至内部，所述反应管的内壁开设有腔体，腔体的内部设置有加热丝。
6.所述调控机构包括喷气头与气体分布组件，所述喷气头的左侧壁开设有螺纹孔，所述气体分布组件的一端固定设置有第一法兰盘，所述喷气头与气体分布组件通过第一法兰盘与螺纹孔固定连接，所述喷气头的内部设置有气量调控组件，所述喷气头的正面通过转轴转动连接有若干传动齿轮，全部所述传动齿轮的外壁共同啮合有传动链条，所述传动
链条的最顶部内壁啮合有驱动齿轮，驱动齿轮的一侧壁固定连接有伺服电机。
7.所述气体分布组件包括气体分布管，所述气体分布管为中空结构，且气体分布管的两端开设有通气口，所述气体分布管的内部设置有调节组件，且气体分布管的内壁固定设置有承载支架。
8.所述调节组件包括导风板，所述导风板的前后两侧壁均固定连接有第一转动轴，所述导风板的左侧壁开设有第一滑槽，所述第一滑槽的内部滑动设置有滑块，所述滑块的一侧壁转动连接有连杆，所述连杆的一端固定焊接有连接块，所述连接块的左侧壁固定焊接有驱动轴，所述驱动轴的一端固定连接有风扇，且驱动轴的外壁转动套设有轴套。
9.所述气量调控组件包括第一固定板与第二固定板，所述第一固定板与第二固定板之间通过第二转动轴转动连接有若干调节叶片，所述第二转动轴的一端分别贯穿第一固定板与第二固定板。
10.进一步的，每个所述输气管的外壁一侧均设置有控制阀，所述控制阀位于输气管与反应管之间。
11.进一步的，所述防护罩的一端与废气吸收罐的内部相连通，且废气吸收罐的另一端开设有通气口，通气口内部设置有防尘网，所述防护罩的内部设置有排气扇，所述排气扇由电动马达驱动。
12.进一步的，所述喷气头右侧壁侧壁固定连接有进气导管，所述进气导管的一端固定连接有第二法兰盘，所述伺服电机固定连接在喷气头的顶部，所述喷气头的左右两侧壁均开设有气门，所述气体分布组件与进气导管均与气门内部相连通。
13.进一步的，所述第二转动轴的一端均贯穿喷气头的外壁并与传动齿轮背面转轴固定连接，所述第二转动轴与喷气头相接触部分通过轴承连接。
14.进一步的，所述驱动轴贯穿承载支架，且驱动轴与承载支架相接触部分通过轴套转动连接。
15.进一步的，所述置物组件包括置物盒，所述置物盒的内部相对侧壁上方均开设有第二滑槽，所述第二滑槽的内部滑动连接有盖板，所述置物盒的左侧壁开设有通孔，通孔的内部结构与盖板相适配，所述盖板与置物盒侧壁均开设有若干透气孔。
16.进一步的，所述支撑组件包括支架，所述支架的顶部设置有液压缸，所述液压缸的驱动端固定设置有限位板，且液压缸呈矩形阵列分布，限位板之间设置有衬底。
17.本发明还公开了一种apcvd沉积过程颗粒物控制系统的控制方法，具体方法包括以下步骤：
18.步骤一、反应材料准备：将大块衬底材料衬底切成适宜的小片后，放入特定的溶液中浸泡30min，取出后用清水反复清洗三次，最后用高纯氮气吹干后放置在支架上，并通过液压缸将衬底固定，然后称取适量反应材料放置在置物盒内部并均匀摊开，接着将置物组件与支撑组件分别放置进反应管侧壁的滑槽中。
19.步骤二、升温排腔:将加热丝通电后，借助电热丝的控制面板设定温控程序，使反应管中心生长温度控制在适宜反应温度，升温时，打开第一气罐右侧输气管上的控制阀通入第一反应气体，将升温过程中挥发出来的杂质气体排出腔外。
20.步骤三、通气生长：当系统达到设定温度时，打开第二气罐和第三气罐右侧的控制阀，将第二气罐与第三气罐中的反应气体分别送入反应管中，同时，继续通入一定流量的第
一气罐中的气体，此后apcvd系统将按照设定的时间生长预定的薄膜产物，通入气体时，为了调控通入反应管中的反应气体量与其体分布均匀度需要启动调控机构，气体通过输气管进入到喷气头内部，此时启动伺服电机带动传动链条转动一定距离，从而传动齿轮随之转动一定角度，传动齿轮转动时带动第二转动轴转动，从而位于第一固定板与第二固定板之间的调节叶片共同同步转动一定角度，相邻调节叶片之间形成一定大小的缝隙，气体能够通过缝隙流进反应管中，气体通过喷气头后进入到气体分布组件位置处，具有一定速度的气流推动风扇转动，从而风扇带动驱动轴、连接块与连杆转动，并最终推动滑块沿第一滑槽内壁滑动，从而导风板绕着第一转动轴上、下往复摆动，不断改变经过气体分布管内部的气流路径，从而反应气体能够均匀分散开来，均匀进入到置物组件位置处并与置物组件内部的物质反应，反应产物以蒸汽形式存在并且能够均匀分散，接着被输送至支撑组件位置处，并在衬底的表面逐渐累积形成一定厚度的薄膜产物。
21.步骤四、测量分析：主要采用专用仪器设备对生长完的产物薄膜形貌进行观察，同时，对于结果较理想的薄膜产物进一步性能测量，并对相关结果进行分析。
22.进一步的，步骤三中，根据反应物所需反应速率调整调节叶片之间形成缝隙的大小，缝隙越大通过的气体量越大，反之，气体通过量则越小。
23.有益效果
24.本发明提供了一种apcvd沉积过程颗粒物控制系统及其控制方法。与现有技术相比具备以下有益效果：
25.1、一种apcvd沉积过程颗粒物控制系统及其控制方法，调节组件包括导风板，导风板的前后两侧壁均固定连接有第一转动轴，导风板的左侧壁开设有第一滑槽，第一滑槽的内部滑动设置有滑块，滑块的一侧壁转动连接有连杆，连杆的一端固定焊接有连接块，连接块的左侧壁固定焊接有驱动轴，驱动轴的一端固定连接有风扇，且驱动轴的外壁转动套设有轴套，连杆转动的同时能够带动滑块沿滑槽第一滑槽内部往复滑动，滑块滑动同时为调节叶片提供摆动的动力，使通过的气流不断改变通过的路径，从而达到气流均匀分散的目的，因此，在气流与反应物反应后产生的过程产物颗粒能够均匀分散，从而能够在衬底上均匀的形成薄膜。
26.2、一种apcvd沉积过程颗粒物控制系统及其控制方法，调节组件使用时，流动的气流能够带动风扇转动，无需外置动力驱动即可为调节叶片提供摆动的动力，从而节省了能源的消耗，也减少了装置的成本支出，有利于该装置的推广使用。
27.3、一种apcvd沉积过程颗粒物控制系统及其控制方法，气量调控组件包括第一固定板与第二固定板，第一固定板与第二固定板之间通过第二转动轴转动连接有若干调节叶片，第二转动轴的一端分别贯穿第一固定板与第二固定板，调节叶片能够通过第二转动轴转动一定角度，因此，相邻调节叶片之间能够形成一定大小的缝隙，通过调节缝隙的大小进而能够控制通过的反应气流量，从而适用于不同反应气体流量的apcvd系统。
28.4、一种apcvd沉积过程颗粒物控制系统及其控制方法，反应管的右端设置有废气吸收罐，在反应管内部未充分反应的化学气体进入到废气吸收罐后，由于废气吸收罐内部设置有废气吸收装置，因此废气能够被净化后排出，避免了反应气体对环境的污染。
附图说明
29.图1为本发明正视结构示意图；
30.图2为本发明a部分放大结构示意图；
31.图3为本发明调控机构立体结构示意图；
32.图4为本发明调控机构爆炸立体结构示意图；
33.图5为本发明方向调控组件与喷气头组装状态结构示意图；
34.图6为本发明气体分布组件立体结构示意图；
35.图7为本发明气体分布组件内部立体结构示意图；
36.图8为本发明调节组件立体结构示意图；
37.图9为本发明气量调控组件立体结构示意图；
38.图10为本发明置物组件立体结构示意图；
39.图11为本发明支撑组件立体结构示意图。
40.图中：1、反应管；2、第一气罐；3、第二气罐；4、第三气罐；5、输气管；6、调控机构；601、喷气头；602、气体分布组件；6021、气体分布管；6022、调节组件；60221、导风板；60222、第一转动轴；60223、第一滑槽；60224、滑块；60225、连杆；60226、连接块；60227、驱动轴；60228、风扇；60229、轴套；6023、承载支架；603、进气导管；604、气量调控组件；6041、第一固定板；6042、第二固定板；6043、调节叶片；6044、第二转动轴；605、第一法兰盘；606、第二法兰盘；607、传动齿轮；608、传动链条；609、伺服电机；610、气门；7、控制阀；8、废气吸收罐；9、防护罩；10、排气扇；11、置物组件；1101、置物盒；1102、第二滑槽；1103、盖板；1104、透气孔；12、支撑组件；1201、支架；1202、液压缸；1203、衬底；13、加热丝。
具体实施方式
41.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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
42.请参阅图1
‑
2，本发明提供一种技术方案：一种apcvd沉积过程颗粒物控制系统，包括反应管1、第一气罐2、第二气罐3以及第三气罐4，反应管1的一侧设置有第一气罐2、第二气罐3与第三气罐4，第一气罐2、第二气罐3与第三气罐4从下到上依次叠加放置，反应管1与第一气罐2、第二气罐3与第三气罐4均分别通过输气管5相连接，输气管5的一端贯穿反应管1并延伸至内部，且输气管5的一端固定连接有调控机构6，反应管1的另一侧通过管道连接有废气吸收罐8，废气吸收罐8的一侧壁上方固定设置有防护罩9，防护罩9的内部转动设置有排气扇10，反应管1的一侧外壁分别开设有两个滑槽，滑槽的内部分别滑动设置有置物组件11与支撑组件12，置物组件11与支撑组件12的一端均贯穿反应管1并延伸至内部，反应管1的内壁开设有腔体，腔体的内部设置有加热丝13，每个输气管5的外壁一侧均设置有控制阀7，控制阀7位于输气管5与反应管1之间，防护罩9的一端与废气吸收罐8的内部相连通，且废气吸收罐8的另一端开设有通气口，通气口内部设置有防尘网，防护罩9的内部设置有排气扇10，排气扇10由电动马达驱动。
43.请参阅图3
‑
5，调控机构6包括喷气头601与气体分布组件602，喷气头601的左侧壁
开设有螺纹孔，气体分布组件602的一端固定设置有第一法兰盘605，喷气头601与气体分布组件602通过第一法兰盘605与螺纹孔固定连接，喷气头601的内部设置有气量调控组件604，喷气头601的正面通过转轴转动连接有若干传动齿轮607，全部传动齿轮607的外壁共同啮合有传动链条608，传动链条608的最顶部内壁啮合有驱动齿轮，驱动齿轮的一侧壁固定连接有伺服电机609，喷气头601右侧壁侧壁固定连接有进气导管603，进气导管603的一端固定连接有第二法兰盘606，伺服电机609固定连接在喷气头601的顶部，喷气头601的左右两侧壁均开设有气门610，气体分布组件602与进气导管603均与气门610内部相连通，第二转动轴6044的一端均贯穿喷气头601的外壁并与传动齿轮607背面转轴固定连接，第二转动轴6044与喷气头601相接触部分通过轴承连接。
44.请参阅图6
‑
7，气体分布组件602包括气体分布管6021，气体分布管6021为中空结构，且气体分布管6021的两端开设有通气口，气体分布管6021的内部设置有调节组件6022，且气体分布管6021的内壁固定设置有承载支架6023。
45.请参阅图8，调节组件6022包括导风板60221，导风板60221的前后两侧壁均固定连接有第一转动轴60222，导风板60221的左侧壁开设有第一滑槽60223，第一滑槽60223的内部滑动设置有滑块60224，滑块60224的一侧壁转动连接有连杆60225，连杆60225的一端固定焊接有连接块60226，连接块60226的左侧壁固定焊接有驱动轴60227，驱动轴60227的一端固定连接有风扇60228，且驱动轴60227的外壁转动套设有轴套60229，驱动轴60227贯穿承载支架6023，且驱动轴60227与承载支架6023相接触部分通过轴套60229转动连接。
46.请参阅图9，气量调控组件604包括第一固定板6041与第二固定板6042，第一固定板6041与第二固定板6042之间通过第二转动轴6044转动连接有若干调节叶片6043，第二转动轴6044的一端分别贯穿第一固定板6041与第二固定板6042。
47.请参阅图10，置物组件11包括置物盒1101，置物盒1101的内部相对侧壁上方均开设有第二滑槽1102，第二滑槽1102的内部滑动连接有盖板1103，置物盒1101的左侧壁开设有通孔，通孔的内部结构与盖板1103相适配，盖板1103与置物盒1101侧壁均开设有若干透气孔1104。
48.请参阅图11，支撑组件12包括支架1201，支架1201的顶部设置有液压缸1202，液压缸1202的驱动端固定设置有限位板，液压缸1202呈矩形阵列分布，限位板之间设置有衬底1203。
49.本发明还公开了一种apcvd沉积过程颗粒物控制系统的控制方法，具体方法包括以下步骤：
50.步骤一、反应材料准备：将大块衬底材料衬底1203切成适宜的小片后，放入特定的溶液中浸泡30min，取出后用清水反复清洗三次，最后用高纯氮气吹干后放置在支架1201上，并通过液压缸1202将衬底1203固定，然后称取适量反应材料放置在置物盒1101内部并均匀摊开，接着将置物组件11与支撑组件12分别放置进反应管1侧壁的滑槽中。
51.步骤二、升温排腔:将加热丝13通电后，借助电热丝的控制面板设定温控程序，使反应管1中心生长温度控制在适宜反应温度，升温时，打开第一气罐2右侧输气管5上的控制阀7通入第一反应气体，将升温过程中挥发出来的杂质气体排出腔外。
52.步骤三、通气生长：当系统达到设定温度时，打开第二气罐3和第三气罐4右侧的控制阀7，将第二气罐3与第三气罐4中的反应气体分别送入反应管1中，同时，继续通入一定流
量的第一气罐2中的气体，此后apcvd系统将按照设定的时间生长预定的薄膜产物，通入气体时，为了调控通入反应管1中的反应气体量与其体分布均匀度需要启动调控机构6，气体通过输气管5进入到喷气头601内部，此时启动伺服电机609带动传动链条608转动一定距离，从而传动齿轮607随之转动一定角度，传动齿轮607转动时带动第二转动轴6044转动，从而位于第一固定板6041与第二固定板6042之间的调节叶片6043共同同步转动一定角度，相邻调节叶片6043之间形成一定大小的缝隙，气体能够通过缝隙流进反应管1中，根据反应物所需反应速率调整调节叶片之间形成缝隙的大小，缝隙越大通过的气体量越大，反之，气体通过量则越小，气体通过喷气头601后进入到气体分布组件602位置处，具有一定速度的气流推动风扇60228转动，从而风扇60228带动驱动轴60227、连接块60226与连杆60225转动，并最终推动滑块60224沿第一滑槽60223内壁滑动，从而导风板60221绕着第一转动轴60222上、下往复摆动，不断改变经过气体分布管6021内部的气流路径，从而反应气体能够均匀分散开来，均匀进入到置物组件11位置处并与置物组件11内部的物质反应，反应产物以蒸汽形式存在并且能够均匀分散，接着被输送至支撑组件12位置处，并在衬底1203的表面逐渐累积形成一定厚度的薄膜产物。
53.步骤四、测量分析：主要采用专用仪器设备对生长完的产物薄膜形貌进行观察，同时，对于结果较理想的薄膜产物进一步性能测量，并对相关结果进行分析。
54.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
55.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。