CN120888904A - 气相沉积炉 - Google Patents

Abstract

本申请涉及气相沉积技术领域，尤其涉及一种气相沉积炉，包括沉积室，具有工件固定槽，工件固定槽的槽壁形成沉积室的内壁，工件固定槽被配置为固定工件，以使工件的非涂层表面与工件固定槽的槽壁相贴合，并使工件的涂层表面外露，以解决涂层脱落影响工件良率的问题。

Description

气相沉积炉

技术领域

本申请涉及气相沉积技术领域，尤其涉及一种气相沉积炉。

背景技术

化学气相沉积(ChemicalVapor Deposition,CVD)是一种广泛应用于材料科学和工程领域的薄膜制备技术。该技术主要是利用含有薄膜元素的一种或几种气相化合物或单质，在工件表面上进行化学反应生成薄膜的方法。

目前，化学气相沉积工艺主要利用气相沉积炉进行。然而，随着气相沉积炉的反应腔进行多次气相沉积后，反应腔内壁的涂层逐渐增厚，涂层脱落后，会留存在工件表面，影响工件良率。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供了一种气相沉积炉，以解决涂层脱落影响工件良率的问题。

第一方面，本申请一实施例提供了一种气相沉积炉，包括：沉积室，具有工件固定槽，工件固定槽的槽壁形成沉积室的内壁，工件固定槽被配置为固定工件，以使工件的非涂层表面与工件固定槽的槽壁相贴合，并使工件的涂层表面外露。

结合第一方面，气相沉积炉还包括限位件，限位件位于工件固定槽的槽口处，限位件被配置为止挡工件，以将工件固定于工件固定槽。

结合第一方面，沉积室的内壁设置有安装槽，安装槽位于工件固定槽的槽口处，限位件设置于安装槽处，限位件凸出于安装槽的槽壁并延伸至工件固定槽的槽口内，以与工件止挡配合。

结合第一方面，沉积室的内壁具有多个工件固定槽，多个工件固定槽的槽壁共同形成沉积室的内壁，多个工件固定槽沿沉积室的周向依次排布，限位件为多个，工件固定槽的槽口的两侧均设置有限位件。

结合第一方面，限位件包括相连接的第一限位段和第二限位段，第一限位段和第二限位段之间具有夹角，第一限位段和第二限位段分别延伸至相邻的两个工件固定槽的槽口内；和/或，多个工件固定槽两两相对设置，相邻的两个工件固定槽之间设置有一个限位件。

结合第一方面，限位件的延伸方向、工件固定槽的延伸方向均与沉积室的轴线方向相同。

结合第一方面，沉积室包括第一成型部和第二成型部，第一成型部的两端分别设置有第二成型部，第一成型部的内壁以及第二成型部的内壁共同围成工件固定槽，第一成型部的刚度小于第二成型部的刚度。

结合第一方面，工件固定槽的横截面为半圆形或者矩形。

结合第一方面，沉积室还包括加热件，加热件设置于工件固定槽处；和/或，沉积室还包括进气管和出气管，进气管和出气管分别设置于沉积室的两端，进气管和出气管均与沉积室相连通。

结合第一方面，气相沉积炉还包括炉体，沉积室为多个，多个沉积室均设置在炉体内。

应用本发明的技术方案，将工件固定在工件固定槽中，使工件的非涂层表面与工件固定槽的槽壁相贴合，并使工件的涂层表面外露，在进行气相沉积时，仅对外露的涂层表面进行气相沉积，使得工件上形成沉积薄膜。由于工件固定槽的槽壁形成沉积室的内壁，工件的非涂层表面与工件固定槽的槽壁相贴合，使得工件的非涂层表面对沉积室的内壁进行了遮挡，进而在沉积室的内壁不会形成沉积涂层，也就不会发生涂层脱落的情形，进而提升了工件良率。

附图说明

通过结合附图对本申请实施例进行更详细的描述，本申请的上述以及其他目的、特征和优势将变得更加明显。附图用来提供对本申请实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请实施例一起用于解释本申请，并不构成对本申请的限制。在附图中，相同的参考标号通常代表相同部件或步骤。

图1所示为本申请实施例提供的沉积室的结构示意图。

图2所示为本申请实施例提供的第一成型部的剖视图。

图3所示为本申请实施例提供的沉积室和工件的装配图。

图4所示为本申请实施例提供的沉积室和工件的又一装配图。

图5所示为图4中A处的局部放大图。

图6所示为本申请实施例提供的限位件的结构示意图。

图7所示为本申请实施例提供的沉积室的剖视图。

图8所示为本申请实施例提供的气相沉积炉的示意图。

附图标记：

1、工件；

10、沉积室；11、工件固定槽；12、安装槽；13、第一成型部；14、第二成型部；15、加热件；16、进气管；17、出气管；

20、限位件；21、第一限位段；22、第二限位段；

30、炉体。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

化学气相沉积法是利用含有薄膜元素的一种或者几种气相化合物或者单质，在工件1的表面进行化学反应，使反应生成的固态薄膜沉积在工件1表面的制备工艺。化学气相淀积法已经广泛用于提纯物质、研制新晶体、沉积各种单晶、多晶或玻璃态无机薄膜材料。这些材料可以是氧化物、硫化物、氮化物、碳化物，也可以是III-V、II-IV、IV-VI族中的二元或多元的元素间化合物，而且它们的物理功能可以通过气相掺杂的沉积过程精确控制。

其中，化学气相沉积工艺一般在气相沉积炉内进行。将工件1放置在气相沉积炉内，并将反应需要的气体输入至沉积炉内，使得气体在工件1的表面发生化学反应，生成固态薄膜，反应生成的副产物则被抽离。

化学气相沉积过程分为三个重要阶段：反应气体向工件1表面扩散、反应气体吸附于工件1表面、在工件1表面上发生化学反应形成固态沉积物及产生的气相副产物脱离工件1表面。最常见的化学气相沉积反应有：热分解反应、化学合成反应和化学传输反应等。例如在工件1表面沉积TiC或TiN，是向850℃～1100℃的反应室通入TiCl₄、H₂、CH₄等气体，经化学反应，在工件1表面形成涂层。

通常工件1通过支架放置在气相沉积炉内，且工件1的尺寸相比气相沉积炉的内腔尺寸很小。并且，由于气相沉积炉内通常会根据沉积工艺产物的不同需求，分别对不同类型的工件1进行气相沉积工艺。使得反应生成的涂层一部分沉积在工件1上，另一部分则堆积在气相沉积炉的内壁。然而，由于不同类型的工件1沉积的固态薄膜类型并不相同，使得气相沉积炉的内壁形成多种不同的涂层，随着涂层的逐渐增厚，会发生涂层脱落的现象。如果涂层掉落至工件1的表面，则会影响最终产品的良率。

为了解决上述问题，如图1至图5所示，本发明一实施例提供了一种气相沉积炉，气相沉积炉包括沉积室10，沉积室10具有工件固定槽11，工件固定槽11的槽壁形成沉积室10的内壁，工件固定槽11被配置为固定工件1，以使工件1的非涂层表面与工件固定槽11的槽壁相贴合，并使工件1的涂层表面外露。

应用本发明的技术方案，将工件1固定在工件固定槽11中，使工件1的非涂层表面与工件固定槽11的槽壁相贴合，并使工件1的涂层表面外露，在进行气相沉积时，仅对外露的涂层表面进行气相沉积，使得工件1上形成沉积薄膜。由于工件固定槽11的槽壁形成沉积室10的内壁，工件1的非涂层表面与工件固定槽11的槽壁相贴合，使得工件1的非涂层表面对沉积室10的内壁进行了遮挡，进而在沉积室10的内壁不会形成沉积涂层，也就不会发生涂层脱落的情形，进而提升了工件1良率。

其中，工件1在进行气相沉积工艺时，并不是工件1的所有表面均需要沉积薄膜，仅特定的某个表面或者几个表面需要沉积薄膜。在现有技术中，为了对特定的表面沉积薄膜，通常使用额外的工装，例如石墨工装，或者其它材料的工装对无需进行涂层的表面进行覆盖。上述工装的制作和维护均具有高昂的成本，特别是对于需要定制工装的半涂层产品而言，成本增加更为显著。

通过采用本发明的方案，将工件1的非涂层表面与沉积室10的工件固定槽11的槽壁相贴合，进而无需采用额外的工装对非涂层表面进行覆盖，实现了无需使用昂贵石墨工装的半涂层效果，可以显著降低制造过程中的成本，尤其对于需要大量半涂层产品的场景，成本节约效果更为显著。

一般来说，进行气体沉积工艺的工件1具有规则的形状，使得工件固定槽11也具有较为规则的形状。其中，工件固定槽11的横截面形状可以为矩形、半圆形或者其它规则形状。进而使得工件1既能够得到稳定的固定，也不会存在非涂层表面裸露的情形。

当然，根据工件1的不同形状，工件固定槽11也应设置为与工件1相匹配的形式，以使工件1能够固定在工件固定槽11内时，非涂层表面被工件固定槽11的槽壁所遮盖。

需要说明的是，在利用工件固定槽11对工件1进行固定时，应保证工件固定槽11的槽壁均为工件1的非涂层表面所覆盖，不会存在工件固定槽11的槽壁外露的情况，使得在工件固定槽11处并不会形成涂层沉积，也就不会产生涂层脱落。并且，即使沉积室10存在未设置工件固定槽11的区域，该区域内产生涂层沉积，由于工件1在工件固定槽11内，涂层脱落后也不会掉落在工件1表面。

其中，沉积室10的内壁可以仅设置1个工件固定槽11，也可以设置多个工件固定槽11。在沉积室10的内壁设置多个工件固定槽11时，为了更大限度地利用空间，工件固定槽11应在某一特定方向上依次排布，例如环形方向。

当然，每个工件固定槽11内可以放置与其外形匹配的1个工件1，也可以放置多个工件1。在工件固定槽11内放置多个工件1时，多个工件1依次叠置在工件固定槽11内，使得工件1的非涂层表面可以相互遮盖。

如图3和图5所示，气相沉积炉还包括限位件20，限位件20位于工件固定槽11的槽口处，限位件20被配置为止挡工件1，以将工件1固定于工件固定槽11。采用上述的限位件20对工件1进行止挡，能够避免工件1由工件固定槽11内脱出，具有结构简单，便于操作的优点。

其中，限位件20可以为多种形式，例如限位杆、限位扣或者限位环等形式，只要能够对工件1进行限位，使其固定于工件固定槽11内即可。

在一些实施例中，为了能够将工件1稳固地固定在工件固定槽11内，并且防止反应气体进入工件1非涂层表面和工件固定槽11的槽壁之间的缝隙，可以将限位件20设置为限位杆的结构，使限位杆的延伸方向与工件固定槽11的延伸方向相同，进而利用限位杆密封工件1非涂层表面和工件固定槽11的槽壁之间的缝隙。

在其它实施例中，也可以将限位件20分段设置，在工件固定槽11内放置多个工件1时，通过依次取放限位件20，可以分别对不同的工件1进行拆装。

其中，本发明并不对限位件20的具体设置位置进行限定，只要能够位于工件固定槽11的槽口处，对工件1进行限位即可。在一些实施例中，限位件20可以位于工件固定槽11的槽口处的端部，此时，可以将限位件20设置为限位环等结构。在一些实施例中，限位件20可以位于工件固定槽11的槽口处的中部，此时，限位件20可以设置为限位扣的形式。

如图1和图2所示，沉积室10的内壁设置有安装槽12，安装槽12位于工件固定槽11的槽口处，限位件20设置于安装槽12处，限位件20凸出于安装槽12的槽壁并延伸至工件固定槽11的槽口内，以与工件1止挡配合。通过将限位件20安装在安装槽12处，使得限位件20能够与安装槽12和工件1均形成配合作用，进而将工件1限位在工件固定槽11内。

其中，安装槽12可以为多种形式，只要能够对限位件20形成支撑，使得限位件20能够对工件1形成限位作用即可。在一些实施例中，安装槽12可以为凹陷的凹槽结构，将限位件20的一部分插入至凹槽内，限位件20的另一部分对工件1进行止挡即可。

当然，根据限位件20的不同形状，安装槽12的形状也可以设置为不同的形式，只要能够对限位件20形成支撑即可。

在一些实施例中，安装槽12和工件固定槽11为相接的结构，即安装槽12和工件固定槽11具有共用的边界线，使得限位件20放置在安装槽12处后，限位件20凸出于安装槽12的部分能够直接与工件1配合，避免沉积室10的内壁外露，从而能够进一步防止沉积室10的内壁产生涂层。

如图1至图3所示，沉积室10的内壁具有多个工件固定槽11，多个工件固定槽11的槽壁共同形成沉积室10的内壁，多个工件固定槽11沿沉积室10的周向依次排布，限位件20为多个，工件固定槽11的槽口的两侧均设置有限位件20。采用上述设计，通过在每个工件固定槽11内均放置工件1，能够同时对多个工件1进行气相沉积工艺，进而提升气相沉积工艺效率。

并且，通过在工件固定槽11的两侧均设置限位件20，能够使得限位件20分别与工件1的两侧均形成限位配合的作用，以进一步将工件1固定在工件固定槽11内。

其中，工件固定槽11的槽壁全部被工件的非涂层表面所遮挡，进而沉积室10的内壁则不会存在外露的情况。

在一些实施例中，可以使每个工件固定槽11均对应两个限位件20，两个限位件20分别位于工件固定槽11的两侧。在其它实施例中，也可以使相邻的两个工件固定槽11共用一个限位件20，以减少限位件20的数量，降低制造成本。

如图4和图5所示，多个工件固定槽11两两相对设置，相邻的两个工件固定槽11之间设置有一个限位件20。采用上述结构的限位件20，通过两个限位段分别与两个工件1限位配合，能够实现一个限位件20同时对两个工件1进行限位，能够简化结构，降低制造成本。

如图2和图6所示，限位件20包括相连接的第一限位段21和第二限位段22，第一限位段21和第二限位段22之间具有夹角，第一限位段21和第二限位段22分别延伸至相邻的两个工件固定槽11的槽口内。上述的限位件结构，具有结构简单，便于加工的优点。

在一些实施例中，安装槽12可以设置为角形槽，角形槽的一个边界线与相邻两个工件固定槽11的其中一个的边界线共用，角形槽的另一个边界线与相邻两个工件固定槽11的另一个的边界线共用。第一限位段21和第二限位段22分别与角形槽的两个槽壁相贴合，并分别延伸至相邻两个工件固定槽11的槽口内，进而第一限位段21与一个工件1贴合形成限位，第二限位段22与另一个工件1贴合形成限位。

其中，第一限位段21和第二限位段22形成角形结构，分别与角形槽的两侧槽壁相贴合。

在一些实施例中，限位件20的延伸方向、工件固定槽11的延伸方向均与沉积室10的轴线方向相同。采用上述设计，可以在工件固定槽11的延伸方向上，利用限位件20对工件1进行固定，以使工件1固定更稳固。

其中，沉积室10的轴线方向指的是气体流动的方向。为了对工件1的涂层表面形成良好的沉积薄膜，工件1的涂层表面应沿气体的流动方向延伸，即使工件固定槽11的延伸方向均与沉积室10的轴线方向相同。

在本实施例中，第一限位段21和第二限位段22的延伸方向均与沉积室10的轴线方向相同。第一限位段21能够分别与安装槽12的一个槽壁以及相邻两个工件1的其中一个贴合，进而对工件1和工件固定槽11之间的间隙密封。第二限位件20能够分别与安装槽12的另一个槽壁以及相邻两个工件1的另一个贴合，进而对工件1和工件固定槽11之间的间隙密封。

如图1和图7所示，沉积室10包括第一成型部13和第二成型部14，第一成型部13的两端分别设置有第二成型部14，第一成型部13的内壁以及第二成型部14的内壁共同围成工件固定槽11，第一成型部13的刚度小于第二成型部14的刚度。采用上述的沉积室10，利用第一成型部13形成沉积室10的主体，利用第二成型部14对第一成型部13起到支撑作用，能够使沉积室10具有较高的结构强度，以提供气相沉积工艺需要的高温环境。

其中，第一成型部13和第二成型部14均采用保温材料制作，以使沉积室10具有良好的保温效果，促使气相沉积工艺能够在合适的温度条件下进行。一般来说，第一成型部13可以采用保温毡。例如，岩棉保温毡，以岩石为主要原料，经过高温熔化、纤维化处理制成，具有较高的熔点和良好的防火性能，同时隔热效果显著。第二成型部14可以采用硬质碳纤维保温材料或者碳碳复合材料。硬质碳纤维保温材料是通过将碳纤维与粘结剂成型后，经过碳化、石墨化等工艺处理而成。这种材料具有较高的刚度和强度，同时保持了良好的隔热性能。碳/碳复合保温材料是以碳纤维为基体，经过多层针刺、沉积、石墨化等工艺制成的复合材料。它具有高强度、低密度、耐高温等特点。

沉积室10的内腔(即气体流通腔室)贯穿第一成型部13的两端，并利用第二成型部14进行遮盖。在工件1安装后，利用第一成型部13的内壁对工件1的侧壁进行遮盖，利用第二成型部14对工件1的端部进行遮盖，使得工件1的非涂层表面均被覆盖。

在一些实施例中，第二成型部14的内边缘与工件1的内侧相平齐，使得工件1的非涂层表面能够全部被第二成型部14所遮盖，并且，第二成型部14也不会外露于工件1，也就不会在第二成型部14上形成涂层。

如图7所示，沉积室10还包括加热件15，加热件15设置于工件固定槽11处。通过加热件15能够对沉积室10进行加热，进而提供气相沉积工艺所需的高温环境，使得气相沉积工艺能够在合适的温度条件下进行。

在一些实施例中，可以使加热件15的延伸方向与工件固定槽11的延伸方向相同。使得加热件15能够在工件1的延伸方向上对整个工件1均匀加热，以使沉积薄膜更加均匀。

当然，为了进一步使工件1的温度更加均匀，可以在工件固定槽11的两侧均设置加热件15，以在工件1的两侧分别对工件1进行加热。

如图1和图7所示，沉积室10还包括进气管16和出气管17，进气管16和出气管17分别设置于沉积室10的两端，进气管16和出气管17均与沉积室10相连通。通过进气管16能够将反应所需的气体输送至沉积室10内，以使气体在工件1的表面发生反应。利用出气管17能够将反应后生成的副产物导出至沉积室10外。

其中，设置于沉积室10两端的第二成型部14上均具有通气口，通气口与沉积室10的内腔连通。进气管16和出气管17分别通过两个通气口与沉积室10的内腔连通。

在工件1完成气相沉积工艺后，将进气管16以及靠近进气管16的第二成型部14拆除，再将限位件20拆除，即可将成品取出。进而能够对另外的工件1进行气相沉积，使得沉积室10在每次气相沉积中始终保持第一次使用的状态，避免工件1受到沉积室10多次使用涂层脱落的影响。

如图8所示，在一些实施例中，气相沉积炉还包括炉体30，沉积室10为多个，多个沉积室10均设置在炉体30内。采用上述设计，利用一个炉体30布置多个沉积室10，能够提升炉体30内的空间利用率，并同时对多个工件1进行固态薄膜制备，提高生产效率。

其中，在炉体30内设置多个沉积室10时，不同沉积室10中的工件1可以为相同的工件1，也可以为不同的工件1，即不同沉积室10中的工件1可以沉积相同的固态薄膜，也可以沉积不同的固态薄膜。

当不同沉积室10中的工件1沉积不同的固态薄膜时，每个沉积室10中应通入不同的气体，或者比例不同的混合气体。且每个沉积室10应设置单独的加热件15，以使每个沉积室10均能够具有匹配的温度。

当炉体30内设置多个沉积室10时，也可以将加热件15设置于炉体30，使得各沉积室10具有相同的温度，此时，不同沉积室10中的工件1沉积相同的固态薄膜。

以上结合具体实施例描述了本申请的基本原理，但是，需要指出的是，在本申请中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本申请的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本申请为必须采用上述具体的细节来实现。

本申请中涉及的器件、装置、设备、系统的方框图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。

还需要指出的是，在本申请的装置、设备和方法中，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本申请的等效方案。

提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本申请。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本申请的范围。因此，本申请不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。

为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本申请的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。

Claims (10)

1.一种气相沉积炉，其特征在于，包括：

沉积室，具有工件固定槽，所述工件固定槽的槽壁形成所述沉积室的内壁，所述工件固定槽被配置为固定工件，以使所述工件的非涂层表面与工件固定槽的槽壁相贴合，并使所述工件的涂层表面外露。

2.根据权利要求1所述的气相沉积炉，其特征在于，所述气相沉积炉还包括限位件，所述限位件位于所述工件固定槽的槽口处，所述限位件被配置为止挡所述工件，以将所述工件固定于所述工件固定槽。

3.根据权利要求2所述的气相沉积炉，其特征在于，所述沉积室的内壁设置有安装槽，所述安装槽位于所述工件固定槽的槽口处，所述限位件设置于所述安装槽处，所述限位件凸出于所述安装槽的槽壁并延伸至所述工件固定槽的槽口内，以与所述工件止挡配合。

4.根据权利要求2所述的气相沉积炉，其特征在于，所述沉积室的内壁具有多个所述工件固定槽，多个所述工件固定槽的槽壁共同形成所述沉积室的内壁，多个所述工件固定槽沿所述沉积室的周向依次排布，所述限位件为多个，所述工件固定槽的槽口的两侧均设置有所述限位件。

5.根据权利要求4所述的气相沉积炉，其特征在于，

所述限位件包括相连接的第一限位段和第二限位段，所述第一限位段和所述第二限位段之间具有夹角，所述第一限位段和所述第二限位段分别延伸至相邻的两个所述工件固定槽的槽口内；和/或，

多个所述工件固定槽两两相对设置，相邻的两个所述工件固定槽之间设置有一个所述限位件。

6.根据权利要求2所述的气相沉积炉，其特征在于，所述限位件的延伸方向、所述工件固定槽的延伸方向均与所述沉积室的轴线方向相同。

7.根据权利要求1至6任一项所述的气相沉积炉，其特征在于，所述沉积室包括第一成型部和第二成型部，所述第一成型部的两端分别设置有所述第二成型部，所述第一成型部的内壁以及第二成型部的内壁共同围成所述工件固定槽，所述第一成型部的刚度小于所述第二成型部的刚度。

8.根据权利要求1至6任一项所述的气相沉积炉，其特征在于，所述工件固定槽的横截面包括半圆形或者矩形。

9.根据权利要求1至6任一项所述的气相沉积炉，其特征在于，

所述沉积室还包括加热件，所述加热件设置于所述工件固定槽处；和/或，

所述沉积室还包括进气管和出气管，所述进气管和所述出气管分别设置于所述沉积室的两端，所述进气管和所述出气管均与所述沉积室相连通。

10.根据权利要求1至6任一项所述的气相沉积炉，其特征在于，还包括：

炉体，所述沉积室为多个，多个所述沉积室均设置在所述炉体内。