[发明专利]用于SiC等离子体氧化的微波等离子体发生装置

说明书

一种用于SiC等离子体氧化的微波等离子体发生装置，包括外腔体和设置在所述外腔体内的多个微孔/微纳结构双耦合谐振腔，其中所述谐振腔包括一圆柱形腔体，所述圆柱形腔体的周壁上均匀分布由多个微孔形成的微孔阵列，所述微孔的直径是波长的奇数倍，所述腔体的内壁上具有金属微纳结构，所述金属微纳结构的周期尺寸为λ/n，λ为入射波长，n为谐振腔材料的折射率，所述外腔体上设置有进气口，用于向所述外腔体内输送含氧气体，所述含氧气体在所述谐振腔周围形成用于氧化SiC的氧等离子体，所述谐振腔的下方设置有载物台。本发明的微波等离子体发生装置可实现高效、均匀性良好的SiC样品的氧化。

技术领域

本发明属于等离子体技术领域，具体涉及一种用于SiC等离子体氧化的微波等离子体发生装置。

背景技术

SiC是唯一能够热生长SiO₂的化合物半导体，这就使得SiC可以实现所有Si MOS的器件结构。SiC的热氧化需要比Si更高的氧化温度，氧化温度高达1300℃。目前主流的SiC氧化工艺主要是采用电阻加热方式的氧化炉，主要原理是基于碳化硅与氧气分子的反应，但是这种与氧气分子氧化的方法，容易造成界面处残留碳簇和氧空位等缺陷。特别是在在这么高的温度下，界面除了氧化外，还会造成界面损伤，降低氧化效率。

近年来，研究人员提出了利用微波等离子体氧化SiC的工艺，用于改善SiC氧化的界面质量。微波等离子体发生装置广泛用于半导体工业中。谐振腔和耦合装置是微波等离子体发生装置的关键组成部分。电磁场下气体谐振产生所需要的等离子体，需要谐振腔和耦合装置形成严格的匹配，这两个装置是需要严格的尺寸要求的。

普通的微波等离子体激发主要依靠较高的电场强度，而符合产生大面积均匀电场要求的反应腔体完全依靠人工设计很难，现有的微波等离子体发生装置存在效率低、均匀性差等问题，并且采用单一放电单元容易造成工作温度过高或过低的风险。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提出了一种用于SiC等离子体氧化的微波等离子体发生装置，可实现高效、均匀性良好的SiC样品的氧化。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种用于SiC等离子体氧化的微波等离子体发生装置，包括外腔体和设置在所述外腔体内的多个微孔/微纳结构双耦合谐振腔，其中所述谐振腔包括一圆柱形腔体，所述圆柱形腔体的周壁上均匀分布由多个微孔形成的微孔阵列，所述微孔的直径是入射波长的奇数倍，所述圆柱形腔体的内壁上具有金属微纳结构，所述微孔阵列与金属微纳结构形成双耦合结构从而实现谐振增强和可调，所述金属微纳结构的周期尺寸为λ/n，λ为入射波长，n为谐振腔材料的折射率，所述外腔体上设置有进气口，用于向所述外腔体内输送含氧气体，所述含氧气体在所述谐振腔周围形成用于氧化SiC的氧等离子体，所述谐振腔的下方设置有载物台，用于支撑SiC衬底。

优选地，所述圆柱形腔体的周长为入射波长的3/4的整数倍，谐振发生在第1个奇模上。

优选地，所述金属微纳结构为周期性排列的凸起、凹陷或光栅。

优选地，所述金属微纳结构为光栅，包括等宽等间距的平行狭缝。

优选地，所述圆柱形腔体由云母或陶瓷材料制成，所述金属微纳结构为金或黄铜。

优选地，多个所述谐振腔呈直线排列，分别通过双层同轴电缆与一微波发生器相连。

优选地，所述双层同轴电缆包裹一耦合探针，所述双层同轴电缆的一端与所述微波发生器相连，另一端插入所述微孔/微纳结构双耦合谐振腔中。

优选地，所述外腔体为石英管。

优选地，所述载物台可旋转并且可升降。

优选地，在靠近所述载物台的外腔体上设置有可视观察孔和高温计。