CN110791749A - 电极间隔离结构、气相沉积设备和石墨舟 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供了一种电极间隔离结构、气相沉积设备和石墨舟，所述电极间隔离结构包括：内隔离管；以及外隔离管，套设于所述内隔离管外，所述外隔离管的长度小于所述内隔离管，且所述外隔离管在所述内隔离管表面上的垂直投影位于所述内隔离管表面内，并且所述内隔离管的外壁与所述外隔离管的内壁间隔设置以使得所述内隔离管的外壁与所述外隔离管的内壁之间形成缝隙。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种电极间隔离结构、气相沉积设备和石墨舟。
背景技术
气相沉积技术是利用气相中发生的物理、化学过程，在待成膜基板上形成薄膜，其可以分为化学气相沉积和物理气相沉积。
如图1A和图1B所示，气相沉积设备通过在相对的两个电极片，电极片1和电极片2之间施加一定频率的电压，电极片1和电极片2通过隔离管3隔离，从而可以在电极片1和电极片2之间产生电磁场，以使得气体在待成膜基板表面沉积。然而，在气相沉积设备使用了一段时间之后，如图1C所示，会在隔离管3表面也形成一层薄膜4，若薄膜4为导体或半导体薄膜，随着薄膜4厚度的增加，电极片1和电极片2之间的阻抗会降低，甚至发生短路，使得气相沉积设备不稳定，气相沉积设备的沉积速率随着使用时间的增加而降低，特别是在高温环境下，半导体的电导率会迅速增大，这样会加剧沉积的稳定性，甚至使气相沉积设备无法正常工作，这将严重影响薄膜沉积的重复性。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种电极间隔离结构、气相沉积设备和石墨舟，以解决现有的气相沉积设备的电极片之间的阻抗降低，导致沉积速率随着使用时间的增加而降低，甚至无法正常工作的问题。
根据第一方面，本发明实施例提供了一种电极间隔离结构，包括：内隔离管；以及外隔离管，套设于所述内隔离管外，所述外隔离管的长度小于所述内隔离管，且所述外隔离管在所述内隔离管表面上的垂直投影位于所述内隔离管表面内，并且所述内隔离管的外壁与所述外隔离管的内壁间隔设置以使得所述内隔离管的外壁与所述外隔离管的内壁之间形成缝隙。
可选地，所述电极间隔离结构还包括：支撑结构，从所述内隔离管的外壁径向向外延伸至与所述外隔离管的内壁相接触。
可选地，所述支撑结构包括环绕所述内隔离管的外壁设置的至少一条凸筋；或者所述支撑结构包括设置在所述内隔离管的外壁的至少一个凸块。
可选地，所述支撑结构设置在所述内隔离管轴向方向上的中部。
可选地，所述内隔离管与所述外隔离管同轴设置。
可选地，所述外隔离管在所述内隔离管表面上的垂直投影的边缘与相同侧的所述内隔离管的边缘间隔预定间距。
可选地，所述预定间距在0.1mm至5mm的范围内。
可选地，所述外隔离管为多个，位于外侧的所述外隔离管套设于位于内侧的所述外隔离管外，相邻两个所述外隔离管之间间隔设置，以使得相邻两个所述外隔离管中位于内侧的所述外隔离管的外壁与位于外侧的所述外隔离管的内壁之间形成缝隙。
可选地，所述缝隙的延伸方向与所述内隔离管或所述外隔离管的轴向方向不平行。
可选地，所述缝隙在径向方向上的宽度在0.05mm至5mm的范围内，在轴向方向上的深度在0.1mm至10mm的范围内。
可选地，所述缝隙在轴向方向上的深度与在径向方向上的宽度之间的比值大于或等于0.5。
可选地，所述内隔离管的外壁与所述外隔离管的内壁上形成有凹凸结构。
可选地，所述内隔离管的外壁上的凹凸结构的凸起部分与所述外隔离管的内壁上的凹凸结构的凹进部分相对齐，并且所述内隔离管的外壁上的凹凸结构的凹进部分与所述外隔离管的内壁上的凹凸结构的凸起部分相对齐。
可选地，所述内隔离管的外壁上凸起部分与所述外隔离管的内壁上的凹进部分的形状相对应，并且所述内隔离管的外壁上凹进部分与所述外隔离管的内壁上的凸起部分的形状相对应。
可选地，所述凹凸结构在所述电极间隔离结构的纵向横截面上的形状包括矩形、梯形、锯齿形和波浪形中的至少一种。
根据第二方面，本发明实施例提供了一种气相沉积设备，包括：至少两个电极片；以及上述第一方面中任一项所述的电极间隔离结构，设置在相邻两个所述电极片之间，用于隔离所述相邻两个电极片。
可选地，所述气相沉积设备为化学气相沉积设备。
根据第三方面，本发明实施例提供一种石墨舟，包括：至少两个电极片；上述第一方面中任一项所述的电极间隔离结构，设置在相邻两个所述电极片之间，用于隔离所述相邻两个电极片；以及固定杆，穿过所述至少两个电极片和所述电极间隔离结构，以将所述至少两个电极片和所述电极间隔离结构固定在一起。
根据本发明实施例的电极间隔离结构、气相沉积设备和石墨舟，通过相互套设的内隔离管和外隔离管，外隔离管的长度小于内隔离管，外隔离管在内隔离管表面上的垂直投影位于内隔离管表面内，并通过使内隔离管的外壁与述外隔离管的内壁间隔设置以在内隔离管的外壁与外隔离管的内壁之间形成缝隙，所形成的缝隙使得气体难以在其内部沉积，使得电极片之间难以导通，不会降低电极片之间的阻抗，从而使得气相沉积设备工作稳定。
附图说明
通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
图1A示出了现有技术的气相沉积设备的电极间隔离结构的示意图；
图1B示出了图1A中的电极间隔离结构的纵向截面图；
图1C示出了现有技术的气相沉积设备在使用一段时间后电极间隔离结构的示意图；
图2A示出了根据本发明实施例的气相沉积设备的示意图；
图2B示出了根据本发明实施例的电极间隔离结构的立体剖视图；
图2C示出了根据本发明实施例的电极间隔离结构的纵向截面图；
图2D示出了根据本发明实施例的气相沉积设备在使用一段时间后的示意图；
图3示出了根据本发明实施例的电极间隔离结构的一种可选实施方式的示意图；
图4A示出了根据本发明实施例的电极间隔离结构的另一种可选实施方式的立体示意图；
图4B示出了图4A中的电极间隔离结构的横向截面图；
图5示出了根据本发明实施例的电极间隔离结构的另一种可选实施方式的纵向截面图；
图6A示出了根据本发明实施例的电极间隔离结构的另一种可选实施方式的纵向截面图；
图6B示出了根据本发明实施例的电极间隔离结构的另一种可选实施方式的纵向截面图；
图7A示出了根据本发明实施例的电极间隔离结构的另一种可选实施方式的纵向截面图；
图7B示出了根据本发明实施例的电极间隔离结构的另一种可选实施方式的纵向截面图；
图8A示出了根据本发明实施例的电极间隔离结构的另一种可选实施方式的纵向截面图；
图8B示出了根据本发明实施例的电极间隔离结构的另一种可选实施方式的纵向截面图；
图8C示出了根据本发明实施例的电极间隔离结构的另一种可选实施方式的纵向截面图；
图8D示出了根据本发明实施例的电极间隔离结构的另一种可选实施方式的纵向截面图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，本领域技术人员在没有作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。
如图2A至图2C所示，根据本发明实施例的气相沉积设备可以包括至少两个电极片10，以及设置在相邻两个电极片10之间的电极间隔离结构20，电极间隔离结构20用于将相邻两个电极片10隔离开，以使得相邻电极片之间能够形成电磁场，固定杆13穿过多个电极片10和电极间隔离结构20，并通过固定螺母14将这些电极片10和电极间隔离结构20固定在一起。可选地，电极片10可以由石墨材料制成，固定杆13可以采用诸如陶瓷等绝缘材料制成，固定螺母14可以由石墨材料制成，电极间隔离结构20可以采用诸如陶瓷、石英、特氟龙、聚四氟等绝缘材料制成。在本文中，以用于等离子体气相沉积设备(PECVD，PlasmaEnhanced Chemical VaporDeposition)，特别是管式等离子体气相沉积设备(tube-PECVD)的石墨舟来描述本发明实施例，然而本领域技术人员应当理解，根据本发明实施例的气相沉积设备也可以是其他具有至少两个电极片的气相沉积设备，例如其他化学气相沉积设备(CVD)或物理气相沉积设备(PVD)，根据本发明实施例的电极间隔离结构设置在相邻两个电极片之间，用于隔离该相邻两个电极片。
图2B和图2C示出了图2A中虚线框所示的电极间隔离结构20，如图2B和图2C所示，电极间隔离结构20可以包括内隔离管21、外隔离管22和支撑结构23，其中外隔离管22套设于内隔离管21外，支撑结构23设置在内隔离管21的外壁与外隔离管22的内壁之间，从内隔离管21的外壁径向向外延伸至与外隔离管22的内壁相接触，以使得内隔离管21的外壁与外隔离管22的内壁间隔设置，从而在两者之间形成了缝隙24，该缝隙24在径向方向上的宽度为w，在轴向方向上的深度为h。在本实施例中，通过支撑结构23以使得内隔离管21的外壁与外隔离管22的内壁之间形成缝隙24，然而本发明并不限于此，也可以将内隔离管21与外隔离管22形状设计成能够在两者间形成缝隙24，在下文中还将对此进行详细描述，还可以通过磁力相斥等方式来使得内隔离管21的外壁与外隔离管22的内壁之间形成缝隙24。在本实施例中，内隔离管21与外隔离管22同轴设置，本领域技术人员应当理解，内隔离管21与外隔离管22也可以不同轴设置，只要使得两者之间保持间隔即可。
在图2所示的实施方式中，外隔离管22的两侧均不与电极片接触，然而本发明并不限于此，外隔离管22也可以一侧与电极片接触，而另一侧不与电极片接触，即外隔离管22的长度小于内隔离管21，且外隔离管22在内隔离管21表面上的垂直投影位于内隔离管表面21内。由于电极片10和电极间隔离结构20被通过固定杆13和固定螺母14紧固在一起，内隔离管21的两侧与电极片11和电极片12接触，在外隔离管22的长度小于内隔离管21，且外隔离管22在内隔离管21表面上的垂直投影位于内隔离管表面21内的情况下，外隔离管22至少有一侧不与电极片接触。作为一种可选实施方式，外隔离管22在内隔离管21表面上的垂直投影的边缘与相同侧的内隔离管21的边缘间隔预定间距，该预定间距例如可以在0.1mm至5mm的范围内。
在根据本发明实施例的气相沉积设备使用了一段时间之后，如图2D所示，由于内隔离管21的外壁与外隔离管22的内壁之间形成了缝隙24，对于气相沉积工艺来说，气体难以进入到缝隙24内部沉积，气相沉积工艺所形成的薄膜15仅沉积在外隔离管22的外壁与待成膜基板上，且由于外隔离管22至少有一侧不与电极片接触，因此所形成的薄膜15无法使得电极片11与电极片12导通，不会降低电极片11与电极片12之间的阻抗，从而使得气相沉积设备工作稳定。
在本发明实施例中，气相沉积的薄膜材料可以是导体或半导体，其中导体例如可以是各种金属材料，半导体例如可以是非晶硅(a-Si:H)、非晶硅碳合金(a-SiCx:H)、非晶硅氧合金(a-SiOx:H)、非晶硅氮合金(a-SiNx:H)、非晶硅锗合金(a-SiGex:H)等，还可以包括相应的纳米晶和微晶结构的材料，如nc-Si:H、nc-SiC:H、nc-SiOx、nc-SiGe:H、μc-Si:H、μc-SiC:H、μc-SiOx、μc-SiGe:H等。
在本发明实施例的一些可选实施方式中，为了使得气体更加难以在缝隙内沉积，缝隙24在径向方向上的宽度w在0.05mm至5mm的范围内，在轴向方向上的深度h在0.1mm至10mm的范围内；作为另一种可选实施方式，可以通过增大缝隙24在轴向方向上的深度h与在径向方向上的宽度w之间的比值，即缝隙24的深宽比h/w(Aspect Ratio)来使得气体更加难以在缝隙内沉积，例如可以使得该缝隙的深宽比h/w大于或等于0.5，优选地大于或等于2，更优选地大于或等于4。虽然缝隙23的深宽比h/w越大，气体就越难以在缝隙内沉积，但是缝隙的深宽比过大，则容易在相邻两个环状隔离片的相对侧面之间产生放电，会对气相沉积带来不利的影响，可选地缝隙23的深宽比h/w可以小于或等于10。作为一种可选实施方式，可以在保证内隔离管21的外壁与外隔离管22的内壁之间不相接触的前提下，降低支撑结构23的高度，在保证内隔离管21与外隔离管22之间有足够的机械强度的情况下，缩小支撑结构23的宽度，并将支撑结构23设置在内隔离管21轴向方向上的中部，以提升缝隙的深宽比。
在本发明实施例的一些可选实施方式中，如图3所示，支撑结构23可以是环绕内隔离管21的外壁设置的凸筋231，图3中仅示出了一条凸筋，然而本领域技术人员应当理解，为了加强内隔离管21与外隔离管22之间的机械强度，也可以设置两条甚至更多条凸筋。
在本发明实施例的一些可选实施方式中，如图4A和图4B所示，支撑结构23可以是设置在内隔离管21的外壁与外隔离管22的内壁之间的凸块232，图4中示出了4个凸块232，然而本领域技术人员应当理解，更多或更少的凸块也是可行的。
本领域技术人员应当理解，图3、图4A和图4B仅仅只是以示例的方式描述了本发明实施例的支撑结构23，然而本发明实施例的支撑结构23并不仅限于此，其可以是上述凸筋和凸块的组合，也可以采用其他结构或组合。
在本发明实施例的一些可选实施方式中，如图5所示，该实施方式中的电极间隔离结构可以包括两个外隔离管221和222，位于外侧的外隔离管222套设于位于内侧的外隔离管221外，外隔离管221与222之间间隔设置，以使得位于内侧的外隔离管221的外壁与位于外侧的外隔离管222的内壁之间形成缝隙242，位于内侧的外隔离管221套设在内隔离管21外，外隔离管221与内隔离管21之间间隔设置，内隔离管21的外壁与外隔离管221的内壁之间形成缝隙241。在本实施方式中，由于电极间隔离结构具有两个缝隙241和242，只有在这两个缝隙均被填充的情况下，才会使得该电极间隔离结构所隔离的两个电极片导通，因此采用该电极间隔离结构的气相沉积设备工作更为稳定。在图4所示的实施例中，电极间隔离结构包括两个外隔离管，本领域技术人员应当理解，还可以设置更多外隔离管，以更进一步提升气相沉积设备工作的稳定性。
在上文所述的各个实施方式中，固定杆13为圆柱体状，与之相应地，内隔离管21与外隔离管22的横向截面为圆环状，然而本发明并不限于此，内隔离管21与外隔离管22的横向截面也可以是其他规则或不规则的形状。
为了在不增大电极间隔离结构的尺寸的情况下，进一步增大缝隙的有效深度，以进一步提升气相沉积设备工作的稳定性，在本发明实施例的一些可选实施方式中，如图6A和图6B所示，缝隙24的延伸方向与内隔离管21或外隔离管22的轴向方向不平行，从而增大了缝隙24的有效深度。
作为图6A和图6B所示的实施方式的变形，在图7A所示的实施方式中，外隔离管22在轴向方向上中部的厚度较大，而内隔离管21在轴向方向上中部的厚度较小，从而无需支撑结构即可以在内隔离管21的外壁与外隔离管22的内壁之间形成缝隙24；在图7B所示的实施方式中，内隔离管21在轴向方向上中部的厚度较大，而外隔离管22在轴向方向上中部的厚度较小，从而与图6A和图6B所示的实施方式相比，可以无需支撑结构即可以在内隔离管21的外壁与外隔离管22的内壁之间形成缝隙24，并且图7A和图7B中的缝隙24的延伸方向与内隔离管21或外隔离管22的轴向方向不平行，同样也增大了缝隙24的有效深度。
在本发明实施例的一些可选实施方式中，如图8A至图8D所示，电极间隔离结构的内隔离管的外壁与外隔离管的内壁上形成凹凸结构(211，212，223，224)，内隔离管21的外壁上的凹凸结构的凸起部分211与外隔离管22的内壁上的凹凸结构的凹进部分223相对齐，并且内隔离管21的外壁上的凹凸结构的凹进部分212与外隔离管22的内壁上的凹凸结构的凸起部分224相对齐，从而可以在不增大电极间隔离结构的尺寸的情况下，进一步增大缝隙24的有效深度，从而进一步增大缝隙的深宽比，以进一步提升气相沉积设备工作的稳定性。本领域技术人员应当理解，虽然在图8A至图8D所示的实施方式中，内隔离管21上的凸起部分211与外隔离管22上的凹进部分223相对齐，并且内隔离管21上的凹进部分212与外隔离管22上的凸起部分224相对齐，然而本发明并不限于此，凸起部分也可以与相应的凹进部分略微错开，甚至完全错开。
该凹凸结构(211，212，223，224)在电极间隔离结构的纵向横截面上的形状可以包括各种形状，例如图8A中凹凸结构在电极间隔离结构的纵向横截面上的形状为矩形，图8B中凹凸结构在电极间隔离结构的纵向横截面上的形状为梯形，图8C中凹凸结构在电极间隔离结构的纵向横截面上的形状为锯齿形，图8D中凹凸结构在电极间隔离结构的纵向横截面上的形状为波浪形。然而本发明并不限于此，本领域技术人员应当理解，根据本发明实施例的电极间隔离结构中的凹凸结构也可以采用上述各种形状的组合，例如可以采用矩形、梯形、锯齿形和波浪形中的两种、甚至更多种，当然也可以采用其他各种规则或不规则的形状及组合。
虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。
Claims (18)
1.一种电极间隔离结构，其特征在于，包括：
内隔离管；以及
外隔离管，套设于所述内隔离管外，所述外隔离管的长度小于所述内隔离管，且所述外隔离管在所述内隔离管表面上的垂直投影位于所述内隔离管表面内，并且所述内隔离管的外壁与所述外隔离管的内壁间隔设置以使得所述内隔离管的外壁与所述外隔离管的内壁之间形成缝隙。
2.根据权利要求1所述的电极间隔离结构，其特征在于，还包括：
支撑结构，从所述内隔离管的外壁径向向外延伸至与所述外隔离管的内壁相接触。
3.根据权利要求2所述的电极间隔离结构，其特征在于，所述支撑结构包括环绕所述内隔离管的外壁设置的至少一条凸筋；或者
所述支撑结构包括设置在所述内隔离管的外壁的至少一个凸块。
4.根据权利要求2所述的电极间隔离结构，其特征在于，所述支撑结构设置在所述内隔离管轴向方向上的中部。
5.根据权利要求1所述的电极间隔离结构，其特征在于，所述内隔离管与所述外隔离管同轴设置。
6.根据权利要求1所述的电极间隔离结构，其特征在于，所述外隔离管在所述内隔离管表面上的垂直投影的边缘与相同侧的所述内隔离管的边缘间隔预定间距。
7.根据权利要求6所述的电极间隔离结构，其特征在于，所述预定间距在0.1mm至5mm的范围内。
8.根据权利要求1所述的电极间隔离结构，其特征在于，所述外隔离管为多个，位于外侧的所述外隔离管套设于位于内侧的所述外隔离管外，相邻两个所述外隔离管之间间隔设置，以使得相邻两个所述外隔离管中位于内侧的所述外隔离管的外壁与位于外侧的所述外隔离管的内壁之间形成缝隙。
9.根据权利要求1所述的电极间隔离结构，其特征在于，所述缝隙的延伸方向与所述内隔离管或所述外隔离管的轴向方向不平行。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的电极间隔离结构，其特征在于，所述缝隙在径向方向上的宽度在0.05mm至5mm的范围内，在轴向方向上的深度在0.1mm至10mm的范围内。
11.根据权利要求1-9中任一项所述的电极间隔离结构，其特征在于，所述缝隙在轴向方向上的深度与在径向方向上的宽度之间的比值大于或等于0.5。
12.根据权利要求1-11中任一项所述的电极间隔离结构，其特征在于，所述内隔离管的外壁与所述外隔离管的内壁上形成有凹凸结构。
13.根据权利要求12所述的电极间隔离结构，其特征在于，所述内隔离管的外壁上的凹凸结构的凸起部分与所述外隔离管的内壁上的凹凸结构的凹进部分相对齐，并且所述内隔离管的外壁上的凹凸结构的凹进部分与所述外隔离管的内壁上的凹凸结构的凸起部分相对齐。
14.根据权利要求13所述的电极间隔离结构，其特征在于，所述内隔离管的外壁上凸起部分与所述外隔离管的内壁上的凹进部分的形状相对应，并且所述内隔离管的外壁上凹进部分与所述外隔离管的内壁上的凸起部分的形状相对应。
15.根据权利要求12-14中任一项所述的电极间隔离结构，其特征在于，所述凹凸结构在所述电极间隔离结构的纵向横截面上的形状包括矩形、梯形、锯齿形和波浪形中的至少一种。
16.一种气相沉积设备，其特征在于，包括：
至少两个电极片；以及
根据权利要求1-15中任一项所述的电极间隔离结构，设置在相邻两个所述电极片之间，用于隔离所述相邻两个电极片。
17.根据权利要求16所述的气相沉积设备，其特征在于，所述气相沉积设备为化学气相沉积设备。
18.一种石墨舟，其特征在于，包括：
至少两个电极片；
根据权利要求1-15中任一项所述的电极间隔离结构，设置在相邻两个所述电极片之间，用于隔离所述相邻两个电极片；以及
固定杆，穿过所述至少两个电极片和所述电极间隔离结构，以将所述至少两个电极片和所述电极间隔离结构固定在一起。
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