CN111020492B

CN111020492B - 用于近空间升华沉积设备的坩埚系统

Info

Publication number: CN111020492B
Application number: CN201911400619.0A
Authority: CN
Inventors: 彭寿; 殷新建; 陈瑛; 周显华
Original assignee: China Triumph International Engineering Co Ltd
Current assignee: China Triumph International Engineering Co Ltd
Priority date: 2019-12-30
Filing date: 2019-12-30
Publication date: 2022-06-03
Anticipated expiration: 2039-12-30
Also published as: CN111020492A

Abstract

本发明提供一种用于近空间升华沉积设备的坩埚系统，包括：第一腔体；第二腔体，第一腔体倒扣在第二腔体的外周；第一腔体的侧壁与第二腔体的侧壁之间形成第一气体通道，且第一气体通道与第二腔体连通；具有通孔的第一腔体盖，设置于第一气体通道上；第一腔体及第二腔体设置于待沉积的基板的上方。通过将第一腔体倒扣在第二腔体的外周，实现气体由上向下运动的膜层制备，实现基板全覆盖均匀成膜；另外，由于沉积膜层向上，可以实现各种基板形状的膜层制备，进一步拓宽近空间升华工艺的应用范围；最后，第一腔体及第二腔体设置于基板的上方，当设备需要填料时，直接打开所述第一腔体，即可实现快速填料，提升设备的工作效率。

Description

用于近空间升华沉积设备的坩埚系统

技术领域

本发明涉及半导体膜层蒸镀技术领域，特别是涉及一种用于近空间升华沉积设备的坩埚系统。

背景技术

近空间升华法(Close Space Sublimation，CSS)是气相沉积方法中的一种，就是将通过高温(高于材料的沸腾或升华温度的温度)从材料源蒸发或升华的待沉积蒸汽朝向基板移动并最终沉积在基板的表面上，形成所需的薄膜。采用近空间升华法制备半导体薄膜具有薄膜质量好、沉积速率高(最高可达5000mm/h)、设备简单、生产成本低等优点。高效的沉积速率以及相对简单的设备使得该方法在制备薄膜中具有很大的优势。

一般的近空间升华设备中，采用坩埚容纳待沉积的材料(即，材料源)，其坩埚一般位于基板的下方，基板在支撑和传输系统的支撑作用下，经过坩埚上方完成膜层沉积，沉积过程中气体源由底部向上移动，实现膜层沉积。此沉积模式中，基板位于坩埚的上方，由于传输和支撑部件设置于基板的沉积面，导致基板支撑部位总会不可避免的留下未镀膜或者镀膜不均匀的膜层，从而影响膜层的性能和外观；另外，为了减少对已制得的膜层的接触损坏，对传输系统也提出了很高的要求，同时影响到基板的正常传输，尤其增加了陶瓷，玻璃基底等的破损率；最后，由于坩埚位于基板下方，周期性的填料工作需要从设备下方把坩埚下降再抽出来，繁琐的工序大大影响了设备的工作效率。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于近空间升华沉积设备的坩埚系统，用于解决现有技术中用于近空间升华沉积设备中的坩埚系统形成的沉积膜的性能和外观不佳、对近空间升华沉积设备中的传输系统要求较高、以及工作效率较低等的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种用于近空间升华沉积设备的坩埚系统，所述坩埚系统至少包括：

具有第一开口的第一腔体；

具有第二开口的第二腔体，所述第二腔体用于容置待沉积材料源，所述第一腔体倒扣在所述第二腔体的外周，所述第一腔体的侧壁与所述第二腔体的侧壁之间形成第一气体通道，且所述第一气体通道与所述第二腔体连通；

具有通孔的第一腔体盖，设置于所述第一气体通道上，且所述第一腔体盖的尺寸与所述第一气体通道的尺寸适配；

所述第一腔体及所述第二腔体设置于待沉积的基板的上方。

可选地，所述第一腔体的底壁与所述第二腔体的侧壁上端之间具有竖直间隙，所述第一气体通道通过所述竖直间隙与所述第二腔体连通。

进一步的，所述第一腔体与所述第二腔体之间的所述竖直间隙介于5cm～10cm之间，所述第一气体通道的宽度介于10cm～25cm之间。

可选地，所述坩埚系统还包括基板载体，所述基板载体设置于所述基板的下方，用于承载所述基板。

进一步地，所述基板载体上设置有吸附孔，所述吸附孔的外周设置有密封圈，所述密封圈凸出于所述基板载体。

可选地，所述第一腔体及所述第二腔体的容器壁中设置有加热装置。

可选地，所述坩埚系统还包括连接件，所述连接件的上端与所述第一腔体的底壁连接，所述连接件的下端与所述第二腔体的底壁连接，以实现所述第一腔体与所述第二腔体的固定连接。

可选地，所述坩埚系统中设置有一个所述第一腔体及两个以上所述第二腔体，一个所述第一腔体倒扣在两个以上所述第二腔体的外周，每个所述第二腔体均通过一个所述连接件与所述第一腔体固定连接，相邻两所述第二腔体之间形成第二气体通道，且所述第二气体通道与所述第二腔体连通，所述第二气体通道上设置有与所述第二气体通道尺寸适配的具有通孔的第二腔体盖。

可选地，所述第二气体通道的宽度介于20cm～50cm之间。

可选地，所述第一腔体盖上的通孔与所述第二腔体盖上的通孔均为平行四边形，且等间距分布。

可选地，相邻两所述通孔之间的距离介于15mm～30mm之间。

可选地，所述第一腔体的形状呈类“U”形，所述第二腔体的形状呈类“U”形。

可选地，所述第一腔体及所述第二腔体的材质为石墨，所述第一腔体盖的材质为复合石墨。

如上所述，本发明的近空间升华沉积设备的坩埚系统，通过设置所述第一腔体及所述第二腔体，并将所述第一腔体倒扣在所述第二腔体的外周，改变气体沉积方向，实现气体由上向下运动的膜层制备，避免了基板在沉积面需要支撑装置而引起的沉积膜层有的地方未被镀膜或者膜层不均匀等破损现象，实现基板全覆盖均匀成膜；另外，由于沉积膜层向上，可以实现各种基板形状的膜层制备，进一步拓宽近空间升华工艺的应用范围；最后，所述第一腔体及所述第二腔体设置于基板的上方，当设备需要填料时，直接打开所述第一腔体，即可实现快速填料，提升设备的工作效率。

附图说明

图1显示为本发明的用于近空间升华沉积设备的坩埚系统中第一腔体的结构示意图。

图2显示为本发明的用于近空间升华沉积设备的坩埚系统中第二腔体的结构示意图。

图3显示为本发明的用于近空间升华沉积设备的坩埚系统的结构示意图。

图4显示为图3中沿AA位置的仰视图。

图5显示为本发明的用于近空间升华沉积设备的坩埚系统的基板载体的结构示意图。

元件标号说明

10 第一腔体

100 第一开口

20 第二腔体

200 第二开口

30 连接件

40 第一腔体盖

400 通孔

50 基板

60 基板载体

600 吸附孔

601 密封圈

70 加热装置

80 第二腔体盖

800 通孔

90 第一气体通道

91 第二气体通道

L 竖直间隙

W1 第一气体通道的宽度

W2 第二气体通道的宽度

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1至图5。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图1至图4所示，本发明提供一种用于近空间升华沉积设备的坩埚系统，所述坩埚系统至少包括：

具有第一开口100的第一腔体10；

具有第二开口200的第二腔体20，所述第二腔体20用于容置待沉积的材料源，所述第一腔体10倒扣在所述第二腔体20的外周，所述第一腔体10的侧壁与所述第二腔体20的侧壁之间形成第一气体通道90，且所述第一气体通道90与所述第二腔体20连通；

具有通孔400的第一腔体盖40，设置于所述第一气体通道90上，且所述第一腔体盖40的尺寸与所述第一气体通道90的尺寸适配；

所述第一腔体10及所述第二腔体20设置于待沉积的基板50的上方。

本发明中气体沉积过程为：如图3中箭头所示，容置于所述第二腔体中的待沉积的材料源被加热向上蒸发或升华，向上运动的气体通过所述第一腔体改变运动方向，藉由所述第一气体通道向下运动，并通过具有通孔的所述第一腔体盖，朝向待沉积的所述基板运动，最后待沉积的材料源沉积在基板上。通过设置所述第一腔体及所述第二腔体，并将所述第一腔体倒扣在所述第二腔体的外周，改变气体沉积方向，实现气体由上向下运动的膜层制备，避免了基板在沉积面需要支撑装置而引起的沉积膜层有的地方未被镀膜或者膜层不均匀等破损现象，实现基板全覆盖均匀成膜；另外，由于沉积膜层向上，可以实现各种基板形状的膜层制备，进一步拓宽近空间升华工艺的应用范围；最后，所述第一腔体及所述第二腔体设置于基板的上方，当设备需要填料时，直接打开所述第一腔体，即可实现快速填料，提升设备的工作效率。

如图3所示，作为示例，所述第一腔体10的底壁与所述第二腔体20的侧壁上端之间具有竖直间隙L，所述第一气体通道90通过所述竖直间隙L与所述第二腔体20连通。设置所述竖直间隙，待沉积的材料源被加热向上蒸发或升华，经过所述第二腔体20改变运动方向，并沿着所述竖直间隙朝向所述第一气体通道运动，最终沉积在基板上。较佳地，所述第一腔体10与所述第二腔体20之间的所述竖直间隙L介于5cm～10cm之间，所述第一气体通道的宽度W1介于10cm～25cm之间。

如图3及图5所示，作为示例，所述坩埚系统还包括基板载体60，所述基板载体60设置于所述基板50的下方，用于承载所述基板50。一般产业化设备的传输系统，要求传输的基板的尺寸满足一定的规格，这样限制了基板的形状，而在本发明中，由于沉积方向是由上向下，同时结合所述基板载体，将所述基板载体设置为较大尺寸，可在所述基板载体上放置各种异型的基板，通过所述基板载体经过近空间升华沉积的镀膜区段，实现镀膜，从而有效拓展了基底的可适用性。较佳地，所述基板载体60上设置有吸附孔600，所述吸附孔600的外周设置有密封圈601，所述密封圈601凸出于所述基板载体60。所述吸附孔600便于待沉积的所述基板50的取放，不会与基板载体60吸附在一起；所述密封圈601可设置为高温密封圈，防止待沉积的基板50与基板载体60直接接触，避免基板50与基板载体60之间的碰触并摩擦。所述基板载体60的材质可以是陶瓷或石英，当然也可以是其他合适的材质。

如图1至图3所示，作为示例，所述第一腔体10及所述第二腔体20的容器壁中设置有加热装置70。所述加热装置70设置在容器壁中可快速均匀的将坩埚系统中的温度变化至设定温度。

如图3所示，作为示例，所述坩埚系统还包括连接件30，所述连接件30的上端与所述第一腔体10的底壁连接，所述连接件30的下端与所述第二腔体20的底壁连接，以实现所述第一腔体10与所述第二腔体20的固定连接。

这里需要说明的是所述坩埚系统中可设置有一个所述第一腔体10及至少一个所述第二腔体20，即一个所述第一腔体10可倒扣在一个或者多个第二腔体20的外周。所述第二腔体20的设置数量，根据具体基板50的尺寸确定，在此不做限制。例如，可以设置一个所述第一腔体10及一个所述第二腔体20，同时为了提高基板50上镀膜的均匀性，将所述第二腔体20设置于所述第一腔体10的中间位置；如图3所示，也可以设置一个所述第一腔体10及两个以上所述第二腔体20，一个所述第一腔体10倒扣在所有所述第二腔体20的外周，每个所述第二腔体20均可通过上述所述连接件30与所述第一腔体10固定连接，为了控制镀膜气体浓度的均匀分配，相邻两所述第二腔体20之间形成第二气体通道91，且所述第二气体通道91与所述第二腔体20连通，所述第二气体通道91上设置有与所述第二气体通道91尺寸适配的具有通孔800的第二腔体盖80。如此，坩埚系统的整个水平间隙面上均设置有带通孔的容器盖，可有效实现对镀膜气体浓度进行均匀调配，提高镀膜厚度的均匀性。较佳地，如图4所示，所述第二气体通道的宽度W2介于20cm～50cm之间。所述通孔400、800用于对镀膜气体浓度的调控，可以根据镀膜的具体要求设置其在容器盖上的密度、形状及尺寸等参数，如图4所示，所述通孔400、800可以设为平行四边形，且在容器盖上等间距分布，较佳地，相邻两所述通孔400、800之间的距离介于15mm～30mm之间。

如图1及图2所示，作为示例，所述第一腔体10的形状呈类“U”形，所述第二腔体20的形状呈类“U”形。将所述第一腔体10及第二腔体20均设置为类“U”形，便于实现两者之间水平间隙的等间距，从而使容器盖的形状易于制备。

所述第一腔体10及所述第二腔体20可以是任何适于近空间升华沉积设备的材质，在此不作限制，例如，可以是石墨。所述第一腔体盖40及所述第二腔体盖80的材质可以是复合石墨，当然也可以是其他适合的材质。

综上所述，本发明的近空间升华沉积设备的坩埚系统，通过设置所述第一腔体及所述第二腔体，并将所述第一腔体倒扣在所述第二腔体的外周，改变气体沉积方向，实现气体由上向下运动的膜层制备，避免了基板在沉积面需要支撑装置而引起的沉积膜层有的地方未被镀膜或者膜层不均匀等破损现象，实现基板全覆盖均匀成膜；另外，由于沉积膜层向上，可以实现各种基板形状的膜层制备，进一步拓宽近空间升华工艺的应用范围；最后，所述第一腔体及所述第二腔体设置于基板的上方，当设备需要填料时，直接打开所述第一腔体，即可实现快速填料，提升设备的工作效率。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims

1.一种用于近空间升华沉积设备的坩埚系统，其特征在于，所述坩埚系统至少包括：

具有第一开口的第一腔体；

所述第一腔体及所述第二腔体设置于待沉积的基板的上方；

所述第一腔体的底壁与所述第二腔体的侧壁上端之间具有竖直间隙，所述第一气体通道通过所述竖直间隙与所述第二腔体连通；

所述坩埚系统还包括连接件，所述连接件的上端与所述第一腔体的底壁连接，所述连接件的下端与所述第二腔体的底壁连接，以实现所述第一腔体与所述第二腔体的固定连接。

2.根据权利要求1所述的用于近空间升华沉积设备的坩埚系统，其特征在于：所述第一腔体与所述第二腔体之间的所述竖直间隙介于5cm～10cm之间，所述第一气体通道的宽度介于10cm～25cm之间。

3.根据权利要求1所述的用于近空间升华沉积设备的坩埚系统，其特征在于：所述坩埚系统还包括基板载体，所述基板载体设置于所述基板的下方，用于承载所述基板。

4.根据权利要求3所述的用于近空间升华沉积设备的坩埚系统，其特征在于：所述基板载体上设置有吸附孔，所述吸附孔的外周设置有密封圈，所述密封圈凸出于所述基板载体。

5.根据权利要求1所述的用于近空间升华沉积设备的坩埚系统，其特征在于：所述第一腔体及所述第二腔体的容器壁中设置有加热装置。

6.根据权利要求5所述的用于近空间升华沉积设备的坩埚系统，其特征在于：所述坩埚系统中设置有一个所述第一腔体及两个以上所述第二腔体，一个所述第一腔体倒扣在两个以上所述第二腔体的外周，每个所述第二腔体均通过一个所述连接件与所述第一腔体固定连接，相邻两所述第二腔体之间形成第二气体通道，且所述第二气体通道与所述第二腔体连通，所述第二气体通道上设置有与所述第二气体通道尺寸适配的具有通孔的第二腔体盖。

7.根据权利要求6所述的用于近空间升华沉积设备的坩埚系统，其特征在于：所述第二气体通道的宽度介于20cm～50cm之间。

8.根据权利要求6所述的用于近空间升华沉积设备的坩埚系统，其特征在于：所述第一腔体盖上的通孔与所述第二腔体盖上的通孔均为平行四边形，且等间距分布。

9.根据权利要求8所述的用于近空间升华沉积设备的坩埚系统，其特征在于：相邻两所述通孔之间的距离介于15mm～30mm之间。

10.根据权利要求1所述的用于近空间升华沉积设备的坩埚系统，其特征在于：所述第一腔体的形状呈类“U”形，所述第二腔体的形状呈类“U”形。

11.根据权利要求1所述的用于近空间升华沉积设备的坩埚系统，其特征在于：所述第一腔体及所述第二腔体的材质为石墨，所述第一腔体盖的材质为复合石墨。