CN211972446U - 电极间隔离结构、气相沉积设备和石墨舟 - Google Patents

Abstract

本实用新型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，其中所述电极间隔离结构包括：至少两个环状隔离片，所述至少两个环状隔离片间隔设置，相邻两个所述环状隔离片的相对侧面之间形成有缝隙。

Description

电极间隔离结构、气相沉积设备和石墨舟

技术领域

本实用新型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。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型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，本实用新型实施例提供了一种电极间隔离结构，包括：至少两个环状隔离片，所述至少两个环状隔离片间隔设置，相邻两个所述环状隔离片的相对侧面之间形成有缝隙。

可选地，所述电极间隔离结构还包括：隔离管，所述环状隔离片从所述隔离管的外壁径向向外延伸。

可选地，最外侧的所述环状隔离片中的至少一个与相同侧的所述隔离管的边缘间隔预定间距。

可选地，所述电极间隔离结构还包括：隔离垫片，设置在相邻两个所述环状隔离片之间，所述隔离垫片的侧面面积小于所述环状隔离片的侧面面积。

可选地，所述隔离垫片还设置在最外侧的所述环状隔离片中的至少一个的外侧。

可选地，所述隔离垫片为环状，且与所述环状隔离片同轴设置。

可选地，所述环状隔离片在径向方向上内侧部分的厚度最大，且相邻两个所述环状隔离片在径向方向上内侧部分相接触。

可选地，所述环状隔离片与所述电极间隔离结构的轴向方向垂直或不垂直。

可选地，所述缝隙在轴向方向上的宽度在0.05mm至5mm的范围内，在径向方向上的深度在0.1mm至10mm的范围内。

可选地，所述缝隙在径向方向上的深度与在轴向方向上的宽度之间的比值大于或等于0.5。

可选地，相邻两个所述环状隔离片的相对侧面上形成有凹凸结构。

可选地，相邻两个所述环状隔离片的中的一个的侧面上的凹凸结构的凸起部分与另一个的侧面上的凹凸结构的凹进部分相对齐，并且相邻两个所述环状隔离片的中的一个的侧面上的凹凸结构的凹进部分与另一个的侧面上的凹凸结构的凸起部分相对齐。

可选地，所述凸起部分的形状与所述凹进部分的形状相对应。

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，本实用新型实施例提供了一种电极间隔离结构，包括：环状隔离结构；隔离凸起，设置在所述环状隔离结构的至少一侧，且所述隔离凸起的侧面面积小于与所述隔离凸起相接触的所述环状隔离结构的侧面面积。

可选地，所述隔离凸起为环状隔离垫片。

可选地，所述环状隔离结构包括至少两个环状隔离片，所述至少两个环状隔离片间隔设置，相邻两个所述环状隔离片之间形成有缝隙。

可选地，相邻两个所述环状隔离片的相对侧面上形成有凹凸结构。

可选地，所述环状隔离结构的外侧面上形成有凹凸结构。

可选地，所述隔离凸起在所述电极间隔离结构轴向方向上的厚度在 0.05mm至5mm的范围内。

可选地，所述隔离凸起与所述环状隔离结构的半径之差与所述隔离凸起在所述电极间隔离结构轴向方向上的厚度的比值大于或等于0.5。

根据第三方面，本实用新型实施例提供了一种气相沉积设备，包括：至少两个电极片；以及上述第一或第二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。

根据第四方面，本实用新型实施例提供了一种石墨舟，包括：至少两个电极片；上述第一或第二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。

根据本实用新型实施例的电极间隔离结构、气相沉积设备和石墨舟，通过至少两个环状隔离片间隔设置，在相邻两个环状隔离片的相对侧面之间形成缝隙，或是通过侧面面积较小的隔离凸起使得环状隔离结构的外侧面与电极片之间形成缝隙，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实用新型的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本实用新型进行任何限制，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示出了根据本实用新型实施例的气相沉积设备的示意图；

图2B示出了根据本实用新型实施例的电极间隔离结构的立体剖视图；

图2C示出了根据本实用新型实施例的电极间隔离结构的纵向截面图；

图2D示出了根据本实用新型实施例的气相沉积设备在使用一段时间后的示意图；

图3示出了根据本实用新型实施例的电极间隔离结构的一种可选实施方式的纵向截面图；

图4示出了根据本实用新型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5A示出了根据本实用新型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5B示出了根据本实用新型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5C示出了根据本实用新型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6示出了根据本实用新型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7示出了根据本实用新型另一实施例的电极间隔离结构的一种可选实施方式的纵向截面图；

图8示出了根据本实用新型另一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

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

如图2A至图2C所示，根据本实用新型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 Vapor Deposition)，特别是管式等离子体气相沉积设备(tube-PECVD)的石墨舟来描述本实用新型实施例，然而本领域技术人员应当理解，根据本实用新型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)，根据本实用新型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。

如图2B和图2C所示，在根据本实用新型实施例的气相沉积设备中，电极间隔离结构可以包括隔离管21和至少两个环状隔离片22，环状隔离片 22从隔离管21的外壁径向向外延伸，各个环状隔离片22间隔设置，相邻两个所述环状隔离片的相对侧面之间形成有缝隙23，该缝隙23在轴向方向上的宽度为w，在径向方向上的深度为h。

在根据本实用新型实施例的气相沉积设备使用了一段时间之后，如图2D所示，由于相邻两个环状隔离片22之间形成了缝隙23，对于气相沉积工艺来说，气体难以进入到缝隙23内部沉积，气相沉积工艺所形成的薄膜 15仅沉积在环状隔离片22的顶部与待成膜基板上，使得电极片11与电极片12之间难以导通，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。

在本实用新型实施例中，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。

在本实用新型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23在轴向方向上的宽度w可以在0.05mm至5mm的范围内，在径向方向上的深度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23在径向方向上的深度h与在轴向方向上的宽度w之间的比值，即缝隙23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23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。

在图2所示的实施方式中，最外侧的两个环状隔离片22均与相同侧的隔离管21的边缘间隔预定间距，从而使得最外侧的环状隔离片22不与电极片接触，从而在最外侧的环状隔离片22分别与电极片11和12之间也形成了缝隙，所形成的缝隙能够进一步使得电极片11与电极片12之间难以导通，从而使得气相沉积设备工作稳定。当然，本领域技术人员也可以仅将外侧的环状隔离片22中的一个与相同侧的隔离管21的边缘间隔预定间距，虽然仅有一侧的最外侧的环状隔离片与电极片之间形成缝隙，也能够进一步使得电极片11与电极片12难以导通，从而使得气相沉积设备工作稳定。该预定间距例如可以在0.1mm至5mm的范围内。

为了使得气体更加难以在缝隙内沉积，需要增大缝隙23的深宽比h/w，可以在一个绝缘圆柱上切割出若干狭缝来制造图2所示的电极间隔离结构，为了增大该狭缝的深宽比，需要使得切割的深度尽可能深，且切割缝的宽度尽可能窄，这样需要良好的加工精度，从而导致电极间隔离结构的制造成本较高。在本实用新型实施例的一些可选实施方式中，如图3所示，该电极间隔离结构可以包括至少两个环状隔离片24和隔离垫片25，隔离垫片 25设置在相邻两个环状隔离片24之间，且隔离垫片25的侧面面积小于环状隔离片24的侧面面积，以使得相邻两个环状隔离片24之间形成缝隙。在本实施方式中，仅需要制备两种不同规格的环状隔离片24和隔离垫片25，并将这些隔离垫片与环状隔离片的交替放置就可以制成大深宽比的电极间隔离结构，无需复杂的精细加工，制造成本低廉。在本实施方式中，可以采用径向方向上面积较小且轴向方向上厚度较薄的隔离垫片，以提升电极间隔离结构的深宽比。该隔离垫片的厚度例如可以在0.1mm至5mm的范围内。

作为一种可选实施方式，隔离垫片25还可以设置在最外侧的环状隔离片25的外侧，如图3所示，从而可以使得最外侧的环状隔离片24与电极片之间也形成缝隙。最外侧的环状隔离片24与电极片11和12之间所形成的缝隙能够进一步使得电极片11与电极片12难以导通，从而使得气相沉积设备工作稳定。在图3中，两个最外侧的环状隔离片24的外侧均设置有隔离垫片25，本领域技术人员应当理解，也可以仅在最外侧的环状隔离片 24之一的外侧设置隔离垫片。

在图3所示的电极间隔离结构中，隔离垫片25为环状，且与环状隔离片24同轴设置，从而使得固定杆13可以穿过这些环状隔离片24和隔离垫片25，并将它们紧固在一起。然而，本实用新型并不限于此，隔离垫片也可以采用其他形状，也可以不必与环状隔离片同轴设置，只需要设置在相邻两个环状隔离片之间，以使得相邻两个环状隔离片的相对侧面之间形成有缝隙即可。

在本实用新型实施例的一些可选实施方式中，如图4所示，环状隔离片26在径向方向上内侧部分的厚度最大，且相邻两个环状隔离片26在径向方向上内侧部分相接触，从而相邻两个环状隔离片26在径向方向外侧部分的相对侧面之间就可以形成缝隙23，并且最外侧的环状隔离片26与电极 11和12之间也形成有缝隙23。与图3所示的实施方式相比，本实施方式中的电极间隔离结构无需隔离垫片，仅需要制备相同规格的环状隔离片26，并将这些环状隔离片26顺次放置就可以制成大深宽比的电极间隔离结构，无需复杂的精细加工，制造成本低廉。

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，在本实用新型实施例的一些可选实施方式中，如图5A至图5C所示，可以将环状隔离片22设置成与电极间隔离结构的轴向方向不垂直，从而增大了缝隙23的有效深度，进一步提升气相沉积设备工作的稳定性。

在本实用新型实施例的一些可选实施方式中，如图6所示，可以在电极间隔离结构的相邻两个环状隔离片24的相对侧面上形成凹凸结构(241， 242)，以增大所形成的缝隙23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。作为一种可选实施方式，相邻两个环状隔离片的中的一个的侧面上的凹凸结构的凸起部分242与另一个的侧面上的凹凸结构的凹进部分241相对应，并且相邻两个环状隔离片的中的一个的侧面上的凹凸结构的凹进部分241与另一个的侧面上的凹凸结构的凸起部分242相对应。在图6所示的实施方式中，凹凸结构(241，242) 在电极间隔离结构的纵向横截面上的形状为锯齿形，然而本实用新型并不限于此，本领域技术人员也可以采用诸如矩形、梯形或波浪形等规则或不规则的形状。本领域技术人员还应当理解，根据本实用新型实施例的电极间隔离结构中的凹凸结构也可以采用上述多种形状的组合，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。

图7示出了根据本实用新型另一实施例的电极间隔离结构，该电极间隔离结构可以包括环状隔离结构27和隔离凸起28，其中隔离凸起28设置在环状隔离结构27的两侧，且隔离凸起28的侧面面积小于与隔离凸起28 相接触的环状隔离结构27的侧面面积。由于隔离凸起28的支撑，使得环状隔离结构27的外侧面与电极片11和电极片12之间形成缝隙23，该缝隙 23使得气体难以在其内部沉积，使得电极片11与电极片12之间难以导通，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。在图7所示的实施方式中，隔离凸起28形成在环状隔离结构27的两侧，本领域技术人员应当理解，隔离凸起28也可以仅形成在环状隔离结构27的一侧。作为一种可选实施方式，隔离凸起28在电极间隔离结构轴向方向上的厚度可以在0.05mm至5mm的范围内，从而可以形成在轴向方向上宽度为0.05mm至5mm的范围内的缝隙23；作为另一种可选实施方式，隔离凸起28与环状隔离结构27的半径之差与隔离凸起28在电极间隔离结构轴向方向上的厚度的比值大于或等于0.5，从而可以使得所形成的缝隙23 的深宽比h/w大于或等于0.5，优选地，缝隙23的深宽比h/w大于或等于2，更优选地，缝隙23的深宽比h/w在4至10的范围内。

在图7所示的实施方式中，隔离凸起28为环状隔离垫片，环状隔离结构27可以为绝缘柱体，从而低成本的制成大深宽比的电极间隔离结构，而无需复杂的精细加工。然而本实用新型并不限于此，绝缘柱体的两侧进行切削，或是在绝缘柱体的两侧固定环状凸起来形成本实施例中的电极间隔离结构。

在本实用新型实施例的一些可选实施方式中，如图8所示，环状隔离结构27的外侧面上形成有凹凸结构271，可以增大与电极11和电极12之间所形成的缝隙23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。在图8所示的实施方式中，凹凸结构271 在电极间隔离结构的纵向横截面上的形状为锯齿形，然而本实用新型并不限于此，本领域技术人员也可以采用诸如矩形、梯形或波浪形等规则或不规则的形状。本领域技术人员还应当理解，根据本实用新型实施例的电极间隔离结构中的凹凸结构也可以采用上述多种形状的组合，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。

在图7和图8所示的实施方式中，环状隔离结构27为绝缘柱体，然而本实用新型并不限于此，环状隔离结构27可以包括至少两个环状隔离片，环状隔离片间隔设置，相邻两个环状隔离片之间形成有缝隙，进一步可选地，相邻两个环状隔离片的相对侧面上形成有凹凸结构。对于环状隔离片的进一步详细描述可以参考上文中图2至图6所示的实施例中对应的相关描述和效果进行理解，此处不再赘述。

虽然结合附图描述了本实用新型的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本实用新型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 (24)

1.一种电极间隔离结构，其特征在于，包括：

至少两个环状隔离片，所述至少两个环状隔离片间隔设置，相邻两个所述环状隔离片的相对侧面之间形成有缝隙，所述缝隙用于使得气体难以在所述缝隙内沉积。

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：

隔离管，所述环状隔离片从所述隔离管的外壁径向向外延伸。

3.根据权利要求2所述的电极间隔离结构，其特征在于，最外侧的所述环状隔离片中的至少一个与相同侧的所述隔离管的边缘间隔预定间距。

4.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：

隔离垫片，设置在相邻两个所述环状隔离片之间，所述隔离垫片的侧面面积小于所述环状隔离片的侧面面积。

5.根据权利要求4所述的电极间隔离结构，其特征在于，所述隔离垫片还设置在最外侧的所述环状隔离片中的至少一个的外侧。

6.根据权利要求4所述的电极间隔离结构，其特征在于，所述隔离垫片为环状，且与所述环状隔离片同轴设置。

7.根据权利要求1所述的电极间隔离结构，其特征在于，所述环状隔离片在径向方向上内侧部分的厚度最大，且相邻两个所述环状隔离片在径向方向上内侧部分相接触。

8.根据权利要求1所述的电极间隔离结构，其特征在于，所述环状隔离片与所述电极间隔离结构的轴向方向垂直或不垂直。

9.根据权利要求1所述的电极间隔离结构，其特征在于，所述缝隙在轴向方向上的宽度在0.05mm至5mm的范围内，在径向方向上的深度在0.1mm至10mm的范围内。

10.根据权利要求1所述的电极间隔离结构，其特征在于，所述缝隙在径向方向上的深度与在轴向方向上的宽度之间的比值大于或等于0.5。

11.根据权利要求1-10中任一项所述的电极间隔离结构，其特征在于，相邻两个所述环状隔离片的相对侧面上形成有凹凸结构。

12.根据权利要求11所述的电极间隔离结构，其特征在于，相邻两个所述环状隔离片的中的一个的侧面上的凹凸结构的凸起部分与另一个的侧面上的凹凸结构的凹进部分相对齐，并且相邻两个所述环状隔离片的中的一个的侧面上的凹凸结构的凹进部分与另一个的侧面上的凹凸结构的凸起部分相对齐。

13.根据权利要求12所述的电极间隔离结构，其特征在于，所述凸起部分的形状与所述凹进部分的形状相对应。

14.根据权利要求11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。

15.一种电极间隔离结构，其特征在于，包括：

环状隔离结构；

隔离凸起，设置在所述环状隔离结构的至少一侧，且所述隔离凸起的侧面面积小于与所述隔离凸起相接触的所述环状隔离结构的侧面面积，所述隔离凸起用于使得所述环状隔离结构的外侧面与所述电极间隔离结构所隔离的电极片之间形成缝隙，所述缝隙用于使得气体难以在所述缝隙内沉积。

16.根据权利要求15所述的电极间隔离结构，其特征在于，所述隔离凸起为环状隔离垫片。

17.根据权利要求15所述的电极间隔离结构，其特征在于，所述环状隔离结构包括至少两个环状隔离片，所述至少两个环状隔离片间隔设置，相邻两个所述环状隔离片之间形成有缝隙。

18.根据权利要求17所述的电极间隔离结构，其特征在于，相邻两个所述环状隔离片的相对侧面上形成有凹凸结构。

19.根据权利要求15所述的电极间隔离结构，其特征在于，所述环状隔离结构的外侧面上形成有凹凸结构。

20.根据权利要求15-19中任一项所述的电极间隔离结构，其特征在于，所述隔离凸起在所述电极间隔离结构轴向方向上的厚度在0.05mm至5mm 的范围内。

21.根据权利要求15-19中任一项所述的电极间隔离结构，其特征在于，所述隔离凸起与所述环状隔离结构的半径之差与所述隔离凸起在所述电极间隔离结构轴向方向上的厚度的比值大于或等于0.5。

22.一种气相沉积设备，其特征在于，包括：

至少两个电极片；以及

根据权利要求1-21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。

23.根据权利要求22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。

24.一种石墨舟，其特征在于，包括：

至少两个电极片；

根据权利要求1-21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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