CN219772326U - 一种薄膜生长设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种薄膜生长设备，包括盘体；电阻片，螺旋弯曲设置在盘体的下方，外侧被保温筒包裹，加热产生热辐射给盘体加热；基座，安装于电阻片的下方，且上表面设有凹槽；电阻支撑件，在电阻片的外边缘下方均匀环绕分布设置，上表面与电阻片接触并配置有凹槽，下端置于基座的凹槽内；隔热板，位于电阻片和基座之间，被电阻支撑件贯穿连接，其上方涂有热反射材料；电极接线柱，一端与电阻片连接，另一端与导电支撑板连接；导电支撑板，通过穿过基座和隔热板的电极接线柱与电阻片相连，为电阻片提供电流。本实用新型使电阻片提供更加稳定重复的温场，提高电阻片的辐射效率，提升薄膜生长厚度均匀性。

Description

一种薄膜生长设备

技术领域

本实用新型涉及半导体材料制造领域，具体而言涉及一种薄膜生长设备。

背景技术

MOCVD是以Ⅲ族、Ⅱ族元素的有机化合物和V、Ⅵ族元素的氢化物等作为晶体生长原材料，以热分解反应方式在衬底上进行气相外延，生长各种Ⅲ-V族、Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体以及它们的多元固溶体的薄层单晶材料。通常MOCVD系统中的晶体生长都是在常压或低压，即10-100Torr下通H₂的冷壁石英或不锈钢反应室中进行，衬底温度为500-1200℃，用直流加热在衬底基片下方的石墨基座，H₂通过温度可控的液体源鼓泡携带金属有机物到生长区。

温度是薄膜生长的核心影响因素之一，但是现有的加热装置温度的稳定性比较小，温度波动较大，无法提供稳定重复的温场，影响薄膜生长，鉴于现有技术的上述技术缺陷，迫切需要一种能够使薄膜均匀生长的设备。

实用新型内容

本实用新型正是基于现有技术的上述需求而提出的，本实用新型要解决的技术问题是提供一种薄膜生长设备以使薄膜生长的更加均匀。

为了解决上述问题，本实用新型提供的技术方案包括：

一种薄膜生长设备，包括：

盘体；

电阻片，螺旋弯曲设置在所述盘体的下方，外侧被保温筒包裹，加热产生热辐射给所述盘体加热；

基座，安装于所述电阻片的下方，且上表面设有凹槽；

电阻支撑件，在所述电阻片的外边缘下方均匀环绕分布设置，上表面与所述电阻片接触并配置有凹槽，下端置于所述基座的凹槽内；

隔热板，位于所述电阻片和所述基座之间，被所述电阻支撑件贯穿连接，其上方涂有热反射材料；

电极接线柱，一端与所述电阻片连接，另一端与导电支撑板连接；

所述导电支撑板，通过穿过所述基座和所述隔热板的电极接线柱与所述电阻片相连，为所述电阻片提供电流。

可选地，所述薄膜生长设备还包括：盘体支撑柱，与所述电阻片在竖直方向上相隔一段距离连接设置。

可选地，所述薄膜生长设备还包括：隔热板固定件，安装在所述隔热板的中心，穿过所述隔热板，拧入至所述基座内。

可选地，所述薄膜生长设备还包括：基座固定件，设置在所述基座的下方，向所述基座提供向上的支持力。

可选地，所述盘体的上表面设有凹槽，用于容纳进行MOCVD工艺的衬底；所述凹槽在盘体中心向外边缘的方向上，沿多个同心圆的边缘均匀分布设置。

可选地，所述薄膜生长设备包括两个电阻片，分别为第一电阻片和第二电阻片，所述第一电阻片围绕所述第二电阻片设置。

可选地，所述电极接线柱包括正极接线柱和负极接线柱，所述正极接线柱穿过在所述基座和所述隔热板的左右两边开设的两个通孔中任意一个通孔，与所述电阻片和所述导电支撑板连接；所述负极接线柱穿过在所述基座和所述隔热板的左右两边开设的另一个通孔，与所述电阻片和所述导电支撑板连接。

可选地，所述薄膜生长设备包括两个导电支撑板，分别为第一导电支撑板和第二导电支撑板，所述第一导电支撑板被所述正极接线柱下端穿过，所述第二导电支撑板被所述负极接线柱下端穿过。

可选地，所述薄膜生长设备包括四个隔热板，在所述基座的上方层叠设置。

可选地，所述保温筒还包裹电阻片以下的部件。

与现有技术相比，本实用新型提供的一种薄膜生长设备通过对起到支撑电阻片作用的电阻支撑件的结构和形状设置，稳定电阻片并且减少阻挡电阻片辐射面积，使电阻片提供更加稳定重复的温场，提高电阻片的辐射效率，提升薄膜生长厚度均匀性。通过配置隔热板、基座等部件，提高设备的稳定性，减少热量的散失，增加电阻片的辐射效率，提高薄膜生长质量。本实施例提供的薄膜生长设备制作得到的薄膜厚度均匀性在2.5％左右。

附图说明

为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书实施例中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实施例提供的一种薄膜生长设备的结构示意图；

图2是本实施例提供的一种薄膜生长设备的电阻支撑件的结构示意图；

图3是本实施例提供的一种薄膜生长设备的电阻片和电阻支撑件装配示意图。

附图标记：

1-保温筒；2-电阻片；3-电阻支撑件；4-基座固定件；5-导电支撑板；6-隔热板固定件；7-第一隔热板；8-第二隔热板；9-第三隔热板；10-第四隔热板；11-基座；12-电极接线柱；13-盘体。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接可以是机械连接，也可以是电连接可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

全文中描述使用的术语“顶部”、“底部”、“在……上方”、“下”和“在……上”是相对于装置的部件的相对位置，例如装置内部的顶部和底部衬底的相对位置。可以理解的是装置是多功能的，与它们在空间中的方位无关。

为便于对本申请实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例做进一步的解释说明，实施例并不构成对本实用新型的限定。

MOCVD设备集精密机械、半导体材料、真空电子、流体力学、热学、光学等多学科为一体，是一种自动化程度高，技术集成度高的高端半导体材料、光电子专用设备。

MOCVD设备包括气路机构、加热机构、反应腔和控制机构，所述加热机构是MOCVD设备的核心组件，不同的反应腔对应不同的控制机构与加热机构。加热机构通过热辐射对发生反应的石墨盘进行加热，提供发生反应所需要的温度。温度是薄膜沉积过程中的重要影响因素，加热机构的温度的稳定性直接影响薄膜生长是否均匀，因此，在整个生长过程中，要求温度波动很小。另外，基座表面热场是否均匀对制得的膜片的厚度均匀性也有影响，因此，要求加热机构提供的热场均匀且稳定。

现有技术通常是通过高温炉进行加热，虽然制造成本低，可以大量生产薄膜，但是由于炉的热场轴向的不均匀性，可能造成衬底受热不均匀，使制得的薄膜也不均匀，另外，频繁开炉盖使一部分热量散失，也影响了薄膜生长的均匀性。

因此，本实施例提供了一种薄膜生长设备，以使薄膜生长的更加均匀。

为便于理解，本实施例“上”、“下”、“左”、“右”分别指以第一视角观察图1各个部件的上方、下方、左方和右方，“前”指以第一视角靠近图1各个部件的方向，“后”指以第一视角远离图1各个部件的方向，“高度”指以第一视角观察图1中各个部件上下的距离，“长度”指以第一视角观察图1中各个部件左右的距离，“宽度”指以第一视角观察图1中各个部件前后的距离；其中，所述第一视角表示图1的正前方。

在本实施例中，所述薄膜生长设备，如图1所示，包括：

盘体13，所述盘体13设于所述电阻加热片的上方，呈一扁圆柱形，其上表面为平整面，可由石墨材料形成，上表面可以设置有凹槽，所述凹槽为圆形，所述凹槽用于容纳进行MOCVD工艺的衬底。这样，有利于薄膜均匀沉积，提高薄膜生长质量。所述凹槽优选地在盘体13中心向外边缘的方向上，沿多个同心圆的边缘均匀分布设置，相邻圆的距离>外圈圆的半径-内圈圆的半径-凹槽的直径。所述盘体13的数量不受限制，可以设置多个，优选地，设两个盘体13，分别为第一盘体13和第二盘体13，在第一盘体13的上方同心布置第二盘体13，且所述第一盘体13大于所述第二盘体13，这样，可以放置多个衬底，提高设备生产薄膜的效率。

所述盘体13底端还可以固定连接有盘体13支撑柱，所述盘体13支撑柱与所述电阻片2在竖直方向上相隔一段距离连接，使所述电阻片2以辐射的方式加热所述盘体13。所述盘体13支撑柱的形状为柱形，上表面与所述盘体13接触，下表面与所述电阻片2连接，使所述盘体13稳定设置在所述加热片的上方接收辐射。在本实施例中盘体13周围的温场可达到1500℃～2000℃，能够提供薄膜生长所需的温度。

电阻片2，由耐高温材料制成，其耐高温材料可以是钨或者铼，通过被加热产生热辐射提供薄膜生长所需的温度；所述电阻片2的数量不受限制，至少为一个；所述电阻片2的形状不做限制，可以在平面内设置也可以设为立体图形，例如为凹体或者凸体；在平面内可以由一个电阻片2螺旋弯曲设置，也可以多个螺旋片螺旋弯曲设置，优选地，在平面内设置两个电阻片2，分别为第一电阻片2和第二电阻片2，所述第一电阻片2围绕所述第二电阻片2设置，这样，第一电阻片2和第二电阻片2对盘体13同时加热，使所述盘体13内外受热均匀，促使薄膜生长更加均匀。

基座11，安装于所述电阻片2的下方，且上表面设有凹槽。所述基座11的上下表面都可以连接其他部件，为所述基座11上表面承载的部件提供支撑力，安装在所述基座11下表面的部件可以为所述基座11提供支持力，使设备更加稳定可靠。所述基座11由低导热材料制成，例如陶瓷或硅，防止热量的散失，提高加热机构的热转换效率，优选地选择氮化铝陶瓷材料。所述基座11可以是任意形状，但所述基座11的长宽大于或等于所述电阻片2的长宽，优选地所述基座11设为圆形。另外，所述基座11的凹槽与电阻支撑件3配合，起到限位的作用，防止电阻支撑件3滑动，优选地，所述基座11的凹槽内设有与电阻支撑件3的下端配合的卡扣结构，使得所述支撑架更加稳固，防止偏移，以提供稳定重复的温场。

电阻支撑件3，上表面与所述电阻片2接触并配置有凹槽，下端置于所述基座11的凹槽内，所述基座11的凹槽侧面向所述电阻支撑件3提供挤压力以对所述电阻支撑件3进行限位。所述电阻支撑件3的形状可以为圆柱形。所述电阻支撑件3可以由氮化硼或氧化铝材质制成，所述氮化硼和氧化铝都具有高耐热性、高导热系数、低热膨胀系数等优良性能，制得的电阻支撑件3能够承受高温，在外力作用下抵抗塑性变形和断裂的能力强。本实施例的所述电阻支撑件3与所述电阻片2的接触面积少，电阻支撑件3的整体结构阻挡电阻片2辐射面积也少，所以更多的热辐射能量被盘体13吸收，提高热辐射效率。所述电阻支撑件3的数量不受限制，至少一个；优选地，所述电阻支撑件3在所述电阻片2的外边缘下方均匀环绕分布设置，如图3所示，以此设置，能够避免电阻片2由于受力不均匀造成偏移，使电阻片2提供更加稳定重复的温场。另外，所述电阻支撑件3上表面与所述电阻片2接触，接触面大于所述电阻支撑件3的凹槽的口径，这样，所述电阻片2下方产生的热量一部分可以存储在所述基座11的凹槽中，能够锁温，防止热量散失，并且存储的热量也可以被重新的利用，提高热转换效率。所述电阻支撑件3的结构如图2所示。

隔热板，位于所述电阻片2和所述基座11之间，被所述电阻支撑件3贯穿连接，其上方涂有热反射材料。所述隔热板可以是任意形状，优选地，设为扁圆柱形，与所述电阻片2的长度和宽度一致，能够充分反射电阻片2下方的热辐射。所述隔热板内部的覆盖范围大于或等于所述电阻片2由于基座11的反射率低，如果不加所述隔热板的话，电阻片2产生的热辐射可能会穿过所述基座11，散失大部分热量；因此，为了提高热量的利用率，在所述电阻片2和所述基座11之间设隔热板，通过所述第一版上涂的热反射材料，对所述电阻片2产生的热辐射进行反射，提高辐射附近空间的反射率，将热量集中在所述电阻片2附近，提高加热效率，减少热量的散失。另外，所述隔热板还具有隔热的作用，减少隔热板和基座11下方的部件由于高温造成的不良影响。所述隔热板的数量不受限制，至少一个，优选地，所述隔热板设有四个，在所述基座11的上方层叠设置，由上到下分别为第一隔热板7、第二隔热板8、第三隔热板9、第四隔热板10。

优选地，所述设备还包括隔热板固定件6，连接所述隔热板与所述基座11，用于固定所述隔热板。所述隔热板固定件6可以是钼或钨材质，钼和钨的硬度高，熔点高，热传导率也较高，低热膨胀系数，能够防止隔热板固定件6由于温度过高而变形，甚至熔化。所述隔热板固定件6优选地选择钼材质制造，由于钼相比钨在相当低的温度下容易变形，所以比钨更容易加工，可以根据用户的需求特制。所述隔热板固定件6的数量不限，优选地设置一个，此时，所述隔热板固定件6安装的位置可以是隔热板的中心，这样，固定效果好，且用材少。所述隔热板固定件6可以是螺钉，穿过所述隔热板，拧入至所述基座11内，紧固所述隔热板。仅使用螺钉容易松脱，所以所述隔热板固定件6可以是螺钉和螺母配合使用，所述螺钉可以从所述隔热板的上方穿过所述隔热板和所述基座11，用与所述螺钉的螺纹一致的螺母旋紧所述螺钉，在旋紧过程中螺钉被拉伸产生预紧力，靠螺母的摩擦力和螺纹间的摩擦力保持所述预紧力，这种方式的紧固效果更好，进一步有利于所述电阻片2提供稳定重复的温场，以及这种方式是可拆卸的，便于维修和维护。

优选地，所述薄膜生长设备还包括电极接线柱12，与所述电阻片2和导电支撑板5连接。所述电机接线柱的一端与所述电阻片2连接，另一端与所述导电支撑板5连接，使所述导电支撑板5上的电流流向所述电阻片2，实现所述电阻片2通电后产生热辐射。所述电极接线柱12的形状可以为柱形，上端面的长度大于下端面的长度，当所述电极接线柱12穿过所述电阻片2和所述导电支撑板5时，挂在所述电阻片2上表面，结构简单，便于连接。所述电极接线柱12包括导电材料，在所述导电材料的外侧可以包裹绝缘材料，使电流尽可能全部流向所述电阻片2。

所述电极接线柱12包括正极接线柱和负极接线柱，所述正极接线柱可以穿过在所述基座11和所述隔热板的左右两边开设的两个通孔中任意一个通孔，与所述电阻片2和所述导电支撑板5连接；所述负极接线柱穿过在所述基座11和所述隔热板的左右两边开设的另一个通孔，与所述电阻片2和所述导电支撑板5连接。

所述导电支撑板5，设于所述基座11的下方，支撑所述电极接线柱12。所述导电支撑板5通过穿过所述基座11和所述隔热板的电极接线柱12与电阻片2相连，可以给所述电阻片2提供电流。所述导电支撑板5的形状可以是任意形状，优选地设有长方形；所述导电支撑板5的数量可以设置为一个或多个，所述导电支撑板5优选地设置为两个，分别为第一导电支撑板5和第二导电支撑板5，安装在所述基座11下方的两侧，所述第一导电支撑板5被所述正极接线柱下端穿过，所述第二导电支撑板5被所述负极接线柱下端穿过。

优选地，所述薄膜生长设备还包括基座11固定件4，设置在所述基座11的下方，用于向所述基座11提供向上的支持力，支撑所述基座11。所述基座11固定件4可以是任意形状，优选地，所述基座11固定件4的形状为柱形，基座11固定件4的上表面与所述基座11接触，下端与所述导电支撑板5连接，其中，连接方式可以有多种，可以与导电支撑板5的上表面接触，或嵌入到所述导电支撑板5内，或穿过所述导电支撑板5，当连接方式为穿过所述导电支撑板5时，下端露出的部分可以通过螺母固定。优选地，选择穿过所述导电支撑板5连接方式以达到稳定性更好的目的。所述基座11固定件4的数量不限制，优选地设置四个，在所述正极接线柱和负极接线柱各分布两个。所述基座11固定件4是绝缘的，这样，避免所述导电支撑板5的电荷流向所述基板，使能量散失，以及能够防止所述基座11漏电，提高电能利用率。

保温筒1，环绕所述电阻片2外围设置，包裹住所述电阻片2，防止电阻片2产生的热量散失，提高能量的利用率。所述保温筒1由耐高温且导热系数低的材料制成，例如陶瓷或硅。所述保温筒1的形状可以为柱形，中部空心，使所述电阻片2产生的热辐射传递给盘体13。所述保温筒1的高度大于或等于电阻片2的高度，也就是说所述保温筒1可以将电阻片2以及电阻片2以下的部件也包裹，比如隔热板、基座11等部件，将电阻片2的热量能够聚集在盘体13附近的空间中，尽可能防止热辐射散失，提高热转化效率。所述保温筒1的底部优选地向里形成凹槽，所述凹槽可以支撑所述基座11固定件4，以及抬高基座11固定件4及在基座11固定件4上方部件的高度，使所述电阻片2离盘体13更近，加热效果更好，以及由于保温筒1内部的空间减少，保温效果变得更好。

与现有技术相比，本实施例提供的一种薄膜生长设备通过对起到支撑电阻片2作用的电阻支撑件3的结构和形状设置，稳定电阻片2并且减少阻挡电阻片2辐射面积，使电阻片2提供更加稳定重复的温场，提高电阻片2的辐射效率，提升薄膜生长厚度均匀性。通过配置隔热板、基座11等部件，提高设备的稳定性，减少热量的散失，增加电阻片2的辐射效率，提高薄膜生长质量。本实施例提供的薄膜生长设备制作得到的薄膜厚度均匀性在2.5％左右。

以上所述的具体实施方式，对本申请的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本申请的具体实施方式而已，并不用于限定本申请的保护范围，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种薄膜生长设备，其特征在于，包括：

盘体；

电阻片，螺旋弯曲设置在所述盘体的下方，外侧被保温筒包裹，加热产生热辐射给所述盘体加热；

基座，安装于所述电阻片的下方，且上表面设有凹槽；

电阻支撑件，在所述电阻片的外边缘下方均匀环绕分布设置，上表面与所述电阻片接触并配置有凹槽，下端置于所述基座的凹槽内；

隔热板，位于所述电阻片和所述基座之间，被所述电阻支撑件贯穿连接，其上方涂有热反射材料；

电极接线柱，一端与所述电阻片连接，另一端与导电支撑板连接；

所述导电支撑板，通过穿过所述基座和所述隔热板的电极接线柱与所述电阻片相连，为所述电阻片提供电流。

2.根据权利要求1所述的一种薄膜生长设备，其特征在于，所述薄膜生长设备还包括：盘体支撑柱，与所述电阻片在竖直方向上相隔一段距离连接设置。

3.根据权利要求1所述的一种薄膜生长设备，其特征在于，所述薄膜生长设备还包括：隔热板固定件，安装在所述隔热板的中心，穿过所述隔热板，拧入至所述基座内。

4.根据权利要求1所述的一种薄膜生长设备，其特征在于，所述薄膜生长设备还包括：基座固定件，设置在所述基座的下方，向所述基座提供向上的支持力。

5.根据权利要求1所述的一种薄膜生长设备，其特征在于，所述盘体的上表面设有凹槽，用于容纳进行MOCVD工艺的衬底；所述凹槽在盘体中心向外边缘的方向上，沿多个同心圆的边缘均匀分布设置。

6.根据权利要求1所述的一种薄膜生长设备，其特征在于，所述薄膜生长设备包括两个电阻片，分别为第一电阻片和第二电阻片，所述第一电阻片围绕所述第二电阻片设置。

7.根据权利要求1所述的一种薄膜生长设备，其特征在于，所述电极接线柱包括正极接线柱和负极接线柱，所述正极接线柱穿过在所述基座和所述隔热板的左右两边开设的两个通孔中任意一个通孔，与所述电阻片和所述导电支撑板连接；所述负极接线柱穿过在所述基座和所述隔热板的左右两边开设的另一个通孔，与所述电阻片和所述导电支撑板连接。

8.根据权利要求7所述的一种薄膜生长设备，其特征在于，所述薄膜生长设备包括两个导电支撑板，分别为第一导电支撑板和第二导电支撑板，所述第一导电支撑板被所述正极接线柱下端穿过，所述第二导电支撑板被所述负极接线柱下端穿过。

9.根据权利要求1所述的一种薄膜生长设备，其特征在于，所述薄膜生长设备包括四个隔热板，在所述基座的上方层叠设置。

10.根据权利要求1所述的一种薄膜生长设备，其特征在于，所述保温筒还包裹电阻片以下的部件。