CN219793107U - 气相沉积装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于薄膜制备技术领域，公开了气相沉积装置，其包括：炉体、旋转轴、传动组件以及驱动件。炉体内具有炉腔，炉腔内具有供气流穿过的流道；旋转轴转动连接于炉腔内并垂直穿设于流道，旋转轴位于流道内的部分设有多个衬底；传动组件设置于炉体并与旋转轴连接；驱动件与传动组件连接以通过传动组件驱动旋转轴带动多个衬底旋转。以此该气相沉积装置在使用时，不仅能够一次性对多个衬底进行镀膜，而且每个衬底表面镀膜的厚度也能保持一致。

Description

气相沉积装置

技术领域

本实用新型涉及薄膜制备技术领域，尤其涉及气相沉积装置。

背景技术

碳化硅材料具备高击穿电压、高热导率等一系列的优势，因此其能够作为高压大功率电子器件的首选制造材料。碳化硅的制造就可以通过化学气相沉积法，以甲基三氯硅烷作为气源，在石墨片上镀膜而以生成3C碳化硅。

现有技术中，镀膜设备包括壳体，壳体内设置流道以供沉积气体流动，在流道内沿沉积气体流动方向会通过架体布置多个衬底，通过对流道内进行加热，使得沉积气体在流道过程中沉积在衬底表面形成碳化硅薄膜。

但是，沿着沉积气体流动方向能够依次与多个衬底接触，最先与沉积气体接触的衬底表面会持续形成薄膜，当沉积气体依次经过多个衬底后，沉积气体内能够形成薄膜的成分含量就会发生变化，则每个衬底表面所形成的薄膜厚度也会相应发生变化，导致多个衬底所形成的薄膜厚度难以保持一致。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供气相沉积装置，解决了现有技术中由于沉积气体在流道路径上，依次与多个衬底接触后导致沉积气体内的成分含量变化，致使多个衬底表面形成的薄膜厚度不一致的问题。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

气相沉积装置，其包括：

炉体，所述炉体内具有炉腔，所述炉腔内具有供气流穿过的流道；

旋转轴，转动连接于所述炉腔内并垂直穿设于所述流道，所述旋转轴位于所述流道内的部分设有多个衬底；

传动组件，设置于所述炉体并与所述旋转轴连接；以及

驱动件，与所述传动组件连接以通过所述传动组件驱动所述旋转轴带动多个所述衬底旋转。

可选地，所述流道沿竖直方向延伸，所述旋转轴沿水平方向穿设于所述流道。

可选地，所述气相沉积装置还包括：

第一气盘和第二气盘，均设置于靠近所述流道的进气口的一侧，所述第一气盘与所述第二气盘相对设置，所述第一气盘上开设有沿第一方向延伸的第一气槽，所述第二气盘开设有沿第二方向延伸的第二气槽，所述第一方向与所述第二方向之间的夹角小于或等于90°。

可选地，所述第一气槽的宽度等于所述第二气槽的宽度。

可选地，所述第一气槽的宽度小于或等于5.2mm。

可选地，所述第一气槽和所述第二气槽均间隔分布多个。

可选地，所述气相沉积装置还包括：

保温毡，设置于所述炉体内；

加热器，设置于所述保温毡内侧；

恒温管，设置于所述加热器内侧；以及

沉积壳，设置于所述恒温管内侧，所述沉积壳内侧形成所述流道。

可选地，所述沉积壳包括：

多个沉积板，多个所述沉积板依次拼接以围合形成所述流道，所述旋转轴与所述沉积板可拆卸连接以穿设于所述流道。

可选地，所述沉积壳、旋转轴以及传动组件均采用石墨材料制成。

可选地，所述衬底与所述旋转轴可拆卸连接。

本实用新型的有益效果：

通过旋转轴的设置，能够在流道内安装多个衬底，以便于一次性就可以对多个衬底进行镀膜，而在镀膜过程中，当沉积气体通入流道内后，启动驱动件，通过传动组件驱动旋转轴旋转，旋转轴就能够带动多个衬底旋转，由于旋转轴是垂直穿设于流道，则多个衬底均能够在同样的高度处与沉积气体接触，确保接触时沉积气体内各个成分的含量相近，进而确保衬底表面形成厚度一致的薄膜。以此该气相沉积装置在使用时，不仅能够一次性对多个衬底进行镀膜，而且每个衬底表面镀膜的厚度也能保持一致。

附图说明

图1是本实用新型气相沉积装置的剖视图；

图2是本实用新型气相沉积装置的衬底和旋转轴的结构示意图；

图3是本实用新型气相沉积装置的沉积壳的第一种拼接方式的结构示意图；

图4是本实用新型气相沉积装置的沉积壳的第二种拼接方式的结构示意图；

图5是本实用新型气相沉积装置的沉积壳的第三种拼接方式的结构示意图；

图6是本实用新型气相沉积装置的第一气盘和第二气盘的结构示意图；

图7是本实用新型气相沉积装置的传动组件的结构示意图。

图中：

1、炉体；11、流道；2、旋转轴；3、传动组件；31、传动杆；32、传动蜗杆；33、传动涡轮；34、密封套环；5、衬底；6、保温毡；7、加热器；8、恒温管；9、沉积壳；91、沉积板；92、拼接槽；93、凹槽；100、第一气盘；101、第一气槽；200、第二气盘；201、第二气槽。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

参照图1和图2，本实用新型提供一种气相沉积装置，其包括炉体1、旋转轴2、传动组件3以及驱动件。炉体1内具有炉腔，炉腔内具有供气流穿过的流道11；旋转轴2转动连接于炉腔内并垂直穿设于流道11，旋转轴2位于流道11内的部分设有多个衬底5；传动组件3设置于炉体1并与旋转轴2连接；驱动件与传动组件3连接以通过传动组件3驱动旋转轴2带动多个衬底5旋转。

具体地，炉体1呈立方体状，其上下两侧均开设开口，下侧开口与注气设备连通，注气设备用于通过开口向流道11内注入沉积气体，沉积气体包括：MTS（四甲基硅烷，Tetramethylsilane）、MTS+CH4（或者C2H4等烷类）、SiCl4+CH4（或者C2H4等烷类）或者MS（二甲基硅烷，Dimethylsilane）等沉积气体。沉积气体会沿着流道11流动并从炉体1的上侧开口流出，沉积气体在流动过程中会与衬底5接触，以在衬底5表面沉积形成碳化硅，本实施例中衬底5为石墨片。

在炉体1内部且流道11外部还设置有加热元件及保温结构，以确保流道11内的温度适于沉积气体在石墨片表面沉积。在本实施例中，流道11沿竖直方向延伸，而旋转轴2沿水平方向穿过流道11设置，在旋转轴2的轴线方向上间隔分布多个衬底5，相邻衬底5之间的间距需要确保气流均匀通过，以确保沉积厚度的一致性，因此衬底5的数量不能太多，同时还需要兼顾沉积的效率，因此衬底5的数量也不能太少。衬底5的数量可以介于3-50个，具体数量取决于流道11及旋转轴2的尺寸。具体间隔距离可以根据实际的沉积要求来设计，本实用新型不做限定。

在本实施例中，旋转轴2上设有多组连接结构，多组连接结构沿旋转轴2的轴线方向间隔分布，每组连接结构包括三个连接架，三个连接架绕旋转轴2的周向等间隔环设，而每个连接架上设置一个衬底5，相邻连接架的间距保持在5-50mm，优选的间距为20-30mm。应当理解的是，在其他实施例中，每组连接结构可以设置两个或者四个连接架，具体连接架的数量可以根据衬底5的尺寸设计即可。

旋转轴2的两端均通过轴承实现转动连接，该轴承具有对应的密封结构，以确保流道11内的密封性。旋转轴2的一端与传动组件3连接，传动组件3远离旋转轴2的一端则能够伸出炉体1，而驱动件设置在炉体1外并与传动组件3伸出炉体1的一端连接，驱动件可以为具备减速、自锁等功能的电机，也可以为其他符合驱动要求的元件，本实用新型对此不做限定。

通过旋转轴2的设置，能够在流道11内安装多个衬底5，以便于一次性就可以对多个衬底5进行镀膜，而在镀膜过程中，当沉积气体通入流道11内后，启动驱动件，通过传动组件3驱动旋转轴2旋转，旋转轴2就能够带动多个衬底5旋转，由于旋转轴2是垂直穿设于流道11，则多个衬底5均能够在同样的高度处与沉积气体接触，确保接触时沉积气体内各个成分的含量相近，进而确保衬底5表面形成厚度一致的薄膜。以此该气相沉积装置在使用时，不仅能够一次性对多个衬底5进行镀膜，而且每个衬底5表面镀膜的厚度也能保持一致。

可选地，气相沉积装置还包括保温毡6、加热器7、恒温管8以及沉积壳9。保温毡6设置于炉体1内；加热器7设置于保温毡6内侧；恒温管8设置于加热器7内侧；沉积壳9设置于恒温管8内侧，沉积壳9内侧形成流道11。

具体地，保温毡6固定设置在炉体1内部且呈环形，保温毡6的中间呈中空状，其内部依次设置加热器7、恒温管8以及沉积壳9，加热器7与保温毡6保持一定的间距，以确保保温效果，加热器7内部设置恒温管8，二者也保持一定的间距。沉积壳9则呈长条形，其上下两端分别与保温毡6的上下两侧固定，沉积壳9的上下两端分别设置气口，气口与炉体1的开口对应，流道11位于沉积壳9内部，旋转轴2则穿设在沉积壳9内，传动组件3位于恒温管8与沉积壳9之间。

通过设置保温毡6、加热器7、恒温管8以及沉积壳9，在沉积过程中，能够起到加热器7产生热量，热量传递至恒温管8内，恒温管8能够确保沉积壳9及流道11内温度保持不变，而保温毡6则能够有效降低热量散失的速率，以此使得流道11内的温度能够维持在适合沉积的范围内。在本实施例中，流道11内的温度能够维持在900℃-1700℃之间，保温材料均可以采用碳毡等。

参照图3至图5，可选地，沉积壳9包括多个沉积板91。多个沉积板91依次拼接以围合形成流道11，旋转轴2与沉积板91可拆卸连接以穿设于流道11。衬底5与旋转轴2可拆卸连接。

具体地，沉积板91的一侧可以开设拼接槽92，另一侧则插入相邻沉积板91的拼接槽92内，以使得多个沉积板91能够依次首尾拼接形成沉积壳9。在本实施例中，沉积板91设置四个，在前后两侧的沉积板91的边缘位置处开设缺口作为上述拼接槽92，左右两侧的沉积板91则对应插入拼接槽92内。而在其他实施例中，还可以在左右两侧的沉积板91的侧面上开设凹槽93，前后两侧的沉积板91的相对侧面上开设U形的拼接槽92，拼接槽92的截面和凹槽93的截面均呈U形，拼接槽92的槽壁插入凹槽93内，同时凹槽93的槽壁能够插入拼接槽92内；还可以直接在前后两侧的沉积板91的相对侧面上开设U形的拼接槽92，左右两侧的沉积板91直接插设于该拼接槽92内。具体沉积板91的拼接方式及数量可以根据实际情况进行设计，本实用新型对此不做限定。

旋转轴2的两端分别与相对的两个沉积板91通过轴承可拆卸连接，轴承设置密封结构确保沉积壳9内的密封性。衬底5与旋转轴2之间可以通过薄壁连接，以方便衬底5的拆卸，具体薄壁连接可以为压接或者其他满足要求的连接。

由于旋转轴2和石墨片均位于流道11内，石墨片和旋转轴2的表面均会沉积碳化硅，而碳化硅在常温下（20℃）的硬度高达莫氏9.2-9.3，很难直接拆卸。因此通过利用多个沉积板91拼接形成沉积壳9，使得沉积壳9整体可以拆卸，以方便旋转轴2的拆卸，从而就可以在完成沉积后，从沉积壳9内取下旋转轴2。而衬底5与旋转轴2之间也是可拆卸连接，当旋转轴2从沉积壳9内取出后，就能够很方便地在旋转轴2上对衬底5进行拆卸和安装。

可选地，沉积壳9、旋转轴2以及传动组件3均采用石墨材料制成。具体地，由于沉积过程不能出现铝、钨、钼等元素，故采用石墨材料制成沉积壳9、旋转轴2以及传动组件3，在确保强度的条件下，满足沉积的要求，确保沉积过程顺利完成。

参照图6，可选地，气相沉积装置还包括第一气盘100和第二气盘200。第一气盘100和第二气盘200均设置于靠近流道11的进气口的一侧，第一气盘100与第二气盘200相对设置，第一气盘100上开设有沿第一方向延伸的第一气槽101，第二气盘200开设有沿第二方向延伸的第二气槽201，第一方向与第二方向之间的夹角小于或等于90°。

具体地，第一气盘100和第二气盘200均设置在沉积壳9内部且靠近下侧的位置处，且第一气盘100位于第二气盘200的上侧，二者保持一定的间隔。第一气槽101和第二气槽201均可以间隔分布多个，在本实施例中，第一方向与第二方向相垂直。

通过设置第一气盘100和第二气盘200，当沉积气体通过炉体1下侧的开口进入流道11内后，沉积气体会先流经第二气盘200上的第二气槽201，穿过第二气槽201后，再穿过与第二气槽201相垂直的第一气槽101，以此来对流动的沉积气体进行整流，使得沉积气体的流动方向更加一致，则沉积气体能够均匀在流道11内流动，以此来提高对沉积气体的运气效果，从而进一步确保多个衬底5表面的镀膜厚度保持一致。

可选地，第一气槽101的宽度等于第二气槽201的宽度。具体地，如果第一气槽101的宽度与第二气槽201的宽度不同，则宽度较大一者对沉积气体流动时形成的阻力较小，而另一者形成的阻力较大，导致沉积气体流动过程中会产生非均匀区，致使沉积气体的流动不均匀，容易导致衬底5表面的沉积厚度不一致。因此将第一气槽101与第二气槽201的宽度设计为一致，确保二者对沉积气体在流动过程中形成的阻力相同，使得沉积气体在穿过第二气槽201后，能够均匀穿过第一气槽101，以确保沉积气体在流道11内的均匀性。

可选地，第一气槽101的宽度小于等于5.2mm。具体地，第一气槽101的宽度可以根据流道11内的实际尺寸来设计，在本实施例中，第一气槽101的宽度小于等于5.2mm，以确保沉积气体在流经第一气槽101和第二气槽201时受到的阻力适当，进而使得沉积气体能够以适合沉积的流速流入流道11内，从而有效确保沉积气体的均匀性，同时也能够使得沉积气体与衬底5有效接触，以便于在多个衬底5上形成一致的沉积厚度。在其他实施例中，随着流道11尺寸的变化，第一气盘100的尺寸也会变化，则第一气槽101的宽度上限也可以相应调整，以确保沉积气体能够均匀流动。

参照图1和图7，可选地，传动组件3包括传动杆31、传动蜗杆32以及传动涡轮33，传动杆31的一端穿过炉体1并伸入恒温管8与沉积壳9之间，传动杆31与炉体1转动连接，且在传动杆31与炉体1的连接处设置密封套环34，以确保气密性。传动杆31伸入炉体1内的一端同轴固定设置传动蜗杆32，与传动蜗杆32啮合的传动涡轮33则同轴固定在旋转轴2上，传动杆31位于炉体1外的一端则与驱动件连接。以此当驱动件启动后，驱动件能够驱动传动杆31旋转，传动杆31通过传动蜗杆32和传动涡轮33驱动旋转轴2旋转，旋转轴2的转速小于预设转速，预设转速可以为30rpm，以避免旋转轴2转速太高而引起材料磨损较大的情况。应当理解的是，传动组件3还可以采用锥齿轮传动或者笼式齿轮传动等结构来实现90°传动，具体传动组件3的构成可以根据实际的安装空间来设计，本实用新型对此不做限定。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为了清楚说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.气相沉积装置，其特征在于，包括：

炉体(1)，所述炉体(1)内具有炉腔，所述炉腔内具有供气流穿过的流道(11)；

旋转轴(2)，转动连接于所述炉腔内并垂直穿设于所述流道(11)，所述旋转轴(2)位于所述流道(11)内的部分设有多个衬底(5)；

传动组件(3)，设置于所述炉体(1)并与所述旋转轴(2)连接；以及

驱动件，与所述传动组件(3)连接以通过所述传动组件(3)驱动所述旋转轴(2)带动多个所述衬底(5)旋转。

2.根据权利要求1所述的气相沉积装置，其特征在于，所述流道(11)沿竖直方向延伸，所述旋转轴(2)沿水平方向穿设于所述流道(11)。

3.根据权利要求1所述的气相沉积装置，其特征在于，所述气相沉积装置还包括：

第一气盘(100)和第二气盘(200)，均设置于靠近所述流道(11)的进气口的一侧，所述第一气盘(100)与所述第二气盘(200)相对设置，所述第一气盘(100)上开设有沿第一方向延伸的第一气槽(101)，所述第二气盘(200)开设有沿第二方向延伸的第二气槽(201)，所述第一方向与所述第二方向之间的夹角小于或等于90°。

4.根据权利要求3所述的气相沉积装置，其特征在于，所述第一气槽(101)的宽度等于所述第二气槽(201)的宽度。

5.根据权利要求3所述的气相沉积装置，其特征在于，所述第一气槽(101)的宽度小于或等于5.2mm。

6.根据权利要求3所述的气相沉积装置，其特征在于，所述第一气槽(101)和所述第二气槽(201)均间隔分布多个。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的气相沉积装置，其特征在于，所述气相沉积装置还包括：

保温毡(6)，设置于所述炉体(1)内；

加热器(7)，设置于所述保温毡(6)内侧；

恒温管(8)，设置于所述加热器(7)内侧；以及

沉积壳(9)，设置于所述恒温管(8)内侧，所述沉积壳(9)内侧形成所述流道(11)。

8.根据权利要求7所述的气相沉积装置，其特征在于，所述沉积壳(9)包括：

多个沉积板(91)，多个所述沉积板(91)依次拼接以围合形成所述流道(11)，所述旋转轴(2)与所述沉积板(91)可拆卸连接以穿设于所述流道(11)。

9.根据权利要求7所述的气相沉积装置，其特征在于，所述沉积壳(9)、旋转轴(2)以及传动组件(3)均采用石墨材料制成。

10.根据权利要求1至6中任一项所述的气相沉积装置，其特征在于，所述衬底(5)与所述旋转轴(2)可拆卸连接。