成膜装置的制作方法

1.本技术涉及mocvd设备相关技术领域，具体涉及一种成膜装置。


背景技术：

2.金属有机物化学气相沉淀(metal organic chemical vapor deposition，简称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源材料，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(10-100torr)下在成膜装置内进行。
3.其中，成膜装置是由石英管和石墨基座组成。为了生长组分均匀、超薄层、异质结构的化合物半导体材料，各生产厂家和研究者在成膜装置结构的设计上下了很大功夫，设计出了不同结构的成膜装置。成膜装置中的石墨基座是由高纯石墨制成并包裹sic层。
4.成膜装置的底部由基座形成，成膜装置的顶部由顶板形成，基座的下方设置有加热装置，该加热装置能够加热基座以及成膜装置内的气体，使得位于成膜装置顶部的顶板的温度升高，为了避免顶板在高温下发生变形，需要控制顶板的温度，由此，通常会在顶板的上方设有冷却板组件，用于给顶板进行降温。
5.然而，现有技术中顶板上与加热装置对应的区域温度最高，其余区域的温度相对较低，即顶板上沿着所述顶板的中心向所述顶板的边缘方向存在温差，由此导致顶板上的温度分布不均匀，顶板的温度控制效果差。


技术实现要素：

6.本技术提供一种成膜装置，以解决顶板上的温度分布不均匀、温度控制效果差的问题。
7.为达上述目的，一方面，本技术提供的成膜装置具有至少一个用于在基片表面成膜的反应腔，所述成膜装置包括基座、盖板组件和加热装置，基座位于所述反应腔的底部、用于承载至少一基片；盖板组件位于所述反应腔的顶部且与所述基座相对而设；加热装置用来加热所述基座；所述盖板组件包括面向所述反应腔的顶板及与所述顶板相邻设置的冷却板组件，所述顶板具有一朝向所述反应腔的受热表面和一朝向所述冷却板组件的散热表面；所述顶板的所述散热表面与所述冷却板组件之间形成有流通间隙，所述流通间隙沿着所述顶板的中心向所述顶板的边缘方向具有多个不同的高度，所述高度为所述散热表面和所述冷却板组件之间的间隙距离。
8.在本技术的一些实施例中，所述冷却板组件具有一朝向所述散热表面的冷却表面，所述冷却表面为一平面；所述顶板的所述散热表面为一不平整的表面，所述盖板组件至少包括一面向所述散热表面的进气口，以向所述流通间隙内填充导热气体。
9.在本技术的一些实施例中，在所述散热表面上形成有靠近所述顶板的中心的第一环形区域，所述顶板在所述第一环形区域与所述冷却表面之间形成所述流通间隙的第一间
隙；在所述第一环形区域内设置有多个整流块，多个所述整流块环绕所述中心且间隔设置。
10.在本技术的一些实施例中，所述第一环形区域包括沿着所述顶板的中心向所述顶板的边缘方向依次分布的内环形区、中间环形区和外环形区；所述整流块呈辐射状设置于所述中间环形区内；在水平投影面内，所述进气口位于所述内环形区。
11.在本技术的一些实施例中，相邻两个所述整流块之间形成有气流通道，所述气流通道靠近所述进气口处的分布密度小于所述气流通道远离所述进气口处的分布密度。
12.在本技术的一些实施例中，相邻两个所述整流块之间形成有气流通道，所述气流通道在所述第一环形区域的周向上的宽度相等，多个所述整流块的高度均小于所述第一间隙的高度，所述整流块与所述冷却表面之间的距离小于相邻两个所述整流块之间的气流通道的宽度，所述第一间隙的高度的取值范围为：3mm～6mm。
13.在本技术的一些实施例中，所述散热表面还包括依次位于所述第一环形区域的径向外侧的第二环形区域、第三环形区域和第四环形区域；所述第二环形区域与所述冷却表面之间形成所述流通间隙的第二间隙；所述第三环形区域与所述冷却表面之间形成所述流通间隙的第三间隙；所述第四环形区域与所述冷却表面之间形成所述流通间隙的第四间隙；其中，所述第二间隙的高度小于所述第一间隙的高度、所述第三间隙的高度和所述第四间隙的高度；所述基座上设有凹槽，所述凹槽用于容置所述基片，所述加热装置的直接加热区域至少部分覆盖所述凹槽；在水平投影面内，所述第二环形区域的至少一部分与所述凹槽重合。
14.在本技术的一些实施例中，在所述流通间隙的高度方向上，所述凹槽的中心和所述第二环形区域在径向方向上的中间位置共线；所述第二间隙的高度的取值范围为：0.1mm～0.5mm。
15.在本技术的一些实施例中，在水平投影面内，所述基座包括被所述加热装置的直接加热区域覆盖的第一区域和位于第一加热区域之外的第二区域，所述第三环形区域与所述第二区域至少部分重合，所述第三间隙的高度的取值范围为：1.5mm～3mm。
16.在本技术的一些实施例中，所述第四间隙的高度的取值范围为：2mm～5mm。
17.相较于现有技术，本技术中的成膜装置通过将所述流通间隙从靠近所述顶板的中心至远离所述顶板的中心的方向设置成具有不同间隙高度的结构，使得冷却板组件对顶板的冷却效果得到调节，从而通过不同的间隙高度对顶板上不同的区域的温度能够分别进行控制，使得顶板上的温度场分布较为均匀，进而提高了冷却板组件对顶板的温度控制效果。
18.第二方面，本技术还提供了一种mocvd设备，mocvd设备包括上述成膜装置。
19.此外，由于本技术提供的mocvd设备中的成膜装置和上述成膜装置具有相同的结构，由此本技术提供的mocvd设备能够达到和上述成膜装置相同的技术效果。
20.第三方面，本技术还提供了一种顶板，应用于一成膜装置中，所述顶板具有相对设置的一受热表面和一散热表面；所述散热表面设置有多个高度不同的环形区域，所述多个高度不同的环形区域沿着所述顶板的中心向所述顶板的边缘分布。
21.在本技术的一些实施例中，在所述散热表面上形成有沿着所述顶板的中心向所述顶板的边缘方向依次排布的第一环形区域、第二环形区域、第三环形区域和第四环形区域；所述第二环形区域的高度大于所述第一环形区域的高度、所述第三环形区域的高度和所述第四环形区域的高度；所述第一环形区域包括沿着所述顶板的中心向所述顶板的边缘方向
依次分布的内环形区、中间环形区和外环形区，在所述中间环形区设置有多个整流块，多个所述整流块呈辐射状环绕所述顶板的中心间隔设置；所述整流块的高度小于所述第二环形区域的高度。
22.本技术中所述顶板的所述散热表面设置有多个高度不同的环形区域，所述多个高度不同的环形区域沿着所述顶板的中心向所述顶板的边缘分布，将上述顶板应用于成膜装置时，能够使得顶板和成膜装置中的冷却板组件之间具有不同间隙高度的结构，从而使得冷却板组件对顶板的冷却效果得到调节，使得顶板上的温度场分布较为均匀。
附图说明
23.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例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技术的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1是本技术实施中成膜装置的纵截面的结构示意图；
25.图2是图1中的a部放大图；
26.图3是本技术实施例中成膜装置中的顶板的立体结构示意图；
27.图4是本技术实施例中基座的温度曲线图；
28.图5是本技术实施例中顶板上未设置环形分区的温度曲线图和本技术实施例中顶板上设置环形分区结构后的温度曲线图。
29.本技术说明书附图中的主要附图标记说明如下：
30.1-基座；100-基片；2-顶板；20-通孔；21-第一环形区域；211-整流块；212-内环形区；213-中间环形区；214-外环形区；22-第二环形区域；23-第三环形区域；24-第四环形区域；3-加热装置；4-冷却板组件；40-进气口；5-上盖；6-进气装置；7-旋转轴。
具体实施方式
31.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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它实施例，都属于本技术保护的范围。
32.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，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技术的限制。
33.术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
34.在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”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，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。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技术中的具体含义。
35.本技术提供一种成膜装置，以下将对上述装置分别进行详细说明。需要说明的是，以下实施例的描述顺序不作为对本技术实施例优选顺序的限定。且在以下实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
36.参照图1～图3，本技术提供的成膜装置具有至少一个用于在基片100表面成膜的反应腔，所述成膜装置包括基座1、盖板组件和加热装置3，所述基座1位于所述反应腔的底部、用于承载至少一基片100；所述盖板组件位于所述反应腔的顶部且与所述基座1相对而设，加热装置3能够加热所述基座1；所述盖板组件包括面向所述反应腔的顶板2及与所述顶板2相邻设置的冷却板组件4，所述顶板2具有一朝向所述反应腔的受热表面和一朝向所述冷却板组件4的散热表面；所述顶板2的所述散热表面与所述冷却板组件4之间形成有流通间隙，所述流通间隙沿着所述顶板2的中心向所述顶板2的边缘方向具有多个不同的高度，所述高度为所述散热表面和所述冷却板组件4之间的间隙距离。在其中一实施例中，所述基片100可以是晶片。
37.相较于现有技术，本技术提供的成膜装置通过将所述流通间隙从靠近所述顶板2的中心至远离所述顶板2的中心的方向设置成具有不同间隙高度的结构，使得冷却板组件4对顶板2的冷却效果得到调节，从而通过不同的间隙高度对顶板2上不同的区域的温度能够分别进行控制，使得顶板2上的温度场分布较为均匀，进而提高了冷却板组件4对顶板2的温度控制效果。
38.通常，上述成膜装置具有圆柱形的中空结构的反应腔，与之对应的，所述顶板2和所述基座1均为圆形板状结构。在所述基座1的中间位置处连接有一旋转轴7，旋转轴7用于带动基座1绕着其轴线旋转，即，该旋转轴7的轴线也就是成膜装置的轴线、顶板2的中心。
39.可以理解的是，上述基座1、顶板2、冷却板组件4均关于旋转轴7的轴线呈对称设置。其中，所述顶板2由石墨材料制成。
40.以下，对顶板2和冷却板组件4之间的流通间隙、以及顶板2的结构进行更为详细的说明。
41.在本技术的一些实施例中，所述冷却板组件4具有一朝向所述散热表面的冷却表面，所述冷却表面为一平面；所述顶板2的所述散热表面为一不平整的表面，所述盖板组件至少包括一面向所述散热表面的进气口40；即本技术是通过调节顶板2的散热表面的结构来调节顶板2和冷却板组件4之间的流通间隙，以保证流通间隙的调节方式易于实现。
42.基于上述实施例，在所述散热表面上形成有靠近所述顶板2的中心的第一环形区域21，所述顶板2在所述第一环形区域21与所述冷却表面之间形成所述流通间隙的第一间隙；在所述第一环形区域21内设置有多个整流块211，多个所述整流块211环绕所述中心且间隔设置，通过整流块211使得第一环形区域21内载气流动较为均匀。
43.基于上述实施例，所述第一环形区域21包括沿着所述顶板2的中心向所述顶板的边缘方向依次分布的内环形区212、中间环形区213和外环形区214；多个整流块211呈辐射状设置于所述中间环形区213内，在水平投影面内，所述进气口40位于所述内环形区212，如图2所示。
44.可以理解的是，上述盖板组件的进气口40用于排出经冷却板组件4冷却后温度较低的载气，且上述进气口40通常为两个孔状结构，即载气在进入上述流通间隙后，靠近进气口40处的载气的气流速度较大，远离进气口40处的载气的气流速度较小，由此本技术通过将进气口40设置在内环形区212内，使得第一环形区域21在内环形区212形成一内环形空腔，即载气通过进气口40先进入到内环形空腔时，会发生气体弥散，随后载气会流经上述相邻两个整流块211之间的间隔处，即通过整流块211对上述载气起到分流、整流的效果，流经整流块211的载气在第一环形区域21的外环形区214形成的外环形空腔内再次发生气体弥散，以提高第一环形区域21内载气的匀一性。
45.同时，由于靠近进气口40处的载气的气流速度较大，远离进气口40处的载气的气流速度较小，因此，本技术实施例中相邻两个所述整流块211之间形成有气流通道，所述气流通道靠近所述进气口40处的分布密度小于所述气流通道远离所述进气口40处的分布密度，如图3所示，即靠近进气口40处的气流通道的数量较少，同理，远离进气口40处的气流通道的数量较多，进而使得经进气口40排出的气体更好的流动至远离进气口40的区域，以进一步提高载气流动的匀一性。
46.可以理解的是，上述整流块211的分布密度可以根据整流块211的在圆周方向上的尺寸得到控制，即，靠近进气口40处的整流块在圆周方向上的尺寸稍大一些，远离进气口40处的整流块在圆周方向上的尺寸稍小一些。
47.基于上述实施例，相邻两个所述整流块211之间形成有气流通道，所述气流通道在所述第一环形区域21的周向上的宽度相等，以使的气流通道的分布密度易于控制，且气流通道的加工方式较为简单方便。
48.此外，每相邻两个所述整流块211之间的气流通道的宽度在径向上处处相等，即上述整流块211可以由车刀在凸出于所述第一环形区域21的凸环切割一径向方向的通槽形成，气流通道的宽度与车刀的切割宽度相等，从而使得相邻整流块211之间的气流通道的加工过程更加易于实现。
49.继续参照图2和图3，多个所述整流块211的高度均小于所述第一环形区域21的第一间隙的高度，所述整流块211与所述冷却板组件4的冷却表面之间的距离小于相邻两个所述整流块211之间的气流通道的宽度，即整流块211与冷却板组件4的冷却表面之间存在一间隙，且该间隙的距离小于气流通道的宽度，通过该间隙和气流通道能够使得载气流动的匀一性得到进一步提高。
50.其中，所述第一间隙的高度的取值范围为：3mm～6mm，由此在保证第一环形区域21的导热率的基础上，还能够保证整流板对载气的匀一性。
51.可以理解的是，上述顶板2由四个环状部件嵌套构成的，该四个环状部件的轴线互相重合，每一环状部件的在径向方向上的尺寸并不相同，且每一环状构件与冷却板组件4之间形成的间隙也不相同。
52.以下，对顶板2的其他环形区域的结构进行详细说明。
53.在本技术的一些实施例中，基座1上凹槽所在的区域的温度通常最高，由此顶板2上与该凹槽相对的区域(第二环形区域22)的温度最高，为了保证顶板2各个区域的温度分布更加均匀，即载气经过此区域时需要带走的热量最多，由此，本技术中的所述散热表面还包括依次位于第一环形区域21的径向外侧的第二环形区域22、第三环形区域23和第四环形
区域24，所述第二环形区域22与所述冷却表面之间形成所述流通间隙的第二间隙；所述第三环形区域23与所述冷却表面之间形成所述流通间隙的第三间隙；所述第四环形区域24与所述冷却表面之间形成所述流通间隙的第四间隙；其中，所述第二间隙的高度小于所述第一间隙的高度、所述第三间隙的高度和所述第四间隙的高度，所述基座1上设有凹槽，所述凹槽用于容置所述基片100，所述加热装置3的直接加热区域至少部分覆盖所述凹槽，在水平投影面内，所述第二环形区域22的至少一部分与所述凹槽重合。
54.由于所述顶板2在第二环形区域22与所述冷却板组件4之间的第二间隙高度最小，进而增加了载气的流动速度以及第二环形区域22的导热率，使得载气经过第二环形区域22时带走较多的热量，顶板2在第二环形区域22的散热效率较高。
55.基于上述实施例，为了进一步提高顶板2上温度分布的均匀性、以及顶板2在第二环形区域22的散热效率，所述基座1上设有凹槽，所述凹槽用于容置所述基片100，所述加热装置3的直接加热区域至少部分覆盖所述凹槽；在水平投影面内，所述第二环形区域的至少一部分与所述凹槽重合。
56.其中，在所述流通间隙的高度方向上，所述凹槽的中心和所述第二环形区域22在径向方向上的中间位置共线，所述第二间隙的高度的取值范围为：0.1mm～0.5mm，以更好的保证顶板2在第二环形区域22的散热效率。
57.基于上述实施例，在水平投影面内，所述基座1包括被所述加热装置3的直接加热区域覆盖的第一区域和位于第一加热区域之外的第二区域，所述第三环形区域23与所述第二区域至少部分重合，所述第三间隙的高度的取值范围为：1.5mm～3mm。
58.通过实验表明，顶板2的第二环形区域22(即顶板2上与基座1下方的加热装置3对应的区域)的温度最高，顶板2在第二环形区域22的径向外侧的温度与第二环形区域22的温度会存在较大的波动，由此，本技术在第二环形区域22的径向外侧设置了第三环形区域23，由此使得顶板2和冷却板组件4之间的热传导率更加符合顶板2的使用工况。
59.在本技术的一些实施例中，由于第三环形区域23临近第二环形区域22，其位于基座1上加热区域的径向外侧，即顶板2在第三环形区域23的温度略低于顶板2在第二环形区域22的温度，载气在流经第三环形区域23时不需要较高的热传导率，由此，使得第三间隙的高度的取值范围为1.5mm～3mm，进而保证顶板2在第三环形区域23和顶板2在第二环形区域22的温度更加接近。
60.同理，所述第四间隙的高度的取值范围为：2mm～5mm。
61.即，顶板2在第一环形区域21中的第一间隙的高度最高，其一，由于在其在进入第一环形区域21时的温度最低；其二；由于第一环形区域21并未和基座1下方的加热装置3相对设置，因此使得第一间隙的高度最高，以保证顶板2中第一环形区域21的热传导率较为合适。
62.参照图4和图5，图4为本技术实施例中基座1上不同区域对应的温度曲线图，图5为本技术实施例中顶板2上不同区域对应的温度曲线图，其中，b曲线为顶板2上未设置环形分区结构时，顶板2上的温度曲线图，b'曲线为顶板2上设置上述环形分区结构后，顶板2上不同环形区域的温度曲线图。
63.其中，r1表示的是第一环形区域21的半径范围，r2表示的是第二环形区域22的半径范围，r3表示的是第三环形区域23的半径范围，r4表示的是第四环形区域24的半径范围。
64.由此可以知道，通过加热装置3加热基座1的话，基座1上靠近加热装置3和远离加热装置3的温度不同，基座1上会形成径向不均匀的温度场，即顶板2上会对应基座1上不均匀的温度场也形成径向不均匀的温度场，通过使用本技术上述结构的顶板2后，即顶板2靠近冷却板组件4的一侧表面为台阶面结构，即通过控制顶板2与冷却板组件4之间的间隙使得顶板2上不同区域的温度分别得到控制，进而使得顶板2上的温度分布的较为均匀。
65.需要说明的是，在所述顶板2的第一环形区域21的径向内侧还形成有一通孔20，冷却板组件4上形成有与该通孔20的对应的另一通孔，在上述通孔处安装有进气装置6，以供气体进入到反应腔内，来激发或促进用于供给热量、等离子、光等能量的化学反应，从而合成薄膜并吸附及沉积在基片100上。
66.其中，上述成膜装置还包括有上盖5，其中，顶板2和冷却板组件4均固定安装在上盖5上。
67.再者，本技术还提供了一种mocvd设备，mocvd设备包括上述的成膜装置。
68.由于本技术提供的mocvd设备中的成膜装置和上述成膜装置具有相同的结构，由此本技术提供的mocvd设备能够达到和上述成膜装置相同的技术效果。
69.此外，本技术还提供了一种顶板2，应用于上述成膜装置中，所述顶板2具有相对设置的一受热表面和一散热表面；所述散热表面设置有多个高度不同的环形区域，所述多个高度不同的环形区域沿着所述顶板2的中心向所述顶板2的边缘分布。
70.其中，在所述散热表面上形成有沿着所述顶板2的中心向所述顶板2的边缘方向依次排布的第一环形区域21、第二环形区域22、第三环形区域23和第四环形区域24；所述第二环形区域22的高度大于所述第一环形区域21的高度、所述第三环形区域23的高度和所述第四环形区域24的高度；所述第一环形区域21包括沿着所述顶板2的中心向所述顶板2的边缘方向依次分布的内环形区212、中间环形区213和外环形区214，在所述中间环形区213设置有多个整流块211，多个所述整流块211呈辐射状环绕所述顶板2的中心间隔设置；所述整流块211的高度小于所述第二环形区域22的高度。
71.需要说明的是，多个整流块211并不是均匀分布的，由此在具体安装时，可以将整流块211的分布密度较小的位置靠近成膜装置中盖板组件的进气口40设置，将整流块211的分布密度较大的位置远离成膜装置中盖板组件的进气口40设置即可。
72.在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
73.以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。此外，说明书中应用了具体个例对本技术的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本技术的方法及其核心思想，本说明书内容不应理解为对本技术的限制。