CN111471976A - 衬底托 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种衬底托，用于支撑衬底，在衬底上进行材料生长，其中，所述衬底托包括：基座和支撑装置；所述基座为环状结构；所述支撑装置第一端与所述基座一体相连；所述支撑装置第二端为弧面结构，且与所述衬底下表面相切。本公开中通过减小支撑装置与衬底的接触面，降低支撑装置与衬底之间的热传导，实现衬底表面高均匀性温度分布，提高材料生长质量。

Description

衬底托

技术领域

本公开涉及材料生长领域，尤其涉及一种衬底托。

背景技术

在半导体、金属、拓扑绝缘体、磁性材料、有机化合物半导体等材料的薄膜生长中，通常会使用分子束外延、化学气相沉积、热蒸发镀膜、电子束蒸发镀膜、磁控溅射、原子层沉积、脉冲激光沉积等材料生长设备。

这些设备在进行材料生长时通常是在特定的衬底上生长的，为了方便交接传递以及在生长过程中旋转，衬底并不是直接固定在衬底加热器上，而是通常安装或放置在衬底托上，进而衬底托再安装在衬底加热器上，实现生长过程中的衬底加热。所以衬底托的结构形式对材料生长较为重要，并且对衬底表面的温度分布均匀性有很大影响。对于尺寸较大的衬底以及生长面朝下的衬底安装形式，目前的衬底托普遍采用边缘承载式结构形式，但衬底托与衬底下表面的接触面积较大，衬底托与衬底之间存在较大的热传导，导致了沿衬底径向的温度分布不均匀，影响材料生长质量。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种衬底托，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种衬底托，用于支撑衬底，在衬底上进行材料生长，其中，所述衬底托包括：

基座，为环状结构；

支撑装置，所述支撑装置第一端与所述基座一体相连；所述支撑装置第二端为弧面结构，且与所述衬底下表面相切，以减小支撑装置与衬底的接触面，降低支撑装置与衬底之间的热传导。

在本公开的一些实施例中，所述支撑装置为环状结构；所述支撑装置的截面为圆形和/或半圆形。

在本公开的一些实施例中，所述支撑装置包括：

多个支撑块，在所述基座上绕中心轴线均匀分布；所述支撑块为球状和/或半球状。

在本公开的一些实施例中，还包括：

多个限位块，设置于所述基座的内壁面上，所述限位块绕所述衬底侧壁均匀分布。

在本公开的一些实施例中，所述限位块与所述衬底侧壁相接触的端部为弧面结构。

在本公开的一些实施例中，所述支撑块的数量为3-10个。

在本公开的一些实施例中，所述限位块的数量为3-10个。

在本公开的一些实施例中，所述基座包括：

第一孔，所述第一孔的直径大于所述衬底的直径；

第二孔，所述第二孔的直径小于所述衬底的直径；所述第二孔与所述第一孔的交汇处形成一台阶平面，所述支撑装置第一端与所述台阶平面一体相连。

在本公开的一些实施例中，所述基座和所述支撑装置的材料为钼、钽、钛中一种或多种。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本公开衬底托至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：

(1)本公开支撑装置的端部为弧面结构，以较小的接触面积承载衬底，有效降低衬底与衬底托之间的热传导。

(2)本公开限位块，对衬底进行空间限位，并且与衬底侧壁接触较小，可降低衬底与衬底托之间的热传导。

(3)本公开基座的第一孔，方便装入衬底，同时作为衬底加热器加热衬底的热辐射通道。

(4)本公开基座的第二孔，使生长材料的原子、分子等生长在衬底的下表面上。

附图说明

图1a为本公开第一实施例衬底托的主视结构示意图。

图1b为本公开第一实施例衬底托的俯视结构示意图。

图1c为图1a中2-I局部结构示意图。

图1d为图1b中2-II局部结构示意图。

图2a为本公开第二实施例衬底托的主视结构示意图。

图2b为本公开第二实施例衬底托的俯视结构示意图。

图2c为图2a中3-I局部结构示意图。

图2d为图2b中3-II局部结构示意图。

【附图中本公开实施例主要元件符号说明】

21，31-基座；

21a，31a-第二孔；

21b，31b-第一孔；

21c，31c-台阶平面；

211-支撑装置；

311-支撑块；

212，312-限位块；

22，32-衬底。

具体实施方式

本公开提供了一种衬底托，用于支撑衬底，在衬底上进行材料生长，其中，所述衬底托包括：基座和支撑装置；基座为环状结构；支撑装置，所述支撑装置第一端与所述基座一体相连；所述支撑装置第二端为弧面结构，且与所述衬底下表面相切。本公开中通过减小支撑装置与衬底的接触面，降低支撑装置与衬底之间的热传导，实现衬底表面高均匀性温度分布，提高材料生长质量。

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

本公开某些实施例于后方将参照所附附图做更全面性地描述，其中一些但并非全部的实施例将被示出。实际上，本公开的各种实施例可以许多不同形式实现，而不应被解释为限于此数所阐述的实施例；相对地，提供这些实施例使得本公开满足适用的法律要求。

在本公开的第一个示例性实施例中，提供了一种衬底托。图1a为本公开第一实施例衬底托的主视结构示意图。图1b为本公开第一实施例衬底托的俯视结构示意图。图1c为图1a中2-I局部结构示意图。图1d为图1b中2-II局部结构示意图。如图1a至图1d所示，本实施例衬底托用于支撑衬底，在衬底22上进行材料生长，如半导体、金属、拓扑绝缘体、磁性材料、有机化合物半导体材料等。衬底托包括：基座21和支撑装置211。该基座21为一环状结构，基座21包括第一孔21b、第二孔21a和台阶平面21c。第二孔21a(下方圆孔)的直径小于衬底22的直径，使得生长材料的原子、分子等(图中未画出)通过第二孔21a生长在衬底22的下表面上。第一孔21b(上方沉孔)的直径大于衬底22的直径，方便从上方装入衬底22，同时还作为放置于衬底22上方的衬底加热器(图中未画出)加热衬底22的热辐射通道。在第二孔21a与第一孔21b交汇处形成一台阶平面21c。支撑装置211第一端与台阶平面21c一体相连，支撑装置211第二端为弧面结构，且与衬底22下表面相切。在本实施例中，支撑装置211为在台阶平面21c上形成一截面为半圆形的环状结构，环的内径与第二孔21a的直径相同。支撑装置211的设置以较小的接触面积承载衬底22，可有效降低衬底22与衬底托之间的热传导。本领域技术人员可以理解的是，能够满足支撑装置211第二端与衬底22下表面相切的支撑装置211第二端端部设计如截面还可以为圆形等弧面的环状结构均可以适用，支撑装置211第二端的结构并不限于本实施例所例举的半圆形的环状结构。关于基底和支撑装置的材料为钼、钽、钛等。多个限位块212在第一孔21b的内壁面等距设置。限位块212的数量一般为3-10个。本实施例中限位块212为半圆柱凸起。具体的，限位块212与衬底侧壁接触端为半圆球状结构，这样的结构设计在满足对衬底22进行空间限位的同时，与衬底侧壁接触较小，降低衬底22与衬底托间的热传导。本领域技术人员可以理解的是，限位块212的结构并不限于本实施例所例举的半圆柱凸起结构，能够满足限位块212与所述衬底22侧壁相接触的端部为弧面结构的端部设计均可以适用，如球状等均可适用，这里不再一一例举。

材料生长前，衬底22从基座21的第一孔21b的支撑装置211上部，衬底22下表面与支撑装置211的上部圆弧相切。材料生长时，放置于衬底22上方的衬底加热器(图中未画出)通过第一孔21b辐射热量至衬底22的上表面，同时要生长材料的原子、分子等(图中未画出)通过第二孔21a生长在衬底22的下表面上。

由上述描述可知，本公开提供的用于材料生长的衬底托，可用于分子束外延、化学气相沉积、热蒸发镀膜、电子束蒸发镀膜、磁控溅射、原子层沉积、脉冲激光沉积等材料生长设备，有利于减少衬底22与衬底托21之间的热传导，实现衬底22表面的高均匀性的温度分布。

在本公开的第二个示例性实施例中，提供了一种衬底托。图2a为本公开第二实施例衬底托的主视结构示意图。图2b为本公开第二实施例衬底托的俯视结构示意图。图2c为图2a中3-I局部结构示意图。图2d为图2b中3-II局部结构示意图。如图2a至图2d所示，本实施例衬底托用于支撑衬底32，在衬底32上进行材料生长，如半导体、金属、拓扑绝缘体、磁性材料、有机化合物半导体材料等。衬底托包括：基座31和支撑装置。该基座31为一环状结构，基座31包括第一孔31b、第二孔31a和台阶平面31c。第二孔31a(下方圆孔)的直径小于衬底32的直径，使得生长材料的原子、分子等(图中未画出)通过第二孔31a生长在衬底32的下表面上。第一孔31b(上方沉孔)的直径大于衬底32的直径，方便从上方装入衬底32，同时还作为放置于衬底32上方的衬底加热器(图中未画出)加热衬底32的热辐射通道。在第二孔31a与第一孔31b交汇处形成一台阶平面31c。多个限位块312在第一孔31b的内壁面等距设置，限位块312的数量一般为3-10个。本实施例中限位块312为半圆柱凸起结构。具体的，限位块312与衬底侧壁接触端为半圆球状结构，这样的结构设计在满足对衬底32进行空间限位的同时，与衬底侧面接触较小，降低衬底32与衬底托间的热传导。本领域技术人员可以理解的是，限位块312的结构并不限于本实施例所例举的半圆柱凸起结构，能够满足限位块312与衬底32侧壁相接触的端部为弧面结构的端部设计均可以适用，如球状等均可适用，这里不再一一例举。与第一实施例的衬底托相比，本实施例衬底托的区别在于：支撑装置包括：多个支撑块311，在所述台阶平面上绕中心轴线均匀分布，支撑块311的数量一般为3-10个。本实施例中，支撑块311为半球状结构，多个支撑块311在基座31的台阶平面31c上绕中心轴线均匀分布。本实施例中支撑装置以较小的接触面积承载衬底32，可有效降低衬底32与衬底托之间的热传导。本领域技术人员可以理解的是，支撑块311第二端的结构并不限于本实施例所例举的半球状结构，能够满足支撑块311第二端为弧面结构，且与衬底32下表面相切的支撑块311第二端端部设计如球状等弧面结构均可以适用，这里不再一一例举。

至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。

依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开衬底托有了清楚的认识。

综上所述，本公开提供一种材料生长用衬底托，有效降低了衬底与衬底托之间的热传导，可以实现衬底表面的高均匀性的温度分布，可以广泛应用于材料生长设备领域。

还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。

并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本公开的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到「约」的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。

再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。

说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、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，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种衬底托，用于支撑衬底，在衬底上进行材料生长，其中，所述衬底托包括：

基座，为环状结构；

支撑装置，所述支撑装置第一端与所述基座一体相连；所述支撑装置第二端为弧面结构，且与所述衬底下表面相切，以减小支撑装置与衬底的接触面，降低支撑装置与衬底之间的热传导。

2.根据权利要求1所述的衬底托，其中，所述支撑装置为环状结构；所述支撑装置的截面为圆形和/或半圆形。

3.根据权利要求1所述的衬底托，其中，所述支撑装置包括：

多个支撑块，在所述基座上绕中心轴线均匀分布；所述支撑块为球状和/或半球状。

4.根据权利要求2或3所述的衬底托，其中，还包括：

多个限位块，设置于所述基座的内壁面上，所述限位块绕所述衬底侧壁均匀分布。

5.根据权利要求4所述的衬底托，其中，所述限位块与所述衬底侧壁相接触的端部为弧面结构。

6.根据权利要求3所述的衬底托，其中，所述支撑块的数量为3-10个。

7.根据权利要求4所述的衬底托，其中，所述限位块的数量为3-10个。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的衬底托，其中，所述基座包括：

第一孔，所述第一孔的直径大于所述衬底的直径；

第二孔，所述第二孔的直径小于所述衬底的直径；所述第二孔与所述第一孔的交汇处形成一台阶平面，所述支撑装置第一端与所述台阶平面一体相连。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的衬底托，其中，所述基座和所述支撑装置的材料为钼、钽、钛中一种或多种。

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