CN203007479U - 衬底支撑结构及沉积装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种衬底支撑结构，所述衬底支撑结构包括载板，所述载板上具有温度补偿板，所述温度补偿板内具有通孔，所述通孔用于收容衬底，所述温度补偿板背离所述载板的表面形成有保护层，所述保护层用以抑制或防止所述温度补偿板背离所述载板的表面发生外延沉积。本实用新型还涉及一种沉积装置，所述沉积装置包括可密闭的反应腔、所述的衬底支撑结构、用于向所述衬底供给原料气体的气体供给机构、用于加热所述衬底的加热机构，本实用新型的所述衬底支撑结构或沉积装置能够减少或避免原料气体的浪费，从而节约原料气体，同时也减少对所述温度补偿板的清洁。

Description

衬底支撑结构及沉积装置

技术领域

本实用新型涉及用于通过一边加热衬底一边在高温状态下供给原料气体来在衬底的表面上沉积薄膜的沉积工艺的装置，特别是涉及一种衬底支撑结构及沉积装置。

背景技术

外延生长工艺在产业界的各种领域得到广泛地应用，为了保证衬底上的外延的性能均匀，现有技术通过补偿板使衬底加热均匀。

图1为现有技术衬底支撑结构的俯视图。如图1所示，所述衬底支撑结构1包括载板11、温度补偿板12以及通孔13。图2是图1沿A-A’剖开线的剖面图，如图2所示，所述载板11上具有温度补偿板12，所述温度补偿板12内具有通孔13，所述通孔13用于收容衬底14，所述通孔13由所述温度补偿板12包围形成，其中，所述温度补偿板12的材料的热传导系数与所述衬底14的材料的热传导系数相同或相似，使得所述衬底14上表面的温度均匀。当对所述衬底14进行外延生长时，对所述载板11进行加热，所述载板11将热量传递给所述衬底14，由于所述衬底14周围被所述温度补偿板12包围，所述温度补偿板12的材料的热传导系数与所述衬底14的材料的热传导系数相同或相似，所以使得所述衬底14整个上表面的温度分布均匀，使得原料气体在所述衬底14整个上表面均匀反应，从而使得所述衬底14上沉积的外延性能均匀。

虽然上述现有技术解决了外延均匀生长的问题，但是，当所述温度补偿板12的材料的热传导系数与所述衬底14的材料的热传导系数相同或相似时，温度补偿板12的晶格很可能与所述衬底14相同或相似，特别是所述温度补偿板12的材料的热传导系数与所述衬底14的材料的相同时，原料气体在所述衬底14反应并沉积的同时，也会在所述温度补偿板12进行反应并沉积，从而在所述温度补偿板12上形成与所述衬底14上的外延一样的薄膜，因此，造成原料气体的消耗与浪费，同时也需要经常对所述温度补偿板12进行清洗。

因此，如何减少或避免原料气体的浪费，以及减少对所述温度补偿板的清洗，已成为本领域技术人员需要解决的问题。

实用新型内容

现有技术衬底支撑结构存在原料气体浪费的问题，本实用新型提供一种能解决上述问题的衬底支撑结构及沉积装置。

本实用新型提供一种衬底支撑结构，用于在沉积III-V族化合物的工艺中支撑衬底，所述衬底支撑结构包括载板，所述载板上具有温度补偿板，所述温度补偿板内具有通孔，所述通孔用于收容衬底，所述温度补偿板背离所述载板的表面形成有保护层，所述保护层用以抑制或防止所述温度补偿板背离所述载板的表面发生III-V族化合物外延沉积。

进一步的，在所述衬底支撑结构中，所述保护层为非晶或多晶碳化硅保护层或二氧化硅保护层。

进一步的，在所述衬底支撑结构中，所述衬底为蓝宝石衬底、氮化镓衬底或硅衬底。

进一步的，在所述衬底支撑结构中，所述温度补偿板的材料的热传导系数为所述衬底的材料的热传导系数的0.5倍以上且2倍以下。

进一步的，在所述衬底支撑结构中，所述温度补偿板的材料与所述衬底的材料相同。

进一步的，在所述衬底支撑结构中，所述温度补偿板由多个子块构成，每一所述子块上的所述保护层为一整块。

进一步的，在所述衬底支撑结构中，所述温度补偿板为圆形，所述子块以所述温度补偿板的圆心为中心呈扇形排列或同心圆环排列。

进一步的，在所述衬底支撑结构中，所述温度补偿板为圆形，所述子块以所述温度补偿板的圆心为中心呈同心圆环排列，不同子块从圆心沿半径向外厚度增大。

进一步的，在所述衬底支撑结构中，所述温度补偿板下方设置有定位钉或定位空，所述载板的上表面设置有相应的定位孔或定位钉，将所述定位钉插入所述定位孔，以固定所述温度补偿板。

进一步的，本实用新型还提供一种沉积装置，包括：可密闭的反应腔、所述的衬底支撑结构、用于向所述衬底供给原料气体的气体供给机构、用于加热所述衬底的加热机构，其中，所述衬底支撑结构设置于所述反应腔内，在所述反应腔内，通过利用所述加热机构经由所述衬底支撑结构加热所述衬底，并在高温状态下供给原料气体，在所述衬底的表面上形成生长膜。

与现有技术相比，本实用新型提供的衬底支撑结构及沉积装置具有以下优点：

1.本实用新型的衬底支撑结构及沉积装置中，所述温度补偿板背离所述载板的表面形成有保护层，与现有技术相比较，在对所述衬底进行外延生长时，所述保护层抑制或防止所述温度补偿板背离所述载板的表面发生III-V族化合物外延沉积，以减少或避免原料气体的浪费，同时也减少对所述温度补偿板的清洁。

2.本实用新型的衬底支撑结构及沉积装置中，所述温度补偿板由多个子块构成，所以所述温度补偿板被划分为若干相对较小的子块，由于每一所述温度补偿板的子块的面积小于整个所述温度补偿板，所以，所述温度补偿板的子块的翘曲变形量小，并且可以将所述温度补偿板的子块固定在所述载板上，从而避免或减小所述温度补偿板的变形。

3.本实用新型的衬底支撑结构及沉积装置中，所述温度补偿板通过可拆卸的固定部件固定于所述载板上，当所述温度补偿板发生塑性变形或损坏时，可以通过所述固定部件将所述温度补偿板从所述载板上卸下，换上新的所述温度补偿板，以方便、灵活的安装和替换所述温度补偿板；当所述温度补偿板由多个子块构成时，每个所述温度补偿板的子块通过可拆卸的固定部件固定于所述载板上，当只有其中的一个或几个所述温度补偿板的子块发生塑性变形或损坏时，只需换其中发生变形的一个或几个所述温度补偿板的子块即可，节约所述温度补偿板。

附图说明

图1为现有技术衬底支撑结构的俯视图；

图2是图1沿A-A’剖开线的剖面图；

图3是本实用新型一实施方式的衬底支撑结构的俯视图；

图4是图3沿B-B’剖开线的剖面图；

图5是本实用新型一实施方式的衬底支撑结构的俯视图；

图6是本实用新型又一实施方式的衬底支撑结构的俯视图；

图7是图5沿C-C’剖开线的剖面图；

图8是本实用新型再一实施方式的衬底支撑结构的俯视图；

图9是图7沿D-D’剖开线的剖面图。

具体实施方式

现有技术的衬底支撑结构中，所述衬底支撑结构包括载板、温度补偿板以及通孔，但是当原料气体与所述衬底反应的同时，原料气体也会与所述温度补偿板进行反应，从而造成原料气体的消耗与浪费。发明人经过对现有技术衬底支撑结构的深入研究发现，所述温度补偿板背离所述载板的表面除所述通孔以外的部分形成有保护层，所述保护层可以有效地抑制或防止所述温度补偿板背离所述载板的表面发生III-V族化合物外延沉积，从而减少或避免原料气体的浪费，同时也减少对所述温度补偿板的清洁。现有技术的衬底支撑结构并没有设置所述保护层以减少或避免原料气体的浪费。

有鉴于上述的研究，本实用新型提出一种可以减少或避免原料气体的浪费、并减少对所述温度补偿板的清洁的衬底支撑结构及沉积装置，所述衬底支撑结构包括载板，所述载板上具有温度补偿板，所述温度补偿板内具有容纳所述衬底的通孔，所述温度补偿板背离所述载板的表面形成有保护层。

进一步的，为了减小所述温度补偿板的变形，所述温度补偿板由多个子块构成，所以所述温度补偿板被划分为若干相对较小的子块，由于每一所述温度补偿板的子块的面积小于整个所述温度补偿板，所以，所述温度补偿板的子块的翘曲变形量小，并且可以将所述温度补偿板的子块固定在所述载板上，从而避免或减小所述温度补偿板的变形。

进一步的，为了方便所述温度补偿板的安装和替换，所述温度补偿板通过可拆卸的固定部件固定于所述载板上，当所述温度补偿板发生塑性变形或损坏时，可以通过所述固定部件将所述温度补偿板从所述载板上卸下，换上新的所述温度补偿板，以方便、灵活的安装和替换所述温度补偿板；当所述温度补偿板由多个子块构成时，每个所述温度补偿板的子块通过可拆卸的固定部件固定于所述载板上，当只有其中的一个或几个所述温度补偿板的子块发生塑性变形或损坏时，只需换其中发生变形的一个或几个所述温度补偿板的子块即可，节约所述温度补偿板。

与现有技术衬底支撑结构相比较，本实用新型的衬底支撑结构中，所述温度补偿板背离所述载板的表面形成有保护层，所述保护层抑制或防止所述温度补偿板背离所述载板的表面发生III-V族化合物外延沉积，从而减少或避免对原料气体的浪费。

请参阅图3和图4，图3是本实用新型一实施方式的衬底支撑结构的俯视图，图4是图3沿B-B’剖开线的剖面图。在本实施例中，整个所述温度补偿板22为一块。

如图3所示，所述衬底支撑结构2包括载板21，所述载板上具有温度补偿板22，所述温度补偿板22内具有收容所述衬底24的通孔23，所述温度补偿板22背离所述载板21的表面形成有保护层25。在本实施例中，所述保护层25将所述温度补偿板22暴露的表面全部覆盖，当对所述衬底24进行外延生长时，所述保护层25可以抑制或防止所述温度补偿板22的上表面发生外延沉积，以减少或避免原料气体的浪费，同时也减少对所述温度补偿板22的清洁。

在本实施例中，所述衬底24的材料不作具体限制，可以为蓝宝石、硅或氮化镓等。所述温度补偿板22的材料为与所述衬底24的材料的热传导系数相同或相近的材料，较佳的，所述温度补偿板22的材料的热传导系数为所述衬底24的材料的热传导系数的0.5倍以上且2倍以下，可以保证所述衬底24的表面温度的均匀性，生长出性能均匀的外延，优选的，所述温度补偿板22的材料与所述衬底24的材料相同，使得所述温度补偿板22与所述衬底24的热传导性一致，可以较佳的保证所述衬底24的表面温度的均匀性。

所述保护层25的材料应选择与所述待沉积的III-V族化合物晶格失配较大或与所述III-V族化合物的热传导系数相差较大的材料，以避免原料气体在所述保护层25上反应并沉积，在本实施例中，沉积工艺的所述衬底24的材料为蓝宝石，需要在所述衬底24上沉积氮化镓层，氮化镓为III-V族化合物，较佳的，所述保护层25的材料为二氧化硅或非晶或多晶碳化硅，由于非晶或多晶碳化硅没有规律的晶相，因此III-V族化合物很难在所述非晶或多晶碳化硅保护层25上沉积生长；二氧化硅所述待沉积的III-V族化合物晶格之间的晶格失配非常严重，因此，III-V族化合物也不易在其上发生外延生长。但所述保护层25的材料并不限于二氧化硅或非晶或多晶碳化硅，只要所述保护层25的材料与所述待沉积的III-V族化合物晶格失配较大或与所述III-V族化合物的热传导系数相差较大，就可以抑制甚至防止所述原料气体在其上沉积。

在本实施例中，所述保护层25的厚度不做具体限制，只要满足所述保护层25不会太薄以至于无法抑制或防止所述原料气体在所述温度补偿板22上沉积，同时满足不会太厚以至于影响所述衬底24的表面温度的均匀性即可。

所述温度补偿板22可以固定在所述载板21上，以防止所述温度补偿板22产生变形。较佳的，所述温度补偿板通过可拆卸的固定部件固定于所述载板上，以灵活地安装和替换所述温度补偿板22。其中，固定部件可以为相互配合的定位钉和定位孔，例如，如图4所示，所述温度补偿板22下方设置有定位钉26，所述载板21的上表面设置有定位孔27，将所述定位钉26插入所述定位孔27，以固定所述温度补偿板22，通过该固定部件，通过插拔的方式安装和替换所述温度补偿板22，其中，定位钉26的位置和个数不做具体的限制；还可以在所述温度补偿板22下方设置有定位孔27，所述载板21的上表面设置有定位钉26，将所述定位钉26插入所述定位孔27，以固定所述温度补偿板22，同样可以实现通过插拔的方式安装和替换所述温度补偿板22。其中，所述固定部件并不限于定位钉和定位孔，还可以为相互配合的定位钩和定位环，只要可以实现固定所述温度补偿板22并且可拆卸的功能，亦在本实用新型的思想范围之内。

为了说明本实施例的方案，在本实施例中，如图3所示，所述通孔23具有8个，呈环形排列，但所述通孔23的个数以及排列方式并不做具体限制。

在本实施例中，所述衬底支撑结构2适用于所有的外延沉积工艺，如在金属有机化合物化学气相沉淀(MOCVD)中沉积氮化镓层只要需要用所述温度补偿板22来调节所述衬底24表面温度的沉积工艺，均可以采用本实施例的所述保护层25来避免原料气体的浪费。

在本实施例中，所述衬底支撑结构2用于在沉积III-V族化合物的工艺中放置衬底24，其中，所述III-V族化合物为氮化镓，但并不限于氮化镓，如氮化铟镓、氮化铝镓等，亦在本实用新型的思想范围之内。

本实施例中的所述衬底支撑结构2可以用于沉积装置100中用于放置衬底24，可以节约沉积工艺中的原料气体。如图5所示，所述沉积装置100包括可密闭的反应腔101、所述的衬底支撑结构2、用于向所述衬底供给原料气体的气体供给机构103、用于加热所述衬底的加热机构104，其中，所述衬底支撑结构2设置于所述反应腔101内，在所述反应腔101内，通过利用所述加热机构104经由所述衬底支撑结构2加热所述衬底24，并在高温状态下，所述气体供给机构103向所述反应腔101内供给原料气体，以在所述衬底24的表面上形成氮化镓层等生长膜。在本实施例的所述沉积装置100中，所述加热机构104对所述衬底支撑结构2进行加热，所述衬底支撑结构2将热量传递给所述衬底24并使所述衬底24的表面温度分布的比较均匀，当所述衬底24上升到规定的温度，所述气体供给机构103导入的原料气体供给到所述衬底24表面，在所述衬底24表面发生外延生长，形成氮化镓层等生长膜具有较佳的性能，并且，所述衬底支撑结构2具有所述保护层25，可以节约沉积工艺中的原料气体。

请参阅图6和图7，图6是本实用新型又一实施方式的衬底支撑结构的俯视图，图7是图6沿C-C’剖开线的剖面图。所述又一实施方式的衬底支撑结构3与所述一实施方式的衬底支撑结构2基本相同，其区别在于：

所述温度补偿板32由多个子块构成，每一所述子块上的所述保护层35为一整块，所以，所述温度补偿板32被分为两个以上的子块，所述保护层35也被分对应地分为与所述子块相同大小的两个以上的对应块，由于所述温度补偿板32的每一子块的面积小于整个所述温度补偿板32，所以，所述温度补偿板32的每一子块的翘曲变形量小，从而避免或减小所述温度补偿板32的变形。

由于本实施例中，所述温度补偿板32被分为两个以上的子块，所以每一所述温度补偿板32的子块均通过可拆卸的固定部件固定于所述载板31上，当只有其中的一个或几个所述温度补偿板32的子块发生塑性变形或损坏时，只需换其中发生变形的一个或几个所述温度补偿板32的子块及其上的一个或几个所述保护层35的对应块即可，可以节约材料。

在本实施例中，所述温度补偿板32为圆形，所述温度补偿板32的子块以所述温度补偿板32的圆心为中心呈扇形排列。所述温度补偿板32的子块在所述温度补偿板32内均匀地排列，从而保证所述衬底34的表面温度的均匀性。

在本实施例中，不同所述温度补偿板32的子块的厚度可以相同或不同，以调节所述衬底34上生长的外延的性能，由于在本实施例中所述温度补偿板32的子块以所述温度补偿板32的圆心为中心呈扇形排列，所以所述温度补偿板32的子块的厚度相等。

在本实施例中，所述衬底支撑结构3的所述保护层35亦可以达到避免原料气体的浪费的有益效果。本实施例中的所述衬底支撑结构3亦可以用于沉积装置中用于放置衬底34，同样可以节约沉积工艺中的原料气体。

请参阅图8和图9，图8是本实用新型再一实施方式的衬底支撑结构的俯视图，图9是图8沿D-D’剖开线的剖面图。所述再一实施方式的衬底支撑结构4可以与所述又一实施方式的衬底支撑结构3基本相同，其不同在于：

所述温度补偿板42的子块以所述温度补偿板42的圆心为中心呈同心圆环排列，亦能保证所述衬底44的表面温度的均匀性。

在本实施例中，不同所述温度补偿板42的子块的厚度可以相同或不同，以调节所述衬底44上生长的外延的性能，由于在本实施例中所述温度补偿板42的子块以所述载板41的圆心为中心呈同心圆环排列，所以所述温度补偿板42的子块的厚度可以从圆心沿半径向外增大或减小。

在本实施例中，所述衬底支撑结构4的所述保护层45亦可以达到避免原料气体的浪费的有益效果，并能避免或减小所述温度补偿板42的变形。本实施例中的所述衬底支撑结构4亦可以用于沉积装置中用于放置衬底44，同样可以节约沉积工艺中的原料气体。

本实用新型已以较佳实施例披露如上，但本实用新型并非限定上述实施方式所述，如：所述温度补偿板与所述载板可以一体成型。

虽然本实用新型已以较佳实施例披露如上，但本实用新型并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种衬底支撑结构，用于在沉积III-V族化合物的工艺中支撑衬底，其特征在于：所述衬底支撑结构包括载板，所述载板上具有温度补偿板，所述温度补偿板内具有通孔，所述通孔用于收容衬底，所述温度补偿板背离所述载板的表面形成有保护层，所述保护层用以抑制或防止所述温度补偿板背离所述载板的表面发生III-V族化合物外延沉积。

2.如权利要求1所述的衬底支撑结构，其特征在于：所述保护层为非晶或多晶碳化硅保护层或二氧化硅保护层。

3.如权利要求2所述的衬底支撑结构，特征在于：所述衬底为蓝宝石衬底、氮化镓衬底或硅衬底。

4.如权利要求1所述的衬底支撑结构，其特征在于：所述温度补偿板是热传导系数为所述衬底的热传导系数的0.5倍以上且2倍以下的温度补偿板。

5.如权利要求4所述的衬底支撑结构，其特征在于：所述温度补偿板的材料与所述衬底的材料相同。

6.如权利要求1所述的衬底支撑结构，其特征在于：所述温度补偿板由多个子块构成，每一所述子块上的所述保护层为一整块。

7.如权利要求6所述的衬底支撑结构，其特征在于：所述温度补偿板为圆形，所述子块以所述温度补偿板的圆心为中心呈扇形排。

8.如权利要求6所述的衬底支撑结构，其特征在于：所述温度补偿板为圆形，所述子块以所述温度补偿板的圆心为中心呈同心圆环排列，不同子块从圆心沿半径向外厚度增大。

9.如权利要求1至8中任一项所述的衬底支撑结构，所述温度补偿板下方设置有定位钉或定位空，所述载板的上表面设置有相应的定位孔或定位钉，将所述定位钉插入所述定位孔，以固定所述温度补偿板。

10.一种沉积装置，包括：可密闭的反应腔、如权利要求1至9中任一项所述的衬底支撑结构、用于向所述衬底供给原料气体的气体供给机构、用于加热所述衬底的加热机构，其中，所述衬底支撑结构设置于所述反应腔内，在所述反应腔内，通过利用所述加热机构经由所述衬底支撑结构加热所述衬底，并在高温状态下供给原料气体，在所述衬底的表面上形成生长膜。

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