石墨下环及石墨环的制作方法

本发明涉及外延炉辅助装置领域，特别涉及一种石墨下环及石墨环。

背景技术：

1、半导体设备对整个半导体行业起着重要的支撑作用。因半导体制造工艺复杂，各个环节需要的设备也不同，从流程工序分类来看，半导体设备科分为晶圆制造设备、封装测试设备等。

2、外延炉是一种用于生产半导体材料的设备，其工作原理是在高温环境下将半导体材料沉积在沉底上。硅外延生长，是在具有一定晶向的硅单晶衬底上，生长一层具有和衬底相同晶向的电阻率且厚度不同的晶格结构完整性好的晶体。mocvd设备(以下均简称为“cvd设备”)是在气相外延生长的基础上发展起来的一种新型气相外延生长技术，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ⅲ-ⅴ主族、ⅱ-ⅵ副族化合物半导体以及它们的多元固溶体的薄层单晶材料。在cvd设备中，衬底不能直接放在金属或者简单的防止在某个底座上面进行外延沉积，因其中涉及到气体流向(水平、垂直)、温度、压力、固定和脱落污染物等各方方面的影响因素、因此，需要使用si c涂层石墨基座(以下均简称为“石墨基座”)，然后将衬底放置在石墨基座上，再利用cvd技术在衬底上面进行外延沉积。

3、石墨基座是cvd设备中的核心零部件之一，是外延炉的反应腔内的承载体和发热体，它热稳定性、热均匀性等性能参数对外沿材料生长的质量起到决定性作用，直接决定薄膜材料的均匀性和纯度，因此石墨基座的品质直接影响外延片的制备。外延炉在晶片生长外沿过程中，每个炉次都需要承受一次高低温的循环，在这个过程中石墨基座很容易产生裂缝、崩溃等损伤，将导致石墨基座上的晶片受污损，并且严重影响石墨基座的使用寿命。因此，对石墨基座的温度进行监测以避免石墨基座温度过高尤为关键。为此，长时间使用热电偶对石墨基座进行测温，而热电偶是温度测量仪表中常见的测温元件，它直接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号，通过电气仪表转换成被测介质的温度。常见的热电偶通常为绳状结构，呈圆盘状的石墨基座使得热电偶无法直接被固定在石墨基座上；常见的热电偶安装方式是将热电偶直接悬挂于石墨环上，然而，在将热电偶在置于石墨环上后，为了保证晶体能够生长外沿，反应腔的温度可在1000℃～1400℃之间，而对于需要长期使用的热电偶而言，其温度应当控制在1300℃以下，一旦温度超过1300℃达一定时间，高温环境下的热电偶的套管会产生较大形变而随重力下垂，热电偶内部的铂金丝测温则发生偏移，从而使热电偶反馈给控制器的参数发生偏移而使温度调控后工艺温场发生变化，这便导致需要重新调试反应腔内温场，影响设备运行时间以及产品工艺稳定性，同时，热电偶的形变量大，易被制程气体氯化氢腐蚀，缩短热电偶的使用寿命。

技术实现思路

1、针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：提供一种石墨下环及石墨环以解决热电偶变形下垂的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种石墨下环包括下环本体，所述下环本体上沿一轴向开设有一第一定位孔，所述下环本体上沿第一定位孔的圆周方向设置有一下扣部，所述下扣部和下环本体均由石墨制成并围合形成有一第一l形空间，所述第一l形空间用于与石墨上环扣合并用于限制热电偶变形，第一l形空间用于支撑热电偶，在外延炉内升温后，第一l形空间在热电偶因高温而变形下垂时拖住热电偶并限制热电偶，使热电偶不具备形变条件而无法形变，从而保证热电偶对石墨基座的测温效果，保证热电偶测温稳定进行。

3、进一步的，所述下扣部包括绕第一定位孔的圆周方向设置的第一侧环，所述第一侧环沿轴向自下环本体顶面延伸而成。

4、进一步的，在所述第一侧环上沿径向方向凸设有一支承部，所述支承部沿轴向正对于下环本体的一侧面连接于下环本体，所述支承部具有一用于支承电热偶的一支承面，以用于拖住热电偶而防止热电偶下垂。

5、进一步的，所述支承面沿轴向方向凹陷于所述第一侧环背向下环本体的一侧面，以使得所述第一侧环具有沿轴向超出所述支撑面的第一凸伸段，所述第一凸伸段与所述支承面围合形成所述的第一l形空间，以便于安装热电偶。

6、进一步的，所述支承部的两端沿第一侧环的圆周方向背向延伸并适配于热电偶的长度设置以呈弧形，从而在热电偶穿入第一l形空间后对热电偶的底部进行支撑，限制热电偶发生形变并保证热电偶能够对石墨进行测温。

7、进一步的，所述支承部上具有一沿径向方向背向第一侧环的一第一贴合面，以便于与石墨上环相扣合后支承部贴合于石墨上环，从而提升石墨上环和石墨下环之间的结构强度。

8、进一步的，所述下环本体沿径向背向第一定位孔的一侧面绕第一定位孔的圆周方向环设，以使第一侧环与下环本体之间形成一第二l形空间，所述支承部位于所述第二l形空间内；在所述第一侧环沿径向背向第一定位孔的一侧面上沿径向朝向背向第一侧环一侧凸设形成有支撑耳，所述支撑耳沿径向延伸至第二l形空间外，以在给支承部提供支撑的同时，使支撑耳能够于石英管的支撑柱配合。

9、进一步的，所述支撑耳包括位于第二l形空间内且分别连接于下环本体和第一侧环的基部以及沿轴向连接于基部背向下环本体一侧面的延伸部，所述延伸部沿径向延伸至第二l形空间外，且所述延伸部沿轴向正对下环本体的一侧面具有支撑平面，以供支撑柱支撑于支撑耳。

10、进一步的，所述支撑耳与第一凸伸段沿轴向背向下环本体的一侧面平齐，以便于与石墨上环配合。

11、本发明还提供一种石墨环，石墨环包括石墨上环和石墨下环，所述石墨上环包括上环本体，所述上环本体上沿轴向开设有与第一定位孔同轴并等径的第二定位孔，在所述上环本体上沿第二定位孔的圆周方向设置有与下扣部相扣合的上扣部，所述上环本体和上扣部均由石墨制成，所述上扣部与石墨下环的第一l形空间之间形成有用于供热电偶穿入其中的支承空间，以用于将热电偶限制在石墨环上，防止热电偶掉落松动的同时，在外延炉内升温后，支承空间在热电偶因高温而变形时限制住热电偶，使热电偶不具备形变条件而无法形变，从而保证热电偶对石墨基座的测温效果，保证热电偶测温稳定进行。

12、本发明的石墨下环及石墨环，至少具有如下有益效果：通过下环本体与下扣部之间形成的第一l形空间，在便于安装热电偶的同时，第一l形空间用于支撑热电偶，使热电偶在受到反应腔内高温影响而形变时支撑下垂的热电偶，使热电偶不具备形变下垂的条件而无法下垂变形，从而使热电偶能够继续测温，以能够实时对反应腔内的石墨进行测温，从而便于调控反应腔内温度而保证石墨基座的使用寿命。

技术特征：

1.一种石墨下环，包括下环本体，其特征在于：所述下环本体上沿一轴向开设有一第一定位孔，所述下环本体上沿第一定位孔的圆周方向设置有一下扣部，所述下扣部和下环本体均由石墨制成并围合形成有一第一l形空间，所述第一l形空间用于与石墨上环扣合并用于限制热电偶变形。

2.如权利要求1所述的石墨下环，其特征在于：所述下扣部包括绕第一定位孔的圆周方向设置的第一侧环，所述第一侧环沿轴向自下环本体顶面延伸而成。

3.如权利要求2所述的石墨下环，其特征在于：在所述第一侧环上沿径向方向凸设有一支承部，所述支承部沿轴向正对于下环本体的一侧面连接于下环本体，所述支承部具有一用于支承电热偶的一支承面。

4.如权利要求3所述的石墨下环，其特征在于：所述支承面沿轴向方向凹陷于所述第一侧环背向下环本体的一侧面，以使得所述第一侧环具有沿轴向超出所述支撑面的第一凸伸段，所述第一凸伸段与所述支承面围合形成所述的第一l形空间。

5.如权利要求4所述的石墨下环，其特征在于：所述支承部的两端沿第一侧环的圆周方向背向延伸并适配于热电偶的长度设置以呈弧形。

6.如权利要求5所述的石墨下环，其特征在于：所述支承部上具有一沿径向方向背向第一侧环的一第一贴合面。

7.如权利要求6所述的石墨下环，其特征在于：所述下环本体沿径向背向第一定位孔的一侧面绕第一定位孔的圆周方向环设，以使第一侧环与下环本体之间形成一第二l形空间，所述支承部位于所述第二l形空间内；在所述第一侧环沿径向背向第一定位孔的一侧面上沿径向朝向背向第一侧环一侧凸设形成有支撑耳，所述支撑耳沿径向延伸至第二l形空间外。

8.如权利要求7所述的石墨下环，其特征在于：所述支撑耳包括位于第二l形空间内且分别连接于下环本体和第一侧环的基部以及沿轴向连接于基部背向下环本体一侧面的延伸部，所述延伸部沿径向延伸至第二l形空间外，且所述延伸部沿轴向正对下环本体的一侧面具有支撑平面。

9.如权利要求8所述的石墨下环，其特征在于：所述支撑耳与第一凸伸段沿轴向背向下环本体的一侧面平齐。

10.一种石墨环，其特征在于：包括石墨上环和如权利要求1至9任一项所述的石墨下环，所述石墨上环包括上环本体，所述上环本体上沿轴向开设有与第一定位孔同轴并等径的第二定位孔，在所述上环本体上沿第二定位孔的圆周方向设置有与下扣部相扣合的上扣部，所述上环本体和上扣部均由石墨制成，所述上扣部与石墨下环的第一l形空间之间形成有用于供热电偶穿入其中的支承空间。

技术总结本发明涉及外延炉辅助装置领域，公开了一种石墨下环及石墨环，包括下环本体，所述下环本体上沿一轴向开设有一第一定位孔，所述下环本体上沿第一定位孔的圆周方向设置有一下扣部，所述下扣部和下环本体均由石墨制成并围合形成有一第一L形空间，所述第一L形空间用于与石墨上环扣合并用于限制热电偶变形。上述石墨下环及石墨环通过下环本体与下扣部之间形成的第一L形空间，在便于安装热电偶的同时，第一L形空间用于支撑热电偶，使热电偶在受到反应腔内高温影响而形变时支撑下垂的热电偶，使热电偶不具备形变下垂的条件而无法下垂变形，从而使热电偶能够继续测温，以能够实时对反应腔内的石墨进行测温，从而便于调控反应腔内温度而保证石墨基座的使用寿命。技术研发人员：黄世川,谭旭东受保护的技术使用者：重庆万国半导体科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/27