工藝反應腔及工藝設備的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種工藝反應腔及工藝設備。該工藝反應腔包括：腔體、承載裝置、進氣裝置和感應線圈，所述感應線圈位于所述腔體的外部，所述感應線圈用于產生磁場，所述承載裝置設置于所述腔體的內部且與所述腔體同軸設置，所述承載裝置和所述腔體之間形成氣體通道，所述承載裝置的外周面上放置有襯底，所述襯底位于所述氣體通道中，所述進氣裝置用于向所述氣體通道內通入工藝氣體。本發明的技術方案穿過所述承載裝置的磁力線的密度均勻分布，使得感應線圈對承載裝置的加熱溫度均勻，從而提高了工藝的均勻性。
【專利說明】工藝反應腔及工藝設備【技術領域】
[0001]本發明涉及微電子【技術領域】，特別涉及一種工藝反應腔及工藝設備。
【背景技術】
[0002]金屬有機化合物化學氣相淀積(Metal-organicChemical VaporDeposition,以下簡稱:M0CVD)技術是在1968年由美國洛克威爾公司的Manasevit等人提出來的用于制備化合物半導體薄片單晶的一項新技術。MOCVD技術是在氣相外延生長(Vapor PhaseEpitaxy，以下簡稱:VPE)的基礎上發展起來的一種新型氣相外延生長技術。MOCVD技術多用于LED的制造中，而MOCVD反應腔是制造LED的設備。市場上主流的MOCVD反應腔可包括:水平式反應腔或者垂直式反應腔。目前，MOCVD反應腔以水平式反應腔較為典型。MOCVD反應腔內的熱場模型分布是決定LED制造中外延工藝質量的重要因素，熱場模型分布的設計設計到腔室結構設計、工藝組件設計、基片旋轉系統設計、真空系統設計等多項關鍵技術。
[0003]目前，MOCVD反應腔通常采用感應線圈加熱方式對承載裝置進行加熱。圖1為現有技術中MOCVD反應腔的結構示意圖，如圖1所示，該MOCVD反應腔包括:腔體1、進氣裝置3、感應線圈4和多個承載裝置2。進氣裝置3位于腔體I內部的中間位置。承載裝置2以多層垂直排布的方式設置于腔體I的內部，且進氣裝置3可以從承載裝置2中心位置開設的孔中穿過，每個承載裝置2上均可以承載多個襯底(圖中未示出)，襯底可排布于承載裝置2的外圓周上。感應線圈4纏繞于腔體I的外壁上。進氣裝置3向腔體I內通入反應氣體，該反應氣體水平流到承載裝置2上的襯底表面。工藝過程中，承載裝置2可以旋轉。其中，承載裝置2可以為圓形的托盤。因此，圖1中的MOCVD反應腔為立式多托盤結構反應腔。 [0004]現有技術中，感應線圈4中可通入中頻(1KHZ至20KHZ)交流電并通過產生的磁場對承載裝置2進行加熱，承載裝置2自身溫度升高而成為發熱體，再通過熱輻射及熱傳導的方式將襯底加熱至工藝要求的溫度。在對承載裝置2進行加熱的過程中，感應線圈4產生的磁場中穿過承載裝置2的磁力線與承載裝置2的表面垂直。感應加熱在水平放置的承載裝置2上存在集膚效應，即:承載裝置2上距離感應線圈4較近的位置(即靠近腔體I的位置)磁力線密集，加熱溫度也較高；承載裝置2上距離感應線圈4較遠的位置(即靠近進氣裝置3的位置)磁力線稀疏，加熱溫度也較低。因此，磁場中穿過承載裝置的磁力線的密度沿承載裝置2徑向分布是不均勻的，這導致承載裝置2的加熱溫度不均勻，從而降低了工藝的均勻性。

【發明內容】

[0005]本發明的工藝反應腔及工藝設備，提供了一種新的工藝反應腔結構，該設計能夠避免襯底承載裝置的感應加熱不均勻的問題，從而提高工藝的均勻性。
[0006]為實現上述目的，本發明提供了一種工藝反應腔，包括:腔體、承載裝置、進氣裝置和感應線圈，所述感應線圈位于所述腔體的外部，所述感應線圈用于產生磁場，述承載裝置設置于所述腔體的內部且與所述腔體同軸設置，所述承載裝置和所述腔體之間形成氣體通道，所述承載裝置的外周面上放置有襯底，所述襯底位于所述氣體通道中，所述進氣裝置用于向所述氣體通道內通入工藝氣體。
[0007]可選地，所述承載裝置的外周面上開設有若干個凹槽，每個凹槽中放置一個所述襯底。
[0008]可選地，所述腔體為透明石英筒狀結構，所述承載裝置為石墨筒狀結構。
[0009]可選地，所述凹槽呈斜坡狀，斜坡狀的凹槽整體向腔體的內側以預設角度傾斜。
[0010]可選地，所述承載裝置為具有錐度的多面體結構，所述多面體結構中每個面整體向腔體的內側傾斜。[0011]可選地，所述多面體結構的面數根據所述襯底的尺寸、所述承載裝置的尺寸和所述腔體的高度設置。
[0012]可選地，所述工藝反應腔還包括:排氣裝置，所述進氣裝置位于所述氣體通道的一端，所述排氣裝置位于所述氣體通道的對應的另一端；
[0013]所述排氣裝置，用于將反應后的剩余氣體排出至所述腔體的外部。
[0014]可選地，所述工藝反應腔還包括:第一法蘭結構和第二法蘭結構，所述第一法蘭結構設置于所述腔體的上端，所述第二法蘭結構設置于所述腔體的下端；
[0015]所述進氣裝置設置于所述第一法蘭結構上，所述排氣裝置設置于所述第二法蘭結構上；或者，所述進氣裝置設置于所述第二法蘭結構上，所述排氣裝置設置于所述第一法蘭結構上。
[0016]可選地，所述承載裝置繞軸向以預定速度旋轉。
[0017]為實現上述目的，本發明提供了一種工藝設備，包括:上述工藝反應腔。
[0018]本發明具有以下有益效果:
[0019]本發明提供的工藝反應腔及工藝設備的技術方案中，該工藝反應腔包括腔體、承載裝置、進氣裝置和感應線圈，感應線圈用于產生磁場，承載裝置與腔體同軸設置，承載裝置與腔體之間形成氣體通道，承載裝置外周面上放置有襯底，襯底位于氣體通道中，本發明的技術方案使得穿過承載裝置的磁力線的密度均勻分布，感應線圈對承載裝置的加熱溫度均勻，從而提高了工藝的均勻性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為現有技術中MOCVD反應腔的結構示意圖；
[0021]圖2為本發明實施例一提供的一種工藝反應腔的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0022]為使本領域的技術人員更好地理解本發明的技術方案，下面結合附
[0023]圖對本發明提供的工藝反應腔及工藝設備進行詳細描述。
[0024]圖2為本發明實施例一提供的一種工藝反應腔的結構示意圖，如圖2所示，該工藝反應腔包括:腔體1、承載裝置2、進氣裝置3和感應線圈4，感應線圈4位于腔體I的外部，感應線圈4用于產生磁場，承載裝置2設置于腔體I的內部且與腔體I同軸設置，承載裝置2和腔體I之間形成氣體通道5，承載裝置2的外周面上放置有襯底6，襯底6位于氣體通道5中，進氣裝置3用于向氣體通道5內通入工藝氣體。[0025]穿過承載裝置2的磁力線的密度均勻分布。感應線圈4用于產生磁場并通過產生的磁場對承載裝置2進行加熱，其中，磁場中穿過承載裝置2的磁力線的密度均勻分布。
[0026]感應線圈4纏繞于腔體I的外部，感應線圈4可產生磁場，磁場中的磁力線會穿過整個腔體1，穿過承載裝置2的磁力線可實現對承載裝置2的加熱。具體地，對感應線圈4施加射頻功率時，感應線圈4中的交變電流產生交變磁場，交變磁場的磁力線穿過承載裝置2，從而實現對承載裝置2的加熱。本實施例中，穿過承載裝置2的磁力線的密度可沿承載裝置2均勻分布。優選地，穿過承載裝置2的磁力線平行于承載裝置2的外周面。
[0027]承載裝置2上可放置若干個襯底6。具體地，承載裝置2的外周面上開設有若干個凹槽，每個凹槽中放置一個襯底6。承載裝置2可與腔體I同軸設置，即:承載裝置2和腔體I圍繞同一個中心軸設置，且承載裝置2位于與中心軸具有設定距離的圓周上，這樣可保證穿過承載裝置2的磁力線的密度沿承載裝置2均勻分布。在實際應用中，優選地，腔體I為筒狀結構，承載裝置2為筒狀結構，且承載裝置2的直徑小于腔體I的直徑。本實施例中，采用筒狀結構的承載裝置2在一定程度上增加了可放置襯底6的面積，從而增大了工藝反應腔對襯底6的容量，進而提高了生產效率。此種情況下，承載裝置2的外周面上開設的凹槽呈斜坡狀，斜坡狀的凹槽整體向腔體I的內側以預設角度傾斜，其中，預設角度可以為凹槽的表面與豎直面之間的夾角，預設角度可以小于10°且大于0°。當將襯底6放置于凹槽內部時，由于凹槽呈斜坡狀，因此襯底6可穩固的放置于凹槽內部，不會從凹槽中掉落，從而實現了將襯底6固定于承載裝置2的外周面上的目的。同時，由于設定夾角較小，因此不會影響襯底6在承載裝置2上的放置角度，從而不會影響對襯底6的工藝效果。
[0028]本實施例中，腔體I的材料可以為透明石英，承載裝置2的材料為石墨，襯底6的材料可以為藍寶石、SiC或者Si。也就是說,腔體I為透明石英筒狀結構，承載裝置2為石墨筒狀結構。其中，由于藍寶石為絕緣材料，則通常采用上述在承載裝置2上開設凹槽的方式將襯底6固定于承載裝置2的外周面上；而由于SiC和Si為半導體型材料，則除了采用上述開設凹槽的方式之外，還可以通過靜電吸附的方式將襯底6固定于承載裝置2的表面上。
[0029]本實施例中，承載裝置2繞軸向以預定速度旋轉，并帶動放置于該承載裝置2上的襯底6以預定速度旋轉，以提高工藝的均勻性。具體地，承載裝置2可由位于其下方的旋轉機構帶動旋轉。
[0030]本實施例中，工藝反應腔還包括:排氣裝置7，進氣裝置3位于氣體通道5的一端，排氣裝置7位于氣體通道5的對應的另一端。本實施例中，具體地，進氣裝置3位于氣體通道5的上端，排氣裝置7位于氣體通道5的下端，排氣裝置7用于將反應后的剩余氣體排出至腔體I的外部。此時，氣體通道5中的工藝氣體自上而下流過襯底6的表面,從而在一定溫度下完成襯底6表面的外延沉積工藝。
[0031]在實際應用中，可選地，進氣裝置3還可以位于氣體通道5的下端，排氣裝置7位于氣體通道5的上端。此時，氣體通道5中的工藝氣體自下而上流過襯底6的表面，從而在一定溫度下完成襯底6表面的外延沉積工藝。
[0032]進一步地，工藝反應 腔還包括:第一法蘭結構8和第二法蘭結構9。第一法蘭結構8設置于腔體1的上端，第二法蘭結構9設置于腔體I的下端。第一法蘭結構8和第二法蘭結構9對腔體1起到密封作用。進氣裝置3設置于第一法蘭結構8上，排氣裝置7設置于第二法蘭結構9上。在實際應用中，可選地，進氣裝置3還可以設置于第二法蘭結構9上，排氣裝置7還可以設置于第一法蘭結構8上。
[0033]進一步地，第一法蘭結構8和第二法蘭結構9上均可設置有冷卻系統(圖中未示出)，該冷卻系統用于對工藝氣體進行冷卻，以防止工藝氣體發生預反應。優選地，該冷卻系統可以為水冷系統，水冷系統中可通入冷卻水以實現對工藝氣體進行冷卻。
[0034]本實施例提供的工藝反應腔包括腔體、承載裝置、進氣裝置和感應線圈，感應線圈用于產生磁場，承載裝置與腔體同軸設置，承載裝置與腔體之間形成氣體通道，承載裝置外周面上放置有襯底，襯底位于氣體通道中，本實施例的技術方案使得穿過承載裝置的磁力線的密度均勻分布，使得感應線圈對承載裝置的加熱溫度均勻，從而提高了工藝的均勻性。本實施例中的工藝反應腔能夠得到均勻的溫度場和穩定的層流場，極大的提高了外延生長工藝指標。
[0035]本發明實施例二提供了一種工藝反應腔，本實施例的工藝反應腔與上述實施例一的區別在于:承載裝置為具有錐度的多面體結構，多面體結構中每個面整體向腔體的內側傾斜，從而該承載裝置為上方開口大下方開口小的多面體結構。此種結構不再具體畫出。這種多面體結構更有利于襯底與承載裝置之間的貼合，從而更有利于對承載裝置的加熱。具體地，多面體結構的面數可根據襯底的尺寸、承載裝置的尺寸和腔體的高度設置。多面體結構的錐度可根據需要進行設置，只要滿足穿過承載裝置的磁力線的密度均勻分布這一條件即可。
[0036]本發明實施例三還提供了一種工藝設備，該工藝設備包括工藝反應腔。其中，工藝反應腔可采用上述實施例一或者實施例二提供的工藝反應腔，此處不再贅述。
[0037]可以理解的是，以上實施方式僅僅是為了說明本發明的原理而采用的示例性實施方式，然而本發明并不局限于此 。對于本領域內的普通技術人員而言，在不脫離本發明的精神和實質的情況下，可以做出各種變型和改進，這些變型和改進也視為本發明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種工藝反應腔，包括:腔體、承載裝置、進氣裝置和感應線圈，所述感應線圈位于所述腔體的外部，所述感應線圈用于產生磁場，其特征在于，所述承載裝置設置于所述腔體的內部且與所述腔體同軸設置，所述承載裝置和所述腔體之間形成氣體通道，所述承載裝置的外周面上放置有襯底，所述襯底位于所述氣體通道中，所述進氣裝置用于向所述氣體通道內通入工藝氣體。
2.根據權利要求1所述的工藝反應腔，其特征在于，所述承載裝置的外周面上開設有若干個凹槽，每個凹槽中放置一個所述襯底。
3.根據權利要求2所述的工藝反應腔，其特征在于，所述腔體為透明石英筒狀結構，所述承載裝置為石墨筒狀結構。
4.根據權利要求3所述的工藝反應腔，其特征在于，所述凹槽呈斜坡狀，斜坡狀的凹槽整體向腔體的內側以預設角度傾斜。
5.根據權利要求2所述的工藝反應腔，其特征在于，所述承載裝置為具有錐度的多面體結構，所述多面體結構中每個面整體向腔體的內側傾斜。
6.根據權利要求5所述的工藝反應腔，其特征在于，所述多面體結構的面數根據所述襯底的尺寸、所述承載裝置的尺寸和所述腔體的高度設置。
7.根據權利要求1所述的工藝反應腔，其特征在于，所述工藝反應腔還包括:排氣裝置，所述進氣裝置位于所述氣體通道的一端，所述排氣裝置位于所述氣體通道的對應的另一端; 所述排氣裝置，用于 將反應后的剩余氣體排出至所述腔體的外部。
8.根據權利要求7所述的工藝反應腔，其特征在于，所述工藝反應腔還包括:第一法蘭結構和第二法蘭結構，所述第一法蘭結構設置于所述腔體的上端，所述第二法蘭結構設置于所述腔體的下端； 所述進氣裝置設置于所述第一法蘭結構上，所述排氣裝置設置于所述第二法蘭結構上；或者，所述進氣裝置設置于所述第二法蘭結構上，所述排氣裝置設置于所述第一法蘭結構上。
9.根據權利要求1所述的工藝反應腔，其特征在于，所述承載裝置繞軸向以預定速度旋轉。
10.一種工藝設備，其特征在于，包括:權利要求1至9任一所述的工藝反應腔。
【文檔編號】C23C16/44GK103898473SQ201210579059
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2012年12月27日 優先權日:2012年12月27日
【發明者】董志清 申請人:北京北方微電子基地設備工藝研究中心有限責任公司