CN102560434A

CN102560434A - 腔室组件和具有它的金属有机化合物化学气相沉积设备

Info

Publication number: CN102560434A
Application number: CN2010105866055A
Authority: CN
Inventors: 周卫国
Original assignee: Beijing North Microelectronics Co Ltd
Current assignee: Beijing North Microelectronics Co Ltd
Priority date: 2010-12-13
Filing date: 2010-12-13
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2030-12-13
Also published as: TW201227809A; WO2012079467A1; CN102560434B; TWI503869B

Abstract

本发明公开了一种腔室组件，包括：腔室外筒，所述腔室外筒内限定有用作反应腔的外筒腔；感应线圈，所述感应线圈环绕所述腔室外筒设置；和石墨套筒，所述石墨套筒套设在所述腔室外筒的外筒腔内。根据本发明实施例的腔室组件，通过在托盘与感应线圈之间设有石墨套筒，石墨套筒比托盘更靠近感应线圈，因此使石墨套筒在托盘之前被感应线圈感应加热，从而石墨套筒可在托盘的周围形成一个热壁，进而使得托盘非常易被加热并保温，提高了感应加热效率。本发明还公开了一种具有上述腔室组件的金属有机化合物化学气相沉积设备。

Description

腔室组件和具有它的金属有机化合物化学气相沉积设备

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其是涉及一种腔室组件和具有它的金属有机化合物化学气相沉积设备。

背景技术

金属有机化合物化学气相淀积(MOCVD：Metal-organic Chemical Vapor Deposition)设备是生产LED外延片的关键设备。MOCVD设备的原理是，有机金属气体进入反应腔中，通过高温衬底片表面时发生高温化学反应，并在衬底的表面沉积薄膜。通过调整工艺气体和工艺时间，利用MOCVD设备可以在LED衬底片上沉积各种薄膜，包括决定LED发光性能的多量子阱结构。在沉积多量子阱的工艺过程中，为了保证薄膜的均匀性，一般对衬底表面的温度均匀性要求极高。

MOCVD设备的工艺时间一般较长，大约5-6个小时才能完成一个完整的工艺过程。为了提高MOCVD设备的生产效率，本行业当前有采用多层小托盘垂直排列的方式，如图4所示，在反应腔3’的外壁上绕设有感应线圈1’。多层托盘2’垂直排列在反应腔3’内。托盘2’和感应线圈1’产生的磁力线M’直交，由于感应线圈1’产生的随时间变化的磁场会在托盘2’的表面诱导感应电流，从而达到加热托盘2’的效果。

然而，由于托盘和磁力线直交，使得磁力线在通过一层托盘之后且到达下一层托盘之前，会通过一段大气(或者真空)的部分，这样会降低感应加热效率，增加设备使用成本，也不利于在托盘内部形成均匀的温度分布。由于MOCVD的工艺对温度的均匀性要求很高，上述的缺点很可能对工艺的均匀性造成影响，从而影响产品的质量。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种加热效率高的腔室组件。

本发明的另一目的在于提出一种具有上述腔室组件的金属有机化合物化学气相沉积设备。

为了实现上述目的，根据本发明一个方面的实施例的腔室组件，包括：腔室外筒，所述腔室外筒内限定有用作反应腔的外筒腔；感应线圈，所述感应线圈环绕所述腔室外筒设置；和石墨套筒，所述石墨套筒套设在所述腔室外筒的外筒腔内。

根据本发明实施例的腔室组件，通过在托盘与感应线圈之间设置石墨套筒，石墨套筒比托盘更靠近感应线圈，因此石墨套筒在托盘之前被感应线圈感应加热，从而石墨套筒可在托盘的周围形成一个热壁，进而使得托盘非常易被加热和保温，提高了感应加热效率。

另外，根据本发明实施例的腔室组件还具有如下附加技术特征：

所述腔室组件还包括腔室内筒，所述腔室内筒内限定有用作反应腔的内筒腔，所述腔室内筒套设在所述腔室外筒的外筒腔内以在所述腔室内筒与所述腔室外筒之间限定出环形空间，其中所述石墨套筒设在所述环形空间内。

根据本发明实施例的腔室组件，通过设置腔室内筒，可对石墨套筒进行密封同时将石墨套筒与反应腔内的工艺气体隔绝，防止石墨套筒在工艺气体或空气中被氧化。

在本发明的一个实施例中，所述腔室组件还包括冷却装置，所述冷却装置设在所述环形空间内用于冷却所述石墨套筒。

可选地，所述石墨套筒包括多段子石墨套筒，所述多段子石墨套筒沿所述腔室外筒的轴向彼此间隔设置在所述环形空间内，以调节多层托盘之间的温度均匀性

具体地，所述冷却装置包括多段子冷却装置，所述多段子冷却装置分别与所述多段子石墨套筒对应以独立地冷却所述多段子石墨套筒从而独立地控制所述多段子石墨套筒的温度。

根据本发明实施例的腔室组件，利用分别独立冷却多段子石墨套筒的多个子冷却装置，可以分别调节多段子石墨套筒的温度，从而可以使多层托盘沿着腔室外筒的轴向方向温度均匀。

可选地，所述石墨套筒包括三段子石墨套筒。由此，将多层托盘的温度场分成了上、中、下三段并进行分别调节，进而可使得多层托盘沿着腔室外筒的轴向方向温度均匀。

所述腔室外筒、所述腔室内筒和所述石墨套筒同轴。

所述腔室组件还包括充气装置和排气装置，其中所述充气装置设在所述环形空间内用于向所述环形空间内充入惰性气体，且所述排气装置设在所述环形空间内用于将惰性气体从所述环形空间内排出。

根据本发明实施例的腔室组件，通过设置充气装置和排气装置，可防止石墨套筒在空气或工艺气体中被氧化，进而增加了腔室组件的寿命。

所述腔室外筒和所述腔室内筒由石英材料制成。

根据本发明另一方面实施例的金属有机化合物化学气相沉积设备包括：腔室组件，所述腔室组件为根据本发明所述一个方面实施例的腔室组件；和多层托盘，所述多层托盘沿所述腔室组件的所述外筒腔的轴向间隔设置在所述反应腔内。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明一个实施例的金属有机化合物化学气相沉积设备的示意图，其中腔室组件的反应腔内设有多层托盘；

图2是图1中所示的金属有机化合物化学气相沉积设备的俯视图；

图3是根据本发明一个实施例的金属有机化合物化学气相沉积设备的示意图，其中多层托盘在腔室组件的反应腔内水平设置；和

图4是行业当前的MOCVD设备示意图，其中在MOCVD设备的反应腔内设置了多层托盘。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，术语“内”、“外”、“上”、“下”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发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

下面参考图1-图3描述根据本发明实施例的腔室组件，本发明实施例的腔室组件可以用于金属有机化合物化学气相沉积设备以对承装有衬底片的托盘进行加热，但并不限于此。

根据本发明实施例的腔室组件100包括腔室外筒1、感应线圈2和石墨套筒3。

具体地，腔室外筒1内限定有用作反应腔的外筒腔，其中反应腔中适于沿轴向(即图1中的上下方向)放置多层托盘200以通过感应线2圈对多层托盘200例如石墨托盘进行感应加热。感应线圈2环绕腔室外筒1设置，例如，感应线圈2可以环绕腔室外筒1的外壁上，但本发明并不限于此，感应线圈2也可以不与腔室外筒1的外壁接触。感应线圈2适于与中高频的射频电源相连。石墨套筒3套设在腔室外筒1的外筒腔内。

根据本发明实施例的腔室组件100，通过在托盘200与感应线圈2之间设置石墨套筒3，因此石墨套筒3比托盘200更靠近感应线圈2，由此石墨套筒3在托盘200之前被感应线圈2感应加热，从而石墨套筒3可在托盘200的周围形成一个热壁，进而使得托盘200非常容易被加热和保温，提高了感应加热效率。

下面参考图1-图2描述根据本发明一个实施例的腔室组件100，如图1和图2所示，根据本发明此实施例的腔室组件100还包括腔室内筒4。腔室内筒4内限定有用作反应腔的内筒腔40。腔室内筒4套设在腔室外筒1的外筒腔内以在腔室内筒4与腔室外筒1之间限定出环形空间5，其中石墨套筒3设在环形空间5内。多层托盘200放置在用作反应腔的内筒腔40中以通过感应线圈2对多层托盘200例如石墨托盘进行感应加热。

在本发明的一个优选实施例中，腔室外筒1、腔室内筒4和石墨套筒3同轴。

在本发明中描述了腔室外筒1的外筒腔用作反应腔，以及腔室内筒4的内筒腔40用作反应腔，需要说明和理解的是，当腔室外筒1内没有设置腔室内筒4时，腔室外筒1的外筒腔就用作反应腔；然而，当腔室外筒1内设有腔室内筒4时，腔室外筒1的内筒腔40用作反应腔，也可以说，外筒腔中与内筒腔40重合的空间用作反应腔，这对于本领域的普通技术人员而言是容易理解的。

在本发明的一些示例中，腔室外筒1和腔室内筒4由石英材料制成。

在本发明的一些实施例中，为了控制石墨套筒3的温度，腔室组件100还包括冷却装置6，冷却装置6设在环形空间5内用于冷却石墨套筒3。例如，冷却装置可以为冷却水管，冷却水管盘绕在石墨套筒3的外壁上。

通过在外筒腔内设置腔室内筒4，可对设置在环形空间5内的石墨套筒3进行密封同时可与反应腔内的工艺气体隔绝，由此防止石墨套筒3在工艺气体或空气中被氧化。例如，可以通过将上盖7和下盖8分别设置在腔室外筒1的上表面和下表面上以对内筒腔40和环形空间5进行密封，当然，本领域的普通技术人员可以理解，内筒腔40和环形空间5也可以通过其他方式密封。

如图1所示，磁力线M可沿着腔室外筒1的轴向全程贯穿石墨套筒3，从而使感应加热的大部分功率都由石墨套筒3消耗掉，即石墨套筒3被快速加热。然后，托盘200通过石墨套筒3的辐射放热而被加热，同时，感应加热的剩余部分功率被托盘200消耗掉，即托盘200也受到感应线圈2产生的磁场的影响而被感应加热。由于石墨套筒3消耗掉了感应加热的大部分功率，因此沿着腔室外筒1的轴向的温度场的均匀性的主要影响因素为石墨套筒3的温度。

由此，为了调节多层托盘200之间的温度均匀性，在本发明的一些实施例中，石墨套筒3包括多段子石墨套筒，多段子石墨套筒沿腔室外筒1的轴向(即图1中的上下方向)彼此间隔设置在环形空间5内。

由于多段子石墨套筒之间的被加热后的温度可能不同，从而可能会引起多层托盘沿着腔室外筒1的轴向的温度也不相同。因此，在本发明的一个实施例中，冷却装置6包括可分别控温的多段子冷却装置，多段子冷却装置分别与多段子石墨套筒对应以独立地冷却多段子石墨套筒从而独立地控制多段子石墨套筒的温度，进而独立调节反应腔内与各段子石墨套筒对应的区域的温度。

通过分别独立控温的多个子冷却装置，可以分别调节多段子石墨套筒的温度，从而可以方便地控制反应腔内与不同子石墨套筒对应的不同区域的温度，进而实现多层托盘200沿着腔室外筒1的轴向方向温度均匀。

在本发明的一个示例中，如图1所示，石墨套筒3包括三段子石墨套筒，包括上段子石墨套筒31、中段子石墨套筒32和下段子石墨套筒33，其中在环形空间内对应上段子石墨套筒31设有上段冷却装置61以控制上段子石墨套筒31的温度，在环形空间内对应中段子石墨套筒32设有中段冷却装置62以控制中段子石墨套筒32的温度，在环形空间内对应下段子石墨套筒33设有下段冷却装置63以控制下段子石墨套筒33的温度。由此，将设有多层托盘200的反应腔内的温度场分成了上、中、下三段并进行分别调节，进而可使得多层托盘沿着腔室外筒1的轴向方向温度均匀。

例如，由于上段子石墨套筒31和下段子石墨套筒33的温度会相对较低，因此通过中段冷却装置62适当调低中段子石墨套筒32的温度至与上段子石墨套筒31和下段子石墨套筒33的温度一致的温度，从而使得上段子石墨套筒31、中段子石墨套筒32和下段子石墨套筒33之间的温度均匀，最终实现在反应腔内沿着腔室外筒1的轴向方向的温度均匀性，由此多层托盘200的加热均匀。

另外，根据本发明实施例的腔室组件100还可以通过调节感应线圈2沿着腔室外筒1的轴向方向的疏密度以改变反应腔内的磁场分布在一定程度上调节反应腔内的温度分布。

在本发明的另一个实施例中，腔室组件100还包括充气装置和排气装置(图未示)，其中充气装置设在环形空间5内用于向环形空间5内充入惰性气体，例如，例如氮气，氦(He)、氖(Ne)、氩(Ar)，且排气装置设在环形空间5内用于将惰性气体从环形空间5内排出。通过设置充气装置和排气装置，可防止石墨套筒3在空气或工艺气体中被氧化，进而增加了腔室组件的寿命。

下面参考图1-图2描述根据本发明实施例的金属有机化合物化学气相沉积(MOCVD)设备。

根据本发明实施例的金属有机化合物化学气相沉积设备利用可以用于处理LED衬底片且包括腔室组件100和多层托盘200，其中，腔室组件100为参考上述实施例中描述的腔室组件100，多层托盘200沿腔室组件100的腔室外筒1的轴向(图1中的上下方向)间隔设置在反应腔内。

在本发明的一个示例中，在使用中，多层托盘200中的最上层托盘和最下层托盘上可以不摆放LED衬底片，由此可以更有利于最上层托盘和最下层托盘之间的温度均匀性。

根据本发明实施例的金属有机化合物化学气相沉积设备，在腔室外筒1的轴向(图1中的上下方向)上，反应腔内温度分布均匀，因此托盘200上温度分布均匀，从而使得加工的产品质量好。

图1所示的金属有机化合物化学气相沉积设备为竖向放置，需要理解的是，本发明并不限于此，例如如图3所示，根据本发明实施例的金属有机化合物化学气相沉积设备还可以为水平放置，在此情况下，多层托盘200沿水平方向间隔排列。

根据本发明实施例的金属有机化合物化学气相沉积设备的其他构成和操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、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。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种腔室组件，其特征在于，包括：

腔室外筒，所述腔室外筒内限定有用作反应腔的外筒腔；

感应线圈，所述感应线圈环绕所述腔室外筒设置；和

石墨套筒，所述石墨套筒套设在所述腔室外筒的外筒腔内。

2.根据权利要求1所述的腔室组件，其特征在于，还包括腔室内筒，所述腔室内筒内限定有用作反应腔的内筒腔，所述腔室内筒套设在所述腔室外筒的外筒腔内以在所述腔室内筒与所述腔室外筒之间限定出环形空间，其中所述石墨套筒设在所述环形空间内。

3.根据权利要求2所述的腔室组件，其特征在于，还包括冷却装置，所述冷却装置设在所述环形空间内用于冷却所述石墨套筒。

4.根据权利要求3所述的腔室组件，其特征在于，所述石墨套筒包括多段子石墨套筒，所述多段子石墨套筒沿所述腔室外筒的轴向彼此间隔设置在所述环形空间内。

5.根据权利要求4所述的腔室组件，其特征在于，所述冷却装置包括多段子冷却装置，所述多段子冷却装置分别与所述多段子石墨套筒对应以独立地冷却所述多段子石墨套筒从而独立地控制所述多段子石墨套筒的温度。

6.根据权利要求5所述的腔室组件，其特征在于，所述石墨套筒包括三段子石墨套筒。

7.根据权利要求2所述的腔室组件，其特征在于，所述腔室外筒、所述腔室内筒和所述石墨套筒同轴。

8.根据权利要求2所述的腔室组件，其特征在于，还包括充气装置和排气装置，其中所述充气装置设在所述环形空间内用于向所述环形空间内充入惰性气体，且所述排气装置设在所述环形空间内用于将惰性气体从所述环形空间内排出。

9.根据权利要求2所述的腔室组件，其特征在于，所述腔室外筒和所述腔室内筒由石英材料制成。

10.一种金属有机化合物化学气相沉积设备，其特征在于，包括：

腔室组件，所述腔室组件为根据权利要求1-9中任一项所述的腔室组件；和

多层托盘，所述多层托盘沿所述腔室组件的所述外筒腔的轴向间隔设置在所述反应腔内。