CN102677164B - 托盘、腔室装置和外延设备 - Google Patents
托盘、腔室装置和外延设备 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提出了一种托盘、腔室装置和外延设备。所述托盘包括：托盘本体，所述托盘本体上具有环形基片承载区，所述环形基片承载区的热传导率在所述托盘本体的径向方向上由内向外降低。本发明实施例通过对托盘本体之中环形基片承载区的热传导率进行调整，从而提高托盘中承载基片部分的表面温度均匀性和稳定性，且降低托盘内环温度，从而有效提高薄膜的光学质量及原材料的利用率，且大大提高产品的良率。
Description
技术领域
本发明涉及微电子技术领域，特别涉及一种托盘、腔室装置和外延设备。
背景技术
MOCVD(金属有机化合物化学气相淀积)设备是生产LED(发光二极管)外延片的关键设备。MOCVD设备的原理是，有机金属气体通过高温的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，典型的情况是，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，现有技术中提出了多层托盘垂直排列在反应腔内的方式。反应腔的外壁上缠绕设有的感应线圈。多层托盘设置在反应腔中，从而可以大批量进行生产。托盘和感应线圈生产的磁力线直交，感应线圈和中高频的RF电源连接，由于感应线圈产生的随时间变化的磁场会在托盘(一般为石墨)的表面诱导感应电流，从而达到加热托盘的效果。
由于在腔体内部在垂直方向上磁场分布不均匀，因此容易造成托盘表面温度不均匀。由于MOCVD的工艺对温度的均匀性要求很高，因此上述的缺点很可能直接影响薄膜的光学质量，从而影响LED芯片的发光效率。
发明内容
本发明旨在至少解决上述技术问题之一。
为此，本发明的一个目的在于提出一种表面温度均匀的托盘。
本发明的另一个目的在于提出一种具有上述托盘的腔室装置。
本发明的再一目的在于提出一种具有上述腔室装置的外延设备。
根据本发明第一方面实施例的托盘包括：托盘本体，所述托盘本体上具有环形基片承载区，所述环形基片承载区的热传导率在所述托盘本体的径向方向上由内向外降低。
根据本发明实施例的托盘，通过对托盘本体之中环形基片承载区的热传导率沿径向进行调整，从而提高托盘中承载基片部分的表面温度均匀性和稳定性，且降低托盘内环温度，从而有效提高薄膜的光学质量及原材料的利用率，且大大提高产品的良率。
在本发明的一个实施例中，所述环形基片承载区的热传导率在所述径向方向上由内向外逐渐降低。
在本发明的一个实施例中，所述环形基片承载区的热传导率在所述径向方向上由内向外以梯度方式降低。
在本发明的一个实施例中，所述托盘本体由石墨一体制成。
在本发明的一个实施例中，所述环形基片承载区在所述径向方向上分为第一环形基片承载区和位于所述第一环形基片承载区外面的第二环形基片承载区，所述第一环形基片承载区上设置有涂层，且所述涂层的热传导率大于石墨的热传导率。
在本发明的一个实施例中，所述涂层为SiC涂层、氮化硼涂层、和碳化钽涂层之一。
在本发明的一个实施例中，所述环形基片承载区在所述径向方向上由内向外依次分为第一环形基片承载区、第二环形基片承载区、和第三环形基片承载区，所述第一环形基片承载区上设置有第一涂层，所述第二环形基片承载区上设置有第二涂层，所述第一涂层的热传导率大于所述第二涂层的热传导率，且所述第一涂层的热传导率和所述第二涂层的热传导率均大于石墨的热传导率。
在本发明的一个实施例中，所述第一涂层为氮化硼涂层，所述第二涂层为碳化钽涂层。
在本发明的一个实施例中，所述托盘本体包括第一至第五托盘本体部，所述第一至第五托盘本体部在所述径向方向上由内向外依次套设且相邻的托盘本体部彼此结合，其中第二至第四托盘本体部的上表面制成所述环形基片承载区，且所述第二至第四托盘本体部的热传导率依次减小。
在本发明的一个实施例中，所述第一托盘本体部由石英制成，所述第二托盘本体部由氮化硼制成，所述第三托盘本体部由碳化钽制成，所述第四和第五托盘本体部由石墨制成。
在本发明的一个实施例中，所述第四和第五托盘本体部成一体。
在本发明的一个实施例中，所述相邻的托盘本体部通过台阶状结构结合。
本发明第二方面实施例的腔室装置，包括：腔室本体，所述腔室本体内限定有工艺腔室；多层托盘，所述多层托盘沿上下方向间隔开设置在所述工艺腔室内，其中所述托盘为根据本发明第一方面实施例所述的托盘。
本发明第三方面实施例的外延设备包括根据本发明第二方面实施例的腔室装置和感应线圈，所述感应线圈沿周向缠绕在所述腔室装置的腔室本体外面。
根据本发明实施例的腔室装置和外延设备，可以有效提高薄膜的光学质量及原材料的利用率，且大大提高产品的良率。
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为根据本发明一个实施例的托盘的主视图；
图2为根据本发明另一实施例的托盘的主视图；
图3为根据本发明又一实施例的托盘的主视图；
图4为根据本发明又一实施例的托盘剖面图；和
图5为根据本发明一个实施例的CVD设备的示意图。
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，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、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。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明的发明人发现了在反应腔室中由于感应线圈磁力线在托盘外围分布稠密，而越向内侧越稀疏，导致托盘外围温度偏高，而中间温度偏低。因此根据本发明的实施例提出了一种托盘100，如图1所示，托盘100包括托盘本体1000。托盘本体1000上具有环形基片承载区1300，位于环形基片承载区1300内侧的内环1200、和位于环形基片承载区1300外侧的外环1400。可以理解的是，内环1200的中心(即托盘100的中心)可以具有中心孔1100。托盘本体1000的上表面上的环形基片承载区1300用于承载基片，环形基片承载区1300的热传导率在托盘本体1000的径向方向上由内向外降低，从而可减小与由于磁力线C(参考图5)分布沿托盘100的径向不均所引起的托盘本体100的温度差，减小基片承载区1300的温度梯度，以提高承载基片区1300的温度均匀性。
在本发明的一个实施例中，环形基片承载区1300的热传导率在径向方向上由内向外逐渐降低。
可选地，环形基片承载区1300的热传导率在径向方向上由内向外以梯度方式降低。在本发明的实施例中可通过多种方式实现梯度方式降低，以下将以具体的实施例进行描述。
图2为根据本发明另一个实施例的托盘100的主视图。如图2所示，托盘100包括托盘本体1000。托盘本体1000包括沿径向从内向外依次排列的中心孔1100、内环1200、环形基片承载区和外环1400。
托盘本体1000可以由石墨一体制成。环形基片承载区在径向方向上分为第一环形基片承载区1310和位于第一环形基片承载区1310外面的第二环形基片承载区1320，第一环形基片承载区1310上设有热传导率大于石墨的热传导率的涂层。在本发明的一个示例中，所述涂层可为SiC涂层、氮化硼涂层或碳化钽涂层等耐高温且化学性质稳定的涂层，其中SiC涂层、氮化硼涂层和碳化钽涂层的热传导率依次降低。SiC涂层具有较高的导热率，80W/M·K。这样当磁力线C通过托盘100时，第一环形基片承载区1310部分由于有SiC涂层，因此具有较高的热导率，升温速率较快，而第二环形基片承载区1320因磁力线C分布密集也具有较高的升温速率，从而使得环形基片承载区温度更为均匀，以达到稳定温场的目的。
如图3所示，根据本发明再一实施例的托盘100，在该实施例中，托盘本体1000可以由石墨一体制成，环形基片承载区分为三个区域，即环形基片承载区在径向方向上由内向外依次分为第一环形基片承载区1310、第二环形基片承载区1320和第三环形基片承载区1330，其中第一环形基片承载区1310上设有第一涂层，第二环形基片承载区1320上设有第二涂层，且第三环形基片承载区1330上未设置涂层，所述第一涂层的热传导率大于所述第二涂层的热传导率，且所述第一涂层的热传导率和所述第二涂层的热传导率均大于石墨的热传导率，例如，所述第一涂层为氮化硼涂层，所述第二涂层为碳化钽涂层，由于氮化硼涂层的热传导率、碳化钽涂层的热传导率和石墨的热传导率依次降低，从而使得第一环形基片承载区1310至第三环形基片承载区1330的导热率依次降低，以使得环形基片承载区温度更为均匀，达到稳定温场的目的。可选地，第一环形基片承载区1310、第二环形基片承载区1320和第三环形基片承载区1330可以依次分别设置SiC涂层、氮化硼涂层和碳化钽涂层。
需要说明的是，在本发明的其他实施例中，环形基片承载区可以分为多个环形基片承载区。
在上述实施例中，内环1200可以选用石英材料，由于石英是绝缘体不会被感应加热，且导热率很低。这样就能在保证衬底部分温度的前提下，大幅度降低内环1200温度，避免了MO(金属有机化合物)源气体在未到达衬底上方前便开始剧烈反应，从而提高气体利用率，并减少副产物对反应腔的污染。
在本发明的实施例中，托盘100可以选用不同材质通过拼接搭嵌构成。如图4所示，为图3所示托盘100的剖面图。托盘本体1000包括第一托盘本体部2100、第二托盘本体部2200、第三托盘本体部2300、第四托盘本体部2400和第五托盘本体部2500，其中，第一托盘本体部2100限定出托盘本体1000的内环，第二托盘本体部2200、第三托盘本体部2300和第四托盘本体部2400限定出环形基片承载区，第五托盘本体部2500限定出托盘本体1000的外环，第一至第五托盘本体部在径向方向上由内向外依次套设且相邻的托盘本体部彼此结合。
在本发明的一个实施例中，第一托盘本体部2100由石英制成，第二托盘本体部2200由导热性较好的材质如氮化硼制成，第三托盘本体部2300由导热性稍差的材质如碳化钽制成，第四托盘本体部2400和第五托盘本体部2500由石墨制成，通过这些部分不同的导热性能可以缩小因磁力线C分布的疏密差异而产生的温差，从而使薄膜生长温度更为均匀。优选地，第四托盘本体部2400和第五托盘本体部2500成一体。
在本发明的一个实施例中，如图4所示，相邻的托盘本体部通过台阶状结构结合，换言之，在相邻的托盘本体部中，一个托盘本体部上形成有凸台，另一托盘本体部上形成有相应的凹部，从而相邻的托盘本体部通过凸台和相应凹部的拼接搭嵌相连。
下面描述本发明实施例的腔室装置，如图5所示，根据本发明实施例的腔室装置包括：腔室本体200和多层托盘，所述腔室本体200内限定有工艺腔室，多层托盘沿上下方向间隔开设置在所述工艺腔室内，其中所述托盘可以为参考上面实施例描述的托盘100。根据本发明实施例的腔室装置的其他部件可以是已知的，这里不再详细描述。
如图5所示，根据本发明实施例的外延设备，包括根据本发明上述实施例所述的腔室装置和感应线圈300，感应线圈300沿周向缠绕设置在所述腔室装置的腔室本体200外面。
根据本发明实施例的外延设备例如可以是CVD设备，更具体而言为MOCVD(金属有机化学气相沉积)设备。
本发明实施例的腔室装置和外延设备可以有效提高薄膜的光学质量及原材料的利用率，且大大提高产品的良率。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“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 (14)
1.一种托盘，其特征在于，包括：托盘本体，所述托盘本体上具有环形基片承载区，所述环形基片承载区的热传导率在所述托盘本体的径向方向上由内向外降低。
2.根据权利要求1所述的托盘，其特征在于，所述环形基片承载区的热传导率在所述径向方向上由内向外逐渐降低。
3.根据权利要求1所述的托盘，其特征在于，所述环形基片承载区的热传导率在所述径向方向上由内向外以梯度方式降低。
4.根据权利要求3所述的托盘，其特征在于，所述托盘本体由石墨一体制成。
5.根据权利要求4所述的托盘，其特征在于，所述环形基片承载区在所述径向方向上分为第一环形基片承载区和位于所述第一环形基片承载区外面的第二环形基片承载区，所述第一环形基片承载区上设置有涂层，且所述涂层的热传导率大于石墨的热传导率。
6.根据权利要求5所述的托盘，其特征在于，所述涂层为SiC涂层、氮化硼涂层、碳化钽涂层之一。
7.根据权利要求4所述的托盘，其特征在于，所述环形基片承载区在所述径向方向上由内向外依次分为第一环形基片承载区、第二环形基片承载区、和第三环形基片承载区，所述第一环形基片承载区上设置有第一涂层，所述第二环形基片承载区上设置有第二涂层，所述第一涂层的热传导率大于所述第二涂层的热传导率，且所述第一涂层的热传导率和所述第二涂层的热传导率均大于石墨的热传导率。
8.根据权利要求7所述的托盘，其特征在于，所述第一涂层为氮化硼涂层，所述第二涂层为碳化钽涂层。
9.根据权利要求3所述的托盘，其特征在于，所述托盘本体包括第一至第五托盘本体部，所述第一至第五托盘本体部在所述径向方向上由内向外依次套设且相邻的托盘本体部彼此结合，其中第二至第四托盘本体部的上表面制成所述环形基片承载区，且所述第二至第四托盘本体部的热传导率依次减小。
10.根据权利要求9所述的托盘，其特征在于，所述第一托盘本体部由石英制成，所述第二托盘本体部由氮化硼制成，所述第三托盘本体部由碳化钽制成，所述第四和第五托盘本体部由石墨制成。
11.根据权利要求9所述的托盘，其特征在于，所述第四和第五托盘本体部成一体。
12.根据权利要求9所述的托盘，其特征在于，所述相邻的托盘本体部通过台阶状结构结合。
13.一种腔室装置，其特征在于，包括：
腔室本体，所述腔室本体内限定有工艺腔室；
多层托盘，所述多层托盘沿上下方向间隔开设置在所述工艺腔室内，其中所述托盘为权利要求1-12中任一项所述的托盘。
14.一种外延设备，其特征在于，包括：
权利要求13所述的腔室装置；和
感应线圈，所述感应线圈沿周向缠绕在所述腔室装置的腔室本体外面。
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