CN102732861B - 托盘及具有其的化学气相沉积设备 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种托盘，包括：托盘本体；多个安装槽，所述多个安装槽沿所述托盘本体的周向设置；多个小托盘，每个所述小托盘对应地设置在一个安装槽中，其中，所述托盘本体由绝缘材料构成，所述多个小托盘由导热且导电的材料构成。本发明还提出一种具有上述托盘的化学气相沉积设备。根据本发明的化学气相沉积设备，由于感应电流的回转半径变小，使托盘表面温度更为均匀，从而提高化学气相沉积设备对基片进行工艺的温度均匀性。另外，本发明设计简单，易于实现。

Description

托盘及具有其的化学气相沉积设备

技术领域

本发明涉及微电子技术领域，特别涉及一种托盘及具有其的化学气相沉积设备。

背景技术

MOCVD(金属有机化合物化学气相淀积)温度均匀性，尤其是承载基片的托盘上温度均匀性对于工艺性能具有很重要的作用，为了达到该温度均匀性各厂家采用不同的加热方式和相应的托盘结构。如现有喷淋头结构反应腔采用电阻丝加热整个石墨大托盘，通过分区电阻丝实现托盘温度均匀性。现有行星式结构采用感应加热整个石墨大托盘，大托盘上承载可自转的小托盘，通过小托盘自转来实现小托盘内较好的温度均匀性。上述两种反应腔对应的托盘结构能保证工艺沉积区域的温度均匀性，但在提高产能方面相对局限性大。

现有技术的缺点是，由于感应加热的特性：即离线圈越近，磁力线越密，感应电流密度越大，能加热到的温度越高；离线圈越远，磁力线越疏，感应电流密度越小，能加热到的温度越低。因此托盘的温度从边缘到中心逐渐降低，从而导致托盘的加热温度不均匀，因此很难达到膜层生长的工艺要求。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一，特别是解决托盘加热温度不均匀的缺陷。

为此，本发明的目的在于提出一种使加热温度更为均匀的托盘。

本发明的另一目的在于提出一种具有上述托盘的化学气相沉积设备。

为达到上述目的，本发明一方面的实施例提出一种托盘包括：托盘本体；多个安装槽，所述多个安装槽沿所述托盘本体的周向设置，优选均匀设置；多个小托盘，每个所述小托盘对应地设置在一个安装槽中，其中，所述托盘本体由绝缘材料构成，所述多个小托盘由导热且导电的材料构成。

根据本发明实施例的托盘，由于托盘本体绝缘且小托盘导热且导电，因此托盘本体不会被感应线圈感应加热，这样只有导热且导电的小托盘才会形成回转感应电流，从而加热小托盘。这样，电流流过区域就集中在小托盘上，回转半径变小，因此本发明实施例的托盘能够极大地降低温度差异性。

在本发明的一个实施例中，所述小托盘在所述安装槽中可转动。

在本发明的一个实施例中，所述多个安装槽均匀设置在所述托盘本体的周向边缘处以使所述多个小托盘的边缘凸出所述托盘本体且与反应腔内壁接触，且所述多个小托盘的边缘设有第一啮合部件，所述第一啮合部件与设置在所述反应腔内壁的第二啮合部件相互匹配。

在本发明的一个实施例中，所述小托盘和所述安装槽之间涂覆有润滑油。

在本发明的一个实施例中，所述小托盘和所述安装槽之间具有间隙，且所述安装槽中设有顶针，所述小托盘的底部与所述顶针接触。

在本发明的一个实施例中，所述绝缘材料包括石英、陶瓷，所述导热且导电的材料包括石墨、SiC、Mo或Mo合金。

在本发明的一个实施例中，如果所述导热且导电的材料为石墨，则所述小托盘表面还涂覆有SiC或氮化硼涂层。

本发明第二方面的实施例提出一种化学气相沉积设备，包括：反应腔，所述反应腔包括反应腔外壁和反应腔内壁，所述反应腔内壁限定有反应空间；设置在所述反应腔外壁之外的多个感应线圈；和一个或多个托盘，所述一个或多个托盘设置在所述反应空间之中，所述一个或多个托盘为上述第一方面实施例的托盘。

根据本发明实施例的化学气相沉积设备，多个感应线圈对化学气相沉积设备的小托盘进行感应加热，使得在每个小托盘上的感应电流回转半径变小，从而使小托盘的表面温度相对均衡，进而提高反应腔对生长的工艺要求。

在本发明的一个实施例中，所述多个托盘在所述反应空间内竖直地或水平地等间隔设置。

在本发明的一个实施例中，所述的化学气相沉积设备还包括：转轴，所述转轴穿过所述多个托盘的中心以带动所述多个托盘转动；和第一电机，所述第一电机控制所述转轴在第一方向上以第一转速转动。

在本发明的一个实施例中，所述化学气相沉积设备还包括：第二电机，所述第二电机带动所述反应腔内壁在第二方向上以第二转速转动。

在本发明的一个实施例中，所述第一方向和第二方向相同，且所述第一转速大于所述第二转速。

本发明附加的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

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明实施例的托盘结构的俯视图；

图2A为感应电流在传统托盘内的回转路径示意图；

图2B为感应电流在本发明实施例的托盘内的回转路径示意图；

图3为本发明一个优选实施例的托盘结构俯视图；以及

图4为本发明实施例反应腔内设置多个托盘的示意图。

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，而不能解释为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“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，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

下面结合附图首先描述根据本发明实施例的托盘。

如图1所示，为本发明实施例的托盘结构的俯视图。根据本发明实施例的托盘100包括托盘本体110、多个安装槽(图中未示出)和多个小托盘120。其中，所述多个安装槽沿所述托盘本体110的周向均匀设置。多个小托盘120的每个所述小托盘对应地设置在一个安装槽中。其中，所述托盘本体110由绝缘材料构成，所述多个小托盘120由导热且导电的材料构成，例如，所述绝缘材料可以为石英、陶瓷等，所述导热且导电的材料可以为石墨、SiC、Mo或Mo合金，由于石英成本低，加工简单，绝缘能力强且耐高温，石墨易于被感应加热，硬度大，导电能力强且熔点相对较高，所以优选地，在本发明的一个实施例中，绝缘材料为石英，导热且导电的材料由石墨制成。如果导热且导电的材料为石墨，则所述小托盘表面还涂覆有SiC或氮化硼涂层。

结合图2A和图2B，其中，图2A为感应电流在传统托盘内的回转路径示意图，图2B为感应电流在本发明实施例的托盘内的回转路径示意图。从图2A中可以看出，传统的托盘本体采用可导热且导电的材料制成，因此在感应线圈的作用下是感应电流在托盘本体内形成一个回转电流210，而图2B所示的本发明实施例的托盘由于托盘本体为绝缘材料，从而感应电流在每个小托盘内形成回转电流121，明显地，回转电流121的回转半径小于回转电流210的回转半径，因此使温度更为均匀。

结合图1和图2B，根据本发明实施例的托盘100，由于托盘本体110绝缘且小托盘120导热且导电，因此托盘本体110不会被感应线圈感应加热，这样只有导热且导电的小托盘120才会形成回转感应电流，从而加热小托盘120。这样，电流流过区域就集中在小托盘120上，回转半径变小，因此能够极大地降低小托盘表面的温度差异性，从而达到基片表面MOCVD外延生长的工艺要求。

如图1或图2B所示，在本发明的一些实施例中，所述小托盘120在所述安装槽中可转动。小托盘120在安装槽内发生自转，所以使小托盘本身局部受热扩散以使小托盘表面温度更为均匀。然而由于自转使得小托盘120和安装槽之间发生摩擦，不但阻碍小托盘120的转动，而且使小托盘120磨损安装槽，缩短其使用寿命，因此，优选地，在所述小托盘120和所述安装槽之间涂覆有润滑油，所述润滑油具有耐高温，导电且不与所述小托盘的材料发生化学反应的特点，润滑油减少小托盘120与安装槽之间的摩擦系数。

如图3所示，为本发明一个优选实施例的托盘结构俯视图。在本发明的一个优选实施例中，所述多个安装槽均匀设置在所述托盘本体310的周向边缘处以使所述多个小托盘320的边缘凸出所述托盘本体310且与反应腔内壁接触，且所述多个小托盘320的边缘设有第一啮合部件，如齿轮等，所述第一啮合部件与设置在所述反应腔内壁的第二啮合部件相互匹配。小托盘320的边缘突出托盘本体310一部分，并且在小托盘320的边缘设置有第一啮合部件，所述第一啮合部件与设置在所述反应腔内壁的第二啮合部件相互匹配以使反应腔转动过程通过第一啮合部件和第二啮合部件带动小托盘发生自转，进一步提高了小托盘表面的温度均匀性。

优选地，为了更加减小小托盘320与托盘本体310之间摩擦，可在小托盘320和所述安装槽之间预留一定的间隙减少小托盘320与托盘本体310之间的连接，通过在所述安装槽中预先设置的顶针穿过所述间隙与小托盘320的底部接触，这样，小托盘320与托盘本体310之间通过顶针接触，在减少摩擦的同时使小托盘转动更为方便。

根据本发明实施例的托盘，通过减少感应电流的回转半径和使小托盘自转的方式能够很好的解决小托盘表面温度不均匀的问题，使基片的MOCVD的制作工艺更为精确。

下面结合附图描述根据本发明实施例的化学气相沉积设备。

本发明实施例的托盘既可用于单托盘的反应腔也可用于多托盘的反应腔。由于在多托盘的反应腔中通过反应腔的侧壁的感应线圈对反应腔内的多个托盘进行加热，因此其温度不均匀的问题更加明显。如图4所示，为本发明实施例反应腔内设置多个托盘的示意图。本发明实施例的化学气相沉积设备包括反应腔410、设置在反应腔410之内的多个托盘420、多个感应线圈430和工艺气体运输装置440。

其中，所述反应腔410包括反应腔外壁和反应腔内壁，所述反应腔内壁限定有反应空间。多个感应线圈430设置在所述反应腔外壁外侧。多个托盘420设置在反应空间之中，多个托盘420为上述第一方面实施例的托盘。多个托盘420在反应空间内竖直地且等间隔设置。反应腔内同时设置多个托盘能够同时加工更多的基片，提高工作效率。通过本发明实施例的托盘能够有效改善在图4所示的反应腔中多托盘的温度均匀性。

根据本发明实施例的化学气相沉积设备，多个感应线圈对化学气相沉积设备的小托盘进行感应加热，使得在每个小托盘上的感应电流回转半径变小，从而使小托盘的表面温度相对均衡，进而提高反应腔对MOCVD外延生长的工艺要求。

在本发明的一个实施例中，所述的化学气相沉积设备还包括转轴和第一电机。

其中，所述转轴穿过所述多个托盘的中心以带动所述多个托盘转动。所述第一电机控制所述转轴在第一方向上以第一转速转动。如图3所示，转轴垂直穿过托盘中心的圆孔330且与所述托盘本体固定连接，从而在第一电机的驱动下使托盘本体310沿着转动，使托盘加热更为均匀。

另外，托盘本体310上设置的小托盘320本身自转也可提高加热均匀性，所以优选地，还可以在所述化学气相沉积设备中增加第二电机，所述第二电机带动所述反应腔内壁在第二方向上以第二转速转动。结合图3，第二电机驱动反应腔内壁以第二转速转动，同时小托盘320的第一啮合部件与设置在所述反应腔内壁的第二啮合部件相互匹配以使在反应腔内壁转动过程中通过第一啮合部件和第二啮合部件带动小托盘320发生自转，进一步提高了小托盘表面的温度均匀性。

优选地，在本发明的一个实施例中，所述第一方向和第二方向相同，且所述第一转速大于所述第二转速。小托盘本身的自转速度小于托盘本体的转速，防止由于小托盘转速过快使基片甩落，同时防止由于小托盘转速过快而扰乱反应腔内气流场。

根据本发明实施例的化学气相沉积设备，第一电机带动托盘本体转动，第二电机带动小托盘转动，使反应腔内小托盘表面的温度均衡，从而使基片的外延生长过程达到理想的工艺要求。另外，本发明实施例的化学气相沉积设备设计简单，成本低，且易操作。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神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，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (12)

1.一种托盘，其特征在于，包括：

托盘本体；

多个安装槽，所述多个安装槽沿所述托盘本体的周向设置；

多个小托盘，每个所述小托盘对应地设置在一个安装槽中，

其中，所述托盘本体由绝缘材料构成，所述多个小托盘由导热且导电的材料构成，通过将电流流过区域集中在小托盘上，减小回转电流的电流半径，实现降低所述小托盘表面的温度差异。

2.如权利要求1所述的托盘，其特征在于，所述小托盘在所述安装槽中可转动。

3.如权利要求2所述的托盘，其特征在于，所述多个安装槽均匀设置在所述托盘本体的周向边缘处以使所述多个小托盘的边缘凸出所述托盘本体且与反应腔内壁接触，且所述多个小托盘的边缘设有第一啮合部件，所述第一啮合部件与设置在所述反应腔内壁的第二啮合部件相互匹配。

4.如权利要求3所述的托盘，其特征在于，所述小托盘和所述安装槽之间涂覆有润滑油。

5.如权利要求3所述的托盘，其特征在于，所述小托盘和所述安装槽之间具有间隙，且所述安装槽中设有顶针，所述小托盘的底部与所述顶针接触。

6.如权利要求1-5任一项所述的托盘，其特征在于，所述绝缘材料包括石英、陶瓷，所述导热且导电的材料包括石墨、SiC、Mo或Mo合金。

7.如权利要求1所述的托盘，其特征在于，所述小托盘的材料为表面涂覆有SiC或氮化硼涂层的石墨。

8.一种化学气相沉积设备，其特征在于，包括：

反应腔，所述反应腔包括反应腔外壁和反应腔内壁，所述反应腔内壁限定有反应空间；

设置在所述反应腔外壁之外的多个感应线圈；和

一个或多个托盘，所述一个或多个托盘设置在所述反应空间之中，所述一个或多个托盘包括如权利要求1-7任一项所述的托盘。

9.如权利要求8所述的化学气相沉积设备，其特征在于，所述多个托盘在所述反应空间内竖直地或水平地等间隔设置。

10.如权利要求9所述的化学气相沉积设备，其特征在于，还包括：

转轴，所述转轴穿过所述多个托盘的中心以带动所述多个托盘转动；和

第一电机，所述第一电机控制所述转轴在第一方向上以第一转速转动。

11.如权利要求10所述的化学气相沉积设备，其特征在于，还包括：

第二电机，所述第二电机带动所述反应腔内壁在第二方向上以第二转速转动。

12.如权利要求11所述的化学气相沉积设备，其特征在于，所述第一方向和第二方向相同，且所述第一转速大于所述第二转速。