CN102776488B - 化学气相沉积反应腔装置及具有其的化学气相沉积设备 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种化学气相沉积反应腔装置，包括：腔室本体，腔室本体内限定有反应腔室；上陪片，上陪片固定在反应腔室内，且上陪片设有至少一个检测通孔；托盘，托盘位于上陪片之下；旋转机构，旋转机构与托盘相连，且旋转机构用于驱动托盘旋转；和检测仪，检测仪设在腔室本体外且与上陪片的至少一个检测通孔对应。本发明还提出一种化学气相沉积设备。根据本发明的化学气相沉积反应腔装置能够降低检测仪的检测难度，提高检测精度。应用本发明的化学气相沉积设备使温度和成膜厚度检测更为精确，且节省检测时间。另外，本发明实现简单，成本低。

Description

化学气相沉积反应腔装置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，特别涉及一种化学气相沉积反应腔装置及具有其的化学气相沉积设备。

背景技术

金属有机化合物化学气象淀积(MOCVD)作为LED生产工艺过程中的关键设备，其设备成本约占整条生产线投资成本的70％，该设备结构复杂，工艺控制要求极其精准，尤其以蓝光LED多量子井的生长最为典型。

MOCVD设备的核心部分是反应腔室，其工艺过程控制属于热成膜工艺，反应腔内的热场和流场均匀分布是决定外延工艺成败的重要因素。对于温度分布的控制与监测是该设备的一项关键技术，因为温度精度、均匀性和重复性是该工艺高质量成膜的关键因素之一。MOCVD设备一般需要几个小时才能完成一炉完整的工艺过程。单炉工艺周期长，要求反应室内的温度场分布均匀，温度控制精度高。同时对于工艺基片的曲率及生长膜厚的控制也是工艺成败的关键。当前传统的CVD设备中的托盘主要包括以下两种，分别为多片衬底片的大托盘行星结构托盘和托盘为大托盘大气流高速旋转结构托盘。

多片衬底片的大托盘行星结构托盘，其利用大托盘公转和小托盘的自转形成工艺基片的行星式旋转模式，以达到温度及膜厚的均匀性控制。托盘为大托盘大气流高速旋转结构，其利用高速旋转的大托盘及高速的工艺气流场在工艺基片表面成膜，获得较好的工艺均匀性指标。

现有技术的缺点是，对于目前的反应腔来说由于上陪片是高速转动的，因此要穿过上陪片来测量上陪片的下方托盘的温度或基片成膜厚度就非常困难，而且检测也非常不准确。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一。

为此，本发明的目的在于提出一种能够精确检测托盘表面的温度和基片薄膜厚度的化学气相沉积反应腔装置。

本发明的另一目的在于提出一种化学气相沉积设备。

为达到上述目的，本发明一方面的实施例提出一种化学气相沉积反应腔装置，包括腔室本体，所述腔室本体内限定有反应腔室；上陪片，所述上陪片固定在所述反应腔室内，且所述上陪片设有至少一个检测通孔；托盘，所述托盘位于所述上陪片之下；旋转机构，所述旋转机构与所述托盘相连，且所述旋转机构用于驱动所述托盘旋转；和检测仪，所述检测仪设在所述腔室本体外且与所述上陪片的至少一个检测通孔对应。

根据本发明实施例的化学气相沉积反应腔装置，上陪片固定不动且上陪片上设有检测通孔，并且在腔室本体上面设置有检测仪，检测仪与检测通孔对应使检测仪发出的光线能够顺利通过检测通孔，从而准确检测基片的状态，在本发明的示例中，例如，检测仪可以为测温仪和/或膜厚测量仪，进而可以精确地检测基片表面薄膜的厚度和/或者基片的温度，从而保证了能够对化学汽相淀积中的工艺指标随时进行调整或控制。在本发明实施例中，上陪片与反应腔室固定以使测温仪和/或膜厚测量仪与检测通孔始终对应，因此降低测温仪和/或膜厚测量仪的测量响应时间，提高了检测精度。另外，本实施例的化学气相沉积反应腔装置结构简单，可靠性高。

另外，根据本发明的化学气相沉积反应腔装置还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一个实施例中，所述托盘具有中心孔，且所述旋转机构穿过所述托盘的中心孔与所述托盘连接。

在本发明的一个实施例中，所述托盘为多层托盘，且所述多层托盘沿所述反应腔室的轴向竖直排列。

在本发明的一个实施例中，所述的化学气相沉积反应腔装置还包括：固定在所述反应腔室中的上隔热罩和下隔热罩，所述上陪片和所述托盘设置在所述上隔热罩和所述下隔热罩之间。

在本发明的一个实施例中，所述上陪片与所述上隔热罩相连。

在本发明的一个实施例中，所述的化学气相沉积反应腔装置还包括：位于所述下隔热罩和所述托盘之间的下陪片，所述下陪片与所述旋转机构相连。

在本发明的一个实施例中，所述检测仪包括测温仪和/或膜厚测量仪。

在本发明的一个实施例中，所述的化学气相沉积反应腔装置还包括：气体传输机构，所述气体传输机构穿过所述上隔热罩、所述上陪片及所述托盘的中心孔以为所述托盘提供反应气体。

在本发明的一个实施例中，所述上隔热罩通过沿所述上隔热罩周向均匀分布的第一连接杆与所述上陪片相连。

在本发明的一个实施例中，所述上隔热罩和下隔热罩的材料为石英，所述托盘的材料为石墨、SiC、Mo或Mo合金。

本发明第二方面实施例的化学气相沉积设备，包括：化学气相沉积反应腔装置，所述化学气相沉积反应腔装置为上述第一方面实施例的化学气相沉积反应腔装置；控制器，所述控制器与所述化学气相沉积反应腔装置的检测仪相连，所述检测仪将检测结果发送给所述控制器。

根据本发明实施例的化学气相沉积设备，化学气相沉积反应腔装置的检测仪与检测通孔始终对应，作为一个具体的例子，例如检测仪可以为测温仪和/或膜厚测量仪，从而实现反应腔室内对基片的实时温度和/或膜厚度的精确检测，而且节省检测时间，控制器根据检测结果对反应腔室内温度和/或基片表面成薄膜所需工艺气体密度进行控制，以使反应腔室内温度和气体密度达到预定要求，进而提高基片的成膜工艺效果。另外，本发明实施例的化学气相沉积设备结构简单，易于实现。

另外，根据本发明的化学气相沉积设备还可以具有如下附加的技术特征：

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：气体流量控制器，所述气体流量控制器控制所述气体传输机构中反应气体的流量，所述控制器与所述气体流量控制器相连，所述控制器根据所述检测仪的检测结果对所述气体流量控制器进行控制。

在本发明的一个实施例中，所述化学气相沉积设备还包括：加热控制器，所述加热控制器控制感应加热线圈的加热功率，所述控制器与所述加热控制器相连，所述控制器根据所述检测仪的检测结果对所述加热控制器进行控制。

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为本发明实施例的化学气相沉积反应腔装置的结构图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的全部实施例，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。

以下结合附图1首先描述根据本发明实施例的化学气相沉积反应腔装置。

如图1所示，为本发明实施例的化学气相沉积反应腔装置的结构图。本发明实施例的化学气相沉积反应腔装置300包括腔室本体310、上陪片341、托盘343、旋转机构350和检测仪37。其中，有利地，托盘343可以由导电性能好，耐高温，硬度高且化学成分稳定的石墨、SiC、Mo或Mo合金制成。腔室本体310内限定有反应腔室311。上陪片341固定在反应腔室311内，且上陪片341设有至少一个检测通孔。托盘343位于上陪片341之下。旋转机构350与托盘343相连，且旋转机构350用于驱动托盘343旋转。检测仪37设在腔室本体310的上面且与上陪片341的至少一个检测通孔对应。

根据本发明实施例的化学气相沉积反应腔装置300，上陪片341固定不动且上陪片341上设有检测通孔，并且在腔室本体310上面设置有检测仪37，检测仪37与检测通孔对应使检测仪37发出的光线能够顺利通过检测通孔准确检测基片400的状态，从而能够根据基片400的状态对化学汽相淀积中的工艺指标随时进行调整或控制。另外，上陪片341与反应腔室311固定以使检测仪37能够与检测通孔始终对应，因此降低检测仪37的检测响应时间，从而提高了检测精度。本发明实施例的化学气相沉积反应腔装置300的旋转机构350驱动托盘343旋转，可以提高反应腔室311内的气流场和热场分布的均匀性，进而提高基片400的成膜质量。此外，本实施例的化学气相沉积反应腔装置结构简单，可靠性高。

结合图1，在本发明的一个示例中，例如检测仪37可以包括测温仪360和膜厚测量仪370，进而可以精确地检测基片400表面薄膜的厚度或者基片400的温度，从而相应地对化学汽相淀积中反应气体的流量和加热温度进行随时调整或控制。当然，检测仪37可仅包括测温仪360，也可仅包括膜厚测量仪370。另外，在本发明的一个实施例中，测温仪360可为多个，从而可以获得多点的温度以提高检测精度。

此外，上陪片341的检测通孔341与测温仪360和膜厚测量仪370与检测通孔始终对应，因此降低了测温仪360和膜厚测量仪370的测量响应时间，提高了测温仪360和膜厚测量仪370检测精度。

在本发明一个实施例中，例如托盘343的数量还可为多个，且多个托盘沿反应腔室311的轴向排列(图中的上下方向)。由此，多个托盘可以承载更多的基片400并同时对更多的基片400进行沉积薄膜，从而提高本发明实施例的化学气相沉积反应腔装置300的效率。

如图1所示，托盘343例如还可以具有中心孔，使托盘343呈环形，这样，旋转机构350可以穿过托盘343的中心孔与托盘343连接。由此，可提高托盘343的稳定性。

结合图1，优选地，本发明实施例的化学气相沉积反应腔装置300例如还可以包括上隔热罩320和下隔热罩330。上隔热罩320和下隔热罩330固定在反应腔室311中，且上陪片341和托盘343设置在上隔热罩320和下隔热罩330之间。这样，可有效地防止处于上隔热罩320和下隔热罩330之间的空间温度流失，起到保温作用，进而节省能耗。有利地，上隔热罩320可与上陪片341相连。由此，使上隔热罩320同样在反应腔室311内固定不动，更为提高检测仪37的检测精度与检测响应时间。

更为有利地，在本发明的一个实施例中，例如上隔热罩320通过沿上隔热罩320周向均匀分布的连接杆410与上陪片341固定相连。这样，连接杆410均匀分布，提高连接的稳定性，保证上隔热罩320与上陪片341更为固定。当然，本发明的实施例并不限于此，例如，还可以通过其它连接方式使上陪片341与上隔热罩320相连，对连接方式并没有限制。

在本发明的一个优选实施例中，上隔热罩320和下隔热罩330的材料为石英。石英透明，使检测仪37更容易透过上隔热罩320。此外，石英耐高温且绝缘隔热性能好，因此，可以降低反应腔室311中的温度变化，降低能耗，还可防止感应电流辐射反应腔室311的内壁。

如图1所示，例如本发明实施例的化学气相沉积反应腔装置300还可包括下陪片342。下陪片342设置在下隔热罩330和托盘343之间，且下陪片342与旋转机构350相连。由此，旋转机构350驱动下陪片342与托盘343一同旋转，例如，旋转机构350穿过下隔热罩330与托盘343相连用于驱动托盘343旋转，由于下陪片342与托盘342相连，因此也可驱动下陪片342转动。这样，使反应腔室311内的气流场和热场分布更为均匀。

结合图1，在本发明的一个示例中，例如本发明实施例的化学气相沉积反应腔装置300还可包括气体传输机构380。该气体传输机构380穿过上隔热罩320、上陪片341和托盘343的中心孔设置在反应腔室311内，以为托盘343上承载的基片400提供成膜所需反应气体，例如可以为V族气体和III族气体。

根据本发明实施例的化学气相沉积反应腔装置，检测仪37与检测通孔始终对应，保证了检测仪发出的光线能够顺利通过检测通孔准确检测基片400的状态，还可降低检测仪的检测响应时间，提高检测精度。另外，旋转机构驱动托盘旋转使托盘表面的气流场和热场分布更加均匀，进而提高基片的成膜质量。此外，本实施例的化学气相沉积反应腔装置结构简单，可靠性高。

以下描述根据本发明实施例的化学气相沉积设备。

根据本发明实施例的化学气相沉积设备，包括化学气相沉积反应腔装置300(图1中已示出)和控制器。

控制器与检测仪37相连，例如检测仪37可以为测温仪360和/或膜厚测量仪370。其中，测温仪360和/或膜厚测量仪370将检测结果发送给控制器。以下均以测温仪360和/或膜厚测量仪370的情况进行描述。

根据本发明实施例的化学气相沉积设备，化学气相沉积反应腔装置300的检测仪37与检测通孔始终对应，从而实现反应腔室311内对基片400的实时温度和膜厚度的精确检测，而且节省检测时间，控制器根据检测结果对反应腔室311内温度和基片400表面成薄膜所需工艺气体密度进行控制，以使反应腔室内温度和气体密度达到预定要求，进而提高基片400的成膜工艺效果。另外，本发明实施例的化学气相沉积设备结构简单，易于实现。

结合图1，在本发明的一些实施例中，例如该化学气相沉积设备还包括气体流量控制器，其中，气体流量控制器与控制器相连，从而气体流量控制器根据控制器对基片400表面成膜的厚度检测的检测信号控制气体传输机构380中反应气体的流量，使化学气相沉积反应腔装置300内反应气体的密度达到预定值，从而使基片400表面成膜的厚度到达最佳。另外，本发明实施例的气体流量控制器精度高，控制准确。

在本发明的一个示例中，该化学气相沉积设备例如还可包括加热控制器，加热控制器与控制器相连，加热控制器根据控制器检测的托盘343的温度值控制感应加热线圈390的加热功率，使反应腔室311内托盘343表面的温度保持预定值，为MOCVD工艺提供适当的温度，从而使基片400的成膜工艺达到标准。

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，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)

1.一种化学气相沉积反应腔装置，其特征在于，包括：

腔室本体，所述腔室本体内限定有反应腔室；

上陪片，所述上陪片固定在所述反应腔室内，且所述上陪片设有至少一个检测通孔；

托盘，所述托盘位于所述上陪片之下；

旋转机构，所述旋转机构与所述托盘相连，且所述旋转机构用于驱动所述托盘旋转；和

检测仪，所述检测仪设在所述腔室本体外且与所述上陪片的至少一个检测通孔对应。

2.如权利要求1所述的化学气相沉积反应腔装置，其特征在于，所述托盘具有中心孔，且所述旋转机构穿过所述托盘的中心孔与所述托盘连接。

3.如权利要求1所述的化学气相沉积反应腔装置，其特征在于，还包括：

固定在所述反应腔室中的上隔热罩和下隔热罩，所述上陪片和所述托盘设置在所述上隔热罩和所述下隔热罩之间。

4.如权利要求3所述的化学气相沉积反应腔装置，其特征在于，所述上陪片与所述上隔热罩相连。

5.如权利要求3所述的化学气相沉积反应腔装置，其特征在于，还包括：

位于所述下隔热罩和所述托盘之间的下陪片，所述下陪片与所述旋转机构相连。

6.如权利要求1所述的化学气相沉积反应腔装置，其特征在于，所述检测仪包括测温仪和/或膜厚测量仪。

7.如权利要求1所述的化学气相沉积反应腔装置，其特征在于，还包括：

气体传输机构，所述气体传输机构穿过所述上隔热罩、所述上陪片及所述托盘的中心孔以为所述托盘提供反应气体。

8.如权利要求4所述的化学气相沉积反应腔装置，其特征在于，所述上隔热罩通过沿所述上隔热罩周向均匀分布的第一连接杆与所述上陪片相连。

9.如权利要求3所述的化学气相沉积反应腔装置，其特征在于，所述上隔热罩和下隔热罩的材料为石英，所述托盘的材料为石墨、SiC、Mo或Mo合金。

10.一种化学气相沉积设备，其特征在于，包括：

化学气相沉积反应腔装置，所述化学气相沉积反应腔装置为权利要求1-9任一项所述的化学气相沉积反应腔装置；

控制器，所述控制器与所述化学气相沉积反应腔装置中的检测仪相连，所述检测仪将检测结果发送给所述控制器。

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：

气体流量控制器，所述气体流量控制器控制所述气体传输机构中反应气体的流量，所述控制器与所述气体流量控制器相连，所述控制器根据所述检测仪的检测结果对所述气体流量控制器进行控制。

12.如权利要求10或11所述的化学气相沉积设备，其特征在于，还包括：

加热控制器，所述加热控制器控制多个感应加热线圈的加热功率，所述控制器与所述加热控制器相连，所述控制器根据所述检测仪的检测结果对所述加热控制器进行控制。