CN103938186B

CN103938186B - 托盘、mocvd反应腔和mocvd设备

Info

Publication number: CN103938186B
Application number: CN201310024810.6A
Authority: CN
Inventors: 李红
Original assignee: Beijing North Microelectronics Co Ltd
Current assignee: Beijing North Microelectronics Co Ltd
Priority date: 2013-01-23
Filing date: 2013-01-23
Publication date: 2016-12-07
Anticipated expiration: 2033-01-23
Also published as: CN103938186A

Abstract

本发明公开了一种托盘、MOCVD反应腔和MOCVD设备。该托盘包括：托盘基体和设置于所述托盘基体上的衬底，所述托盘基体上设置有凹槽，所述凹槽中放置有导热部件，所述导热部件与所述衬底相接触，所述导热部件的导热系数大于所述托盘基体的导热系数。本发明中，托盘包括托盘基体和设置于托盘基体上的衬底，托盘基体上设置有凹槽，凹槽中放置有导热部件，导热部件与衬底相接触，导热部件的导热系数大于托盘基体的导热系数，由于导热部件的导热性能更好，因此导热部件的表面温度更加均匀，从而能够改善衬底的温度均匀性，提高了托盘加热温度的均匀性。

Description

托盘、MOCVD反应腔和MOCVD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、MOCVD反应腔和MOCVD设备。

背景技术

金属有机物化学气相沉积(Metal Organic Chemical VaporDeposition，简称：MOCVD)是在气相外延生长的基础上发展起来的一种新型外延生长技术，其已经成为制作GaN以及三元和四元薄膜的主要技术。MOCVD技术是化合物半导体材料研究和生产的重要手段，作为微电子工业半导体结构材料批量化生产型设备，其高质量、稳定性、重复性及规模化是其他的半导体材料生长设备无法替代的。MOCVD技术的生长速率中等，且薄膜厚度的控制相对比较精确，最适合于大批量生产发光二极管(LightEmitting Diode，简称：LED)，使用最为广泛，生长的材料和器件质量最高。迄今为止，MOCVD技术是包含III-V、II-VI族化合物半导体和III族氮化物半导体的高质量器件多层结构生长的最灵活、费用最低、效率最高的技术。在MOCVD技术中，加热和温度控制是影响GaN生成的重要条件。MOCVD技术目前的加热方式包括：高频感应加热、辐射加热或者电阻式加热。其中使用最多的是高频感应加热。实现MOCVD技术的设备为MOCVD反应腔，MOCVD反应腔通常是由石英腔体和石墨托盘构成的，为能实现大产能的要求，石墨托盘采用多托盘结构，多托盘结构的MOCVD反应腔是MOCVD的发展方向。对于多托盘结构的MOCVD反应腔，多采用的是感应加热的方式。

图1为现有技术中一种MOCVD反应腔的结构示意图，如图1所示，该MOCVD反应腔包括：腔体1、中央进气装置3、感应线圈4和多个托盘2。中央进气装置3位于腔体1内部的中间位置。托盘2以多层垂直排布的方式设置于腔体1的内部，每个托盘2中均包括衬底(图中未示出)，其中，衬底的材料可以为SiC，衬底上可放置基片，基片的材料为蓝宝石。感应线圈4缠绕于腔体1的外壁上。进气装置3向腔体1内通入反应气体，该反应气体水平流到托盘2上的衬底表面。工艺过程中，托盘2在旋转机构的带动下旋转。图1中的MOCVD反应腔为立式多托盘结构反应腔，其中，托盘2的材料为石墨。这种结构的MOCVD反应腔是在腔体1的外壁上安装感应线圈4，而在腔体1的内部垂直摆放多层托盘2，并且感应线圈4与托盘2是同心放置的。这样感应线圈4产生的磁力线5就会与托盘2垂直相交。当在感应线圈4中通入交变电流时，就会产生交变磁场，从而在托盘2上产生感应电动势，导致托盘2上产生涡流。由于涡流在托盘2中的电阻热效应，因此，托盘2也会被加热。这样当托盘2被加热的时候，衬底上放置的基片也会相应的被加热。

感应加热在水平放置的托盘2上存在集肤效应，即：托盘2上距离感应线圈4较近的位置(即靠近腔体1的位置)磁力线密集，加热温度也较高；托盘2上距离感应线圈4较远的位置(即靠近中央进气装置3的位置)磁力线稀疏，加热温度也较低。因此，磁场中穿过承载装置的磁力线的密度沿托盘2径向分布是不均匀的，这导致托盘2的加热温度不均匀。

发明内容

本发明的目的在于提供一种托盘、MOCVD反应腔和MOCVD设备，通过改变托盘的结构，来有效改善托盘的加热速率和表面温度的均匀性。

为实现上述目的，本发明提供了一种托盘，包括：托盘基体和设置于所述托盘基体上的衬底，所述托盘基体上设置有凹槽，所述凹槽中放置有导热部件，所述导热部件与所述衬底相接触，所述导热部件的导热系数大于所述托盘基体的导热系数。

可选地，所述导热部件的材料为金属或者金属合金。

可选地，所述凹槽的周边形成有边沿。

可选地，所述凹槽的数量为多个，所述凹槽之间形成有石墨楞，所述衬底位于所述边沿和所述石墨楞上。

可选地，所述凹槽的数量为两个，两个所述凹槽对称设置，所述衬底包括二个对半放置的半圆形衬底，每个所述半圆形衬底放置于一个所述凹槽上。

可选地，所述凹槽的数量为一个，所述衬底位于所述边沿上。

可选地，所述托盘基体的中心设置有开孔，所述开孔用于安装旋转轴。

可选地，所述托盘基体的形状为圆柱。

为实现上述目的，本发明提供了一种MOCVD反应腔，包括：腔体、进气装置、感应线圈和多个上述托盘。

为实现上述目的，本发明提供了一种MOCVD设备，包括：上述MOCVD反应腔。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明利用导体在电场中很容易被加热，来产生热量，对托盘温度的不均匀进行补偿；

2、本发明利用导体比石墨的导热性能好的优点，对托盘进行加热，可以使托盘表面的温度均匀性更高。

3、本发明中使用的金属材料都是耐高温、耐腐蚀的特殊材料，在石墨托盘中间只添加部分的金属合金，会节省研发和实际使用的成本。

附图说明

图1为现有技术中一种MOCVD反应腔的结构示意图；

图2为本发明实施例一提供的一种托盘的结构示意图；

图3为图2中的托盘基体的俯视图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提供的托盘、MOCVD反应腔和MOCVD设备进行详细描述。

图2为本发明实施例一提供的一种托盘的结构示意图，图3为图2中的托盘基体的俯视图，如图2和图3所示，该托盘包括：托盘基体11和设置于托盘基体11上的衬底12，托盘基体11上设置有凹槽13，凹槽13中放置有导热部件14，导热部件与衬底12相接触，导热部件14的导热系数大于托盘基体11的导热系数。

衬底12用于承载基片，优选地，基片为蓝宝石基片。衬底12上可放置多个基片。

导热部件14的材料为金属或者金属合金。在实际应用中，导热部件14通常采用耐高温、耐腐蚀的金属或者金属合金。优选地，导热部件14的材料为钨，而托盘基体11的材料为石墨。钨的导热系数为180W/(m*K)，石墨的导热系数为151W/(m*K)。由于钨的导热系数大于石墨的导热系数，因此，导热部件14的导热性能优于托盘基体11的导热性能。

凹槽13的周边形成有边沿15。首先，制备出托盘基体11，托盘基体11的形状为圆柱；然后，在托盘基体11上加工出凹槽13，形成凹槽13的同时，凹槽13的周边形成边沿15；最后，再将导热部件14放入凹槽13中。其中，导热部件14的形状与凹槽13的形状相匹配。

作为一种可实施方式，凹槽13的数量为多个，则凹槽13之间形成有石墨楞16，衬底12位于边沿15和石墨楞16上。本实施例中，优选地，凹槽13的数量为两个，两个凹槽13对称设置，衬底12包括二个对半放置的半圆形衬底，每个半圆形衬底放置于一个对应的凹槽13上。如图3所示，每个半圆形衬底均位于边沿15和石墨楞16上，以图3中石墨楞16上的虚线为界，半圆形衬底分别位于石墨楞16上的虚线两侧，也就是说，两个半圆形衬底在虚线处对接。

考虑到MOCVD工艺的高温度和反应的特殊环境，例如氢气、氨气、反应使用的MO源等，金属材料会在这样的特殊环境中发生化学反应，因此，本发明中衬底12覆盖于边沿15和石墨楞16上可有效避免凹槽13中的导热部件14与外部的工艺气体接触，从而避免了工艺气体与导热部件14发生反应，延长了导热部件14的使用时间。

本实施例中，托盘基体11的中心设置有开孔17，开孔17用于安装旋转轴18。托盘基体11可以在旋转轴18的带动下旋转。此时，位于凹槽13外围的边沿15为外边沿，位于开孔17外围的边沿15为内边沿。

在实际应用中，可选地，凹槽的数量还可以为一个，此时衬底覆盖于边沿上，此种情况未具体画出。

当感应线圈通过产生的磁场对托盘进行加热时，托盘基体被感应加热，这样托盘基体的热量会被传递给导热部件，由于导热部件的导热系数大于托盘基体的导热系数，因此导热部件的导热性能好于托盘基体的导热性能，使得导热部件的表面温度更加均匀，能够很好的改善衬底表面及其上放置的基片的温度均匀性，从而提高了托盘加热温度的均匀性。

本实施例提供的托盘包括托盘基体和设置于托盘基体上的衬底，托盘基体上设置有凹槽，凹槽中放置有导热部件，导热部件与衬底相接触，导热部件的导热系数大于托盘基体的导热系数，由于导热部件的导热性能更好，因此导热部件的表面温度更加均匀，从而能够改善衬底的温度均匀性，提高了托盘加热温度的均匀性。与托盘基体相比导热部件在感应线圈产生的电场中更容易被加热以产生热量，从而提高了托盘的加热速率，且该导热部件可对托盘加热的不均匀进行补偿。本实施例中，导热部件通常采用耐高温、耐腐蚀的金属或者金属合金，因此仅将托盘基体的一部分设置为导热部件，节省了托盘的研发成本和实际生产成本。同时，仅将托盘基体的一部分设置为导热部件，避免了导热部件与工艺气体发生接触，从而避免了工艺气体与导热部件4发生反应，延长了导热部件的使用时间且提高了MOCVD的工艺质量。

本发明实施例二提供了一种MOCVD反应腔，该MOCVD反应腔包括：腔体、进气装置、感应线圈和多个托盘。进气装置可位于腔体内部的中间位置。托盘以多层垂直排布的方式设置于腔体的内部。托盘上承载有基片。感应线圈位于腔体的外部，感应线圈用于产生磁场并通过产生的磁场对托盘进行加热。进气装置位于腔体的内部，进气装置用于向腔体内通入反应气体，该反应气体与衬底表面发生反应。其中，托盘可采用上述实施例一中的托盘，此处不再赘述。

本发明实施例三提供了一种MOCVD设备，该MOCVD设备包括：MOCVD反应腔。MOCVD反应腔可采用上述实施例二中的MOCVD反应腔。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种托盘，其特征在于，包括：托盘基体和设置于所述托盘基体上的衬底，所述托盘基体上设置有凹槽，所述凹槽的周边形成有边沿，所述凹槽中放置有导热部件，所述导热部件与所述衬底相接触，所述导热部件的导热系数大于所述托盘基体的导热系数，所述凹槽的数量为多个，所述凹槽之间形成有石墨楞，所述衬底覆盖于所述边沿和所述石墨楞上。

2.根据权利要求1所述的托盘，其特征在于，所述导热部件的材料为金属或者金属合金。

3.根据权利要求1所述的托盘，其特征在于，所述凹槽的数量为两个，两个所述凹槽对称设置，所述衬底包括二个对半放置的半圆形衬底，每个所述半圆形衬底放置于一个所述凹槽上。

4.根据权利要求1所述的托盘，其特征在于，所述凹槽的数量为一个，所述衬底位于所述边沿上。

5.根据权利要求1所述的托盘，其特征在于，所述托盘基体的中心设置有开孔，所述开孔用于安装旋转轴。

6.根据权利要求1所述的托盘，其特征在于，所述托盘基体的形状为圆柱。

7.一种MOCVD反应腔，其特征在于，包括：腔体、进气装置、感应线圈和多个托盘，所述托盘采用上述权利要求1至6任一所述的托盘。

8.一种MOCVD设备，其特征在于，包括：权利要求7所述的MOCVD反应腔。