CN105296957B - 一种反应腔 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种反应腔，所述反应腔包括腔室主体，所述反应腔还包括支撑筒和至少一个托盘，所述支撑筒设置在所述腔室主体内，所述托盘设置在所述支撑筒的侧壁的外侧，所述托盘能够用于放置基片，所述支撑筒和所述托盘为导体，且所述支撑筒与所述托盘之间绝缘且导热。本发明能够使得MOCVD工艺中托盘对基片加热时的温度场更加均匀，从而能够克服温度场不均导致的基片上的沉积薄膜不均匀的问题。

Description

一种反应腔

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种反应腔。

背景技术

MOCVD(Metal-organic Chemical Vapor Deposition，金属有机化合物气相沉积)是利用金属有机化合物进行金属运输的一种半导体气相外延技术，现已成为光电器件的主要生产手段。

在MOCVD工艺过程中，为了保证沉积薄膜的均匀性，对基片受热时的温度场的均匀性有较高的要求，同时，为了能够批量生产，通常会在反应腔内放置多层托盘以能够同时对多个基片进行MOCVD工艺。

现有的一种MOCVD反应腔结构如图1所示，反应腔1的外部设置有电感线圈2，在反应腔1的内部设置有多层用于放置基片的石墨托盘3，在反应腔1的内部还设置有中央进气装置4，并且在每个石墨托盘的上方设置有进气通道5，在工艺过程中，向电感线圈2中通入交流电，使得石墨托盘3内部产生感应交变涡电流，使得石墨托盘3自身的温度升高变成发热体，对基片进行加热，当温度满足设定要求后，由中央进气装置4通过进气通道5通入特定气体，进行气相沉积。

上述现有技术中采用感应加热的方式使石墨托盘发热，然而，感应电流存在趋肤效应特性，即靠近线圈的石墨托盘的外侧部分的感应电流密度大，发热量大，加热温度高；而远离线圈的石墨托盘内侧部分的感应电流密度小，发热量小，加热温度低。趋肤效应使得石墨托盘的内外侧之间存在温度差。此外，上述现有技术中通入气体时，气体为从石墨托盘的内侧吹向外侧，会进一步导致内侧温度的降低，使得石墨托盘的内外侧温差进一步加大，可能导致沉积的薄膜均匀性无法达到工艺要求。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种反应腔，使得在MOCVD工艺中托盘对基片加热时的温度场更加均匀。

为实现上述目的，本发明提供一种反应腔，所述反应腔包括腔室主体，所述反应腔还包括支撑筒和至少一个托盘，所述支撑筒设置在所述腔室主体内，所述托盘设置在所述支撑筒的侧壁的外侧，所述托盘能够用于放置基片，所述支撑筒和所述托盘为导体，且所述支撑筒与所述托盘之间绝缘且导热。

优选地，所述支撑筒的侧壁的外表面上设置有定位凸起，所述定位凸起的表面上设置有绝缘导热的薄膜，所述托盘设置在所述定位凸起上。

优选地，所述反应腔包括多个托盘，所述托盘为圆环形，所述托盘的内壁上设置有与所述定位凸起数量相等的缺口，所述定位凸起能够穿过所述缺口，所述托盘的底面设置有与所述定位凸起相匹配的凹槽，所述缺口与所述凹槽互相错开。

优选地，所述支撑筒和所述托盘由石墨制成。

优选地，所述反应腔还包括进气通道，所述进气通道能够引导工艺气体从所述托盘的外侧流向所述支撑筒。

优选地，所述进气通道设置在所述腔室主体的侧壁上，所述腔室主体的侧壁上还设置有将所述进气通道与所述腔室主体的内部连通的进气口。

优选地，所述进气口的位置与所述托盘的位置相对应。

优选地，所述支撑筒的侧壁上设置有贯穿该侧壁的排气孔。

优选地，所述腔室主体的顶壁和底壁中的至少一个上设置有排气通道，所述排气通道与所述支撑筒内部相通。

优选地，所述反应腔还包括旋转装置，所述支撑筒与所述旋转装置连接，所述旋转装置能够带动所述支撑筒旋转。

优选地，所述反应腔还包括电感线圈，所述电感线圈设置在所述腔室主体的侧壁外，所述电感线圈用于使所述支撑筒和所述托盘上产生感应电流。

可以看出，本发明将托盘设置在支撑筒的侧壁的外表面上，能够在感应加热时，通过支撑筒的感应发热以及趋肤效应补偿托盘内侧的温度，使得托盘内外侧的温度更加均匀。此外，本发明还通过引导气体的流向为从托盘的外侧至托盘的内侧，能够使得气体将托盘外侧的热量带至托盘内侧，从而进一步使得托盘内外侧的温度更加均匀。本发明克服了现有技术中从腔室中央进气导致托盘内外温差进一步扩大的缺陷，还能够通过上述方式使得MOCVD工艺中托盘对基片加热时的温度场更加均匀。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为现有的MOCVD反应腔结构示例图；

图2为本发明所提供的反应腔结构示例图；

图3为本发明所提供的托盘与支撑筒俯视图；

图4为图3的剖视图；

图5是托盘的俯视图；

图6是图5中所示托盘的A-A剖视图。

附图标记说明

1-反应腔；2-电感线圈；3-石墨托盘；4-中央进气装置；5-进气通道；10-腔室主体；20-支撑筒；21-定位凸起；22-排气孔；30-托盘；31-基片槽；32-缺口；33-凹槽；40-进气通道；41-进气口；50-排气通道；60-旋转装置；61-托架；70-电感线圈。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明提供一种反应腔，如图2至图6所示，该反应腔可以包括腔室主体10、支撑筒20和托盘30，其中，支撑筒20可以设置在腔室主体10内，托盘30可以设置在支撑筒30的侧壁的的外侧，托盘30能够用于放置基片，支撑筒20和托盘30均为导体，且支撑筒20与托盘30之间绝缘并且导热。

在上述结构中，基片可以放置在托盘30上，可以通过感应加热的方式对托盘30进行加热。由于支撑筒20和托盘30均为导体，且支撑筒20和托盘30绝缘隔离，因此在MOCVD工艺中采用感应加热的方式对基片进行加热时，支撑筒20和托盘30均会产生感应电流，且支撑筒20和托盘30中的感应电流均会存在趋肤效应。其中，托盘30的外侧(远离支撑筒20的一侧)感应电流密度大，温度较高，而托盘30的内侧(靠近支撑筒20的一侧)感应电流密度小，温度较低；同样，支撑筒20的外侧(靠近托盘30的一侧)感应电流密度大，温度较高，而支撑筒20的内侧(远离托盘30的一侧)感应电流密度小，温度较低。由于上述结构中托盘30与支撑筒20之间导热，因此，支撑筒20的外侧由于趋肤效应产生的较多的热量会传递至托盘30的内侧，以补偿托盘30的内侧的温度，可见，上述结构能够使得托盘30的内外侧的温度更加均匀，从而使得利用托盘30对基片进行加热时，基片的受热更加均匀。

更进一步地，可以如图4所示，可以在支撑筒20的侧壁的外表面上设置定位凸起21，并在定位凸起21的表面设置绝缘导热的薄膜，将托盘30设置在定位凸起21中。采用上述结构，可以将托盘30固定设置在支撑筒20的侧壁外表面上，同时，在定位凸起21的表面设置绝缘导热的薄膜能够使托盘30与支撑筒20相接触的地方导热，并将托盘30与支撑筒20绝缘隔离，并且可以使托盘30与支撑筒20紧密相邻以能够更好地进行热传递，具体地，在定位凸起21的表面所设置的绝缘导热的薄膜可以但不限于是碳化硅薄膜，为保证托盘30和支撑筒20之间的绝缘效果，也可以在托盘30和支撑筒20的表面均设置碳化硅薄膜。

为了提高MOCVD工艺的效率，优选地，反应腔包括多个托盘30。为了便于安装多个托盘30，优选地，可以如图3、图4、图5和图6所示，托盘30可以为圆环形，托盘30的内壁上设置有与定位凸起21数量相等的缺口32，定位凸起21可以穿过缺口32，托盘30的底面设置有与定位凸起21相匹配的凹槽33，缺口32与凹槽33互相错开。

应当理解的是，将托盘30旋转至特定角度时，定位凸起21可以与缺口32对齐，在将托盘30与支撑筒20组装时，可以首先安装最底层的托盘30，在支撑筒20的上方旋转托盘30，使定位凸起21与缺口32对齐，向下移动托盘30，使最底层定位凸起21上方的各层定位凸起依次穿过缺口32，当托盘到达最底层的定位凸起21上方时，旋转托盘30，使最底层的定位凸起21与凹槽33对齐并卡合在凹槽33内。依次重复上述步骤，从下而上地安装各层托盘30。

托盘30可以设置有用于放置基片的基片槽31，如图3和图5中所示，每个托盘30上都可以设置有多个绕托盘30的纵向轴线均匀分布的基片槽31。

可以理解的是，除上述方式外也可以采用其它结构形成本发明中的托盘，此外，除上述方式外也可以采用其它结构将托盘设置在支撑筒的侧壁的外表面上，本发明对此不做限制，例如，托盘可以包括多个扇环形的托盘片，将多个托盘片环绕支撑筒安装，最终拼成环形的托盘。

如上所述，本发明所提供的反应腔可以包括多个托盘30，具体地，可以如图4所示，该多个托盘30沿竖直方向按预设的间距设置在支撑筒20的侧壁的外表面上。优选地，每个托盘30都对应有进气口41。采用上述结构能够同时对多个基片进行MOCVD工艺，满足了批量生产的要求。

更进一步地，支撑筒20和托盘30可以由石墨制成。石墨具有较好的导电性以及导热性，采用石墨作为支撑筒20和托盘30的材质，可以使得托盘30的内部以及支撑筒20和托盘30之间能够更好地进行热传递，从而时托盘30的温度更加均匀。

进行MOCVD工艺时，所述反应腔与提供反应所需的工艺气体的进气装置相连，相应地，本发明所提供的反应腔还可以包括进气通道40，且可以通过该进气通道40引导工艺气体从托盘30的外侧流向支撑筒20。由于趋肤效应的存在，托盘30内侧温度低于外侧的温度，上述方式中MOCVD工艺中进气时，工艺气体的流向为从托盘30的外侧至支撑筒20(即从托盘30的外侧至托盘30的内侧)，使得气体能够将热量从托盘30的外侧携带至托盘30的内侧，从而能够进一步使得托盘30的内外侧温度更加均匀。与现有技术相比，上述方式不仅能够克服现有技术中的从腔室中央进气导致托盘内外温差进一步扩大的缺陷，还能够弥补托盘内侧的温度，使托盘内外侧的温度更加均匀。

更进一步地，可以如图2所示，进气通道40可以设置在腔室主体10的侧壁上，腔室主体10的侧壁上还可以设置有将进气通道40与腔室主体10的内部连通的进气口41。采用上述结构，可以使得外部供气装置供应的气体能够从进气通道40内通过进气口41流向至腔室主体10的内部，并且，可以使得气体的流向为从托盘30的外侧至托盘30的内侧。具体地，可以从腔室主体10的上部和下部同时向通过进气通道40内送入工艺气体，以使得腔室主体10内的工艺气体更加均匀。

进气通道40可以是形成在腔室主体10的侧壁上的通孔，该进气通道40的轴向方向与腔室主体10的高度方向平行，在进气通道40的靠近托盘30的一侧设置多个进气口41，该进气口41与进气通道40贯通。

或者，可以将腔室主体10的侧壁设置为包括内壁和外壁的两层，内壁和外壁之间的间隔形成为进气通道40，在内壁上设置多个进气口41。

更进一步地，进气口41的位置可以与托盘30的位置相对应。具体地，可以如图2所示，腔室主体10的侧壁上所设置的进气口41可以位于托盘30的斜上方，这样可以便于基片上的沉积薄膜的形成。

更进一步地，支撑筒20的侧壁上可以设置有贯穿该侧壁的排气孔22，这样可以使得气体能够从托盘30的外侧流向托盘30的内侧(即支撑筒20的侧壁外)后能够进一步通过排气孔22流向支撑筒20的内部，从而能够使得MOCVD工艺过程中气流场更加稳定。

为了保证腔室主体10内部压力平衡，并将MOCVD工艺产生的副产物及时排出腔室主体，以确保MOCVD工艺的顺利进行，需要利用排气装置对腔室主体10进行排气。具体地，可以如图2所示，腔室主体的10的顶壁和底壁中的至少一个上设置有排气通道50，该排气通道50可以与支撑筒20的内部相通，该排气通道50与排气装置相连，从而使得气体能够从支撑筒20的内部流向排气通道50后排出至腔室主体10外。通过上述方式，可以使得腔体主体10内气体的流向为从托盘30的外侧流向至支撑筒20的内部后排出至腔室主体10外，具体地，可以在腔室主体10的顶壁或者底壁上设置排气通道50，或者，也可以在腔室主体10的顶壁和底壁上均设置排气通道以使得气流场更加稳定。

更进一步地，本发明所提供的反应腔还可以包括旋转装置60，该旋转装置60可以与支撑筒20连接，使得旋转装置60能够带动支撑筒20旋转以进行MOCVD工艺。具体地，可以如图2所示，将旋转装置60设置在腔室主体10的底壁上，可以在旋转装置60上设置能够随旋转装置同步转动的托架61，并将支撑筒20设置在托架61上。

如上所述，本发明所提供的反应腔的加热方式为感应加热，因此本发明所提供的反应腔还包括电感线圈70，该电感线圈70可以设置在腔室主体10的侧壁外，以在向电感线圈70通电后使得支撑筒20和托盘30上产生感应电流。

上述为对本发明所提供的反应腔进行的描述，可以看出，本发明将托盘设置在支撑筒的侧壁的外表面上，能够在感应加热时，通过支撑筒的感应发热以及趋肤效应补偿托盘内侧的温度，使得托盘内外侧的温度更加均匀。此外，本发明还通过引导气体的流向为从托盘的外侧至托盘的内侧，能够使得气体将托盘外侧的热量带至托盘内侧，从而进一步使得托盘内外侧的温度更加均匀。本发明克服了现有技术中从腔室中央进气导致托盘内外温差进一步扩大的缺陷，还能够通过上述方式使得MOCVD工艺中托盘对基片加热时的温度场更加均匀，从而能够克服温度场不均导致的基片上的沉积薄膜不均匀的问题。

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 (11)

1.一种反应腔，所述反应腔包括腔室主体，其特征在于，所述反应腔还包括支撑筒和至少一个托盘，所述支撑筒设置在所述腔室主体内，所述托盘设置在所述支撑筒的侧壁的外侧，所述托盘能够用于放置基片，所述支撑筒和所述托盘为导体，且所述支撑筒与所述托盘之间绝缘且导热，所述支撑筒与所述托盘通过感应加热的方式进行加热。

2.根据权利要求1所述的反应腔，其特征在于，所述支撑筒的侧壁的外表面上设置有定位凸起，所述定位凸起的表面上设置有绝缘导热的薄膜，所述托盘设置在所述定位凸起上。

3.根据权利要求2所述的反应腔，其特征在于，所述反应腔包括多个托盘，所述托盘为圆环形，所述托盘的内壁上设置有与所述定位凸起数量相等的缺口，所述定位凸起能够穿过所述缺口，所述托盘的底面设置有与所述定位凸起相匹配的凹槽，所述缺口与所述凹槽互相错开。

4.根据权利要求1所述的反应腔，其特征在于，所述支撑筒和所述托盘由石墨制成。

5.根据权利要求1所述的反应腔，其特征在于，所述反应腔还包括进气通道，所述进气通道能够引导工艺气体从所述托盘的外侧流向所述支撑筒。

6.根据权利要求5所述的反应腔，其特征在于，所述进气通道设置在所述腔室主体的侧壁上，所述腔室主体的侧壁上还设置有将所述进气通道与所述腔室主体的内部连通的进气口。

7.根据权利要求6所述的反应腔，其特征在于，所述进气口的位置与所述托盘的位置相对应。

8.根据权利要求1所述的反应腔，其特征在于，所述支撑筒的侧壁上设置有贯穿该侧壁的排气孔。

9.根据权利要求8所述的反应腔，其特征在于，所述腔室主体的顶壁和底壁中的至少一个上设置有排气通道，所述排气通道与所述支撑筒内部相通。

10.根据权利要求1-9中任意一项所述的反应腔，其特征在于，所述反应腔还包括旋转装置，所述支撑筒与所述旋转装置连接，所述旋转装置能够带动所述支撑筒旋转。

11.根据权利要求1-9中任意一项所述的反应腔，其特征在于，所述反应腔还包括电感线圈，所述电感线圈设置在所述腔室主体的侧壁外，所述电感线圈用于使所述支撑筒和所述托盘上产生感应电流。