CN112267103B - 一种mocvd装置及其托盘 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种MOCVD装置及其托盘，用于放置衬底，其特征在于，包括：托盘主体，所述托盘主体具有锥形安装孔；托盘组件，所述托盘组件用于与所述衬底的底面贴合，所述托盘组件能够与所述托盘主体的锥形安装孔配合且能够沿所述锥形安装孔的轴向移动，在所述托盘组件相对于所述托盘主体移动过程中能够使所述衬底的底面外露。在取放衬底过程中，可保证衬底的底面外露，通过接触衬底的底面实现取放，不需要接触衬底的正面，保证了衬底的正面的质量；此外，通过移动托盘组件则不需要在托盘上开设孔位，保证了托盘内温度的均匀性。

Description

一种MOCVD装置及其托盘
技术领域
本发明涉及半导体的技术领域，特别涉及一种MOCVD装置及其托盘。
背景技术
金属有机气相化学沉积(MetalOrganic Chemical Vapor Deposition，简称MOCVD)设备，广泛应用于化合物半导体氮化镓、砷化镓、磷化铟、氧化锌等功能结构材料的制备，适合规模化工业生产。MOCVD生长是以有机金属气源(MO源)为反应物质，通过氮气或氢气载气携带到反应室内，在一定压力、温度条件下，在衬底上沉积化合物半导体薄膜，即外延片。
现有的MOCVD自动化取放衬底片时，主要是利用机械手进入工艺腔，但是机械手不能和衬底的正面直接接触，需要通过工艺腔的机构配合完成取放动作。目前通常采用伯努利吸盘取放衬底片，但是托盘上需要设置多个通孔配合伯努利吸盘，防止由于衬底与托盘之间的密封区域形成负压影响取片成功率，但是通孔会影响托盘表面温度均匀性，对工艺结果造成一定影响。
因此，如何提供一种MOCVD装置的托盘，提高取放衬底片的成功率，保证工艺结果，是本技术领域人员亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种MOCVD装置的托盘，提高取放衬底片的成功率，保证工艺结果。本发明还提供了一种具有上述托盘的MOCVD装置。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种MOCVD装置的托盘，用于放置衬底，其包括：
托盘主体，所述托盘主体具有锥形安装孔；
托盘组件，所述托盘组件用于与所述衬底的底面贴合，所述托盘组件能够与所述托盘主体的锥形安装孔配合且能够沿所述锥形安装孔的轴向移动，在所述托盘组件相对于所述托盘主体移动过程中能够使所述衬底的底面外露。
优选的，上述的托盘中，所述托盘主体具有能够与所述衬底配合安装的衬底安装孔，所述衬底安装孔与所述锥形安装孔对接。
优选的，上述的托盘中，所述衬底安装孔与所述锥形安装孔的大端对接，并且所述衬底安装孔的径向尺寸大于所述锥形安装孔的大端的径向尺寸并形成台阶段，所述锥形安装孔的大端的径向尺寸大于所述锥形安装孔的小端的径向尺寸。
优选的，上述的托盘中，所述托盘主体在所述锥形安装孔的小端设置用于支撑所述托盘组件的台阶面。
优选的，上述的托盘中，所述衬底安装孔与所述锥形安装孔的小端相对，并且所述衬底安装孔的径向尺寸不大于所述锥形安装孔小端的径向尺寸。
优选的，上述的托盘中，所述衬底安装孔内设置有用于支撑所述衬底的台阶结构。
一种MOCVD装置，包括具有加热系统和托盘的反应腔，其中，所述托盘为上述任一项所述的托盘。
优选的，上述的MOCVD装置中，所述托盘为两个，且结构相同，并分布在所述加热系统的两侧。
优选的，上述的MOCVD装置中，所述托盘为两个，分别为：
第一托盘，所述第一托盘包括：第一托盘主体，所述第一托盘主体具有第一锥形安装孔和第一衬底安装孔；第一托盘组件，所述第一托盘组件能够与所述第一托盘主体的锥形安装孔配合并能够沿所述第一锥形安装孔的轴向移动；所述第一衬底安装孔与所述第一锥形安装孔的大端对接，并且所述第一衬底安装孔的径向尺寸大于所述第一锥形安装孔的大端的径向尺寸并形成台阶段；
第二托盘，所述第二托盘包括：第二托盘主体，所述第二托盘主体具有第二锥形安装孔和第二衬底安装孔；第二托盘组件，所述第二托盘组件能够与所述第二托盘主体的锥形安装孔配合并能够沿所述第二锥形安装孔的轴向移动；所述第二衬底安装孔与所述第二锥形安装孔的小端相对，并且所述第二衬底安装孔的径向尺寸不大于所述第二锥形安装孔小端的径向尺寸；
所述第一托盘位于所述加热系统的下侧，所述第二托盘位于所述加热系统的上侧，且所述第一衬底安装孔与所述第二衬底安装孔相对布置。
优选的，上述的MOCVD装置中，所述加热系统两侧的反应腔的腔壁上设置有气体分配系统和排气管路。
本发明提供的一种MOCVD装置的托盘，在托盘组件相对于托盘主体移动过程中能够使衬底的底面外露，在取放衬底过程中，可保证衬底的底面外露，通过接触衬底的底面实现取放，不需要接触衬底的正面，保证了衬底的正面的质量；此外，通过移动托盘组件则不需要在托盘上开设孔位，保证了托盘内温度的均匀性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中公开的MOCVD装置的反应腔内部的结构示意图；
图2为本发明实施例中公开的MOCVD装置的反应腔内部的另一种结构示意图；
图3为本发明实施例中公开的MOCVD装置的第一托盘的主视图；
图4为本发明实施例中公开的MOCVD装置的第一托盘的俯视图；
图5为本发明实施例中公开的MOCVD装置的第二托盘的主视图；
图6为本发明实施例中公开的MOCVD装置的第二托盘的俯视图。
具体实施方式
本发明公开了一种MOCVD装置的托盘，提高取放衬底片的成功率，保证工艺结果。本发明还公开了一种具有上述托盘的MOCVD装置。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-图6所示，本申请还公开了一种MOCVD装置的托盘，用于放置衬底，包括：托盘主体和托盘组件。其中，托盘主体具有锥形安装孔，托盘组件用于与衬底的底面贴合，且托盘组件能够与托盘主体的锥形安装孔配合并能够沿锥形安装孔的轴向移动，在托盘组件相对于托盘主体移动过程中能够使衬底的底面外露。采用上述的托盘，取放衬底过程中，可保证衬底的底面外露，通过接触衬底的底面实现取放，不需要接触衬底的正面，保证了衬底的正面的质量；此外，通过移动托盘组件则不需要在托盘上开设孔位，保证了托盘内温度的均匀性。
具体的实施例中，上述的托盘主体具有能够与衬底配合安装的衬底安装孔，该衬底安装孔与锥形安装孔对接。本申请中的衬底安装孔的形状和尺寸与衬底适配即可，在此不做具体限定。本申请的核心在于通过锥形安装孔内的托盘组件移动，而使安装在衬底安装孔内的衬底的底面外露，因此，衬底安装孔与锥形安装孔对接。在实际中，衬底可直接放置在托盘组件上即通过托盘组件支撑或连接衬底的底面。
上述公开的托盘可具体分为两种，其中一者的具体结构为：衬底安装孔与锥形安装孔的大端对接，并且衬底安装孔的径向尺寸大于锥形安装孔的大端的径向尺寸并形成台阶段，具体的，锥形安装孔的大端的径向尺寸大于锥形安装孔的小端的径向尺寸。采用上述设置，衬底安装孔和锥形安装孔的大端形成台阶段，如何设置，可使衬底的径向尺寸大于托盘组件大端的尺寸，保证衬底的底面一部分不会被托盘组件遮挡。在需要放置衬底时，通过沿锥形安装孔的轴向移动托盘组件，使托盘组件外伸于衬底安装孔，然后通过夹持衬底的底面并衬底放置到托盘组件上，再向反方向移动托盘组件，使衬底限定在衬底安装孔内，完成衬底的放置；在需要取出衬底时，可通过托盘组件向锥形安装孔的大端方向移动，使托盘组件将位于衬底安装孔内的衬底顶出，再通过工具夹持衬底的底面，取走衬底，完成取片。
为了实现上述托盘中托盘组件在托盘主体上的限位，放置托盘组件从托盘组件中掉落，本申请中优选的在托盘主体的锥形安装孔的小端设置了用于支撑托盘组件的台阶面。在实际中，采用锥形安装孔，可通过锥形面的尺寸变化完成托盘组件在托盘主体上的限位，即可不需要台阶面结构。
具体的实施例中，上述托盘还可为衬底安装孔与锥形安装孔的小端相对，并且衬底安装孔的径向尺寸不大于锥形安装孔小端的径向尺寸。如此设置，在需要放置衬底时，需要将托盘组件与托盘主体分离，然后通过锥形安装孔将托盘放入衬底安装孔内，在该过程中可夹持衬底的底面，放置衬底时，衬底的底面与锥形安装孔相对，然后再将托盘组件放入托盘主体内，完成衬底的放置；当需要取出衬底时，首先将托盘组件与托盘主体分离露出衬底的底面，然后通过吸盘吸附在衬底的底面，取出衬底，完成取片。
进一步的，将衬底与锥形安装孔的小端相对时，衬底位于托盘组件的下面，为了保证设置在衬底安装孔内的衬底的安装稳定性，在衬底安装孔内设置了用于支撑衬底的台阶结构。在实际中也可增大衬底与衬底安装孔之间的摩擦力，从而保证衬底在衬底安装孔内的安装稳定性。
本领域技术人员可以理解的是，采用上述两种方式的托盘均可不触碰衬底的正面，完成取放衬底，保证了衬底的质量。
进一步的实施例中，上述公开的托盘组件为高均匀性的导热件，例如石墨。由于托盘靠近喷淋头的位置会被反应气体的副产物颗粒附着，而靠近灯管的方向没有副产物颗粒，也就是说托盘主体部分有颗粒物附着，而托盘组件部分无颗粒物附着，所以清洗托盘的时候只需经常清洗托盘主体部分，托盘组件寿命将长于托盘主体，更换时只需要更换托盘主体部分即可，节省了石墨的成本。
此外，本申请还公开了一种MOCVD装置，包括具有加热系统3和托盘的反应腔，其中，该托盘为上述实施例中公开的托盘，因此，具有该托盘的MOCVD装置也具有上述所有技术效果，在此不再一一赘述。
由于现有技术中，为了提高生产效率，通常采用扩大反应腔的横截面积的方式来实现，但是，反应腔的腔室越大，气体和温度的均匀性会越难控制，从而影响了晶片外延的良率。鉴于此，本申请中的MOCVD装置，在反应腔内设置了两个托盘，即通过增加托盘的个数来提高生产效率。具体的，该托盘可为上述实施例中公开的托盘，并且这两个托盘的结构相同，并分布在加热系统的两侧。
在另一实施例中，为了提高生产效率，将托盘设置为两个。结合图1、图3和图5详细说明为：两个托盘分别为第一托盘5和第二托盘6。其中，第一托盘5包括：第一托盘主体52，第一托盘主体52具有第一锥形安装孔和第一衬底安装孔51；第一托盘组件53，第一托盘组件53能够与第一托盘主体52的锥形安装孔配合并能够沿第一锥形安装孔的轴向移动；上述的第一衬底安装孔51与第一锥形安装孔的大端对接，并且第一衬底安装孔51的径向尺寸大于第一锥形安装孔的大端的径向尺寸并形成台阶段，具体的，第一锥形安装孔的大端的径向尺寸大于第一锥形安装孔的小端的径向尺寸。
第二托盘6包括：第二托盘主体62，第二托盘主体62具有第二锥形安装孔和第二衬底安装孔63；第二托盘组件61，第二托盘组件61能够与第二托盘主体62的锥形安装孔配合并能够沿第二锥形安装孔的轴向移动；上述的第二衬底安装孔63与第二锥形安装孔的小端相对，并且第二衬底安装孔63的径向尺寸不大于第二锥形安装孔小端的径向尺寸。
在布置时，第一托盘5上的衬底与第二托盘6上的衬底相对布置，即第一衬底安装孔51和第二衬底安装孔63相对，具体的，第一托盘5位于加热系统3的下侧的腔壁上，并保证第一衬底安装孔51朝向加热系统3，而第二托盘6布置位于加热系统3的上侧的腔壁上，并保证第二衬底安装孔63朝向加热系统3。在现有的腔室面积的前提下充分利用的腔室的上方空间，提高了产能，降低了成本。
在反应腔内的加热系统3的两侧还设置有气体分配系统1和排气管路2，对于气体分配系统1和排气管路2可参考现有集中的气体分配和排气结构进行设置，在此不做详细说明。
优选的，上述公开的加热系统3包括红外加热灯管4，在实际中也可采用其他加热结构，例如电加热结构等，且均在保护范围内。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种MOCVD装置的托盘，用于放置衬底，其特征在于，包括：
托盘主体，所述托盘主体具有锥形安装孔；
托盘组件，所述托盘组件用于与所述衬底的底面贴合，所述托盘组件能够与所述托盘主体的锥形安装孔配合且能够沿所述锥形安装孔的轴向移动，在所述托盘组件相对于所述托盘主体移动过程中能够使所述衬底的底面外露；所述托盘主体具有能够与所述衬底配合安装的衬底安装孔，所述衬底安装孔与所述锥形安装孔对接。
2.根据权利要求1所述的托盘，其特征在于，所述衬底安装孔与所述锥形安装孔的大端对接，并且所述衬底安装孔的径向尺寸大于所述锥形安装孔的大端的径向尺寸并形成台阶段，所述锥形安装孔的大端的径向尺寸大于所述锥形安装孔的小端的径向尺寸。
3.根据权利要求2所述的托盘，其特征在于，所述托盘主体在所述锥形安装孔的小端设置用于支撑所述托盘组件的台阶面。
4.根据权利要求1所述的托盘，其特征在于，所述衬底安装孔与所述锥形安装孔的小端相对，并且所述衬底安装孔的径向尺寸不大于所述锥形安装孔小端的径向尺寸。
5.根据权利要求4所述的托盘，其特征在于，所述衬底安装孔内设置有用于支撑所述衬底的台阶结构。
6.一种MOCVD装置，包括具有加热系统和托盘的反应腔，其特征在于，所述托盘为如权利要求1-5任一项所述的托盘。
7.根据权利要求6所述的MOCVD装置，其特征在于，所述托盘为两个，且结构相同，并分布在所述加热系统的两侧。
8.根据权利要求6所述的MOCVD装置，其特征在于，所述托盘为两个，分别为：
第一托盘，所述第一托盘包括：第一托盘主体，所述第一托盘主体具有第一锥形安装孔和第一衬底安装孔；第一托盘组件，所述第一托盘组件能够与所述第一托盘主体的锥形安装孔配合并能够沿所述第一锥形安装孔的轴向移动；所述第一衬底安装孔与所述第一锥形安装孔的大端对接，并且所述第一衬底安装孔的径向尺寸大于所述第一锥形安装孔的大端的径向尺寸并形成台阶段；
第二托盘，所述第二托盘包括：第二托盘主体，所述第二托盘主体具有第二锥形安装孔和第二衬底安装孔；第二托盘组件，所述第二托盘组件能够与所述第二托盘主体的锥形安装孔配合并能够沿所述第二锥形安装孔的轴向移动；所述第二衬底安装孔与所述第二锥形安装孔的小端相对，并且所述第二衬底安装孔的径向尺寸不大于所述第二锥形安装孔小端的径向尺寸；
所述第一托盘位于所述加热系统的下侧，所述第二托盘位于所述加热系统的上侧，且所述第一衬底安装孔与所述第二衬底安装孔相对布置。
9.根据权利要求7或8所述的MOCVD装置，其特征在于，所述加热系统两侧的反应腔的腔壁上设置有气体分配系统和排气管路。
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