CN208532927U - 一种防止晶圆片衬底翘曲的反应腔体 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种防止晶圆片衬底翘曲的反应腔体。翘曲使得晶圆片的中心位置比边缘位置更靠近加热的石墨盘表面，从而造成晶圆片中心位置的温度高于边缘位置，进而影响外延薄膜的均匀性，降低产品良率，现有MOCVD设备暂无有效构造来避免大尺寸晶圆片的热应力翘曲问题。本实用新型公开了一种防止晶圆片衬底翘曲的反应腔体，其中：所述反应室为具有侧壁的密闭腔，所述反应室顶部设置有进气装置，所述进气装置包含有气体进气道和下底面。本实用新型的优点在于：采用在反应腔体表面镀有高反射膜或作表面抛光处理的方式，使晶圆片上表面接收到反应室侧壁表面和进气装置表面反射回的热辐射，降低晶圆片中心位置和边缘位置的温度差异，从而提高产品良率。
Description
技术领域
本实用新型涉及金属有机化学气相沉积（MOCVD）技术领域，尤其涉及一种防止晶圆片衬底翘曲的反应腔体。
背景技术
MOCVD（金属有机化合物化学气相沉积）是通过将气态反应物种传输至衬底表面，并以热分解的方式在衬底上进行气相外延的技术。MOCVD技术是外延生长发光二极管、激光二极管、光学传感器、场效应晶体管等半导体器件薄膜材料的重要手段。随着半导体加工技术的发展和成本的考量，对应晶圆片直径由传统的2寸逐渐过渡至4寸和6寸，甚至8寸的大小。从而对MOCVD外延生长时控制整个晶圆片的温度均匀性提出了更为严峻的挑战。
现主流使用的MOCVD设备为垂直式结构，气态反应物种III族气体和V族气体及其载气从上方进气装置进入反应室，到达放置在承载盘上的晶圆片衬底表面，承载盘下方为加热装置，将晶圆片衬底加热至气态反应物种所需热分解温度（500-1400oC），反应完成后的副产物从承载盘外围通过抽气泵抽出。
在外延薄膜生长过程中的晶体质量、外观缺陷、掺杂物种的掺杂浓度等都与表面温度直接相关。由于在外延薄膜生长的高温环境下，衬底的上下表面具有温度差异，从而造成晶圆片的热应力翘曲。翘曲使得晶圆片的中心位置比边缘位置更靠近加热的石墨盘表面，从而造成晶圆片中心位置的温度高于边缘位置，进而影响外延薄膜的均匀性，降低产品良率。并且随着晶圆片直径的增大，晶圆片中心位置和边缘位置的温度差异增大，对产品良率的影响更加显著。现有MOCVD设备暂无有效构造来避免大尺寸晶圆片的热应力翘曲问题。
实用新型内容
（一）解决的技术问题
针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种防止晶圆片衬底翘曲的反应腔体，解决MOCVD反应过程中晶圆片的热应力翘曲问题，从而提高产品良率。
（二）技术方案
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种防止晶圆片衬底翘曲的反应腔体，包括反应室、进气装置、晶圆片、托盘、加热装置、排气装置；其中：所述反应室为具有侧壁的密闭腔，所述反应室顶部设置有进气装置，所述进气装置包含有气体进气道和下底面，反应气体和载气由进气道进入所述反应室中，反应室内设置有托盘，托盘的中心区域直接由转轴支撑，托盘上有放置晶圆片的凹槽，晶圆片放置于凹槽中，托盘下方设置有加热装置，用于加热晶圆片达到所需温度，所述反应室侧壁表面和所述进气装置表面镀有高反射膜或作表面抛光处理，以将底部加热装置加热的热辐射反射回托盘和晶圆片表面。
一种防止晶圆片衬底翘曲的反应腔体，其中：所述高反射膜可以是且不仅限于金属镀膜、无机镀膜或复合材料镀膜等的一种或多种组合。
一种防止晶圆片衬底翘曲的反应腔体，其中：所述高反射膜为金属Ag薄层，所述高反射膜的镀膜方式为真空热蒸发沉积，所述高反射膜厚度为100-2000nm。
一种防止晶圆片衬底翘曲的反应腔体，其中：所述表面抛光处理可以是部分表面或全部表面抛光的工艺处理，所述表面抛光处理采用物理或化学抛光方式。
一种防止晶圆片衬底翘曲的反应腔体，其中：所述反应室侧壁表面和所述进气装置表面经过抛光处理后的表面粗糙度介于0.01um-1um之间。
一种防止晶圆片衬底翘曲的反应腔体，其中：所述进气装置的进气道可以是圆孔状、三角型孔状等任意多边型孔状，或者是长条槽状、异型槽状等任意开口形式。
一种防止晶圆片衬底翘曲的反应腔体，其中：所述进气装置表面可以是且不仅限于进气装置底面、进气道之孔或槽的内外表面等暴露在气体中或与其他部件的连接界面。
（三）有益效果
与现有技术相比，本实用新型提供了一种防止晶圆片衬底翘曲的反应腔体，具备以下有益效果：采用在反应腔体表面镀有高反射膜或作表面抛光处理的方式，使晶圆片上表面接收到反应室侧壁表面和进气装置表面反射回的热辐射，并被相应热辐射所加热，造成晶圆片上表面的温度有所提高，从而上下表面的温度差降低，进而改善外延生长时的热应力翘曲，降低晶圆片中心位置和边缘位置的温度差异，从而提高产品良率。
附图说明
图1 为本实用新型的结构示意图。
附图标记：反应室1、进气装置2、晶圆片3、托盘4、加热装置5、排气装置6、转轴7。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
实施例1、请参阅图1，一种防止晶圆片衬底翘曲的反应腔体，包括反应室1、进气装置2、晶圆片3、托盘4、加热装置5、排气装置6；其中：所述反应室1为具有侧壁的密闭腔，所述反应室1顶部设置有进气装置2，所述进气装置2包含有气体进气道和下底面，反应气体和载气由进气道进入所述反应室1中，反应室1内设置有托盘4，托盘4的中心区域直接由转轴7支撑，托盘4上有放置晶圆片3的凹槽，晶圆片3放置于凹槽中，托盘4下方设置有加热装置5，用于加热晶圆片3达到所需温度，所述反应室1侧壁表面和所述进气装置2表面镀有高反射膜或作表面抛光处理，以将底部加热装置5加热的热辐射反射回托盘4和晶圆片3表面。
实施例2、一种防止晶圆片衬底翘曲的反应腔体，其中：所述高反射膜可以是且不仅限于金属镀膜、无机镀膜或复合材料镀膜等的一种或多种组合。其余同实施例1。
实施例3、一种防止晶圆片衬底翘曲的反应腔体，其中：所述高反射膜为金属Ag薄层，所述高反射膜的的镀膜方式为真空热蒸发沉积，所述高反射膜厚度为100-2000nm。其余同实施例1或2。
实施例4、一种防止晶圆片衬底翘曲的反应腔体，其中：所述表面抛光处理可以是部分表面或全部表面抛光的工艺处理，所述表面抛光处理采用化学抛光方式。其余同实施例1。
实施例5、一种防止晶圆片衬底翘曲的反应腔体，其中：所述反应室1侧壁表面和所述进气装置2表面经过抛光处理后的表面粗糙度介于0.01um-1um之间。其余同实施例1或4。
实施例6、一种防止晶圆片衬底翘曲的反应腔体，其中：所述进气装置2的进气道可以是圆孔状、三角型孔状等任意多边型孔状，或者是长条槽状、异型槽状等任意开口形式。其余同实施例1。
实施例7、一种防止晶圆片衬底翘曲的反应腔体，其中：所述进气装置2表面可以是且不仅限于进气装置2底面、进气道之孔或槽的内外表面等暴露在气体中或与其他部件的连接界面。其余同实施例1。
工作原理：
预先将反应室1和进气装置2部件在装配前进行镀高反射膜处理，据文献指出，金属Ag、Au、Al等在红外波段范围可具有95%以上的反射率，高反射膜层采用金属Ag薄层，镀膜方式为真空热蒸发沉积，镀膜厚度为100-2000nm，反应室1和进气装置2在完成镀膜后进行装配，从而在外延薄膜生长时具有反射红外辐射的能力；
同样地，预先将反应室1和进气装置2部件在装配前作表面抛光处理，有研究指出，随着材料表面粗糙度的降低，其对光的反射率逐渐增加，通常所用的反应室1和进气装置2所用材料为不锈钢金属材料，表面抛光处理通常可采用物理抛光和化学抛光的方式，由于反应室1侧壁和进气装置2具有较不规则表面，抛光处理为化学抛光方式。反应室1和进气装置2在完成表面抛光处理后进行装配，从而在外延薄膜生长时具有反射红外辐射的能力。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型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，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种防止晶圆片衬底翘曲的反应腔体，包括反应室（1）、进气装置（2）、晶圆片（3）、托盘（4）、加热装置（5）、排气装置（6）；其特征在于：所述反应室（1）为具有侧壁的密闭腔，所述反应室（1）顶部设置有进气装置（2），所述进气装置（2）包含有气体进气道和下底面，反应气体和载气由进气道进入所述反应室（1）中，反应室（1）内设置有托盘（4），托盘（4） 的中心区域直接由转轴（7）支撑，托盘（4）上有放置晶圆片（3）的凹槽，晶圆片（3）放置于凹槽中，托盘（4）下方设置有加热装置（5），用于加热晶圆片（3）达到所需温度，所述反应室（1）侧壁表面和所述进气装置（2）表面镀有高反射膜或作表面抛光处理，以将底部加热装置（5）加热的热辐射反射回托盘（4）和晶圆片（3）表面。
2.根据权利要求1所述的一种防止晶圆片衬底翘曲的反应腔体，其特征在于：所述高反射膜可以是且不仅限于金属镀膜、无机镀膜或复合材料镀膜等的一种或多种组合。
3.根据权利要求1或2所述的一种防止晶圆片衬底翘曲的反应腔体，其特征在于：所述高反射膜为金属Ag薄层，所述高反射膜的镀膜方式为真空热蒸发沉积，所述高反射膜厚度为100-2000nm。
4.根据权利要求1所述的一种防止晶圆片衬底翘曲的反应腔体，其特征在于：所述表面抛光处理可以是部分表面或全部表面抛光的工艺处理，所述表面抛光处理采用物理或化学抛光方式。
5.根据权利要求1或4所述的一种防止晶圆片衬底翘曲的反应腔体，其特征在于：所述反应室（1）侧壁表面和所述进气装置（2）表面经过抛光处理后的表面粗糙度介于0.01um-1um之间。
6.根据权利要求1所述的一种防止晶圆片衬底翘曲的反应腔体，其特征在于：所述进气装置（2）的进气道可以是圆孔状、三角型孔状等任意多边型孔状，或者是长条槽状、异型槽状等任意开口形式。
7.根据权利要求1所述的一种防止晶圆片衬底翘曲的反应腔体，其特征在于：所述进气装置（2）表面可以是且不仅限于进气装置（2）下底面、进气道之孔或槽的内外表面等暴露在气体中或与其他部件的连接界面。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN114220892A (zh) * | 2021-12-17 | 2022-03-22 | 福建中晶科技有限公司 | 一种led外延用条状复合衬底及其制备方法和制备装置 |
| CN114855267A (zh) * | 2022-07-05 | 2022-08-05 | 苏州长光华芯光电技术股份有限公司 | 一种晶圆外延生长系统及晶圆外延生长方法 |
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