反应腔装置及具有其的基片处理设备的制作方法

专利名称：反应腔装置及具有其的基片处理设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及微电子技术领域，特别设计一种反应腔装置及具有该反应腔装置的基片处理设备。
背景技术：
化学气象淀积(CVD)设备被广泛应用于半导体，LED，液晶等行业。利用CVD设备可以在不同种类的基片表面上制备薄膜。在LED行业，一般利用MOCVD设备(CVD设备中的一种)来生产外延片。利用CVD设备生产外延片之前需要通过气体导入装置把工艺气体导入工艺腔，并使其流经基片表面。由于基片已被加热到了工艺所需的温度，工艺气体在流经基片的表面上方时会发生高温化学反应，其反应的生成物会沉积在基片表面并形成薄膜。 由于工艺气体之间的高温化学反应在生成所需的组分之外，还会同时生成许多影响薄膜质量的反应副产物。当化学反应的副产物达到一定的浓度以上就会严重阻碍所期待的化学反应，并影响薄膜界面的陡峭度。
因此，如何快速排出工艺气体之间的化学反应副产物是当前CVD设备面临的困难。而当前的MOCVD设备都是通过增大工艺腔的抽气能力(使用大型干泵)，来快速排出工艺气体之间的化学反应副产物。然而，提高抽气能力来快速排出各种副产物的同时也造成了大量未反应的工艺气体的浪费。发明内容
本发明旨在至少解决上述技术问题之一。
为此，本发明的一个目的在于提出一种反应腔装置，该反应腔装置可有效地防止反应气体反应后的副产物对基片成膜的影响。另外，还具有节省反应气体的优点。
本发明的另一目的在于提出一种基片处理设备，该基片处理设备降低反应气体的副广物对基片成I旲的影响，提升基片成I旲的工艺指标，还能够提闻反应气体利用率，提闻该基片处理设备的使用效率。
为实现上述目的，本发明第一方面提出的反应腔装置，包括腔室本体，所述腔室本体内限定有反应腔室；托盘，所述托盘设置在所述反应腔室之中且可转动；和进气装置， 所述进气装置用于在所述腔室本体之中形成相互交替的第一气体区域和第二气体区域，其中，在所述第一气体区域之中通入工艺气体，在所述第二气体区域之中通入隔离气体，其中，位于所述托盘上的基片随托盘的转动交替通过所述第一气体区域和第二气体区域。
根据本发明实施例的反应腔装置，工艺气体和隔离气体通过相互交替的方式通入到反应腔室内，具体地，可沿反应腔室的周壁交互通入工艺气体和隔离气体，由此两种气体可以在反应腔室内形成相互交替的两个区域(如工艺气体形成的第一气体区域和隔离气体形成的第二气体区域)，多个第一气体区域被第二气体区域隔离开，可以理解为在反应过程中，每个第一气体区域内的工艺气体都是单独进行反应的，因此可有效的减少化学反应副产物的交叉污染，且在工艺气体和隔离气体交互流过基片表面的过程中，隔离`气体可以对基片在工艺气体中形成的薄膜进行横向扩散，避免基片薄膜的纵向生长，这样，有利于薄膜的平坦化，且隔离气体还能够清扫基片表面的工艺副产物，进而保证薄膜的质量。另外， 由于隔离气体对基片成膜的帮助，使工艺气体副产物对基片成膜的损害相对减小，因此，该反应腔装置对气体排放到外界的速度要求降低，这样，可以有效地降低工艺气体的流速，进而提升工艺气体的利用率。
另外，根据本发明的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，所述第一气体区域的面积大于所述第二气体区域的面积。
在本发明的一个实施例中，所述托盘为环形，所述托盘具有中心孔。
在本发明的一个实施例中，所述进气装置包括第一进气组件，所述第一进气组件设置在所述腔室本体的内壁与外壁之间，且所述第一进气组件包括交替分布的第一气体喷口和第二气体喷口，其中，所述第一气体喷口喷出工艺气体，所述第二气体喷口喷出隔离气体。
在本发明的一个实施例中，所述反应腔装置还包括第一排气组件，所述第一排气组件位于所述托盘的中心孔之内。
在本发明的一个实施例中，所述进气装置包括第二进气组件，所述第二进气组件为筒状，且设置在托盘的中心孔之内，且所述第一进气组件包括交替分布的第三气体喷口和第四气体喷口，其中，所述第三气体喷口喷出工艺气体，所述第四气体喷口喷出隔离气体。
在本发明的一个实施例中，所述反应腔装置还包括第二排气组件，所述第二排气组件设置在所述腔室本体的内壁与外壁之间以将所述反应腔室与外界连通。
在本发明的一个实施例中，所述托盘的材料为石墨，且所述托盘之外涂覆有SiC镀膜。
在本发明的一个实施例中，所述腔室本体的顶壁、底壁和周壁均设有水冷装置。
在本发明的一个实施例中，所述的反应腔装置还包括位于每个所述托盘之下的加热器以为所述托盘进行加热。
在本发明的一个实施例中，所述的反应腔装置还包括位于所述加热器之下的防护板。
在本发明的一个实施例中，所述的反应腔装置还包括一个或多个第五气体喷口， 所述一个或多个第五气体喷口设置在所述腔室本体的内壁与外壁之间，且所述一个或多个第五气体喷口位于所述加热器之下。
在本发明的一个实施例中，所述的反应腔装置还包括位于所述一个和多个托盘之上的整流片；和升降电机，所述升降电机控制所述整 流片竖直移动。
在本发明的一个 实施例中，所述的反应腔装置还包括磁流体密封装置，所述磁流体密封装置与所述托盘相连；和旋转电机，所述旋转电机通过同步带与所述磁流体密封装置相连，且带动所述磁流体密封装置转动。
本发明第二方面的实施例提出的基片处理设备包括反应腔装置，所述反应腔装置为上述第一方面实施例提出的反应腔装置；和控制器，所述控制器控制所述托盘的转速。
根据本发明实施例的基片处理设备，不仅可以有效的减少化学反应副产物的交叉污染，且在工艺气体和隔离气体交互流过基片表面的过程中，隔离气体可以对基片在工艺气体中形成的薄膜进行横向扩散，避免基片薄膜的纵向生长，这样，有利于薄膜的平坦化， 且隔离气体还能够清扫基片表面的工艺副产物，进而保证薄膜的质量。另外，该基片处理设备可以有效地降低工艺气体的流速，进而提升工艺气体的利用率，相应地，也会有效地提高基片处理设备的使用率。
另外，根据本发明的基片处理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，所述控制器还控制所述反应腔装置的升降电机以控制所述整流片和所述托盘之间的距离。通过调节整流片和托盘之间的距离，可以有效地调整气流场对托盘的扰动，因此，可以增强托盘的高速旋转所带来的温度补偿效果，进而提高托盘表面的温度均匀性。
本发明的附加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。


本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中
图1为本发明实施例的反应腔装置的结构图2为本发明一个具体实施例的反应腔装置的结构图3为图2所示反应腔装置沿图2所示的A向的剖面图4为本发明另一实施例的反应腔装置的剖面图；以及
图5为图4所示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，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“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，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个 元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以下结合附图1-4首先描述根据本发明实施例的反应腔装置。
如图1所示，为本发明实施例的反应腔装置的结构图。图2为本发明另一实施例的反应腔装置的结构图。根据本发明实施例的反应腔装置包括腔室本体110、托盘120和进气装置。在图1中，仅示出了具有一个托盘120的情况，以下实施例均以一个托盘120为例进行说明，但本发明实施例还可用于多个托盘的情况。
其中，腔室本体110内限定有反应腔室111。托盘120设置在反应腔室111之中且可转动。在本发明的一个实施例中，例如托盘120可以由石墨或者SiC制成，如果托盘120 的材料为石墨，则可在托盘120之外涂覆有SiC镀膜。这样，可以使托盘120具有相对更好的导热性能。
本发明实施例的进气装置用于在所述腔室本体之中形成相互交替的第一气体区域和第二气体区域，其中，在所述第一气体区域之中通入工艺气体，在所述第二气体区域之中通入隔离气体。也就是说，工艺气体和隔离气体通过相互交替的方式通入到反应腔室内， 由此两种气体可以在反应腔室内相对形成相互交替的如第一气体区域第二气体区域的气体区域，例如，如图3中由虚线所组成的第一气体区域为扇形区域1311和由虚线所组成的第二气体区域，如扇形区域1321。
如图1所示,在本发明的一个示例中,进气装置包括进气组件130,对应地,反应腔装置包括排气组件133，进气组件130设置在腔室本体110的周壁114内，具体地设置在内壁与外壁之间，结合图3，进气组件130分别包括交替分布的气体喷口 131和气体喷口 132， 在该实施例中，从气体喷口 131向反应腔室111内通入工艺气体，例如可以为MO+载气和 NH3气体。从气体喷口 132向反应腔室111内通入隔离气体，如N2或者H2气体。结合图1， 该实施例中的排气组件133位于托盘120的中心孔之内且为筒状，相应地，在筒状排气组件 133的周壁上设有通孔1332，如图1中位于排气组件133周壁的箭头所示。这样，气体通过排气组件133的通孔1332后并由设置在反应腔室111底部的出气孔1331排出。
以下就以具体实施例的方式对本发明实施例的进气装置和排气组件进行详细说明
实施例1
以图1所示反应腔装置为例进行详细描述。如图1所示，该反应腔装置采用四周进气，中央排气的结构。摆放基片121的托盘120为环状。结合图3，基片121被摆放在托盘120的外边缘的圆周方向上。托盘120可以围绕托盘120的中心孔的轴向方向进行旋转， 由于在托盘120上的基片121在随着托盘120转动的过程中会交替经过工艺气体所形成的第一气体区域(图3中由虚线所组成的扇形区域1311)和隔离气体所形成的第二气体的区域(图3中由虚线所组成的扇形区域1321)。基片121在经过工艺气体所形成的第一扇形区域1311的过程中会在表面沉积薄膜，而在经过隔离气体所形成的第二扇形区域1321的过程中，薄膜会进行横向扩散且避免基片薄膜的纵向生长，这是由于隔离气体SN2或者H2 气体构成，不会形成反应。因此会使薄膜更为平坦，减少薄膜的陡峭度。另外，隔离气体还可以自动清扫基片121表面的工艺副产物，为基片进入下一个工艺气体区域做准备，进一步使 基片121的成膜质量提高，增强基片121的工艺效果。当然，本领域的普通技术人员知道，工艺气体和隔离气体的种类并不限于此。
优选地，所述通入工艺气体的扇形区域的面积大于通入隔离气体的扇形区域的面积，这样，可以提高工艺气体利用率，同时提高基片121成膜的速度。
如图2所示，在本发明的一个示例中，该反应腔装置例如还包括磁流体密封装置180和旋转电机190。
该磁流体密封装置180与托盘120相连，该磁流体密封装置180 —方面密封反应腔室，防止气体泄漏。另一方面由于旋转电机190通过同步带191与磁流体密封装置180相连，且带动磁流体密封装置180转动，因此使得磁流体密封装置180可带动托盘120转动。 进而托盘120在旋转电机190的驱动下可以围绕托盘120的中心孔轴向旋转。
再次结合图2，在本发明的一个实施例中，由于托盘120的材质可为SiC镀膜的石墨，因此，还可以在每个托盘120之下设置加热器140，加热器140可为托盘120加热，保证托盘120的表面温度达到反应所需温度。另外，本发明实施例的反应腔装置例如还可以包括防护板150，该防护板150设置在加热器140的下方。这样可以保护底壁113部件。
从图2中可以看出，在所述加热器140的下方还设置一个或多个气体喷口 134。所述气体喷口 134设置在所述腔室本体110的内壁与外壁之间(图2中的左、右周壁的下部分)。通过气体喷口 134向反应腔室111中排入保护气体，保护气体不但可以使反应腔室 111内的气流场更均匀，防止工艺气体与反应腔室111的底壁113和部分内壁以及加热器 140接触，进而有效地保护底壁113，加热器140等部件，以延长反应腔装置的使用寿命。
另外，再次结合图2，本发明实施例的反应腔装置还可以包括整流片160和升降电机 170。
整流片160位于托盘120的上方。升降电机170控制整流片160竖直移动。这样， 整流片160和托盘120之间的距离可以根据工艺需求进行调节。且整流片160的材质也可为SiC镀膜的石墨材料制成，由此，可以在基片121上方形成一个良好的保温区域，有利于基片121上方温度场的均匀性。另外，工艺气体之间的化学反应副产物即使沉积在石墨制成的整流片160表面，也不会脱落形成颗粒，因此，保证基片121表面薄膜的质量从而可进一步提高基片121成膜的工艺效果。
在本发明的一个实施例中，该反应腔装置还包括水冷装置200，如图2所示，在腔室本体Iio的顶壁112、底壁113和周壁114均设有水冷装置200。水冷装置200用于保护顶壁112、底壁113和周壁114免受热辐射的伤害。另外，顶壁112、底壁113和周壁114上安装的水冷装置200还可以防止工艺气体之间的预反应和热分解。
实施例2
本发明另一个实施例的反应腔装置如图4所示，结合图1，例如还可由中心孔向四周通入工艺气体。且由反应腔装置的周壁114向外界排出气体。
结合图5，作为本发明的一个实施例，进气装置的进气组件130的形状还可以为筒状，且设置在托盘120的中心孔之内，且进气组件130包括交替分布的气体喷口 131和另一气体喷口 132，其中，从气体喷口 131向反应腔室内喷入工艺气体，从气体喷口 132向反应腔室内喷入隔尚气体。
在本发明的一个实施例中，本发明实施例的反应腔装置还包括排气组件133，排气组件133设置在腔室本体的内壁与外壁之间以将反应腔室111与外界连通，在本发明的一个示例中，如图5所示，排气组件133为排气管道，并设置在反应腔装置的周壁114内且贯穿周壁 114，由此实现向外排出反应后的气体。
实施例2与实施例1不同的是进气装置以及排气组件的结构，而其它方面类似。
根据本发明实施例的反应腔装置，工艺气体和隔离气体通过相互交替的方式通入到反应腔室内，具体地，可沿反应腔室的周壁交互通入工艺气体和隔离气体，由此两种气体可以在反应腔室内形成相互交替的两个区域(如工艺气体形成的扇形区域1311和隔离气体形成的扇形区域1321)，多个扇形区域1311被扇形区域1321隔离开，可以理解为在反应过程中，每个扇形区域1311内的工艺气体都是单独进行反应的，因此可有效的减少化学反应副产物的交叉污染，且在工艺气体和隔离气体交互流过基片表面的过程中，隔离气体可以对基片在工艺气体中形成的薄膜进行横向扩散，避免基片薄膜的纵向生长，这样，有利于薄膜的平坦化，且隔离气体还能够清扫基片表面的工艺副产物，进而保证薄膜的质量。另外，由于隔离气体对基片成膜的帮助，使工艺气体副产物对基片成膜的损害相对减小，因此，该反应腔装置对气体排放到外界的速度要求降低，这样，可以有效地降低工艺气体的流速，进而提升工艺气体的利用率。
本发明第二方面的实施例提出的基片处理设备，包括反应腔装置，如图1或图2所示，反应腔装置为上述第一方面实施例提出的反应腔装置。还包括控制器(图中未示出)， 控制器控制反应腔装置的托盘120的转速。
结合图2，在本发明的一个实施例中，例如控制器还控制反应腔装置的升降电机 170，从而控制整流片 160和托盘120之间的距离。这样，整流片160和托盘120之间的距离可以根据工艺需求进行调节。且整流片160的材质也可为SiC镀膜的石墨材料制成，由此，可以在基片121上方形成一个良好的保温区域，有利于基片121上方温度场的均匀性。
根据本发明实施例的基片处理设备，可以有效地降低工艺气体的流速，进而提升工艺气体的利用率，相应地，由此也会有效地提高基片处理设备的使用率。另外，通过调节整流片和托盘之间的距离，可以有效地调整气流场对托盘的扰动，因此，可以增强托盘的高速旋转所带来的温度补偿效果，进而提高托盘表面的温度均匀性。
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，本领域的普通技术人员可以理解在不脱离本发明的原理和宗旨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，本发明的范围由权利要求及其等同限定。
权利要求
1.一种反应腔装置，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； 托盘，所述托盘设置在所述反应腔室之中且可转动；和 进气装置，所述进气装置用于在所述腔室本体之中形成相互交替的第一气体区域和第二气体区域，其中，在所述第一气体区域之中通入工艺气体，在所述第二气体区域之中通入隔离气体， 其中，位于所述托盘上的基片随托盘的转动交替通过所述第一气体区域和第二气体区域。
2.根据权利要求1所述的反应腔装置，其特征在于，所述第一气体区域的面积大于所述第二气体区域的面积。
3.根据权利要求1所述的反应腔装置，其特征在于，所述托盘为环形，所述托盘具有中心孔。
4.根据权利要求3所述的反应腔装置，其特征在于，所述进气装置包括 第一进气组件，所述第一进气组件设置在所述腔室本体的内壁与外壁之间，且所述第一进气组件包括交替分布的第一气体喷口和第二气体喷口，其中，所述第一气体喷口喷出工艺气体，所述第二气体喷口喷出隔离气体。
5.根据权利要求4所述的反应腔装置，其特征在于，还包括 第一排气组件，所述第一排气组件位于所述托盘的中心孔之内。
6.根据权利要求3所述的反应腔装置，其特征在于，所述进气装置包括 第二进气组件，所述第二进气组件为筒状，且设置在托盘的中心孔之内，且所述第二进气组件包括交替分布的第三气体喷口和第四气体喷口，其中，所述第三气体喷口喷出工艺气体，所述第四气体喷口喷出隔离气体。
7.根据权利要求6所述的反应腔装置，其特征在于，还包括 第二排气组件，所述第二排气组件设置在所述腔室本体的内壁与外壁之间以将所述反应腔室与外界连通。
8.根据权利要求1所述的反应腔装置，其特征在于，所述托盘的材料为石墨，且所述托盘之外涂覆有SiC镀膜。
9.根据权利要求1所述的反应腔装置，其特征在于，所述腔室本体的顶壁、底壁和周壁均设有水冷装置。
10.根据权利要求1所述的反应腔装置，其特征在于，还包括 位于每个所述托盘之下的加热器以为所述托盘进行加热。
11.根据权利要求10所述的反应腔装置，其特征在于，还包括 位于所述加热器之下的防护板。
12.根据权利要求10所述的反应腔装置，其特征在于，还包括 一个或多个第五气体喷口，所述一个或多个第五气体喷口设置在所述腔室本体的内壁与外壁之间，且所述一个或多个第五气体喷口位于所述加热器之下。
13.根据权利要求1所述的反应腔装置，其特征在于，还包括 位于所述一个和多个托盘之上的整流片；和 升降电机，所述升降电机控制所述整流片竖直移动。
14.根据权利要求1所述的反应腔装置，其特征在于，还包括 磁流体密封装置，所述磁流体密封装置与所述托盘相连；和 旋转电机，所述旋转电机通过同步带与所述磁流体密封装置相连，且带动所述磁流体密封装置转动。
15.—种基片处理设备,其特征在于,包括 反应腔装置，所述反应腔装置为如权利要求1-14任一项所述的反应腔装置；和 控制器，所述控制器控制所述托盘的转速。
16.根据权利要求15所述的基片处理设备，其特征在于，所述控制器还控制所述反应腔装置的升降电机以控制所述整流片和所述托盘之间的距离。
全文摘要
本发明提出一种反应腔装置，包括腔室本体，腔室本体内限定有反应腔室；托盘，托盘设置在反应腔室之中且可转动；和进气装置，进气装置用于在腔室本体之中形成相互交替的第一气体区域和第二气体区域，其中，在第一气体区域之中通入工艺气体，在第二气体区域之中通入隔离气体，位于所述托盘上的基片随托盘的转动交替通过所述第一气体区域和第二气体区域。本发明还提出一种基片处理设备。根据本发明的反应腔装置，可有效地防止反应气体反应后的副产物对基片成膜的影响。根据本发明的基片处理设备，降低反应气体的副产物对基片成膜的影响，提升基片成膜的工艺指标，还能够提高反应气体利用率，提高该基片处理设备的使用效率。
文档编号C23C16/455GK103031540SQ201110303918
公开日2013年4月10日 申请日期2011年9月30日 优先权日2011年9月30日
发明者周卫国 申请人:北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司