工艺反应腔及工艺设备的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种工艺反应腔及工艺设备。该工艺反应腔包括：腔体、承载装置、进气装置和感应线圈，所述感应线圈位于所述腔体的外部，所述感应线圈用于产生磁场，所述承载装置设置于所述腔体的内部且与所述腔体同轴设置，所述承载装置和所述腔体之间形成气体通道，所述承载装置的外周面上放置有衬底，所述衬底位于所述气体通道中，所述进气装置用于向所述气体通道内通入工艺气体。本发明的技术方案穿过所述承载装置的磁力线的密度均匀分布，使得感应线圈对承载装置的加热温度均匀，从而提高了工艺的均匀性。
【专利说明】工艺反应腔及工艺设备【技术领域】
[0001]本发明涉及微电子【技术领域】，特别涉及一种工艺反应腔及工艺设备。
【背景技术】
[0002]金属有机化合物化学气相淀积(Metal-organicChemical VaporDeposition,以下简称:M0CVD)技术是在1968年由美国洛克威尔公司的Manasevit等人提出来的用于制备化合物半导体薄片单晶的一项新技术。MOCVD技术是在气相外延生长(Vapor PhaseEpitaxy，以下简称:VPE)的基础上发展起来的一种新型气相外延生长技术。MOCVD技术多用于LED的制造中，而MOCVD反应腔是制造LED的设备。市场上主流的MOCVD反应腔可包括:水平式反应腔或者垂直式反应腔。目前，MOCVD反应腔以水平式反应腔较为典型。MOCVD反应腔内的热场模型分布是决定LED制造中外延工艺质量的重要因素，热场模型分布的设计设计到腔室结构设计、工艺组件设计、基片旋转系统设计、真空系统设计等多项关键技术。
[0003]目前，MOCVD反应腔通常采用感应线圈加热方式对承载装置进行加热。图1为现有技术中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、进气装置3、感应线圈4和多个承载装置2。进气装置3位于腔体I内部的中间位置。承载装置2以多层垂直排布的方式设置于腔体I的内部，且进气装置3可以从承载装置2中心位置开设的孔中穿过，每个承载装置2上均可以承载多个衬底(图中未示出)，衬底可排布于承载装置2的外圆周上。感应线圈4缠绕于腔体I的外壁上。进气装置3向腔体I内通入反应气体，该反应气体水平流到承载装置2上的衬底表面。工艺过程中，承载装置2可以旋转。其中，承载装置2可以为圆形的托盘。因此，图1中的MOCVD反应腔为立式多托盘结构反应腔。 [0004]现有技术中，感应线圈4中可通入中频(1KHZ至20KHZ)交流电并通过产生的磁场对承载装置2进行加热，承载装置2自身温度升高而成为发热体，再通过热辐射及热传导的方式将衬底加热至工艺要求的温度。在对承载装置2进行加热的过程中，感应线圈4产生的磁场中穿过承载装置2的磁力线与承载装置2的表面垂直。感应加热在水平放置的承载装置2上存在集肤效应，即:承载装置2上距离感应线圈4较近的位置(即靠近腔体I的位置)磁力线密集，加热温度也较高；承载装置2上距离感应线圈4较远的位置(即靠近进气装置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承载装置2径向分布是不均匀的，这导致承载装置2的加热温度不均匀，从而降低了工艺的均匀性。
【发明内容】
[0005]本发明的工艺反应腔及工艺设备，提供了一种新的工艺反应腔结构，该设计能够避免衬底承载装置的感应加热不均匀的问题，从而提高工艺的均匀性。
[0006]为实现上述目的，本发明提供了一种工艺反应腔，包括:腔体、承载装置、进气装置和感应线圈，所述感应线圈位于所述腔体的外部，所述感应线圈用于产生磁场，述承载装置设置于所述腔体的内部且与所述腔体同轴设置，所述承载装置和所述腔体之间形成气体通道，所述承载装置的外周面上放置有衬底，所述衬底位于所述气体通道中，所述进气装置用于向所述气体通道内通入工艺气体。
[0007]可选地，所述承载装置的外周面上开设有若干个凹槽，每个凹槽中放置一个所述衬底。
[0008]可选地，所述腔体为透明石英筒状结构，所述承载装置为石墨筒状结构。
[0009]可选地，所述凹槽呈斜坡状，斜坡状的凹槽整体向腔体的内侧以预设角度倾斜。
[0010]可选地，所述承载装置为具有锥度的多面体结构，所述多面体结构中每个面整体向腔体的内侧倾斜。[0011]可选地，所述多面体结构的面数根据所述衬底的尺寸、所述承载装置的尺寸和所述腔体的高度设置。
[0012]可选地，所述工艺反应腔还包括:排气装置，所述进气装置位于所述气体通道的一端，所述排气装置位于所述气体通道的对应的另一端；
[0013]所述排气装置，用于将反应后的剩余气体排出至所述腔体的外部。
[0014]可选地，所述工艺反应腔还包括:第一法兰结构和第二法兰结构，所述第一法兰结构设置于所述腔体的上端，所述第二法兰结构设置于所述腔体的下端；
[0015]所述进气装置设置于所述第一法兰结构上，所述排气装置设置于所述第二法兰结构上；或者，所述进气装置设置于所述第二法兰结构上，所述排气装置设置于所述第一法兰结构上。
[0016]可选地，所述承载装置绕轴向以预定速度旋转。
[0017]为实现上述目的，本发明提供了一种工艺设备，包括:上述工艺反应腔。
[0018]本发明具有以下有益效果:
[0019]本发明提供的工艺反应腔及工艺设备的技术方案中，该工艺反应腔包括腔体、承载装置、进气装置和感应线圈，感应线圈用于产生磁场，承载装置与腔体同轴设置，承载装置与腔体之间形成气体通道，承载装置外周面上放置有衬底，衬底位于气体通道中，本发明的技术方案使得穿过承载装置的磁力线的密度均匀分布，感应线圈对承载装置的加热温度均匀，从而提高了工艺的均匀性。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为现有技术中MOCVD反应腔的结构示意图；
[0021]图2为本发明实施例一提供的一种工艺反应腔的结构示意图。
【具体实施方式】
[0022]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
[0023]图对本发明提供的工艺反应腔及工艺设备进行详细描述。
[0024]图2为本发明实施例一提供的一种工艺反应腔的结构示意图，如图2所示，该工艺反应腔包括:腔体1、承载装置2、进气装置3和感应线圈4，感应线圈4位于腔体I的外部，感应线圈4用于产生磁场，承载装置2设置于腔体I的内部且与腔体I同轴设置，承载装置2和腔体I之间形成气体通道5，承载装置2的外周面上放置有衬底6，衬底6位于气体通道5中，进气装置3用于向气体通道5内通入工艺气体。[0025]穿过承载装置2的磁力线的密度均匀分布。感应线圈4用于产生磁场并通过产生的磁场对承载装置2进行加热，其中，磁场中穿过承载装置2的磁力线的密度均匀分布。
[0026]感应线圈4缠绕于腔体I的外部，感应线圈4可产生磁场，磁场中的磁力线会穿过整个腔体1，穿过承载装置2的磁力线可实现对承载装置2的加热。具体地，对感应线圈4施加射频功率时，感应线圈4中的交变电流产生交变磁场，交变磁场的磁力线穿过承载装置2，从而实现对承载装置2的加热。本实施例中，穿过承载装置2的磁力线的密度可沿承载装置2均匀分布。优选地，穿过承载装置2的磁力线平行于承载装置2的外周面。
[0027]承载装置2上可放置若干个衬底6。具体地，承载装置2的外周面上开设有若干个凹槽，每个凹槽中放置一个衬底6。承载装置2可与腔体I同轴设置，即:承载装置2和腔体I围绕同一个中心轴设置，且承载装置2位于与中心轴具有设定距离的圆周上，这样可保证穿过承载装置2的磁力线的密度沿承载装置2均匀分布。在实际应用中，优选地，腔体I为筒状结构，承载装置2为筒状结构，且承载装置2的直径小于腔体I的直径。本实施例中，采用筒状结构的承载装置2在一定程度上增加了可放置衬底6的面积，从而增大了工艺反应腔对衬底6的容量，进而提高了生产效率。此种情况下，承载装置2的外周面上开设的凹槽呈斜坡状，斜坡状的凹槽整体向腔体I的内侧以预设角度倾斜，其中，预设角度可以为凹槽的表面与竖直面之间的夹角，预设角度可以小于10°且大于0°。当将衬底6放置于凹槽内部时，由于凹槽呈斜坡状，因此衬底6可稳固的放置于凹槽内部，不会从凹槽中掉落，从而实现了将衬底6固定于承载装置2的外周面上的目的。同时，由于设定夹角较小，因此不会影响衬底6在承载装置2上的放置角度，从而不会影响对衬底6的工艺效果。
[0028]本实施例中，腔体I的材料可以为透明石英，承载装置2的材料为石墨，衬底6的材料可以为蓝宝石、SiC或者Si。也就是说,腔体I为透明石英筒状结构，承载装置2为石墨筒状结构。其中，由于蓝宝石为绝缘材料，则通常采用上述在承载装置2上开设凹槽的方式将衬底6固定于承载装置2的外周面上；而由于SiC和Si为半导体型材料，则除了采用上述开设凹槽的方式之外，还可以通过静电吸附的方式将衬底6固定于承载装置2的表面上。
[0029]本实施例中，承载装置2绕轴向以预定速度旋转，并带动放置于该承载装置2上的衬底6以预定速度旋转，以提高工艺的均匀性。具体地，承载装置2可由位于其下方的旋转机构带动旋转。
[0030]本实施例中，工艺反应腔还包括:排气装置7，进气装置3位于气体通道5的一端，排气装置7位于气体通道5的对应的另一端。本实施例中，具体地，进气装置3位于气体通道5的上端，排气装置7位于气体通道5的下端，排气装置7用于将反应后的剩余气体排出至腔体I的外部。此时，气体通道5中的工艺气体自上而下流过衬底6的表面,从而在一定温度下完成衬底6表面的外延沉积工艺。
[0031]在实际应用中，可选地，进气装置3还可以位于气体通道5的下端，排气装置7位于气体通道5的上端。此时，气体通道5中的工艺气体自下而上流过衬底6的表面，从而在一定温度下完成衬底6表面的外延沉积工艺。
[0032]进一步地，工艺反应 腔还包括:第一法兰结构8和第二法兰结构9。第一法兰结构8设置于腔体1的上端，第二法兰结构9设置于腔体I的下端。第一法兰结构8和第二法兰结构9对腔体1起到密封作用。进气装置3设置于第一法兰结构8上，排气装置7设置于第二法兰结构9上。在实际应用中，可选地，进气装置3还可以设置于第二法兰结构9上，排气装置7还可以设置于第一法兰结构8上。
[0033]进一步地，第一法兰结构8和第二法兰结构9上均可设置有冷却系统(图中未示出)，该冷却系统用于对工艺气体进行冷却，以防止工艺气体发生预反应。优选地，该冷却系统可以为水冷系统，水冷系统中可通入冷却水以实现对工艺气体进行冷却。
[0034]本实施例提供的工艺反应腔包括腔体、承载装置、进气装置和感应线圈，感应线圈用于产生磁场，承载装置与腔体同轴设置，承载装置与腔体之间形成气体通道，承载装置外周面上放置有衬底，衬底位于气体通道中，本实施例的技术方案使得穿过承载装置的磁力线的密度均匀分布，使得感应线圈对承载装置的加热温度均匀，从而提高了工艺的均匀性。本实施例中的工艺反应腔能够得到均匀的温度场和稳定的层流场，极大的提高了外延生长工艺指标。
[0035]本发明实施例二提供了一种工艺反应腔，本实施例的工艺反应腔与上述实施例一的区别在于:承载装置为具有锥度的多面体结构，多面体结构中每个面整体向腔体的内侧倾斜，从而该承载装置为上方开口大下方开口小的多面体结构。此种结构不再具体画出。这种多面体结构更有利于衬底与承载装置之间的贴合，从而更有利于对承载装置的加热。具体地，多面体结构的面数可根据衬底的尺寸、承载装置的尺寸和腔体的高度设置。多面体结构的锥度可根据需要进行设置，只要满足穿过承载装置的磁力线的密度均匀分布这一条件即可。
[0036]本发明实施例三还提供了一种工艺设备，该工艺设备包括工艺反应腔。其中，工艺反应腔可采用上述实施例一或者实施例二提供的工艺反应腔，此处不再赘述。
[0037]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。
【权利要求】
1.一种工艺反应腔，包括:腔体、承载装置、进气装置和感应线圈，所述感应线圈位于所述腔体的外部，所述感应线圈用于产生磁场，其特征在于，所述承载装置设置于所述腔体的内部且与所述腔体同轴设置，所述承载装置和所述腔体之间形成气体通道，所述承载装置的外周面上放置有衬底，所述衬底位于所述气体通道中，所述进气装置用于向所述气体通道内通入工艺气体。
2.根据权利要求1所述的工艺反应腔，其特征在于，所述承载装置的外周面上开设有若干个凹槽，每个凹槽中放置一个所述衬底。
3.根据权利要求2所述的工艺反应腔，其特征在于，所述腔体为透明石英筒状结构，所述承载装置为石墨筒状结构。
4.根据权利要求3所述的工艺反应腔，其特征在于，所述凹槽呈斜坡状，斜坡状的凹槽整体向腔体的内侧以预设角度倾斜。
5.根据权利要求2所述的工艺反应腔，其特征在于，所述承载装置为具有锥度的多面体结构，所述多面体结构中每个面整体向腔体的内侧倾斜。
6.根据权利要求5所述的工艺反应腔，其特征在于，所述多面体结构的面数根据所述衬底的尺寸、所述承载装置的尺寸和所述腔体的高度设置。
7.根据权利要求1所述的工艺反应腔，其特征在于，所述工艺反应腔还包括:排气装置，所述进气装置位于所述气体通道的一端，所述排气装置位于所述气体通道的对应的另一端; 所述排气装置，用于 将反应后的剩余气体排出至所述腔体的外部。
8.根据权利要求7所述的工艺反应腔，其特征在于，所述工艺反应腔还包括:第一法兰结构和第二法兰结构，所述第一法兰结构设置于所述腔体的上端，所述第二法兰结构设置于所述腔体的下端； 所述进气装置设置于所述第一法兰结构上，所述排气装置设置于所述第二法兰结构上；或者，所述进气装置设置于所述第二法兰结构上，所述排气装置设置于所述第一法兰结构上。
9.根据权利要求1所述的工艺反应腔，其特征在于，所述承载装置绕轴向以预定速度旋转。
10.一种工艺设备，其特征在于，包括:权利要求1至9任一所述的工艺反应腔。
【文档编号】C23C16/44GK103898473SQ201210579059
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2012年12月27日 优先权日:2012年12月27日
【发明者】董志清 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