金属有机物化学气相沉积设备的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种金属有机物化学气相沉积（MOCVD）设备。根据本发明的MOCVD设备包括：反应腔室，其包括限定具有一定体积的内部空间的腔室主体和密闭地密封所述腔室主体以保持气密性的腔室盖；基座，其可旋转地设置在所述腔室主体内并且在上表面中具有用于容纳晶片的至少一个凹处；盖元件，其可拆卸地设置在所述腔室盖的内表面上，从而限定所述基座和所述盖元件之间的反应空间，并且所述盖元件由彼此耦接的多个分段元件形成；以及气体供应单元，其将反应气体提供至所述反应空间，使得所述反应气体在所述基座和所述盖元件之间流动。
【专利说明】金属有机物化学气相沉积设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种金属有机物化学气相沉积(MOCVD)设备，更具体地说，涉及一种能够防止损坏其内部组件从而具有增强的操作可靠性的MOCVD设备。
【背景技术】
[0002]在各种工业领域中，由于对更小的半导体器件的需求不断增长，因而高效率、高输出的LED等的发展已经导致了对于这样一种金属有机物化学气相沉积(MOCVD)设备的需求，该MOCVD设备能允许半导体器件被大批量生产而不会降低其品质和性能。
[0003]一般的MOCVD设备包括:反应腔室，其具有一定体积的内部空间；基座，其安装在反应腔室的内部空间中并且允许晶片作为沉积对象被安装在该基座上；加热单元，其邻近基座设置，并且施加预定的热量；以及气体入口，反应气体通过该气体入口被提供至腔室。
[0004]特别地，基座通常配置为面朝上以允许将晶片安装在其上表面上，并且将晶片布置在反应腔室的下部使得晶片面向气体入口。从而，在膜形成后，将反应腔室打开并替换晶片。
[0005]同时，为了保持真空状态，反应腔室的腔室主体和腔室盖通过0形圈等紧密地彼此附接，从而需要相对较大的力量来打开腔室，这样当腔室主体和腔室盖分离时导致了在腔室中产生振动。
[0006]这种振动会损坏安装在腔室盖内侧面上的由石英制成的盖元件，需要经常维修，从而降低了生产效率和操作可靠性。
[0007]此外，由于盖元件设置在反应腔室内的上部，因而根据寄生沉积而形成的伪涂层会附着至盖元件，因此，为了使伪涂层的形成最小化并且防止该伪涂层影响生长条件，盖元件在生长操作期间被冷却。
[0008]从而，盖元件连续暴露于根据温度梯度形成的应力和由于其热膨胀系数和伪涂层材料的热膨胀系数之间的差所引起的应力，使得盖元件容易损坏，从而导致更换周期缩短并因此会增加维修成本,并且盖元件的整体更换也是必要的。
【发明内容】
[0009]技术问题
[0010]本发明的一个方面提供了一种金属有机物化学气相沉积(MOCVD)设备，其中，通过改变盖元件的结构来防止盖元件损坏，从而提供增强的可靠性。
[0011]技术方案
[0012]根据本发明的一个方面，提供了一种金属有机物化学气相沉积(MOCVD)设备，包括:反应腔室、基座、盖元件和气体供应单元。所述反应腔室包括形成具有一定体积的内部空间的腔室主体和密闭地密封所述腔室主体以保持气密性的腔室盖；所述基座可旋转地设置在所述腔室主体内并且具有形成在其上表面中的一个或多个容纳部分以容纳晶片；所述盖元件可拆卸地设置在所述腔室盖的内表面上，从而在所述盖元件和所述基座之间形成反应空间，并且所述盖元件由多个分段元件耦接形成；所述气体供应单元将反应气体提供至所述反应空间，以允许所述反应气体在所述基座和所述盖元件之间流动。
[0013]所述盖元件可以具有与所述基座相对应的形状并且具有中心孔，从而允许布置在所述腔室盖中心的所述气体供应单元通过所述中心孔进行耦接。
[0014]所述盖元件可以具有这样的结构，其中央区域从所述腔室盖隔开一定间隔，并且所述盖元件与所述腔室盖之间的间隔沿着所述盖元件的直径在朝向周围边缘的方向上逐渐减小。
[0015]所述盖元件可以沿其直径被划分。
[0016]所述盖元件可以被同心圆划分成具有不同直径的多个环形分段元件。
[0017]被所述同心圆划分的所述盖元件的各个分段元件可以沿着划分面具有台阶。
[0018]所述盖元件可以从所述腔室盖隔开一定距离，以便在所述盖元件的上表面和所述腔室盖的下部内表面之间形成冷却空间，以将制冷剂注入到所述冷却空间中。
[0019]所述MOCVD设备还可以包括制冷剂供应单元，其将制冷剂提供至在所述腔室盖和所述盖元件之间的空间，以允许所述制冷剂在所述空间中流动。
[0020]有益效果
[0021]根据本发明的实施例，减少了施加在盖元件上的应力以防止盖元件的损坏，由此增加了操作可靠性并延长了替换周期。
[0022]此外，如果盖元件的某个部分损坏，则可以只替换与损坏部分相对应的分段元件，从而便于维护并且减少替换成本，由此节约了成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1是示意地示出了根据本发明的一个实施例的金属有机物化学气相沉积(MOCVD)设备的截面图；
[0024]图2是示出图1的MOCVD设备在打开状态下的截面图；
[0025]图3是示意地示出了设置在图1的MOCVD设备中的腔室盖上的盖元件的截面图；
[0026]图4是示意地示出了图3的盖元件的底视图；
[0027]图5至图9是示出了划分成分段元件的盖元件的各种实施例的视图；
[0028]图1OA和图1OB是图8和图9中的盖元件的截面图；以及
[0029]图1lA至图1lD是示意地示出了连接图5至图9中的盖元件的分段元件的连接单元的视图。
【具体实施方式】
[0030]将参考附图详细描述根据本发明实施例的金属有机物化学气相沉积(MOCVD)设备。然而，本发明可以实现为多种不同的形式并且不应该解释为限于本文所阐述的这些实施例。相反，提供这些实施例是为了使得本公开是彻底和完整的，并且将会向本领域技术人员充分传达本发明的范围。
[0031]在附图中，元件的形状和尺寸会为了清楚的目的而被夸大，并且相同的附图标记始终被用来指示相同或相似的元件。
[0032]将参考图1和图2描述根据本发明的一个实施例的MOCVD设备。[0033]图1是示意地示出了根据本发明的一个实施例的金属有机物化学气相沉积(MOCVD)设备的截面图。图2是示出了图1的MOCVD设备在打开状态下的截面图。
[0034]参考图1和图2，根据本发明的一个实施例的MOCVD设备I可以包括反应腔室10、基座20、盖元件30和气体供应单元40。
[0035]反应腔室10包括形成具有一定体积的内部空间的腔室主体11和密闭地密封腔室主体11以保持气密性的腔室盖12。腔室盖12相对于腔室主体11打开和关闭。为了确保气密性，诸如0形圈13的密封元件可以设置在耦接至腔室盖12的、腔室主体11的上端部分。反应腔室10可以由具有优异的耐磨损性和耐腐蚀性的金属制成。
[0036]另外，盖旋转单元50可以设置在反应腔室10的一侧以旋转腔室主体11和腔室盖12中的任何一个，以便使它们分离或结合或组合。盖旋转单元50可以包括可旋转臂51和固定臂53，可旋转臂51具有连接至腔室盖12的一端，固定臂53具有通过铰链轴52连接至可旋转臂51的上端。
[0037]在此，示出了可旋转臂51连接至腔室盖12，以相对于腔室主体11旋转腔室盖12，使得腔室盖12从腔室主体11分离，或者将腔室盖12结合或组合至腔室主体11，但是本发明不仅限于此。
[0038]基座20布置在腔室主体11内并且可以通过布置在腔室主体11中央部分的旋转轴21旋转。基座20包括一个或多个下凹盘式容纳部分22，其形成用来在其中容纳作为沉积对象的晶片2。
[0039]加热单元25设置在基座20下方以将热辐射提供至基座20来加热装载在基座20上的晶片2。加热单元25布置在与容器22相对应的区域内，是一种热传输元件类型，当能量施加其上时产生热。
[0040]盖元件30具有与腔室盖12相对应的整体圆形形状，并且被可拆卸地设置在构成反应腔室10上部内表面的腔室盖12的下表面(S卩，内表面)上，与基座20形成反应空间A。特别地，盖元件30被划分成多个分段元件31。换句话说，多个分段元件31耦接以形成盖元件30。稍后将会描述这样的盖元件30的详细结构。
[0041]气体供应单元40将反应气体G提供至反应空间A，以允许反应气体G在彼此相对的基座20和盖元件30之间流动。具体地，气体供应单元40设置在腔室盖12的中心处并且提供反应气体G，使得反应气体G从反应腔室10的中心向外圆周流动。
[0042]气体供应单元40包括气体供应管41和气体喷射嘴42，气体供应管41形成为穿过腔室盖12和盖元件30的中心并延伸至反应腔室10的内部，并且气体喷射嘴42连接至气体供应管41的一端。气体喷射嘴42包括多个喷射孔43，其用于将从气体供应管41提供的反应气体G喷射至反应腔室10内部。
[0043]通过气体供应单元40引入到反应腔室10的反应气体G沿着基座20和盖元件30之间反应空间A从反应腔室10的中心流向外圆周，并且通过气体排放单元45排出到外部。
[0044]因此，如图2中所说明和所示出的那样，通过打开操作，盖旋转单元50将连接至可旋转臂51的腔室盖12在逆时针方向上相对于固定的腔室主体11旋转，由此敞开设置在腔室主体11中的基座20。
[0045]在此状态中，作为沉积目标的晶片2被插入地布置在形成在基座20上的多个容纳部分22的每一个中，或者用新晶片替换已完成沉积的晶片2。[0046]此外，可以对基座20的表面和暴露于反应空间A的容纳部分22进行清洗操作，可以去除附着在暴露于反应空间A的盖元件30的表面的伪涂层，或者可以替换有缺陷的盖元件30。
[0047]特别地，就盖元件30而言，为了容易地防止盖元件30损坏并且便于进行由于缺陷所引起的维护，盖元件30包括多个分段元件31。
[0048]将参考图3至图11详细描述盖元件30。
[0049]图3是示意地示出了设置在图1的MOCVD设备中的腔室盖上的盖元件的截面图。图4是示意地示出了图3的盖元件的底视图。图5至9是示出了被划分成分段元件的盖元件的各种实施例的视图。图1OA和图1OB是图8和图9的盖元件的截面图；以及图1lA至图1lD是示意地示出了连接图5至图9的盖元件的分段元件的连接单元的视图。
[0050]如图3和图4所示，盖元件30可以具有与腔室盖12相对应的形状并且其直径等于或大于基座20的直径。盖元件30布置为朝向基座20以在其间形成反应空间A，并且盖元件30可拆卸地附接至腔室盖12的下表面。在此，盖元件30包括以穿透方式形成于其中的中心孔32，并且设置在腔室盖12的中心处的气体供应单元40穿过中心孔32以耦接至腔室盖12。
[0051]盖元件30用于保护腔室盖12不受到在沉积操作期间产生的伪涂层的影响。即，盖元件30防止形成高温气体的反应气体G与腔室盖12的下表面接触，从而避免在其上形成伪涂层。
[0052]在此，为了使盖元件30的表面上形成的伪涂层最小化，盖元件30需要处于冷却状态。为此，形成反应腔室10上部内表面的腔室盖12的下表面从盖元件30的上表面隔开一定距离，以形成用于在其之间注入诸如冷却气体之类的制冷剂g的冷却空间C。
[0053]如图所示,盖元件30朝向盖元件30的边缘逐渐倾斜,使得盖元件30的边缘与腔室盖12接触，同时盖元件30的中心区域从腔室盖12间隔开，从而形成密封的冷却空间C。即，在盖元件30的中心区域从腔室盖12隔开一定间隔的状态中，盖元件30具有这样的结构，其中盖元件30的中心区域与腔室盖12之间的间隔沿着直径在朝向周围边缘的方向上逐渐减小。然而，本发明不仅限于此，盖元件30可以具有平板结构并且包括沿着边缘区域的密封元件以形成冷却空间。
[0054]用于将制冷剂g提供至冷却空间C以允许制冷剂g在腔室盖12和盖元件30之间流动的制冷剂供应单元60设置在腔室盖12和盖元件30之间。具体地，与气体供应单元40相类似，制冷剂供应单元60布置在腔室盖12的中心处来提供制冷剂g以形成制冷剂g流向盖元件30边缘的流动。
[0055]制冷剂供应单元60包括制冷剂供应管61和制冷剂喷射嘴62，制冷剂供应管61通过腔室盖12的中心延伸至冷却空间C，并且制冷剂喷射嘴62连接至制冷剂供应管61的一端。制冷剂喷射嘴62包括多个喷射孔63，其用于将从制冷剂供应管61提供的制冷剂g喷射至冷却空间C。引入冷却空间C的制冷剂g对盖元件30进行冷却并且随后通过设置在腔室盖12上的制冷剂释放单元65移动至储蓄池(未示出)。
[0056]从而，通过相对地降低盖元件30的温度，能够使伪涂层的生成最小化，此外，能够防止如现有技术的结构(其中盖元件与腔室盖12接触以与腔室盖12成为一体)那样对盖元件30造成的损坏，该损坏是由于暴露于高温气体的盖元件的下端部和暴露于相对低温气体的盖元件的上端部之间的温度梯度所产生的应力而导致的。
[0057]特别地，在本发明的一个实施例中，为了防止盖元件30由于温度梯度所产生的应力以及由于盖元件30的热膨胀系数和伪涂层材料的热膨胀系数之间的差所产生的应力而损坏，将盖元件30划分成多个分段元件31并且耦接多个分段元件31。
[0058]如图5至图7所示，盖元件30可以包括沿着直径划分的多个分段元件31，并且可以通过将中心通孔32连接至外部边缘的连接单元33来耦接各个分段元件31。在此情况下，各个分段元件31具有相同的大小和形状，并且由于将相邻的分段元件31相互连接的连接单元33以放射状地设置在反应气体G从盖元件30的中心朝向外圆周流动的方向上，因此它们不会影响反应气体G的流动，保持了反应气体G的稳定流动，并因此能够获得均匀的外延层。
[0059]另外，由于分段元件31具有其面积从中心朝向外圆周增加的结构，因此能够防止在相对产生较大量热应力的中心区域中产生裂缝。
[0060]同时，如图8和图9所示，盖元件30可以沿着同心圆划分以具有不同直径并且与反应气体G的流动方向垂直，从而各个分段元件31可以具有环形形状。在此情况下，各个分段元件31具有相同的形状但是具有不同的尺寸，并且具有其半径从中心朝向边缘增大的结构。
[0061]如图10所示，当盖元件30划分为垂直于反应气体G的流动方向使得各个分段元件31具有环形形状时，沿着分段元件31的内圆周表面和外圆周表面设置连接各个分段元件31的连接单元33，使得连接单元33垂直于反应气体G的流动方向。由此，连接单元33沿着相互面对的连接单元33之间的划分平面具有台阶，使得盖元件30和腔室盖12之间的距离在朝向盖元件30的边缘方向上逐渐减小，因此不会影响反应气体G的流动。
[0062]如图11所示，连接单元33可以具有这样的结构，其中分段元件31彼此啮合以稳定地连接并稳固地耦接。此外，尽管由于温度梯度导致分段元件31反复膨胀和收缩，但是在连接单元33之间形成有间隙，从而减轻热应力以防止裂缝的产生。
[0063]盖元件30是由具有优异耐热性的材料制成。优选地，盖元件30是由石英或SiC涂覆的石墨制成的，但本发明不仅限于此。
[0064]这种方式中，与现有技术中的一体化结构不同，将盖元件划分成多个分段元件，并且耦接各分段元件，从而能够防止由于温度梯度导致的应力以及由于盖元件和伪涂层材料之间产生的应力而产生的裂缝，而且如果裂缝在某个部分产生，则可以只替换相应区域的分段元件，从而便于维护并且节约成本。
【权利要求】
1.一种金属有机物化学气相沉积设备，其包括: 反应腔室，其包括形成具有一定体积的内部空间的腔室主体和密闭地密封所述腔室主体以保持气密性的腔室盖； 基座，其可旋转地设置在所述腔室主体内并且具有形成在其上表面中的一个或多个容纳部分以容纳晶片； 盖元件，其可拆卸地设置在所述腔室盖的内表面上，从而在所述盖元件和所述基座之间形成反应空间，并且所述盖元件由多个分段元件耦接形成；以及 气体供应单元，其将反应气体提供至所述反应空间，以使得所述反应气体在所述基座和所述盖元件之间流动。
2.根据权利要求1所述的金属有机物化学气相沉积设备，其中，所述盖元件具有与所述基座相对应的形状并且具有中心孔，从而使得布置在所述腔室盖中心处的所述气体供应单元通过所述中心孔进行耦接。
3.根据权利要求1或2所述的金属有机物化学气相沉积设备，其中，所述盖元件具有这样的结构，其中央区域从所述腔室盖隔开一定间隔，并且所述盖元件与所述腔室盖之间的间隔沿着所述盖元件的直径在朝向周围边缘的方向上逐渐减小。
4.根据权利要求1或2所述的金属有机物化学气相沉积设备，其中，所述盖元件沿其直径被划分。
5.根据权利要求1或2所述的金属有机物化学气相沉积设备，其中，所述盖元件被同心圆划分成具有不同直径的多个环形分段元件。
6.根据权利要求5所述的金属有机物化学气相沉积设备，其中，被所述同心圆划分的所述盖元件的各个分段元件沿着划分面具有台阶。
7.根据权利要求1所述的金属有机物化学气相沉积设备，其中，所述盖元件从所述腔室盖隔开一定距离，以便在所述盖元件的上表面和所述腔室盖的下部内表面之间形成冷却空间，以将制冷剂注入到所述冷却空间中。
8.根据权利要求7所述的金属有机物化学气相沉积设备，还包括制冷剂供应单元，其将制冷剂提供至所述冷却空间，以使得所述制冷剂在所述腔室盖与所述盖元件之间流动。
【文档编号】H01L21/205GK103748663SQ201180072057
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2011年8月9日 优先权日:2011年8月9日
【发明者】李寿英, 金荣善, 金晟泰, 韩尚宪, 金起成 申请人:三星电子株式会社