一種用于mocvd反應(yīng)器的晶片載盤及mocvd反應(yīng)器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于MOCVD反應(yīng)器的晶片載盤及MOCVD反應(yīng)器。為了最大限度的擴大晶片載盤表面均勻溫度場的范圍，所述用于MOCVD反應(yīng)器的晶片載盤包括晶片載盤本體，所述晶片載盤本體的上表面開有用于放置晶片的凹槽，該晶片載盤本體的下表面周緣向下延伸形成環(huán)形凸起，使整個晶片載盤呈倒桶狀。所述MOCVD反應(yīng)器具有上述帶環(huán)形凸起的晶片載盤及相配套的加熱器，所述加熱器分為內(nèi)、中、外三部分，并且加熱器內(nèi)圈、外圈呈筒狀豎向布置，中圈呈Ω形水平布置。本發(fā)明提高了熱能量利用效率，并且使加熱裝置與反應(yīng)物分開，從而能夠更好的保護加熱裝置，同時，晶片載盤表面溫度一致性的區(qū)域擴大，從而提高了單批次產(chǎn)量。
【專利說明】—種用于MOCVD反應(yīng)器的晶片載盤及MOCVD反應(yīng)器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及金屬有機物化學氣相沉積設(shè)備領(lǐng)域，具體為一種用于MOCVD反應(yīng)器的晶片載盤及MOCVD反應(yīng)器。
【背景技術(shù)】
[0002]MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition)設(shè)備，即金屬有機物化學氣相沉積設(shè)備，是一種集計算流體力學、熱力傳導(dǎo)、系統(tǒng)集成控制、化合物生長等各學科于一體的高科技、新技術(shù)高度集中的設(shè)備，是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中的關(guān)鍵性設(shè)備。
[0003]晶片載盤與加熱裝置是MOCVD反應(yīng)室中的核心組成部分，直接決定各晶片之間及晶片內(nèi)部各點之間的溫度均勻性。眾所周知，溫度場是決定沉積薄膜質(zhì)量的決定性因素，因此，性能優(yōu)秀的晶片載盤與加熱裝置是MOCVD整機性能良好的重要基礎(chǔ)。
[0004]目前一種普遍采用的加熱方式是輻射加熱，使用此結(jié)構(gòu)反應(yīng)室的典型結(jié)構(gòu)如圖1所示。加熱裝置位于晶片 載盤下方，依靠加熱裝置的熱輻射使晶片載盤升溫。為了便于控制目前一般還對加熱裝置進行分區(qū)，如分為內(nèi)、中、外三區(qū)，如專利CN101857952A所采用的分區(qū)方式，也有將整個加熱區(qū)域分為若干扇形區(qū)域的分區(qū)方式，如專利CN201020284745.2中所采用的分區(qū)方式。但是，從實際應(yīng)用的情況來看，使用內(nèi)、中、外三分區(qū)的分區(qū)方式效果也比較好，應(yīng)用較廣。但是目前廣泛使用的晶片載盤及加熱裝置存在以下問題:
1、加熱裝置外圈部分表面電負荷過重。晶片載盤邊緣區(qū)域除與晶片載盤其他區(qū)域相同的上表面散熱外，其側(cè)面也存在輻射散熱，特別是工藝尾氣從晶片載盤邊緣區(qū)域流過，會帶走熱量，因此為晶片載盤外圈加熱所需的功率比較大，但是為了盡可能的擴大晶片載盤表面溫度均勻區(qū)域的寬度，外圈的尺寸反而較小，所以加熱裝置外圈部分表面電負荷非常大，不利于在晶片載盤邊緣區(qū)域獲得工藝所需要的高溫。
[0005]2、如上所述，雖然加熱裝置外圈采用了尺寸較小的加熱裝置，但是其還是占用了與晶片載盤平行平面上的空間，限制了加熱裝置中圈加熱體的加熱區(qū)域，由于中圈加熱區(qū)域?qū)?yīng)的晶片載盤面積即是晶片載盤上溫度均勻的區(qū)域，因此對中圈加熱體加熱區(qū)域的限制即是對晶片載盤上表面溫度均勻區(qū)域面積的限制，不利于最大限度利用載片盤表面的面積。
[0006]針對上述情況，本發(fā)明擬提供一種充分考慮載片盤邊沿部分熱場的特殊性，設(shè)計一種新穎的晶片載盤及相應(yīng)的加熱裝置，盡可能的提高晶片載盤表面溫度均勻區(qū)域的面積，以提高晶片載盤上表面的面積利用率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了克服現(xiàn)有的晶片載盤上表面周緣區(qū)域溫度不均勻，不能最大限度利用載片盤上表面面積的不足，本發(fā)明旨在提供一種用于MOCVD反應(yīng)器的晶片載盤及MOCVD反應(yīng)器，該晶片載盤及加熱裝置充分考慮晶片載盤邊沿熱場，從而能夠?qū)⒕d盤的邊緣區(qū)域也利用起來，提高了晶片載盤的利用率，在其他設(shè)計不變的情況下提高了 MOCVD單批次產(chǎn)量，提升了設(shè)備性能。并且本發(fā)明中的結(jié)構(gòu)能夠更好的防止反應(yīng)物擴散進入加熱裝置區(qū)域，從而能夠?qū)訜嵫b置進行更好的保護。
[0008]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種用于MOCVD反應(yīng)器的晶片載盤，包括晶片載盤本體，其結(jié)構(gòu)特點是，所述晶片載盤本體的上表面開有用于放置晶片的凹槽，該晶片載盤本體的下表面周緣向下延伸形成環(huán)形凸起，使整個晶片載盤呈倒桶狀。
[0009]以下為本發(fā)明的進一步改進的技術(shù)方案:
進一步地，所述環(huán)形凸起的縱截面形狀為矩形或梯形。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述晶片載盤由石墨壓制燒結(jié)而成，該晶片載盤的表面設(shè)有保護薄膜，可以對晶片載盤起到保護作用。更進一步地，所述保護薄膜為SiC薄膜或TiC薄膜。
[0011]本發(fā)明還提供了一種MOCVD反應(yīng)器，其包括裝在旋轉(zhuǎn)軸上的晶片載盤，位于晶片載盤上方的氣體分布裝置，位于晶片載盤下方的加熱裝置；其特征在于，所述晶片載盤為上述的用于MOCVD反應(yīng)器的晶片載盤。
[0012]為了均勻地對晶片載盤上的晶片加熱，所述加熱裝置為設(shè)置在旋轉(zhuǎn)軸與晶片載盤的環(huán)形凸起之間的呈筒狀豎向布置的內(nèi)圈加熱體、呈Ω形水平布置的中圈加熱體和呈筒狀豎向布置的外圈加熱體，晶片載盤表面的晶片排布從靠近晶片載盤邊緣的位置開始，以盡可能的提高晶片載盤表面面積的利用率。所述加熱裝置的內(nèi)圈主要起阻止載片盤中間區(qū)域的熱量通過旋轉(zhuǎn)軸流失，以保證晶片載盤中間區(qū)域的溫度滿足工藝需求。所述加熱裝置的外圈主要起維持晶片載盤邊緣部分溫度的作用，其需要補償晶片載盤邊緣由于熱對流及額外輻射所損耗的熱量。由此，可以最大限度地利用晶片載盤的載片空間，提高單次載片效率。
[0013]所述加熱裝置由耐`高溫金屬錸、鎢、鑰金屬，上述金屬混合物或其他導(dǎo)電耐高溫物質(zhì)制成。進一步地，所述內(nèi)圈加熱體和外圈加熱體均由錸制成，中圈加熱體由鑰或鎢制成。
[0014]為了防止熱量散失，并提高晶片載盤加熱的均勻度，所述外圈加熱體下邊緣的水平高度高于所述晶片載盤的環(huán)形凸起下邊緣的水平高度。
[0015]為了防止熱量散失，所述晶片載盤外側(cè)設(shè)有呈筒狀豎向布置的第一組隔熱屏，所述加熱裝置下側(cè)設(shè)有多層水平布置的第二組隔熱屏蔽層，相鄰兩個隔熱屏蔽層之間通過環(huán)形圓柱隔開；所述第二組隔熱屏蔽層與第一組隔熱屏之間設(shè)有呈筒狀豎向布置的第三組隔熱屏蔽層，所述第三組隔熱屏蔽層的外徑小于所述晶片載盤的環(huán)形凸起的內(nèi)徑；所述第一組隔熱屏的外徑大于所述晶片載盤的外徑。
[0016]所述加熱裝置通過電極與電源電連接，每根電極帶有冷卻系統(tǒng)。由此，所述加熱裝置通過與相應(yīng)的電極相連接取得電氣連接。
[0017]藉由上述結(jié)構(gòu)，一種下表面帶一環(huán)形凸起的晶片載盤及相對應(yīng)的至少分為三部分的加熱裝置，晶片載盤位于加熱裝置上方，其上表面開有放置晶片的凹槽，下表面除開有圓環(huán)形凸臺外，其中間還設(shè)計有與晶片載盤支撐裝置(旋轉(zhuǎn)軸)相耦合的圓臺形錐孔。為了提高加熱效率，并保護加熱裝置，在加熱裝置下方開有片狀及圓筒狀的隔熱屏蔽層，片狀隔熱層的下方還開有水冷裝置。其結(jié)構(gòu)特點是，晶片載盤上表面為平面，平面上開有若干放置晶片的圓形凹槽，下表面靠近邊緣的位置開有一個起傳熱作用的環(huán)形凸起。與此晶片載盤相對應(yīng)的加熱裝置分為內(nèi)圈、中圈、外圈三部分，其中內(nèi)圈、外圈為單圈圓環(huán)形，其結(jié)構(gòu)近似于圓筒狀，中圈為具有對稱性的Ω形狀繞制的平板型加熱體。
[0018]所述加熱裝置下方開有與晶片載盤平行的水平隔熱屏蔽層，各隔熱屏蔽層通過銷軸連接在一起，屏蔽層之間通過環(huán)形圓柱隔開。
[0019]所述水平隔熱屏蔽層外部還開有豎直安裝的桶狀隔熱屏，隔熱屏下方與反應(yīng)室底板相連接，隔熱屏上緣靠近晶片載盤下方。
[0020]作為一種優(yōu)選方案，在桶狀隔熱屏內(nèi)部，即水平狀隔熱屏區(qū)域通有從反應(yīng)室底部流向載片盤下方的保護氣體氫氣或惰性氣體。
[0021 ] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
1.加熱裝置完全位于倒桶狀的晶片載盤內(nèi)部，從而提高了熱能量利用效率，并且使加熱裝置與反應(yīng)物分開，從而能夠更好的保護加熱裝置；
2.該晶片載盤配合加熱裝置能夠使晶片載盤表面溫度一致性的區(qū)域擴大，從而提高了單批次產(chǎn)量。
[0022]3.本發(fā)明的晶片載盤及加熱裝置充分考慮晶片載盤邊沿熱場，從而能夠?qū)⒕d盤的邊緣區(qū)域也利用起來，提高了晶片載盤的利用率，在其他設(shè)計不變的情況下提高了MOCVD單批次產(chǎn)量，提升了設(shè)備性能。并且本發(fā)明中的結(jié)構(gòu)能夠更好的防止反應(yīng)物擴散進入加熱裝置區(qū)域，從而能夠?qū)訜嵫b置進行更好的保護。
[0023]以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步闡述。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1是現(xiàn)有一種MOCVD 反應(yīng)室結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明一個實施例的結(jié)構(gòu)原理圖。
【具體實施方式】
[0025]一種MOCVD反應(yīng)器，如圖2所示，反應(yīng)器上方為氣體分布裝置(噴淋頭)102，102下方為晶片載盤113，113上表面開有放置晶片105的圓形凹槽，下表面為一環(huán)形凸起116，環(huán)繞環(huán)形凸起116開有隔熱屏106，環(huán)形凸起116內(nèi)還開有加熱裝置外圈107。晶片載盤113通過圓臺形錐孔與旋轉(zhuǎn)軸110耦合，在旋轉(zhuǎn)軸的帶動下晶片載盤113可以以指定的速度旋轉(zhuǎn)。晶片載盤113的正下方開有加熱裝置中圈加熱體104。在加熱裝置中圈加熱體下開有若干水平的隔熱屏蔽層101，隔熱屏蔽層101下方還開有帶冷卻裝置的冷卻板112，另外還有圓筒形的隔熱屏蔽層108分布于上述水平隔熱屏101的外部，隔熱屏108的下部與反應(yīng)室底板之間采用具有一定密封性能的方式連接在一起。在水平隔熱屏101中間、旋轉(zhuǎn)軸110上部還開有加熱裝置的內(nèi)圈加熱體103。在旋轉(zhuǎn)軸110旁邊還開有加熱裝置保護氣體入口115，保護氣體為還原性氣體氫氣，或其他不與反應(yīng)物發(fā)生反應(yīng)的氣體，如氮氣、氦氣。
[0026]所述晶片載盤113采用高純石墨制成，并且表面鍍有致密保護膜，如SiC、TiC。
[0027]優(yōu)選的，所述晶片載盤113下表面的環(huán)形凸起116采用與晶片載盤相同的材料制成。
[0028]所述環(huán)形凸起116的縱截面形狀為矩形或梯形，最好地，環(huán)形凸起116的縱截面形狀為矩形。
[0029]優(yōu)選的，所述隔熱屏108的最大直徑小于環(huán)形凸起116的內(nèi)徑。[0030]所述加熱裝置的內(nèi)圈、外圈加熱體用金屬錸制成，中圈采用鎢或鑰制成。
[0031]優(yōu)選的，所述加熱裝置的外圈加熱體107的下端高于環(huán)形凸起116的下端。
[0032]所述加熱裝置的加熱體103、104、107分別通過電極111與電氣連接。
[0033]優(yōu)選的，所述電極111帶有冷卻裝置。
[0034]本發(fā)明中晶片載盤下表面采用了新穎的環(huán)形凸起設(shè)計，相對應(yīng)的外圈加熱裝置采用了豎直圓筒形設(shè)計，外圈加熱裝置采用了圓筒式設(shè)計后，其截面面積大大增加，從而能夠以相對較小的表面負荷達到外圈所需要的加熱功率。并且外圈面積增大后，外圈與載片盤受輻射表面的輻射角系數(shù)變大，從而也能夠提升外圈加熱裝置到晶片載盤的傳熱效率。綜合兩個條件，可以使晶片載盤邊緣區(qū)域獲得更大的加熱功率，從而保證晶片載盤邊緣區(qū)域也能夠保持在穩(wěn)定的工藝溫度上，從而拓展晶片載盤上的晶片分布面積，提升晶片載盤的使用效率。此外，晶片載盤下表面邊緣凸起的結(jié)構(gòu)也完全將加熱裝置置于晶片載盤之內(nèi)，從而提升了熱量利用效率，并且能夠更好的保護加熱裝置。
[0035]按照專利法律規(guī)定的要求，本發(fā)明使用實施實例詳細的描述了所發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)及其處理方法的特征。然而，應(yīng)當理解，所述實例只是為了更好的表述本發(fā)明的結(jié)構(gòu)及特征，本發(fā)明并不限于本文中所顯示及描述的特性。因此，本發(fā)明此處聲明，對本發(fā)明的實施的各種形式的均等改變或變形均被包括于所附的權(quán)利要求書的保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于MOCVD反應(yīng)器的晶片載盤，包括晶片載盤本體，其特征在于，所述晶片載盤本體的上表面開有用于放置晶片(105)的凹槽，該晶片載盤本體的下表面周緣向下延伸形成環(huán)形凸起(116)，使整個晶片載盤(113)呈倒桶狀。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于MOCVD反應(yīng)器的晶片載盤，其特征在于，所述環(huán)形凸起(116)的縱截面形狀為矩形或梯形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于MOCVD反應(yīng)器的晶片載盤，其特征在于，所述晶片載盤(113)由石墨壓制燒結(jié)而成，該晶片載盤(113)的表面設(shè)有保護薄膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于MOCVD反應(yīng)器的晶片載盤，其特征在于，所述保護薄膜為SiC薄膜或TiC薄膜。
5.—種MOC VD反應(yīng)器，包括裝在旋轉(zhuǎn)軸(110 )上的晶片載盤(113 )，位于晶片載盤(113)上方的氣體分布裝置(102)，位于晶片載盤(113)下方的加熱裝置；其特征在于，所述晶片載盤(113)為權(quán)利要求廣3之一所述的用于MOCVD反應(yīng)器的晶片載盤。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的MOCVD反應(yīng)器，其特征在于，所述加熱裝置為設(shè)置在旋轉(zhuǎn)軸(110)與晶片載盤(113)的環(huán)形凸起(116)之間的呈筒狀豎向布置的內(nèi)圈加熱體(103)、呈Ω形水平布置的中圈加熱體(104)和呈筒狀豎向布置的外圈加熱體(107)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的MOCVD反應(yīng)器，其特征在于，所述內(nèi)圈加熱體(103)和外圈加熱體(107)均由錸制成，中圈加熱體(104)由鑰或鎢制成。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的MOCVD反應(yīng)器，其特征在于，所述外圈加熱體(107)下邊緣的水平高度高于所述晶片載盤(113)的環(huán)形凸起(116)下邊緣的水平高度。`
9.根據(jù)權(quán)利要求5或6或7所述的MOCVD反應(yīng)器，其特征在于，所述晶片載盤(113)外側(cè)設(shè)有呈筒狀豎向布置的第一組隔熱屏(106)，所述加熱裝置下側(cè)設(shè)有多層水平布置的第二組隔熱屏蔽層(101)，相鄰兩個隔熱屏蔽層(101)之間通過環(huán)形圓柱隔開；所述第二組隔熱屏蔽層(101)與第一組隔熱屏(106)之間設(shè)有呈筒狀豎向布置的第三組隔熱屏蔽層(108)，所述第三組隔熱屏蔽層(108)的外徑小于所述晶片載盤(113)的環(huán)形凸起(116)的內(nèi)徑；所述第一組隔熱屏(106)的外徑大于所述晶片載盤(113)的外徑。
10.根據(jù)權(quán)利要求5或6或7所述的MOCVD反應(yīng)器，其特征在于，所述加熱裝置通過電極(111)與電源電連接，每根電極(111)帶有冷卻系統(tǒng)。
【文檔編號】C23C16/458GK103526186SQ201310327232
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年7月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月31日
【發(fā)明者】魏唯, 羅才旺, 陳特超 申請人:中國電子科技集團公司第四十八研究所