技术领域
[0001] 本
发明涉及微
电子技术领域，特别涉及一种
金属有机化学气相沉积设备及其腔室组件。
背景技术
[0002] MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition，金属有机化学气相沉积)是生长III-V族、II-VI族化合物及
合金的薄层单晶的主要技术，它具有对组分层厚界面能够精确控制、较低的维护
费用、规模化的工业生产等优点，因此逐步成为砷化镓、磷化铟、氮化镓等
光电子材料的主要量产技术。
[0003] MOCVD设备一般包括反应腔室、气体输运系统、尾气处理系统、控制系统、基片传输系统等。其中，决定设备良率、产能和运行成本最关键的是反应腔系统。如图1所示，为
现有技术的反应腔结构示意图。该反应腔采用中央
喷嘴分割
水平进气，通过进气孔1100a和1100b分别通入反应气体，并通过排气口1200将反应气体从反应腔中排出。行星托盘1600沿圆周均匀排布在主旋转托盘1500上。在工艺过程中，主旋转托盘1500旋转的同时行星托盘1600在气体浮
力推动下慢速转动，从而带动行星托盘1600之上的晶片1400转动。如图2所示，为现有技术中主旋转托盘和行星托盘的示意图。该反应腔通过中央喷嘴分割水平进气有效提升了传统水平式反应腔的有效工艺空间，从而提高了设备产能，同时利用主旋转托盘1500和行星托盘1600的行星式旋转有效提升了均匀性。
[0004] 然而，一方面，由于用于承载晶片的托盘通常采用
石墨表面
喷涂SiC涂层加工制成，因此托盘越大喷涂工艺难度越大，从而导致托盘的成本越高；另一方面，托盘尺寸的不断增大也会影响
外延工艺的均匀性和
稳定性。因此，单纯依靠增大托盘的尺寸来提高产能已经变得越来越难以实现。
发明内容
[0005] 本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种金属有机化学气相沉积设备及其腔室组件。
[0006] 本发明一方面提出了一种金属有机化学气相沉积设备的腔室组件，包括：腔室本体，所述腔室本体包括反应腔室，所述反应腔室内设置有能旋转的第一托盘和第二托盘，所述第一托盘的晶片承载面与所述第二托盘的晶片承载面相对；所述腔室本体还包括用于向所述反应腔室供气的进气通道和用于从所述反应腔室排出气体的排气通道；所述进气通道用于向所述第一托盘和第二托盘之间的区域通入工艺气体，且所述进气通道的出气口在第一托盘和第二托盘所在平面内的投影位于所述晶片承载面之外。
[0007] 在本发明的一个
实施例中，还包括：第一
转轴，所述第一转轴与所述第一托盘相连用于旋转所述第一托盘；和第二转轴，所述第二转轴与所述第二托盘相连用于旋转所述第二托盘。
[0008] 在本发明的一个实施例中，还包括：第一加热部件，所述第一加热部件用于加热所述第一托盘；和第二加热部件，所述第二加热部件用于加热所述第二托盘。
[0009] 在本发明的一个实施例中，所述第一加热部件和所述第二加热部件为
电阻加热元件，其中所述第一加热部件与所述第一托盘的上表面
接触，且所述第二加热部件与所述第二托盘的下表面接触。
[0010] 在本发明的一个实施例中，所述第一加热部件和所述第二加热部件为
感应加热线圈，且所述第一加热部件与所述第一托盘的上表面之间以及所述第二加热部件与所述第二托盘的下表面之间分别具有预定间隔，其中，在所述第一加热部件与所述第一托盘的上表面之间以及在所述第二加热部件与所述第二托盘的下表面之间分别设有隔离件。
[0011] 在本发明的一个实施例中，所述隔离件包括
石英或陶瓷。
[0012] 在本发明的一个实施例中，还包括：第三转轴，所述第一托盘和第二托盘分别套接在所述第三转轴之上，所述第三转轴用于旋转所述第一托盘和第二托盘。
[0013] 在本发明的一个实施例中，还包括：第三加热部件，所述第三加热部件均匀地分布在所述反应腔室的内周壁上，用于加热所述第一托盘和第二托盘。
[0014] 在本发明的一个实施例中，所述第二转轴具有轴向通孔，所述进气通道穿过所述轴向通孔及所述第二托盘并延伸至所述第一托盘和第二托盘之间以向所述反应腔室供气。
[0015] 在本发明的一个实施例中，还包括：进气分配部件，所述进气分配部件包括分配管和多个分配盘，所述分配管的下端敞开且穿过所述第二托盘的中心孔配合在所述第二转轴的轴向通孔内，所述分配管的上端封闭且伸到所述第一托盘和所述第二托盘之间的空间内，所述多个分配盘分别设置于所述分配管的上端且沿竖直方向彼此间隔开，其中在相邻分配盘之间的所述分配管的壁上设有分配孔。
[0016] 在本发明的一个实施例中，所述排气通道包括：沿所述反应腔的周向间隔形成在所述反应腔内壁上的多个排气孔；形成在所述反应腔内壁和反应腔外壁之间的排气通路，所述排气通路具有通向所述反应腔室外面的排气口，其中，每个排气孔的内端与所述反应腔室连通且每个排气孔的外端与所述排气通路连通。
[0017] 在本发明的一个实施例中，所述多个排气孔位于所述第一托盘与所述第二托盘之间。
[0018] 在本发明的一个实施例中，还包括进气环，所述进气环内设有进气流动通道，所述进气流动通道具有位于所述反应腔室外面的进气环进气孔和位于所述反应腔室的进气环出气孔，其中，所述进气通道由所述进气环进气孔、所述进气环出气孔和所述进气流动通道构成。
[0019] 在本发明的一个实施例中，所述进气环与所述反应腔室的内壁平齐，且所述进气环位于所述第一托盘和所述第二托盘之间。
[0020] 在本发明的一个实施例中，所述进气环包括多组进气环出气孔，所述多组进气环出气孔沿所述进气环的周向间隔设置，且每一组内的进气环出气孔沿竖直方向间隔设置。
[0021] 在本发明的一个实施例中，还包括进气盘，所述进气盘设置在所述第一托盘和第二托盘之间，所述进气盘的外周壁面暴露到所述反应腔室外面，所述进气盘内设有气体流动通道，所述气体流动通道具有通向所述反应腔室外面的进气盘进气孔，且在所述反应腔室内的所述进气盘的上表面和下表面上分别设有多个与所述气体通道连通的进气盘出气孔，其中，所述进气通道由所述进气盘进气孔、所述进气盘出气孔和所述气体流动通道构成。
[0022] 在本发明的一个实施例中，所述排气通道包括形成在所述反应腔室外壁顶部的上排气通孔和形成在所述反应腔外壁底部的下排气通孔。
[0023] 在本发明的一个实施例中，所述第一转轴和第二转轴分别从所述上排气通孔和所述下排气通孔伸入所述反应腔室以分别与所述第一托盘和第二托盘相连。
[0024] 在本发明的一个实施例中，所述第一托盘和第二托盘通过静电
吸附或压片环将所述第一托盘和第二托盘之中的晶片固定。
[0025] 在本发明的一个实施例中，所述晶片在沿所述第一托盘和第二托盘的圆周方向上以单周或多周排布。
[0026] 在本发明的一个实施例中，所述第一托盘和第二托盘之上设有多个行星托盘。
[0027] 本发明另一方面还提出了一种采用上述金属有机化学气相沉积设备的腔室组件的金属有机化学气相沉积设备。
[0028] 本发明实施例通过在反应腔中设置晶片承载面相对的两个托盘，可以极大地提高反应腔容量和气体利用率，从而提高生产效率，降低生产成本。另外，由于托盘采用对称结构，也有利于提高工艺的均匀性和稳定性。
[0029] 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。
附图说明
[0030] 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：
[0031] 图1为现有技术的反应腔结构示意图；
[0032] 图2为现有技术中主旋转托盘和行星托盘的示意图；
[0033] 图3a为本发明实施例晶片在托盘上单周排布的示意图；
[0034] 图3b为本发明实施例晶片在托盘上双周排布的示意图；
[0035] 图3c为本发明实施例晶片在托盘上以行星式排布的示意图；
[0036] 图4为本发明实施例一的腔室组件示意图；
[0037] 图5为本发明实施例一的进气分配部件示意图；
[0038] 图6为本发明实施例二的腔室组件示意图；
[0039] 图7为本发明实施例三的腔室组件示意图。
具体实施方式
[0040] 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。
[0041] 通过本发明实施例可在一个反应腔内设置两个晶片承载面相对的托盘，并将反应气体引入到两个托盘之间，从而达到提高生产效率，降低生产成本的目的。
[0042] 本发明实施例的腔室组件包括腔室本体、设置在腔室本体之中的第一托盘和第二托盘，其中，第一托盘的晶片承载面与第二托盘的晶片承载面相对设置。在本发明的实施例中第一托盘和第二托盘是可转动的。然而在本发明的其他实施例中，第一托盘和第二托盘也可以是不可转动的。在本发明的一个实施例中，第一托盘可设置在反应腔室的上部，第二托盘可设置在反应腔室的下部。在本发明的另一个实施例中，第一托盘和第二托盘也可竖直地对立设置以使第一托盘的晶片承载面与第二托盘的晶片承载面相对。其中，腔室本体中具有反应腔室，且腔室本体设有用于向反应腔室供气的进气通道和用于从反应腔室排出气体的排气通道。在本发明的一个实施例中，腔室本体可由反应腔内壁限定而成，而在本发明的其他实施例中，腔室本体也可由反应腔外壁限定而成，即腔室本体仅包括反应腔外壁。其中，反应腔外壁可为不锈
钢材料、石英或者
铝合金等其他材料，反应腔内壁可为
不锈钢材料、石墨或者带SiC涂层的石墨材料以及石英等材料。
[0043] 在本发明的一个实施例中，该腔室组件还包括第一转轴和第二转轴，其中，第一转轴与第一托盘相连用于旋转第一托盘，第二转轴与第二托盘相连用于旋转第二托盘。
[0044] 在本发明的一个实施例中，该腔室组件还包括第一加热部件和第二加热部件，其中，第一加热部件用于加热第一托盘，第二加热部件用于加热第二托盘。
[0045] 在本发明的另一个实施例中，第一托盘和第二托盘还可设置在同一个转轴之上。该腔室组件还包括第三转轴，其中，第一托盘和第二托盘分别套接在第三转轴之上，第三转轴用于旋转第一托盘和第二托盘。
[0046] 在本发明的另一个实施例中，为了加热第一托盘和第二托盘，还可在反应腔室的内周壁之上均匀地设置第三感应加热部件，以对第一托盘和第二托盘进行加热。
[0047] 在本发明的实施例中，为了同时对第一托盘和第二托盘之上的晶片进行淀积，需要进气通道将反应气体输入至第一托盘和第二托盘之间，在以下的实施例中将会对进气通道的设置进行详细的描述。优选地，第一托盘和第二托盘相对于反应腔室的中心对称，这样有利于提高工艺的均匀性和稳定性。在本发明的一个实施例中，第一托盘和第二托盘可由石墨或者带SiC涂层的石墨、金属钼及其合金等耐高温、化学性质稳定的材料制成。在本发明的另一个实施例中，晶片可为蓝
宝石、GaAs、Si、SiC、GaN、ZnO等适合作为
外延生长衬底的材料。
[0048] 在本发明的一个实施例中，晶片可以沿圆周方向单周或多周均匀地排布在第一托盘和第二托盘之上。其中，需要说明的是，第一托盘上晶片的排布方式可以与第二托盘上晶片的排布方式相同，当然在其他实施例中第一托盘上的晶片排布方式与第二托盘上的晶片排布方式也可以不同。如图3a所示，为本发明实施例晶片在托盘上单周排布的示意图。如图3b所示，为本发明实施例晶片在托盘上双周排布的示意图。
[0049] 在本发明的另一个实施例中，第一托盘和第二托盘上晶片的排布方式也可采用行星式排布，即在第一托盘和第二托盘上沿圆周方向排布承载多个晶片的行星托盘。这些行星托盘可根据传统的方式，如气体驱动的方式或机械驱动的方式一定速度旋转。如图3c所示，为本发明实施例晶片在托盘上以行星式排布的示意图。
[0050] 在本发明的实施例中，晶片既可以以静电吸附的方式固定在第一托盘和第二托盘上，也可以以压片环的方式固定在第一托盘和第二托盘上。其中以压片环的方式固定是指根据晶片排布的特征制作相应的压片环，压片环上的圆孔直径略小于晶片直径，压片环采用
铆接或者其他连接方式与第一托盘和第二托盘连接，其材料可以为石墨或者带SiC涂层的石墨等材料。
[0051] 其中，第一转轴与第一托盘相连用于旋转第一托盘，第二转轴与第二托盘相连用于旋转第二托盘。在本发明的一些实施例中，还可将第一转轴或第二转轴与进气通道或排气通道相结合，从而使得腔室组件的结构更加紧凑。
[0052] 其中，第一加热部件和第二加热部件分别用于对第一托盘和第二托盘进行加热。在本发明的一个实施例中，第一加热部件和第二加热部件可为感应线圈或者电阻丝/片。
例如，第一加热部件和第二加热部件可为电阻加热元件，其中，第一加热部件与第一托盘的上表面接触，且第二加热部件与第二托盘的下表面接触。再例如，第一加热部件和第二加热部件还可为感应加热线圈，且第一加热部件与第一托盘的上表面之间以及第二加热部件与第二托盘的下表面之间分别具有预定间隔，其中，在第一加热部件与第一托盘的上表面之间以及在第二加热部件与第二托盘的下表面之间分别设有隔离件。在本发明的一个实施例中，该隔离件包括石英或陶瓷等可
隔热、耐高温、耐
腐蚀的材料。
[0053] 在本发明的以下实施例中提出了多种反应腔室，及进气和排气通道的实施例，但是需要说明的是以下实施例仅为本发明的优选方案，并不意味着本发明仅能通过以下实施例实现，本领域技术人员可根据本发明的上述思想对以下实施例中的进气通道和/或排气通道进行等同的
修改或替换，这些均应包含在本发明的保护范围之内。
[0054] 实施例一，
[0055] 如图4所示，为本发明实施例一的腔室组件示意图。该腔室组件4000包括反应腔外壁4100和反应腔内壁4200，反应腔内壁4200所限定的空间为反应腔室。其中，反应腔外壁4100可为不锈钢材料、石英或者
铝合金等其他材料，反应腔内壁4200可为不锈钢材料、石墨或者带SiC涂层石墨材料以及石英等材料。该腔室组件4000还包括第一转轴4510、第一托盘4520、放置在第一托盘4520之上的多个晶片4530、为第一托盘4520加热的第一加热部件4540，以及第二转轴4610、第二托盘4620、放置在第二托盘4620之上的多个晶片4630、为第二托盘4620加热的第二加热部件4640。其中，从图中可以看出，第一托盘4520和第二托盘4620的晶片承载面相对，从而使得多个晶片4530的下表面和多个晶片4630的上表面能够同时暴露在反应气体中，从而可以对其同时进行处理。
[0056] 在该实施例中，第二转轴4610具有轴向通孔，进气通道4300穿过该轴向通孔及第二托盘4620并延伸至第一托盘4520和第二托盘4620之间以向反应腔室供气。当然在本发明的其他实施例中，也可将第一转轴4510设为具有轴向通孔，从而使得进气通道可以通过第一转轴进行供气。
[0057] 本发明实施例中的排气通道包括沿反应腔室的周向间隔形成在反应腔室内壁4200上的多个排气孔4410，以及形成在反应腔室的内壁4200和外壁4100之间的排气通路4420，排气通路4420具有通向反应腔室外面的排气口4430，其中，每个排气孔4410的内端与反应腔室连通且每个排气孔4410的外端与排气通路4420连通。优选地，多个排气孔
4410位于第一托盘4520与第二托盘4620之间，从而可以将反应气体及时排出。
[0058] 在本发明的优选实施例中，为了使反应气体在反应腔室内更加均匀，在该实施例中还包括进气分配部件4700，如图5所示，为本发明实施例一的进气分配部件示意图。该进气分配部件4700包括分配管4710和多个分配盘4720。其中，分配管4710的下端敞开且穿过第二托盘4620的中心孔配合并在第二转轴4610的轴向通孔内，分配管4710的上端封闭且伸到第一托盘4520和第二托盘4620之间的空间内。多个分配盘4720分别设置于分配管4710的上端且沿竖直方向彼此间隔开，其中在相邻分配盘4720之间的分配管4710的壁上设有多个分配孔，反应气体通过这些分配孔进入到反应腔之内。通过本发明实施例的进气分配部件4700可使得反应气体在反应腔内更加均匀。
[0059] 实施例二，
[0060] 如图6所示，为本发明实施例二的腔室组件示意图。在该实施例中进气通道和排气通道与实施例一的不同。该腔室组件5000包括反应腔外壁5100和反应腔内壁5200。其中，反应腔外壁5100可为不锈钢材料、石英或者铝合金等其他材料，反应腔内壁5200可为不锈钢材料、石墨或者带SiC涂层石墨材料以及石英等材料。该腔室组件5000还包括第一转轴5510、第一托盘5520、放置在第一托盘5520之上的多个晶片5530、为第一托盘5520加热的第一加热部件5540，以及第二转轴5610、第二托盘5620、放置在第二托盘5620之上的多个晶片5630、为第二托盘5620加热的第二加热部件5640。其中，从图中可以看出，第一托盘5520和第二托盘5620的晶片承载面相对，以使多个晶片5530的下表面和多个晶片5630的上表面能够同时暴露在反应气体中，从而可以对其同时进行处理。
[0061] 在该实施例中，进气通路主要由进气环构成，如图所示，在本发明的实施例中为了得到反应气体均匀分布的目的，在反应腔的两侧均设置有进气环，即第一进气环5310和第二进气环5320。当然在本发明的其他实施例中，也可设置一个进气环。第一进气环5310和第二进气环5320中设有进气流动通道，进气流动通道具有位于反应腔室外面的进气环进气孔和位于反应腔室的进气环出气孔，其中，进气通道由进气环进气孔、进气环出气孔和进气流动通道构成。在本发明的一个实施例中，第一进气环5310和第二进气环5320包括多组进气环出气孔，第一进气环5310和第二进气环5320与反应腔内壁5200平齐，具体地，第一进气环5310和第二进气环5320的多组进气环出气孔与反应腔内壁5200平齐。且第一进气环5310和第二进气环5320的多组进气环出气孔位于第一托盘5520和第二托盘5620之间。其中，多组进气环出气孔沿第一进气环5310和第二进气环5320的周向间隔设置，且每一组内的进气环出气孔沿进气流动通道轴向间隔设置，从而可以使得反应气体的流入更加均匀。
[0062] 在该实施例中，排气通道包括形成在反应腔外壁5100顶部的上排气通孔5420和形成在反应腔外壁5100底部的下排气通孔5430，以及反应腔外壁5100和反应腔内壁5200之间限定的排气通路5410。其中，第一转轴5510和第二转轴5610分别从上排气通孔5420和下排气通孔5430伸入反应腔室以分别与第一托盘5520和第二托盘5620相连。这样反应气体在反应完成之后，会沿着上排气通孔5420和下排气通孔5430排出。
[0063] 实施例三，
[0064] 如图7所示，为本发明实施例三的腔室组件示意图。在该实施例中，该腔室组件6000仅包括反应腔外壁6100。其中，反应腔外壁6100可为不锈钢材料、石英或者铝合金等其他材料。该腔室组件6000还包括第一转轴6510、第一托盘6520、放置在第一托盘6520之上的多个晶片6530、为第一托盘6520加热的第一加热部件6540，以及第二转轴6610、第二托盘6620、放置在第二托盘6620之上的多个晶片6630、为第二托盘6620加热的第二加热部件6640。其中，从图中可以看出，第一托盘6520和第二托盘6620的晶片承载面相对，从而使得多个晶片6530的下表面和多个晶片6630的上表面能够同时暴露在反应气体中，从而可以对其同时进行处理。
[0065] 在该实施例中，进气通路包括进气盘6300。其中，进气盘6300设置在第一托盘6520和第二托盘6620之间，且进气盘6300两端的外周壁面暴露到反应腔室外面。另外，在该实施例中的进气盘6300内设有气体流动通道，气体流动通道具有通向反应腔室外面的进气盘进气孔。且在该实施例中，在反应腔室内的进气盘6300的上表面和下表面上分别设有多个与气体通道连通的进气盘出气孔，从而可以以喷淋的方式提供反应气体。其中，具体地，进气通道由进气盘进气孔、进气盘出气孔和气体流动通道构成。
[0066] 在该实施例中，排气通道包括形成在反应腔外壁6100顶部的上排气通孔6410和形成在反应腔外壁6100底部的下排气通孔6420。其中，第一转轴5510和第二转轴5610分别从上排气通孔5420和下排气通孔5430伸入反应腔室以分别与第一托盘5520和第二托盘5620相连。这样反应气体在反应完成之后，将会沿着上排气通孔5420和下排气通孔5430排出。
[0067] 然而需要说明的是，在上述实施例中虽然以可转动的第一托盘和第二托盘为例进行描述，但是在本发明的另一些实施例中可采用以上实施例的第一托盘和第二托盘的
位置，及进气通道和排气通道的设置方式，而将第一托盘和第二托盘设置为不可转动。
[0068] 本发明另一方面还提出了一种采用上述腔室组件的金属有机化学气相沉积设备。由于该金属有机化学气相沉积设备可同时对上下两个托盘之上的晶片进行处理，从而能够极大地提高生产效率。
[0069] 本发明实施例通过在反应腔中设置晶片承载面相对的两个托盘，可以极大地提高反应腔的容量和气体利用率，从而提高生产效率，降低生产成本。另外，由于托盘采用对称结构，也有利于提高工艺的均匀性和稳定性。
[0070] 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。
[0071] 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
权利要求及其等同物限定。
