托盤、mocvd反應腔和mocvd設備的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種托盤、MOCVD反應腔和MOCVD設備。該托盤包括：托盤基體和設置于所述托盤基體上的襯底，所述托盤基體上設置有凹槽，所述凹槽中放置有導熱部件，所述導熱部件與所述襯底相接觸，所述導熱部件的導熱系數大于所述托盤基體的導熱系數。本發明中，托盤包括托盤基體和設置于托盤基體上的襯底，托盤基體上設置有凹槽，凹槽中放置有導熱部件，導熱部件與襯底相接觸，導熱部件的導熱系數大于托盤基體的導熱系數，由于導熱部件的導熱性能更好，因此導熱部件的表面溫度更加均勻，從而能夠改善襯底的溫度均勻性，提高了托盤加熱溫度的均勻性。
【專利說明】托盤、MOCVD反應腔和MOCVD設備
【技術領域】
[0001]本發明涉及微電子【技術領域】，特別涉及一種托盤、MOCVD反應腔和MOCVD設備。
【背景技術】
[0002]金屬有機物化學氣相沉積(MetalOrganic Chemical Vapor Deposition,簡稱:MOCVD)是在氣相外延生長的基礎上發展起來的一種新型外延生長技術，其已經成為制作GaN以及三元和四元薄膜的主要技術。MOCVD技術是化合物半導體材料研究和生產的重要手段，作為微電子工業半導體結構材料批量化生產型設備，其高質量、穩定性、重復性及規模化是其他的半導體材料生長設備無法替代的。MOCVD技術的生長速率中等，且薄膜厚度的控制相對比較精確，最適合于大批量生產發光二極管(Light Emitting Diode,簡稱:LED),使用最為廣泛，生長的材料和器 件質量最高。迄今為止，MOCVD技術是包含II1-V、I1-VI族化合物半導體和III族氮化物半導體的高質量器件多層結構生長的最靈活、費用最低、效率最高的技術。在MOCVD技術中，加熱和溫度控制是影響GaN生成的重要條件。MOCVD技術目前的加熱方式包括:高頻感應加熱、輻射加熱或者電阻式加熱。其中使用最多的是高頻感應加熱。實現MOCVD技術的設備為MOCVD反應腔，MOCVD反應腔通常是由石英腔體和石墨托盤構成的，為能實現大產能的要求，石墨托盤采用多托盤結構，多托盤結構的MOCVD反應腔是MOCVD的發展方向。對于多托盤結構的MOCVD反應腔，多采用的是感應加熱的方式。
[0003]圖1為現有技術中一種MOCVD反應腔的結構示意圖，如圖1所示，該MOCVD反應腔包括:腔體1、中央進氣裝置3、感應線圈4和多個托盤2。中央進氣裝置3位于腔體I內部的中間位置。托盤2以多層垂直排布的方式設置于腔體I的內部，每個托盤2中均包括襯底(圖中未示出)，其中，襯底的材料可以為SiC，襯底上可放置基片，基片的材料為藍寶石。感應線圈4纏繞于腔體I的外壁上。進氣裝置3向腔體I內通入反應氣體，該反應氣體水平流到托盤2上的襯底表面。工藝過程中，托盤2在旋轉機構的帶動下旋轉。圖1中的MOCVD反應腔為立式多托盤結構反應腔，其中，托盤2的材料為石墨。這種結構的MOCVD反應腔是在腔體I的外壁上安裝感應線圈4，而在腔體I的內部垂直擺放多層托盤2，并且感應線圈4與托盤2是同心放置的。這樣感應線圈4產生的磁力線5就會與托盤2垂直相交。當在感應線圈4中通入交變電流時，就會產生交變磁場，從而在托盤2上產生感應電動勢，導致托盤2上產生渦流。由于渦流在托盤2中的電阻熱效應，因此，托盤2也會被加熱。這樣當托盤2被加熱的時候，襯底上放置的基片也會相應的被加熱。
[0004]感應加熱在水平放置的托盤2上存在集膚效應，即:托盤2上距離感應線圈4較近的位置(即靠近腔體I的位置)磁力線密集，加熱溫度也較高；托盤2上距離感應線圈4較遠的位置(即靠近中央進氣裝置3的位置)磁力線稀疏，加熱溫度也較低。因此，磁場中穿過承載裝置的磁力線的密度沿托盤2徑向分布是不均勻的，這導致托盤2的加熱溫度不均勻。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于提供一種托盤、MOCVD反應腔和MOCVD設備，通過改變托盤的結構，來有效改善托盤的加熱速率和表面溫度的均勻性。
[0006]為實現上述目的，本發明提供了一種托盤，包括:托盤基體和設置于所述托盤基體上的襯底，所述托盤基體上設置有凹槽，所述凹槽中放置有導熱部件，所述導熱部件與所述襯底相接觸，所述導熱部件的導熱系數大于所述托盤基體的導熱系數。
[0007]可選地，所述導熱部件的材料為金屬或者金屬合金。
[0008]可選地，所述凹槽的周邊形成有邊沿。
[0009]可選地，所述凹槽的數量為多個，所述凹槽之間形成有石墨楞，所述襯底位于所述邊沿和所述石墨楞上。
[0010]可選地，所述凹槽的數量為兩個，兩個所述凹槽對稱設置，所述襯底包括二個對半放置的半圓形襯底，每個所述半圓形襯底放置于一個所述凹槽上。
[0011 ] 可選地，所述凹槽的數量為一個，所述襯底位于所述邊沿上。
[0012]可選地，所述 托盤基體的中心設置有開孔，所述開孔用于安裝旋轉軸。
[0013]可選地，所述托盤基體的形狀為圓柱。
[0014]為實現上述目的，本發明提供了一種MOCVD反應腔，包括:腔體、進氣裝置、感應線圈和多個上述托盤。
[0015]為實現上述目的，本發明提供了一種MOCVD設備，包括:上述MOCVD反應腔。
[0016]本發明具有以下有益效果:
[0017]1、本發明利用導體在電場中很容易被加熱，來產生熱量，對托盤溫度的不均勻進行補償；
[0018]2、本發明利用導體比石墨的導熱性能好的優點，對托盤進行加熱，可以使托盤表面的溫度均勻性更高。
[0019]3、本發明中使用的金屬材料都是耐高溫、耐腐蝕的特殊材料，在石墨托盤中間只添加部分的金屬合金，會節省研發和實際使用的成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1為現有技術中一種MOCVD反應腔的結構示意圖；
[0021]圖2為本發明實施例一提供的一種托盤的結構示意圖；
[0022]圖3為圖2中的托盤基體的俯視圖。
【具體實施方式】
[0023]為使本領域的技術人員更好地理解本發明的技術方案，下面結合附圖對本發明提供的托盤、MOCVD反應腔和MOCVD設備進行詳細描述。
[0024]圖2為本發明實施例一提供的一種托盤的結構示意圖，圖3為圖2中的托盤基體的俯視圖，如圖2和圖3所示，該托盤包括:托盤基體11和設置于托盤基體11上的襯底12，托盤基體11上設置有凹槽13，凹槽13中放置有導熱部件14，導熱部件與襯底12相接觸，導熱部件14的導熱系數大于托盤基體11的導熱系數。
[0025]襯底12用于承載基片,優選地,基片為監寶石基片。襯底12上可放直多個基片。
[0026]導熱部件14的材料為金屬或者金屬合金。在實際應用中，導熱部件14通常采用耐高溫、耐腐蝕的金屬或者金屬合金。優選地，導熱部件14的材料為鎢，而托盤基體11的材料為石墨。鶴的導熱系數為180W/(m*K),石墨的導熱系數為151W/(m*K)。由于鶴的導熱系數大于石墨的導熱系數，因此，導熱部件14的導熱性能優于托盤基體11的導熱性能。
[0027]凹槽13的周邊形成有邊沿15。首先，制備出托盤基體11，托盤基體11的形狀為圓柱；然后，在托盤基體11上加工出凹槽13，形成凹槽13的同時，凹槽13的周邊形成邊沿15 ;最后，再將導熱部件14放入凹槽13中。其中，導熱部件14的形狀與凹槽13的形狀相匹配。
[0028]作為一種可實施方式，凹槽13的數量為多個，則凹槽13之間形成有石墨楞16，襯底12位于邊沿15和石墨楞16上。本實施例中，優選地，凹槽13的數量為兩個，兩個凹槽13對稱設置，襯底12包括二個對半放置的半圓形襯底，每個半圓形襯底放置于一個對應的凹槽13上。如圖3所示，每個半圓形襯底均位于邊沿15和石墨楞16上，以圖3中石墨楞16上的虛線為界，半圓形襯底分別位于石墨楞16上的虛線兩側，也就是說，兩個半圓形襯底在虛線處對接。
[0029]考慮到MOCVD工藝的高溫度和反應的特殊環境，例如氫氣、氨氣、反應使用的MO源等，金屬材料會在這樣的特殊環境中發生化學反應，因此，本發明中襯底12覆蓋于邊沿15和石墨楞16上可有效避免凹槽13中的導熱部件14與外部的工藝氣體接觸，從而避免了工藝氣體與導熱部件14發生反應，延長了導熱部件14的使用時間。
[0030]本實施例中，托盤基體11的中心設置有開孔17，開孔17用于安裝旋轉軸18。托盤基體11可以在旋轉軸 18的帶動下旋轉。此時，位于凹槽13外圍的邊沿15為外邊沿，位于開孔17外圍的邊沿15為內邊沿。
[0031]在實際應用中，可選地，凹槽的數量還可以為一個，此時襯底覆蓋于邊沿上，此種情況未具體畫出。
[0032]當感應線圈通過產生的磁場對托盤進行加熱時，托盤基體被感應加熱，這樣托盤基體的熱量會被傳遞給導熱部件，由于導熱部件的導熱系數大于托盤基體的導熱系數，因此導熱部件的導熱性能好于托盤基體的導熱性能，使得導熱部件的表面溫度更加均勻，能夠很好的改善襯底表面及其上放置的基片的溫度均勻性，從而提高了托盤加熱溫度的均勻性。
[0033]本實施例提供的托盤包括托盤基體和設置于托盤基體上的襯底，托盤基體上設置有凹槽，凹槽中放置有導熱部件，導熱部件與襯底相接觸，導熱部件的導熱系數大于托盤基體的導熱系數，由于導熱部件的導熱性能更好，因此導熱部件的表面溫度更加均勻，從而能夠改善襯底的溫度均勻性，提高了托盤加熱溫度的均勻性。與托盤基體相比導熱部件在感應線圈產生的電場中更容易被加熱以產生熱量，從而提高了托盤的加熱速率，且該導熱部件可對托盤加熱的不均勻進行補償。本實施例中，導熱部件通常采用耐高溫、耐腐蝕的金屬或者金屬合金，因此僅將托盤基體的一部分設置為導熱部件，節省了托盤的研發成本和實際生產成本。同時，僅將托盤基體的一部分設置為導熱部件，避免了導熱部件與工藝氣體發生接觸，從而避免了工藝氣體與導熱部件4發生反應，延長了導熱部件的使用時間且提高了 MOCVD的工藝質量。
[0034]本發明實施例二提供了一種MOCVD反應腔，該MOCVD反應腔包括:腔體、進氣裝置、感應線圈和多個托盤。進氣裝置可位于腔體內部的中間位置。托盤以多層垂直排布的方式設置于腔體的內部。托盤上承載有基片。感應線圈位于腔體的外部，感應線圈用于產生磁場并通過產生的磁場對托盤進行加熱。進氣裝置位于腔體的內部，進氣裝置用于向腔體內通入反應氣體，該反應氣體與襯底表面發生反應。其中，托盤可采用上述實施例一中的托盤，此處不再贅述。
[0035]本發明實施例三提供了一種MOCVD設備，該MOCVD設備包括:M0CVD反應腔。MOCVD反應腔可采用上述實施例二中的MOCVD反應腔。
[0036]可以理解的是，以上實施方式僅僅是為了說明本發明的原理而采用的示例性實施方式，然而本發明并不局限于此。對于本領域內的普通技術人員而言，在不脫離本發明的精神和實質的情況下， 可以做出各種變型和改進，這些變型和改進也視為本發明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種托盤，其特征在于，包括:托盤基體和設置于所述托盤基體上的襯底，所述托盤基體上設置有凹槽，所述凹槽中放置有導熱部件，所述導熱部件與所述襯底相接觸，所述導熱部件的導熱系數大于所述托盤基體的導熱系數。
2.根據權利要求1所述的托盤，其特征在于，所述導熱部件的材料為金屬或者金屬合金。
3.根據權利要求1所述的托盤，其特征在于，所述凹槽的周邊形成有邊沿。
4.根據權利要求3所述的托盤，其特征在于，所述凹槽的數量為多個，所述凹槽之間形成有石墨楞，所述襯底覆蓋于所述邊沿和所述石墨楞上。
5.根據權利要求4所述的托盤，其特征在于，所述凹槽的數量為兩個，兩個所述凹槽對稱設置，所述襯底包括二個對半放置的半圓形襯底，每個所述半圓形襯底放置于一個所述凹槽上。
6.根據權利要求3所述的托盤，其特征在于，所述凹槽的數量為一個，所述襯底位于所述邊沿上。
7.根據權利要求1所述的托盤，其特征在于，所述托盤基體的中心設置有開孔，所述開孔用于安裝旋轉軸。
8.根據權利要求1所述的托盤，其特征在于，所述托盤基體的形狀為圓柱。
9.一種MOCVD反應腔，其特征在于，包括:腔體、進氣裝置、感應線圈和多個托盤，所述托盤采用上述權利要求1至8任一所述的托盤。
10.一種MOCVD設備，其特征在于，包括:權利要求9所述的MOCVD反應腔。
【文檔編號】C23C16/458GK103938186SQ201310024810
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2013年1月23日 優先權日:2013年1月23日
【發明者】李紅 申請人:北京北方微電子基地設備工藝研究中心有限責任公司