专利名称：一种气相沉积设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及微电子加工技术领域，具体地，涉及一种气相沉积设备。
背景技术：
在微电子产品制造领域中，金属有机化合物化学气相淀积技术(Metal Organic Chemical Vapor Deposition,以下简称MOCVD)是一种生长III-V族、II-VI族化合物及合
金等的薄层单晶的重要工艺。M0CVD技术自20世纪60年代被首先提出至90年代的不断发展，已经成为砷化镓、磷化铟、氮化镓等光电子材料外延片制备的核心生长技术。该技术具有以下诸多优点 其一、由于用以生长化合物晶体的各种组份及掺杂剂均以气态形式通入工艺腔室内，因而可以通过控制各种气体的流量来精确控制外延层的组分、导电类型、载流子浓度、厚度等特性；其二、可通过抽气装置将反应后的气体快速抽离工艺腔室，因而在进行异质外延工艺时，能够快速切换不同类型的工艺气体，从而可得到陡峭的界面；其三、可通过监控基片温度及工艺气体的供应量而对外延工艺的速度和进度进行精确控制。请参阅图1，为M0CVD设备的系统原理图。该设备包括工艺腔室12、提供氢气和氢化物的供气系统、包含节流阀11和真空泵13等的尾气处理系统、包含压力控制器10等的控制系统、基片传输系统等几大组成部分。其中，工艺腔室12的结构设计在优化产品质量、 扩大产能等方面均具有至关重要的作用，因而被公认为M0CVD设备中最核心的部件。因此， 相关领域技术人员在对工艺腔室12结构的改进和创新方面投入了大量精力，从而设计出多种不同的腔室结构。总体而言，M0CVD工艺腔室主要包括水平式和垂直式两类，下面结合图2A、图2B及图3对上述两种结构的工艺腔室分别举例说明。请一并参阅图2A和图2B，为一种已知的用于M0CVD外延反应的水平式工艺腔室结构。该工艺腔室中设用一种行星式分布的托盘结构，具体为，在一个大托盘40的圆周上均匀设置多个小托盘30，大托盘40绕其中心轴旋转，小托盘30在随大托盘40公转的同时发生自转。在工艺过程中，基片被水平放置在各个小托盘30上随之同步旋转，中央喷嘴沿大托盘40水平方向均匀供气，工艺气体在腔室内发生反应并沉积在基片表面以形成所需的外延膜层。请参阅图3，为一种已知的用于M0CVD外延反应的垂直式工艺腔室结构。该工艺腔室12中设有一个可旋转的托盘16，基片32被置于该托盘16上并随之同步旋转；工艺气体通过托盘16上方的进气系统垂直向下注入，并最终在基片32表面发生反应而形成外延膜层。目前，在光电子材料的生产中，普遍存在单台设备产能较低的问题，从而造成设备的折旧成本在总的生产成本中占有很高的比重。因此，如何在保证产品良率的同时进一步提高M0CVD设备产能一直是亟需本领域技术人员解决的重要课题。而上述图2A、图2B及图 3所示设备虽然在一定程度上可满足对产品的质量要求，但是，二者在持续扩大容量方面均存在下述弊端一方面，在上述两种结构的M0CVD设备基础上，若要进一步增加其所承载的基片数量，则只能通过增大腔室径向尺寸和托盘尺寸的方式而实现；但是，对于由石墨材质制成的托盘而言，要使其尺寸在现有基础上进一步增大，必将使托盘的加工难度及加工成本急剧增加，最终会使设备的制造成本随之增加。另一方面，托盘的尺寸增大之后，会增大气流场和温度场的设计及控制难度，进而造成对工艺稳定性及均匀性等参数控制的不利影响。最终，将使企业面临设备成本和工艺质量的两难选择。
实用新型内容为解决上述问题，本实用新型提供一种气相沉积设备，其能够在保证工艺质量的同时，有效提闻设备广能。为此，本实用新型提供一种气相沉积设备，包括工艺腔室和设置于工艺腔室内的供气装置，其中，工艺腔室内部还设置有至少2个间隔叠置的用于承载基片的托盘，所述供气装置对应各个托盘分别进行供气，以在所述基片表面生成所需膜层。其中，供气装置设置于工艺腔室的大致中心位置，至少2个托盘以一定的间隔逐个套装在供气装置的外部，供气装置上对应于各个托盘设置有多个供气孔，用以将工艺气体输送至各个托盘表面。其中，供气装置包括至少1个气体通路，各个气体通路分别用于运送不同的工艺气体。优选地，供气装置的内部设置有冷却管路，用以对气体通路进行冷却。其中，工艺腔室内壁上设置有多个抽气孔，工艺过程中所产生的废气经由抽气孔而被排出工艺腔室。其中，抽气孔设置于工艺腔室的顶部和/或底部和/或侧壁上。其中，该气相沉积设备还包括与供气装置和/或托盘相连接的旋转装置，用以使供气装置和托盘进行同步或独立的旋转运动。其中，该气相沉积设备还包括加热装置，用以对托盘进行加热。优选地，托盘的上、下表面中的至少一面可用于承载基片。其中，托盘为圆形，基片沿托盘的圆周方向均匀排列和/或沿托盘径向方向均匀排列和/或在托盘表面呈行星式排列。其中，所述气相沉积设备包括化学气相沉积设备。本实用新型具有下述有益效果本实用新型所提供的气相沉积设备借助设置在其工艺腔室内的至少2个间隔叠置的托盘，能够有效增加单台设备一次所能承载的基片数量，从而无需增大单个托盘的尺寸即可有效提高设备的生产效率、并增加产能；同时，利用设置在工艺腔室内的供气装置对应各个托盘进行分别供气，以使各个托盘表面均能获得充足且均匀的工艺气体，从而在位于各个托盘上的基片表面生成所需的膜层；并且，由于本实用新型提供的气相沉积设备在增大产能的同时无需增大托盘尺寸，因而不会对工艺过程中的气流场及温度场的控制造成影响。因此，本实用新型提供的气相沉积设备能够在保证工艺均匀性与稳定性的同时，有效提闻设备广能。
图1为M0CVD设备的系统原理图；[0024]图2A为ー种常用的水平式MOCVDエ艺腔室的结构示意图；图2B为图2A中A-A截面的剖视图；图3为ー种常用的垂直式MOCVDエ艺腔室的结构示意图；图4为本实用新型提供的气相沉积设备第一种具体实施例的结构原理图；图5为本实用新型提供的气相沉积设备第二种具体实施例的结构原理图；图6为本实用新型提供的气相沉积设备第三种具体实施例的结构原理图；图7为本实用新型提供的气相沉积设备第四种具体实施例的结构原理图；图8A为本实用新型提供的气相沉积设备中的托盘第一种基片排布方式示意图；图8B为本实用新型提供的气相沉积设备中的托盘第二种基片排布方式示意图； 以及图8C为本实用新型提供的气相沉积设备中的托盘第三种基片排布方式示意图。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，
以下结合附图对本实 用新型提供的气相沉积设备进行详细描述。本实用新型提供的气相沉积设备包括エ艺腔室、设置于エ艺腔室内的至少2个间 隔叠置的用于承载基片的托盘，以及为各个托盘分别进行供气的供气装置。其中，供气装 置用于将エ艺气体注入エ艺腔室内部并发生各种反应，最终在基片表面生成所需的膜层结 构；反应过程产生的废气及未參与反应的エ艺气体经由设置在エ艺腔室内壁上的多个抽气 孔而被排出。这里，所述间隔叠置是指将托盘大致沿同一方向而逐个地叠放在一起，并使相 邻的托盘之间保持一定的间隔距离。至于上述间隔距离的取值可根据实际エ艺中对气流场 控制、取/放基片间距等的具体要求进行设置。请參阅图4，为本实用新型提供的气相沉积设备第一种具体实施例的结构原理图。 该气相沉积设备包括エ艺腔室1，设置于エ艺腔室1内部的供气装置2及多个(至少为2 个，本实施例中为4个)托盘3，各个托盘3又分别承载有多个基片4。本实施例中，供气装 置2为空心柱状结构并设置于エ艺腔室1的大致中心位置，其具有至少1个(本实施例中 为2个)气体通路21，用以向エ艺腔室1内输送各种エ艺气体，不同种类的エ艺气体在エ艺 腔室1内混合并达到反应所需的条件后可发生化学反应而形成所需膜层；上述多个托盘3 以一定的间隔逐个套装并固定于该柱状供气装置1的外部，且在供气装置2上对应于各个 托盘3的位置而设置有多个供气孔，用以将エ艺气体分别输送至各个托盘3表面。相应地， 在エ艺腔室1的内壁上还设置有抽气孔，用以将反应过程中生成的废气和未參与反应的剩 余エ艺气体抽出エ艺腔室。本实施例中，抽气孔设置于エ艺腔室1的侧壁上并与各个托盘 在エ艺腔室1内的位置相对应一方面，可以在供气装置2上的供气孔至侧壁上的抽气孔之 间形成平稳的水平流动的气流场，从而使エ艺气体在流经基片4表面并发生反应之后可被 快速抽出腔室外部；另一方面，可以有效避免反应后的气体和/或固态杂质对基片造成不 必要的污染。本实施例中，エ艺腔室1的侧壁内部还设置有可将上述多个抽气孔与抽气装 置6相连通的抽气通道5，反应后的气体依次经由抽气孔、抽气通道5及抽气装置6被排出 エ艺腔室1。此外，在エ艺腔室1的外部还设置有加热装置7，本实施中，该加热装置例如可 以采用感应线圈等装置而实现对托盘3及腔室内其它组件的感应加热。具体地，该感应线圈可以为一组，也可以为多组；线圈各匝之间可以设置为等间距螺旋排列，也可以按照实际需要设置为非等间距螺旋排列。在一个优选实施例中，上述供气装置2的内部还设置有冷却管路22，用以对气体通路21进行冷却。具体地，可以在冷却管路22中通入冷却气体或液体(例如，水)，从而将气体通路21的温度控制在一定的范围内。该冷却管路22的作用在于，使工艺气体在进入工艺腔室之前保持一定的低温状态，从而避免在气体通路中发生反应。需要指出的是，当启用该冷却管路22时，还可以将各种工艺气体混合后再通入供气装置2，由于该冷却管路 22的冷却作用，可避免混合后的工艺气体在供气装置内部发生反应；只用当混合工艺气体被注入工艺腔室内部之后，并在腔室环境中被加热至一定温度后才能够发生反应并在基片表面生成所需膜层。容易理解的是，当采用此种方式供气时，可以将供气装置中的气体通路 21设置为1个，或者使所有的气体通路21相互连通。在另一个优选实施例中，工艺腔室1内还设置有旋转装置8，该旋转装置8与上述供气装置2和/或托盘3相连接，用以驱动供气装置2和托盘3进行同步或独立的旋转运动，从而提高基片4附近气流场及温度场的分布均匀性，进而提高气相沉积工艺的均匀性。 具体的，该旋转装置8可以驱动供气装置2与托盘3进行同步旋转；也可以使供气装置2与工艺腔室1保持相对固定，而驱动托盘3相对供气装置2进行旋转；还可以驱动供气装置2 和托盘3均相对工艺腔室1选转，但对二者的旋转方向和速度进行独立控制；更加具体地， 当托盘3旋转时，还可分别对各个托盘3的旋转方向和速度进行独立控制。在实际应用中，上述工艺腔室例如可以采用不锈钢、铝合金、石英等的材料制成， 并可对工艺腔室进行一些诸如氧化、喷砂等的表面处理；托盘例如可以采用石墨、钥、钥合金等耐高温、化学性质稳定且易于被感应加热的材料制成；供气装置例如可以采用不锈钢、 铜等导热好的材料制成。上述气相沉积设备的工艺过程如下首先，将基片4均匀地放置在各个托盘3的表面上，实际应用中可对托盘3施加一定的直流偏压，从而利用静电吸附作用使基片4与托盘3保持相对固定；然后，通过供气装置2向工艺腔室1内注入工艺气体，并借助旋转装置8而使供气装置2和/或托盘3进行旋转；同时，利用加热装置7为托盘3和工艺腔室1内的其它组件进行加热；这样，工艺气体在基片4表面发生反应并生成所需的膜层结构，而反应过程所产生的废气及部分未参加反应的工艺气体则经由工艺腔室1侧壁上的抽气孔及抽气通道5被抽气装置6排出工艺腔室 1。请一并参阅图8A、图8B及图8C，分别为本实用新型提供的气相沉积设备中的托盘第一至三种基片排布方式的示意图。上述三种基片排布方式中均将托盘设置为圆形，并在此圆形托盘基础上对基片排布方式进行说明。在实际应用中，可以将基片以均匀或非均匀的方式排布于托盘表面，当然，为获得更好的工艺质量，优选方式是将基片均匀排布于托盘之上。具体地，可以使基片沿托盘的圆周方向均匀排列，或沿托盘径向方向均匀排列，或在托盘表面以小行星方式排列；当然，也可以结合上述三种方式中的任意两种或三种而对基片的排布方式进行设置。请参阅图8A，为本实施例提供的第一种基片排布方式的示意图。该排布方式具体为将多个基片沿托盘的圆周方向均匀排列并布满托盘的整个圆周。请参阅图8B，为第二种基片排布方式的示意图。该排布方式具体为沿托盘圆周方向均匀排列有两圈基片，即，本图所示的基片排布方式是在图8A所示方式基础上增加了一圈基片。请参阅图8A，为第三种基片排布方式的示意图。该排布方式具体为，在托盘表面以小行星排布方式进行排列，具体地，可以沿托盘圆周方向均匀地设置多个小托盘，并沿各个小托盘的圆周方向均匀排布多个基片。需要指出的是，上述图8A、图8B及图8C所示的基片排布方式仅仅是为说明本实用新型的具体实施方式
而所作出的示范性说明，本实用新型并不局限于此，凡是能够使基片均匀分布并可获得良好工艺效果的基片排布方式均应视为本实用新型的保护范围。并且， 容易理解的是，在实际应用中，还可以根据实际需要而将托盘设置为其它形状。需要指出的是，对于上述工艺腔室内所采用的托盘结构，并不仅限于在托盘的上表面承载基片的应用方式，还可以在该托盘的下表面或同时在托盘的两个表面承载基片， 并且无论基片位于托盘的上表面还是下表面均可按照图8A至8C所示的排布方式进行排布，从而进一步增加设备的产能及工艺气体的利用率。请参阅图5，为本实用新型提供的气相沉积设备第二种具体实施例的结构原理图。 本实施方式相对于上述图4所不的实施方式而言,在结构上的主要区别在于,抽气孔被设置于工艺腔室1的顶部并与抽气装置6直接连通。在工艺过程中，工艺气体由供气装置2的供气孔中被注入各个基片4的表面区域并发生反应而在基片4表面形成所需的膜层结构； 之后，反应过程所产生的废气及固态杂质以及尚未来得及参加反应的工艺气体均被工艺腔室1上方的抽气装置6抽出腔室。与上述图4所示气相沉积设备所产生的水平流动的气流场不同，本实施例中，上述反应后气体及杂质以及未参加反应的工艺气体在基片附近以水平流动的方式向四周扩散，待流动至工艺腔室的侧壁附近时由于受到上方抽气装置6所产生的负压吸附作用转而向工艺腔室1的上方流动，并最终经由抽气孔和抽气装置6被排出。可以理解的是，还可以将上述抽气孔及抽气装置设置于工艺腔室的下方，或者同时将抽气孔设置于工艺腔室的侧壁/上方/下方三个可选抽气位置中的任意两个或三个位置上，而只要能够实现对工艺腔室的快速抽气则均应视为本实用新型所保护的范围。除此之外，本实施例所提供的气相沉积设备中所涉及的各组件的原理、结构及工作过程均与上述图4所示第一种实施例相同或类似，因而不再赘述。请分别参阅图6和图7，分别为本实用新型提供的气相沉积设备第三种和第四种具体实施例的结构原理图。其中，图6所示实施例相当于将图4所示第一种具体实施例的气相沉积设备进行倒置，这种方式与图4的区别在于工艺腔室的开启方向及基片取放方向等的不同。图7为所示实施例相当于将图5所示第二种具体实施例的气相沉积设备进行倒置，这种方式与图5的区别同样在于工艺腔室的开启方向及基片取放方向等的不同。需要说明的是，本实用新型提供的气相沉积设备包括化学气相沉积设备，具体地， 可以为一种金属有机化合物化学气相淀积设备，即M0CVD设备，并可用于例如发光二极管、 激光器、太阳能电池、微波器件等化合物外延生长，其可加工处理的基片类型例如可以是蓝宝石、GaAs、SiC、Si、GaN以及其它可用于外延沉积的材料。综上所述，本实用新型提供的气相沉积设备在其工艺腔室内设置有多个间隔叠置的托盘，且每个托盘上均可承载多个基片进行工艺，从而可在不增大托盘尺寸及腔室径向尺寸的情况下，有效提高单台设备的产能；而且，本实用新型提供的气相沉积设备利用设置于工艺腔室内的供气装置可对应各个托盘进行分别供气，同时通过设置不同的抽气孔的位置，可在工艺腔室空间内获得多种气流场分布，从而有利于工艺结构的均匀性；并且，在一个优选实施例中，借助旋转装置可驱动供气装置及托盘进行同步或独立的旋转运动，进一步提高了工艺过程中气流场及温度场分布的均匀性，并最终获得良好的工艺加工质量。可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式，然而本实用新型并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型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实用新型的保护范围。
权利要求1.一种气相沉积设备，包括工艺腔室和设置于所述工艺腔室内的供气装置，其特征在于，所述工艺腔室内部设置有至少2个间隔叠置的用于承载基片的托盘，所述供气装置对应各个托盘分别进行供气，以在所述基片表面生成所需膜层。
2.根据权利要求1所述的气相沉积设备，其特征在于，所述供气装置设置于所述工艺腔室的大致中心位置，所述至少2个托盘以一定的间隔逐个套装在所述供气装置的外部， 所述供气装置上对应于各个托盘设置有多个供气孔，用以将工艺气体输送至各个托盘表面。
3.根据权利要求2所述的气相沉积设备，其特征在于，所述供气装置包括至少2个气体通路，各个气体通路分别用于运送不同的工艺气体。
4.根据权利要求3所述的气相沉积设备，其特征在于，所述供气装置的内部设置有冷却管路，用以对所述气体通路进行冷却。
5.根据权利要求1所述的气相沉积设备，其特征在于，所述工艺腔室内壁上设置有多个抽气孔，工艺过程中所产生的废气经由所述抽气孔而被排出所述工艺腔室。
6.根据权利要求3所述的气相沉积设备，其特征在于，所述抽气孔设置于工艺腔室的顶部和/或底部和/或侧壁上。
7.根据权利要求1所述的气相沉积设备，其特征在于，还包括与所述供气装置和/或所述托盘相连接的旋转装置，用以使所述供气装置和所述托盘进行同步或独立的旋转运动。
8.根据权利要求1所述的气相沉积设备，其特征在于，还包括加热装置，用以对所述托盘进行加热。
9.根据权利要求1所述的气相沉积设备，其特征在于，所述托盘的上、下表面中的至少一面可用于承载基片。
10.根据权利要求9所述的气相沉积设备，其特征在于，所述托盘为圆形，所述基片沿所述托盘的圆周方向均匀排列和/或沿所述托盘径向方向均匀排列和/或在所述托盘表面呈行星式排列。
11.根据权利要求1-10中任意一项所述的气相沉积设备，其特征在于，所述气相沉积设备包括化学气相沉积设备。
专利摘要本实用新型提供一种气相沉积设备，其包括工艺腔室、设置于工艺腔室内的供气装置，以及设置于工艺腔室内部的至少2个间隔叠置的用于承载基片的托盘，供气装置对应各个托盘分别进行供气，以在基片表面生成所需膜层。本实用新型提供的气相沉积设备能够在保证工艺质量的同时，有效提高单台设备的产能。
文档编号C23C16/458GK202347096SQ201120351150
公开日2012年7月25日 申请日期2011年9月19日 优先权日2011年9月19日
发明者徐亚伟 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