一種mocvd反應(yīng)爐的制作方法
【專(zhuān)利摘要】一種MOCVD反應(yīng)爐屬于半導(dǎo)體外延生長(zhǎng)領(lǐng)域，包括爐體、主盤(pán)部件和固定在爐體頂部的爐蓋部件。爐蓋部件的下表面有氫氣膜形成環(huán)組成，爐蓋部件上部有氫氣進(jìn)入口，為氫氣膜提供氫氣。主盤(pán)部件的副盤(pán)下表面邊緣處有齒狀結(jié)構(gòu)，與定齒輪相互嚙合。副盤(pán)置于一個(gè)由下保持架、陶瓷滾珠、上保持架組成一個(gè)部件上，保證了副盤(pán)旋轉(zhuǎn)的順暢。本技術(shù)方案中氫氣從爐蓋部件的氫氣進(jìn)口進(jìn)入，經(jīng)過(guò)氫氣膜形成環(huán)之間的縫隙在爐蓋的下表面形成氫氣膜。這層氫氣膜阻止了Ⅲ族源和Ⅴ族源氣流與爐蓋下表面接觸，解決了顆粒缺陷外延片問(wèn)題。主盤(pán)在旋轉(zhuǎn)的時(shí)候，副盤(pán)在圍繞主盤(pán)的軸心旋轉(zhuǎn)并且副盤(pán)也圍繞自己的軸心做自轉(zhuǎn)，消除了熱場(chǎng)軸向的不均勻性。使外延生長(zhǎng)的更加均勻。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種MOCVD反應(yīng)爐
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于半導(dǎo)體外延生長(zhǎng)設(shè)備領(lǐng)域，特別涉及到MOCVD反應(yīng)爐的結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，LED生產(chǎn)技術(shù)不斷進(jìn)步，生產(chǎn)成本不斷降低，亮度不斷提高。以其能耗低、壽命長(zhǎng)、無(wú)污染、體積小等優(yōu)點(diǎn)得以迅猛發(fā)展。LED在室內(nèi)外顯示屏、交通燈、照明市場(chǎng)得到廣泛的應(yīng)用。人們對(duì)LED器件的可靠性和亮度一致性提出了新的要求和挑戰(zhàn)。主要表現(xiàn)為不能出現(xiàn)死燈、暗燈、燈的亮度不一致等一系列可靠性問(wèn)題。此問(wèn)題的根源在于外延生長(zhǎng)過(guò)程中產(chǎn)生了顆粒缺陷外延片以及外延生長(zhǎng)不均勻。
[0003]LED是一種將電能轉(zhuǎn)化成光能的摻有雜質(zhì)的半導(dǎo)體固體器件，它的結(jié)構(gòu)主要是PN結(jié)芯片、電極和光學(xué)系統(tǒng)組成。LED的生產(chǎn)工藝比較復(fù)雜，一般要經(jīng)過(guò)外延片制作、氮?dú)夥庋b、外延生長(zhǎng)、芯片前工藝、研磨切割、點(diǎn)測(cè)分選、封裝等主要步驟。其中外延生長(zhǎng)決定了 LED發(fā)光顏色、發(fā)光亮度以及可靠性，因此外延生長(zhǎng)所使用的設(shè)備MOCVD是LED生產(chǎn)中的核心設(shè)備。然而，利用過(guò)去的MOCVD設(shè)備生長(zhǎng)外延時(shí)，襯底的外延生長(zhǎng)面是朝上的。III族源和V族源在反應(yīng)室內(nèi)反應(yīng)生成相應(yīng)的化合物晶體，部分化合物晶體依附在爐蓋的下表面，并且逐漸長(zhǎng)大。部分長(zhǎng)大化合物晶體脫落，落在襯底的上表面。這樣就形成外延生長(zhǎng)過(guò)程中產(chǎn)生了顆粒缺陷外延片。外延生長(zhǎng)對(duì)氣流場(chǎng)和熱場(chǎng)的均勻性要求很高，主盤(pán)的旋轉(zhuǎn)可以消除氣流場(chǎng)的不均性和圓周方向的熱場(chǎng)不均勻性。然而熱場(chǎng)徑向的不均勻性很難消除，這就導(dǎo)致徑向方向的外延均勻性差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決由上述原因?qū)е碌念w粒缺陷外延片及外延生長(zhǎng)不均勻問(wèn)題，本實(shí)用新型提出了一種MOCVD反應(yīng)爐。
[0005]實(shí)現(xiàn)上述有益效果的技術(shù)方案為，一種MOCVD反應(yīng)爐，包括爐筒1，爐筒上部的爐蓋部件2，爐筒內(nèi)部的主盤(pán)部件3 ;其特征在于:爐蓋結(jié)構(gòu)包括，爐蓋本體41、爐蓋上蓋42、氫氣進(jìn)入口 43、MO源進(jìn)氣部件44、水冷控溫板45氫氣膜形成環(huán)46 ;爐蓋上蓋42在爐蓋本體41的上方，氫氣進(jìn)入口 43在爐蓋上蓋42上；水冷控溫板45在爐蓋本體41的下面，氫氣膜形成環(huán)46在水冷控溫板45的下面；并且相鄰兩個(gè)氫氣膜形成環(huán)46之間有縫隙；
[0006]主盤(pán)部件結(jié)構(gòu)包括，主盤(pán)61、副盤(pán)62、上保持架63、陶瓷滾珠64、下保持架65 ；M0源進(jìn)氣部件在爐蓋本體的中軸線上；主盤(pán)上有η個(gè)圓環(huán)狀的臺(tái)階孔，圓環(huán)狀的下保持架在臺(tái)階孔內(nèi)，陶瓷滾珠在下保持架上，圓環(huán)狀的上保持架在陶瓷滾珠上；η個(gè)副盤(pán)在上保持架上；副盤(pán)的下表面邊緣有齒狀結(jié)構(gòu)，與主盤(pán)下方的固定在石英護(hù)板上的定齒輪相互嚙合，其中η大于等于2。
[0007]一種MOCVD反應(yīng)爐，包括爐筒，爐筒側(cè)面有開(kāi)口，插板閥與開(kāi)口處矩形法蘭相連接。爐筒上方與爐蓋部件相連接。爐蓋本體上方是爐蓋蓋板，爐蓋蓋板上有多組氫氣進(jìn)氣口，是形成氫氣膜的氫氣來(lái)源。爐蓋本體下方是水冷控溫板，水冷控溫板下面是氫氣膜形成環(huán)。水冷控溫板的作用是控制氫氣膜形成環(huán)的溫度。爐筒的下方與爐底相連接，排氣口、焊接式波紋管、支架、磁流體、水冷電極及氣缸與爐底相連接，焊接式波紋管上方與石墨分流器連接。支架上方與鑰隔熱板連接，鑰隔熱板上面是鎢隔熱板，鎢隔熱板上面放有加熱器支架，加熱器支架上方固定加熱器，加熱器上方有一片石英護(hù)板，石英護(hù)板上面固定有定齒輪。水冷電極上方與石墨電極連接，石墨電極與加熱器連接。氣缸的上方與石墨分流器連接，氣缸可帶動(dòng)石墨分流器上下動(dòng)作。磁流體上方裝有陶瓷軸，陶瓷軸上方與主盤(pán)部件的主盤(pán)座連接。主盤(pán)部件的主體是主盤(pán)，主盤(pán)與法蘭座連接，在主盤(pán)的臺(tái)階孔上裝有下保持架，下保持架上方是陶瓷滾珠，陶瓷滾珠的上方是上保持架，上保持架的上方是副盤(pán)。副盤(pán)的下面邊緣有齒狀結(jié)構(gòu)，與固定在石英護(hù)板上的定齒輪相互嚙合。本技術(shù)方案中，氫氣從爐蓋部件的氫氣進(jìn)口進(jìn)入，經(jīng)過(guò)氫氣膜形成環(huán)之間的縫隙在爐蓋的下表面形成氫氣膜。這層氫氣膜阻止了III族源和V族源氣流與爐蓋下表面接觸，III族源和V族源反應(yīng)生成相應(yīng)的化合物晶體就不會(huì)依附在爐蓋下表面了，這樣就不會(huì)產(chǎn)生化合物晶體脫落的現(xiàn)象，解決了顆粒缺陷外延片問(wèn)題。
[0008]所述主盤(pán)的旋轉(zhuǎn)消除了氣流場(chǎng)及圓周方向熱場(chǎng)的不均勻性。主盤(pán)部件中下保持架、陶瓷滾珠、上保持架組成了一個(gè)軸向軸承。副盤(pán)放在上保持架上方，這樣副盤(pán)旋轉(zhuǎn)的摩擦力就很小。副盤(pán)的下面邊緣有齒狀結(jié)構(gòu)，與固定在石英護(hù)板上的定齒輪相互嚙合。主盤(pán)在旋轉(zhuǎn)的時(shí)候，副盤(pán)在圍繞主盤(pán)的軸心旋轉(zhuǎn)并且副盤(pán)也圍繞自己的軸心做自轉(zhuǎn)。小盤(pán)的自轉(zhuǎn)消除了熱場(chǎng)軸向的不均勻性，使外延生長(zhǎng)的更加均勻。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1為本實(shí)用新型的一種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0010]1.爐筒2.爐蓋部件3.主盤(pán)部件4.陶瓷軸5.主盤(pán)座6.定齒輪7.石英護(hù)板8.石墨分流器9.焊接式波紋管10.爐底11.氣缸12.支架13.磁流體14.水冷電極15.鑰隔熱板16.鎢隔熱板17.加熱器18.排氣口 19.插板閥
[0011]圖2a為本實(shí)用新型的爐蓋部件結(jié)構(gòu)示意圖
[0012]41.爐蓋本體42.爐蓋上蓋43.氫氣進(jìn)入口 44.MO源進(jìn)氣部件45.水冷控溫板46.氫氣膜形成環(huán)
[0013]圖2b為圖2a部分放大圖。
[0014]圖3為本實(shí)用新型的主盤(pán)部件結(jié)構(gòu)示意圖
[0015]61.主盤(pán)62.副盤(pán)63.上保持架64.陶瓷滾珠65.下保持架
[0016]圖4為主盤(pán)、副盤(pán)裝配圖
[0017]圖5為圖3中I放大圖
[0018]圖6為定齒輪示意圖
[0019]圖7為副盤(pán)背面示意圖
[0020]圖8為主副盤(pán)整體圖
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖1對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0022]結(jié)合圖1，本實(shí)用新型的一種實(shí)施方式。一種MOCVD反應(yīng)室爐結(jié)構(gòu)包括，爐筒1，爐筒I側(cè)面有開(kāi)口，插板閥19與開(kāi)口處矩形法蘭相連接。爐筒I上方與爐蓋部件2相連接。爐筒I的下方與爐底10連接。
[0023]焊接式波紋管9、氣缸11、支架12、磁流體13、水冷電極14、排氣口 18與爐底10相連接。焊接式波紋管9上方與石墨分流器8連接，石墨分流器8與排氣口 18連接。石墨分流器8也與氣缸11相連接，氣缸11可帶動(dòng)其上下動(dòng)作。支架12上方與鑰隔熱板15連接，鑰隔熱板15上面是鎢隔熱板16，鎢隔熱板16上面放有加熱器17，加熱器支架17上方固定石英護(hù)板7，石英護(hù)板7的上方固定有定齒輪6。定齒輪6 (圖4)與主盤(pán)部件中副盤(pán)(圖5)下面邊緣有齒狀結(jié)構(gòu)相互嚙合。磁流體13上方與陶瓷軸4連接，陶瓷軸4的上方與主盤(pán)座連接。
[0024]下面結(jié)合附圖2對(duì)爐蓋部件做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0025]結(jié)合圖2，本部件的一種實(shí)施方式。爐蓋部件分為41.爐蓋本體 42.爐蓋上蓋43.氫氣進(jìn)入口 44.MO源進(jìn)氣部件45.水冷控溫板46.氫氣膜形成環(huán)。爐蓋上蓋42在爐蓋本體41的上方，氫氣進(jìn)入口 43在爐蓋上蓋42上。水冷控溫板45在爐蓋本體41的下面，氫氣膜形成環(huán)46在水冷控溫板45的下面。MO源進(jìn)氣部件44在爐蓋本體41的中軸線上。每一個(gè)氫氣進(jìn)入口 43對(duì)應(yīng)一個(gè)氫氣膜形成環(huán)46之間的緩沖室，氫氣在緩沖室內(nèi)有一定的壓力。氫氣膜形成環(huán)之間的縫隙與緩沖室是相通的，氫氣在壓力的驅(qū)動(dòng)下經(jīng)過(guò)縫隙快速流出形成氫氣膜。氫氣膜形成環(huán)46 —環(huán)一環(huán)的鋪滿了爐蓋下表面，每一條縫隙都會(huì)形成氫氣膜。這樣爐蓋下表面就形成了 一個(gè)覆蓋整個(gè)爐蓋下表面的氫氣膜。
[0026]下面結(jié)合附圖3對(duì)主盤(pán)部件做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0027]結(jié)合圖3，本部件的一種實(shí)施方式。主盤(pán)部件分為61.主盤(pán)62.副盤(pán)63.上保持架64.陶瓷滾珠65.下保持架主盤(pán)61上有臺(tái)階孔，下保持架65在臺(tái)階孔內(nèi)，陶瓷滾珠64在下保持架65上，上保持架63在陶瓷滾珠64上。副盤(pán)62在上保持架63上。副盤(pán)62的下面邊緣有齒狀結(jié)構(gòu)，與固定在石英護(hù)板上的定齒輪相互嚙合。主盤(pán)61在旋轉(zhuǎn)的時(shí)候，主盤(pán)61帶動(dòng)副盤(pán)2在圍繞主盤(pán)61的軸心旋轉(zhuǎn)，由于副盤(pán)62的下面邊緣有齒狀結(jié)構(gòu)與固定在石英護(hù)板上的定齒輪相互嚙合，副盤(pán)62圍繞主盤(pán)61的軸心旋轉(zhuǎn)的同時(shí)也在自轉(zhuǎn)。這樣就實(shí)現(xiàn)了自公轉(zhuǎn)功能。
[0028]具體的操作過(guò)程，反應(yīng)室內(nèi)保持要求的壓強(qiáng)，插板閥19打開(kāi)，石墨分流器8在氣缸11的帶動(dòng)下向下動(dòng)作，讓出機(jī)械手通道。外部機(jī)械手將主盤(pán)放置在主盤(pán)部件座上，機(jī)械手退出。氣缸11動(dòng)作帶動(dòng)石墨分流器8回復(fù)原位,插板閥19關(guān)閉。排氣口 18開(kāi)始排氣,是爐內(nèi)達(dá)到要求的壓力狀態(tài)。加熱器17開(kāi)始工作，同時(shí)外部電機(jī)帶動(dòng)磁流體13軸旋轉(zhuǎn)，磁流體軸帶動(dòng)主盤(pán)座及主盤(pán)開(kāi)始旋轉(zhuǎn)。將襯底加熱到850°C時(shí)，爐蓋部件2通入氫氣，是爐蓋下表面形成氫氣膜。通入MO源，同時(shí)排氣口 18開(kāi)始排氣，并保證反應(yīng)室內(nèi)壓強(qiáng)為50mbar。外延生長(zhǎng)完成后，加熱器停止工作，并且MO源氣流切換為保護(hù)氣體。當(dāng)爐內(nèi)溫度降到200°C時(shí)，主盤(pán)部件停止旋轉(zhuǎn)。反應(yīng)室內(nèi)保持要求的壓強(qiáng)，插板閥19打開(kāi)，石墨分流器8在氣缸11的帶動(dòng)下向下動(dòng)作，讓出機(jī)械手通道。機(jī)械取出主盤(pán)部件。氣缸11動(dòng)作石墨分流器8回復(fù)原位，插板閥19關(guān)閉。完成一爐的外延生長(zhǎng)。
[0029]以上所述，為本實(shí)用新型的一般實(shí)施案例，并非對(duì)本實(shí)用新型作任何限制，凡是根據(jù)本實(shí)用新型技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本實(shí)用新型技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種MOCVD反應(yīng)爐，包括爐筒，爐筒上部的爐蓋部件，爐筒內(nèi)部的主盤(pán)部件；其特征在于:爐蓋部件包括，爐蓋本體(41)、爐蓋上蓋(42)、氫氣進(jìn)入口(43)、MO源進(jìn)氣部件(44)、水冷控溫板(45)氫氣膜形成環(huán)(46);爐蓋上蓋(42)在爐蓋本體(41)的上方,氫氣進(jìn)入口(43)在爐蓋上蓋(42)上；水冷控溫板(45)在爐蓋本體(41)的下面，氫氣膜形成環(huán)(46)在水冷控溫板(45)的下面；并且相鄰兩個(gè)氫氣膜形成環(huán)(46)之間有縫隙； 主盤(pán)部件結(jié)構(gòu)包括，主盤(pán)(61)、副盤(pán)(62)、上保持架(63)、陶瓷滾珠(64)、下保持架(65)；M0源進(jìn)氣部件在爐蓋本體的中軸線上；主盤(pán)上有η個(gè)圓環(huán)狀的臺(tái)階孔，圓環(huán)狀的下保持架在臺(tái)階孔內(nèi)，陶瓷滾珠在下保持架上，圓環(huán)狀的上保持架在陶瓷滾珠上；η個(gè)副盤(pán)在上保持架上；副盤(pán)的下表面邊緣有齒狀結(jié)構(gòu)，與主盤(pán)下方的固定在石英護(hù)板上的定齒輪相互嚙合，其中η大于等于2。
【文檔編號(hào)】C30B25/02GK203569236SQ201320577517
【公開(kāi)日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2013年9月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月17日
【發(fā)明者】陳依新, 樊志濱, 王勇飛 申請(qǐng)人:北京思捷愛(ài)普半導(dǎo)體設(shè)備有限公司