CN101857952B

CN101857952B - 气相沉积设备反应腔的加热系统

Info

Publication number: CN101857952B
Application number: CN2009100491712A
Authority: CN
Inventors: 甘志银; 胡少林; 王亮; 陈倩翌; 刘胜
Original assignee: GUANGDONG REALFAITH SEMICONDUCTOR EQUIPMENT CO Ltd
Current assignee: Guangdong Zhongyuan Semiconductor Technology Co., Ltd.
Priority date: 2009-04-10
Filing date: 2009-04-10
Publication date: 2012-06-06
Anticipated expiration: 2029-04-10
Also published as: CN101857952A

Abstract

一种气相沉积设备反应腔的加热系统，包括气体A、气体B进气管道、缓冲腔、喷淋口、反应室、基座、石墨舟、加热器、排气管道，其特征在于所述加热器内的加热片位于加热片支撑盘上，其一端分别经地线电极连接柱、地线盘、地线导电支撑柱、夹具、地线电极盘与地线引出电极连接，另一端分别经火线电极连接柱、火线盘、火线导电支撑柱、夹具、火线电极盘、火线引出电极连接，加热片支撑盘、地线盘、火线盘、导电支撑柱经夹具夹持固定，隔热盘位于火线盘的下方，隔热盘的层间经连接支撑柱固定连接。本发明的优点是采用可以调节高度的多区辐射方式加热，实现快速升降温、均匀加热及温度调节，有效提高沉积物质的均匀性，从而提高了外延沉积的质量。

Description

气相沉积设备反应腔的加热系统

技术领域

本发明涉及一种金属有机物化学气相沉积设备，特别是一种气相沉积设备反应腔的加热系统。

技术背景

金属有机物化学气相沉积(MOCVD)技术集精密机械、半导体材料、真空电子、流体力学、光学、化学、计算机多学科为一体，是一种自动化程度高、价格昂贵、技术集成度高的高端半导体材料、光电子专用设备。工作温度在1000摄氏度左右，生长速度约每小时几百纳米，位错密度在10⁷cm^-2以下。MOCVD是一种非平衡生长技术，其工作机理是通过源气体传输，使得III族烷基化合物(TMGa、TMIn、TMAl、二茂镁等)与V族氢化物(AsH₃、PH₃、NH₃等)在反应腔内的衬底上进行热裂解反应。就外延材料的生长速率比较适中，可较精确地控制膜厚。它的组分和生长速率均由各种不同成分的气流和精确控制的源流量决定的。MOCVD作为化合物半导体材料外延生长的理想方法，具有质量高、稳定性好、重复性好、工艺灵活、能规模化量产等特点，已经成为业界生产半导体光电器件和微波器件的关键核心设备，具有广阔的应用前景和产业化价值。

反应腔体是整个MOCVD设备最核心的部分，决定了整个设备的性能。而腔体加热系统是影响沉积性能的重要因素，其加热的均匀性以及加热器的升温与降温速度直接影响着外延沉积的均匀性和生长界面的陡峭性。

由上述的背景可知，寻找一种加热均匀，并且能够快速升温和快速降温及实现温度均匀性的MOCVD加热系统是十分有必要的，因为它直接关系着外延沉积的质量。

发明内容

本发明的目的是针对已有技术中存在的缺陷，提供一种气相沉积设备反应腔的加热系统。气相沉积设备反应腔由设置于加热器系统顶部的气体A进气管道(14)，反应气体B进气管道(15)，设置于反应气体B进气管道(15)末端的缓冲腔(18)及喷淋口(17)、设置于喷淋口(17)下的反应室(21)、以及基座(20)、石墨舟(19)、加热器(31)、反应废气排出管道(23)组成，其特征在于所述加热器(31)位于基座(20) 内、基座(20)设置为固定型或旋转型，加热器(31)的加热片(7a、7b、7c)位于加热片支撑盘(30)之上，加热片支撑盘(30)位于基座顶部内侧下方，电极盘(22)设置为地线电极盘(22a)、内圈火线电极盘(22b)、中圈火线电极盘(22c)、外圈火线电极盘(22d)四个区域，加热片(7a、7b、7c)的一端分别经地线电极连接柱(8a、8b、8c)、地线盘(6a、6b、6c)、地线导电支撑柱(2a、2b、2c)、夹具(11)、地线电极盘(22a)与地线引出电极(25)连接，加热片(7a、7b、7c)的另一端分别经过火线电极连接柱(9a、9b、9c)、火线盘(5a、5b、5c)、火线导电支撑柱(1a、1b、1c)、夹具(11)、火线电极盘(22b、22c、22d)与火线引出电极(26、28、29)连接，支撑盘(30)、火线盘(5a、5b、5c)、地线盘(6a、6b、6c)之间经连接支撑柱(12)固定连接，导电支撑柱(1a、1b、1c、2a、2b、2c)经夹具(11)上的锁紧螺母(10)夹持固定，隔热盘(3a、3b、3c)位于火线盘(5a、5b、5c)的下方，隔热盘的层间经连接支撑柱(4)固定连接。

本发明的优点是采用可以调节高度的多区辐射方式加热，实现快速升降温、均匀加热及温度调节，有效提高沉积物质的均匀性，从而提高了外延沉积的质量。

附图说明

图1加热装置的结构示意图；

图2加热装置的俯视图；

图3加热装置的仰视图。

图中：1a内圈火线导电支撑柱、1b中圈火线导电支撑柱、1c外圈火线导电支撑柱、2a内圈地线导电支撑柱、2b中圈地线导电支撑柱、2c外圈地线导电支撑柱、3a内圈隔热盘、3b中圈隔热盘、3c外圈隔热盘、4隔热板连接支撑柱、5a内圈火线盘、5b中圈火线盘、5c外圈火线盘、6a内圈地线盘、6b中圈地线盘、6c外圈地线盘、7a内圈加热片、7b中圈加热片、7c外圈加热片、8a内圈地线电极连接柱、8b中圈地线电极连接柱、8c外圈地线电极连接柱、9a内圈火线电极连接柱、9b中圈火线电极连接柱、9c外圈火线电极连接柱、10锁紧螺母、11夹具、12连接支撑柱、13套筒、14反应气体A进气管道、15反应气体B进气管道、16半导体晶片、17喷淋口、18缓冲腔、19石墨舟、20基座、21反应室、22电极盘、22a地线电极盘、22b内圈火线电极盘、22c中圈火线电极盘、22d外圈火线电极盘、23反应废气排出管道、24冷却气体排气管道、25地线引出电极、26内圈引出火线电极、27冷却气体进气口、28中圈火线引出电极、29外圈火线引出电极、30加热片支撑盘、31加热器

具体实施方式

参见图1～图3，气相沉积设备反应腔由设置于加热器系统顶部的气体A进气管道14，反应气体B进气管道15，设置于反应气体B进气管道15末端的缓冲腔18及喷淋口17、设置于喷淋口17下的反应室21、以及基座20、石墨舟19、加热器31、反应废气排出管道23组成。加热器31位于基座20内、基座20设置为固定型或旋转型，加热器31内的加热片7a、7b、7c位于加热片支撑盘30之上，加热片支撑盘30位于基座顶部内侧下方，电极盘22设置为地线电极盘22a、内圈火线电极盘22b、中圈火线电极盘22c、外圈火线电极盘22d四个区域。加热片7a、7b、7c由加热片支撑盘30支撑，加热片支撑盘30采用绝缘、高温时低热导率、高反射率的材料，如氮化硼或其他陶瓷材料制成，或者由耐高温材料表面图高位隔热保温、发射涂料，起到一定的隔热保温作用，提高加热器的效率及升温速度，加热片7a、7b、7c的一端分别经地线电极连接柱8a、8b、8c、地线盘6a、6b、6c、地线导电支撑柱2a、2b、2c、夹具11、地线电极盘22a与地线引出电极25连接，另一端分别经过火线电极连接柱9a、9b、9c、地线盘5a、5b、5c、火线导电支撑柱1a、1b、1c、夹具11、火线电极盘22b、22c、22d与火线引出电极26、28、29连接。加热片7a、7b、7c采用石墨、钼、钨、钨铼合金材料或其他金属材料制成。夹具11固定在地线电极盘22a、火线电极盘22b、22c、22d上，导电支撑柱1a、1b、1c、2a、2b、2c经夹具11上的锁紧螺母10夹持固定。夹持长度可调节：拧松锁紧螺母10，松开夹具11后，改变夹持长度，再拧紧锁紧螺母即可。由夹持长度的改变，加热片7a、7b、7c与与之相对基座20底面的距离随之改变，且三区加热片，即加热片7a、加热片7b、加热片7c与与之相对底座20底面的距离可以分别单独调节。由此可以为加热器安装维修提供一种调节基座上表面的温度分布及温度大小的调试手段。支撑盘30、火线盘5a、5b、5c、地线盘6a、6b、6c之间经连接支撑柱12固定连接，隔热盘3a、3b、3c位于火线盘5a、5b、5c的下方，隔热盘3a、3b、3c采用绝缘、高温时低热导率、高反射率的材料，如氮化硼或其他陶瓷材料制成，或者由耐高温材料表面涂高温隔热保温、反射涂料，起到进一步保温作用。隔热盘的层间经连接支撑柱4固定连接。

加热器31由基座20包围，在基座20及反应腔21需要降温时，冷却气体由冷却气体进气管道27通入，在冷却气体排气管道24处被抽出，冷却气体带走大量热量，起到快速冷却降温的作用。

所述加热器31中，采用内圈加热片7a、中圈加热片7b、外圈加热片7c三区加热片对基座20进行辐射加热，从而加热石墨舟19，进而使半导体晶圆片16受热，使反应气体A和反应气体B在反应室21进行反应并在半导体晶圆片16沉积薄膜。通过内圈引出火线电极26、中圈火线引出电极28、外圈火线引出电极29改变内圈加热片7a、中圈加热片7b、外圈加热片7c的输入功率改变其温度，以控制基座20上表面表面温度分布及大小，保证基座表面温度的均匀分布。地线盘6a、6b、6c、火线盘5a、5b、5c、导电支撑柱1a、1b、1c、2a、2b、2c、夹具11及电极盘22a，22b，22c，22d采用石墨、钼、钨、钨铼合金材料制成。

Claims

1.一种气相沉积设备反应腔的加热系统，气相沉积设备反应腔由设置于加热器系统顶部的气体A进气管道(14)，反应气体B进气管道(15)，设置于反应气体B进气管道(15)末端的缓冲腔(18)及喷淋口(17)、设置于喷淋口(17)下的反应室(21)、以及基座(20)、石墨舟(19)、加热器(31)、反应废气排出管道(23)组成，其特征在于所述加热器(31)位于基座(20)内、加热器(31)的加热片(7a、7b、7c)位于加热片支撑盘(30)之上，加热片支撑盘(30)位于基座顶部内侧下方，电极盘(22)设置为地线电极盘(22a)、内圈火线电极盘(22b)、中圈火线电极盘(22c)、外圈火线电极盘(22d)四个区域，加热片(7a、7b、7c)的一端分别经地线电极连接柱(8a、8b、8c)、地线盘(6a、6b、6c)、地线导电支撑柱(2a、2b、2c)、夹具(11)、地线电极盘(22a)与地线引出电极(25)连接，加热片(7a、7b、7c)的另一端分别经过火线电极连接柱(9a、9b、9c)、火线盘(5a、5b、5c)、火线导电支撑柱(1a、1b、1c)、夹具(11)、火线电极盘(22b、22c、22d)与火线引出电极(26、28、29)连接，支撑盘(30)、火线盘(5a、5b、5c)、地线盘(6a、6b、6c)之间经连接支撑柱(12)固定连接，导电支撑柱(1a、1b、1c、2a、2b、2c)经夹具(11)上的锁紧螺母(10)夹持固定，隔热盘(3a、3b、3c)位于火线盘(5a、5b、5c)的下方，隔热盘的层间经连接支撑柱(4)固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种气相沉积设备反应腔的加热系统，其特征在于所述基座(20)设置为固定型或旋转型。

3.根据权利要求1所述的一种气相沉积设备反应腔的加热系统，其特征在于所述加热片(7a、7b、7c)采用石墨、钼、钨、钨铼合金材料制成。

4.根据权利要求1所述的一种气相沉积设备反应腔的加热系统，其特征在于所述地线盘(6a、6b、6c)、火线盘(5a、5b、5c)、导电支撑柱(1a、1b、1c、2a、2b、2c)、夹具(11)及电极盘(22a，22b，22c，22d)采用石墨、钼、钨、钨铼合金材料制成。

5.根据权利要求1所述的一种气相沉积设备反应腔的加热系统，其特征在于所述加热片支撑盘(30)采用氮化硼材料制成。

6.根据权利要求1所述的一种气相沉积设备反应腔的加热系统，其特征在于所述隔热盘(3a、3b、3c)采用氮化硼材料制成。