CN102953046A

CN102953046A - Cvd反应腔及cvd设备

Info

Publication number: CN102953046A
Application number: CN2011102496277A
Authority: CN
Inventors: 张秀川; 张建勇; 董志清
Original assignee: Beijing North Microelectronics Co Ltd
Current assignee: Beijing North Microelectronics Co Ltd
Priority date: 2011-08-26
Filing date: 2011-08-26
Publication date: 2013-03-06
Anticipated expiration: 2031-08-26
Also published as: CN102953046B

Abstract

本发明提出一种化学气相沉积CVD反应腔，包括：反应腔室；多个托盘，所述多个托盘位于所述反应腔室之内，且所述多个托盘呈间隔排列；设置在所述反应腔室外壁的第一加热装置；和设置在所述反应腔室之内的第二加热装置，所述第二加热装置的加热功率小于所述第一加热装置的加热功率。本发明还提出一种CVD设备，所述CVD设备具有所述CVD反应腔。应用本发明的CVD设备能够使托盘表面温度更加均匀，从而达到MOCVD所需温度。另外，本发明设计简单，易于实现。

Description

CVD反应腔及CVD设备

技术领域

本发明涉及微电子领域，特别涉及一种化学气相沉积CVD反应腔及具有该化学气相沉积CVD反应腔的CVD设备。

背景技术

感应加热由于具有加热速度快、效率高、加热温度高等优点被用于CVD(化学气相淀积)，尤其是需要加热到高温的CVD设备，如：MOCVD(金属有机化合物化学气相淀积)。对于工业化生产用的CVD设备而言，温度均匀性能够保证产品的质量，尤其是承载基片的托盘上温度均匀性对于工艺性能具有很重要的作用，为了达到该温度均匀性，目前，主要采用感应加热方式对托盘进行加热。然而由于感应电流的特性，使温度均匀性受到限制，导致托盘表面温度不能一致。

现有技术的缺点是，由于感应加热的特性：即如果离线圈越近，磁力线越密，感应电流密度越大，被加热到的温度越高；反之，如果离线圈越远，磁力线越疏，感应电流密度越小，被加热到的温度越低。因此托盘的被加热温度从边缘到中心逐渐降低，从而导致托盘的加热温度不均匀，因此很难达到MOCVD外延生长的工艺要求。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一。

为此，本发明的目的在于提出使托盘表面温度更加均衡、且结构简单的化学气相沉积CVD反应腔。

本发明的另一目的在于提出一种CVD设备。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出的化学气相沉积CVD反应腔，包括：反应腔室；多个托盘，所述多个托盘位于所述反应腔室之内，且所述多个托盘呈间隔排列；设置在所述反应腔室外壁的第一加热装置；和设置在所述反应腔室之内的第二加热装置，所述第二加热装置的加热功率小于所述第一加热装置的加热功率。

根据本发明实施例的化学气相沉积CVD反应腔，第一加热装置对反应腔内的托盘进行加热，由于越接近托盘中心处加热温度越低，导致托盘表面具有较大的温度差异性，本发明的实施例通过在托盘温度相对较低处附近设置的第二加热装置降低托盘表面的温度差异性，第一加热装置对托盘进行加热，第二加热装置的加热功率小于第一加热装置的加热功率，因此，第二加热装置可对托盘表面温度较低处进行温度补偿，以使托盘表面温度均衡，达到MOCVD的工艺要求。

在本发明的一个实施例中，所述的CVD反应腔还包括：进气装置，所述进气装置位于所述反应腔室中心轴处，且所述进气装置具有多个第一排气孔。

在本发明的一个实施例中，所述第一加热装置包括：设置在所述反应腔室外壁上的多个第一感应线圈。

在本发明的一个实施例中，所述第二加热装置包括：设置在所述进气装置和所述多个托盘之间的多个第二感应线圈。

在本发明的一个实施例中，所述的CVD反应腔还包括：磁场屏蔽部件，所述磁场屏蔽部件设置在所述第二感应线圈和所述进气装置之间，且所述磁场屏蔽部件具有多个第二排气孔，所述多个第二排气孔分别与所述多个第一排气孔对应。

在本发明的一个实施例中，所述磁场屏蔽部件为筒状，且所述磁场屏蔽部件套设在所述进气装置的外部。

在本发明的一个实施例中，如果所述第二感应线圈通入的交流电频率小于500Hz，则所述磁场屏蔽部件为高导磁材料，如果所述第二感应线圈通入的交流电频率大于或等于500Hz，则所述磁场屏蔽部件为高导电材料。

在本发明的一个实施例中，所述第二加热装置包括：设置在所述进气装置和所述多个托盘之间的多个加热电阻。

本发明第二方面实施例提出的CVD设备，包括：CVD反应腔，所述CVD反应腔为上述实施例的CVD反应腔；第一加热控制器，所述第一加热控制器与所述第一加热装置相连，所述第一加热控制器控制所述第一加热装置以第一加热功率加热；和第二加热控制器，所述第二加热控制器与所述第二加热装置相连，所述第二加热控制器控制所述第二加热装置以第二加热功率加热，其中，所述第一加热功率大于所述第二加热功率。

根据本发明实施例的CVD设备，第一加热控制器控制第一加热装置以第一加热功率对托盘进行加热，第二加热控制器控制第二加热装置以第二加热功率对托盘进行加热，由于第一加热功率大于第二加热功率，因此第一加热装置对托盘加热到符合MOCVD工艺所需温度，但是托盘离第一加热装置越远的部位其温度越低(托盘中心孔)，通过设置在托盘温度较低处(托盘中心孔)的第二加热装置对温度较低处进行加热补偿，使托盘表面的温度相对均匀，符合MOCVD工艺所需温度。另外，本发明的CVD设备设计简单，易于实现。

本发明附加的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

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明一个实施例的化学气相沉积CVD反应腔的示意图；以及

图2为本发明另一实施例的化学气相沉积CVD反应腔的示意图。

具体实施方式

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，而不能解释为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

以下结合附图1-2首先描述根据本发明实施例的化学气相沉积CVD反应腔。

如图1所示，为本发明一个实施例的化学气相沉积CVD反应腔的示意图。本发明实施例的化学气相沉积CVD反应腔100包括反应腔室110、多个托盘120、第一加热装置130和第二加热装置140。

其中，多个托盘120位于反应腔室110之内，且多个托盘120呈间隔排列。在本发明的一个实施例中，多个托盘120可以呈竖直等间隔排列。第一加热装置130设置在反应腔室110的外壁上。第二加热装置140设置在反应腔室110之内，且第二加热装置140的加热功率小于第一加热装置130的加热功率以为多个托盘120提供温度补偿。结合图1，在本发明的一个实施例中，第一加热装置130例如为缠绕在反应腔室110外壁上的感应线圈，如图1所示的多个第一感应线圈131，由于感应电磁场的特性，托盘上远离感应线圈的地方，其感应电流越小，所以通过感应电流加热的温度就越低。因此，通过第二加热装置140例如为多个第二感应线圈141可对托盘中远离感应线圈的位置进行补偿加热。当第二加热装置140采用第二感应线圈141感应加热方式时，第二感应线圈141中通入中频交流电，例如可以为(100Hz～20KHz)，其产生的交变磁场将对多个托盘120内侧部分(靠近中心孔121的部分)起到加热作用。

结合图1，本发明实施例的CVD反应腔100还包括进气装置150，进气装置150位于反应腔室中心轴处，且穿过多个托盘120的中心孔121，且进气装置150具有多个第一排气孔(图中未示出)。多个第一排气孔向多个托盘120之上喷射III族气体和V族气体，III族气体和V族气体在多个托盘120上的晶片表面反应以使晶片表面形成CVD薄膜。而III族气体和V族气体在晶片表面反应需要一定的温度，通过第一加热装置130可对托盘表面提供CVD所需温度，但是，由于托盘上的温度分布不一致，进而可能影响CVD的工艺结果。因此，本发明实施例在进气装置150和多个托盘120的中心孔121之间设置第二加热装置140，从而对托盘上温度较低处(中心孔121附近的托盘部分)提供温度补偿，消除多个托盘120表面的温度差异性，达到CVD工艺所需温度，从而改善CVD的工艺结果。

为了避免第二感应线圈141产生的交变磁场对进气装置150产生磁效应，进而对进气装置150造成不良影响，优选地，可在线圈与进气装置150之间添加磁场屏蔽部件160，磁场屏蔽部件160设置在第二感应线圈141和进气装置150之间，以防止第二感应线圈141产生的交变磁场对进气装置150产生不良影响，在本发明的一个优选实施例中，磁场屏蔽部件160的形状为筒状，且两端敞开，以便能够很好的套设在进气装置150上，从而与进气装置150匹配。此外，磁场屏蔽部件160的两端可以与进气装置150平齐，当然，磁场屏蔽部件160的长度也可以大于进气装置150的两端。但本发明的实施例并不限于此，磁场屏蔽部件160的形状还可以为其他形状，只要能够包围住整个进气装置150，从而防止第二感应线圈141产生的交变磁场对进气装置150产生影响即可。且磁场屏蔽部件160具有多个第二排气孔(图中未示出)，多个第二排气孔分别与多个第一排气孔对应，以使气体能够更加通畅地喷入反应腔室110中。如果多个第二感应线圈141通入的交流电频率在100Hz-500Hz之间时，则磁场屏蔽部件160可以由高导磁材料制成，例如可以为坡莫合金、硅钢等；如果多个第二感应线圈141通入的交流电频率大于或等于500Hz，则磁场屏蔽部件160可以由高导电材料制成，例如铜、银等。另外，磁场屏蔽部件160可独立安装也可与进气装置150一体安装在反应腔室110内。

如图2，优选地，在本发明的另一实施例中，所述第二加热装置还可以为图2所示的电阻加热装置242，电阻加热装置242为设置在进气装置150和多个托盘120之间的多个加热电阻。

根据本发明实施例的化学气相沉积CVD反应腔100，第一加热装置130对反应腔室110内的多个托盘120进行加热，由于越接近托盘中心孔121加热温度越低，导致托盘表面温度逐渐出现温度分布不一致，本发明的实施例通过在多个托盘120内侧(例如靠近中心孔121部分)设置的第二加热装置140降低多个托盘120表面温度的不一致。在本发明实施例中，第一加热装置130和第二加热装置同时对托盘120进行加热，并且由于第二加热装置140的加热功率小于第一加热装置130的加热功率，因此，第二加热装置140可对托盘120表面温度较低处进行温度补偿，以使多个托盘120表面温度均匀，进而达到MOCVD工艺所需的温度，从而提高MOCVD的工艺结果。

本发明实施例的CVD设备，包括CVD反应腔、第一加热控制器和第二加热控制器。

其中，CVD反应腔为上述实施例的CVD反应腔。第一加热控制器与第一加热装置相连，第一加热控制器控制第一加热装置以第一加热功率进行加热。第二加热控制器与第二加热装置相连，第二加热控制器控制第二加热装置以第二加热功率进行加热。

由于第一加热装置为对多个托盘加热起到主力热源的作用，而第二加热装置为对多个托盘的内侧(中心孔附近的托盘部分)起到温度补偿作用，因此，第一加热功率大于第二加热功率。例如，第一加热功率可为大功率中频交流电，而第二加热功率为中频交流电。

根据本发明实施例的CVD设备，第一加热控制器控制第一加热装置以第一加热功率对托盘进行加热，第二加热控制器控制第二加热装置以第二加热功率对托盘进行加热，由于第一加热功率大于第二加热功率，因此第一加热装置为对托盘加热到符合MOCVD工艺所需温度，但是托盘离第一加热装置越远的部位其温度越低(托盘中心处)，通过设置在托盘温度较低处(托盘中心处)的第二加热装置对温度较低处进行加热补偿，使托盘表面的温度相对均匀，符合MOCVD工艺所需温度。另外，本发明的CVD设备设计简单，易于实现。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神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，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims

1.一种化学气相沉积CVD反应腔，其特征在于，包括：

反应腔室；

多个托盘，所述多个托盘位于所述反应腔室之内，且所述多个托盘呈间隔排列；

设置在所述反应腔室外壁的第一加热装置；和

设置在所述反应腔室之内的第二加热装置，所述第二加热装置的加热功率小于所述第一加热装置的加热功率。

2.根据权利要求1所述的CVD反应腔，其特征在于，还包括：

进气装置，所述进气装置位于所述反应腔室中心轴处，且所述进气装置具有多个第一排气孔。

3.根据权利要求2所述的CVD反应腔，其特征在于，所述第一加热装置包括：

设置在所述反应腔室外壁上的多个第一感应线圈。

4.根据权利要求3所述的CVD反应腔，其特征在于，所述第二加热装置包括：

设置在所述进气装置和所述多个托盘之间的多个第二感应线圈。

5.根据权利要求4所述的CVD反应腔，其特征在于，还包括：

磁场屏蔽部件，所述磁场屏蔽部件设置在所述第二感应线圈和所述进气装置之间，且所述磁场屏蔽部件具有多个第二排气孔，所述多个第二排气孔分别与所述多个第一排气孔对应。

6.根据权利要求5所述的CVD反应腔，其特征在于，所述磁场屏蔽部件为筒状，且所述磁场屏蔽部件套设在所述进气装置的外部。

7.根据权利要求5所述的CVD反应腔，其特征在于，如果所述第二感应线圈通入的交流电频率小于500Hz，则所述磁场屏蔽部件为高导磁材料，如果所述第二感应线圈通入的交流电频率大于或等于500Hz，则所述磁场屏蔽部件为高导电材料。

8.根据权利要求3所述的CVD反应腔，其特征在于，所述第二加热装置包括：

设置在所述进气装置和所述多个托盘之间的多个加热电阻。

9.一种CVD设备，其特征在于，包括：

CVD反应腔，所述CVD反应腔为如权利要求1-8任一项所述的CVD反应腔；

第一加热控制器，所述第一加热控制器与所述第一加热装置相连，所述第一加热控制器控制所述第一加热装置以第一加热功率加热；和

第二加热控制器，所述第二加热控制器与所述第二加热装置相连，所述第二加热控制器控制所述第二加热装置以第二加热功率加热，其中，所述第一加热功率大于所述第二加热功率。