CN103074615A - 化学气相沉积设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种化学气相沉积设备。所述化学气相沉积设备包括腔体、冷却装置、设置在所述腔体内的顶板和衬底支撑座，所述顶板与所述衬底支撑座相对设置，所述顶板具有与所述衬底支撑座相对的第一表面，所述衬底支撑座具有面向所述顶板的衬底支撑面，所述冷却装置用于冷却所述顶板，其特征在于：所述冷却装置包括至少两个冷却单元，每个冷却单元对应所述顶板的不同区域，所述至少两个冷却单元相互独立地对所述顶板进行冷却以控制所述第一表面的温度分布。本发明的CVD设备可以使得衬底支撑座的衬底支撑面上的温度快速达到均匀分布或达到其要求的分布。

Description

化学气相沉积设备

技术领域

本发明涉及一种化学气相沉积(CVD)设备，特别是一种有机金属化学气相沉积(MOCVD)设备。 

背景技术

现阶段化学气相沉积(CVD)设备，如：等离子增强化学气相沉积(PECVD)设备、低压化学气相沉积(LPCVD)设备、金属有机化合物化学气相沉积(MOCVD)设备已经广泛应用于半导体器件制造领域。以下以金属有机化合物化学气相沉积(MOCVD)设备为例对现有技术的化学气相沉积设备进行简单说明。 

请参阅图1，图1为现有技术一种MOCVD设备的结构示意图。所述MOCVD设备1包括腔体11设置在所述腔体11内的喷淋头12、衬底支撑座13和加热器14。所述喷淋头12设置在所述腔体11的顶部。所述衬底支撑座13设置在所述腔体11的底部，并且与所述喷淋头12相对设置。所述加热器14设置在所述衬底支撑座13背离所述喷淋头12的一侧。加热器14用于加热所述衬底支撑座。 

所述喷淋头12包括临近所述衬底支撑座13一侧的气体分配板121和位于所述气体分配板121背离所述衬底支撑座13一侧的冷却腔122。所述冷却腔122对所述气体分配板121进行冷却以防止所述气体分配板121的温度过高。所述气体分配板121与所述衬底支撑座13之间构成反应区域。 

在进行化学气相沉积的过程中，衬底被放置在所述衬底支撑座13面向所述喷淋头12的表面。为使得所述衬底支撑座13面向所述喷淋头12的表面温度均匀或达到所述表面要求的其他温度分布，所述加热器14通常被分为多个加热区；所述多个加热区相互独立地对所述衬底支撑座13进行加热；然而即使是将所述加热器14分为多个独立地对所述衬底支撑座13进行加热的加热 区，所述衬底支撑座13表面的温度仍然很难达到温度均匀或达到所述表面要求的其他温度分布。 

请参阅图2，图2为现有技术另一种MOCVD设备的结构示意图。所述MOCVD设备2包括腔体21位于所述腔体21内的顶板22、衬底支撑座23、加热器24、冷却装置25和进气装置26。所述顶板22与所述衬底支撑座23相对设置并限定位于其两者之间的反应区域，所述加热器24设置在所述衬底支撑座23背离所述顶板22的一侧以加热所述衬底支撑座23。所述冷却装置25设置在所述顶板22背离所述衬底支撑座23的一侧以对所述顶板22进行冷却，防止所述衬顶板22的温度过高。进气装置26用于引入反应气体，并在所述衬底支撑座23面向所述顶板22的表面形成基本平行所述衬底支撑23表面的反应气体流。 

与上述第一种MOCVD设备1相似，所述MOCVD设备2为使得所述衬底支撑座23面向所述顶板22的表面温度均匀或达到所述表面要求的其他温度分布，所述加热器24通常被分为多个加热区；所述多个加热区相互独立地对所述衬底支撑座23进行加热；然而，与上述第一种MOCVD设备1相似，所述衬底支撑座23表面的温度仍然很难达到温度均匀或达到所述表面要求的其他温度分布。 

现有技术中，其他的CVD设备，如：LPCVD设备、PECVD设备均具有与上述MOCVD设备1或MOCVD设备2基本相似的结构，因此也存在基本相同的问题。 

因此，有必要研发一种使得所述衬底支撑座13/23表面温度更容易达到均匀或达到其要求的分布的化学气相沉积设备。 

发明内容

现有技术化学气相沉积设备存在衬底支撑座表面温度很难达到均匀或所述表面要求的其他温度分布的问题，本发明提供一种能解决上述问题的化学气相沉积设备。 

一种化学气相沉积设备，其包括腔体、冷却装置、设置在所述腔体内的顶板和衬底支撑座，所述顶板与所述衬底支撑座相对设置，所述顶板具有与所述衬底支撑座相对的第一表面，所述衬底支撑座具有面向所述顶板的衬底支撑面，所述冷却装置用于冷却所述顶板，所述冷却装置包括至少两个冷却单元，每个冷却单元对应所述顶板的不同区域，所述至少两个冷却单元相互独立地对所述顶板进行冷却以控制所述第一表面的温度分布。 

与现有技术相比较，本发明的化学气相沉积设备中，所述冷却装置包括多个冷却单元，所述多个冷却单元相互独立地对所述顶板的不同区域进行冷却，从而可以控制所述顶板第一表面的温度分布；由于所述顶板第一表面的温度会影响所述衬底支撑座的衬底支撑面上的温度，因此，通过控制调节所述顶板第一表面的温度分布，可以使得衬底支撑座的衬底支撑面上的温度快速达到均匀分布或达到其要求的分布。 

附图说明

图1为现有技术MOCVD设备的结构示意图。 

图2是本发明化学气相沉积设备第一实施方式的剖面结构示意图。 

图3是本发明化学气相沉积设备第二实施方式的剖面结构示意图。 

图4是本发明化学气相沉积设备第三实施方式的剖面结构示意图。 

图5是本发明化学气相沉积设备第三实施方式的剖面结构示意图。 

图6是本发明化学气相沉积设备第四实施方式的剖面结构示意图。 

图7是本发明化学气相沉积设备第五实施方式的剖面结构示意图。 

图8是本发明化学气相沉积设备第六实施方式的剖面结构示意图。 

具体实施方式

现有技术的化学气相沉积(CVD)设备中，虽然使得用于加热所述衬底支撑座的加热器分为多个加热区；多个加热区相互独立地对所述衬底支撑座进行加热；然而，所述衬底支撑座表面的温度仍然很难达到温度均匀或达到所述表面要求的其他温度分布。发明人经过对现有技术化学气相沉积设备的深入研究发现，所述衬底支撑座面向所述气体分配板或顶板的表面温度不仅受到所述加热器的影响，由于所述衬底支撑座与所述气体分配板或所述顶板之间 会进行热交换，从而衬底支撑座面向所述气体分配板或顶板的表面的温度还会受到所述气体分配板或所述顶板面向所述衬底支撑座的表面的温度分布的影响；这种影响在近耦合喷淋头式金属有机化合物化学气相沉积(CCS-MOCVD)设备中尤为明显，因为CCS-MOCVD设备中的喷淋头的气体分配板与衬底支撑座之间的距离很小，其二者之间热交换更容易。现有技术的化学气相沉积设备并没有对所述气体分配板或所述顶板面向所述衬底支撑座的表面的温度分布进行控制或调节，从而使得所述衬底支撑座表面的温度很难达到温度均匀或达到所述表面要求的其他温度分布。 

有鉴于上述的研究，本发明提出一种可以使得衬底支撑座的衬底支撑面上的温度快速达到均匀分布或达到其要求的分布的化学气相沉积设备，所述化学气相沉积设备包括腔体、冷却装置、设置在所述腔体内的顶板和衬底支撑座，所述顶板与所述衬底支撑座相对设置，所述顶板具有与所述衬底支撑座相对的第一表面，所述衬底支撑座具有面向所述顶板的衬底支撑面，所述冷却装置用于冷却所述顶板，所述冷却装置包括至少两个冷却单元，每个冷却单元对应所述顶板的不同区域，所述至少两个冷却单元相互独立地对所述顶板进行冷却以控制所述第一表面的温度分布。其中所述的顶板可以是喷淋头临近所述衬底支撑座一侧的气体分配板，或是与所述衬底支撑座相对设置的单独的顶板。 

进一步的，为准确检测所述顶板第一表面的温度，所述化学气相沉积设备进一步包括至少两个温度探测器，所述至少两个温度探测器分别对应探测所述至少两个冷却单元对应的所述顶板不同区域的第一表面温度，所述化学气相沉积设备根据每一温度探测器探测到的温度值对应控制所述温度探测器对应的冷却单元的冷却。 

与现有技术化学气相沉积设备相比较，本发明的化学气相沉积设备中，所述冷却装置包括多个冷却单元，所述多个冷却单元相互独立地对所述顶板的不同区域进行冷却，从而可以控制所述顶板第一表面的温度分布；由于所述底板第一表面的温度会影响所述衬底支撑座的衬底支撑面上的温度，因此， 通过控制调节所述顶板第一表面的温度分布，可以使得所述衬底支撑座的衬底支撑面上的温度快速达到均匀分布或达到其要求的分布。 

请参阅图3，图3是本发明化学气相沉积设备第一实施方式的剖面结构示意图。所述化学气相沉积设备3可以是LPCVD设备、PECVD设备或MOCVD设备；特别的，所述化学气相沉积设备3为行星盘式MOCVD设备。所述化学气相沉积设备3包括腔体31、顶板32、衬底支承座33、冷却装置34和进气装置35。所述顶板32、衬底支承座33和所述冷却装置34设置在所述腔体31内。所述顶板32设置于所述腔体31的顶部区域，所述衬底支撑座33设置于所述腔体31的底部区域。所述顶板32与所述衬底支撑座33相对设置。所述顶板32与所述衬底支撑座33之间形成反应区域。所述冷却装置34用于冷却所述顶板32。所述进气装置35用于将反应气体引入到所述反应区域；优选的，所述进气装置35从所述腔体的顶壁311伸入所述腔体31，并从所述顶板32的中心区域穿过所述顶板32伸入到所述反应区域。所述进气装置35引入的反应气体在所述反应区域形成基本平行所述衬底支撑座33面向所述顶板32的表面的反应气体气流。 

所述衬底支承座33包括面向所述顶板32的衬底支撑面331，所述衬底支撑面331用于支撑待处理衬底36；所述衬底支承座33可以进一步包括镶嵌于其内部的加热器(图为示)，所述加热器用于加热设置在衬底支承座33上的衬底36；可选的，所述加热器还可以位于所述衬底支承座33背离所述顶板32的一侧，并与所述衬底支承座33间隔设置。在进行化学气相沉积工艺的过程中，一个或多个衬底36被设置在所述衬底支撑面331，所述加热器对所述衬底支承座33进行加热，以加热所述衬底36；进一步的，特别是在MOCVD设备中，所述衬底支撑座33支撑于一转轴37上，所述转轴37使得所述衬底支撑座33绕一垂直所述衬底支撑面331的轴线旋转。 

所述顶板32包括面向所述衬底支承座33的第一表面321和背离所述衬底支承座33的第二表面322；则所述第一表面321与所述第二表面322相对设置。其中，所述顶板32可以划分为中心区域A和边缘区域B；所述边缘区 域B为所述顶板32临近所述顶板边缘的环形区域；所述中心区域A为所述顶板被所述边缘区域B围绕的区域。 

在本实施方式中，所述冷却装置34设置在所述顶板32背离所述衬底支承座33的一侧；即，所述冷却装置34设置在所述顶板32邻近所述第二表面322的一侧；优选的，所述冷却装置34设置在所述顶板32与所述腔体31的顶壁311之间，并且最好为紧贴所述顶板32的第二表面322，以增强所述冷却装置34对所述顶板32的整体冷却能力。 

所述冷却装置34包括第一冷却单元341和围绕所述第一冷却单元341设置的第二冷却单元342，优选的，所述第二冷却单元342为环形并环绕所述第一冷却单元341。所述第一冷却单元341对应所述顶板32的中心区域A，并主要对所述中心区域A进行冷却；所述第二冷却单元342对应所述顶板32的边缘区域B，并主要对所述边缘区域B进行冷却。其中，所述第一冷却单元341和所述第二冷却单元342相互独立地对所述顶板32进行冷却，从而可以调节所述顶板32第一表面321温度在所述中心区域A和所述边缘区域B之间的分布，以使得所述衬底支撑座33的衬底支撑面331上的温度快速达到其要求的分布。 

在本实施方式中，所述第一冷却单元341的冷却能力要强于所述第二冷却单元342的冷却能力。由于所述顶板32的边缘区域B的热量散失较快，因此，其温度通常要低于所述顶板32的中心区域A的温度；本实施方式中，使得所述第一冷却单元341的冷却能力要强于所述第二冷却单元342的冷却能力，第一冷却单元341从所述顶板32的中心区域A的吸收热量要快于所述第二冷却单元342从所述顶板32的边缘区域B的吸收热量，从而补偿了所述顶板32的边缘区域B的热量散失，因此使得所述顶板32的第一表面321温度分布均匀。温度均匀的顶板32第一表面321对所述衬底支撑座33的衬底支撑面331的温度影响相同，从而有利于所述衬底支撑座33的衬底支撑面331上的温度快速达到其要求的分布，优选的使得所述衬底支撑面331上的温度均匀。可选的，为使得所述衬底支撑面331上的温度更快地达到均匀，所述 第一冷却单元341和所述第二冷却单元342的对所述顶板32的冷却使得位于所述顶板边缘区域B的第一表面321的温度高于位于所述中心区域A的第一表面321的温度。由于所述衬底支撑座33的边缘区域(未标识)的热量散失要快于所述其中心区域(未标识)的热量散失，因此，使得位于所述顶板边缘区域B的第一表面321的温度高于位于所述中心区域A的第一表面321的温度，可以减少所述衬底支撑座33的边缘区域与所述顶板321边缘区域B的热量交换，从而补偿所述衬底支撑座33的边缘区域的热量散失，使得所述衬底支撑座33的衬底支撑面331上的温度更容易达到均匀。进一步，使得所述位于所述顶板中心区域A的第一表面321温度均匀。由于所述顶板32的中心区域A和所述衬底支撑座33的中心区域的热量散失环境较均匀，因此，可以使用较简单的第一冷却单元341就可以使得所述位于所述顶板中心区域A的第一表面321温度均匀。从而可以降低所述冷却装置34复杂性，降低成本。 

在本实施方式中，所述第一冷却单元341可以包括第一冷却管道，所述第一冷却管道盘绕设置；优选的，所述第一冷却管道盘绕在位于所述顶板32中心区域A的第二表面322上；冷却流体在所述第一冷却管道内流动以对所述顶板32进行冷却。所述第一冷却单元321还可以是包括一第一冷却腔，优选地，所述第一冷却腔为以所述顶板32的第二表面322为一侧面的冷却腔；冷却流体在所述第一冷却腔内流动以对所述顶板32进行冷却。所述第二冷却单元342可以包括第二冷却管道，所述第二冷却管道设置于位于所述顶板32边缘区域B的第二表面322上；冷却流体在所述第二冷却管道流动以对所述顶板32进行冷却。所述第二冷却单元321还可以是包括第二冷却腔，所述第二冷却腔优选地，为以所述顶板32的第二表面322为一侧面的冷却腔；冷却流体在所述第二冷却腔内流动以对所述顶板32进行冷却。所述第一冷却腔或第一冷却管道中的冷却流体流速和温度与所述第二冷却腔或第二冷却管道中的冷却流体流速和温度相互独立的控制，优选的，为使得所述第一冷却单元331的冷却能力高于所述第二冷却单元342的冷却能力，所述第一冷却腔或第一冷却管道中冷却流体的流速大于或冷却流体的温度小于所述第二冷却腔或 第二冷却管道中的冷却流体。其中，所述冷却流体可以冷却液或冷却气体，优选的所述冷却流体为水，由于水的比热最大，因此其冷却效果最好。 

进一步的，为准确检测所述顶板32第一表面321的温度，所述化学气相沉积设备3还进一步包括温度探测器38，所述温度探测器38用于探测所述顶板32第一表面321的温度。 

优选的，所述化学气相沉积设备3包括探测孔39；所述探测孔39从所述腔体31的外侧向所述腔体31内延伸，并从所述顶板32背离所述衬底支撑座33的第二表面322一侧延伸至所述顶板32，但不穿透所述顶板32；所述温度探测器38通过所述探测孔39探测所述顶板32的温度，以获得所述顶板32第一表面321的温度。优选的，所述温度探测器38探测所述探测孔39底面的温度值。进一步优选的，所述探测孔39底面到所述第一表面321的距离应该大于或等于1mm；因为，在所述探测孔39处，所述顶板32的厚度较小，其吸收的热量较难散失，从而使得所述探测孔39底面的温度升高，所述探测孔39处的所述顶板32的厚度越少，所述探测孔39底面的温度升高愈多；因此，使得所述探测孔39底面到所述第一表面321的距离大于或等于1mm，可以减少所述底面温度升高造成温度检测偏差。又优选的，所述探测孔39的底面孔径应该小于或等于10mm，使得所述探测孔39具有较少的孔径，如此，可以减少所述探测孔39处，所述气体顶板32上的热量积聚，减少因所述底面温度升高造成温度检测偏差，进一步优选的，所述探测孔39的底面孔径应该小于或等于4mm。 

所述温度探测器38可以是一热电偶，所述热电偶伸入到所述探测孔39，用于探测所述顶板32的温度，其中，所述热电偶一直伸入到所述探测孔39的底面，并与所述探测孔39的底面接触。所述热电偶探测所述探测孔39的底面的温度值。所述温度探测器38还可以是一辐射高温计；所述辐射高温计设置在所述腔体31顶壁311的外侧，对应所述探测孔39处；所述辐射高温计探测所述探测孔39底面辐射，从而获得所述探测孔39的底面的温度值；与使用热电偶作为所述温度探测器38相比较，辐射高温计使用无接触式的温 度探测方式，可以避免因热电偶与探测孔29底面接触不良引起的温度检测不准确的问题。所述温度探测器38还可以包括一辐射发生单元或一辐射接受单元；所述温度探测器38设置在所述腔体31顶壁311的外侧，对应所述探测孔39处；所述辐射发生单元产生一束辐射能量射向所述探测孔39的底面并被所述探测孔39的底面反射，所述辐射接受单元接收所述被反射的辐照能量从而获得所述探测孔39的底面的温度值；与使用辐射高温计作为所述温度探测器38相比较，所述温度探测器38通过接收自己发出的辐照能量来探测温度，可以减少所述探测孔39孔壁发出的辐射对温度探测的干扰，从而提高温度探测的准确度。 

当构成所述顶板32的材料是热的良好导体材料时，所述顶板32的温度，特别是，所述温度探测器38探测的是所述探测孔39底面的温度时，所述探测到的温度将与所述顶板32第一表面321的温度基本相同，因此，所述温度探测器38探测到的温度可以被视作为所述顶板32第一表面321的温度；当构成所述顶板32的材料是热阻较大的材料时，所述温度探测器38探测到的温度与所述第一表面321的温度存在一定的差值；但发明人发现，所述差值与所述温度探测器38探测到的温度值存在相关性，因此可以通过对所述温度探测器38探测到的温度进行校正从而获得所述顶板32第一表面321的温度。是否需要通过校正所述温度探测器38探测到的温度来获得所述第一表面321的温度，取决于包括对所述第一表面321的温度的探测要求到精度、构成所述顶板32的材料的热阻大小，顶板32的厚度以及探测孔38底面与所述第一表面321之间的距离等因素。 

为对所述温度探测器38探测到的温度进行校正从而获得所述顶板32第一表面321的温度。本实施方式的化学气相沉积设备3还可以进一步包括一温度校正单元381；所述温度校正单元381从所述温度探测器38获取其探测到的所述顶板32的温度，并根据所述温度进行运算，从而对所述温度进行校正，获得所述顶板32第一表面321的温度。 

上述温度校正单元381对所述温度探测器38探测到的温度进行校正中， 所述温度校正单元381的运算过程可以是：使得所述温度探测器探38测到的温度值加上一温度差而获得一校正温度值，所述温度校正单元381输出所述校正温度值作为所述顶板32第一表面321的温度；上述温度校正单元381的运算过程优选的适合于所述顶板32第一表面321的温度变化范围较少的情况，如：所述第一表面321的温度的变化范围在10℃以内，由于所述第一表面321的温度变化范围较少，所述第一表面321的温度与所述温度探测器36探测到的温度之间的差值基本不变化，从而上述温度校正单元381的运算过程可以获得较准确的第一表面321的温度；同时，上述的温度校正单元381的运算过程，使得所述温度校正单元381比较简答，成本较低。优选的，所述校正单元381还可以是包括一查找表(LUT)，在所述查找表中，所述温度探测器38探测到的温度被分为多个温度区间，每个温度区间对应一温度差值，所述温度校正单元381确定所述温度探测器探测到的温度值所在的温度区域，并根据所述查找表获得对应的差值，所述温度校正单元使得所述温度探测器探测到的温度值加上一温度差值而得到所述顶板第一表面的温度。其中所述每个温度区域的温度范围应该较小，如每个温度区域的温度范围为10℃，或更小；另，所述温度区域温度范围的大小还可以不相同。通过把所述温度探测器38探测到的温度分为多个温度区间，每个温度区间对应一温度差值，从而可以在第一表面321的温度较大的温度变化范围内，较准确地获得所述第一表面321的温度。可选的，所述校正单元361还可以是包括一查找表(LUT)，所述查找表记载了所述温度探测器探38测到的温度值与所述顶板32第一表面321的温度之间的一一对应关系，所述温度校正单元381根据所述温度探测38器探测到的温度值查找所述查找表，从而获得所述顶板32第一表面321的温度；由于所述查找表(LUT)，记载了所述温度探测器探38测到的温度值与所述顶板32第一表面321的温度之间的一一对应关系，因此可以精确获得所述第一表面321的温度。 

在本实施方式中，所述温度探测器38还包括第一温度探测器382和第二温度探测装置383。所述第一温度探测器382探测位于所述顶板32中心区域 A的第一表面321温度，所述第二温度探测器探383测位于所述顶板32边缘区域B的第一表面321温度，所述化学气相沉积设备3根据所述第一温度探测器382和所述第二温度探测器383探测到的温度值对应控制所述第一冷却单元341和所述第二冷却单元342的冷却。从而使得所述第一表面321的温度分布均匀或达到其预定的要求。 

请参阅图4，图4是本发明化学气相沉积设备第二实施方式的剖面结构示意图。所述第二实施方式的化学气相沉积设备4与所述第一实施方式的化学气相沉积设备3基本相同，其区别在于： 

冷却装置44设置在顶板42背离衬底支撑座43的一侧；优选的，所述冷却装置44设置在所述顶板42与腔体41的顶壁411之间；第一冷却单元441与所述顶板42之间的距离小于第二冷却单元442与所述顶板42之间的距离；由于第二冷却单元442与所述顶板42之间的距离较大，所述第二冷却单元442对所述顶板42边缘区域B’的冷却较差，从而可以使得第一表面421的温度均匀，或使得所述第一表面421的边缘区域温度高于中心区域温度； 

在本实施方式中，由于第二冷却单元442与所述顶板42之间的距离较大，所述第二冷却单元442对所述顶板42边缘区域B’的冷却较差，因此，所述第一冷却单元441中的第一冷却腔或第一冷却管道中冷却流体的流速或冷却流体的温度还可以等于所述第二冷却腔或第二冷却管道中的冷却流体，如此，可以使用同一冷却流体源提供温度相同的冷却流体，从而降低成本。 

请参阅图5，图5是本发明化学气相沉积设备第三实施方式的剖面结构示意图。所述第三实施方式的化学气相沉积设备5可以与所述第二实施方式的化学气相沉积设备4或第一实施方式的化学气相沉积设备3基本相同，其不同在于： 

第一冷却单元541包括主冷却模块5412和中心冷却模块5411，所述中心冷却模块5411设置在所述主冷却模块5412围绕的中心区域，顶板52的中心区域A’具有位于所述中心区域A’中心的中心部(未标识)和位于所述中心部与所述边缘区域B”之间的主体部(未标识)，所述中心冷却模块5411对应所述中 心部，并主要对所述中心部进行冷却；所述主冷却模块5412对应所述主体部，并主要对所述主体部进行冷却； 

在本实施方式中，所述中心冷却模块5411对所述顶板52的冷却能力可以高于所述主冷却模块5412的冷却能力。在本实施方式中，还可以是，所述中心冷却模块5411与所述顶板52之间的距离小于所述述主冷却模块5412与所述顶板52之间的距离； 

本实施方式中，温度探测装置58包括第一温度探测581、第二温度探测器582和第三温度探测器583；所述第一温度探测器581探测位于所述顶板52中心部的第一表面521温度，所述第二温度探测器582探测位于所述顶板52主体部的第一表面521温度，所述第三温度探测器583探测位于所述顶板52边缘区域的第一表面521温度，所述化学气相沉积设备5根据所述第一温度探测器581、所述第二温度探测器582探测和所述第三温度探测器583探测到的温度值对应控制所述中心冷却模块5411、所述主冷却模块5412和所述第二冷却单元542的冷却；从而使得所述第一表面521的温度分布均匀或达到其预定的要求。 

请参阅图6，图6是是本发明化学气相沉积设备第四实施方式的剖面结构示意图。所述第四实施方式的化学气相沉积设备6与第一实施方式的化学气相沉积设备3的区别在于：所述化学气相沉积设备6不具有如第一实施方式的所述进气装置，所述化学气相沉积设备6具有与衬底支撑座63相对设置的喷淋头结构62；所述喷淋头结构62具有临近所述衬底支撑座63一侧的气体分配板621和位于所述气体分配板621背离所述衬底支撑座63一侧的气体扩散腔622；本实施方式的化学气相沉积设备6还不具有如第一实施方式的所述顶板；所述气体分配板621相当于所述第一实施方式的化学气相沉积设备3中的顶板32，所述气体分配板621具有面向所述衬底支撑座63的第一表面623和背离所述衬底支撑座63的第二表面624；所述气体分配板621与所述衬底支撑座63限定了其二者之间的反应区域；包括有第一冷却单元641和第二冷却单元642的冷却装置64设置在所喷淋头结构62与腔体61的顶壁611 之间，所述冷却装置64对所述喷淋头结构62进行冷却，并主要地对所述气体分配板621进行冷却；反应气体先进入到所述气体扩散腔622，并在所述气体扩散腔622中均匀扩散；然后通过所述气体分配板621进入到所述反应区域。 

请参阅图7，图7是本发明化学气相沉积设备第五实施方式的剖面结构示意图。所述第五实施方式的化学气相沉积设备7与第四实施方式的化学气相沉积设备6的区别在于：在所述化学气相沉积设备7中，冷却装置74为设置在所述喷淋头结构72的气体分配板721与气体扩散腔722之间，如此，所述冷却装置74直接与所述气体分配板721接触，并对所述气体分配板721进行冷却；优选的，在本实施方式中，所述冷却装置74为位于气体分配板721与气体扩散腔722之间冷却腔或冷却管道，所述冷却腔优选的为以所述气体分配板721的第二表面724为一侧壁的冷却腔。 

请参阅图8，图8是是本发明化学气相沉积设备第六实施方式的剖面结构示意图。所述第六实施方式的化学气相沉积设备8与第三实施方式的化学气相沉积设备5的区别在于：所述化学气相沉积设备8不具有如第三实施方式中的所述进气装置，所述化学气相沉积设备8具有与衬底支撑座83相对设置的喷淋头结构82；所述喷淋头结构82具有临近所述衬底支撑座83一侧的气体分配板821和位于所述气体分配板821背离所述衬底支撑座83一侧的气体扩散腔822；本实施方式的化学气相沉积设备8还不具有如第三实施方式中的所述顶板；所述气体分配板821相当于所述第三实施方式的化学气相沉积设备5中的顶板52，所述气体分配板821具有面向所述衬底支撑座83的第一表面823或与背离所述衬底支撑座83的第二表面824；所述气体分配板821与所述衬底支撑座83限定了其二者之间的反应区域；包括有中心冷却模块8411、主冷却模块8412和第二冷却单元842的冷却装置84为设置在所述喷淋头结构82的气体分配板821与气体扩散腔822之间的冷却腔或冷却管道；所述中心冷却模块8411、所述主冷却模块8412和所述第二冷却单元842分别为相互独立的冷却腔或冷却管道；其中，所述冷却腔优选的为以所述气体分配板821 的第二表面824为一侧壁的冷却腔；所述冷却装置84对所述气体分配板821进行冷却；其中，优选的，所述中心冷却模块8411中的冷却流体如冷却水的流速大于或温度小于所述主冷却模块8412中的冷却流体，所述主冷却模块8412中的冷却流体如冷却水的流速大于或温度小于所述第二冷却单元842中的冷却流体；反应气体先进入到所述气体扩散腔822，并在所述气体扩散腔822中均匀扩散；然后通过所述气体分配板821进到所述反应区域。 

本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定上述实施方式所述，如：所述冷却装置还可以划分成不同形状组合的冷却单元，以配合不同的所述第一表面温度分布需求；所述冷却装置还可以进一步划分成矩阵排列的多个冷却单元，你每个冷却单元分别独立控制，从而可以最大程度满足对所述第一表面温度分布不同要求；所述实施方式一至三中，所述化学气相沉积设备还可以是不具有所述顶板，所述化学气相沉积设备以所述腔体的顶壁作为与所述衬底支撑座相对的顶板，所述顶壁与所述衬底支撑座相对设置，其两者之间的限定一反应区域。所述温度探测器探测所述述腔体的顶壁的温度，冷却单元设置在所述顶壁的外表面；所述实施方式四中，所述喷淋头结构62也可以固定在所述腔体的顶壁的内表面，所述冷却装置64设置在所述腔体的顶壁的外表面。 

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。 

Claims (40)

1.一种化学气相沉积设备，其包括腔体、冷却装置、设置在所述腔体内的顶板和衬底支撑座，所述顶板与所述衬底支撑座相对设置，所述顶板具有与所述衬底支撑座相对的第一表面，所述衬底支撑座具有面向所述顶板的衬底支撑面，所述冷却装置用于冷却所述顶板，其特征在于：所述冷却装置包括至少两个冷却单元，每个冷却单元对应所述顶板的不同区域，所述至少两个冷却单元相互独立地对所述顶板进行冷却以控制所述第一表面的温度分布。

2.如权利要求1所述的化学气相沉积设备，其特征在于：所述至少两个冷却单元包括第一冷却单元和第二冷却单元，所述顶板具有中心区域和围绕所述中心区域的边缘区域，所述第一冷却单元对应所述中心区域，所述第二冷却单元对应所述边缘区域。

3.如权利要求2所述的化学气相沉积设备，其特征在于：所述第二冷却单元围绕所述第一冷却单元设置。

4.如权利要求2所述的化学气相沉积设备，其特征在于：第一冷却单元与所述顶板之间的距离小于所述第二冷却单元与所述顶板之间的距离。

5.如权利要求2所述的化学气相沉积设备，其特征在于：所述第一冷却单元对所述顶板的冷却能力强于所述第二冷却单元。

6.如权利要求5所述的化学气相沉积设备，其特征在于：所述第一冷却单元包括第一冷却腔或第一冷却管道，所述第二冷却单元包括第二冷却腔或第二冷却管道，所述第一冷却腔或第一冷却管道中冷却流体的流速大于或冷却流体的温度小于所述第二冷却腔或第二冷却管道中的冷却流体。

7.如权利要求6所述的化学气相沉积设备，其特征在于：所述冷却流体为冷却水。

8.如权利要求2所述的化学气相沉积设备，其特征在于：所述第一冷却单元包括主冷却模块和中心冷却模块，所述主冷却模块围绕所述中心冷却模块，所述顶板包括中心部和主体部，所述中心部位于所述中心区域的中心，所述主体部位于所述中心部与所述边缘区域之间，所述中心冷却模块对应所述中心部，所述主冷却模块对应所述主体部。

9.如权利要求8所述的化学气相沉积设备，其特征在于：所述中心冷却模块和所述主冷却模块相互独立地对所述顶板进行冷却。

10.如权利要求9所述的化学气相沉积设备，其特征在于：所述中心冷却模块与所述顶板之间的距离小于所述主冷却模块与所述顶板之间的距离。

11.如权利要求9所述的化学气相沉积设备，其特征在于：所述中心冷却模块对所述顶板的冷却能力强于所述主冷却模块。

12.如权利要求1至11中任一项所述的化学气相沉积设备，其特征在于：所述冷却装置使得所述顶板的第一表面温度均匀。

13.如权利要求1至11中任一项所述的化学气相沉积设备，其特征在于：所述冷却装置使得位于所述顶板边缘区域的第一表面温度高于位于所述顶板中心区域的第一表面温度。

14.如权利要求13所述的化学气相沉积设备，其特征在于：所述位于所述顶板中心区域的第一表面温度均匀。

15.如权利要求1所述的化学气相沉积设备，其特征在于：所述冷却装置设置在所述顶板背离所述衬底支撑座的一侧。

16.如权利要求15所述的化学气相沉积设备，其特征在于：所述顶板邻近所述腔体的顶壁设置，所述冷却装置设置在所述顶板与所述腔体的顶壁之间。

17.如权利要求15或16所述的化学气相沉积设备，其特征在于：所述冷却装置紧贴所述顶板设置。

18.如权利要求1所述的化学气相沉积设备，其特征在于：所述化学气相沉积设备包括一喷淋头结构，所述喷淋头结构与所述衬底支撑座相对设置，所述顶板为所述喷淋头结构临近所述衬底支撑座的一侧的气体分配板。

19.如权利要求18所述的化学气相沉积设备，其特征在于：所述冷却装置设置在所述喷淋头结构背离所述衬底支撑座一侧。

20.如权利要求19所述的化学气相沉积设备，其特征在于：所述喷淋头结构设置在所述腔体的顶部，所述冷却装置设置在所述腔体的顶壁与所述喷淋头结构之间。

21.如权利要求19所述的化学气相沉积设备，其特征在于：所述喷淋头结构固定在所述腔体的顶壁的内表面，所述冷却装置设置在所述腔体的顶壁的外表面。

22.如权利要求18所述的化学气相沉积设备，其特征在于：所述冷却装置为冷却腔或冷却管道，所述冷却腔或冷却管道设置于所述气体分配板背离所述衬底支撑座一侧。

23.如权利要求22所述的化学气相沉积设备，其特征在于：所述喷淋头结构进一步包括一设置在所述气体分配板背离所述衬底支撑座一侧的气体扩散腔，所述冷却腔或冷却管道设置在所述气体扩散腔与所述气体分配板之间。

24.如权利要求23所述的化学气相沉积设备，其特征在于：所述化学气相沉积设备为金属有机化学气相沉积(MOCVD)设备。

25.如权利要求24所述的化学气相沉积设备，其特征在于：所述金属有机化学气相沉积(MOCVD)设备为近耦合喷淋头金属有机化学气相沉积(CCS-MOCVD)设备。

26.如权利要求1所述的化学气相沉积设备，其特征在于：所述腔体具有与所述衬底支撑座相对设置的顶壁，所述顶板为所述腔体的顶壁。

27.如权利要求26所述的化学气相沉积设备，其特征在于：所述冷却装置设置在所述腔体的顶壁的外表面。

28.如权利要求1所述的化学气相沉积设备，其特征在于：所述化学气相沉积设备进一步包括至少两个温度探测器，所述至少两个温度探测器分别对应探测所述至少两个冷却单元对应的所述顶板不同区域的第一表面温度，所述化学气相沉积设备根据每一温度探测器探测到的温度值对应控制所述温度探测器对应的冷却单元的冷却。

29.如权利要求2所述的化学气相沉积设备，其特征在于：所述化学气相沉积设备进一步包括第一温度探测器和第二温度探测器，所述第一温度探测器探测位于所述顶板中心区域的第一表面温度，所述第二温度探测器探测位于所述顶板边缘区域的第一表面温度，所述化学气相沉积设备根据所述第一温度探测器和所述第二温度探测器探测到的温度值对应控制所述第一冷却单元和所述第二冷却单元的冷却。

30.如权利要求8所述的化学气相沉积设备，其特征在于：所述化学气相沉积设备进一步包括第一温度探测器、第二温度探测器和第三温度探测器，所述第一温度探测器探测位于所述顶板中心部的第一表面温度，所述第二温度探测器探测位于所述顶板主体部的第一表面温度，所述第三温度探测器探测位于所述顶板边缘区域的第一表面温度，所述化学气相沉积设备根据所述第一温度探测器、所述第二温度探测器探测和所述第三温度探测器探测到的温度值对应控制所述中心冷却模块、所述主冷却模块和所述第二冷却单元的冷却。

31.如权利要求28至30中任一项所述的化学气相沉积设备，其特征在于：所述顶板还包括背离所述衬底支撑座的第二表面，所述化学气相沉积设备进一步包括探测孔；所述探测孔从所述腔体的外侧向所述腔体内延伸，并从所述顶板的第二表面一侧延伸至所述顶板，但不穿透所述顶板；所述温度探测器通过所述探测孔探测所述顶板的温度，以获得所述顶板第一表面的温度。

32.如权利要求30所述的化学气相沉积设备，其特征在于：所述温度探测器探测所述探测孔底面的温度值。

33.如权利要求32所述的化学气相沉积设备，其特征在于：所述探测孔底面到所述第一表面之间的距离大于或等于1mm。

34.如权利要求33所述的化学气相沉积设备，其特征在于：所述化学气相沉积设备还包括温度校正单元，所述获得所述顶板第一表面的温度是通过所述温度校正单元获取所述温度探测器探测到的温度值并对所述温度值进行校正而获得。

35.如权利要求34所述的化学气相沉积设备，其特征在于：所述温度校正单元包括一个查找表(LUT)，所述查找表存储有所述温度探测器探测的所述顶板的温度值与所述顶板第一表面的温度值之间的对应关系。

36.如权利要求31所述的化学气相沉积设备，其特征在于：所述探测孔在所述顶板处的直径少于或等于10mm。

37.如权利要求36所述的化学气相沉积设备，其特征在于：所述探测孔在所述顶板处的直径少于或等于4mm。

38.如权利要求31所述的化学气相沉积设备，其特征在于：所述温度探测器为热电偶或辐射高温计，或所述温度探测器通过向所述探测孔的底面发射一簇辐射能量，并接收所述底面反射的辐照能量检测所述探测孔的底面的温度。

39.如权利要求1所述的化学气相沉积设备，其特征在于：所述化学气相沉积设备通过控制所述第一表面的温度分布，进而调节所述衬底支撑面的温度分布。

40.如权利要求39所述的化学气相沉积设备，其特征在于：调节所述衬底支撑面的温度分布均匀。

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