CN103540914B - 一种使用射频加热的桶式cvd设备反应室 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种使用射频加热的桶式CVD设备反应室，包括：具有双层管状结构的水冷壁，该水冷壁的内管腔中设有反应室，而内、外管之间至少与该反应室相应的区域内分布有冷却介质容置腔；设于该反应室内的加热基座，且该加热基座上分布有若干凹槽；分布于该加热基座与水冷壁内管之间的整流罩；至少绕设在该水冷壁外壁上与该反应室相应区域内的感应线圈。本发明通过采用桶式结构的反应室，可以满足多片晶片同时生长，而通过采用射频感应加热，同时有直接热传导和辐射加热，提高了晶片温度分布的均匀性，尤其是对于大尺寸的晶片来说，加热不受反应室直径大小的限制，加热速度快、效率高、温度高、加热状态稳定，适合在大尺寸的高温CVD反应室中使用。

Description

一种使用射频加热的桶式CVD设备反应室
技术领域
本发明涉及一种CVD设备，具体涉及一种使用射频加热的桶式CVD设备反应室。
背景技术
化学气相沉积CVD设备的核心部分是反应室，其中，反应室设计的基本要求是晶片生长的快速均匀加热，晶片生长也越来越向大尺寸衬底生长方向发展。CVD反应室的传统加热方式是电阻丝加热，电阻丝加热受反应室体直径大小等的限制，当腔体直径太大时，升温速度会降低，腔体内部温度分布不均匀，并且当加热温度越高，电阻丝上通过的电流就越大，容易发生电阻丝熔断、氧化等故障。此外，电阻丝加热存在热传导损失，并导致环境温度上升，且功率密度低，无法适应高温需要。如何解决现有CVD设备反应室所存在的技术问题，是研发人员所面临的重要课题。
发明内容
鉴于现有技术的不足，本发明的主要目的在于提供一种使用射频加热的桶式CVD设备反应室，其可用于多片晶片同时生长，提高被加热晶片温度分布的均匀性，加热不受反应室体直径大小限制，加热速度快、效率高、加热温度高，有利于提高生长薄膜的质量，适合在大尺寸的CVD反应室中使用，尤其是需要加热到高温的CVD设备。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种使用射频加热的桶式CVD设备反应室，包括：
具有双层管状结构的水冷壁，所述水冷壁的内管腔中设有反应室，而内、外管之间至少与所述反应室相应的区域内分布有冷却介质容置腔，
设于所述反应室内的加热基座，且所述加热基座上分布有一个以上凹槽，
分布于所述加热基座与所述水冷壁内管之间的整流罩，以及，
至少绕设在所述水冷壁外壁上与所述反应室相应区域内的感应线圈。
作为较为优选的实施方案之一，所述水冷壁具有双层圆管结构，所述水冷壁的内管腔为反应室，而内、外管之间为冷却介质容置腔。
作为较为优选的实施方案之一，所述加热基座包括具有多面台型结构的石墨基座，且所述石墨基座的各侧面上均匀分布复数个凹槽，特别是圆形凹槽，其中任一凹槽的直径和深度均与晶片的直径和厚度一致。
作为较为优选的实施方案之一，所述整流罩包括具有多面桶式结构的石英整流罩，且所述石英整流罩的各侧面均与所述加热基座的各侧面平行。
作为较佳的应用方案之一，所述石墨基座的至少一侧面与竖直方向的夹角为3°。
作为较为优选的实施方案之一，所述石墨基座表面有包覆SiC。
作为较为优选的实施方案之一，所述感应线圈以与加热基座同心设置的方式均匀盘绕在所述水冷壁外壁上，且所述感应线圈的直径从上至下逐渐增大呈锥形结构。
作为较佳的应用方案之一，所述锥形结构与竖直方向之间的夹角为3°。
作为较佳的应用方案之一，所述感应线圈主要由空心紫铜管构成，并且所述空心紫铜管内通入有循环冷却介质。
作为较佳的应用方案之一，所述水冷壁包括双层石英圆管。
作为较为优选的实施方案之一，所述射频加热的频率为1000-25000Hz。
前述冷却介质可采用水，但不限于此。
与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果：通过采用桶式结构的反应室可以满足多片晶片同时生长，并且采用射频感应加热，既有直接的热传导，又有辐射加热，提高了晶片温度分布的均匀性，尤其是对于大尺寸的晶片来说，加热不受反应室体直径大小的限制，加热速度快、效率高、加热温度高、加热状态稳定，适合在大尺寸的高温CVD反应室中使用。
附图说明
以下结合附图及较佳实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
图1是本发明一较佳实施例的结构示意图，其中各附图标记指示的部件分别为：1-水冷壁、2-石英整流罩、3-石墨基座、4-圆形凹槽、5-感应线圈。
具体实施方式
参阅图1所示系本发明的一较佳实施例，该实施例所涉及的一种使用射频加热的桶式CVD设备反应室包括水冷壁1、感应线圈5、石英整流罩2和石墨基座3，其中，所述水冷壁1为双层圆管结构，水冷壁1内管腔为反应室，反应室中央设置石墨基座3，石墨基座3为多面台状结构且表面设置有向下凹陷的圆形凹槽4，水冷壁1内管与石墨基座3之间设置有石英整流罩2，为各侧面均平行于石墨基座3各侧面的多面桶式结构，水冷壁1内、外管之间为冷却水腔，水冷壁1的外壁上绕有感应线圈5。
作为较佳的应用方案之一，所述石墨基座3为实心体，且各侧面与竖直方向的夹角均为3°。
相应的，作为较佳的应用方案之一，所述石英整流罩2各侧面与竖直方向的夹角均为3°。
优选的，所述石墨基座3各侧面均匀分布有多个向下凹陷的圆形凹槽4，任一圆形凹槽4的直径和深度与晶片的直径和厚度一致。
作为一种优选的方案，所述感应线圈5以同心圆的方式均匀盘绕在水冷壁1的外部，且直径从上至下逐渐增大呈锥形结构。
作为较佳的应用方案之一，该锥形结构与竖直方向的夹角为3°。
进一步的讲，所述感应线圈5、水冷壁1与石墨基座3三者同心设置。
作为一种优选的方案，所述射频加热的频率为1000-25000Hz。
作为一种优选的方案，所述感应线圈5采用空心紫铜管制成，管内通入循环水。
作为一种优选的方案，所述水冷壁1采用双层石英圆管。
本实施例的工作原理包括：石墨基座3和石英整流罩2设置在感应线圈5中，由于石墨基座3为多面台型结构，因此感应线圈5设为锥形，以保证所有线圈到石墨基座3的距离均相等，从而使放置在石墨基座3的圆形凹槽4内的晶片衬底受热程度均匀，生长用反应气体沿石英整流罩2从底部进气，上部抽气，在衬底表面形成均匀气流场，输入1000-25000Hz交流电给感应线圈5后，石墨基座3由于电磁感应产生出同频率的感应电流，感应电流回路的导体电阻很小，因而感应电流的电流强度很大，产生的焦耳热也很大，可以使石墨基座3表面温度迅速上升到1000-1500℃，进行高温CVD的生长。
通过采用双层石英圆管结构的水冷壁1，可以实时观测到晶片外延生长的情况，方便操作人员监控，并且感应线圈采用的是紫铜管制造，本身并不发热，且管内通入了循环水，因此不存在电阻装置高温加热时，电阻丝瞬时通过电流过大而熔断或高温氧化而缩短使用寿命的问题。
综述之，本发明具有加热快、效率高、加热温度高、使用寿命长等优点，且对于大尺寸衬底的生长同样适用，只要相应调整石墨基座大小、圆形凹槽半径和深度以及线圈匝数即可。
需要指出的是，本发明所揭示的乃较佳实施例的一种或多种，凡是局部的变更或修饰而源于本发明的技术思想而为熟习该项技术的人所易于推知的，俱不脱离本发明的专利权范围。

Claims (9)

1.一种使用射频加热的桶式CVD设备反应室，其特征在于，它包括：
具有双层管状结构的水冷壁，所述水冷壁的内管腔中设有反应室，而内、外管之间至少与所述反应室相应的区域内分布有冷却介质容置腔，
设于所述反应室内的加热基座，且所述加热基座上分布有一个以上凹槽，
分布于所述加热基座与所述水冷壁内管之间的整流罩，所述加热基座包括具有多面台型结构的石墨基座，所述整流罩包括具有多面桶式结构的石英整流罩，且所述石英整流罩的各侧面均与所述加热基座的各侧面平行，
以及，至少绕设在所述水冷壁外壁上与所述反应室相应区域内的感应线圈，所述感应线圈以与加热基座同心设置的方式均匀盘绕在所述水冷壁外壁上，且所述感应线圈的直径从上至下逐渐增大呈锥形结构，使所述感应线圈中所有线圈与加热基座的距离均相等。
2.根据权利要求1所述的使用射频加热的桶式CVD设备反应室，其特征在于，所述水冷壁具有双层圆管结构，所述水冷壁的内管腔为反应室，而内、外管之间为冷却介质容置腔。
3.根据权利要求1所述的使用射频加热的桶式CVD设备反应室，其特征在于，所述石墨基座的各侧面上均匀分布复数个凹槽，其中任一凹槽的直径和深度均与晶片的直径和厚度一致。
4.根据权利要求1所述的使用射频加热的桶式CVD设备反应室，其特征在于，所述石墨基座的至少一侧面与竖直方向的夹角为3°。
5.根据权利要求1所述的使用射频加热的桶式CVD设备反应室，其特征在于，所述石墨基座表面有包覆SiC。
6.根据权利要求1所述的使用射频加热的桶式CVD设备反应室，其特征在于，所述锥形结构与竖直方向之间的夹角为3°。
7.根据权利要求1所述的使用射频加热的桶式CVD设备反应室，其特征在于，所述感应线圈主要由空心紫铜管构成，并且所述空心紫铜管内通入有循环冷却介质。
8.根据权利要求1所述的使用射频加热的桶式CVD设备反应室，其特征在于，所述水冷壁包括双层石英圆管。
9.根据权利要求1所述的使用射频加热的桶式CVD设备反应室，其特征在于，所述射频加热的频率为1000-25000Hz。
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