CN114686973A - 一种半导体薄膜生长感应加热式设备的反应腔结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种半导体薄膜生长感应加热式设备的反应腔结构，属于半导体制备领域，包括由内到外依次设置的加热件、保温层和石英管壁；所述加热件包括上石墨件、下石墨件以及碳化硅侧壁，所述上石墨件和所述下石墨件均呈中空状，所述上石墨件的底面与所述下石墨件的顶面相对，且所述上石墨件的底面两侧分别通过所述碳化硅侧壁与所述下石墨件的顶面两侧相连接；其中，所述下石墨件的中空状内腔中还设置有石墨柱，所述石墨柱的两端分别连接所述中空状内腔的顶壁和底壁。本发明不但能够提高反应腔的加热效率，还能够提高其内部的温度均匀性。
Description
技术领域
本发明涉及半导制备领域，特别涉及一种半导体薄膜生长感应加热式设备的反应腔结构。
背景技术
在半导体生产流程中，外延薄膜生长是半导体器件与芯片制造的重要工序之一，外延薄膜生长的薄膜均匀性是衡量薄膜质量的一个重要指标。
现今制备半导体外延薄膜的电磁感应加热设备如卧式LPCVD设备，其将衬底至于下石墨基座上，外部包围石英管壁保证腔体真空，石英管壁外部包裹感应线圈，交变的电流通过线圈时会在空间中产生交变的磁场，进而使交变的磁场在石墨件中产生涡流，从而生成热量。反应腔内的石墨件能达到的最高温度(或加热效率)以及反应腔内温度分布的均匀性对衬底上生长薄膜的均匀性有重要影响，所以为了提高外延薄膜质量，需要使设备的反应腔体达到最佳的加热效率与最优的衬底温度分布。
然而，由于集肤效应的影响，使得交变磁场产生的涡流集中于石墨件的表面，导致石墨基座与衬底的温度分布不均匀，通常边缘温度高而中间温度低。所以，亟待设计一种新型反应腔体结构来改变涡流方向与热传导方式，从而达到增加加热效率、提高石墨基座温度均匀性的目的。
发明内容
针对现有技术存在的电磁感应加热设备地反应腔体加热效率低以及温度分布不均匀的问题，本发明的目的在于提供一种半导体薄膜生长感应加热式设备的反应腔结构。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种半导体薄膜生长感应加热式设备的反应腔结构，包括由内到外依次设置的加热件、保温层和石英管壁；所述加热件包括上石墨件、下石墨件以及碳化硅侧壁，所述上石墨件和所述下石墨件均呈中空状，所述上石墨件的底面与所述下石墨件的顶面相对，且所述上石墨件的底面两侧分别通过所述碳化硅侧壁与所述下石墨件的顶面两侧相连接；其中，所述下石墨件的中空状内腔中还设置有石墨柱，所述石墨柱的两端分别连接所述中空状内腔的顶壁和底壁。
优选的，所述上石墨件的底面与所述下石墨件的顶面互相平行。
优选的，所述上石墨件、所述下石墨件均呈半月形。
优选的，所述加热件呈对称构造。
优选的，所述石墨柱沿所述下石墨件的顶面的垂直平分面布置。
优选的，所述下石墨件的顶面设置有用于放置石墨托盘的石墨基座。
优选的，所述石墨托盘用于放置碳化硅片，所述碳化硅片的直径为150mm，所述石墨柱的宽度为20-30mm。
采用上述技术方案，本发明的有益效果在于：
1、由于上石墨件、下石墨件以及两者之间碳化硅侧壁的设置，使得尤其构成的主环路能够在交变的磁场环境中形成涡流，从而产生热量致使整个反应腔得到加热；
2、由于中空状的上石墨件、下石墨件的设置，使得两者单独即可形成环路，也能够在交变的磁场环境中形成涡流，从而产生热量致使整个反应腔得到进一步加热；
3、由于下石墨件中的石墨柱的设置，使得下石墨件的中空状内腔被分割为两个小环路，两个小环路各自在交变的磁场环境中形成涡流，其产生的热量不但能够提高加热效率，还能够有效弥补中部位置的温度，使由上石墨件、下石墨件以及两者之间碳化硅侧壁围成的空腔的温度更加均匀。
附图说明
图1为本发明的截面示意图；
图2为本发明的结构示意图；
图3为下石墨件顶面径向各处温度示意图；
图4为下石墨件顶面径向各处温度平均值和温度标准差示意图。
图中:1-加热件、11-上石墨件、12-下石墨件、13-碳化硅侧壁、14-石墨柱、15-石墨基座、2-保温层、3-石英管壁。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示对本发明结构的说明，仅是为了便于描述本发明的简便，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。
对于本技术方案中的“第一”和“第二”，仅为对相同或相似结构，或者起相似功能的对应结构的称谓区分，不是对这些结构重要性的排列，也没有排序、或比较大小、或其他含义。
另外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，连接可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个结构内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据本发明的总体思路，联系本方案上下文具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
一种半导体薄膜生长感应加热式设备的反应腔结构，如图1及图2所示，其横截面呈圆形，包括由内到外依次设置的加热件1、保温层2和石英管壁3。
加热件1整体呈上下及左右对称的构造，加热件1具体包括上石墨件11、下石墨件12以及碳化硅侧壁13。其中，上石墨件11和下石墨件12均为呈中空状的半月形构造，并且上石墨件11和下石墨件12尺寸相同，两者上下布置，并且，上石墨件11的底面与下石墨件12的顶面平行且相对。而碳化硅侧壁13则配置有两个，上石墨件11的底面两侧与下石墨件12的顶面两侧分别通过碳化硅侧壁13相连接，从而使上石墨件11、下石墨件12以及碳化硅侧壁13构成主环路，并且呈中空状的上石墨件11以及下石墨件12也构成独立环路。下石墨件12的顶面还设置有石墨基座15，石墨基座15用于放置石墨托盘，而石墨托盘则用于放置碳化硅片。
当石英管壁3外侧的感应线圈通入交变电流时，由上石墨件11、下石墨件12以及碳化硅侧壁13构成主环路，呈中空状的上石墨件11以及下石墨件12构成的独立环路中均产生涡流，从而产生热量，使加热件得到加热。
但是，由于集肤效应以及涡流环路的影响，导致下石墨件12中间位置的温度低而边缘位置的温度高，为了使下石墨件12各处的温度更加均匀，本实施例中，在下石墨件12的中空状内腔中还设置有石墨柱14，该石墨柱14的两端分别连接其中空状内腔的顶壁和底壁，例如石墨柱14沿下石墨件12的顶面的垂直平分面布置。如此设置，使得下石墨件12被分割为两个小环路，即下石墨件12的中间位置变为小环路的边缘位置，从而弥补了该处的温度，使下石墨件12得顶面各处温度更加均匀。
本实施例中，具体配置碳化硅片的直径为150mm(即6英寸)，配置石墨基座15的高度为12mm，其中高度指的是石墨基座15顶面与下石墨件12的顶面之间的距离。如图3所示，其具体展示了石墨柱14的宽度分别为20、25、30mm以及无石墨柱14时，碳化硅片沿直径方向上各处(0-150mm)的温度分布情况，该温度数值通过COMSOL多物理场仿真软件(COMSOLMultiphysics)仿真获得。从图3中可以看出，当布置有石墨柱14时，碳化硅片中部位置的温度明显提高，并且碳化硅片的温度从左端到右端(0mm坐标到150mm坐标)更趋均匀。如图4所示，其具体展示了石墨柱14存在与否以及不同的石墨柱14宽度下，碳化硅片各处的平均温度以及温度标准差(温度均匀性)数据，可以看出，平均温度温度提升了39.6℃，温度标准差减小了10.9℃，同时，随着石墨柱14宽度的增加，平均温度也随之增加，而温度标准差则随之减小，从而达到了提升加热效率以及温度均匀性的目的。
以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种半导体薄膜生长感应加热式设备的反应腔结构，其特征在于：包括由内到外依次设置的加热件、保温层和石英管壁；所述加热件包括上石墨件、下石墨件以及碳化硅侧壁，所述上石墨件和所述下石墨件均呈中空状，所述上石墨件的底面与所述下石墨件的顶面相对，且所述上石墨件的底面两侧分别通过所述碳化硅侧壁与所述下石墨件的顶面两侧相连接；其中，所述下石墨件的中空状内腔中还设置有石墨柱，所述石墨柱的两端分别连接所述中空状内腔的顶壁和底壁。
2.根据权利要求1所述的反应腔结构，其特征在于：所述上石墨件的底面与所述下石墨件的顶面互相平行。
3.根据权利要求2所述的反应腔结构，其特征在于：所述上石墨件、所述下石墨件均呈半月形。
4.根据权利要求3所述的反应腔结构，其特征在于：所述加热件呈对称构造。
5.根据权利要求4所述的反应腔结构，其特征在于：所述石墨柱沿所述下石墨件的顶面的垂直平分面布置。
6.根据权利要求1所述的反应腔结构，其特征在于：所述下石墨件的顶面设置有用于放置石墨托盘的石墨基座。
7.根据权利要求6所述的反应腔结构，其特征在于：所述石墨托盘用于放置碳化硅片，所述碳化硅片的直径为150mm，所述石墨柱的宽度为20-30mm。
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