CN117939713A - 加热装置及其控制方法、以及化学气相沉积设备 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供了一种加热装置及其控制方法、以及化学气相沉积设备，其中，所述加热装置包括：第一加热元件和第二加热元件；所述第一加热元件包括第一加热丝，所述第二加热元件包括第二加热丝，所述第一加热丝的横截面面积大于所述第二加热丝的横截面面积，所述第二加热丝能够加热所述第一加热丝，以提升所述第一加热丝的电阻。所述加热装置用于利用第二加热丝加热第一加热丝，以使得第一加热丝能够较快速地进入高发热阶段。

Description

加热装置及其控制方法、以及化学气相沉积设备

技术领域

本申请涉及半导体工艺技术领域，尤其涉及一种加热装置及其控制方法、以及化学气相沉积设备。

背景技术

在半导体工艺技术领域，有时需要对晶圆等物料进行加热。例如，在对晶圆进行化学气相沉积的过程中，需要将晶圆加热至工艺温度。在相关技术中，一般利用加热丝(或称电阻丝)产生的热量对晶圆等物料进行加热。为了延长加热丝的使用寿命，一般会选用较粗的加热丝作为加热元件。但是，由于加热丝的电阻与其自身的横截面面积成反比，这样，会使得加热丝的电阻较小，产生的热量不高，从而使得加热元件存在升温速率较慢的问题。

发明内容

本申请实施例提供了一种加热装置及其控制方法、以及化学气相沉积设备，以解决如何提升加热元件的升温速率的问题。

第一方面，本申请实施例提供了一种加热装置。

本申请实施例提供的加热装置可应用于半导体工艺设备，所述加热装置可包括：第一加热元件和第二加热元件；所述第一加热元件包括第一加热丝，所述第二加热元件包括第二加热丝，所述第一加热丝的横截面面积大于所述第二加热丝的横截面面积，所述第二加热丝能够加热所述第一加热丝，以提升所述第一加热丝的电阻。

可选地，所述第二加热元件为加热灯，所述第二加热元件还包括灯罩，所述灯罩罩设于所述第二加热丝外。

可选地，所述加热装置还包括第一电源和第二电源，所述第一电源与所述第一加热丝电连接，所述第二电源与所述第二加热丝电连接。

可选地，在所述加热装置处于加热状态，且所述第一加热丝升高至目标温度的情况下，所述第二加热丝由加热状态切换至断电状态，所述第一加热丝保持于加热状态。

第二方面，本申请实施例提供了一种加热装置的控制方法。

所述加热装置为本申请实施例提供的任意一种加热装置，所述加热装置的控制方法包括：

控制所述第一加热丝和所述第二加热丝分别处于加热状态；

在所述第一加热丝升高至目标温度的情况下，控制所述第二加热丝由加热状态切换至断电状态；

控制所述第一加热丝保持于加热状态。

第三方面，本申请实施例提供了一种化学气相沉积设备。

本申请实施例提供的化学气相沉积设备包括：本申请实施例提供的任意一种加热装置。

可选地，所述化学气相沉积设备还包括托盘，所述托盘设置有待沉积件设置区，所述待沉积件设置区用于设置待沉积件；所述第一加热元件和所述第二加热元件均设置于所述托盘的背离所述待沉积件设置区的一侧。

可选地，所述第一加热元件位于所述托盘和所述第二加热元件之间。

可选地，所述化学气相沉积设备还包括反射件，所述第一加热元件和所述第二加热元件均位于所述托盘和所述反射件之间。

可选地，所述化学气相沉积设备还包括可移动的保温罩，所述保温罩能够在第一位置和第二位置之间移动，在所述保温罩移动至所述第一位置的情况下，所述保温罩罩设于所述托盘的外围区域；在所述保温罩移动至所述第二位置的情况下，所述保温罩解除对所述托盘遮挡。

可选地，所述第一加热元件的数量为多个，且多个所述第一加热元件分别为直径逐渐增大的环状结构，其中，直径较大的所述第一加热元件依次套设于直径较小的所述第一加热元件外；

所述第二加热元件的数量为多个，且多个所述第二加热元件分别为直径逐渐增大的环状结构，其中，直径较大的所述第二加热元件依次套设于直径较小的所述第二加热元件外。

本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：

在本申请的实施例中，加热装置可以设置有第一加热丝和第二加热丝，可以使得第一加热丝的横截面面积大于第二加热丝的横截面面积。由于第一加热丝的横截面面积大于第二加热丝的横截面面积，且导体的电阻与横截面面积成反比，则可以得出，第二加热丝的电阻大于第一加热丝的电阻，第二加热丝的加热功率大于第一加热丝的加热功率。进而可以通过利用第二加热丝对第一加热丝进行加热的方式，快速升高第一加热丝的温度。

由于导体的电阻与温度成正比，则可以通过升高第一加热丝的温度的方式，提升第一加热丝的电阻。进而可以较快的将第一加热丝的加热功率提升到目标加热功率，使得第一加热丝能够较快速地进入高发热阶段。进而可以利用第一加热丝对待加热物进行加热，使得待加热物能够较快地升温。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种加热装置的示意图；

图2为本申请实施例提供的一种第一加热元件和第一电源的示意图；

图3为本申请实施例提供的一种第二加热元件和第二电源的示意图；

图4为本申请实施例提供的一种加热装置的控制方法的流程图；

图5为本申请实施例提供的一种化学气相沉积设备的示意图。

附图标记说明：

10-化学气相沉积设备；100-加热装置；110-第一加热元件；111-第一加热丝；120-第二加热元件；121-第二加热丝；122-灯罩；130-第一电源；140-第二电源；200-托盘；210-待沉积件设置区；300-反射件；400-保温罩；500-支撑轴；600-底座；700-喷淋装置。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

此外，尽管本申请中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本申请说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。

此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本申请。

以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。

本申请实施例提供了一种加热装置，本申请实施例提供的加热装置可应用于半导体工艺设备。示例性地，半导体工艺设备可以为化学气相沉积设备，或者其它任何需要进行加热的半导体工艺设备。

参考图1至图3，本申请实施例提供的加热装置100可包括：第一加热元件110和第二加热元件120。第一加热元件110可包括第一加热丝111，第二加热元件120可包括第二加热丝121。第一加热丝111的横截面面积大于第二加热丝121的横截面面积。第二加热丝121能够加热第一加热丝111，以提升第一加热丝111的电阻。

需说明的是，根据电阻定律可知，电阻与导线的横截面积成反比，电阻还与温度成正比。由于第一加热丝111的横截面面积大于第二加热丝121的横截面面积，则第二加热丝121的电阻大于第一加热丝111的电阻。此外，在第二加热丝121对第一加热丝111进行加热，使得第一加热丝111的温度升高的过程中，可以使得第一加热丝111的电阻增大。

进一步地，由电阻的发热公式可知，电阻的发热量与电阻成正比。则在第一加热丝111的电阻增大后，其发热量会增加，加热功率会得到提升。这样，可以通过利用第二加热丝121加热第一加热丝111的方式，使得第一加热丝111能够较快速地进入高发热阶段。

此外，需说明的是，由于第一加热丝111的横截面面积大于第二加热丝121的横截面面积，这样，可以选用较粗的电阻丝作为第一加热丝111。进而，可以通过选用较粗的电阻丝作为第一加热丝111的方式，提升第一加热丝111的寿命。

以此方式，在本申请的实施例中，可以利用第二加热丝121加热第一加热丝111，提高第一加热丝111的温度，从而提高第一加热丝111的电阻。进而，可以通过提高第一加热丝111的电阻的方式，使得第一加热丝111能够较快速地进入高发热阶段。进而可以利用第一加热丝111对待加热物进行加热，使得待加热物能够较快地升温。

示例性地，第一加热丝111和第二加热丝121可以由钨丝等耐高温的材料制成。示例性地，第二加热丝121的直径可以小于毫米，第一加热丝111的直径可以为8至10毫米。

参考图3，在本申请的实施例中，第二加热元件120为加热灯，第二加热元件120还可包括灯罩122，灯罩122罩设于第二加热丝121外。这样，示例性地，灯罩122可以抽真空，或者，可以向灯罩122中充气氮气或惰性气体等化学性质不活泼的气体，以提升第二加热丝121的寿命。

参考图2和图3，在本申请的实施例中，加热装置100还可包括第一电源130和第二电源140。第一电源130与第一加热丝111电连接，第二电源140与第二加热丝121电连接。示例性地，第一电源130和第二电源140均可以为直流电源，第一电源130和第二电源140可以分别向第一加热丝111和第二加热丝121输出直流电。这样，可以利用第一电源130和第二电源140分别向第一加热丝111和第二加热丝121进行供电，从而，便于控制第一加热丝111和第二加热丝121的工作状态。

在本申请的实施例中，在加热装置100处于加热状态，且第一加热丝111升高至目标温度的情况下，第二加热丝121由加热状态切换至断电状态，第一加热丝111保持于加热状态。

换言之，可以需要利用加热装置100进行加热的情况下，可以使得加热装置100处于加热状态，即，可以使得第一加热丝111和第二加热丝121均处于加热状态。进而，可以利用第二加热丝121对第一加热丝111进行加热，以提高第一加热丝111的温度，进而提高第一加热丝111的电阻。从而使得第一加热丝111能够较快速地进入高发热状态。

在第一加热丝111升高至目标温度的情况下(即，在第一加热丝111升高至目标电阻的情况下)，可以使得第二加热丝121由加热状态切换至断电状态，可以使得第一加热丝111保持于加热状态。这样，可以通过关闭第二加热丝121的方式，提升第二加热丝121的寿命。可以通过使得第一加热丝111保持于加热状态的方式，利用第一加热丝111对待加热进行加热。

需说明的是，示例性地，在本申请的其它实施例中，在第一加热丝111升高至目标温度的情况下，也可以不关闭第二加热丝121，例如，可以调低第二加热丝121的发热功率。示例性地，在第一加热丝111的发热量不够，或者第第一加热丝111发生故障而不能发热的情况下，可以使得第二加热丝121切换至发热状态。

本申请实施例提供了一种加热装置的控制方法，加热装置可以为本申请实施例提供的任意一种加热装置100。参考图4，加热装置的控制方法可包括：

步骤410，控制第一加热丝和第二加热丝分别处于加热状态。

在本申请的实施例中，可以控制第一加热丝111和第二加热丝121分别处于加热状态，以使得加热装置处于加热状态。

步骤420，在第一加热丝升高至目标温度的情况下，控制第二加热丝由加热状态切换至断电状态。

在本申请的实施例中，在第一加热丝111升高至目标温度的情况下，第一加热丝111的升高至目标电阻，第一加热丝111可以处于高发热阶段。从而，可以控制第二加热丝121由加热状态切换至断电状态，可以利用仅第一加热丝111进行加热。

步骤430，控制第一加热丝保持于加热状态。

在本申请的实施例中，可以使得第一加热丝111保持于加热状态，可以利用第一加热丝111对待加热物进行加热。

需说明的是，示例性地，在本申请的其它实施例中，在第一加热丝111升高至目标温度的情况下，也可以不关闭第二加热丝121，例如，可以调低第二加热丝121的发热功率。示例性地，在第一加热丝111的发热量不够，或者第一加热丝111发生故障而不能发热的情况下，可以使得第二加热丝121切换至发热状态。

本申请实施例提供了一种化学气相沉积设备。参考图5，化学气相沉积设备10可包括本申请实施例提供的任意一种加热装置100。

进一步地，化学气相沉积设备还可包括托盘200。托盘200设置有待沉积件设置区210，待沉积件设置区210用于设置待沉积件；第一加热元件110和第二加热元件120均设置于托盘200的背离待沉积件设置区210的一侧。

在本申请的实施例中，化学气相沉积设备还可包括喷淋装置700。喷淋装置700可设置于托盘200的靠近待沉积件设置区210的一侧。换言之，喷淋装置700可与待沉积件设置区210相对。这样，可以经喷淋装置700向化学气相沉积设备的反应腔内输送工艺气体。

在本申请的实施例中，第一加热元件110位于托盘200和第二加热元件120之间。换言之，第一加热元件110相对第二加热元件120更为靠近托盘200，这样，可以更好地利用第一加热元件110对设置于托盘200的待沉积件(例如，晶圆)进行加热。

在本申请的实施例中，化学气相沉积设备10还可包括反射件300，第一加热元件110和第二加热元件120均位于托盘200和反射件300之间。这样，可以利用反射件300将第二加热元件120产生的热量反射至第一加热元件110，可以更好地对第一加热元件110进行加入。且，可以将第二加热元件120和第一加热元件110产生的热量反射至托盘200，可以更好地对设置于托盘200的待沉积件(例如，晶圆)进行加热。

在本申请的实施例中，化学气相沉积设备10还可包括可移动的保温罩400，保温罩400能够在第一位置和第二位置之间移动。在保温罩400移动至第一位置的情况下，保温罩400罩设于托盘200的外围区域。在保温罩400移动至第二位置的情况下，保温罩400解除对托盘200遮挡。

这样，在需要将待沉积件设置于托盘200的待沉积件设置区210，或需要将待沉积件取走的情况下，可以使得保温罩400移动至第二位置，以使得保温罩400解除对托盘200遮挡，从而便于将待沉积件设置于托盘200的待沉积件设置区210，或便于将待沉积件取走。在对待沉积件进行加热的过程中，可以使得保温罩400移动至第一位置。可以利用保温罩400对待沉积件进行保温。

参考图2，在本申请的实施例中，第一加热元件110的数量可为多个，且多个第一加热元件110分别为直径逐渐增大的环状结构，其中，直径较大的第一加热元件110依次套设于直径较小的第一加热元件110外。这样，可以使得第一加热元件110的分布较为均匀，能够更好地对待沉积件(例如晶圆)进行加热。

需说明的是，在加热装置100包括第一电源130的情况下，第一电源130可设置有多个第一连接端子，各第一加热元件110可分别与第一连接端子对应连接。

参考图3，第二加热元件120的数量可为多个，且多个第二加热元件120分别为直径逐渐增大的环状结构，其中，直径较大的第二加热元件120依次套设于直径较小的第二加热元件120外。这样，可以更好地利用第二加热元件120对第一加热元件110和待沉积件进行预热。

需说明的是，在加热装置100包括第二电源140的情况下，第二电源140可设置有多个第二连接端子，各第二加热元件120可分别与第二连接端子对应连接。

参考图5，化学气相沉积设备10还可包括支撑轴500。支撑轴500可与旋转驱动器驱动连接，支撑轴500还可以与托盘200同轴连接。这样，可以利用旋转驱动器驱动支撑轴500和托盘200转动。

化学气相沉积设备10还可包括底座600，反射件300和加热装置100可依次设置于底座600的上方。此外，在本申请的实施例中，化学气相沉积设备10还设有反应腔，加热装置100等结构可设置于反应腔内。

需说明的是，示例性地，化学气相沉积设备10可以为MOCVD(Metal-organicChemical Vapor Deposition，金属有机物化学气相沉积)设备。

以下，以化学气相沉积设备10为MOCVD设备，待沉积件(或待加热物)为蓝宝石，待沉积层为氮化铝层为例，简要说明化学气相沉积设备10的控制方法。

在沉积工艺开始时，可以控制第一加热丝111和第二加热丝121分别处于加热状态。这时，由于第二加热丝121的电阻较大，第二加热丝121会快速升温。例如，每秒可升温15摄氏度左右。大约1分钟，第二加热丝121的温度可达到约900摄氏度左右。在此过程中，第二加热丝121可以将第一加热丝111加热至800摄氏度左右。在第一加热丝111处于较高温度的情况下，第一加热丝111的阻值升高，可以使得第一加热丝111处于高发热阶段。进而，可以使得第二加热丝121由加热状态切换至断电状态，可以使得第一加热丝111保持于加热状态，可以利用第一加热丝111对待加热物进行加热。

以此方式，在本申请的实施例中，可以利用第二加热丝121加热第一加热丝111，提高第一加热丝111的温度，从而提高第一加热丝111的电阻。进而，可以通过提高第一加热丝111的电阻的方式，使得第一加热丝111能够较快速地进入高发热阶段。进而可以利用第一加热丝111对待加热物进行加热，使得待加热物能够较快地升温。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本申请的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本申请实施例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，本申请实施例的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (11)

1.一种加热装置，应用于半导体工艺设备，其特征在于，包括：第一加热元件(110)和第二加热元件(120)；所述第一加热元件(110)包括第一加热丝(111)，所述第二加热元件(120)包括第二加热丝(121)，所述第一加热丝(111)的横截面面积大于所述第二加热丝(121)的横截面面积，所述第二加热丝(121)能够加热所述第一加热丝(111)，以提升所述第一加热丝(111)的电阻。

2.根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于，所述第二加热元件(120)为加热灯，所述第二加热元件(120)还包括灯罩(122)，所述灯罩(122)罩设于所述第二加热丝(121)外。

3.根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于，所述加热装置还包括第一电源(130)和第二电源(140)，所述第一电源(130)与所述第一加热丝(111)电连接，所述第二电源(140)与所述第二加热丝(121)电连接。

4.根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于，在所述加热装置处于加热状态，且所述第一加热丝(111)升高至目标温度的情况下，所述第二加热丝(121)由加热状态切换至断电状态，所述第一加热丝(111)保持于加热状态。

5.一种加热装置的控制方法，其特征在于，所述加热装置为权利要求1至3中任意一项所述的加热装置，所述加热装置的控制方法包括：

控制所述第一加热丝(111)和所述第二加热丝(121)分别处于加热状态；

在所述第一加热丝(111)升高至目标温度的情况下，控制所述第二加热丝(121)由加热状态切换至断电状态；

控制所述第一加热丝(111)保持于加热状态。

6.一种化学气相沉积设备，其特征在于，包括：权利要求1至4中任意一项所述的加热装置。

7.根据权利要求6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托盘(200)，所述托盘(200)设置有待沉积件设置区(210)，所述待沉积件设置区(210)用于设置待沉积件；所述第一加热元件(110)和所述第二加热元件(120)均设置于所述托盘(200)的背离所述待沉积件设置区(210)的一侧。

8.根据权利要求7所述的化学气相沉积设备，其特征在于，所述第一加热元件(110)位于所述托盘(200)和所述第二加热元件(120)之间。

9.根据权利要求7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反射件(300)，所述第一加热元件(110)和所述第二加热元件(120)均位于所述托盘(200)和所述反射件(300)之间。

10.根据权利要求7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可移动的保温罩(400)，所述保温罩(400)能够在第一位置和第二位置之间移动，在所述保温罩(400)移动至所述第一位置的情况下，所述保温罩(400)罩设于所述托盘(200)的外围区域；在所述保温罩(400)移动至所述第二位置的情况下，所述保温罩(400)解除对所述托盘(200)遮挡。

11.根据权利要求7所述的化学气相沉积设备，其特征在于，所述第一加热元件(110)的数量为多个，且多个所述第一加热元件(110)分别为直径逐渐增大的环状结构，其中，直径较大的所述第一加热元件(110)依次套设于直径较小的所述第一加热元件(110)外；

所述第二加热元件(120)的数量为多个，且多个所述第二加热元件(120)分别为直径逐渐增大的环状结构，其中，直径较大的所述第二加热元件(120)依次套设于直径较小的所述第二加热元件(120)外。