CN205635850U - 一种预加热式外延炉 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种预加热式外延炉，该外延炉的反应室内设置大盘及位于大盘中心上方的注入器，大盘上设置若干用于放置晶片的小盘基座，大盘底部设置有加热线圈，至少一进气管路与注入器相通并通过注入器向反应室内输入源气，其中进气管路上设置有预加热装置，该预加热装置包括串联于进气管路上的至少两个管体，各管体分别设置有加热元件，管体内形成加热腔以对通过的源气进行逐级加热，从而提高了注入器进入反应室的源气的温度，避免了径向的温度梯度，使大盘内温度均匀，节约了源气，同时提高了外延工艺的稳定性。
Description
技术领域
本实用新型涉及半导体技术，特别是涉及一种预加热式外延炉。
背景技术
外延晶片，例如碳化硅外延晶片通常是采用CVD(化学气相沉积)的方法来生长，具体是将衬底置于外延炉反应室中，将含有构成薄膜元素的化合物、单质气体通入反应室，借助气相化学反应在衬底表面上沉积固体薄膜。目前商业化的外延炉，大部分为水平行星式反应室外延炉，主要由输气管路、注入器、大盘和加热线圈组成。加热线圈为一个一体化的呈现“蚊香型”的加热线圈，置于大盘底部负责为大盘加热。源气由输气管道经大盘中心位置上方的注入器进入反应室内部，源气沿着大盘的径向输运。由于源气的温度一般为室温，而通常反应室内的温度高达上千度以达到晶体外延生长温度，这样会导致注入器下方附近的大盘温度较低，而远离注入器的大盘温度相对较高，即沿大盘的径向形成一个较大的温度梯度，该温度梯度的存在不仅会造成源气的浪费，更会导致注入器附近气体的分解效率低而容易产生一些反应异物，严重情况下会堵塞注入器的出气孔，对外延工艺的稳定性造成较大的干扰和影响。
实用新型内容
本实用新型提供了一种预加热式外延炉，其克服了现有技术所存在的不足之处。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种预加热式外延炉，该外延炉的反应室内设置大盘及位于大盘中心上方的注入器，大盘上设置若干用于放置晶片的小盘基座，大盘底部设置有加热线圈，至少一进气管路与注入器相通并通过注入器向反应室内输入源气。所述进气管路上设置有预加热装置，该预加热装置包括串联于进气管路上的至少两个管体，各管体分别设置有加热元件，管体内形成加热腔以对通过的源气进行逐级加热。
优选的，所述管体是石英管，所述加热元件是电阻丝，绕设于石英管外部。
优选的，所述电阻丝由铁铬铝合金或镍铬合金制成。
优选的，该外延炉是反应温度为1500℃～1700℃的碳化硅外延炉，该注入器连通有硅烷进气管路及丙烷进气管路，其中硅烷进气管路和丙烷进气管路分别串联有该预加热装置且预加热温度不超过1000℃。
优选的，该预加热装置包括沿源气流通方向依次串联的加热温度为200℃～500℃的第一管体，加热温度为500℃～800℃的第二管体及加热温度为800℃～1000℃的第三管体。
优选的，该预加热装置设置于所述反应室外侧并邻近所述注入器。
相较于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：
1.外延炉的进气管路上设置预加热装置，预加热装置包括串联于进气管路上的至少两个管体，各管体分别设置有加热元件，管体内形成加热腔，以对通过的源气进行逐级加热，从而提高了注入器进入反应室的源气的温度，避免了径向的温度梯度，使大盘内温度均匀，节约了源气，同时避免反应异物的产生，提高了外延工艺的稳定性。
2.预加热装置采用分段逐级加热的方式，各段温度逐渐升高以达到一个较高的预加热温度，确保了预加热的均匀性同时节约了能源，预加热效果好，适用于高温的碳化硅外延炉时各进气管道均设置预加热装置同时预加热温度不超过1000℃，提高源气温度的同时避免源气于管道内分解。
3.预加热装置设置于所述反应室外侧并邻近注入器，预加热后的气体即进入注入器，减少能量损耗。
附图说明
图1是本实用新型的外延炉结构示意图，其中箭头表示气体流动方向；
图2是本实用新型的大盘结构示意图。
图3是本实用新型一实施例的预加热装置结构示意图，其中箭头表示源气流动方向。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。本发明的各附图仅为示意以更容易了解本发明，其相对大小比例可依照设计需求进行调整。此外，文中所描述的图形中相对元件的上下关系，在本领域技术人员应能理解是指构件的相对位置而言，因此皆可以翻转而呈现相同的构件，此皆应同属本说明书所揭露的范围。
实施例，请参见图1、图2所示，一种预加热式外延炉包括反应室1，反应室1内设置大盘2及位于大盘2中心上方的注入器3，大盘1上设置若干用于放置晶片衬底的小盘基座4，大盘底部设置有加热线圈5以对大盘进行加热。至少一进气管路6与注入器3相通并通过注入器3向反应室1内输入源气，源气在高温下分解并沉积于晶片衬底上实现了晶片生长。大盘1带动小盘2旋转，同时小盘2自旋转以提高生长的均匀性。进气管路6上设置有预加热装置7，预加热装置7设置于反应室1外侧并邻近注入器3。预加热装置7包括串联于进气管路6上的至少两个管体，各管体分别设置有加热元件，管体内形成加热腔以对通过的源气进行逐级加热。具体的，管体是石英管，加热元件是电阻丝，绕设于石英管外部。电阻丝由铁铬铝合金或镍铬合金制成以实现较高温度的预加热。
以下以碳化硅外延炉为例进行具体说明。碳化硅外延炉反应室内的反应温度为1500℃～1700℃。碳化硅外延炉的注入器连通有硅烷进气管路及丙烷进气管路，硅烷进气管路和丙烷进气管路分别串联有预加热装置7且预加热温度不超过1000℃，以防止源气于进气管路内分解。
参考图3，预加热装置7包括沿源气流通方向依次串联的第一管体71，第二管体72及第三管体73，各管体分别绕设有电阻丝并独立控温，其中第一管体71的加热温度为200℃～500℃，第二管体72的加热温度为500℃～800℃，第三管体73的加热温度为800℃～1000℃。源气通过时分段逐级升温，保证预加热的效果同时节约了能源。
上述实施例仅用来进一步说明本实用新型的一种预加热式外延炉，但本实用新型并不局限于实施例，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本实用新型技术方案的保护范围内。
Claims (6)
1.一种预加热式外延炉，该外延炉的反应室内设置大盘及位于大盘中心上方的注入器，大盘上设置若干用于放置晶片的小盘基座，大盘底部设置有加热线圈，至少一进气管路与注入器相通并通过注入器向反应室内输入源气，其特征在于：所述进气管路上设置有预加热装置，该预加热装置包括串联于进气管路上的至少两个管体，各管体分别设置有加热元件，管体内形成加热腔以对通过的源气进行逐级加热。
2.根据权利要求1所述的预加热式外延炉，其特征在于：所述管体是石英管，所述加热元件是电阻丝，绕设于石英管外部。
3.根据权利要求2所述的预加热式外延炉，其特征在于：所述电阻丝由铁铬铝合金或镍铬合金制成。
4.根据权利要求1所述的预加热式外延炉，其特征在于：该外延炉是反应温度为1500℃～1700℃的碳化硅外延炉，该注入器连通有硅烷进气管路及丙烷进气管路，其中硅烷进气管路和丙烷进气管路分别串联有该预加热装置且预加热温度不超过1000℃。
5.根据权利要求4所述的预加热式外延炉，其特征在于：该预加热装置包括沿源气流通方向依次串联的加热温度为200℃～500℃的第一管体，加热温度为500℃～800℃的第二管体及加热温度为800℃～1000℃的第三管体。
6.根据权利要求1所述的预加热式外延炉，其特征在于：该预加热装置设置于所述反应室外侧并邻近所述注入器。
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