CN205635851U - 一种分段加热式外延炉 - Google Patents

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钱卫宁
冯淦
赵建辉
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Hantiantiancheng Electronic Technology (Xiamen) Co.,Ltd.
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Ever Become Electronic Technology (xiamen) Co Ltd
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Abstract

本实用新型公开了一种分段加热式外延炉，该外延炉的反应室内设置有大盘，大盘中心上方设置有用于向反应室内输入源气的注入器，大盘上围绕中心设置若干用于放置晶片的小盘基座，大盘底部设置有用于给大盘加热的加热线圈。加热线圈呈平面螺旋型绕设于大盘底部且具有至少一断开点，以形成至少两个分段，各分段独立工作分别控制加热程度，其中中心区域的加热程度较高以补偿常温源气进入的温差，从而使大盘径向温度均一，避免了径向的温度梯度，节约了源气，提高了外延工艺的稳定性。

Description

一种分段加热式外延炉
技术领域
本实用新型涉及半导体技术，特别是涉及一种分段加热式外延炉。
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，在一定的温度及压力下借助空间气相化学反应在衬底表面上沉积固体薄膜。CVD可以生长纯度高、缺陷少的外延晶片，是半导体工业中的主流技术。
目前商业化的气相沉积用外延炉，大部分为水平行星式反应室外延炉，其反应室内设置有大盘，大盘上设置若干用于放置衬底的小盘基座。大盘中心上方设置有与进气管路相通的注入器，源气由进气管路通过注入器进入反应室内部，并沿大盘的径向输运，尾气由大盘周缘的排气通道排出。大盘的底部设置有用于对反应室内进行加热的加热线圈。现有的加热线圈是一体化的类似蚊香结构环绕于大盘底部并由控制系统控制其加热程度，以使反应室内呈现一个均匀的温度。
然后在实际使用中，反应室内温度通常上千度以达到晶体外延生长温度，而由进气管路通入反应室的源气一般为室温，这就导致注入器下方附近的大盘温度由于常温源气的进入而较低，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分段加热式外延炉，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：一种分段加热式外延炉，该外延炉的反应室内设置有大盘，大盘中心上方设置有用于向反应室内输入源气的注入器，大盘上围绕中心设置若干用于放置晶片的小盘基座，大盘底部设置有用于给大盘加热的加热线圈。所述加热线圈呈平面螺旋型绕设于大盘底部且沿大盘径向包括至少两个分段，各分段独立工作以使大盘径向温度均一。
优选的，加热线圈的平面螺旋型各环等间距设置，且具有至少一断开点，通过断开点形成所述分段。
优选的，所述加热线圈通过射频加热，所述各分段分别连接有射频电源，且由大盘中心向周缘方向所述各分段射频电源的输出功率递减。
优选的，所述分段加热式外延炉是碳化硅外延炉，所述大盘温度为1500-1700℃。
优选的，所述大盘由石墨制成。
优选的，还包括若干温度传感器，该些温度传感器设置于反应室内并于大盘径向上间隔布置以监测大盘径向上不同区域温度。
优选的，还包括控制装置，该些温度传感器及加热线圈分段的射频电源分别连接控制装置，控制装置接收各温度传感器的信息并相应调控各射频电源的功率以使大盘径向温度均一。
相较于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：
1.加热线圈呈平面螺旋型绕设于大盘底部且具有至少一断开点，以形成至少两个分段，各分段独立工作分别控制加热程度，其中中心区域的加热程度较高以补偿常温源气进入的温差，可以使大盘径向温度均一，避免了径向的温度梯度，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.加热线圈通过射频加热且分别连接射频电源，通过控制各射频电源的输出功率来实现不同加热程度的调控，可适用于高温的碳化硅生长外延炉。
3.外延炉内沿大盘径向上还分布有若干温度传感器以监测各区域温度，控制装置根据温度传感器反馈的信息相应调控各射频电源的输出功率，实现了智能化及自动化。
附图说明
图1是本实用新型的外延炉整体结构示意图，其中箭头表示气体流动方向；
图2是本实用新型加热线圈的俯视结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步详细说明。本实用新型的各附图仅为示意以更容易了解本实用新型，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所示，一种分段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。参考图2，加热线圈5呈平面螺旋型绕设于大盘1底部且沿大盘1径向包括至少两个分段，各分段独立工作以使大盘1径向温度均一。
以下以两个分段为例来进行说明。加热线圈5的平面螺旋型各环等间距设置，且于中部具有断开点，通过断开点形成中心部分的分段51及外围部分的分段52。具体的，加热线圈5可以通过射频加热，各分段分别连接射频电源，且分段52的射频电源输出功率小于分段51的射频电源输出功率，以使分段51加热程度高于分段52，从而补偿中心部分常温源气进入导致的热量损失，使大盘中心部分和外围部分的温度均一。举例来说，分段加热式外延炉是碳化硅外延炉，大盘温度维持在1500-1700℃，大盘由石墨制成，通过加热线圈的射频感应实现加热。
优选的，外延炉还包括若干温度传感器7，该些温度传感器7设置于反应室内并于大盘1径向上间隔布置以监测大盘1径向上不同区域温度。举例来说，可以于大盘1中心区域和外围区域分布设置一温度传感器7，以分别监测中心区域和外围区域的温度。外延炉还包括有控制装置(图未示)，各温度传感器及加热线圈分段的射频电源分别连接控制装置，控制装置接收各温度传感器的反馈信息并相应调控各射频电源的输出功率以使大盘径向温度均一，从而实现自动化和智能化的控制。
上述实施例仅用来进一步说明本实用新型的一种分段加热式外延炉，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 (7)

1.一种分段加热式外延炉，该外延炉的反应室内设置有大盘，大盘中心上方设置有用于向反应室内输入源气的注入器，大盘上围绕中心设置若干用于放置晶片的小盘基座，大盘底部设置有用于给大盘加热的加热线圈，其特征在于：所述加热线圈呈平面螺旋型绕设于大盘底部且沿大盘径向包括至少两个分段，各分段独立工作以使大盘径向温度均一。
2.根据权利要求1所述的分段加热式外延炉，其特征在于：加热线圈的平面螺旋型各环等间距设置，且具有至少一断开点，通过断开点形成所述分段。
3.根据权利要求1所述的分段加热式外延炉，其特征在于：所述加热线圈通过射频加热，所述各分段分别连接有射频电源，且由大盘中心向周缘方向所述各分段射频电源的输出功率递减。
4.根据权利要求1所述的分段加热式外延炉，其特征在于：所述分段加热式外延炉是碳化硅外延炉，所述大盘温度为1500-1700℃。
5.根据权利要求4所述的分段加热式外延炉，其特征在于：所述大盘由石墨制成。
6.根据权利要求1所述的分段加热式外延炉，其特征在于：还包括若干温度传感器，该些温度传感器设置于反应室内并于大盘径向上间隔布置以监测大盘径向上不同区域温度。
7.根据权利要求6所述的分段加热式外延炉，其特征在于：还包括控制装置，该些温度传感器及加热线圈分段的射频电源分别连接控制装置，控制装置接收各温度传感器的信息并相应调控各射频电源的功率以使大盘径向温度均一。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111214099A (zh) * 2019-10-23 2020-06-02 浙江苏泊尔家电制造有限公司 烹饪器具
CN113652741A (zh) * 2021-07-30 2021-11-16 浙江晶盛机电股份有限公司 外延生长装置

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