CN217757652U - 外延生长装置的加热体 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种外延生长装置的加热体，加热体包括承托座、托盘；承托座沿着外延生长装置的轴向延伸；托盘安装于承托座上，用以承载衬底，其中承载座能够通过与感应线圈的电磁感应产生热量，进而加热托盘，托盘传热至衬底上对衬底进行加热；承托座上开设有调温通道，具体的，调温通道位于所述托盘边缘；且沿着垂直于承托座的方向，调温通道的部分投影位于托盘上。通过设置调温通道，能够调节均衡衬底中心和衬底边缘的温度，从而使得衬底上生成的外延层边缘和中部的厚度和生成物质掺杂分布均匀，提高产品质量。并且能够调节多个承托座之间的相对温度，以降低多个托盘间的温差，以确保多个衬底的温度分布均匀且一致，降低同批次产品的差异。

Description

外延生长装置的加热体

技术领域

本申请涉及半导体外延生长技术领域，尤其涉及一种外延生长装置的加热体。

背景技术

外延生长是半导体产业链条之中的重要一环，外延薄膜(即外延层)的质量直接制约着后续器件的性能，随着工业上对高质量半导体器件的需求越来越大，高效率高质量的外延设备得到了越来越多的关注。

外延生长主要是指在衬底上生长一层质量较高的外延薄膜，生长外延层有很多方法，但采用最多的是化学气相沉积法(CVD)，化学气相沉积法是指化学气体或蒸汽在基质表面反应合成涂层或纳米材料的方法；采用两种或两种以上的气态原材料导入到外延生长装置的加热体的反应腔室内，现有的外延生长装置的反应腔室由多个加热座围设形成，且部分加热座用于承托衬底；反应气体之间发生化学反应，形成一种新的材料，沉积衬底表面上。加热座的温度是影响沉积速率的重要因素之一，加热座之间温度分布均匀性和衬底温度分布的均匀性直接影响着外延层的厚度均匀性和掺杂均匀性。

目前具有多个反应腔室的外延生长装置，其各个反应腔室之间的用于承托衬底的多个加热座的温度分布差异较大的缺点，且衬底上的温度分布无法调节，极大程度的影响产品的质量。

发明内容

有鉴于此，为解决背景技术中提出的技术问题，有必要提供一种外延生长装置的加热体。

本申请提供一种外延生长装置的加热体，外延生长装置的加热体；所述加热体包括所述加热体包括承托座，所述承托座内设置有：调温通道，所述调温通道中空，且所述调温通道的两端相对于承托座贯通设置；托盘，安装于所述承托座上，用以承载衬底；其中，所述调温通道的两端可分别用于控温介质的输入和输出，以调节所述托盘的环境温度。

在其中一个实施例中，所述调温通道位于所述托盘边缘，且沿着垂直于所述承托座的方向，所述调温通道的部分投影位于所述托盘上。

在其中一个实施例中，所述调温通道的数量为一条，且所述调温通道的部分呈环形设置。

在其中一个实施例中，所述调温通道包括沿一方向依次连通的第一分段、第二分段以及第三分段；所述第二分段呈环形设置，且环形的所述第二分段位于所述托盘的边缘。

在其中一个实施例中，所述调温通道的数量为两条，两条所述调温通道与所述托盘的两侧一一对应。

在其中一个实施例中，所述承托座上开设有气浮通道，所述气浮通道位于所述两条所述调温通道之间，且两条所述调温通道以所述气浮通道为轴呈对称设置。

在其中一个实施例中，所述承托座包括第一分部和第二分部，所述第一分部和第二分部之间组合连接；其中，所述调温通道位于第一分部和第二分部的连接处，由第一分部和第二分部组合构成。

在其中一个实施例中，通入所述调温通道内的冷却介质的流量小于1L/min。

在其中一个实施例中，所述承托座设置的数量为多个，多个所述承托座沿垂直于所述外延生长装置轴向的方向依次叠加设置。

在其中一个实施例中，所述加热体还包括支撑件，两相邻的所述承托座之间设置所述支撑件。

本申请还提供一种外延生长装置，包括加热体，所述加热体为以上所述的任意一种外延生长装置的加热体。

本申请提供的一种外延生长装置的加热体，相比于现有技术的有益效果如下：

本申请通过在承托座上开设调温通道，能够调节与调温通道对应的托盘上局部区域的温度，进而均衡衬底的温度，从而使得衬底上生成的外延层厚度和生成物质掺杂分布均匀，提高产品质量。并且，于调温通道内通入控温介质，能够调节多个承托座之间的相对温度，以降低多个托盘间的温差，以确保多个衬底的温度分布均匀且一致，降低同批次产品的差异。

附图说明

图1为本申请的一个实施例中外延生长装置的部分结构示意图；

图2为图1中的外延生长装置的左侧向剖视图；

图3为图1中的外延生长装置的主视向剖视图；

图4为图1中的外延生长装置的俯视向剖视图。

主要元件符号说明

100、外延生长装置；1、加热体；11、承托座；12、子加热座；121、第一子加热座；122、第二子加热座；123、第三子加热座；13、安装槽；14、定位柱；2、托盘；3、调温通道；4、气浮通道；5、反应腔室；6、支撑件；7、通孔；8、保温筒；81、第一保温毡；82、第二保温毡；83、端盖；84、第一台阶； 85、第二台阶。

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本申请。

具体实施方式

下面将结合本实施例中的附图，对本实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅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。

需要说明的是，当组件被称为“装设于”另一个组件，它可以直接装设在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“固定于”另一个组件，它可以是直接固定在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

在本申请中，外延生长装置100包括加热体1和感应线圈，感应线圈围设于加热体1外，通过感应线圈电磁感应使得加热体1产生热量，用以加热衬底。当然在其他实施例中，加热体1的加热方式不局限于以上所述，例如加热体也可以通过电能加热，无需设置感应线圈。

参阅图1-4，本申请提供一种外延生长装置100的加热体1，加热体1包括承托座11、托盘2；承托座11沿着外延生长装置100的轴向延伸；托盘2安装于承托座11上，用以承载衬底，其中承托座11能够通过与感应线圈的电磁感应产生热量，进而加热托盘2，托盘2传热至衬底上对衬底进行加热；承托座 11上开设有调温通道3，调温通道3内可输入控温介质，控温介质可以是冷却介质，也可以是加热介质，以控制调温通道3周围的温度，进而调控托盘2上局部位置的温度。

通过设置调温通道3，能够调节多个承托座11之间的相对温度，以降低多个托盘2间的温差，以确保多个衬底的温度分布均匀且一致，降低同批次产品的差异；并且，通过设置调温通道3，还可以调节托盘2上调温通道3周围区域的温度，进而针对托盘2的局部进行温度调节，均衡托盘2上各区域的温度，从而使得衬底上的外延层生长均匀且厚度均匀，有效提高提高产品质量。

具体的，调温通道3位于所述托盘2边缘；且沿着垂直于承托座11的方向，调温通道3的部分投影位于托盘2上。通过设置调温通道3，能够调节与调温通道3对应的托盘2边缘的温度，降低托盘2边缘和中心的温度差异，进而均衡衬底中心和衬底边缘的温度，从而使得衬底上生成的外延层边缘和中部的厚度和生成物质掺杂分布均匀，提高产品质量。

优选的，在其中一个实施例中，调温通道3的数量为一条，且调温通道3 的部分呈环形设置。环形的调温通道3对应环绕于托盘2的边缘，当调温通道3 内通入冷却介质时，对托盘2的边缘区域进行降温，以使得托盘2边缘的温度和中心的温度趋于一致，进而使得衬底边缘和中心温度分布均衡，实现衬底上温度的调节，有利于提高外延层的生产质量。当然在其他实施例中，调温通道3 的具体结构以及设置的数量不局限于以上所述，例如设置多条调温通道3，且调温通道3曲折形状分布。

具体的，调温通道3包括依次连通的第一分段、第二分段、第三分段；第二分段的两端分别与第一分段和第三分段连接；第一分段和第三分段沿外延生长装置100的轴向延伸，第二分段呈环形设置，且环形的第二分段位于托盘2 的边缘。冷却介质通过第一分段的进口进入调温通道3内，经过第二分段时对托盘2边缘进行冷却，接着冷却介质从第三分段排出，通过分段设置调温通道3，便于输入和输出冷却介质，并且为了准确的对托盘2边缘温度较高的位置处进行精准的降温，通过设置与托盘2边缘对应的环形的第二分段，实现对应位置处的精准调温。

在其中一个实施例中，参阅图1、2、4，调温通道3的数量为两条，两条调温通道3与托盘2的两侧一一对应，进而调节托盘2两侧的温度；其中两条调温通道3沿着外延生长装置100的轴向延伸设置，便于与外延生长装置100外的管路配合输入和输入冷却介质。

请继续参阅图1-4，承托座11上开设有安装槽13，安装槽13的轴心处设置定位柱14，定位柱14沿第一方向延伸，托盘2可转动的设置于定位柱14上，且托盘2与定位柱14同轴设置。

请继续参阅图2，承托座11上开设有气浮通道4，气浮通道4分别与安装槽13和加热体1的外部连通，托盘2底部螺旋分布有若干条状凹槽(图中未示出)，在真空的工况下，向气浮通道4内通入小流量的气体，气体能够驱动托盘 2实现悬浮并以定位柱14为轴旋转，从而带动放置在托盘2上的衬底的旋转，确保衬底在外延工艺生长中受热均匀以及衬底上的气流分布均匀，实现外延层厚度的均匀性。具体地，多条气浮通道4内通入的惰性气体流量相同，则对应的托盘2的转速相同，有效提高多个托盘2的温度均匀性以及气流均匀性，进而确保多个衬底上生成的外延层厚度均匀，且同批次产品质量一致。其中，气浮通道4位于两条调温通道3之间，且两条调温通道3以气浮通道4为轴呈对称设置。

作为优选的，通入调温通道3内的冷却介质的流量小于1L/min，避免冷却介质流量过大导致托盘2的局部冷却加强，以免增大衬底边缘和中心的温度差。当然在其他实施中，调温通道3内通入的冷却介质的流量不局限于以上所述的 1L/min，具体根据衬底的边缘和中心的温度差来调节通入的冷却介质的流量。

进一步地，承托座11包括第一分部(图中未示出)和第二分部(图中未示出)，第一分部和第二分部之间组合连接；其中，调温通道3位于第一分部和第二分部的连接处，由第一分部和第二分部组合构成。当调温通道3的结构较复杂时，通过在第一分部和第二分部上分别加工，在由第一分部和第二分部组合连接构成调温通道3，以简化加工过程，降低加工难度。

具体的，例如，在第一分部上开设第一凹槽，第二分部与第一凹槽相对的表面上开设第二凹槽，第二凹槽与第一凹槽拼合形成调温通道3。当调温通道3 的结构较复杂时，例如调温通道3是环形，于承托座11内直接加工形成调温通道3的难度是极大的，通过分别形成第一凹槽和第二凹槽，再拼合形成调温通道3的方式，大幅度的降低调温通道3的加工难度。当然在其他实施例中，调温通道3的加工方式不局限于以上所述。

进一步地，请参阅图1、2，本申请中的加热体1中具有至少一个反应腔室 5，承托座11用于承载托盘2的表面为反应腔室5的腔壁。反应气体通入反应腔室5内进行反应并于衬底上生成外延层。

参阅图1-3，当加热体1内设置有多个反应腔室5时，每个反应腔室5对应设置一个承托座11，且相邻两个反应腔室5共用一个承托座11，例如沿垂直于外延生长装置100轴向的方向，其中一个承托座11用于承托托盘2的一侧表面为上一个反应腔室5的腔壁，承托座11相对的一侧表面上为相邻的下一个反应腔室5的腔壁。两个反应腔室5共用一个承托座11，能够充分利用承托座11产生的热量，提高热能利用率。

沿感应线圈的轴向(即外延生长装置100的轴向)，感应线圈内形成的磁场强弱不同，若多个反应腔室5沿着感应线圈的轴线方向堆叠排布，则多个反应腔室5所在的磁场不同，导致多个反应腔室5内对应的托盘2的温度存在较大差异，导致外延生长装置100生产的同一批次的产品质量存在较大差异。请继续参阅图1-3，在本申请中，多个承托座11沿垂直于外延生长装置100轴向的方向依次叠加设置，以使得多个承托座11位于同一磁场区域，并且多个承托座 11共用一感应线圈，从而降低多个承托座11之间温差，确保对应的多个托盘2 的温度均衡，提高产品质量，降低同批次产品的差异。当然在其他实施例中，多个承托座11堆叠排布的方向不局限于以上所述的方向，也可以沿着感应线圈的轴向堆叠排布。

在其中一个实施例中，请继续参阅图1-3，加热体1由多个子加热座12围设形成，子加热座12均能够接收感应线圈的电磁感应产生热量，以确保反应腔室5供热充足，提高加热体1的加热能力。其中用于承托托盘2的子加热座为以上所述的承托座11，相邻两个加热座围设形成反应腔室5。

具体的，请继续参阅图1-2，加热体1包括三个子加热座12，分别为第一子加热座121、第二子加热座122、第三子加热座123；其中，相邻两个子加热座之间围设形成一个反应腔室5，第二子加热座122和第三子加热座123用于承载托盘2，换言之，第二子加热座122和第三子加热座123为承托座11。当然在其他实施例中，加热体1的具体结构不局限于以上所述或图中所示，例如加热体1也可以是一体式结构。

进一步地，加热体1为轴对称结构，加热体1整体关于感应线圈的轴线近似对称分布，以减小多个反应腔室5间的温度差异。具体的，参阅图1、2，第一子加热座121与第三子加热座123的形状相同，例如第一子加热座121与第三子加热座123均为月牙形状，而第二子加热座122为平板结构，第一子加热座121与第三子加热座123围设呈近似圆柱结构，圆柱结构侧壁与感应线圈侧面充分靠近，使得感应线圈与加热座具有良好的磁耦合。当然在其他的实施例中，第一子加热座121与第三子加热座123的形状不局限于以上所述，例如，第一子加热座121、第二子加热座122、第三子加热座123的形状均不相同，其中第二子加热座122为月牙形状，第三子加热座123为平板形状，且第三子加热座123由第二子加热座122支撑。可以理解的是，在其他实施例中，加热座的形状不局限于以上所述或附图中所示，也可以是其他的形状。

作为优选的，沿垂直于感应线圈轴线的方向，加热体1顶部和底部的加热座中开设通孔7，通孔7沿感应线圈的轴线延。可以理解的是，开设通孔7有利于减小加热座的质量，降低加热座的热惯性，并且，沿通孔7内通入气体可以用于取出通孔7内壁脱落的颗粒，还能够用于微调加热座的温度。具体的例如图1、2，第一子加热座121和第三子加热座123内开设通孔7。

请参阅图1、2，加热体1还包括支撑件6，两相邻的加热座之间设置支撑件6，支撑件6形成反应腔室5的侧壁。其中支撑件6撑加热座和/或调解反应腔室5的高度。

本申请还提供一种外延生长装置100，包括加热体1为以上所述的任意一种外延生长装置100的加热体1。

进一步地，外延生长装置100还包括保温筒8和感应线圈。加热体1安装于保温筒8内，有利于加热体1与外部环境绝热，降低热量损失，并能提高加热体1的密封性能。另外，感应线圈围设于保温筒8外。

其中，保温筒8包括第一保温毡81和第二保温毡82和两个端盖83，两个端盖83盖设于第一保温毡81和第二保温毡82的两端，与第一保温毡81和第二保温毡82围设成保温筒8。优选的，第一保温毡81上设置第一台阶84，第二保温毡82上设置与第一台阶84相对应的第二台阶85，装配时，第一台阶84 与第二台阶85相互嵌合，以使得第一保温毡81与第二保温毡82贴合形成保温筒8，当然在其他实施例中，第一保温毡81与第二保温毡82连接的方式不局限于以上所述，例如第一保温毡81与第二保温毡82一体制成或卡扣结构等其他连接结构实现连接。

以上实施方式的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施方式中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本申请说明书记载的范围。

本申请技术领域的普通技术人员应当认识到，以上的实施方式仅是用来说明本申请，而并非用作为对本申请的限定，只要在本申请的实质精神范围内，对以上实施方式所作的适当改变和变化都落在本申请要求保护的范围内。

Claims (10)

1.一种外延生长装置的加热体，用以加热衬底；其特征在于，所述加热体包括承托座，所述承托座内设置有：

调温通道，所述调温通道中空，且所述调温通道的两端相对于承托座贯通设置；

托盘，安装于所述承托座上，用以承载衬底；

其中，所述调温通道的两端可分别用于控温介质的输入和输出，以调节所述托盘的环境温度。

2.根据权利要求1所述的外延生长装置的加热体，其特征在于，所述调温通道位于所述托盘边缘，且沿着垂直于所述承托座的方向，所述调温通道的部分投影位于所述托盘上。

3.根据权利要求1所述的外延生长装置的加热体，其特征在于，所述调温通道的数量为一条，且所述调温通道的部分呈环形设置。

4.根据权利要求3所述的外延生长装置的加热体，其特征在于，所述调温通道包括依次连通的第一分段、第二分段以及第三分段；所述第二分段呈环形设置，且环形的所述第二分段位于所述托盘的边缘。

5.根据权利要求1所述的外延生长装置的加热体，其特征在于，所述调温通道的数量为两条，两条所述调温通道与所述托盘的两侧一一对应。

6.根据权利要求5所述的外延生长装置的加热体，其特征在于，所述承托座上开设有气浮通道，所述气浮通道位于所述两条所述调温通道之间，且两条所述调温通道以所述气浮通道为轴呈对称设置。

7.根据权利要求1所述的外延生长装置的加热体，其特征在于，所述承托座包括第一分部和第二分部，所述第一分部和第二分部之间组合连接；其中，所述调温通道位于第一分部和第二分部的连接处，由第一分部和第二分部组合构成。

8.根据权利要求1所述的外延生长装置的加热体，其特征在于，所述承托座设置的数量为多个，多个所述承托座沿垂直于所述外延生长装置轴向的方向依次叠加设置。

9.根据权利要求8所述的外延生长装置的加热体，其特征在于，所述加热体还包括支撑件，两相邻的所述承托座之间设置所述支撑件。

10.一种外延生长装置，其特征在于，包括加热体，所述加热体为权利要求1-9中所述的任意一种外延生长装置的加热体。

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