專利名稱：加熱裝置及化學(xué)氣相沉積設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體設(shè)備，特別是一種加熱裝置及包括該加熱裝置的化學(xué)氣相沉積設(shè)備。
背景技術(shù)：
在化學(xué)氣相沉積設(shè)備，例如金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉積(Metal-organicChemical Vapor Deposition,MOCVD)設(shè)備中，通過加熱裝置對(duì)托盤和托盤上放置的襯底進(jìn)行加熱。請參考圖1，現(xiàn)有的加熱裝置100包括:托盤I及位于所述托盤I下方的加熱器2，所述加熱器2包括電阻絲或電阻條等加熱單元，能夠在通電的情況下產(chǎn)生熱量，以熱輻射的形式對(duì)托盤2和承載于所述托盤2上的襯底進(jìn)行加熱。隨著襯底的尺寸增大和襯底的數(shù)目增多,托盤I的尺寸隨之增大,相應(yīng)地,加熱器2的尺寸也隨之增大。為了保證托盤I的各個(gè)區(qū)域的受熱更為均勻，現(xiàn)有技術(shù)將加熱器2分為多個(gè)加熱區(qū)域，每一加熱區(qū)域?qū)?yīng)托盤I的不同區(qū)域，以對(duì)托盤I進(jìn)行加熱。比如，以圓形的托盤I為例，對(duì)應(yīng)的加熱器2的形狀為圓形，自加熱器2的圓心沿半徑方向向外,加熱器2被分為內(nèi)區(qū)21、中區(qū)22和外區(qū)23三個(gè)區(qū)域，分別用于與上方托盤I的對(duì)應(yīng)區(qū)域進(jìn)行加熱。當(dāng)需要調(diào)整托盤I上各個(gè)區(qū)域的溫度分布時(shí)，技術(shù)人員可以對(duì)加熱器2的各個(gè)加熱區(qū)域的功率分布進(jìn)行調(diào)整(例如可以是調(diào)整輸入某電阻絲的電流)來實(shí)現(xiàn)。但是，僅僅依賴功率分布調(diào)整會(huì)有以下問題:
1、調(diào)整加熱器的一個(gè)加熱區(qū)域的功率，不僅僅會(huì)影響該加熱區(qū)域?qū)?yīng)的托盤的區(qū)域，也會(huì)影響到托盤的與該區(qū)域相鄰的其他區(qū)域，這樣在調(diào)整功率分布時(shí)，需要考慮該加熱區(qū)域?qū)ν斜P其他區(qū)域的影響，調(diào)整過程較為復(fù)雜；2、調(diào)整力度有限，當(dāng)托盤各個(gè)區(qū)域之間的溫度分布需要做大的調(diào)整時(shí)，有時(shí)僅僅調(diào)整功率分布無法將托盤的各個(gè)區(qū)域的溫度分布調(diào)整至實(shí)際需要。因此，有必要對(duì)加熱裝置的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，使其能夠靈活調(diào)整對(duì)托盤各區(qū)的輸出熱量，使得對(duì)托盤更為均勻的加熱。

發(fā)明內(nèi)容
現(xiàn)有技術(shù)的加熱裝置對(duì)溫度的控制較差，本發(fā)明提供一種加熱裝置及包括該加熱裝置的化學(xué)氣相沉積設(shè)備，以解決上述問題。本發(fā)明提供一種加熱裝置，包括托盤和位于所述托盤下方的加熱器，所述托盤和加熱器之間具有間隙，所述加熱器包括多個(gè)加熱區(qū)域，所述多個(gè)加熱區(qū)域分別正對(duì)所述托盤的不同區(qū)域；還包括多個(gè)氣體填充單元；所述多個(gè)氣體填充單元分別向所述加熱器的各個(gè)加熱區(qū)域與托盤之間的間隙中提供的緩沖氣體的熱傳導(dǎo)系數(shù)不同。本發(fā)明提供的加熱裝置，采用了多個(gè)氣體填充單元，向所述加熱器的各個(gè)加熱區(qū)域與托盤之間的間隙中提供的緩沖氣體的熱傳導(dǎo)系數(shù)不同，則在對(duì)應(yīng)不同加熱區(qū)域的間隙中的緩沖氣體的導(dǎo)熱能力不同，這樣就能夠較佳的調(diào)整托盤的溫度。本發(fā)明提供一種包含如上所述的加熱裝置的化學(xué)氣相沉積設(shè)備。采用上述加熱裝置的化學(xué)氣相沉積設(shè)備，在化學(xué)氣相沉積過程中，能夠獲得更好的加熱效果，從而保證了CVD過程較佳的進(jìn)行。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)的加熱裝置的結(jié)構(gòu)剖視圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施方式的加熱裝置的結(jié)構(gòu)剖視圖。
具體實(shí)施例方式發(fā)明人經(jīng)過對(duì)現(xiàn)有技術(shù)加熱裝置的深入研究發(fā)現(xiàn)，加熱器和托盤之間具有緩沖氣體，熱量通過緩沖氣體傳遞到托盤，現(xiàn)有技術(shù)中的緩沖氣體為氮?dú)?，且充滿于托盤和加熱器之間。那么，若能夠改變緩沖氣體的性質(zhì)，使得隨著某一加熱區(qū)域，調(diào)整位于該加熱區(qū)域所對(duì)應(yīng)的間隙中的緩沖氣體的導(dǎo)熱能力適，就可以調(diào)整對(duì)托盤的不同區(qū)域的加熱，從而調(diào)整托盤表面的溫度。鑒于上述分析，請參考圖2，本發(fā)明提供一種加熱裝置200，包括托盤210和位于所述托盤210下方的加熱器220，所述托盤210和加熱器220之間具有間隙，所述間隙的寬度通常小于10_，以避免直接接觸對(duì)托盤造成損壞。

所述加熱器220分為多個(gè)加熱區(qū)域，本實(shí)施方式以圓形托盤210為例，其加熱器220也為圓形，則從圓心沿半徑方向向外，加熱器220被分為內(nèi)區(qū)221、中區(qū)222和外區(qū)223三個(gè)加熱區(qū)域，即內(nèi)區(qū)221為圓形區(qū)域，中區(qū)222為包圍內(nèi)區(qū)221的環(huán)形區(qū)域，外區(qū)223為包圍中區(qū)222的環(huán)形區(qū)域，其分別具有例如電阻絲等，用于對(duì)上方托盤210的對(duì)應(yīng)區(qū)域進(jìn)行加熱。所述加熱區(qū)域的劃分可視情況而變動(dòng)，例如直徑為500毫米的托盤可分為上述三個(gè)加熱區(qū)域，而直徑700毫米的托盤則可分為四個(gè)加熱區(qū)域，或者根據(jù)不同的溫度要求，適當(dāng)?shù)膭澐旨訜釁^(qū)域，例如可以是兩個(gè)加熱區(qū)域，也可以是更多，優(yōu)選的，所述多個(gè)加熱區(qū)域可以分別獨(dú)立對(duì)所述托盤210進(jìn)行加熱，即所述多個(gè)加熱區(qū)域的加熱功率分別獨(dú)立控制和調(diào)整。所述加熱區(qū)域優(yōu)選為同心圓(環(huán))，這是針對(duì)一般情況需要托盤具有整體相對(duì)平穩(wěn)的溫度，對(duì)于有著特殊要求的，例如需要托盤的某一區(qū)域的溫度與其他區(qū)域不同，則可將加熱器上對(duì)應(yīng)的部分單獨(dú)劃分為一個(gè)加熱區(qū)域，以便進(jìn)行溫度的調(diào)整。所述加熱裝置200還包括多個(gè)氣體填充單元230，所述多個(gè)氣體填充單元230分別設(shè)置于所述加熱器220的不同加熱區(qū)域中，每個(gè)氣體填充單元230優(yōu)選的包括多個(gè)穿過所加熱器220的吹氣管，所述多個(gè)吹氣管分布在所述加熱器220的對(duì)應(yīng)加熱器區(qū)中，具體的，在內(nèi)區(qū)221、中區(qū)222及外區(qū)223中皆設(shè)置有多個(gè)吹氣管，優(yōu)選的，在每一個(gè)加熱區(qū)中，所述多個(gè)吹氣管均勻分布。所述吹氣管向?qū)?yīng)所述多個(gè)加熱區(qū)的間隙中提供的緩沖氣體的熱傳導(dǎo)系數(shù)不同，從而改變在某一加熱區(qū)域所對(duì)應(yīng)的間隙中的緩沖氣體的導(dǎo)熱能力，以有效的控制托盤的溫度。所述緩沖氣體優(yōu)選為性質(zhì)穩(wěn)定，不易與加熱裝置200發(fā)生反應(yīng)的氣體；為使得向?qū)?yīng)所述不同加熱區(qū)的間隙通入緩沖氣體的導(dǎo)熱系數(shù)不相同，可以向?qū)?yīng)所述不同加熱區(qū)的間隙通入不同的氣體，所述氣體具有不同的熱傳導(dǎo)系數(shù)；如向?qū)?yīng)所述內(nèi)區(qū)221的間隙中通入第一緩沖氣體，向?qū)?yīng)所述中區(qū)222的間隙中通入第二緩沖氣體，向?qū)?yīng)所述外區(qū)223的間隙中通入第三緩沖氣體，其中，所述第一緩沖氣體的熱傳導(dǎo)系數(shù)〈所述第二緩沖氣體的熱傳導(dǎo)系數(shù)〈所述第三緩沖氣體的熱傳導(dǎo)系數(shù)；具體的，所述第一緩沖氣體為氨氣(NH3),所述第二緩沖氣體為氦氣(He)，所述第三緩沖氣體為氫氣(H2)。如此，所述加熱器220對(duì)所述托盤210邊緣部分的加熱溫度要大于所述托盤210中心區(qū)域的加熱溫度，使得所述托盤210的表面溫度更易達(dá)到均勻。所述氣體填充單元230通過導(dǎo)氣管連接在氣體源上，如位于內(nèi)區(qū)221的氣體填充單元230連接于內(nèi)區(qū)氣體源241，位于中區(qū)222的氣體填充單元230連接于中區(qū)氣體源242，位于外區(qū)223的氣體填充單元230連接于外區(qū)氣體源243，所述各個(gè)氣體源提供緩沖氣體。所述各個(gè)氣體源還包括控制器，例如可以包括偵測氣體流速，顯示并控制混合氣體的體積比等控制單元，以便根據(jù)需要隨時(shí)控制所提供的緩沖氣體的成分和流量。
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優(yōu)選的，為使得向所述不同加熱區(qū)對(duì)應(yīng)的間隙通入緩沖氣體的導(dǎo)熱系數(shù)不相同，可以向所述不同加熱區(qū)對(duì)應(yīng)的間隙通入組分相同的混合氣體，但氣體組分的的含量不相同。如在本實(shí)施例中，所述緩沖氣體可以是包括第一緩沖氣體和第二緩沖氣體的混合氣體，所述第一緩沖氣體的熱傳導(dǎo)系數(shù)小于所述第二緩沖氣體的熱傳導(dǎo)系數(shù)。向?qū)?yīng)所述外區(qū)223的間隙通入的緩沖氣體中第二緩沖氣體與第一緩沖氣體的體積比大于向?qū)?yīng)所述中區(qū)222的間隙通入的緩沖氣體中第二緩沖氣體與第一緩沖氣體的體積比，向?qū)?yīng)所述中區(qū)222的間隙通入的緩沖氣體中第二緩沖氣體與第一緩沖氣體的體積比大于向?qū)?yīng)所述內(nèi)區(qū)221的間隙通入的緩沖氣體中第二緩沖氣體與第一緩沖氣體的體積比；從而補(bǔ)償托盤邊緣的熱損耗；使得所述托盤210的表面溫度更易達(dá)到均勻。當(dāng)加熱器220加熱一段時(shí)間后，若需要對(duì)溫度進(jìn)行調(diào)整，則例如可以分別改變在對(duì)應(yīng)所述外區(qū)223、所述中區(qū)222或所述內(nèi)區(qū)221的間隙中第一緩沖氣體和第二緩沖氣體的體積比，從而適當(dāng)?shù)母淖儗?duì)應(yīng)某一加熱區(qū)域的間隙中的緩沖氣體的導(dǎo)熱能力。具體的，所述第一緩沖氣體為氮?dú)?N2),所述第二緩沖氣體為氫氣；由于托盤210的邊緣處溫度比中心區(qū)域的溫度更容易降低，故緩沖氣體分布為在對(duì)應(yīng)所述外區(qū)223的間隙中緩沖氣體為氫氣，在對(duì)應(yīng)所述內(nèi)區(qū)221的間隙中緩沖氣體為氮?dú)?，而在?duì)應(yīng)所述中區(qū)222的間隙中通入的緩沖氣體則是氮?dú)夂蜌錃獾幕旌蠚怏w，這可以在外區(qū)氣體源243處接入氫氣，在內(nèi)區(qū)氣體源241處接入氮?dú)?，而在中區(qū)氣體源242處接入氫氣和氮?dú)?，并按照所需要的比例混合均勻，然后通過氣體填充單元230的吹氣管將緩沖氣體釋放于所述間隙中。由于通過調(diào)節(jié)各個(gè)加熱區(qū)對(duì)應(yīng)的間隙中組分相同的緩沖氣體的組分含量來調(diào)節(jié)導(dǎo)熱能力，可以減少緩沖氣體源的使用，降低成本。所述第一緩沖氣體可以是氮?dú)?，所述第二緩沖氣體還可以氦氣或氬氣(Ar)。需要說明的是，雖然在對(duì)應(yīng)各個(gè)加熱區(qū)域的間隙中緩沖氣體不同，不可避免的有著氣體的混合過程，然而緩沖氣體是持續(xù)通入的，故盡管這種混合過程在發(fā)生，但是并不會(huì)產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性的影響，對(duì)應(yīng)每個(gè)加熱區(qū)域的間隙中依然能夠維持較高純度的相應(yīng)的緩沖氣體?；谏鲜鰧?shí)施方式所述的加熱裝置，可以得到一化學(xué)氣相沉積設(shè)備，例如可以是MOCVD設(shè)備，具體的，可以將現(xiàn)有設(shè)備中的加熱裝置替換為本發(fā)明的加熱裝置，并作適應(yīng)性調(diào)整，例如氣體源的設(shè)置等。那么，通過本發(fā)明的加熱裝置，就能夠使得MOCVD設(shè)備在對(duì)襯底進(jìn)行加熱時(shí)在200°C 1500°C的溫度范圍內(nèi)能夠達(dá)到符合要求的溫度(或溫度范圍)，從而使得外延工藝的生長得到有效的控制，獲取符合規(guī)格的膜層。本發(fā)明的加熱裝置還可以適用在其他需要用到類似加熱裝置的設(shè)備中，本發(fā)明對(duì)此不作限定。綜上所述，本發(fā)明提供的加熱裝置，采用了多個(gè)氣體填充單元，向所述加熱器的各個(gè)加熱區(qū)域與托盤之間的間隙中提供的緩沖氣體的熱傳導(dǎo)系數(shù)不同，通過調(diào)整所述緩沖氣體的成分，使得在對(duì)應(yīng)不同加熱區(qū)域的間隙中各個(gè)緩沖氣體的體積比不相同，則在對(duì)應(yīng)不同加熱區(qū)域的間隙中的緩沖氣體的導(dǎo)熱能力不同，這樣就能夠較佳的調(diào)整托盤的溫度。包含該加熱裝置的化學(xué)氣相沉積設(shè)備在化學(xué)氣相沉積過程中，能夠獲得更好的加熱效果，避免了對(duì)襯底的不同區(qū)域加熱不同的問題，從而保證了 CVD過程較佳的進(jìn)行。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包括這 些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種加熱裝置，包括托盤和位于所述托盤下方的加熱器，所述托盤和加熱器之間具有間隙，所述加熱器包括多個(gè)加熱區(qū)域，所述多個(gè)加熱區(qū)域分別正對(duì)所述托盤的不同區(qū)域；其特征在于，還包括多個(gè)氣體填充單元；所述多個(gè)氣體填充單元分別向所述加熱器的各個(gè)加熱區(qū)域與托盤之間的間隙中提供的緩沖氣體的熱傳導(dǎo)系數(shù)不同。
2.如權(quán)利要求1所述的加熱裝置，其特征在于，所述每個(gè)氣體填充單元包括多個(gè)穿過所加熱器的吹氣管，所述多個(gè)吹氣管均勻分布在所述加熱器的對(duì)應(yīng)加熱器區(qū)域中。
3.如權(quán)利要求1所述的加熱裝置，其特征在于，所述加熱器為電阻加熱器。
4.如權(quán)利要求1所述的加熱裝置，其特征在于，所述多個(gè)加熱區(qū)域分別獨(dú)立對(duì)所述托盤進(jìn)行加熱。
5.如權(quán)利要求1所述的加熱裝置，其特征在于，所述緩沖氣體至少包括第一緩沖氣體和第二緩沖氣體，所述第一緩沖氣體的熱傳導(dǎo)系數(shù)小于第二緩沖氣體的熱傳導(dǎo)系數(shù)，所述多個(gè)氣體填充單元向所述間隙分別提供的緩沖氣體中的第一緩沖氣體和第二緩沖氣體的體積比不相同。
6.如權(quán)利要求5所述的加熱裝置，其特征在于，所述多個(gè)加熱區(qū)域分別為內(nèi)區(qū)、圍繞所述內(nèi)區(qū)的中區(qū)和圍繞所述中區(qū)的外區(qū)。
7.如權(quán)利要求6所述的加熱裝置，其特征在于，對(duì)應(yīng)所述外區(qū)的間隙中第二緩沖氣體與第一緩沖氣體的體積比大于對(duì)應(yīng)所述中區(qū)的間隙中第二緩沖氣體與第一緩沖氣體的體積比，對(duì)應(yīng)所述中區(qū)的間隙中第二緩沖氣體與第一緩沖氣體的體積比大于對(duì)應(yīng)所述內(nèi)區(qū)的間隙中第二緩沖氣體與第一緩沖氣體的體積比`。
8.如權(quán)利要求5至7所述的加熱裝置，其特征在于，所述第一緩沖氣體為氮?dú)猓龅诙彌_氣體為氫氣。
9.如權(quán)利要求5至7所述的加熱裝置，其特征在于，所述第一緩沖氣體為氮?dú)?，所述第二緩沖氣體為氦氣或氬氣。
10.如權(quán)利要求1所述的加熱裝置，其特征在于，所述間隙小于等于10_。
11.一種化學(xué)氣相沉積設(shè)備，其特征在于，包含如權(quán)利要求f 10中任意一項(xiàng)所述的加熱裝置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種加熱裝置。所述加熱裝置包括托盤和位于所述托盤下方的加熱器，所述加熱器包括多個(gè)加熱區(qū)域；還包括多個(gè)氣體填充單元；所述多個(gè)氣體填充單元分別向所述加熱器的各個(gè)加熱區(qū)域與托盤之間的間隙中提供的緩沖氣體的熱傳導(dǎo)系數(shù)不同，則在對(duì)應(yīng)不同加熱區(qū)域的間隙中的緩沖氣體的導(dǎo)熱能力不同，這樣就能夠較佳的調(diào)整托盤的溫度。包含該加熱裝置的化學(xué)氣相沉積設(shè)備在化學(xué)氣相沉積過程中，能夠獲得更好的加熱效果，避免了對(duì)襯底的不同區(qū)域加熱不同的問題，從而保證了CVD過程較佳的進(jìn)行。
文檔編號(hào)C23C16/46GK103074612SQ20121059318
公開日2013年5月1日 申請日期2012年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月29日
發(fā)明者喬徽 申請人:光達(dá)光電設(shè)備科技(嘉興)有限公司