用于有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積反應(yīng)器的平面加熱器的加熱組件的制作方法
【專利說(shuō)明】用于有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積反應(yīng)器的平面加熱器的加熱組件
[0001]本發(fā)明涉及用于有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積(MOCVD)反應(yīng)器的平面加熱器的加熱組件、以及用于制造MOCVD反應(yīng)器以及其它反應(yīng)器與熔爐的平面加熱器所使用的加熱組件的方法。
[0002]安裝于MOCVD反應(yīng)器腔室內(nèi)的加熱組件一般為已知的。舉例而言，所述加熱組件用來(lái)產(chǎn)生用于在有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積(MOCVD)反應(yīng)器中生產(chǎn)發(fā)光二極管(LED)的工藝溫度。通常將所述工藝的工藝溫度界定于450攝氏度與1250攝氏度之間。在其上生長(zhǎng)化合物半導(dǎo)體的一個(gè)或多個(gè)晶圓安裝在與加熱器組件隔開(kāi)的旋轉(zhuǎn)板或晶座上。由于晶座與加熱器組件是隔開(kāi)的，所以加熱器組件必須被加熱至實(shí)質(zhì)上高于晶圓本身的工藝溫度的溫度。因此用于大多數(shù)工藝的加熱組件的溫度通常在1000攝氏度與2200攝氏度之間。
[0003]為抵抗此類高溫，將耐火金屬(例如，鎢、鉬、鈮、鉭、錸及其合金)用于此類加熱組件。然而，在此類高溫下，用以加熱MOCVD反應(yīng)器中的旋轉(zhuǎn)板的大多數(shù)能量由于旋轉(zhuǎn)而被轉(zhuǎn)移。該加熱組件的輻射效能與輻射組件(亦即加熱組件)的發(fā)射率成正比。通常，由包含鎢的材料制成的加熱組件具有介于0.15與0.4之間的發(fā)射率值(參照黑體)。由于發(fā)射率值很低，所以加熱組件的操作溫度很高。這導(dǎo)致加熱器的使用壽命短并且需要頻繁替換。
[0004]已嘗試在加熱組件上使用若干涂層來(lái)增加加熱組件的可用壽命時(shí)間。舉例而言，美國(guó)專利3，808，043公開(kāi)了一種具有兩個(gè)涂層的耐火金屬加熱器，即第一涂層包含氧化鋁，以及第二涂層包含鎢材料。這種加熱組件的問(wèn)題在于相對(duì)復(fù)雜的制造方式。特別地，必須確保兩個(gè)涂層以安全方式相互涂布。此外，兩個(gè)涂布步驟在這種加熱組件的制造期間為必要的。此外，這種雙涂層的穩(wěn)定性在MOCVD工藝期間隨著時(shí)間以及隨著高溫變化，可導(dǎo)致涂層自加熱器脫落。
[0005]基于上述內(nèi)容，本發(fā)明的目標(biāo)在于克服上述問(wèn)題。此外，本發(fā)明的目標(biāo)為提供加熱組件以及用于制造MOCVD反應(yīng)器的平面加熱器所使用的加熱組件及加熱體的方法，該方法容易且相對(duì)低廉地制造加熱組件，并且以令人滿意地長(zhǎng)期穩(wěn)定的方式增加加熱組件的發(fā)射率。
[0006]上述問(wèn)題通過(guò)以下方案而得以解決:用于MOCVD反應(yīng)器的平面加熱器的加熱組件，以及用于制造此類加熱器及加熱體的方法，以及在本申請(qǐng)中陳述的關(guān)于本發(fā)明的其它細(xì)節(jié)。所述與從屬權(quán)利要求相關(guān)的本發(fā)明的其它特征及細(xì)節(jié)可相互自由組合，以及與本發(fā)明加熱組件、本發(fā)明方法及本發(fā)明加熱體自由組合。
[0007]根據(jù)本發(fā)明，加熱組件(特別是用于MOCVD反應(yīng)器的平面加熱器的加熱組件)包含加熱體。加熱體至少部分地直接被多孔燒結(jié)涂層覆蓋。因此，加熱體及多孔燒結(jié)涂層各自包含至少90重量％的鎢。根據(jù)本發(fā)明，平面加熱器為加熱組件，其可將其用作平面加熱器的一部分。本申請(qǐng)中的“平面”意指至少實(shí)質(zhì)上是平面。根據(jù)本發(fā)明，將延伸自一個(gè)平面且位錯(cuò)不超過(guò)10%的任何加熱器均視為平面加熱器。出于MOCVD反應(yīng)器的需要，本發(fā)明加熱組件尤其用于此類MOCVD反應(yīng)器。
[0008]本發(fā)明的加熱組件可用于MOCVD反應(yīng)器的平面加熱器，本發(fā)明的此類加熱組件亦可稱作MOCVD加熱組件或平面MOCVD加熱組件。本領(lǐng)域技術(shù)人員將了解，本文所公開(kāi)的加熱組件可用于其它情況下，諸如其它反應(yīng)器及熔爐。
[0009]本發(fā)明加熱組件的一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)在于加熱體至少部分地被多孔燒結(jié)涂層覆蓋。術(shù)語(yǔ)“多孔燒結(jié)涂層”可理解為通過(guò)燒結(jié)工藝制造的涂層。已按以下方式進(jìn)行燒結(jié)工藝:在涂布期間已產(chǎn)生的孔在燒結(jié)工藝后仍保持于表面層中。由于這些孔，多孔燒結(jié)涂層擁有比位于下面的加熱體平面表面更大的表面區(qū)域。換言之，加熱組件的表面由于使用多孔燒結(jié)涂層而增加。
[0010]使用此類多孔燒結(jié)涂層及各自形成的較大表面區(qū)域?qū)е录訜峤M件本身的發(fā)射率因子增加。通過(guò)使用本發(fā)明，加熱組件的發(fā)射率可(例如)增加至高達(dá)大于或等于0.5的值。特別地，發(fā)射率的值可通過(guò)使用本發(fā)明加熱組件而達(dá)到0.65與0.75之間。此外，歸因于燒結(jié)工藝，多孔燒結(jié)涂層的表面以及由此得到的燒結(jié)涂層的開(kāi)放孔在MOCVD反應(yīng)過(guò)程的多次使用中是穩(wěn)定的。特別地，多孔燒結(jié)涂層隨著在室溫與高達(dá)約2200攝氏度溫度之間的多個(gè)加熱及冷卻循環(huán)并未顯著改變表面結(jié)構(gòu)。因此，不僅是表面結(jié)構(gòu)，而且發(fā)射率值在多次使用時(shí)也實(shí)質(zhì)上保持穩(wěn)定。此目標(biāo)通過(guò)一個(gè)至少部分地覆蓋加熱體的單一涂層而達(dá)成。與完全涂布加熱體的多個(gè)(特別是兩個(gè))涂層的生產(chǎn)相比，這種單一涂層的生產(chǎn)容易得多，而且更低廉。
[0011]用以生產(chǎn)多孔燒結(jié)涂層的燒結(jié)材料例如且特別地為純鎢。燒結(jié)材料的顆粒尺寸可(例如)具有介于約0.5μπι與ΙΟμ??的間的尺寸。如本文使用，對(duì)于多孔燒結(jié)涂層，術(shù)語(yǔ)“純鎢”意指含有至少90重量％的鎢的含鎢材料。用于多孔燒結(jié)涂層和/或加熱體的一個(gè)有用材料為真空金屬化鎢材料(VMW)。VMW材料為摻雜有ppm級(jí)硅酸鋁鉀的鎢。摻雜與變形的組合形成晶粒組織，其導(dǎo)致升高的再結(jié)晶溫度及改良的高溫抗下垂性。由于其摻雜及晶粒組織，所以VMW展現(xiàn)出比純鎢更佳的延展性。
[0012]本發(fā)明加熱組件還可包含連接部件(所謂的終端)，其用于加熱組件的機(jī)械支撐和/或電氣化。特別地，此類連接部件也由包含至少90重量％鎢的材料制成。多孔燒結(jié)涂層的厚度特別地介于Iym與ΙΟΟΟμπι之間。優(yōu)選地將多孔燒結(jié)涂層材料的厚度值降低至介于3 μ m與200 μ m之間。歸因于此降低，可獲得根據(jù)本發(fā)明之涂層，其制造相對(duì)容易且低廉，并且提供用于增加加熱組件發(fā)射率的表面結(jié)構(gòu)。有用的加熱組件100的一個(gè)實(shí)例參見(jiàn)2012 年 8 月 7 日提交的發(fā)明名稱為 “TERMINAL FOR MECHANICAL SUPPORT OF A HEATINGELEMENT”的美國(guó)申請(qǐng)N0.13/568，928，該申請(qǐng)的內(nèi)容在此以引用的方式并入本文。
[0013]多孔燒結(jié)涂層的孔相對(duì)較大。特別地，多孔燒結(jié)涂層必須與沒(méi)有任何孔的燒結(jié)涂層(即，緊密燒結(jié)涂層或完全燒結(jié)涂層)區(qū)分開(kāi)。
[0014]根據(jù)本發(fā)明，本發(fā)明加熱組件的特征可能在于加熱體實(shí)質(zhì)上具有平面維度。實(shí)質(zhì)上具有平面維度的加熱體導(dǎo)致實(shí)質(zhì)上具有平面維度的加熱組件。由于多孔燒結(jié)涂層具有厚度，沿著其全部幾何延伸具有基本上或?qū)嵸|(zhì)上相等的厚度，所以加熱組件本身亦實(shí)質(zhì)上具有平面維度。由于MOCVD反應(yīng)器的平面加熱器由根據(jù)本發(fā)明的至少一個(gè)或多個(gè)加熱組件組裝而成，所以這是有利的。實(shí)質(zhì)上為平面維度的加熱體很容易組裝為MOCVD反應(yīng)器的此類平面加熱器。此外，此類平面加熱器以及用于平面加熱器的本發(fā)明加熱組件在用于靶材(即，例如用于生產(chǎn)LED的晶圓)的旋轉(zhuǎn)板(例如，晶座)的下方需要較少空間。而且，由于這樣的加熱體可以由板或板狀元件切割而成，因此制造這種實(shí)質(zhì)上具有平面維度的加熱體也是相對(duì)容易的。因此，實(shí)質(zhì)上具有平面維度的加熱體亦可稱作具有板狀維度的加熱體。此類加熱體實(shí)質(zhì)上在單一平面內(nèi)延伸。
[0015]亦可為有利的是:本發(fā)明加熱組件的特征在于多孔燒結(jié)涂層至少部分地冶金接合至加熱體。這使其具有無(wú)需另一連接層的優(yōu)點(diǎn)。特別是，不必使用黏接材料來(lái)將多孔燒結(jié)涂層接合至加熱體。這導(dǎo)致加熱組件具有容易且較不復(fù)雜的構(gòu)造，使得其制造容易且低廉。根據(jù)本發(fā)明的此實(shí)施方案，無(wú)需其它步驟和其它層。
[0016]根據(jù)本發(fā)明，亦有可能加熱組件的特征在于加熱體進(jìn)一步包含均至少部分地被多孔燒結(jié)涂層覆蓋的兩個(gè)相對(duì)側(cè)面。由于加熱體的兩個(gè)側(cè)面且特別的所有面被多孔燒結(jié)涂層覆蓋，因而較容易制造。排除加熱體的一些表面的任何方式是不必要的，因此制造過(guò)程得以簡(jiǎn)化。此外，加熱組件的兩側(cè)的加熱為均等的，使得直接加熱、以及來(lái)自與MOCVD反應(yīng)器內(nèi)旋轉(zhuǎn)板或靶材相背的加熱組件的相對(duì)側(cè)的間接加熱可以是均等的。
[0017]根據(jù)本發(fā)明，亦有可能本發(fā)明加熱組件的特征在于多孔燒結(jié)涂層包含位于外表面上的開(kāi)放孔，其中所述開(kāi)放孔具有突出區(qū)域，該突出區(qū)域延伸超出大于由多孔燒結(jié)涂層覆蓋的加熱體的表面區(qū)域的10%、優(yōu)選地大于15%、更優(yōu)選地大于18%。優(yōu)選地，該值大于20%、更優(yōu)選地大于30%。然而，為保持多孔燒結(jié)涂層的穩(wěn)定性及耐久性，該值優(yōu)選地小于70%、更優(yōu)選地小于60%。換言之，多孔燒結(jié)涂層為沒(méi)有完全燒結(jié)的燒結(jié)工藝的結(jié)果。特別是未發(fā)生緊密燒結(jié)。換言之，燒結(jié)工藝導(dǎo)致開(kāi)放的燒結(jié)結(jié)果，亦即導(dǎo)致多孔燒結(jié)涂層的多孔表面。燒結(jié)涂層的多孔性特別地大于10%。由于多孔燒結(jié)涂層表面上的開(kāi)放孔通常為碗形，所以其相對(duì)于加熱體的二維表面的二維突出區(qū)域而言增大了表面。實(shí)質(zhì)上應(yīng)避免例如在1800攝氏度燒結(jié)的方式(特別是完全燒結(jié))。
[0018]根據(jù)本發(fā)明，亦有可能本發(fā)明加熱組件的特征在于多孔燒結(jié)涂層由工業(yè)純鎢制成。工業(yè)純鎢為沒(méi)有主動(dòng)添加其它合金材料的鎢。使用工業(yè)純鎢具有使涂層與加熱體之間產(chǎn)生較少終端應(yīng)力的優(yōu)點(diǎn)。特別地，多孔燒結(jié)涂層與加熱體的材料相同，使得在加熱期間多孔燒結(jié)涂層與加熱體本身的熱膨脹彼此相等。
[0019]根據(jù)本發(fā)明，亦有可能本發(fā)明加熱組件的特征在于加熱體在單一平面內(nèi)至少部分地彎曲。加熱組件亦可能以其它方式彎曲。由于該彎曲，可獲得用于加熱組件的特定圓形維度。例如，用于分別接收靶材(例如用于LED生產(chǎn)的晶圓)的旋轉(zhuǎn)圓形板因而必須為圓形的平面加熱器是有利的。此類圓形加熱器可通過(guò)具有彎曲結(jié)構(gòu)的若干加熱組件來(lái)組裝，使得每一加熱組件包含加熱器的圓形幾何形狀的一部分。曲率至少實(shí)質(zhì)上僅為一個(gè)曲率。應(yīng)該理解的是，其它方向上的任何其它曲率為較不重要的，尤其在半徑大于100mm的情況下。換言之，在技術(shù)意義上，加熱體在單一平面內(nèi)至少部分地彎曲。
[0020]根據(jù)本發(fā)明，亦可能本發(fā)明加熱組件的特征在于多孔燒結(jié)涂層的發(fā)射率大于或等于0.5。特別地，可獲得較高的發(fā)射率值，亦即，例如0.65至0.75。多孔燒結(jié)涂層的發(fā)射率的增加導(dǎo)致整個(gè)加熱組件的發(fā)射率增加。因此，用于加熱步驟的必要功率得以減少。
[0021]本發(fā)明的另一目標(biāo)在于將具有本發(fā)明特征的至少一個(gè)加熱組件用于MOCVD反應(yīng)器的平面加熱器。因此，使用本發(fā)明的加熱組件導(dǎo)致相同的優(yōu)點(diǎn)，這些優(yōu)點(diǎn)在上文中已結(jié)合本發(fā)明加熱組件進(jìn)行了詳細(xì)論述。
[0022]本發(fā)明的另一目標(biāo)在于提供一種反應(yīng)器，其包含腔室、晶座、以及根據(jù)本發(fā)明的加熱組件，所述晶座上安裝有一個(gè)或多個(gè)晶圓。因此，使用本發(fā)明的加熱組件導(dǎo)致相同的優(yōu)點(diǎn)，這些優(yōu)點(diǎn)在上文中已結(jié)合本發(fā)明加熱組件進(jìn)行了詳細(xì)論述。
[0023]本發(fā)明的另一目標(biāo)為一種用于制造加熱組件(特別是用于MOCVD反應(yīng)器中平面加熱器的加熱組件)的方法，其包含以下步驟:
[0024].提供加熱體，其實(shí)質(zhì)上在單一平面內(nèi)延伸并且由包含至少90重量％鎢的材料制成，
[0025].在加熱體的表面上至少部分地涂覆懸浮液，該懸浮液包含具有至少90重量％鎢的顆粒