用于mocvd反應(yīng)室的組合基座式電磁加熱裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明的一種用于MOCVD反應(yīng)室的組合基座式電磁加熱裝置，包括圓柱形基座和設(shè)置在基座底部下方的電磁線圈，基座包括上下相扣合的感應(yīng)產(chǎn)熱傳熱基座和傳熱基座，感應(yīng)產(chǎn)熱傳熱基座位于傳熱基座下方，感應(yīng)產(chǎn)熱傳熱基座上表面中心和邊緣之間設(shè)置有向下的圓環(huán)形凹槽，傳熱基座的下表面與感應(yīng)產(chǎn)熱傳熱基座的上表面相配合并貼合在一起，傳熱基座的上表面和感應(yīng)產(chǎn)熱傳熱基座下表面為相平行的平面，感應(yīng)產(chǎn)熱傳熱基座的熱導(dǎo)率高于傳熱基座的熱導(dǎo)率。本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明采用組合式基座，從而調(diào)節(jié)由基座產(chǎn)生的熱量在基座各方向上的熱傳導(dǎo)速率，并調(diào)節(jié)襯底邊緣的溫度，使襯底的溫度分布均勻性提高。
【專利說明】用于MOCVD反應(yīng)室的組合基座式電磁加熱裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微電子【技術(shù)領(lǐng)域】,涉及一種用于MOCVD反應(yīng)室的組合基座式電磁加熱
>J-U裝直。
【背景技術(shù)】
[0002]目前金屬有機(jī)化學(xué)氣相淀積(MOCVD)技術(shù)淀積半導(dǎo)體薄膜，是目前制備半導(dǎo)體薄膜的最常用的方法之一。生長時，其襯底溫度分布的均勻性是影響所生長薄膜質(zhì)量優(yōu)劣的重要因素，在電磁加式MOCVD反應(yīng)室中，由于感生電流的集膚效應(yīng)，使得基座溫度分布不均勻，從而導(dǎo)致襯底溫度分布的不均勻。特別是當(dāng)襯底尺寸較大時(如直徑達(dá)六英寸以上的襯底)，這種現(xiàn)象尤為突出。目前，對于該問題的研究還相對較少，相關(guān)研究如下:
H.Hanawa等提出了一種多區(qū)域感應(yīng)加熱方式，其主要方法是對不同加熱區(qū)域的線圈施加不同的電功率，目的是提高晶片溫度分布的均勻性，參見Mut1-zone inductionheating for improved temperature uniformity in MOCVD and HVPE chambers.UnitedStates Patent, 2011, Pub.N0.: US 2011/0259879A1.但這種結(jié)構(gòu)控制復(fù)雜，成本較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為解決以上技術(shù)上的不足，本發(fā)明提供了一種用于MOCVD反應(yīng)室的組合基座式電磁加熱裝置，它大大提高 了被加熱襯底溫度分布的均勻性。
[0004]本發(fā)明是通過以下措施實(shí)現(xiàn)的:
本發(fā)明的一種用于MOCVD反應(yīng)室的組合基座式電磁加熱裝置，包括圓柱形基座和設(shè)置在基座底部下方的電磁線圈，所述基座包括上下相扣合的感應(yīng)產(chǎn)熱傳熱基座和傳熱基座，感應(yīng)產(chǎn)熱傳熱基座位于傳熱基座下方，所述感應(yīng)產(chǎn)熱傳熱基座上表面中心和邊緣之間設(shè)置有向下的圓環(huán)形凹槽，傳熱基座的下表面與感應(yīng)產(chǎn)熱傳熱基座的上表面相配合并貼合在一起，傳熱基座的上表面和感應(yīng)產(chǎn)熱傳熱基座下表面為相平行的平面，感應(yīng)產(chǎn)熱傳熱基座的熱導(dǎo)率高于傳熱基座的熱導(dǎo)率。
[0005]上述傳熱基座邊緣嵌入有圓環(huán)形的感應(yīng)產(chǎn)熱傳熱圈體，感應(yīng)產(chǎn)熱傳熱圈體的熱導(dǎo)率高于傳熱基座的熱導(dǎo)率。
[0006]上述感應(yīng)產(chǎn)熱傳熱基座的縱剖面由以軸心線為對稱軸左右對稱的兩部分剖面組成，每部分剖面的頂部邊緣線分成高低不同的若干段。
[0007]上述感應(yīng)產(chǎn)熱傳熱基座、傳熱基座和感應(yīng)產(chǎn)熱傳熱圈體的外表面均鍍有碳化硅層。
[0008]上述傳熱基座頂部設(shè)置有圓形的襯底卡槽。
[0009]上述感應(yīng)產(chǎn)熱傳熱基座采用石墨基座，所述傳熱基座采用氧化鋁基座，感應(yīng)產(chǎn)熱傳熱圈體采用石墨圈體。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明采用組合式基座，從而調(diào)節(jié)由基座產(chǎn)生的熱量在基座各方向上的熱傳導(dǎo)速率，并調(diào)節(jié)襯底邊緣的溫度，使襯底的溫度分布均勻性提高。在相同條件下，襯底溫度分布均勻性比傳統(tǒng)單一的感應(yīng)產(chǎn)熱傳熱基座提高約92%。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明整體的縱剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖2是本發(fā)明立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖3是本發(fā)明的石墨基座的縱剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖4是本發(fā)明與傳統(tǒng)加熱效果對比圖。
[0015]其中:1感應(yīng)產(chǎn)熱傳熱基座，2傳熱基座，3感應(yīng)產(chǎn)熱傳熱圈體，4電磁線圈，5襯底卡槽。
【具體實(shí)施方式】
[0016]如圖1、2所不,本發(fā)明的一種用于MOCVD反應(yīng)室的組合基座式電磁加熱裝置,包括圓柱形基座和設(shè)置在基座底部下方的電磁線圈4，與傳統(tǒng)的單一感應(yīng)產(chǎn)熱傳熱基座相比，本發(fā)明采用組合式基座。具體結(jié)構(gòu)為，本發(fā)明的基座包括上下相扣合的感應(yīng)產(chǎn)熱傳熱基座I和傳熱基座2。其中感應(yīng)產(chǎn)熱傳熱基座I是電和熱的良導(dǎo)體，既導(dǎo)電又導(dǎo)熱，能夠在電磁線圈加熱的情況下產(chǎn)生熱量并能夠傳導(dǎo)熱量，而傳熱基座2電的絕緣體，只導(dǎo)熱不導(dǎo)電也不能產(chǎn)生熱量，僅是能夠傳導(dǎo)熱量，并且傳熱基座2熱導(dǎo)率小于感應(yīng)產(chǎn)熱傳熱基座I的熱導(dǎo)率。
[0017]感應(yīng)產(chǎn)熱傳熱基座I位于傳熱基座2下方，感應(yīng)產(chǎn)熱傳熱基座I上表面中心和邊緣之間設(shè)置有向下的圓環(huán)形凹槽，傳熱基座2的下表面與感應(yīng)產(chǎn)熱傳熱基座I的上表面相配合并貼合在一起，傳熱基座2的上表面和感應(yīng)產(chǎn)熱傳熱基座I下表面為相平行的平面。感應(yīng)產(chǎn)熱傳熱基座I和傳熱基座2共同組合成一個圓柱狀的基座。
[0018]由于電磁線圈4加熱過`程中，感應(yīng)產(chǎn)熱傳熱基座I受熱并不均勻，因此根據(jù)受熱的特性，結(jié)合感應(yīng)產(chǎn)熱傳熱基座I和傳熱基座2的導(dǎo)熱特點(diǎn)，設(shè)計出感應(yīng)產(chǎn)熱傳熱基座I和傳熱基座2相接界面不是水平的，而是各處的厚度不一，從而調(diào)節(jié)由感應(yīng)產(chǎn)熱傳熱基座I產(chǎn)生的熱量在基座各方向上的熱傳導(dǎo)速率，最終達(dá)到頂部襯底受熱均勻的目的。
[0019]一般襯底邊緣的溫度較低，因此在傳熱基座邊緣嵌入圓環(huán)形的感應(yīng)產(chǎn)熱傳熱圈體3，感應(yīng)產(chǎn)熱傳熱圈體3也是電和熱的良導(dǎo)體，既導(dǎo)電又導(dǎo)熱，能夠在電磁線圈加熱的情況下產(chǎn)生熱量并能夠傳導(dǎo)熱量，從而提高襯底邊緣部分的熱量，使襯底的溫度分布均勻性提高。感應(yīng)產(chǎn)熱傳熱基座1、傳熱基座2和感應(yīng)產(chǎn)熱傳熱圈體3均具備耐高溫特性，并且外表面均鍍有碳化硅層，以防高溫加熱時從中逸出分子。經(jīng)過仿真計算可以發(fā)現(xiàn)，感應(yīng)產(chǎn)熱傳熱基座I的縱剖面由以軸心線為對稱軸左右對稱的兩部分剖面組成，每部分剖面的頂部邊緣線分成高低不同的若干段。
[0020]以下通過具體實(shí)施例加以說明:
以加熱襯底半徑r為101.6毫米(4英寸)、基座的高度是H為38.1毫米、基座直半徑R是105.6毫米為例，進(jìn)行說明。感應(yīng)產(chǎn)熱傳熱基座采用石墨基座，傳熱基座采用氧化鋁基座，感應(yīng)產(chǎn)熱傳熱圈體采用石墨圈體。
[0021]如圖3、4所不,在制作石墨基座過程中，石墨基座的縱首I]面由以軸心線為對稱軸左右對稱的兩部分剖面組成，每部分剖面的頂部邊緣線分成高低不同的三段。[0022]每部分剖面的頂部邊緣線中第I段為石墨基座的軸心線頂點(diǎn)A點(diǎn)到B點(diǎn)，第II段為B點(diǎn)到C點(diǎn)，第III段為C點(diǎn)到石墨基座邊緣頂點(diǎn)D點(diǎn)，A點(diǎn)距石墨基座下表面高度為
0.85*H，B點(diǎn)距石墨基座下表面高度為0.7*H，C點(diǎn)距石墨基座下表面高度為0.3*H，D點(diǎn)距石墨基座下表面高度為0.8*H，B點(diǎn)與石墨基座軸心線距離為0.3*R，C點(diǎn)與石墨基座軸心線距離為0.6*R。氧化鋁基座下表面的尺寸與石墨基座上表面相配合即可。氧化鋁基座頂部設(shè)置有圓形的襯底卡槽。襯底卡槽5深度為0.5毫米,半徑為101.7毫米。石墨圈體的寬度為0.05*R、高度為0.1*H、底部與石墨基座下表面距離為0.85*H。其中各項(xiàng)數(shù)據(jù)是經(jīng)過大量計算和仿真出來的，其效果如圖5所示。
[0023]呈同心圓分布的線圈位于基座下方，電磁線圈4阻數(shù)為10阻。線圈中心與最外層線圈的距離和基座半徑近似相等。
[0024]工作時，線圈內(nèi)通入高頻交變電流后，石墨基座和石墨圈體由于電磁感應(yīng)產(chǎn)生渦旋電流，從而使其加熱。因石墨基座和氧化鋁基座厚度不均勻，以及氧化鋁的熱導(dǎo)率低于石墨的熱導(dǎo)率，石墨基座產(chǎn)生的熱量在各方向傳熱速率不一，從而傳至襯底各點(diǎn)的熱量趨于一致。石墨圈體產(chǎn)生的熱量主要用于對襯底邊緣加熱。這樣，最終使襯底各點(diǎn)溫度分布趨于均勻。
[0025]以上所述僅是本專利的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本專利技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和替換，這些改進(jìn)和替換也應(yīng)視為本專利 的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種用于MOCVD反應(yīng)室的組合基座式電磁加熱裝置，包括圓柱形基座和設(shè)置在基座底部下方的電磁線圈，其特征在于:所述基座包括上下相扣合的感應(yīng)產(chǎn)熱傳熱基座和傳熱基座，感應(yīng)產(chǎn)熱傳熱基座位于傳熱基座下方，所述感應(yīng)產(chǎn)熱傳熱基座上表面中心和邊緣之間設(shè)置有向下的圓環(huán)形凹槽，傳熱基座的下表面與感應(yīng)產(chǎn)熱傳熱基座的上表面相配合并貼合在一起，傳熱基座的上表面和感應(yīng)產(chǎn)熱傳熱基座下表面為相平行的平面，感應(yīng)產(chǎn)熱傳熱基座的熱導(dǎo)率高于傳熱基座的熱導(dǎo)率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于MOCVD反應(yīng)室的組合基座式電磁加熱裝置，其特征在于:所述傳熱基座邊緣嵌入有圓環(huán)形的感應(yīng)產(chǎn)熱傳熱圈體，感應(yīng)產(chǎn)熱傳熱圈體的熱導(dǎo)率高于傳熱基座的熱導(dǎo)率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于MOCVD反應(yīng)室的組合基座式電磁加熱裝置，其特征在于:所述感應(yīng)產(chǎn)熱傳熱基座的縱剖面由以軸心線為對稱軸左右對稱的兩部分剖面組成，每部分剖面的頂部邊緣線分成高低不同的若干段。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述用于MOCVD反應(yīng)室的組合基座式電磁加熱裝置，其特征在于:所述感應(yīng)產(chǎn)熱傳熱基座、傳熱基座和感應(yīng)產(chǎn)熱傳熱圈體的外表面均鍍有碳化硅層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于MOCVD反應(yīng)室的組合基座式電磁加熱裝置，其特征在于:所述傳熱基座頂部設(shè)置有圓形的襯底卡槽。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任意一項(xiàng)所述用于MOCVD反應(yīng)室的組合基座式電磁加熱裝置，其特征在于:所述感應(yīng)產(chǎn)熱傳熱基座采用石墨基座，所述傳熱基座采用氧化鋁基座，感應(yīng)產(chǎn)熱傳熱圈體采用石墨圈體。`
【文檔編號】C23C16/46GK103614709SQ201310672355
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月12日
【發(fā)明者】李志明, 李海玲 申請人:濟(jì)南大學(xué)