CVD设备及其温度控制方法与发热体技术

本发明专利技术提供CVD设备及其温度控制方法与发热体。其中，用于加热可旋转基片承载盘的发热体至少包括加热功率可独立控制的第一加热丝(S1)与第二加热丝(S2)；所述第一、二加热丝在所述基片承载盘上的加热区域至少部分重叠；所述第一加热丝作用在基片承载盘上的圆周平均热功率在沿以点(O’)为圆心的半径方向上的分布，与所述第二加热丝作用在基片承载盘上的圆周平均热功率在沿所述半径方向上的分布不同，其中，所述点(O’)为基片承载盘旋转轴线(OO’)与基片承载盘下表面的交点。

【技术实现步骤摘要】
CVD设备及其温度控制方法与发热体
本专利技术涉及化学气相沉积(CVD)设备及其温控方法，还涉及用于该设备的发热体。
技术介绍
许多半导体元件通过化学气相沉积的方式将半导体材料外延生长在基片上，上述基片基本上是圆盘状的多晶硅材料，一般称为晶圆。在进行此制程时，晶圆会维持高温且暴露在一种或多种化学前驱物的环境中，上述前驱物可以是在基片表面上进行反应或分解，产生符合期待的沉积物。用于化学气相沉积的前驱物一般包括金属，例如金属氢化物、卤化物、卤元素氢化物和有机金属化合物。上述前驱物会与例如为氮气的载气结合，但是并不产生明显地反应，上述载气及不要的副产物可以通过反应腔的出气口排出。利用金属有机化学气相沉积(MOCVD)可以连续生成半导体化合物层，借以制作由III-V族半导体材料形成的元件。III-V族半导体材料包括发光二极管(LEDs)及其它例如是激光二极管、光学传感器及场效应晶体管的高效能晶片。在例如为蓝宝石或硅晶圆的基片上借由将有机镓化合物与氨进行反应，可以形成这种元件。在沉积氮化镓及相关化合物时，晶圆会保持在500℃至1200℃之间，因此一般会将加热器组件加热到1000℃至2200℃之间，借以达到晶圆制程温度。例如为压力及气体流速的许多制程参数也需控制，借以达到符合期待的晶体生长过程。在形成所有的半导体层之后，及在电性接点通过电性测试后，晶圆可以切割成单独的元件。MOCVD反应器内的基片承载盘上通常会同时装载多个基片，以提高加工效率。这使得基片承载盘的加热系统面临着更严苛的挑战：必须保证基片承载盘表面所有区域的基片都处于适当的温度范围。否则，处于不适当温度区域的基片上生长出的材料往往存在质量缺陷。图1与图2是一种已有的、可应用在上述MOCVD反应器内、用于对基片承载盘40进行加热的发热体46’的结构示意图。如图1与图2所示，发热体46’包括一外加热丝461’以及一内加热丝463’，每一加热丝461’、463’的主要部分均包括连续的线状或类线状结构。外加热丝461’是一单线圈结构，它的两个端点分别与一加热电源(未图示)的正负电极电性相连。通过调节该加热电源的加热功率可控制外加热丝461’的发热程度，从而调节基片承载盘40外缘区域的温度。内加热丝463’为一多圈的平面螺旋线圈结构，各圈线圈的宽度、厚度均大致相等，并且，各圈线圈由相同材质制成。内加热丝463’的两个端点分别与另一加热电源(未图示)的正负电极相连。通过调节该另一加热电源的加热功率可控制内加热丝463’的发热程度，从而调节基片承载盘40内部区域的温度。由于内、外加热丝463’与461’为独立控制，因而对基片承载盘40的外缘区域或内部区域进行温度调节时，可避免对另一区域不必要的温度调整，从而有利于实现基片承载盘40上表面各区域的温度均匀性。但是，它仍存在实质的缺陷。由于内加热丝463’所覆盖的区域很大，在这个很大的区域内，各处的温度起伏可能很大。比如，经常会出现这种情况：大部分区域的温度都在较佳的沉积温度之内，只有一两个小区域的温度与这个较佳温度有较大偏差。不可避免地，就将面临一个两难抉择：不调整内加热丝463’发热功率的话，位于这一两个小区域内的基片表面的沉积质量相比其它区域会差很多；调整内加热丝463’发热功率的话，虽可能对这一两个小区域的温度有所改善，但不可避免地也将调整到其它区域的温度(因为这些区域都处于内加热丝463’的温度调整范围)，使得原本处于较佳沉积温度的区域偏离出这个较佳温度。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供一种用于加热可旋转基片承载盘的发热体，所述基片承载盘的上表面用于承载一个或多个基片，所述发热体配置于所述基片承载盘的下表面的下方；所述发热体至少包括加热功率可独立控制的第一加热丝与第二加热丝，用于加热位于发热体上方的基片承载盘下表面；所述第一加热丝至少包括第一加热段与第二加热段，所述第二加热丝包括至少一个加热段；所述第一加热丝最近端到基片承载盘旋转轴线的距离记为S1min，所述第一加热丝最远端到基片承载盘旋转轴线的距离记为S1max；所述第二加热丝最近端到基片承载盘旋转轴线的距离记为S2min，所述第二加热丝最远端到基片承载盘旋转轴线的距离记为S2max，由S1min与S1max确定的数值区间[S1min，S1max]与由S2min与S2max确定的数值区间[S2min，S2max]之间的交集不为空集；所述第一加热丝作用在基片承载盘上的圆周平均热功率在沿以点(O’)为圆心的半径方向上的分布，与所述第二加热丝作用在基片承载盘上的圆周平均热功率在沿所述半径方向上的分布不同，其中，所述点(O’)为基片承载盘旋转轴线与基片承载盘下表面的交点。可选的，所述第一加热丝最近端、最远端到基片承载盘旋转轴线的距离S1min、S1max分别与所述第二加热丝最近端、最远端到基片承载盘旋转轴线的距离S2min、S2max相等。可选的，在基片承载盘的下表面内至少存在以所述点(O’)为圆心的两个圆周，分别记为第一圆周与第二圆周，所述第一、二圆周的半径值不相等且都落在[S1min，S1max]与[S2min，S2max]的交集内；所述第一、二加热丝在该两个圆周上的圆周平均热功率满足以下条件：Pa1：Pb1≠Pa2：Pb2；其中，Pa1为所述第一加热丝(S1)作用在所述第一圆周上的圆周平均热功率，Pb1为所述第一加热丝作用在所述第二圆周上的圆周平均热功率；Pa2为所述第二加热丝(S2)作用在所述第一圆周上的圆周平均热功率，Pb2为所述第二加热丝作用在所述第二圆周上的圆周平均热功率。可选的，所述第一、二加热丝均为连续带状体。可选的，同一加热丝内相邻加热段之间通过一连接段连为一体。可选的，所述第一、二加热丝围绕基片承载盘的旋转轴线排布。可选的，所述发热体整体位于同一平面内。可选的，所述第一、二加热丝的布线形状相同，到基片承载盘旋转轴线的距离相等，第一、二加热丝中的至少一对对应加热段具有不同的电阻值，使得所述第一、二加热丝作用在基片承载盘上的圆周平均热功率在沿所述半径方向上的分布不同。可选的，所述第一、二加热丝由相同材质制成，对应加热段的宽度或/和厚度不同而使得它们的电阻值不同。可选的，所述第一、二加热丝的主体部由相同材质制成，主体部上涂覆有不同材质的涂层而使得对应加热段的电阻值不同。可选的，对应加热段由不同导电率材质制得而使得它们的电阻值不同。可选的，所述第一、二加热丝的布线形状相同，但到基片承载盘旋转轴线的距离不等，而使得所述第一、二加热丝作用在基片承载盘上的圆周平均热功率在沿所述半径方向上的分布不同。可选的，所述第一、二加热丝的布线形状不同，使得所述第一、二加热丝作用在基片承载盘上的圆周平均热功率在沿所述半径方向上的分布不同。可选的，第二加热丝中的至少一加热段与所述第一加热丝不位于同一平面内。可选的，所述第一加热丝整体位于一与基片承载盘下表面平行的平面内，所述第二加热丝的一部分加热段位于所述平面内，另一部分加热段不位于所述平面内。可选的，所述第一加热丝的每一加热段与第二加热丝的每一加热段均设置于以点(O)为圆心的同心圆周上，所述点(O)位于基片承载盘旋转轴线上，所述第一、二加热丝的每一加热段均呈圆弧状。可选的，所述第一、二加热丝的加热段之间一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于加热可旋转基片承载盘的发热体，所述基片承载盘(40)的上表面用于承载一个或多个基片，所述发热体配置于所述基片承载盘的下表面的下方；所述发热体至少包括加热功率可独立控制的第一加热丝(S1)与第二加热丝(S2)，用于加热位于发热体上方的基片承载盘下表面；所述第一加热丝至少包括第一加热段与第二加热段，所述第二加热丝包括至少一个加热段；所述第一加热丝最近端到基片承载盘旋转轴线(OO’)的距离记为S1min，所述第一加热丝最远端到基片承载盘旋转轴线(OO’)的距离记为S1max；所述第二加热丝最近端到基片承载盘旋转轴线(OO’)的距离记为S2min，所述第二加热丝最远端到基片承载盘旋转轴线(OO’)的距离记为S2max，由S1min与S1max确定的数值区间[S1min，S1max]与由S2min与S2max确定的数值区间[S2min，S2max]之间的交集不为空集；所述第一加热丝作用在基片承载盘上的圆周平均热功率在沿以点(O’)为圆心的半径方向上的分布，与所述第二加热丝作用在基片承载盘上的圆周平均热功率在沿所述半径方向上的分布不同，其中，所述点(O’)为基片承载盘旋转轴线(OO’)与基片承载盘下表面的交点。...

【技术特征摘要】
1.一种用于加热可旋转基片承载盘的发热体，所述基片承载盘(40)的上表面用于承载一个或多个基片，所述发热体配置于所述基片承载盘的下表面的下方；所述发热体至少包括加热功率可独立控制的第一加热丝(S1)与第二加热丝(S2)，用于加热位于发热体上方的基片承载盘下表面；所述第一加热丝至少包括第一加热段与第二加热段，所述第二加热丝包括至少一个加热段；所述第一加热丝最近端到基片承载盘旋转轴线(OO’)的距离记为S1min，所述第一加热丝最远端到基片承载盘旋转轴线(OO’)的距离记为S1max；所述第二加热丝最近端到基片承载盘旋转轴线(OO’)的距离记为S2min，所述第二加热丝最远端到基片承载盘旋转轴线(OO’)的距离记为S2max，由S1min与S1max确定的数值区间[S1min，S1max]与由S2min与S2max确定的数值区间[S2min，S2max]之间的交集不为空集；所述第一加热丝作用在基片承载盘上的圆周平均热功率在沿以点(O’)为圆心的半径方向上的分布，与所述第二加热丝作用在基片承载盘上的圆周平均热功率在沿所述半径方向上的分布不同，其中，所述点(O’)为基片承载盘旋转轴线(OO’)与基片承载盘下表面的交点。2.如权利要求1所述的发热体，其特征在于，所述第一加热丝最近端、最远端到基片承载盘旋转轴线(OO’)的距离S1min、S1max分别与所述第二加热丝最近端、最远端到基片承载盘旋转轴线(OO’)的距离S2min、S2max相等。3.如权利要求1所述的发热体，其特征在于，在基片承载盘的下表面内至少存在以所述点(O’)为圆心的两个圆周，分别记为第一圆周与第二圆周，所述第一、二圆周的半径值不相等且都落在[S1min，S1max]与[S2min，S2max]的交集内；所述第一、二加热丝在该两个圆周上的圆周平均热功率满足以下条件：Pa1：Pb1≠Pa2：Pb2；其中，Pa1为所述第一加热丝(S1)作用在所述第一圆周上的圆周平均热功率，Pb1为所述第一加热丝作用在所述第二圆周上的圆周平均热功率；Pa2为所述第二加热丝(S2)作用在所述第一圆周上的圆周平均热功率，Pb2为所述第二加热丝作用在所述第二圆周上的圆周平均热功率。4.如权利要求1所述的发热体，其特征在于，所述第一、二加热丝均为连续带状体。5.如权利要求1所述的发热体，其特征在于，同一加热丝内相邻加热段之间通过一连接段连为一体。6.如权利要求1所述的发热体，其特征在于，所述第一、二加热丝围绕基片承载盘的旋转轴线(OO’)排布。7.如权利要求1所述的发热体，其特征在于，所述发热体整体位于同一平面内。8.如权利要求7所述的发热体，其特征在于，所述第一、二加热丝的布线形状相同，到基片承载盘旋转轴线(OO’)的距离相等，第一、二加热丝中的至少一对对应加热段具有不同的电阻值，使得所述第一、二加热丝作用在基片承载盘上的圆周平均热功率在沿所述半径方向上的分布不同。9.如权利要求8所述的发热体，其特征在于，所述第一、二加热丝由相同材质制成，对应加热段的宽度或/和厚度不同而使得它们的电阻值不同。10.如权利要求8所述的发热体，其特征在于，所述第一、二加热丝的主体部由相同材质制成，主体部上涂覆有不...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜志游，郑振宇，田保峡，
申请(专利权)人：中微半导体设备上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31