一種用於mocvd反應室的電磁加熱裝置的製作方法
2023-05-09 23:59:16 2
專利名稱：一種用於mocvd反應室的電磁加熱裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於微電子技術領域，特別涉及一種用於MOCVD反應室的電磁加熱裝置。
背景技術：
目前，利用金屬有機化學氣相澱積MOCVD技術澱積半導體薄膜，是微電子和光電子領域以及半導體集成電路領域的一種不可或缺的技術。反應室是MOCVD設備的核心部分，晶片的溫度均勻分布是反應室設計的基本要求之一。MOCVD反應室加熱方式主要有感應加熱和電阻加熱，與電阻加熱方式相比，感應加熱具有加熱速度快、不需要整體加熱和無沾汙等優點，一直為人們所青睞。但傳統用的感應加熱式MOCVD反應室中，由於感生電流的集膚效應(也稱趨膚效應)，使得晶片溫度分布不均勻，這個問題是制約感應加熱的MOCVD反應 室特別是大尺寸，如八英寸、十二英寸和十六英寸等反應室進一步發展的一個瓶頸，迄今為止，對於大尺寸的反應室，關於如何降低因感生電流的集膚效應對晶片溫度分布均勻性的影響，從而提高晶片溫度分布的均勻性這一問題仍有待解決。目前，國內外對於這方面的研究還較少，相關的研究主要如下幾種H. Hanawa等提出了一種多區域感應加熱方式，其主要方法是對不同加熱區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 induction heating for improvedtemperature uniformity in MOCVD and HVPE chambers. United States Patent, 2011，Pub. No. : US 2011/0259879A1.但這種方式結構複雜，不同區域的溫度不容易控制。中國專利名稱為電磁加熱裝置，專利號ZL200810232210. 8。公開了一種電磁加熱裝置，這種加熱裝置由線圈和發熱體組成，線圈環繞在發熱體的周圍，發熱體上刻環形槽，環形槽的目的是改變發熱體的熱傳導方向，與傳統的發熱體相比，這種刻環形槽的發熱體提高了其上表面溫度分布的均勻性。這種裝置，對小尺寸的晶片(如半徑兩英寸以下)是適應的，但對大尺寸的MOCVD反應室，由於晶片半徑增大，如果想使晶片獲得均勻加熱，對應的基座高度必須增大，這使得生長薄膜材料時，對溫度的迅速切換造成一定的影響。
發明內容
為解決以上技術上的不足，本發明提供了一種用於MOCVD反應室的電磁加熱裝置，它用以提高被加熱晶片溫度分布的均勻性，不影響晶片溫度的迅速切換和基座的旋轉，有利於提高生長薄膜的質量。本發明是通過以下措施實現的
本發明的一種用於MOCVD反應室的電磁加熱裝置，包括石墨基座和線圈，所述石墨基座為圓柱形且線圈設直在石墨基座的下方，所述石墨基座上表面設直有向下凹陷的圓環形凹槽。上述圓環形凹槽分為上下兩級且均與石墨基座同心，上級圓環形凹槽的外直徑大於下級圓環形凹槽的外直徑，石墨基座中心設置有中心柱，所述中心柱的頂部與上級圓環形凹槽的底部在同一平面上。
上述下級圓環形凹槽的內半徑是石墨基座半徑的O. 3倍，下級圓環形凹槽的外半徑是石墨基座半徑的O. 8倍，下級圓環形凹槽的深度是石墨基座高度的O. 7倍。上述下級圓環形凹槽的深度大於上級圓環形凹槽的深度。上述上級圓環形凹槽的外直徑和深度與晶片的直徑和厚度一致。上述線圈以同心圓的方式均勻盤繞在石墨基座的下方。上述線圈距石墨基座底部距尚小於石墨基座的聞度，線圈中心與最外層線圈的距離和石墨基座半徑近似相等。本發明的有益效果是圓環形凹槽改變了傳統石墨基座單一的加熱方式，根據電磁感應加熱的特性，既有直接的熱傳導，又有輻射加熱，提高了晶片溫度分布的均勻性。對於大尺寸的晶片來說，不需要增加基座的高度，結構簡單，加熱效率高，更加適合在大尺寸 的MOCVD反應室中使用。
圖1為本發明的剖面結構示意圖。圖2為本發明的部分剖面結構立體圖。圖3為本發明與傳統的效果對比圖。其中1石墨基座，2上級圓環形凹槽，3晶片，4下級圓環形凹槽，5中心柱，6線圈。
具體實施例方式如圖1、2所述，本發明的一種用於MOCVD反應室的電磁加熱裝置，包括石墨基座I和線圈6,石墨基座I為圓柱形且線圈6設直在石墨基座I的下方，石墨基座I上表面設直有向下凹陷的圓環形凹槽。圓環形凹槽分為上下兩級且均與石墨基座I同心，上級圓環形凹槽2的外直徑大於下級圓環形凹槽4的外直徑，石墨基座I中心設置有中心柱5，中心柱5的頂部與上級圓環形凹槽2的底部在同一平面上。下級圓環形凹槽4的深度大於上級圓環形凹槽2的深度。上級圓環形凹槽2的外直徑和深度與晶片3的直徑和厚度一致。線圈6以同心圓的方式均勻盤繞在石墨基座I的下方。為了使晶片3受熱更加均勻，下級圓環形凹槽4的內半徑是石墨基座I半徑的O. 3倍，下級圓環形凹槽4的外半徑是石墨基座I半徑的O. 8倍，下級圓環形凹槽4的深度是石墨基座I高度的O. 7倍。其工作原理為晶片3放在上級圓環形凹槽2內，其邊緣和中心與石墨基座I直接接觸，而中間一部分位於下級圓環形凹槽4上方，不與石墨基座I直接接觸。石墨基座I底部的線圈6內通入高頻交變電流後，石墨基座I由於電磁感應產生渦旋電流，從而使其加熱。熱量沿石墨基座I向上傳導，晶片3的中心區域和邊緣受到石墨基座I的直接熱傳導，由於設置了下級圓環形凹槽4，阻斷了石墨基座I對晶片3的直接熱傳導，而變成了熱輻射方式，因此晶片3的中間部分受到的是熱輻射，直接熱傳導的效率要高於熱輻射，因此使晶片3的受熱更加均勻。也就是由於下級圓環形凹槽4產生了熱輻射，而熱傳導和熱輻射相結合的加熱方式，從而晶片3溫度分布的均勻性得到提高。以下通過具體實施例加以說明
加熱晶片3半徑R為101. 6毫米(4英寸)、石墨基座I的高度H是26. 9毫米、石墨基座I半徑Rl是105. 6毫米，在傳統的石墨基座I上表面刻上級圓環形凹槽2，，其半徑為R±1毫米，用於放置晶片3。再在基座內刻下級圓環形凹槽4，其內半徑為O. 3*R1、外半徑為O. 8*R1、深度為O. 7*H ;呈同心圓分布的線圈6位於基座下方,線圈6中心線距石墨基座I底部距離小於石墨基座I的高度，線圈6中心與最外層線圈6的距離和基座半徑近似相
坐寸ο對於大尺寸的晶片3 (如十二英寸和十六英寸)加熱，本發明同樣適應，只要相應調整石墨基座I大小、圓環形凹槽半徑和深度以及線圈6匝數即可。這種加熱裝置容易加工且易於控制。本發明將石墨基座I中因感應廣生的熱量進彳丁重新分配，使石墨基座I感應廣生的熱量以兩種不同傳熱方式對被加熱晶片3的不同位置進行加熱。通過對本結構計算仿真結果表明，用這種加熱結構，晶片3的溫度分布均勻性比傳統用的石墨基座I提高約50%。 以上所述僅是本專利的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本專利技術原理的前提下，還可以做出若干改進和替換，這些改進和替換也應視為本專利的保護範圍。
權利要求
1.一種用於MOCVD反應室的電磁加熱裝置，包括石墨基座和線圈，其特徵在於所述石墨基座為圓柱形且線圈設置在石墨基座的下方，所述石墨基座上表面設置有向下凹陷的圓環形凹槽。
2.根據權利要求1所述用於MOCVD反應室的電磁加熱裝置，其特徵在於所述圓環形凹槽分為上下兩級且均與石墨基座同心，上級圓環形凹槽的外直徑大於下級圓環形凹槽的外直徑，石墨基座中心設置有中心柱，所述中心柱的頂部與上級圓環形凹槽的底部在同一平面上。
3.根據權利要求1所述用於MOCVD反應室的電磁加熱裝置，其特徵在於所述下級圓環形凹槽的內半徑是石墨基座半徑的0. 3倍，下級圓環形凹槽的外半徑是石墨基座半徑的0.8倍，下級圓環形凹槽的深度是石墨基座高度的0. 7倍。
4.根據權利要求1所述用於MOCVD反應室的電磁加熱裝置，其特徵在於所述下級圓環形凹槽的深度大於上級圓環形凹槽的深度。
5.根據權利要求1所述用於MOCVD反應室的電磁加熱裝置，其特徵在於所述上級圓環形凹槽的外直徑和深度與晶片的直徑和厚度一致。
6.根據權利要求1所述用於MOCVD反應室的電磁加熱裝置，其特徵在於所述線圈以同心圓的方式均勻盤繞在石墨基座的下方。
7.根據權利要求1所述用於MOCVD反應室的電磁加熱裝置，其特徵在於所述線圈距石墨基座底部距尚小於石墨基座的聞度，線圈中心與最外層線圈的距尚和石墨基座半徑近似相等。
全文摘要
本發明的一種用於MOCVD反應室的電磁加熱裝置，包括石墨基座和線圈，所述石墨基座為圓柱形且線圈設置在石墨基座的下方，所述石墨基座上表面設置有向下凹陷的圓環形凹槽。本發明的有益效果是圓環形凹槽改變了傳統石墨基座單一的加熱方式，根據電磁感應加熱的特性，既有直接的熱傳導，又有輻射加熱，提高了晶片溫度分布的均勻性。對於大尺寸的晶片來說，不需要增加基座的高度，結構簡單，加熱效率高，更加適合在大尺寸的MOCVD反應室中使用。
文檔編號C23C16/46GK103014673SQ201210577369
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月27日 優先權日2012年12月27日
發明者李志明, 李金屏, 江海鷹 申請人:濟南大學