[發(fā)明專利]用于沉積工藝的反應(yīng)腔室及其中托盤溫度的調(diào)節(jié)方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310337832.8
• 申請日: 2013-08-05
• 公開（公告）號: CN103422074A
• 公開（公告）日: 2013-12-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 梁秉文
• 申請（專利權(quán)）人: 光壘光電科技（上海）有限公司
• 主分類號: C23C16/46
• 分類號: C23C16/46;C23C16/458;C23C16/52;C23C16/18
• 代理公司: 深圳市銘粵知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44304
• 代理人: 楊林;李友佳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于氣相沉積領(lǐng)域，更具體地講，是涉及一種外延工藝的溫度控制的裝置與方法。

背景技術(shù)

金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉積（MetalOrganicChemicalVaporDeposition，簡稱MOCVD）是制備化合物半導(dǎo)體薄膜的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。MOCVD是以Ⅲ族、Ⅱ族元素的有機(jī)化合物和V、Ⅵ族元素的氫化物等作為晶體生長原材料，以熱分解反應(yīng)方式在襯底上進(jìn)行氣相外延，生長各種Ⅲ-V族、Ⅱ-Ⅵ族化合物半導(dǎo)體以及它們的多元固溶體的薄層單晶材料。MOCVD設(shè)備主要包括氣路系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、反應(yīng)腔室和檢測及控制系統(tǒng)等幾個部分。

如圖1所示，現(xiàn)有的外延工藝?yán)眠M(jìn)氣單元，比如噴淋頭200，將反應(yīng)氣體提供至托盤400和位于托盤400上的襯底410表面，位于托盤400下方的加熱器500對托盤400和放置于托盤400上的襯底410進(jìn)行加熱。噴淋頭200通過專門的提升裝置懸置于襯底410和托盤400上方。為了有效控制上述外延生長的溫度，現(xiàn)有技術(shù)是通過加熱器的功率調(diào)整實(shí)現(xiàn)的，以控制襯底沉積外延材料層的溫度及均勻性。

進(jìn)行外延工藝時(shí)，首先，需要加熱器500通過加熱承載襯底的托盤400從而對襯底410進(jìn)行加熱。如圖1所示，現(xiàn)有加熱器500包括多個獨(dú)立功率輸出的加熱單元510，每個加熱單元510的輸出功率由功率輸出裝置520單獨(dú)控制，每一加熱單元510用于對上方的托盤400的一個區(qū)域進(jìn)行加熱，由于在不同加熱區(qū)域其襯底410的溫度稍有差異，其溫度控制器700一般根據(jù)溫度探測器600對襯底410溫度測量的反饋數(shù)據(jù)、外延工藝規(guī)定的溫度和加熱器500所設(shè)計(jì)的功能，通過位于各個區(qū)域襯底410溫度的反饋，分別進(jìn)行相應(yīng)區(qū)域的加熱單元510的功率調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)對襯底410的溫度及均勻性的控制。

然而在外延工藝過程中，隨著進(jìn)行不同的工藝步驟的溫度要求，需要升高、降低或者穩(wěn)定外延工藝（襯底410表面）的溫度。通過加熱器500的功率調(diào)整外延工藝的溫度存在以下不足和缺陷：具體地，由于在不同的外延工藝溫度條件下，反應(yīng)腔室100內(nèi)的熱平衡條件不同，高溫的襯底410和托盤400主要以熱輻射和熱對流的形式向噴淋頭200以及周圍的反應(yīng)腔室100內(nèi)側(cè)壁傳遞熱量，導(dǎo)致襯底410熱量的流失，因此需要加熱器500具備很大的均勻加熱的可調(diào)節(jié)性。現(xiàn)有技術(shù)的加熱器調(diào)節(jié)速度慢，并且為了獲得更為均勻的溫度，需要對加熱器500的多個加熱單元510分別進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得溫度調(diào)整過程較為復(fù)雜。難以滿足反應(yīng)所需要的溫度必須滿足加熱均勻、升溫降溫速度快、溫度穩(wěn)定時(shí)間短等要求。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種快速、簡便以及有效的調(diào)節(jié)溫度的反應(yīng)腔室及其中托盤溫度的調(diào)節(jié)方法。本發(fā)明提供的這種用于沉積工藝的反應(yīng)腔室，包括用于承載襯底的托盤，所述托盤由若干個區(qū)域組成，該裝置還包括：

加熱器，用于通過加熱托盤對托盤上放置的襯底進(jìn)行加熱；

進(jìn)氣單元，設(shè)置在所述托盤的遠(yuǎn)離所述加熱器的一側(cè)，所述進(jìn)氣單元包括冷卻腔室，所述冷卻腔室內(nèi)填充有冷卻介質(zhì)，所述冷卻介質(zhì)對進(jìn)氣單元進(jìn)行冷卻；

溫度探測器，用于檢測托盤或襯底的溫度；

位移裝置，用于基于所述溫度探測器檢測的溫度和目標(biāo)溫度之間的差值，調(diào)整進(jìn)氣單元與托盤之間的距離，實(shí)現(xiàn)對托盤或襯底的溫度快速調(diào)整控制的目的。

優(yōu)選地，所述位移裝置設(shè)于反應(yīng)腔室頂部，所述進(jìn)氣單元通過所述位移裝置與反應(yīng)腔室活動連接，懸置于襯底和托盤上方。

優(yōu)選地，所述位移裝置設(shè)置于托盤的遠(yuǎn)離所述進(jìn)氣單元的一側(cè)。

優(yōu)選地，所述托盤下方設(shè)置有旋轉(zhuǎn)裝置，所述旋轉(zhuǎn)裝置用于支撐托盤并且?guī)铀鐾斜P進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，所述位移裝置位于所述旋轉(zhuǎn)裝置下方，所述位移裝置通過調(diào)整所述旋轉(zhuǎn)裝置與進(jìn)氣單元之間的距離，來調(diào)整所述旋轉(zhuǎn)裝置上方的托盤與所述進(jìn)氣單元的距離。

優(yōu)選地，還包括：溫度控制器，用于接收來自溫度探測器獲得的溫度數(shù)據(jù)，用于將所述溫度數(shù)據(jù)與目標(biāo)溫度比較，基于所述比較結(jié)果確定距離調(diào)整方式，并將所述距離調(diào)整方式的指令輸入至所述位移裝置，控制所述位移裝置調(diào)整托盤與進(jìn)氣單元之間的距離。

優(yōu)選地，所述距離調(diào)整方式的指令包括：

增大托盤與進(jìn)氣單元之間的距離的指令，用于提高托盤溫度；

減小托盤與進(jìn)氣單元的之間的距離的指令，用于降低托盤溫度；

維持托盤與進(jìn)氣單元之間的距離保持不變的指令，用于維持托盤溫度不變。