[發明專利]CVD設備及其溫度控制方法與發熱體

在審

• 申請號: 201710261801.7
• 申請日: 2017-04-20
• 公開（公告）號: CN108728828A
• 公開（公告）日: 2018-11-02
• 發明（設計）人: 杜志游;鄭振宇;田保峽
• 申請（專利權）人: 中微半導體設備（上海）有限公司
• 主分類號: C23C16/46
• 分類號: C23C16/46;C23C16/458;C30B25/10;C30B25/12
• 代理公司: 上海信好專利代理事務所(普通合伙) 31249
• 代理人: 朱成之

本發明提供CVD設備及其溫度控制方法與發熱體。其中，用于加熱可旋轉基片承載盤的發熱體至少包括加熱功率可獨立控制的第一加熱絲(S1)與第二加熱絲(S2)；所述第一、二加熱絲在所述基片承載盤上的加熱區域至少部分重疊；所述第一加熱絲作用在基片承載盤上的圓周平均熱功率在沿以點(O’)為圓心的半徑方向上的分布，與所述第二加熱絲作用在基片承載盤上的圓周平均熱功率在沿所述半徑方向上的分布不同，其中，所述點(O’)為基片承載盤旋轉軸線(OO’)與基片承載盤下表面的交點。

技術領域

本發明涉及化學氣相沉積(CVD)設備及其溫控方法，還涉及用于該設備的發熱體。

背景技術

許多半導體元件通過化學氣相沉積的方式將半導體材料外延生長在基片上，上述基片基本上是圓盤狀的多晶硅材料，一般稱為晶圓。在進行此制程時，晶圓會維持高溫且暴露在一種或多種化學前驅物的環境中，上述前驅物可以是在基片表面上進行反應或分解，產生符合期待的沉積物。用于化學氣相沉積的前驅物一般包括金屬，例如金屬氫化物、鹵化物、鹵元素氫化物和有機金屬化合物。上述前驅物會與例如為氮氣的載氣結合，但是并不產生明顯地反應，上述載氣及不要的副產物可以通過反應腔的出氣口排出。

利用金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)可以連續生成半導體化合物層，借以制作由III-V族半導體材料形成的元件。III-V族半導體材料包括發光二極管(LEDs)及其它例如是激光二極管、光學傳感器及場效應晶體管的高效能晶片。在例如為藍寶石或硅晶圓的基片上借由將有機鎵化合物與氨進行反應，可以形成這種元件。在沉積氮化鎵及相關化合物時，晶圓會保持在500℃至1200℃之間，因此一般會將加熱器組件加熱到1000℃至2200℃之間，借以達到晶圓制程溫度。例如為壓力及氣體流速的許多制程參數也需控制，借以達到符合期待的晶體生長過程。在形成所有的半導體層之后，及在電性接點通過電性測試后，晶圓可以切割成單獨的元件。

MOCVD反應器內的基片承載盤上通常會同時裝載多個基片，以提高加工效率。這使得基片承載盤的加熱系統面臨著更嚴苛的挑戰：必須保證基片承載盤表面所有區域的基片都處于適當的溫度范圍。否則，處于不適當溫度區域的基片上生長出的材料往往存在質量缺陷。

圖1與圖2是一種已有的、可應用在上述MOCVD反應器內、用于對基片承載盤40進行加熱的發熱體46’的結構示意圖。如圖1與圖2所示，發熱體46’包括一外加熱絲461’以及一內加熱絲463’，每一加熱絲461’、463’的主要部分均包括連續的線狀或類線狀結構。

外加熱絲461’是一單線圈結構，它的兩個端點分別與一加熱電源(未圖示)的正負電極電性相連。通過調節該加熱電源的加熱功率可控制外加熱絲461’的發熱程度，從而調節基片承載盤40外緣區域的溫度。內加熱絲463’為一多圈的平面螺旋線圈結構，各圈線圈的寬度、厚度均大致相等，并且，各圈線圈由相同材質制成。內加熱絲463’的兩個端點分別與另一加熱電源(未圖示)的正負電極相連。通過調節該另一加熱電源的加熱功率可控制內加熱絲463’的發熱程度，從而調節基片承載盤40內部區域的溫度。由于內、外加熱絲463’與461’為獨立控制，因而對基片承載盤40的外緣區域或內部區域進行溫度調節時，可避免對另一區域不必要的溫度調整，從而有利于實現基片承載盤40上表面各區域的溫度均勻性。

但是，它仍存在實質的缺陷。由于內加熱絲463’所覆蓋的區域很大，在這個很大的區域內，各處的溫度起伏可能很大。比如，經常會出現這種情況：大部分區域的溫度都在較佳的沉積溫度之內，只有一兩個小區域的溫度與這個較佳溫度有較大偏差。不可避免地，就將面臨一個兩難抉擇：不調整內加熱絲463’發熱功率的話，位于這一兩個小區域內的基片表面的沉積質量相比其它區域會差很多；調整內加熱絲463’發熱功率的話，雖可能對這一兩個小區域的溫度有所改善，但不可避免地也將調整到其它區域的溫度(因為這些區域都處于內加熱絲463’的溫度調整范圍)，使得原本處于較佳沉積溫度的區域偏離出這個較佳溫度。

發明內容