可提高MOCVD反应腔内载盘温度均匀性的加热装置的制作方法

本实用新型涉及一种可提高MOCVD反应腔内载盘温度均匀性的加热装置，属于金属有机物化学气相沉积反应领域。

背景技术：

MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)设备，即金属有机物化学气相沉积设备，是一种集计算流体力学、热力传导、系统集成控制、化合物生长等各学科于一体的高科技、新技术高度集中的设备，是半导体产业中的关键性设备。

在MOCVD设备中，反应腔温度的均匀性是生产高质量薄膜的关键性因素，均匀的反应腔温度直接影响着外延沉积的均匀性和生长界面的陡峭性，以GaN生长为例，一般要求加热器上方的晶片载盘温度高达1200℃，温度控制误差不超过±0.5℃。由于在MOCVD设备中，加热器置于载盘下方，和放置衬底的载盘通常没有直接接触，加热器主要通过通电后产生的热辐射对载盘等部件进行加热，工作时置于加热器中且放置载片盘的支撑轴会带动晶片载盘高速旋转，以便使晶片载盘进一步均匀受热，但是支撑轴导热系数大，导热速度快，尤其是旋转过程中，其散热量更大，使得热量传递到载盘过程中存在一定损失，导致载盘中间区域温度下降，这将影响整体晶片载盘的温度均匀性，不利于晶片的高质量生长。

技术实现要素：

针对上述现有技术存在的问题，本实用新型的目的是提供一种能够有效提高邻近支撑轴的加热部件的热辐射能力、保证载盘上的晶片能够均匀受热、保证晶片外延生长均匀、能够提升载盘利用率的可提高MOCVD反应腔内载盘温度均匀性的加热装置。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种可提高MOCVD反应腔内载盘温度均匀性的加热装置，包括反应腔体，所述反应腔体中设有晶片载盘和支撑轴，所述晶片载盘的凹槽内设有晶片衬底，所述晶片载盘正下方设有加热器，加热器下方设有多层隔热板，隔热板下设有反射板，所述加热器包括内圈、中圈和外圈，支撑轴从内圈穿过，并支 撑起晶片载盘；所述内圈的内表面覆盖热辐射层。

优选的，所述热辐射层为刚玉喷砂层。

优选的，所述热辐射层为蚀刻层。

优选的，所述热辐射层为等离子喷涂铼粉层。

优选的，所述热辐射层为异种材料涂层，所述异种材料由10-15％的MnO₂、8-10％的Co₂O₃、8-10％的CuO，1-2％的CeO和余量Fe₂O₃制成的粉体与粘合剂按1g：1mL的比例混合而成。

优选的，所述等离子喷涂铼粉层厚度为0.15mm。

优选的，所述内圈的内表面材质为金属铼。

本实用新型加热器分成三段，内圈、中圈和外圈可以分别加热，使温度均匀分布；加热器下方加设多层隔热板可以有效阻止热量的散失，隔热板下方的反射板将热量反射回晶片载盘，增加了晶片载盘中温度分布的均匀性；内圈的内表面覆盖热辐射层使得加热器内表面发射率达到外表面发射率的1.5-2.0倍，从而提高了内圈对内部区域的散热能力，增强了内圈对支撑轴的热辐射能力，可以针对性地对支撑轴进行加热，补偿了支撑轴的热量损失，从而实现对低温区域的热补偿，同时对其他部分的温度影响很小，总体提高了MOCVD反应腔内晶片载盘温度的均匀程度，载盘上的晶片能够均匀受热，外延生长均匀，提升了载盘的利用率，提高了良品率。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是加热器的内圈的剖面图；

图中，1.衬底，2.晶片载盘，3.加热器，31.内圈，32.中圈，33.外圈，4.支撑轴，5.隔热板，6.反射板，7.热辐射层。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

如图所示，一种可提高MOCVD反应腔内载盘温度均匀性的加热装置，包括反应腔体，所述反应腔体中设有晶片载盘2和支撑轴4，所述晶片载盘2的凹槽内设有晶片衬底1，所 述晶片载盘2正下方设有加热器3，加热器3下方设有多层隔热板5，隔热板5下设有反射板6，所述加热器包括内圈31、中圈32和外圈33，支撑轴4从内圈31穿过，并支撑起晶片载盘2；所述内圈31的内表面覆盖热辐射层7。

将本实用新型的支撑轴4从设有热辐射层7的加热器3的内圈31穿过，并支撑起晶片载盘2，通电发热，支撑轴4带动晶片载盘2高速旋转，加热器3下方加设多层隔热板5可以有效阻止热量的散失，隔热板5下方的反射板6将热量反射回晶片载盘2，增加了晶片载盘2中温度分布的均匀性。覆盖热辐射层7的内圈31内表面发射率是外表面发射率的1.5-2.0倍，提高了内圈31对内部区域的散热能力，增强了内圈31对支撑轴4的热辐射能力，可以针对性地对支撑轴4进行加热，补偿了支撑轴4的热量损失，从而实现对低温区域的热补偿，同时对其他部分的温度影响很小，MOCVD反应腔内晶片载盘2温度的均匀程度得到了提高，晶片载盘2上的衬底1中的晶片受热均匀，外延生长均匀。

优选的，所述热辐射层7为刚玉喷砂层。刚玉喷砂层是采用目数100目的刚玉作为喷砂介质，在喷砂距离12cm、角度60°、压力0.6MPa的参数下喷在内圈31内表面形成，实测可以使内圈31的内表面的热发射率升高35％。

优选的，所述热辐射层7为蚀刻层。在室温下，将高圆盘状加热体3内圈31表面与10％硝酸水溶液接触30分钟，以进行蚀刻步骤，然后对改良后的加热体3内圈31进行冲洗和烘烤，即可形成蚀刻层，实测蚀刻之后的内圈31内表面发射率提高了80％。

作为本实用新型的另一个优选的方案，为了增加热发射率，所述热辐射层7为等离子喷涂铼粉层。将金属铼粉喷涂至加热器3的内圈31内表面，在参数：电弧功率30KW、主气体流量35L/min、距离15cm、喷涂角度85°、送粉速率10g/min下进行等离子体喷涂，即可形成等离子喷涂铼粉层，可以提高热发射率80％。

作为本实用新型更进一步改进的方案，所述热辐射层7为异种材料涂层，所述异种材料由10-15％的MnO₂、8-10％的Co₂O₃、8-10％的CuO，1-2％的CeO和余量Fe₂O₃制成的粉体与粘合剂按1g：1mL的比例混合而成。混合后，利用丝网将异种材料印刷涂布在内圈31表面即可形成异种材料涂层。该涂层能够显著提高内圈31表面的热发射率。

优选的，为了保证最佳的热发射效果，同时节约成本，所述等离子喷涂铼粉层厚度为0.15mm。

优选的，所述内圈31的内表面材质为金属铼。