用于有机金属化学气相沉积反应器的平面加热器的加热组件的制作方法
【专利说明】用于有机金属化学气相沉积反应器的平面加热器的加热组件
[0001]本发明涉及用于有机金属化学气相沉积(MOCVD)反应器的平面加热器的加热组件、以及用于制造MOCVD反应器以及其它反应器与熔炉的平面加热器所使用的加热组件的方法。
[0002]安装于MOCVD反应器腔室内的加热组件一般为已知的。举例而言，所述加热组件用来产生用于在有机金属化学气相沉积(MOCVD)反应器中生产发光二极管(LED)的工艺温度。通常将所述工艺的工艺温度界定于450摄氏度与1250摄氏度之间。在其上生长化合物半导体的一个或多个晶圆安装在与加热器组件隔开的旋转板或晶座上。由于晶座与加热器组件是隔开的，所以加热器组件必须被加热至实质上高于晶圆本身的工艺温度的温度。因此用于大多数工艺的加热组件的温度通常在1000摄氏度与2200摄氏度之间。
[0003]为抵抗此类高温，将耐火金属(例如，钨、钼、铌、钽、铼及其合金)用于此类加热组件。然而，在此类高温下，用以加热MOCVD反应器中的旋转板的大多数能量由于旋转而被转移。该加热组件的辐射效能与辐射组件(亦即加热组件)的发射率成正比。通常，由包含钨的材料制成的加热组件具有介于0.15与0.4之间的发射率值(参照黑体)。由于发射率值很低，所以加热组件的操作温度很高。这导致加热器的使用寿命短并且需要频繁替换。
[0004]已尝试在加热组件上使用若干涂层来增加加热组件的可用寿命时间。举例而言，美国专利3，808，043公开了一种具有两个涂层的耐火金属加热器，即第一涂层包含氧化铝，以及第二涂层包含钨材料。这种加热组件的问题在于相对复杂的制造方式。特别地，必须确保两个涂层以安全方式相互涂布。此外，两个涂布步骤在这种加热组件的制造期间为必要的。此外，这种双涂层的稳定性在MOCVD工艺期间随着时间以及随着高温变化，可导致涂层自加热器脱落。
[0005]基于上述内容，本发明的目标在于克服上述问题。此外，本发明的目标为提供加热组件以及用于制造MOCVD反应器的平面加热器所使用的加热组件及加热体的方法，该方法容易且相对低廉地制造加热组件，并且以令人满意地长期稳定的方式增加加热组件的发射率。
[0006]上述问题通过以下方案而得以解决:用于MOCVD反应器的平面加热器的加热组件，以及用于制造此类加热器及加热体的方法，以及在本申请中陈述的关于本发明的其它细节。所述与从属权利要求相关的本发明的其它特征及细节可相互自由组合，以及与本发明加热组件、本发明方法及本发明加热体自由组合。
[0007]根据本发明，加热组件(特别是用于MOCVD反应器的平面加热器的加热组件)包含加热体。加热体至少部分地直接被多孔烧结涂层覆盖。因此，加热体及多孔烧结涂层各自包含至少90重量％的钨。根据本发明，平面加热器为加热组件，其可将其用作平面加热器的一部分。本申请中的“平面”意指至少实质上是平面。根据本发明，将延伸自一个平面且位错不超过10%的任何加热器均视为平面加热器。出于MOCVD反应器的需要，本发明加热组件尤其用于此类MOCVD反应器。
[0008]本发明的加热组件可用于MOCVD反应器的平面加热器，本发明的此类加热组件亦可称作MOCVD加热组件或平面MOCVD加热组件。本领域技术人员将了解，本文所公开的加热组件可用于其它情况下，诸如其它反应器及熔炉。
[0009]本发明加热组件的一个重要优点在于加热体至少部分地被多孔烧结涂层覆盖。术语“多孔烧结涂层”可理解为通过烧结工艺制造的涂层。已按以下方式进行烧结工艺:在涂布期间已产生的孔在烧结工艺后仍保持于表面层中。由于这些孔，多孔烧结涂层拥有比位于下面的加热体平面表面更大的表面区域。换言之，加热组件的表面由于使用多孔烧结涂层而增加。
[0010]使用此类多孔烧结涂层及各自形成的较大表面区域导致加热组件本身的发射率因子增加。通过使用本发明，加热组件的发射率可(例如)增加至高达大于或等于0.5的值。特别地，发射率的值可通过使用本发明加热组件而达到0.65与0.75之间。此外，归因于烧结工艺，多孔烧结涂层的表面以及由此得到的烧结涂层的开放孔在MOCVD反应过程的多次使用中是稳定的。特别地，多孔烧结涂层随着在室温与高达约2200摄氏度温度之间的多个加热及冷却循环并未显著改变表面结构。因此，不仅是表面结构，而且发射率值在多次使用时也实质上保持稳定。此目标通过一个至少部分地覆盖加热体的单一涂层而达成。与完全涂布加热体的多个(特别是两个)涂层的生产相比，这种单一涂层的生产容易得多，而且更低廉。
[0011]用以生产多孔烧结涂层的烧结材料例如且特别地为纯钨。烧结材料的颗粒尺寸可(例如)具有介于约0.5μπι与ΙΟμ??的间的尺寸。如本文使用，对于多孔烧结涂层，术语“纯钨”意指含有至少90重量％的钨的含钨材料。用于多孔烧结涂层和/或加热体的一个有用材料为真空金属化钨材料(VMW)。VMW材料为掺杂有ppm级硅酸铝钾的钨。掺杂与变形的组合形成晶粒组织，其导致升高的再结晶温度及改良的高温抗下垂性。由于其掺杂及晶粒组织，所以VMW展现出比纯钨更佳的延展性。
[0012]本发明加热组件还可包含连接部件(所谓的终端)，其用于加热组件的机械支撑和/或电气化。特别地，此类连接部件也由包含至少90重量％钨的材料制成。多孔烧结涂层的厚度特别地介于Iym与ΙΟΟΟμπι之间。优选地将多孔烧结涂层材料的厚度值降低至介于3 μ m与200 μ m之间。归因于此降低，可获得根据本发明之涂层，其制造相对容易且低廉，并且提供用于增加加热组件发射率的表面结构。有用的加热组件100的一个实例参见2012 年 8 月 7 日提交的发明名称为 “TERMINAL FOR MECHANICAL SUPPORT OF A HEATINGELEMENT”的美国申请N0.13/568，928，该申请的内容在此以引用的方式并入本文。
[0013]多孔烧结涂层的孔相对较大。特别地，多孔烧结涂层必须与没有任何孔的烧结涂层(即，紧密烧结涂层或完全烧结涂层)区分开。
[0014]根据本发明，本发明加热组件的特征可能在于加热体实质上具有平面维度。实质上具有平面维度的加热体导致实质上具有平面维度的加热组件。由于多孔烧结涂层具有厚度，沿着其全部几何延伸具有基本上或实质上相等的厚度，所以加热组件本身亦实质上具有平面维度。由于MOCVD反应器的平面加热器由根据本发明的至少一个或多个加热组件组装而成，所以这是有利的。实质上为平面维度的加热体很容易组装为MOCVD反应器的此类平面加热器。此外，此类平面加热器以及用于平面加热器的本发明加热组件在用于靶材(即，例如用于生产LED的晶圆)的旋转板(例如，晶座)的下方需要较少空间。而且，由于这样的加热体可以由板或板状元件切割而成，因此制造这种实质上具有平面维度的加热体也是相对容易的。因此，实质上具有平面维度的加热体亦可称作具有板状维度的加热体。此类加热体实质上在单一平面内延伸。
[0015]亦可为有利的是:本发明加热组件的特征在于多孔烧结涂层至少部分地冶金接合至加热体。这使其具有无需另一连接层的优点。特别是，不必使用黏接材料来将多孔烧结涂层接合至加热体。这导致加热组件具有容易且较不复杂的构造，使得其制造容易且低廉。根据本发明的此实施方案，无需其它步骤和其它层。
[0016]根据本发明，亦有可能加热组件的特征在于加热体进一步包含均至少部分地被多孔烧结涂层覆盖的两个相对侧面。由于加热体的两个侧面且特别的所有面被多孔烧结涂层覆盖，因而较容易制造。排除加热体的一些表面的任何方式是不必要的，因此制造过程得以简化。此外，加热组件的两侧的加热为均等的，使得直接加热、以及来自与MOCVD反应器内旋转板或靶材相背的加热组件的相对侧的间接加热可以是均等的。
[0017]根据本发明，亦有可能本发明加热组件的特征在于多孔烧结涂层包含位于外表面上的开放孔，其中所述开放孔具有突出区域，该突出区域延伸超出大于由多孔烧结涂层覆盖的加热体的表面区域的10%、优选地大于15%、更优选地大于18%。优选地，该值大于20%、更优选地大于30%。然而，为保持多孔烧结涂层的稳定性及耐久性，该值优选地小于70%、更优选地小于60%。换言之，多孔烧结涂层为没有完全烧结的烧结工艺的结果。特别是未发生紧密烧结。换言之，烧结工艺导致开放的烧结结果，亦即导致多孔烧结涂层的多孔表面。烧结涂层的多孔性特别地大于10%。由于多孔烧结涂层表面上的开放孔通常为碗形，所以其相对于加热体的二维表面的二维突出区域而言增大了表面。实质上应避免例如在1800摄氏度烧结的方式(特别是完全烧结)。
[0018]根据本发明，亦有可能本发明加热组件的特征在于多孔烧结涂层由工业纯钨制成。工业纯钨为没有主动添加其它合金材料的钨。使用工业纯钨具有使涂层与加热体之间产生较少终端应力的优点。特别地，多孔烧结涂层与加热体的材料相同，使得在加热期间多孔烧结涂层与加热体本身的热膨胀彼此相等。
[0019]根据本发明，亦有可能本发明加热组件的特征在于加热体在单一平面内至少部分地弯曲。加热组件亦可能以其它方式弯曲。由于该弯曲，可获得用于加热组件的特定圆形维度。例如，用于分别接收靶材(例如用于LED生产的晶圆)的旋转圆形板因而必须为圆形的平面加热器是有利的。此类圆形加热器可通过具有弯曲结构的若干加热组件来组装，使得每一加热组件包含加热器的圆形几何形状的一部分。曲率至少实质上仅为一个曲率。应该理解的是，其它方向上的任何其它曲率为较不重要的，尤其在半径大于100mm的情况下。换言之，在技术意义上，加热体在单一平面内至少部分地弯曲。
[0020]根据本发明，亦可能本发明加热组件的特征在于多孔烧结涂层的发射率大于或等于0.5。特别地，可获得较高的发射率值，亦即，例如0.65至0.75。多孔烧结涂层的发射率的增加导致整个加热组件的发射率增加。因此，用于加热步骤的必要功率得以减少。
[0021]本发明的另一目标在于将具有本发明特征的至少一个加热组件用于MOCVD反应器的平面加热器。因此，使用本发明的加热组件导致相同的优点，这些优点在上文中已结合本发明加热组件进行了详细论述。
[0022]本发明的另一目标在于提供一种反应器，其包含腔室、晶座、以及根据本发明的加热组件，所述晶座上安装有一个或多个晶圆。因此，使用本发明的加热组件导致相同的优点，这些优点在上文中已结合本发明加热组件进行了详细论述。
[0023]本发明的另一目标为一种用于制造加热组件(特别是用于MOCVD反应器中平面加热器的加热组件)的方法，其包含以下步骤:
[0024].提供加热体，其实质上在单一平面内延伸并且由包含至少90重量％钨的材料制成，
[0025].在加热体的表面上至少部分地涂覆悬浮液，该悬浮液包含具有至少90重量％钨的颗粒