专利名称：一种化学气相淀积反应器及反应腔的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及一种用于化学气相淀积的加热装置和一种与所述加热装置相配套的衬底 载盘，进一步是指所述加热装置由若干单独测控的扇形加热单元组成，在所述扇形加热单元 之间可以放置衬底载盘支撑或反应腔顶盖支撑。使用该加热装置和衬底载盘可以简化大型化 学气相淀积反应器的设计和结构，降低制造和使用大型化学气相淀积反应器的成本。该加热 装置适用于加热大直径环形或圆形或由若干扇形单元组成的环形或圆形衬底载盘等优点。
背景技术：
化学气相淀积通常需要在高温下分解气态反应剂。衬底表面的温度均匀性，可控性和准 确性直接影响化学气相淀积材料的均匀性，结构，组成，及其光电特性等。为了提升质量和 降低成本，化学气相淀积反应器的结构不断优化，方法不断改进，反应腔的尺寸也不断扩大， 对衬底表面的温度均匀性，可控性和准确性提出了越来越高的要求。
一种常用的化学气相淀积加热装置和相配套的衬底载盘如图1a所示，主要包括衬底载盘 106a，电阻加热装置126a,反应器底盘113a，以及衬底载盘支撑140a。使用时，所述电 阻加热装置126a通过热辐射加热衬底载盘106a到设定的温度。
为了获得均匀的温度分布，电阻加热装置126a通常由外中内几组环状加热区相套组成， 特别是外加热区，由于沿径向向外方向的散热较强，使得外加热区相对应的电阻丝温度可达 到1500。C 160CTC，大大縮短了外加热区电阻丝的寿命。在不同的化学气相淀积温度下，由 于外中内环形加热区之间的相互干扰，使得三者间很难达到合理的功率匹配，在衬底载盘 106a表面难以形成均匀的温度分布，达到设定温度的时间较长。随着反应腔尺寸和衬底载盘 106a直径的不断增加，所述电阻加热装置126a的功耗不同增加，使得对加热过程的控制越 来越困难，制造和使用单一加热装置的成本也越来越高。
另一种常用的化学气相淀积加热装置和相配套的衬底载盘如图1b所示，主要包括衬底载 盘106b，射频加热装置126b，反应器底盘113b，以及衬底载盘支撑140b。使用时，所述射频加热装置126b通过将射频耦合到衬底载盘106b，由衬底载盘106b自身发热加热衬底 载盘106b到设定的温度。
射频耦合的加热效率比电阻加热效率低约50%，直径约500mm的衬底载盘所消耗的射 频功率已超过150KW。为了使射频耦合加热的衬底载盘106b有比较均匀的温度分布，衬底 载盘106b必须有一定的厚度。随着反应腔尺寸和衬底载盘106b直径的不断增加，衬底载盘 106b的结构越来越复杂，制造和使用成本也越来越高，通过单一射频加热装置126b己难以 满足大尺寸衬底载盘106b的加热和控温需求。
很显然，通过单一加热装置无论是热辐射加热还是射频耦合加热大尺寸衬底载盘均存在 本质性的缺陷，特别是当反应腔尺寸和衬底载盘直径继续增加时，低效率的射频耦合加热装 置所要求的复杂衬底载盘结构，由外中内几组环状加热区相套组成的辐射加热装置已无法满 足工业化生产的需求。由于各种配件结构复杂，使得大尺寸单一加热装置有制造和使用成本 高，维护维修困难，和控制过程复杂等缺点。
本发明的目的是提供一种克服现在化学气相淀积使用单一加热装置和配套衬底载盘缺点 和不足的加热装置和配套衬底载盘，该加热装置和配套衬底载盘具备结构简单，控制方便， 和制造使用成本低等优点；本发明的另一个目的是提供一种适用于化学气相淀积的加热装置 和配套衬底载盘，该加热装置和配套衬底载盘能有效减少现有化学气相淀积反应器反应腔内 由于缺少刚性支撑而导致的衬底载盘在高温下变形和化学气相淀积反应器反应腔顶盖在低压 下变形的程度，从而消除所述变形对化学气相淀积过程的影响，弥补常用化学气相淀积反应 器反应腔在扩大反应腔尺寸时所受到的在结构等方面的局限。
发明内容
本实用新型提供一种化学气相淀积反应器，包含反应腔，该反应腔包括放置在所述反应 腔底盘中央的加热装置；所述加热装置由若干扇形加热单元组成，每个扇形加热单元由各自 的温度测量和电源系统来实现独立的加热过程和温度控制，并放置在相对应的加热单元支撑 上；所述扇形加热单元水平拼装形成的环形加热装置上方放置有圆形或环形衬底载盘；所述 加热单元通过热辐射或射频耦合加热所述衬底载盘。
本实用新型还提供一种化学气相淀积反应器反应腔，包含反应腔顶盖，反应腔底盘，筒 状反应腔侧壁，圆柱形顶盖支撑，环形气体扩散盘，环形衬底载盘，衬底载盘支撑，放置在 所述环形衬底载盘下方、由若干扇形加热单元组成、并放置在相对应的加热单元支撑上的加热装置，若干呈规则排列布置在衬底载盘上的衬底凹孔和衬底，和放置在所述反应腔底盘的 排气孔；所述圆柱形顶盖支撑放置在所述反应腔底盘的中央，所述圆柱形顶盖支撑和所述反 应腔的中心重合在一起；所述环形气体扩散盘下表面有若干通孔，所述环形气体扩散盘水平 放置在所述反应腔上部靠近所述反应腔顶盖的下方，并与所述反应腔顶盖的下表面形成所述 反应腔之上腔；所述环形气体扩散盘的上表面与所述反应腔顶盖的下表面之间的距离比所述 环形气体扩散盘的下表面与所述衬底载盘的上表面之间的距离短；所述气体扩散盘下表面呈 环形分布的通孔其径向方向上的宽度不小于所述衬底载盘上同样呈环形放置的衬底在径向方 向上的宽度；所述各加热单元之间形成加热单元隔缝，所述加热单元隔缝中放置有衬底载盘 支撑，所述衬底载盘支撑的顶部支撑到所述衬底载盘的下表面；所述扇形加热单元分别由各 自的温度测量和电源系统实现独立的加热过程和温度控制。
本实用新型还提供一种化学气相淀积反应器反应腔，包含反应腔顶盖，反应腔底盘，筒 状反应腔侧壁，圆柱形顶盖支撑，环形衬底载盘，衬底载盘支撑，气体引入盘，放置在所述 环形衬底载盘下方、由若干扇形加热单元组成、并放置在相对应的加热单元支撑上的加热装 置，若干呈规则排列布置在衬底载盘上的衬底凹孔和衬底，和放置在所述反应腔底盘的排气 孔；所述圆柱形顶盖支撑放置在所述反应腔底盘的中央，所述圆柱形顶盖支撑和所述反应腔 的中心重合在一起；所述气体引入盘放置在所述反应腔顶部靠近反应腔顶盖的下侧，所述气
体引入盘的下表面有若干组互不相通的通孔，通过所述若干组通孔可以向所述反应腔提供若 干股垂直向下的气流；每一组所述通孔与独立的供气单元连接；所述气体引入盘下表面呈环 形分布的通孔其径向方向上的宽度不小于所述衬底载盘上同样呈环形放置的衬底在径向方向 上的宽度；所述各加热单元之间形成加热单元隔缝，所述加热单元隔缝中放置有衬底载盘支 撑，所述衬底载盘支撑的顶部支撑到所述衬底载盘的下表面；所述扇形加热单元分别有各自 的温度测量和电源系统实现独立的加热过程和温度控制。
根据本发明的化学气相淀积反应器通常包含一种反应腔，该反应腔进一步包括一种放置 在所述反应腔底盘中心部位的加热装置。通常，所述加热装置由若干扇形加热单元组成，每 个加热单元由各自的温度测量和电源系统来实现独立的加热过程和温度控制。所述扇形加热 单元水平拼装形成的环形加热装置上方放置有一种圆形或环形衬底载盘。所述加热单元通过 热辐射或射频耦合加热所述衬底载盘。
根据本发明的化学气相淀积反应器通常包含一种反应腔，该反应腔进一步包括一种放置在所述反应腔底盘中心部位的加热装置。通常，所述加热装置由若干扇形加热单元组成，每 个加热单元由各自的温度测量和电源系统来实现独立的加热过程和温度控制。所述扇形加热
单元水平拼装形成的环形加热装置上方放置有一种圆形或环形或由若干扇形衬底载盘单元组 成的圆形或环形衬底载盘。所述扇形加热单元之间留有隔缝，所述隔缝中放置有衬底载盘支 撑。所述衬底载盘支撑的上部支撑到放置在所述加热装置上方的环形或圆形或由若干扇形单 元组成的衬底载盘的下表面，所述衬底载盘支撑可有效减少大尺寸衬底载盘在高温下的变形, 同时可减少所述扇形加热单元之间的相互干扰和影响。所述扇形加热单元通过热辐射或射频 耦合加热所述衬底载盘。
根据本发明的化学气相淀积反应器通常包含一种反应腔，该反应腔进一步包括一种放置
在所述反应腔底盘中心部位的加热装置。通常，所述加热装置由若干扇形加热单元组成，每 个加热单元由各自的温度测量和电源系统来实现独立的加热过程和温度控制。所述扇形加热
单元水平拼装形成的环形加热装置上方放置有一种由若干扇形衬底载盘单元组成的圆形或环 形衬底载盘。所述扇形加热单元之间留有隔缝，所述隔缝中放置有反应腔顶盖支撑。所述反 应腔顶盖支撑的上部支撑到化学气相淀积反应器反应腔顶盖的下表面。所述反应腔顶盖支撑 可有效减少大尺寸反应腔顶盖在低压下的变形，同时可减少所述扇形加热单元之间的相互干 扰和影响。所述扇形加热单元通过热辐射或射频耦合加热所述衬底载盘。
通过参照附图和参考本发明优选实施方案和应用实例的详细描述，本发明所述的目的， 优点以及其它特性将会变得更加清晰。
图1a:采用热辐射加热的化学气相淀积反应器反应腔局部剖视图
图1b:常规采用射频耦合加热的化学气相淀积反应器反应腔局部剖视图
图2: —种环形衬底载盘俯视图
图2a:沿着图2中的X-X-X线的剖视图 图2b:沿着图2a中的A-A线的剖视图
图2C: —种圆形衬底载盘俯视图 图3: —种环形衬底载盘俯视图
图3a:沿着图3中的Q-Q-Q线的剖视图图3b:沿着图3中的Y-Y线的剖视图 图3c:沿着图3a中的B-B线的剖视图
图3d: —种圆形衬底载盘俯视图
图3e: —种由若干扇形衬底载盘单元组成的环形衬底载盘俯视图
图3f: —种由若干扇形衬底载盘单元组成的圆形衬底载盘俯视图 图4: 一种化学气相淀积反应器反应腔顶部局部俯视图
图4a:沿着图4中的R-R-R线的剖视图
图4b:沿着图4中的P-P线的剖视图
图4c:沿着图4a中的C-C线的剖视图
图4d:沿着图4a中的D-D线的剖视图
图4e:另一种圆形衬底载盘俯视图
图5: —种化学气相淀积反应器反应腔顶部局部俯视图
图5a:沿着图5中的H-H-H线的剖视图
图5b:沿着图5中的J-J线的剖视图
图5c:沿着图5a中的L-L线的剖视图
图5d:沿着图5a中的K-K线的剖视图
图6:另一种化学气相反应器反应腔顶部局部俯视图
图6a:沿着图6中的0-0-0线的剖视图
图6b:沿着图6中的S-S线的剖视图
图6c:沿着图6a中的N-N线的剖视图
图6d:沿着图6a中的M-M线的剖视图
具体实施方式
本发明和本发明的各种加热装置实施方案可以通过以下优选方案的描述得到充分理解， 以下优选方案也可视为本发明权利要求的实例。显然，应该充分理解到由本发明权利要求所 定义的本发明所涵盖的内容要比以下描述的优选实施方案更加广泛。在不偏离本发明精神和 范围的情况下，借助于平常的技能可以产生更多的经过变更和修改的实施方案。所以，以下 描述的实施方案仅仅是为了举例说明而不是用来局限由本发明权利要求所定义的本发明的涵
8盖范围。
根据本发明一种实施方案， 一种化学气相淀积反应器反应腔通常包含一种环形衬底载盘
206 (见图2)，衬底载盘内孔203b，和呈规则排列放置在衬底载盘206上的衬底凹孔和衬底 200。环形衬底载盘206通常放置在衬底载盘支撑240a和240b上，扇形加热单元226a， 226b， 226c，和226d通常位于环形衬底载盘206下方，并放置在相对应的加热单元支撑227a， 227b， 227c，和227d上，加热单元支撑则放置在反应腔底盘213上，加热单元内侧与内衬 底载盘支撑240b形成内隔层262b,加热单元外侧与外衬底载盘支撑240a形成外隔层262a。 各扇形加热单元之间形成加热单元隔缝260a， 260b， 260c和260d。(见图2a和2b)
所述扇形加热单元226a， 226b， 226c和226d分别有各自的温度测量和电源系流实现 独立的加热过程和温度控制。
由于每个扇形加热单元尺寸小、功耗低，对每个扇形加热单元上方所对应的衬底载盘就 可以实现均匀快速稳定的加热过程和温度控制。整个衬底载盘可以通过控制各加热单元来实 现均匀快速稳定的加热过程和温度控制。任何扇形加热单元的失效并不影响其它单元的正常 工作，可以使损失降到最低。由于无需拆换整个加热装置，使得更换和调试扇形加热单元的 过程简单，使用维护成本低。
根据图2所示的本发明一种实施方案，另一种衬底载盘可以是中间无通孔的圆形衬底载 盘206x，和呈规则排列放置在衬底载盘206x上的衬底凹孔和衬底200x。(如图2c所示)
根据本发明另一种实施方案， 一种化学气相淀积反应器反应腔通常包含一种环形衬底载 盘306 (见图3)，衬底载盘内孔303b，和呈规则排列放置在衬底载盘306上的衬底凹孔和 衬底300。环形衬底载盘306通常放置在衬底载盘支撑340a和340b上，扇形加热单元326a， 326b，326c，和326d通常位于环形衬底载盘306下方，并放置在相对应的加热单元支撑327a， 327b， 327c,和327d上，加热单元支撑则放置在反应腔底盘313上，加热单元内侧与内衬 底载盘支撑340b形成内隔层362b，加热单元外侧与外衬底载盘支撑340a形成外隔层362a。 各扇形加热单元之间形成加热单元隔缝360a， 360b， 360c和360d，每个加热单元隔缝中放 置有衬底载盘支撑341a， 341b， 341c，和341d，衬底载盘支撑的顶部支撑到衬底载盘306 的下表面，以减少衬底载盘306在高温下的变形，同时衬底载盘支撑可以减少各扇形加热单 元之间的相互干扰和影响，提高每一个加热单元本身的测控精度与能力。(见图3a， 3b和3c)
所述扇形加热单元326a， 326b， 326c和326d分别有各自的温度测量和电源系流实现 独立的加热过程和温度控制。由于每个扇形加热单元尺寸小、功耗低，对每个扇形加热单元上方所对应的衬底载盘就 可以实现均匀快速稳定的加热过程和温度控制。整个衬底载盘可以通过控制各扇形加热单元 来实现均匀快速稳定的加热过程和温度控制。任何扇形加热单元的失效并不影响其它单元的 正常工作，可以使损失降到最低。由于无需拆换整个加热装置，使得更换和调试扇形加热单 元的过程简单，使用维护成本低。
根据图3所示的本发明一种实施方案，另一种衬底载盘可以是中间无通孔的圆形衬底载
盘306x，和呈规则排列放置在衬底载盘306x上的衬底凹孔和衬底300x。(如图3d所示)
根据图3所示的本发明一种实施方案，另一种衬底载盘可以是由若干扇形衬底载盘单元， 306ay， 306by， 306cy和306dy，组成的中间有通孔303by的环形衬底载盘，各扇形衬底载 盘单元之间的接缝一般位于衬底载盘支撑的上方。各扇形衬底载盘单元上有呈规则排列的衬 底凹孔和衬底300y。(如图3e所示)
根据图3所示的本发明一种实施方案，另一种衬底载盘可以是由若干扇形衬底载盘单元， 306az， 306bz, 306cz和306dz，组成的中间无通孔的圆形衬底载盘，各扇形衬底载盘单元 之间的接缝一般位于衬底载盘支撑的上方。各扇形衬底载盘单元上有呈规则排列的衬底凹孔 和衬底300z。(如图3f所示)
根据本发明另一种实施方案， 一种化学气相淀积反应器反应腔通常包含一种圆形反应腔 顶盖401 (见图4)，所述反应腔进一步包含由若干扇形衬底载盘单元，406a， 406b， 406c 和406d，组成的环形衬底载盘，衬底载盘内孔403b，和呈规则排列放置在衬底载盘406a， 406b, 406c和406d上的衬底凹孔和衬底400。扇形衬底载盘406a， 406b， 406c和406d 通常放置在衬底载盘支撑440a和440b上，扇形加热单元426a， 426b， 426c，和426d通 常分别位于扇形衬底载盘406a， 406b， 406c和406d下方，并放置在相对应的加热单元支 撑427a， 427b， 427c，和427d上，加热单元支撑则放置在反应腔底盘413上，加热单元 内侧与内衬底载盘支撑440b形成内隔层462b，加热单元外侧与外衬底载盘支撑440a形成 外隔层462a。各加热单元之间形成加热单元隔缝460a， 460b， 460c和460d,每个加热单 元隔缝中放置有反应腔顶盖支撑441a， 441b， 441c,和441d，反应腔顶盖支撑的顶部支撑 到反应腔顶盖401的下表面，以减少反应腔顶盖在低压下的变形，可以简化大尺寸顶盖设计， 也可以避免因大尺寸顶盖变形对化学气相淀积过程的影响，同时反应腔顶盖支撑可以减少各 加热单元之间的相互干扰和影响，提高每一个加热单元本身的测控精度与能力。(见图4a， 4b， 4c，禾口4d)所述扇形加热单元426a， 426b, 426c和426d分别有各自的温度测量和电源系流实现 独立的加热过程和温度控制。
由于每个加热单元尺寸小、功耗低，对每个加热单元上方所对应的衬底载盘就可以实现 均匀快速稳定的加热过程和温度控制。整个衬底载盘可以通过控制各加热单元来实现均匀快 速稳定的加热过程和温度控制。任何加热单元的失效并不影响其它单元的正常工作，可以使 损失降到最低。由于无需拆换整个加热装置，使得更换和调试加热单元的过程简单，使用维 护成本低。
根据图4所示的本发明一种实施方案，另一种衬底载盘可以是由若干扇形衬底载盘单元， 406ay， 406by， 406cy和406dy，组成的中间无通孔的圆形衬底载盘，各扇形衬底载盘单元 之间的接缝一般位于衬底载盘支撑的上方。各扇形衬底载盘单元上有呈规则排列的衬底凹孔 和衬底400y。(如图4e所示)
根据本发明另一种实施方案， 一种化学气相淀积反应器反应腔通常包含一种圆形反应腔 顶盖501 (见图5)，所述反应腔进一步包含一种反应腔顶盖501， 一种反应腔底盘513， 一 种筒状反应腔侧壁511， 一种圆柱形顶盖支撑502， 一种环形气体扩散盘504， 一种环形衬 底载盘506,衬底载盘内孔503b， 一种衬底载盘支撑540a和540b， 一种放置在所述环形衬 底载盘下方，由若千扇形加热单元526a， 526b， 526c,和526d组成，并放置在相对应的加 热单元支撑527a， 527b， 527c，和527d上的加热装置，若干呈规则排列放置在衬底载盘 506上的衬底凹孔和衬底500,和一种放置在所述反应腔底盘的排气孔509b。
所述圆柱形顶盖支撑502 —般放置在所述反应腔底盘513的中心部位，所述圆柱形顶盖 支撑502和所述圆柱形反应腔522的圆心通常重合在一起(同心圆放置方式)。所述圆柱形 顶盖支撑502的顶部支撑到所述反应腔顶盖501内侧的中央部位可有效减轻所述反应腔顶盖 501在低压下的变形，简化所述反应腔顶盖501的设计，降低所述反应腔顶盖501的制造与 使用成本，使得所述圆柱形反应腔522可以通过增加反应腔直径来增加每次可以淀积的衬底 数量或衬底面积。
所述环形气体扩散盘504下表面有若干通孔，所述环形气体扩散盘504通常水平放置在 所述圆柱形反应腔522上部靠近所述反应腔顶盖501的下方，并与所述反应腔顶盖501的下 表面形成所述圆柱形反应腔522之上腔520。所述环形气体扩散盘504的上表面与所述反应 腔顶盖501的下表面之间的距离通常比所述环形气体扩散盘504的下表面与所述衬底载盘 506的上表面之间的距离短，以便于所述上腔520内的径向气流能处于层流状态。所述气体扩散盘504下表面呈环形分布的通孔其径向方向上的宽度一般不小于所述衬底载盘506上同 样呈环形放置的衬底500在径向方向上的宽度，使得由所述通孔上垂直下流的气体能均匀完 整地覆盖全部衬底500的表面。
所述扇形加热单元内侧与内衬底载盘支撑540b形成内隔层562b，所述扇形加热单元外 侧与外衬底载盘支撑540a形成外隔层562a。各加热单元之间形成加热单元隔缝560a， 560b, 560c和560d，每个加热单元隔缝中放置有衬底载盘支撑541a， 541b， 541c，和541d，衬 底载盘支撑的顶部支撑到衬底载盘的下表面，以减少衬底载盘在高温下的变形，同时衬底载 盘支撑可以减少各加热单元之间的相互干扰和影响，提高每一个加热单元本身的测控精度与 能力。(见图5a， 5b， 5c，和5d)
所述扇形加热单元526a， 526b， 526c和526d分别有各自的温度测量和电源系流实现 独立的加热过程和温度控制。
由于每个加热单元尺寸小、功耗低，对每个加热单元上方所对应的衬底载盘就可以实现 均匀快速稳定的加热过程和温度控制。整个衬底载盘可以通过控制各加热单元来实现均匀快 速稳定的加热过程和温度控制。任何加热单元的失效并不影响其它单元的正常工作，可以使 损失降到最低。由于无需拆换整个加热装置，使得更换和调试加热单元的过程简单，使用维 护成本低。
使用根据本发明另一种实施方案的一种化学气相淀积反应器反应腔(如图5a所示)进行 化学气相淀积的一种应用实例可如下所述。 一股主要包含V族反应剂，如NH3，的气流和另 一股主要包含III族反应剂，如TMGa， TMAI和TMIn,的气流分别从所述圆柱形反应腔522 的侧壁中部，并位于所述环形气体扩散盘504和所述环形衬底载盘506之间的环形气体喷嘴 沿径向由外向内方向导入到所述圆柱形反应腔522中。另一股主要包含惰性气体，如Ar，或 载气，如H2， N2，或V族反应剂，如NH3，或lll族反应剂，如TMGa， TMAI和TMIn，或 它们的混合物从所述圆柱形反应腔522的侧壁上部，并位于所述反应腔顶盖501下表面和所 述气体扩散盘504上表面之间的环形气体引入环沿径向由外向内方向引入到所述上腔520 内，所述上腔520内的气体再经由所述气体扩散盘504上的通孔以垂直于所述衬底载盘506 表面的方向进入到所述圆柱形反应腔522内，所形成的垂直气流覆盖整个所述衬底载盘506 的表面。
由所述环形气体喷嘴径向进入所述圆柱形反应腔522的气体可能会由于不同的气体密 度，不同的气体流速，和不同的气体温度在所述圆柱形反应腔522上方外侧或所述环形气体
12扩散盘504下方外侧形成环形涡流。经所述通孔垂直向下的气流可有效防阻所述环形涡流的 形成。如图5a所示，在垂直气流作用下，沿径向由外向内的气流可以保持其层流状态，直到 经所述衬底载盘内孔503b排出所述反应腔522。垂直气流和径向气流相互交叉，并在所述环 形衬底载盘506附近相遇混合，减少了不同反应剂之间发生气相反应的时间，可以提高气相 反应的效率和气相淀积的质量。
当气流由外圆周沿径向向内方向流动时，圆周截面积不断减少，气流速度不断加快，反 应剂的质量密度也不断增加。其中，不断增加的气流速度使界面层的厚度沿径向向内方向不 断减少，由气相扩散到衬底表面的反应剂会随之增加。气流速度和反应剂质量密度沿径向向 内方向的增加(又称为气流会聚效应)共同补偿了由于反应剂耗尽效应所引起的化学气相淀积 速度的下降。所述m族反应剂沿径向由外向内方向流动所发生的耗尽效应被气流会聚效应所 补偿，所以无需旋转衬底500和域衬底载盘506也能获得均匀的化学气相淀积，可简化所述 衬底载盘506的设计和降低所述圆柱形反应腔的制造和使用成本。由图5a所示，由于所述 气体导入装置均水平放置在所述圆柱形反应腔的侧壁，从而可简化所述反应腔顶盖501的设 计，并降低其制造和使用成本。此外，由于所述反应腔顶盖501无任何气体导入装置，每次 化学气相淀积后都可以对所述反应腔顶盖501内侧进行彻底的清理，从而确保化学气相淀积 过程的重复性，再现性和一致性。
根据本发明另一种实施方案， 一种化学气相淀积反应器反应腔通常包含一种圆形反应腔 顶盖601 (见图6)，所述反应腔进一步包含一种反应腔顶盖601 ， 一种反应腔底盘613， 一 种筒状反应腔侧壁611， 一种圆柱形顶盖支撑602， 一种环形衬底载盘606，衬底载盘内孔 603b， 一种衬底载盘支撑640a和640b， 一种气体引入盘604， 一种放置在所述环形衬底载 盘下方，由若干扇形加热单元626a， 626b, 626c，和626d组成，并放置在相对应的加热单 元支撑627a， 627b， 627c，和627d上的加热装置，若干呈规则排列放置在衬底载盘606 上的衬底凹孔和衬底600，和一种放置在所述反应腔底盘的排气孔609a， 609b。
所述圆柱形顶盖支撑602 —般放置在所述反应腔底盘613的中心部位，所述圆柱形顶盖 支撑602和所述圆柱形反应腔622的圆心通常重合在一起(同心圆放置方式)。所述圆柱形 顶盖支撑602的顶部支撑到所述反应腔顶盖601内侧的中央部位可有效减轻所述反应腔顶盖 601在低压下的变形，简化所述反应腔顶盖601的设计，降低所述反应腔顶盖601的制造与 使用成本，使得所述圆柱形反应腔622可以通过增加反应腔直径来增加每次可以淀积的衬底 数量或衬底面积。
13所述气体引入盘604放置在所述圆柱形反应腔622顶部靠近反应腔顶盖601的下侧，所 述气体引入盘604的下表面有若干组互不相通的通孔，通过所述若干组通孔可以向所述圆柱 形反应腔622提供若干股垂直向下的气流。每一组所述通孔与独立的供气单元连接。所述气 体引入盘604下表面呈环形分布的通孔其径向方向上的宽度一般不小于所述衬底载盘606上 同样呈环形放置的衬底600在径向方向上的宽度，使得由所述通孔上垂直下流的气体能均匀 完整地覆盖全部衬底600的表面。
所述扇形加热单元内侧与内衬底载盘支撑640b形成内隔层662b，所述扇形加热单元外 侧与外衬底载盘支撑640a形成外隔层662a。各加热单元之间形成加热单元隔缝660a， 660b， 660c和660d，每个加热单元隔缝中放置有衬底载盘支撑641a， 641b， 641c，和641d,衬 底载盘支撑的顶部支撑到衬底载盘606的下表面，以减少衬底载盘606在高温下的变形，同 时衬底载盘支撑可以减少各加热单元之间的相互干扰和影响，提高每一个加热单元本身的测 控精度与能力。(见图6a， 6b， 6c和6d)
所述扇形加热单元626a， 626b, 626c和626d分别有各自的温度测量和电源系流实现 独立的加热过程和温度控制。
由于每个加热单元尺寸小、功耗低，对每个加热单元上方所对应的衬底载盘就可以实现 均匀快速稳定的加热过程和温度控制。整个衬底载盘可以通过控制各加热单元来实现均匀快 速稳定的加热过程和温度控制。任何加热单元的失效并不影响其它单元的正常工作，可以使 损失降到最低。由于无需拆换整个加热装置，使得更换和调试加热单元的过程简单，使用维 护成本低。
使用根据本发明另一种实施方案的一种化学气相淀积反应器反应腔(如图6a所示)进行 化学气相淀积的一种应用实例可如下所述。 一股主要包含V族反应剂，如NHs，的气流和另 一股主要包含川族反应剂，如TMGa， TMAI和TMIn,的气流分别由各自独立的一组通孔沿 垂直于所述衬底载盘606表面方向向下引入到所述圆柱形反应腔622内。所述气流均匀覆盖 整个所述衬底载盘606，所以无须旋转所述衬底600和/或衬底载盘606也能得到均匀的化学 气相淀积，从而简化所述衬底载盘606的设计，降低所述圆柱形反应腔622的制造和使用成 本。垂直向下的气流本身能有效抑制热对流，从而确保所述衬底载盘606表面上的气流始终 处于层流状态。
根据本发明所述实施方案的一种适用于化学气相淀积的加热装置，该加热装置通常由若 干扇形加热单元组成，每个加热单元由各自的温度测量和电源系统来实现独立的加热过程和温度控制；由于每个加热单元尺寸小、功耗低，对每个加热单元上方所对应的衬底载盘就可 以实现均匀快速稳定的加热过程和温度控制；整个衬底载盘可以通过控制各加热单元来实现
均匀快速稳定的加热过程和温度控制；任何加热单元的失效并不影响其它单元的正常工作， 可以使损失降到最低。由于无需拆换整个加热装置，使得更换和调试加热单元的过程简单， 使用维护成本低。
权利要求1. 一种化学气相淀积反应器，包含反应腔，该反应腔包括放置在所述反应腔底盘中央的加热装置；其特征在于，所述加热装置由若干扇形加热单元组成，每个扇形加热单元由各自的温度测量和电源系统来实现独立的加热过程和温度控制，并放置在相对应的加热单元支撑上；所述扇形加热单元水平拼装形成的环形加热装置上方放置有圆形或环形衬底载盘；所述加热单元通过热辐射或射频耦合加热所述衬底载盘。
2. 根据权利要求1所述的化学气相淀积反应器，其特征在于，所述圆形或环形衬底载盘由 圆形或环形或由若干扇形衬底载盘单元组成；所述扇形加热单元之间留有隔缝，所述隔 缝中放置有衬底载盘支撑；所述衬底载盘支撑的顶部支撑到放置在所述加热装置上方的 环形或圆形或由若干扇形单元组成的环形或圆形衬底载盘的下表面；所述扇形衬底载盘 单元之间的接缝位于衬底载盘支撑的上方。
3. 根据权利要求1所述的化学气相淀积反应器，其特征在于，所述圆形或环形衬底载盘由 若干扇形衬底载盘单元组成；所述扇形加热单元之间留有隔缝，所述隔缝中放置有反应 腔顶盖支撑；所述反应腔顶盖支撑的顶部支撑到反应腔顶盖的下表面。
4.一种化学气相淀积反应器反应腔，包含反应腔顶盖，反应腔底盘，筒状反应腔侧壁，圆 柱形顶盖支撑，环形气体扩散盘，环形衬底载盘，衬底载盘支撑，放置在所述环形衬底 载盘下方、由若干扇形加热单元组成、并放置在相对应的加热单元支撑上的加热装置， 若干呈规则排列布置在衬底载盘上的衬底凹孔和衬底，和放置在所述反应腔底盘的排气 孔；其特征在于，所述圆柱形顶盖支撑放置在所述反应腔底盘的中央，所述圆柱形顶盖 支撑和所述反应腔的中心重合在一起；所述环形气体扩散盘下表面有若干通孔，所述环 形气体扩散盘水平放置在所述反应腔上部靠近所述反应腔顶盖的下方，并与所述反应腔 顶盖的下表面形成所述反应腔之上腔；所述环形气体扩散盘的上表面与所述反应腔顶盖 的下表面之间的距离比所述环形气体扩散盘的下表面与所述衬底载盘的上表面之间的 距离短；所述气体扩散盘下表面呈环形分布的通孔其径向方向上的宽度不小于所述衬底 载盘上同样呈环形放置的衬底在径向方向上的宽度；所述各加热单元之间形成加热单元 隔缝，所述加热单元隔缝中放置有衬底载盘支撑，所述衬底载盘支撑的顶部支撑到所述 衬底载盘的下表面；所述扇形加热单元分别由各自的温度测量和电源系统实现独立的加 热过程和温度控制。
5. —种化学气相淀积反应器反应腔，包含反应腔顶盖，反应腔底盘，筒状反应腔侧壁，圆 柱形顶盖支撑，环形衬底载盘，衬底载盘支撑，气体引入盘，放置在所述环形衬底载盘下方、由若干扇形加热单元组成、并放置在相对应的加热单元支撑上的加热装置，若干 呈规则排列布置在衬底载盘上的衬底凹孔和衬底，和放置在所述反应腔底盘的排气孔； 其特征在于，所述圆柱形顶盖支撑放置在所述反应腔底盘的中央，所述圆柱形顶盖支撑 和所述反应腔的中心重合在一起；所述气体引入盘放置在所述反应腔顶部靠近反应腔顶 盖的下侧，所述气体引入盘的下表面有若干组互不相通的通 L，通过所述若干组通孔可 以向所述反应腔提供若干股垂直向下的气流；每一组所述通孔与独立的供气单元连接； 所述气体引入盘下表面呈环形分布的通孔其径向方向上的宽度不小于所述衬底载盘上 同样呈环形放置的衬底在径向方向上的宽度；所述各加热单元之间形成加热单元隔缝， 所述加热单元隔缝中放置有衬底载盘支撑，所述衬底载盘支撑的顶部支撑到所述衬底载 盘的下表面；所述扇形加热单元分别有各自的温度测量和电源系统实现独立的加热过程 和温度控制。
专利摘要本实用新型揭示了一种用于化学气相淀积反应器及其反应腔。其中，加热装置由若干单独测控的扇形加热单元组成，在所述扇形加热单元之间可以放置衬底载盘支撑或反应腔顶盖支撑。所述加热装置具有结构简单，操作与维修方便，制造和使用成本低等优点，适用于大直径化学气相淀积反应器反应腔中加热环形或圆形或由若干扇形衬底载盘单元组成的环形或圆形衬底载盘。
文档编号C23C16/46GK201313935SQ20082013338
公开日2009年9月23日 申请日期2008年9月2日 优先权日2008年9月2日
发明者刚 李 申请人:刚 李