专利名称：用于金属有机物化学沉积设备的加热装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体设备制造技术领域，特别是涉及一种金属有机物化学沉积设备
的加热装置。
背景技术：
用金属有机物化学气相沉积设备(M0CVD)设备生长薄膜材料，是将II或III族金 属有机化合物与VI或V族元素的氢化物共同通入反应室，混合气体流经加热的衬底表面时 发生一系列化学反应，并外延生长成化合物单晶薄膜。 反应室是整个MOCVD设备最核心的部分，决定了整个设备的性能。而腔体加热系 统是影响薄膜沉积质量的重要因素，其加热的均匀性以及升降温速度的控制直接影响着材 料外延的均匀性和生长界面的陡峭性，一个加热均匀、结构简单、易于控温的加热系统对 M0CVD设备来说是非常必要的。 MOCVD设备反应室内的加热系统一般有两种方式第一种方法是高频感应加热， 可以达到快速升温和降温的目的。但由于其线圈形状和放置位置非常重要，造成结构设计 复杂，不易于获得均匀的加热温度，常常造成衬底内温差达到l(TC以上；另外，感应加热的 原理要求衬托需要是石墨等这样的导体制作的，限制了衬托的可选择性。第二种方法就是 电阻加热方式，结构简单、易于控制，但常规的电阻加热也会由于热量局部聚集，造成衬托 上的温度不均匀。
发明内容
基于上述问题提出本发明。 本发明提出了一种用于金属有机物化学沉积设备的加热装置，包括至少两段炉 丝，该至少两段炉丝布置在同一加热平面内，且每一段炉丝连接到各自的电极；邻近所述加 热平面布置在至少两段炉丝下方的测温计，用于探测每一段炉丝的加热温度；和温度控制 器，该温度控制器基于测温计测得的温度，分别控制施加到每一段炉丝的加热功率以分别 控制该至少两段炉丝的加热温度，使该至少两段炉丝的加热温度均匀化。 可选地，至少两段炉丝包括外圈炉丝，外圈炉丝连接到两个外圈炉丝电极；和与 外圈炉丝同心布置在加热平面内的内圈炉丝，内圈炉丝连接到两个内圈炉丝电极。进一步 可选地，至少两段炉丝还包括位于内圈炉丝与外圈炉丝之间的中间炉丝，该中间炉丝同心 布置在加热平面内且连接到两个中间炉丝电极。采用三段炉丝加热有助于实现大面积温度 均匀可控。 可选地，炉丝利用钨或铼原料经过粉末冶金、轧制、铣削、线切割一系列工艺制备。 这样，可以获得达到200(TC的加热温度。
可选地，所述测温计为热偶。 有利地，加热装置还包括屏蔽罩，所述屏蔽罩在加热平面下方并且设置成围绕所 述至少两段炉丝将所述至少两段炉丝下方的空间包围。这样，既减小尾气流对温度的影响，同时又减少炉丝的热量损失。 可选地，基于所需加热的衬托的尺寸，至少一个炉丝的形状和尺寸能够被改变。例 如延长炉丝的盘绕可以实现大面积温度均匀可控。 可选地，每一个电极带有水冷装置。这提高了加热的稳定性和安全性。
利用本发明的技术方案，至少可以实现如下之一 1)采用多段炉丝加热，通过每段炉丝加热功率的独立控制和/或炉丝形状尺寸的 设计，实现大面积加热温度的均匀可控，避免了热量局部聚集造成温度不均匀，从而进一步 提高了外延材料的质量； 2)采用水冷电极和加热器屏蔽罩，进一步提高了加热的稳定性和安全性；
3)结构简单，易于控温。
图1为两段炉丝加热装置的设计示意图；
图2为加热装置的屏蔽罩设计示意图；禾口
图3为三段炉丝的设计示意图。
具体实施例方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在说明 书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本发明实施方式的 说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。
根据本发明的一种用于金属有机物化学沉积设备的加热装置，包括至少两段炉 丝，例如1、2，该至少两段炉丝布置在同一加热平面内，且每一段炉丝连接到各自的电极，例 如3、4 ;邻近所述加热平面布置在至少两段炉丝下方的测温计，例如热偶5，用于探测每一 段炉丝的加热温度；和温度控制器(未示出)，该温度控制器基于测温计测得的温度，分别 控制施加到每一段炉丝的加热功率以分别控制该至少两段炉丝的加热温度，使该至少两段 炉丝的加热温度均匀化。 至少两段炉丝可以包括外圈炉丝l，外圈炉丝连接到两个外圈炉丝电极；和与外 圈炉丝同心布置在加热平面内的内圈炉丝2，内圈炉丝连接到两个内圈炉丝电极。如图1和 图2中示例性地所示，加热装置包括外圈炉丝1和内圈炉丝2，炉丝可以是利用钨或铼原料 经过粉末冶金、轧制、铣削、线切割一系列工艺制备，其加热温度可以达到200(TC以上。每段 炉丝均独立连接两个电极，图1中显示了内圈炉丝2的连接电极3、4，炉丝下方贴近安置有 热偶5来探测加热温度，可以通过调整施加到炉丝的加热功率获得期望的内圈炉丝的加热 温度。同理，外圈炉丝的加热温度也可以独立控制获得。这样即可分别控制内圈炉丝和外 圈炉丝的加热温度，使加热温度均匀化。 除了上述的内圈炉丝和外圈炉丝之外，至少两段炉丝还可以包括位于内圈炉丝 1与外圈炉丝2之间的中间炉丝，该中间炉丝同心布置在加热平面内且连接到两个中间炉 丝电极。 加热装置还可以包括屏蔽罩6，屏蔽罩6在加热平面下方并且设置成围绕所述至 少两段炉丝将所述至少两段炉丝下方的空间包围。如附图2中所示。这既减小尾气流对温度的影响，同时也减少了加热丝的热量损失。 基于所需加热的衬托的尺寸，至少一个炉丝的形状和尺寸能够被改变。考虑所需 加热衬托的尺寸拓展，可改变炉丝形状尺寸、设计，延长炉丝的盘绕，或采用三段炉丝，可实 现大面积温度均匀可控。 根据本发明的用于金属有机物化学沉积设备的加热装置，可以用于外延生长包括 GaN、GaAs、 InGaN、 AlGaN、 AlInGaN在内的各种III-V族和II-VI化合物半导体材料或热处理。 本发明提供了一种金属有机物化学沉积设备的加热装置，其采用多段炉丝加热， 通过每段炉丝加热功率的独立控制和/或炉丝形状、尺寸的设计，实现大面积加热温度的 均匀可控，从而进一步提高了外延材料的质量。 尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以 理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行变化，本发明的范围由 所附权利要求及其等同物限定。
权利要求
一种用于金属有机物化学沉积设备的加热装置，包括至少两段炉丝，该至少两段炉丝布置在同一加热平面内，且每一段炉丝连接到各自的电极；邻近所述加热平面布置在至少两段炉丝下方的测温计，用于探测每一段炉丝的加热温度；和温度控制器，该温度控制器基于测温计测得的温度，分别控制施加到每一段炉丝的加热功率以分别控制该至少两段炉丝的加热温度，使该至少两段炉丝的加热温度均匀化。
2. 如权利要求1所述的加热装置，至少两段炉丝包括 外圈炉丝，外圈炉丝连接到两个外圈炉丝电极；禾口与外圈炉丝同心布置在加热平面内的内圈炉丝，内圈炉丝连接到两个内圈炉丝电极。
3. 如权利要求2所述的加热装置，至少两段炉丝还包括位于内圈炉丝与外圈炉丝之间的中间炉丝，该中间炉丝同心布置在加热平面内且连接 到两个中间炉丝电极。
4. 如权利要求l所述的加热装置，其中炉丝利用钨或铼原料经过粉末冶金、轧制、铣 削、线切割一系列工艺制备。
5. 如权利要求1所述的加热装置，其中所述测温计为热偶。
6. 如权利要求1-5中任一项所述的加热装置，加热装置还包括屏蔽罩，所述屏蔽罩在加热平面下方并且设置成围绕所述至少两段炉丝将所述至少两 段炉丝下方的空间包围。
7. 如权利要求l-5中任一项所述的加热装置，其中基于所需加热的衬托的尺寸，至少 一个炉丝的形状和尺寸能够被改变。
8. 如权利要求6所述的加热装置，其中基于所需加热的衬托的尺寸，至少一个炉丝的 形状和尺寸能够被改变。
9. 如权利要求1-5中任一项所述的加热装置，其中每一个电极带有水冷装置。
10. 如权利要求6所述的加热装置，其中每一个电极带有水冷装置。
全文摘要
本发明公开了一种用于金属有机物化学沉积设备的加热装置，包括至少两段炉丝，该至少两段炉丝布置在同一加热平面内，且每一段炉丝连接到各自的电极；邻近所述加热平面布置在至少两段炉丝下方的测温计，用于探测每一段炉丝的加热温度；和温度控制器，该温度控制器基于测温计测得的温度，分别控制施加到每一段炉丝的加热功率以分别控制该至少两段炉丝的加热温度，使该至少两段炉丝的加热温度均匀化。根据本发明的金属有机物化学沉积设备的加热装置采用多段炉丝加热，通过每段炉丝加热功率的独立控制和/或炉丝形状、尺寸的设计，实现大面积加热温度的均匀可控，从而提高了外延材料的质量。另外，采用水冷电极和加热器屏蔽罩，进一步提高了加热的稳定性和安全性。
文档编号C23C16/18GK101736311SQ20101003396
公开日2010年6月16日 申请日期2010年1月7日 优先权日2010年1月7日
发明者冉军学, 张露, 李晋闽, 殷海波, 王晓亮, 肖红领, 胡国新 申请人:中国科学院半导体研究所