专利名称：一种用于mocvd反应室的电磁加热装置的制作方法
技术领域：
本发明属于微电子技术领域，特别涉及一种用于MOCVD反应室的电磁加热装置。
背景技术：
目前，利用金属有机化学气相淀积MOCVD技术淀积半导体薄膜，是微电子和光电子领域以及半导体集成电路领域的一种不可或缺的技术。反应室是MOCVD设备的核心部分，晶片的温度均匀分布是反应室设计的基本要求之一。MOCVD反应室加热方式主要有感应加热和电阻加热，与电阻加热方式相比，感应加热具有加热速度快、不需要整体加热和无沾污等优点，一直为人们所青睐。但传统用的感应加热式MOCVD反应室中，由于感生电流的集肤效应(也称趋肤效应)，使得晶片温度分布不均匀，这个问题是制约感应加热的MOCVD反应 室特别是大尺寸，如八英寸、十二英寸和十六英寸等反应室进一步发展的一个瓶颈，迄今为止，对于大尺寸的反应室，关于如何降低因感生电流的集肤效应对晶片温度分布均匀性的影响，从而提高晶片温度分布的均匀性这一问题仍有待解决。目前，国内外对于这方面的研究还较少，相关的研究主要如下几种H. Hanawa等提出了一种多区域感应加热方式，其主要方法是对不同加热区域的线圈施加不同的电功率，目的是提高晶片温度分布的均勻性，参见Mut1-zone induction heating for improvedtemperature uniformity in MOCVD and HVPE chambers. United States Patent, 2011，Pub. No. : US 2011/0259879A1.但这种方式结构复杂，不同区域的温度不容易控制。中国专利名称为电磁加热装置，专利号ZL200810232210. 8。公开了一种电磁加热装置，这种加热装置由线圈和发热体组成，线圈环绕在发热体的周围，发热体上刻环形槽，环形槽的目的是改变发热体的热传导方向，与传统的发热体相比，这种刻环形槽的发热体提高了其上表面温度分布的均匀性。这种装置，对小尺寸的晶片(如半径两英寸以下)是适应的，但对大尺寸的MOCVD反应室，由于晶片半径增大，如果想使晶片获得均匀加热，对应的基座高度必须增大，这使得生长薄膜材料时，对温度的迅速切换造成一定的影响。
发明内容
为解决以上技术上的不足，本发明提供了一种用于MOCVD反应室的电磁加热装置，它用以提高被加热晶片温度分布的均匀性，不影响晶片温度的迅速切换和基座的旋转，有利于提高生长薄膜的质量。本发明是通过以下措施实现的
本发明的一种用于MOCVD反应室的电磁加热装置，包括石墨基座和线圈，所述石墨基座为圆柱形且线圈设直在石墨基座的下方，所述石墨基座上表面设直有向下凹陷的圆环形凹槽。上述圆环形凹槽分为上下两级且均与石墨基座同心，上级圆环形凹槽的外直径大于下级圆环形凹槽的外直径，石墨基座中心设置有中心柱，所述中心柱的顶部与上级圆环形凹槽的底部在同一平面上。
上述下级圆环形凹槽的内半径是石墨基座半径的O. 3倍，下级圆环形凹槽的外半径是石墨基座半径的O. 8倍，下级圆环形凹槽的深度是石墨基座高度的O. 7倍。上述下级圆环形凹槽的深度大于上级圆环形凹槽的深度。上述上级圆环形凹槽的外直径和深度与晶片的直径和厚度一致。上述线圈以同心圆的方式均匀盘绕在石墨基座的下方。上述线圈距石墨基座底部距尚小于石墨基座的闻度，线圈中心与最外层线圈的距离和石墨基座半径近似相等。本发明的有益效果是圆环形凹槽改变了传统石墨基座单一的加热方式，根据电磁感应加热的特性，既有直接的热传导，又有辐射加热，提高了晶片温度分布的均匀性。对于大尺寸的晶片来说，不需要增加基座的高度，结构简单，加热效率高，更加适合在大尺寸 的MOCVD反应室中使用。
图1为本发明的剖面结构示意图。图2为本发明的部分剖面结构立体图。图3为本发明与传统的效果对比图。其中1石墨基座，2上级圆环形凹槽，3晶片，4下级圆环形凹槽，5中心柱，6线圈。
具体实施例方式如图1、2所述，本发明的一种用于MOCVD反应室的电磁加热装置，包括石墨基座I和线圈6,石墨基座I为圆柱形且线圈6设直在石墨基座I的下方，石墨基座I上表面设直有向下凹陷的圆环形凹槽。圆环形凹槽分为上下两级且均与石墨基座I同心，上级圆环形凹槽2的外直径大于下级圆环形凹槽4的外直径，石墨基座I中心设置有中心柱5，中心柱5的顶部与上级圆环形凹槽2的底部在同一平面上。下级圆环形凹槽4的深度大于上级圆环形凹槽2的深度。上级圆环形凹槽2的外直径和深度与晶片3的直径和厚度一致。线圈6以同心圆的方式均匀盘绕在石墨基座I的下方。为了使晶片3受热更加均匀，下级圆环形凹槽4的内半径是石墨基座I半径的O. 3倍，下级圆环形凹槽4的外半径是石墨基座I半径的O. 8倍，下级圆环形凹槽4的深度是石墨基座I高度的O. 7倍。其工作原理为晶片3放在上级圆环形凹槽2内，其边缘和中心与石墨基座I直接接触，而中间一部分位于下级圆环形凹槽4上方，不与石墨基座I直接接触。石墨基座I底部的线圈6内通入高频交变电流后，石墨基座I由于电磁感应产生涡旋电流，从而使其加热。热量沿石墨基座I向上传导，晶片3的中心区域和边缘受到石墨基座I的直接热传导，由于设置了下级圆环形凹槽4，阻断了石墨基座I对晶片3的直接热传导，而变成了热辐射方式，因此晶片3的中间部分受到的是热辐射，直接热传导的效率要高于热辐射，因此使晶片3的受热更加均匀。也就是由于下级圆环形凹槽4产生了热辐射，而热传导和热辐射相结合的加热方式，从而晶片3温度分布的均匀性得到提高。以下通过具体实施例加以说明
加热晶片3半径R为101. 6毫米(4英寸)、石墨基座I的高度H是26. 9毫米、石墨基座I半径Rl是105. 6毫米，在传统的石墨基座I上表面刻上级圆环形凹槽2，，其半径为R±1毫米，用于放置晶片3。再在基座内刻下级圆环形凹槽4，其内半径为O. 3*R1、外半径为O. 8*R1、深度为O. 7*H ;呈同心圆分布的线圈6位于基座下方,线圈6中心线距石墨基座I底部距离小于石墨基座I的高度，线圈6中心与最外层线圈6的距离和基座半径近似相
坐寸ο对于大尺寸的晶片3 (如十二英寸和十六英寸)加热，本发明同样适应，只要相应调整石墨基座I大小、圆环形凹槽半径和深度以及线圈6匝数即可。这种加热装置容易加工且易于控制。本发明将石墨基座I中因感应广生的热量进彳丁重新分配，使石墨基座I感应广生的热量以两种不同传热方式对被加热晶片3的不同位置进行加热。通过对本结构计算仿真结果表明，用这种加热结构，晶片3的温度分布均匀性比传统用的石墨基座I提高约50%。 以上所述仅是本专利的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本专利的保护范围。
权利要求
1.一种用于MOCVD反应室的电磁加热装置，包括石墨基座和线圈，其特征在于所述石墨基座为圆柱形且线圈设置在石墨基座的下方，所述石墨基座上表面设置有向下凹陷的圆环形凹槽。
2.根据权利要求1所述用于MOCVD反应室的电磁加热装置，其特征在于所述圆环形凹槽分为上下两级且均与石墨基座同心，上级圆环形凹槽的外直径大于下级圆环形凹槽的外直径，石墨基座中心设置有中心柱，所述中心柱的顶部与上级圆环形凹槽的底部在同一平面上。
3.根据权利要求1所述用于MOCVD反应室的电磁加热装置，其特征在于所述下级圆环形凹槽的内半径是石墨基座半径的0. 3倍，下级圆环形凹槽的外半径是石墨基座半径的0.8倍，下级圆环形凹槽的深度是石墨基座高度的0. 7倍。
4.根据权利要求1所述用于MOCVD反应室的电磁加热装置，其特征在于所述下级圆环形凹槽的深度大于上级圆环形凹槽的深度。
5.根据权利要求1所述用于MOCVD反应室的电磁加热装置，其特征在于所述上级圆环形凹槽的外直径和深度与晶片的直径和厚度一致。
6.根据权利要求1所述用于MOCVD反应室的电磁加热装置，其特征在于所述线圈以同心圆的方式均匀盘绕在石墨基座的下方。
7.根据权利要求1所述用于MOCVD反应室的电磁加热装置，其特征在于所述线圈距石墨基座底部距尚小于石墨基座的闻度，线圈中心与最外层线圈的距尚和石墨基座半径近似相等。
全文摘要
本发明的一种用于MOCVD反应室的电磁加热装置，包括石墨基座和线圈，所述石墨基座为圆柱形且线圈设置在石墨基座的下方，所述石墨基座上表面设置有向下凹陷的圆环形凹槽。本发明的有益效果是圆环形凹槽改变了传统石墨基座单一的加热方式，根据电磁感应加热的特性，既有直接的热传导，又有辐射加热，提高了晶片温度分布的均匀性。对于大尺寸的晶片来说，不需要增加基座的高度，结构简单，加热效率高，更加适合在大尺寸的MOCVD反应室中使用。
文档编号C23C16/46GK103014673SQ201210577369
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月27日 优先权日2012年12月27日
发明者李志明, 李金屏, 江海鹰 申请人:济南大学