专利名称：加热装置及化学气相沉积设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体设备，特别是一种加热装置及包括该加热装置的化学气相沉积设备。
背景技术：
在化学气相沉积设备，例如金属有机化合物化学气相沉积(Metal-organicChemical Vapor Deposition,MOCVD)设备中，通过加热装置对托盘和托盘上放置的衬底进行加热。请参考图1，现有的加热装置100包括:托盘I及位于所述托盘I下方的加热器2，所述加热器2包括电阻丝或电阻条等加热单元，能够在通电的情况下产生热量，以热辐射的形式对托盘2和承载于所述托盘2上的衬底进行加热。随着衬底的尺寸增大和衬底的数目增多,托盘I的尺寸随之增大,相应地,加热器2的尺寸也随之增大。为了保证托盘I的各个区域的受热更为均匀，现有技术将加热器2分为多个加热区域，每一加热区域对应托盘I的不同区域，以对托盘I进行加热。比如，以圆形的托盘I为例，对应的加热器2的形状为圆形，自加热器2的圆心沿半径方向向外,加热器2被分为内区21、中区22和外区23三个区域，分别用于与上方托盘I的对应区域进行加热。当需要调整托盘I上各个区域的温度分布时，技术人员可以对加热器2的各个加热区域的功率分布进行调整(例如可以是调整输入某电阻丝的电流)来实现。但是，仅仅依赖功率分布调整会有以下问题:
1、调整加热器的一个加热区域的功率，不仅仅会影响该加热区域对应的托盘的区域，也会影响到托盘的与该区域相邻的其他区域，这样在调整功率分布时，需要考虑该加热区域对托盘其他区域的影响，调整过程较为复杂；2、调整力度有限，当托盘各个区域之间的温度分布需要做大的调整时，有时仅仅调整功率分布无法将托盘的各个区域的温度分布调整至实际需要。因此，有必要对加热装置的结构进行改进，使其能够灵活调整对托盘各区的输出热量，使得对托盘更为均匀的加热。
发明内容
现有技术的加热装置对温度的控制较差，本发明提供一种加热装置及包括该加热装置的化学气相沉积设备，以解决上述问题。本发明提供一种加热装置，包括托盘和位于所述托盘下方的加热器，所述托盘和加热器之间具有间隙，所述加热器包括多个加热区域，所述多个加热区域分别正对所述托盘的不同区域；还包括多个气体填充单元；所述多个气体填充单元分别向所述加热器的各个加热区域与托盘之间的间隙中提供的缓冲气体的热传导系数不同。本发明提供的加热装置，采用了多个气体填充单元，向所述加热器的各个加热区域与托盘之间的间隙中提供的缓冲气体的热传导系数不同，则在对应不同加热区域的间隙中的缓冲气体的导热能力不同，这样就能够较佳的调整托盘的温度。本发明提供一种包含如上所述的加热装置的化学气相沉积设备。采用上述加热装置的化学气相沉积设备，在化学气相沉积过程中，能够获得更好的加热效果，从而保证了CVD过程较佳的进行。
图1为现有技术的加热装置的结构剖视图；图2为本发明实施方式的加热装置的结构剖视图。
具体实施例方式发明人经过对现有技术加热装置的深入研究发现，加热器和托盘之间具有缓冲气体，热量通过缓冲气体传递到托盘，现有技术中的缓冲气体为氮气，且充满于托盘和加热器之间。那么，若能够改变缓冲气体的性质，使得随着某一加热区域，调整位于该加热区域所对应的间隙中的缓冲气体的导热能力适，就可以调整对托盘的不同区域的加热，从而调整托盘表面的温度。鉴于上述分析，请参考图2，本发明提供一种加热装置200，包括托盘210和位于所述托盘210下方的加热器220，所述托盘210和加热器220之间具有间隙，所述间隙的宽度通常小于10_，以避免直接接触对托盘造成损坏。
所述加热器220分为多个加热区域，本实施方式以圆形托盘210为例，其加热器220也为圆形，则从圆心沿半径方向向外，加热器220被分为内区221、中区222和外区223三个加热区域，即内区221为圆形区域，中区222为包围内区221的环形区域，外区223为包围中区222的环形区域，其分别具有例如电阻丝等，用于对上方托盘210的对应区域进行加热。所述加热区域的划分可视情况而变动，例如直径为500毫米的托盘可分为上述三个加热区域，而直径700毫米的托盘则可分为四个加热区域，或者根据不同的温度要求，适当的划分加热区域，例如可以是两个加热区域，也可以是更多，优选的，所述多个加热区域可以分别独立对所述托盘210进行加热，即所述多个加热区域的加热功率分别独立控制和调整。所述加热区域优选为同心圆(环)，这是针对一般情况需要托盘具有整体相对平稳的温度，对于有着特殊要求的，例如需要托盘的某一区域的温度与其他区域不同，则可将加热器上对应的部分单独划分为一个加热区域，以便进行温度的调整。所述加热装置200还包括多个气体填充单元230，所述多个气体填充单元230分别设置于所述加热器220的不同加热区域中，每个气体填充单元230优选的包括多个穿过所加热器220的吹气管，所述多个吹气管分布在所述加热器220的对应加热器区中，具体的，在内区221、中区222及外区223中皆设置有多个吹气管，优选的，在每一个加热区中，所述多个吹气管均匀分布。所述吹气管向对应所述多个加热区的间隙中提供的缓冲气体的热传导系数不同，从而改变在某一加热区域所对应的间隙中的缓冲气体的导热能力，以有效的控制托盘的温度。所述缓冲气体优选为性质稳定，不易与加热装置200发生反应的气体；为使得向对应所述不同加热区的间隙通入缓冲气体的导热系数不相同，可以向对应所述不同加热区的间隙通入不同的气体，所述气体具有不同的热传导系数；如向对应所述内区221的间隙中通入第一缓冲气体，向对应所述中区222的间隙中通入第二缓冲气体，向对应所述外区223的间隙中通入第三缓冲气体，其中，所述第一缓冲气体的热传导系数〈所述第二缓冲气体的热传导系数〈所述第三缓冲气体的热传导系数；具体的，所述第一缓冲气体为氨气(NH3),所述第二缓冲气体为氦气(He)，所述第三缓冲气体为氢气(H2)。如此，所述加热器220对所述托盘210边缘部分的加热温度要大于所述托盘210中心区域的加热温度，使得所述托盘210的表面温度更易达到均匀。所述气体填充单元230通过导气管连接在气体源上，如位于内区221的气体填充单元230连接于内区气体源241，位于中区222的气体填充单元230连接于中区气体源242，位于外区223的气体填充单元230连接于外区气体源243，所述各个气体源提供缓冲气体。所述各个气体源还包括控制器，例如可以包括侦测气体流速，显示并控制混合气体的体积比等控制单元，以便根据需要随时控制所提供的缓冲气体的成分和流量。
·
优选的，为使得向所述不同加热区对应的间隙通入缓冲气体的导热系数不相同，可以向所述不同加热区对应的间隙通入组分相同的混合气体，但气体组分的的含量不相同。如在本实施例中，所述缓冲气体可以是包括第一缓冲气体和第二缓冲气体的混合气体，所述第一缓冲气体的热传导系数小于所述第二缓冲气体的热传导系数。向对应所述外区223的间隙通入的缓冲气体中第二缓冲气体与第一缓冲气体的体积比大于向对应所述中区222的间隙通入的缓冲气体中第二缓冲气体与第一缓冲气体的体积比，向对应所述中区222的间隙通入的缓冲气体中第二缓冲气体与第一缓冲气体的体积比大于向对应所述内区221的间隙通入的缓冲气体中第二缓冲气体与第一缓冲气体的体积比；从而补偿托盘边缘的热损耗；使得所述托盘210的表面温度更易达到均匀。当加热器220加热一段时间后，若需要对温度进行调整，则例如可以分别改变在对应所述外区223、所述中区222或所述内区221的间隙中第一缓冲气体和第二缓冲气体的体积比，从而适当的改变对应某一加热区域的间隙中的缓冲气体的导热能力。具体的，所述第一缓冲气体为氮气(N2),所述第二缓冲气体为氢气；由于托盘210的边缘处温度比中心区域的温度更容易降低，故缓冲气体分布为在对应所述外区223的间隙中缓冲气体为氢气，在对应所述内区221的间隙中缓冲气体为氮气，而在对应所述中区222的间隙中通入的缓冲气体则是氮气和氢气的混合气体，这可以在外区气体源243处接入氢气，在内区气体源241处接入氮气，而在中区气体源242处接入氢气和氮气，并按照所需要的比例混合均匀，然后通过气体填充单元230的吹气管将缓冲气体释放于所述间隙中。由于通过调节各个加热区对应的间隙中组分相同的缓冲气体的组分含量来调节导热能力，可以减少缓冲气体源的使用，降低成本。所述第一缓冲气体可以是氮气，所述第二缓冲气体还可以氦气或氩气(Ar)。需要说明的是，虽然在对应各个加热区域的间隙中缓冲气体不同，不可避免的有着气体的混合过程，然而缓冲气体是持续通入的，故尽管这种混合过程在发生，但是并不会产生实质性的影响，对应每个加热区域的间隙中依然能够维持较高纯度的相应的缓冲气体。基于上述实施方式所述的加热装置，可以得到一化学气相沉积设备，例如可以是MOCVD设备，具体的，可以将现有设备中的加热装置替换为本发明的加热装置，并作适应性调整，例如气体源的设置等。那么，通过本发明的加热装置，就能够使得MOCVD设备在对衬底进行加热时在200°C 1500°C的温度范围内能够达到符合要求的温度(或温度范围)，从而使得外延工艺的生长得到有效的控制，获取符合规格的膜层。本发明的加热装置还可以适用在其他需要用到类似加热装置的设备中，本发明对此不作限定。综上所述，本发明提供的加热装置，采用了多个气体填充单元，向所述加热器的各个加热区域与托盘之间的间隙中提供的缓冲气体的热传导系数不同，通过调整所述缓冲气体的成分，使得在对应不同加热区域的间隙中各个缓冲气体的体积比不相同，则在对应不同加热区域的间隙中的缓冲气体的导热能力不同，这样就能够较佳的调整托盘的温度。包含该加热装置的化学气相沉积设备在化学气相沉积过程中，能够获得更好的加热效果，避免了对衬底的不同区域加热不同的问题，从而保证了 CVD过程较佳的进行。显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这 些改动和变型在内。
权利要求
1.一种加热装置，包括托盘和位于所述托盘下方的加热器，所述托盘和加热器之间具有间隙，所述加热器包括多个加热区域，所述多个加热区域分别正对所述托盘的不同区域；其特征在于，还包括多个气体填充单元；所述多个气体填充单元分别向所述加热器的各个加热区域与托盘之间的间隙中提供的缓冲气体的热传导系数不同。
2.如权利要求1所述的加热装置，其特征在于，所述每个气体填充单元包括多个穿过所加热器的吹气管，所述多个吹气管均匀分布在所述加热器的对应加热器区域中。
3.如权利要求1所述的加热装置，其特征在于，所述加热器为电阻加热器。
4.如权利要求1所述的加热装置，其特征在于，所述多个加热区域分别独立对所述托盘进行加热。
5.如权利要求1所述的加热装置，其特征在于，所述缓冲气体至少包括第一缓冲气体和第二缓冲气体，所述第一缓冲气体的热传导系数小于第二缓冲气体的热传导系数，所述多个气体填充单元向所述间隙分别提供的缓冲气体中的第一缓冲气体和第二缓冲气体的体积比不相同。
6.如权利要求5所述的加热装置，其特征在于，所述多个加热区域分别为内区、围绕所述内区的中区和围绕所述中区的外区。
7.如权利要求6所述的加热装置，其特征在于，对应所述外区的间隙中第二缓冲气体与第一缓冲气体的体积比大于对应所述中区的间隙中第二缓冲气体与第一缓冲气体的体积比，对应所述中区的间隙中第二缓冲气体与第一缓冲气体的体积比大于对应所述内区的间隙中第二缓冲气体与第一缓冲气体的体积比`。
8.如权利要求5至7所述的加热装置，其特征在于，所述第一缓冲气体为氮气，所述第二缓冲气体为氢气。
9.如权利要求5至7所述的加热装置，其特征在于，所述第一缓冲气体为氮气，所述第二缓冲气体为氦气或氩气。
10.如权利要求1所述的加热装置，其特征在于，所述间隙小于等于10_。
11.一种化学气相沉积设备，其特征在于，包含如权利要求f 10中任意一项所述的加热装置。
全文摘要
本发明公开了一种加热装置。所述加热装置包括托盘和位于所述托盘下方的加热器，所述加热器包括多个加热区域；还包括多个气体填充单元；所述多个气体填充单元分别向所述加热器的各个加热区域与托盘之间的间隙中提供的缓冲气体的热传导系数不同，则在对应不同加热区域的间隙中的缓冲气体的导热能力不同，这样就能够较佳的调整托盘的温度。包含该加热装置的化学气相沉积设备在化学气相沉积过程中，能够获得更好的加热效果，避免了对衬底的不同区域加热不同的问题，从而保证了CVD过程较佳的进行。
文档编号C23C16/46GK103074612SQ20121059318
公开日2013年5月1日 申请日期2012年12月29日 优先权日2012年12月29日
发明者乔徽 申请人:光达光电设备科技(嘉兴)有限公司