一種使用射頻加熱的桶式cvd設(shè)備反應(yīng)室的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種使用射頻加熱的桶式CVD設(shè)備反應(yīng)室，包括：具有雙層管狀結(jié)構(gòu)的水冷壁，該水冷壁的內(nèi)管腔中設(shè)有反應(yīng)室，而內(nèi)、外管之間至少與該反應(yīng)室相應(yīng)的區(qū)域內(nèi)分布有冷卻介質(zhì)容置腔；設(shè)于該反應(yīng)室內(nèi)的加熱基座，且該加熱基座上分布有若干凹槽；分布于該加熱基座與水冷壁內(nèi)管之間的整流罩；至少繞設(shè)在該水冷壁外壁上與該反應(yīng)室相應(yīng)區(qū)域內(nèi)的感應(yīng)線圈。本發(fā)明通過采用桶式結(jié)構(gòu)的反應(yīng)室，可以滿足多片晶片同時生長，而通過采用射頻感應(yīng)加熱，同時有直接熱傳導(dǎo)和輻射加熱，提高了晶片溫度分布的均勻性，尤其是對于大尺寸的晶片來說，加熱不受反應(yīng)室直徑大小的限制，加熱速度快、效率高、溫度高、加熱狀態(tài)穩(wěn)定，適合在大尺寸的高溫CVD反應(yīng)室中使用。
【專利說明】—種使用射頻加熱的桶式CVD設(shè)備反應(yīng)室
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種CVD設(shè)備，具體涉及一種使用射頻加熱的桶式CVD設(shè)備反應(yīng)室?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]化學(xué)氣相沉積CVD設(shè)備的核心部分是反應(yīng)室，其中，反應(yīng)室設(shè)計的基本要求是晶片生長的快速均勻加熱，晶片生長也越來越向大尺寸襯底生長方向發(fā)展。CVD反應(yīng)室的傳統(tǒng)加熱方式是電阻絲加熱，電阻絲加熱受反應(yīng)室體直徑大小等的限制，當(dāng)腔體直徑太大時，升溫速度會降低，腔體內(nèi)部溫度分布不均勻，并且當(dāng)加熱溫度越高，電阻絲上通過的電流就越大，容易發(fā)生電阻絲熔斷、氧化等故障。此外，電阻絲加熱存在熱傳導(dǎo)損失，并導(dǎo)致環(huán)境溫度上升，且功率密度低，無法適應(yīng)高溫需要。如何解決現(xiàn)有CVD設(shè)備反應(yīng)室所存在的技術(shù)問題，是研發(fā)人員所面臨的重要課題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]鑒于現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的主要目的在于提供一種使用射頻加熱的桶式CVD設(shè)備反應(yīng)室，其可用于多片晶片同時生長，提高被加熱晶片溫度分布的均勻性，加熱不受反應(yīng)室體直徑大小限制，加熱速度快、效率高、加熱溫度高，有利于提高生長薄膜的質(zhì)量，適合在大尺寸的CVD反應(yīng)室中使用，尤其是需要加熱到高溫的CVD設(shè)備。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案:
一種使用射頻加熱的桶式CVD設(shè)備反應(yīng)室,包括:
具有雙層管狀結(jié)構(gòu)的水冷壁，所述水冷壁的內(nèi)管腔中設(shè)有反應(yīng)室，而內(nèi)、外管之間至少與所述反應(yīng)室相應(yīng)的區(qū)域內(nèi)分布有冷卻介質(zhì)容置腔，
設(shè)于所述反應(yīng)室內(nèi)的加熱基座，且所述加熱基座上分布有一個以上凹槽，
分布于所述加熱基座與所述水冷壁內(nèi)管之間的整流罩，以及，
至少繞設(shè)在所述水冷壁外壁上與所述反應(yīng)室相應(yīng)區(qū)域內(nèi)的感應(yīng)線圈。
[0005]作為較為優(yōu)選的實施方案之一，所述水冷壁具有雙層圓管結(jié)構(gòu)，所述水冷壁的內(nèi)管腔為反應(yīng)室，而內(nèi)、外管之間為冷卻介質(zhì)容置腔。
[0006]作為較為優(yōu)選的實施方案之一，所述加熱基座包括具有多面臺型結(jié)構(gòu)的石墨基座，且所述石墨基座的各側(cè)面上均勻分布復(fù)數(shù)個凹槽，特別是圓形凹槽，其中任一凹槽的直徑和深度均與晶片的直徑和厚度一致。
[0007]作為較為優(yōu)選的實施方案之一，所述整流罩包括具有多面桶式結(jié)構(gòu)的石英整流罩，且所述石英整流罩的各側(cè)面均與所述加熱基座的各側(cè)面平行。
[0008]作為較佳的應(yīng)用方案之一，所述石墨基座的至少一側(cè)面與豎直方向的夾角為3°。
[0009]作為較為優(yōu)選的實施方案之一，所述石墨基座表面有包覆SiC。
[0010]作為較為優(yōu)選的實施方案之一，所述感應(yīng)線圈以與加熱基座同心設(shè)置的方式均勻盤繞在所述水冷壁外壁上，且所述感應(yīng)線圈的直徑從上至下逐漸增大呈錐形結(jié)構(gòu)。
[0011]作為較佳的應(yīng)用方案之一，所述錐形結(jié)構(gòu)與豎直方向之間的夾角為3°。[0012]作為較佳的應(yīng)用方案之一，所述感應(yīng)線圈主要由空心紫銅管構(gòu)成，并且所述空心紫銅管內(nèi)通入有循環(huán)冷卻介質(zhì)。
[0013]作為較佳的應(yīng)用方案之一，所述水冷壁包括雙層石英圓管。
[0014]作為較為優(yōu)選的實施方案之一，所述射頻加熱的頻率為1000-25000HZ。
[0015]前述冷卻介質(zhì)可采用水，但不限于此。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有如下有益效果:通過采用桶式結(jié)構(gòu)的反應(yīng)室可以滿足多片晶片同時生長，并且采用射頻感應(yīng)加熱，既有直接的熱傳導(dǎo)，又有輻射加熱，提高了晶片溫度分布的均勻性，尤其是對于大尺寸的晶片來說，加熱不受反應(yīng)室體直徑大小的限制，加熱速度快、效率高、加熱溫度高、加熱狀態(tài)穩(wěn)定，適合在大尺寸的高溫CVD反應(yīng)室中使用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 以下結(jié)合附圖及較佳實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說明。
[0018]圖1是本發(fā)明一較佳實施例的結(jié)構(gòu)示意圖，其中各附圖標(biāo)記指示的部件分別為:1-水冷壁、2-石英整流罩、3-石墨基座、4-圓形凹槽、5-感應(yīng)線圈。
【具體實施方式】
[0019]參閱圖1所示系本發(fā)明的一較佳實施例，該實施例所涉及的一種使用射頻加熱的桶式CVD設(shè)備反應(yīng)室包括水冷壁1、感應(yīng)線圈5、石英整流罩2和石墨基座3，其中，所述水冷壁I為雙層圓管結(jié)構(gòu)，水冷壁I內(nèi)管腔為反應(yīng)室，反應(yīng)室中央設(shè)置石墨基座3，石墨基座3為多面臺狀結(jié)構(gòu)且表面設(shè)置有向下凹陷的圓形凹槽4，水冷壁I內(nèi)管與石墨基座3之間設(shè)置有石英整流罩2，為各側(cè)面均平行于石墨基座3各側(cè)面的多面桶式結(jié)構(gòu)，水冷壁I內(nèi)、外管之間為冷卻水腔，水冷壁I的外壁上繞有感應(yīng)線圈5。
[0020]作為較佳的應(yīng)用方案之一，所述石墨基座3為實心體，且各側(cè)面與豎直方向的夾角均為3°。
[0021]相應(yīng)的，作為較佳的應(yīng)用方案之一，所述石英整流罩2各側(cè)面與豎直方向的夾角均為3°。
[0022]優(yōu)選的，所述石墨基座3各側(cè)面均勻分布有多個向下凹陷的圓形凹槽4，任一圓形凹槽4的直徑和深度與晶片的直徑和厚度一致。
[0023]作為一種優(yōu)選的方案，所述感應(yīng)線圈5以同心圓的方式均勻盤繞在水冷壁I的外部，且直徑從上至下逐漸增大呈錐形結(jié)構(gòu)。
[0024]作為較佳的應(yīng)用方案之一，該錐形結(jié)構(gòu)與豎直方向的夾角為3°。
[0025]進(jìn)一步的講，所述感應(yīng)線圈5、水冷壁I與石墨基座3三者同心設(shè)置。
[0026]作為一種優(yōu)選的方案，所述射頻加熱的頻率為1000-25000HZ。
[0027]作為一種優(yōu)選的方案，所述感應(yīng)線圈5采用空心紫銅管制成，管內(nèi)通入循環(huán)水。
[0028]作為一種優(yōu)選的方案，所述水冷壁I采用雙層石英圓管。
[0029]本實施例的工作原理包括:石墨基座3和石英整流罩2設(shè)置在感應(yīng)線圈5中，由于石墨基座3為多面臺型結(jié)構(gòu)，因此感應(yīng)線圈5設(shè)為錐形，以保證所有線圈到石墨基座3的距離均相等，從而使放置在石墨基座3的圓形凹槽4內(nèi)的晶片襯底受熱程度均勻，生長用反應(yīng)氣體沿石英整流罩2從底部進(jìn)氣，上部抽氣，在襯底表面形成均勻氣流場，輸入1000-25000HZ交流電給感應(yīng)線圈5后，石墨基座3由于電磁感應(yīng)產(chǎn)生出同頻率的感應(yīng)電流，感應(yīng)電流回路的導(dǎo)體電阻很小，因而感應(yīng)電流的電流強(qiáng)度很大，產(chǎn)生的焦耳熱也很大，可以使石墨基座3表面溫度迅速上升到1000-1500°C，進(jìn)行高溫CVD的生長。
[0030]通過采用雙層石英圓管結(jié)構(gòu)的水冷壁1，可以實時觀測到晶片外延生長的情況，方便操作人員監(jiān)控，并且感應(yīng)線圈采用的是紫銅管制造，本身并不發(fā)熱，且管內(nèi)通入了循環(huán)水，因此不存在電阻裝置高溫加熱時，電阻絲瞬時通過電流過大而熔斷或高溫氧化而縮短使用壽命的問題。[0031]綜述之，本發(fā)明具有加熱快、效率高、加熱溫度高、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，且對于大尺寸襯底的生長同樣適用，只要相應(yīng)調(diào)整石墨基座大小、圓形凹槽半徑和深度以及線圈匝數(shù)即可。
[0032]需要指出的是，本發(fā)明所揭示的乃較佳實施例的一種或多種，凡是局部的變更或修飾而源于本發(fā)明的技術(shù)思想而為熟習(xí)該項技術(shù)的人所易于推知的，俱不脫離本發(fā)明的專利權(quán)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種使用射頻加熱的桶式CVD設(shè)備反應(yīng)室，其特征在于，它包括: 具有雙層管狀結(jié)構(gòu)的水冷壁，所述水冷壁的內(nèi)管腔中設(shè)有反應(yīng)室，而內(nèi)、外管之間至少與所述反應(yīng)室相應(yīng)的區(qū)域內(nèi)分布有冷卻介質(zhì)容置腔， 設(shè)于所述反應(yīng)室內(nèi)的加熱基座，且所述加熱基座上分布有一個以上凹槽， 分布于所述加熱基座與所述水冷壁內(nèi)管之間的整流罩，以及， 至少繞設(shè)在所述水冷壁外壁上與所述反應(yīng)室相應(yīng)區(qū)域內(nèi)的感應(yīng)線圈。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用射頻加熱的桶式CVD設(shè)備反應(yīng)室，其特征在于，所述水冷壁具有雙層圓管結(jié)構(gòu)，所述水冷壁的內(nèi)管腔為反應(yīng)室，而內(nèi)、外管之間為冷卻介質(zhì)容置腔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用射頻加熱的桶式CVD設(shè)備反應(yīng)室，其特征在于，所述加熱基座包括具有多面臺型結(jié)構(gòu)的石墨基座，且所述石墨基座的各側(cè)面上均勻分布復(fù)數(shù)個凹槽，其中任一凹槽的直徑和深度均與晶片的直徑和厚度一致。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的使用射頻加熱的桶式CVD設(shè)備反應(yīng)室，其特征在于，所述整流罩包括具有多面桶式結(jié)構(gòu)的石英整流罩，且所述石英整流罩的各側(cè)面均與所述加熱基座的各側(cè)面平行。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的使用射頻加熱的桶式CVD設(shè)備反應(yīng)室，其特征在于，所述石墨基座的至少一側(cè)面與豎直方向的夾角為3°。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或5所述的使用射頻加熱的桶式CVD設(shè)備反應(yīng)室，其特征在于，所述石墨基座表面有包覆SiC。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用射頻加熱的桶式CVD設(shè)備反應(yīng)室，其特征在于，所述感應(yīng)線圈以與加熱基座同心設(shè)置的方式均勻盤繞在所述水冷壁外壁上，且所述感應(yīng)線圈的直徑從上至下逐漸增大呈錐形結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的使用射頻加熱的桶式CVD設(shè)備反應(yīng)室，其特征在于，所述錐形結(jié)構(gòu)與豎直方向之間的夾角為3°。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的使用射頻加熱的桶式CVD設(shè)備反應(yīng)室，其特征在于，所述感應(yīng)線圈主要由空心紫銅管構(gòu)成，并且所述空心紫銅管內(nèi)通入有循環(huán)冷卻介質(zhì)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用射頻加熱的桶式CVD設(shè)備反應(yīng)室，其特征在于，所述水冷壁包括雙層石英圓管。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用射頻加熱的桶式CVD設(shè)備反應(yīng)室，其特征在于，所述射頻加熱的頻率為1000-25000HZ。
【文檔編號】C23C16/46GK103540914SQ201310437339
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年9月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月24日
【發(fā)明者】王劼, 張立國, 范亞明, 張洪澤 申請人:中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所