一種預(yù)加熱式外延爐的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種預(yù)加熱式外延爐，該外延爐的反應(yīng)室內(nèi)設(shè)置大盤(pán)及位于大盤(pán)中心上方的注入器，大盤(pán)上設(shè)置若干用于放置晶片的小盤(pán)基座，大盤(pán)底部設(shè)置有加熱線圈，至少一進(jìn)氣管路與注入器相通并通過(guò)注入器向反應(yīng)室內(nèi)輸入源氣，其中進(jìn)氣管路上設(shè)置有預(yù)加熱裝置，該預(yù)加熱裝置包括串聯(lián)于進(jìn)氣管路上的至少兩個(gè)管體，各管體分別設(shè)置有加熱元件，管體內(nèi)形成加熱腔以對(duì)通過(guò)的源氣進(jìn)行逐級(jí)加熱，從而提高了注入器進(jìn)入反應(yīng)室的源氣的溫度，避免了徑向的溫度梯度，使大盤(pán)內(nèi)溫度均勻，節(jié)約了源氣，同時(shí)提高了外延工藝的穩(wěn)定性。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種預(yù)加熱式外延爐
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及半導(dǎo)體技術(shù)，特別是涉及一種預(yù)加熱式外延爐?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]外延晶片，例如碳化硅外延晶片通常是采用CVD(化學(xué)氣相沉積)的方法來(lái)生長(zhǎng)，具體是將襯底置于外延爐反應(yīng)室中，將含有構(gòu)成薄膜元素的化合物、單質(zhì)氣體通入反應(yīng)室，借助氣相化學(xué)反應(yīng)在襯底表面上沉積固體薄膜。目前商業(yè)化的外延爐，大部分為水平行星式反應(yīng)室外延爐，主要由輸氣管路、注入器、大盤(pán)和加熱線圈組成。加熱線圈為一個(gè)一體化的呈現(xiàn)“蚊香型”的加熱線圈，置于大盤(pán)底部負(fù)責(zé)為大盤(pán)加熱。源氣由輸氣管道經(jīng)大盤(pán)中心位置上方的注入器進(jìn)入反應(yīng)室內(nèi)部，源氣沿著大盤(pán)的徑向輸運(yùn)。由于源氣的溫度一般為室溫， 而通常反應(yīng)室內(nèi)的溫度高達(dá)上千度以達(dá)到晶體外延生長(zhǎng)溫度，這樣會(huì)導(dǎo)致注入器下方附近的大盤(pán)溫度較低，而遠(yuǎn)離注入器的大盤(pán)溫度相對(duì)較高，即沿大盤(pán)的徑向形成一個(gè)較大的溫度梯度，該溫度梯度的存在不僅會(huì)造成源氣的浪費(fèi)，更會(huì)導(dǎo)致注入器附近氣體的分解效率低而容易產(chǎn)生一些反應(yīng)異物，嚴(yán)重情況下會(huì)堵塞注入器的出氣孔，對(duì)外延工藝的穩(wěn)定性造成較大的干擾和影響?！緦?shí)用新型內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型提供了一種預(yù)加熱式外延爐，其克服了現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處。
[0004]本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:一種預(yù)加熱式外延爐，該外延爐的反應(yīng)室內(nèi)設(shè)置大盤(pán)及位于大盤(pán)中心上方的注入器，大盤(pán)上設(shè)置若干用于放置晶片的小盤(pán)基座，大盤(pán)底部設(shè)置有加熱線圈，至少一進(jìn)氣管路與注入器相通并通過(guò)注入器向反應(yīng)室內(nèi)輸入源氣。所述進(jìn)氣管路上設(shè)置有預(yù)加熱裝置，該預(yù)加熱裝置包括串聯(lián)于進(jìn)氣管路上的至少兩個(gè)管體，各管體分別設(shè)置有加熱元件，管體內(nèi)形成加熱腔以對(duì)通過(guò)的源氣進(jìn)行逐級(jí)加熱。
[0005]優(yōu)選的，所述管體是石英管，所述加熱元件是電阻絲，繞設(shè)于石英管外部。
[0006]優(yōu)選的，所述電阻絲由鐵鉻鋁合金或鎳鉻合金制成。
[0007]優(yōu)選的，該外延爐是反應(yīng)溫度為1500°C?1700°C的碳化硅外延爐，該注入器連通有硅烷進(jìn)氣管路及丙烷進(jìn)氣管路，其中硅烷進(jìn)氣管路和丙烷進(jìn)氣管路分別串聯(lián)有該預(yù)加熱裝置且預(yù)加熱溫度不超過(guò)l〇〇〇°C。
[0008]優(yōu)選的，該預(yù)加熱裝置包括沿源氣流通方向依次串聯(lián)的加熱溫度為200°C?500°C 的第一管體，加熱溫度為500 °C?800 °C的第二管體及加熱溫度為800 °C?1000 °C的第三管體。
[0009]優(yōu)選的，該預(yù)加熱裝置設(shè)置于所述反應(yīng)室外側(cè)并鄰近所述注入器。
[0010]相較于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型具有以下有益效果:
[0011]1.外延爐的進(jìn)氣管路上設(shè)置預(yù)加熱裝置，預(yù)加熱裝置包括串聯(lián)于進(jìn)氣管路上的至少兩個(gè)管體，各管體分別設(shè)置有加熱元件，管體內(nèi)形成加熱腔，以對(duì)通過(guò)的源氣進(jìn)行逐級(jí)加熱，從而提高了注入器進(jìn)入反應(yīng)室的源氣的溫度，避免了徑向的溫度梯度，使大盤(pán)內(nèi)溫度均勻，節(jié)約了源氣，同時(shí)避免反應(yīng)異物的產(chǎn)生，提高了外延工藝的穩(wěn)定性。
[0012]2.預(yù)加熱裝置采用分段逐級(jí)加熱的方式，各段溫度逐漸升高以達(dá)到一個(gè)較高的預(yù)加熱溫度，確保了預(yù)加熱的均勻性同時(shí)節(jié)約了能源，預(yù)加熱效果好，適用于高溫的碳化硅外延爐時(shí)各進(jìn)氣管道均設(shè)置預(yù)加熱裝置同時(shí)預(yù)加熱溫度不超過(guò)1000°c，提高源氣溫度的同時(shí)避免源氣于管道內(nèi)分解。
[0013]3.預(yù)加熱裝置設(shè)置于所述反應(yīng)室外側(cè)并鄰近注入器，預(yù)加熱后的氣體即進(jìn)入注入器，減少能量損耗?！靖綀D說(shuō)明】
[0014]圖1是本實(shí)用新型的外延爐結(jié)構(gòu)示意圖，其中箭頭表示氣體流動(dòng)方向；
[0015]圖2是本實(shí)用新型的大盤(pán)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖3是本實(shí)用新型一實(shí)施例的預(yù)加熱裝置結(jié)構(gòu)示意圖，其中箭頭表示源氣流動(dòng)方向。【具體實(shí)施方式】
[0017]以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明的各附圖僅為示意以更容易了解本發(fā)明，其相對(duì)大小比例可依照設(shè)計(jì)需求進(jìn)行調(diào)整。此外，文中所描述的圖形中相對(duì)元件的上下關(guān)系，在本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)能理解是指構(gòu)件的相對(duì)位置而言，因此皆可以翻轉(zhuǎn)而呈現(xiàn)相同的構(gòu)件，此皆應(yīng)同屬本說(shuō)明書(shū)所揭露的范圍。
[0018]實(shí)施例，請(qǐng)參見(jiàn)圖1、圖2所示，一種預(yù)加熱式外延爐包括反應(yīng)室1，反應(yīng)室1內(nèi)設(shè)置大盤(pán)2及位于大盤(pán)2中心上方的注入器3,大盤(pán)1上設(shè)置若干用于放置晶片襯底的小盤(pán)基座4， 大盤(pán)底部設(shè)置有加熱線圈5以對(duì)大盤(pán)進(jìn)行加熱。至少一進(jìn)氣管路6與注入器3相通并通過(guò)注入器3向反應(yīng)室1內(nèi)輸入源氣，源氣在高溫下分解并沉積于晶片襯底上實(shí)現(xiàn)了晶片生長(zhǎng)。大盤(pán)1帶動(dòng)小盤(pán)2旋轉(zhuǎn)，同時(shí)小盤(pán)2自旋轉(zhuǎn)以提高生長(zhǎng)的均勻性。進(jìn)氣管路6上設(shè)置有預(yù)加熱裝置7,預(yù)加熱裝置7設(shè)置于反應(yīng)室1外側(cè)并鄰近注入器3。預(yù)加熱裝置7包括串聯(lián)于進(jìn)氣管路6 上的至少兩個(gè)管體，各管體分別設(shè)置有加熱元件，管體內(nèi)形成加熱腔以對(duì)通過(guò)的源氣進(jìn)行逐級(jí)加熱。具體的，管體是石英管，加熱元件是電阻絲，繞設(shè)于石英管外部。電阻絲由鐵鉻鋁合金或鎳鉻合金制成以實(shí)現(xiàn)較高溫度的預(yù)加熱。
[0019]以下以碳化硅外延爐為例進(jìn)行具體說(shuō)明。碳化硅外延爐反應(yīng)室內(nèi)的反應(yīng)溫度為 1500°C?1700°C。碳化硅外延爐的注入器連通有硅烷進(jìn)氣管路及丙烷進(jìn)氣管路，硅烷進(jìn)氣管路和丙烷進(jìn)氣管路分別串聯(lián)有預(yù)加熱裝置7且預(yù)加熱溫度不超過(guò)1000°C，以防止源氣于進(jìn)氣管路內(nèi)分解。
[0020]參考圖3,預(yù)加熱裝置7包括沿源氣流通方向依次串聯(lián)的第一管體71，第二管體72 及第三管體73，各管體分別繞設(shè)有電阻絲并獨(dú)立控溫，其中第一管體71的加熱溫度為200 °C ?500°C，第二管體72的加熱溫度為500°C?800°C，第三管體73的加熱溫度為800°C?1000 °C。源氣通過(guò)時(shí)分段逐級(jí)升溫，保證預(yù)加熱的效果同時(shí)節(jié)約了能源。
[0021]上述實(shí)施例僅用來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型的一種預(yù)加熱式外延爐，但本實(shí)用新型并不局限于實(shí)施例，凡是依據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均落入本實(shí)用新型技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種預(yù)加熱式外延爐，該外延爐的反應(yīng)室內(nèi)設(shè)置大盤(pán)及位于大盤(pán)中心上方的注入 器，大盤(pán)上設(shè)置若干用于放置晶片的小盤(pán)基座，大盤(pán)底部設(shè)置有加熱線圈，至少一進(jìn)氣管路 與注入器相通并通過(guò)注入器向反應(yīng)室內(nèi)輸入源氣，其特征在于:所述進(jìn)氣管路上設(shè)置有預(yù) 加熱裝置，該預(yù)加熱裝置包括串聯(lián)于進(jìn)氣管路上的至少兩個(gè)管體，各管體分別設(shè)置有加熱 元件，管體內(nèi)形成加熱腔以對(duì)通過(guò)的源氣進(jìn)行逐級(jí)加熱。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)加熱式外延爐，其特征在于:所述管體是石英管，所述加熱 元件是電阻絲，繞設(shè)于石英管外部。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的預(yù)加熱式外延爐，其特征在于:所述電阻絲由鐵鉻鋁合金或鎳 絡(luò)合金制成。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)加熱式外延爐，其特征在于:該外延爐是反應(yīng)溫度為1500°C ?1700°C的碳化硅外延爐，該注入器連通有硅烷進(jìn)氣管路及丙烷進(jìn)氣管路，其中硅烷進(jìn)氣 管路和丙烷進(jìn)氣管路分別串聯(lián)有該預(yù)加熱裝置且預(yù)加熱溫度不超過(guò)l〇〇〇°C。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的預(yù)加熱式外延爐，其特征在于:該預(yù)加熱裝置包括沿源氣流通 方向依次串聯(lián)的加熱溫度為200 °C?500 °C的第一管體，加熱溫度為500 °C?800 °C的第二管 體及加熱溫度為800°C?1000°C的第三管體。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)加熱式外延爐，其特征在于:該預(yù)加熱裝置設(shè)置于所述反應(yīng) 室外側(cè)并鄰近所述注入器。
【文檔編號(hào)】C30B25/08GK205635850SQ201620405996
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年5月6日
【發(fā)明人】錢(qián)衛(wèi)寧, 馮淦, 趙建輝
【申請(qǐng)人】瀚天天成電子科技（廈門(mén)）有限公司