專利名稱：加熱裝置及化學氣相沉積設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及半導體設備，特別是一種加熱裝置及包括該加熱裝置的化學氣相沉積設備。
背景技術：
在化學氣相沉積設備，例如金屬有機化合物化學氣相沉積(Metal-organicChemical Vapor Deposition,MOCVD)設備中，通過加熱裝置對托盤和托盤上放置的襯底進行加熱。請參考圖1，現有的加熱裝置100包括:托盤I及位于所述托盤I下方的加熱器2，所述加熱器2包括電阻絲或電阻條等加熱單元，能夠在通電的情況下產生熱量，以熱輻射的形式對托盤2和承載于所述托盤2上的襯底進行加熱。隨著襯底的尺寸增大和襯底的數目增多,托盤I的尺寸隨之增大,相應地,加熱器2的尺寸也隨之增大。為了保證托盤I的各個區域的受熱更為均勻，現有技術將加熱器2分為多個加熱區域，每一加熱區域對應托盤I的不同區域，以對托盤I進行加熱。比如，以圓形的托盤I為例，對應的加熱器2的形狀為圓形，自加熱器2的圓心沿半徑方向向外,加熱器2被分為內區21、中區22和外區23三個區域，分別用于與上方托盤I的對應區域進行加熱。當需要調整托盤I上各個區域的溫度分布時，技術人員可以對加熱器2的各個加熱區域的功率分布進行調整(例如可以是調整輸入某電阻絲的電流)來實現。但是，僅僅依賴功率分布調整會有以下問題:
1、調整加熱器的一個加熱區域的功率，不僅僅會影響該加熱區域對應的托盤的區域，也會影響到托盤的與該區域相鄰的其他區域，這樣在調整功率分布時，需要考慮該加熱區域對托盤其他區域的影響，調整過程較為復雜；2、調整力度有限，當托盤各個區域之間的溫度分布需要做大的調整時，有時僅僅調整功率分布無法將托盤的各個區域的溫度分布調整至實際需要。因此，有必要對加熱裝置的結構進行改進，使其能夠靈活調整對托盤各區的輸出熱量，使得對托盤更為均勻的加熱。

發明內容
現有技術的加熱裝置對溫度的控制較差，本發明提供一種加熱裝置及包括該加熱裝置的化學氣相沉積設備，以解決上述問題。本發明提供一種加熱裝置，包括托盤和位于所述托盤下方的加熱器，所述托盤和加熱器之間具有間隙，所述加熱器包括多個加熱區域，所述多個加熱區域分別正對所述托盤的不同區域；還包括多個氣體填充單元；所述多個氣體填充單元分別向所述加熱器的各個加熱區域與托盤之間的間隙中提供的緩沖氣體的熱傳導系數不同。本發明提供的加熱裝置，采用了多個氣體填充單元，向所述加熱器的各個加熱區域與托盤之間的間隙中提供的緩沖氣體的熱傳導系數不同，則在對應不同加熱區域的間隙中的緩沖氣體的導熱能力不同，這樣就能夠較佳的調整托盤的溫度。本發明提供一種包含如上所述的加熱裝置的化學氣相沉積設備。采用上述加熱裝置的化學氣相沉積設備，在化學氣相沉積過程中，能夠獲得更好的加熱效果，從而保證了CVD過程較佳的進行。


圖1為現有技術的加熱裝置的結構剖視圖；圖2為本發明實施方式的加熱裝置的結構剖視圖。
具體實施例方式發明人經過對現有技術加熱裝置的深入研究發現，加熱器和托盤之間具有緩沖氣體，熱量通過緩沖氣體傳遞到托盤，現有技術中的緩沖氣體為氮氣，且充滿于托盤和加熱器之間。那么，若能夠改變緩沖氣體的性質，使得隨著某一加熱區域，調整位于該加熱區域所對應的間隙中的緩沖氣體的導熱能力適，就可以調整對托盤的不同區域的加熱，從而調整托盤表面的溫度。鑒于上述分析，請參考圖2，本發明提供一種加熱裝置200，包括托盤210和位于所述托盤210下方的加熱器220，所述托盤210和加熱器220之間具有間隙，所述間隙的寬度通常小于10_，以避免直接接觸對托盤造成損壞。

所述加熱器220分為多個加熱區域，本實施方式以圓形托盤210為例，其加熱器220也為圓形，則從圓心沿半徑方向向外，加熱器220被分為內區221、中區222和外區223三個加熱區域，即內區221為圓形區域，中區222為包圍內區221的環形區域，外區223為包圍中區222的環形區域，其分別具有例如電阻絲等，用于對上方托盤210的對應區域進行加熱。所述加熱區域的劃分可視情況而變動，例如直徑為500毫米的托盤可分為上述三個加熱區域，而直徑700毫米的托盤則可分為四個加熱區域，或者根據不同的溫度要求，適當的劃分加熱區域，例如可以是兩個加熱區域，也可以是更多，優選的，所述多個加熱區域可以分別獨立對所述托盤210進行加熱，即所述多個加熱區域的加熱功率分別獨立控制和調整。所述加熱區域優選為同心圓(環)，這是針對一般情況需要托盤具有整體相對平穩的溫度，對于有著特殊要求的，例如需要托盤的某一區域的溫度與其他區域不同，則可將加熱器上對應的部分單獨劃分為一個加熱區域，以便進行溫度的調整。所述加熱裝置200還包括多個氣體填充單元230，所述多個氣體填充單元230分別設置于所述加熱器220的不同加熱區域中，每個氣體填充單元230優選的包括多個穿過所加熱器220的吹氣管，所述多個吹氣管分布在所述加熱器220的對應加熱器區中，具體的，在內區221、中區222及外區223中皆設置有多個吹氣管，優選的，在每一個加熱區中，所述多個吹氣管均勻分布。所述吹氣管向對應所述多個加熱區的間隙中提供的緩沖氣體的熱傳導系數不同，從而改變在某一加熱區域所對應的間隙中的緩沖氣體的導熱能力，以有效的控制托盤的溫度。所述緩沖氣體優選為性質穩定，不易與加熱裝置200發生反應的氣體；為使得向對應所述不同加熱區的間隙通入緩沖氣體的導熱系數不相同，可以向對應所述不同加熱區的間隙通入不同的氣體，所述氣體具有不同的熱傳導系數；如向對應所述內區221的間隙中通入第一緩沖氣體，向對應所述中區222的間隙中通入第二緩沖氣體，向對應所述外區223的間隙中通入第三緩沖氣體，其中，所述第一緩沖氣體的熱傳導系數〈所述第二緩沖氣體的熱傳導系數〈所述第三緩沖氣體的熱傳導系數；具體的，所述第一緩沖氣體為氨氣(NH3),所述第二緩沖氣體為氦氣(He)，所述第三緩沖氣體為氫氣(H2)。如此，所述加熱器220對所述托盤210邊緣部分的加熱溫度要大于所述托盤210中心區域的加熱溫度，使得所述托盤210的表面溫度更易達到均勻。所述氣體填充單元230通過導氣管連接在氣體源上，如位于內區221的氣體填充單元230連接于內區氣體源241，位于中區222的氣體填充單元230連接于中區氣體源242，位于外區223的氣體填充單元230連接于外區氣體源243，所述各個氣體源提供緩沖氣體。所述各個氣體源還包括控制器，例如可以包括偵測氣體流速，顯示并控制混合氣體的體積比等控制單元，以便根據需要隨時控制所提供的緩沖氣體的成分和流量。
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優選的，為使得向所述不同加熱區對應的間隙通入緩沖氣體的導熱系數不相同，可以向所述不同加熱區對應的間隙通入組分相同的混合氣體，但氣體組分的的含量不相同。如在本實施例中，所述緩沖氣體可以是包括第一緩沖氣體和第二緩沖氣體的混合氣體，所述第一緩沖氣體的熱傳導系數小于所述第二緩沖氣體的熱傳導系數。向對應所述外區223的間隙通入的緩沖氣體中第二緩沖氣體與第一緩沖氣體的體積比大于向對應所述中區222的間隙通入的緩沖氣體中第二緩沖氣體與第一緩沖氣體的體積比，向對應所述中區222的間隙通入的緩沖氣體中第二緩沖氣體與第一緩沖氣體的體積比大于向對應所述內區221的間隙通入的緩沖氣體中第二緩沖氣體與第一緩沖氣體的體積比；從而補償托盤邊緣的熱損耗；使得所述托盤210的表面溫度更易達到均勻。當加熱器220加熱一段時間后，若需要對溫度進行調整，則例如可以分別改變在對應所述外區223、所述中區222或所述內區221的間隙中第一緩沖氣體和第二緩沖氣體的體積比，從而適當的改變對應某一加熱區域的間隙中的緩沖氣體的導熱能力。具體的，所述第一緩沖氣體為氮氣(N2),所述第二緩沖氣體為氫氣；由于托盤210的邊緣處溫度比中心區域的溫度更容易降低，故緩沖氣體分布為在對應所述外區223的間隙中緩沖氣體為氫氣，在對應所述內區221的間隙中緩沖氣體為氮氣，而在對應所述中區222的間隙中通入的緩沖氣體則是氮氣和氫氣的混合氣體，這可以在外區氣體源243處接入氫氣，在內區氣體源241處接入氮氣，而在中區氣體源242處接入氫氣和氮氣，并按照所需要的比例混合均勻，然后通過氣體填充單元230的吹氣管將緩沖氣體釋放于所述間隙中。由于通過調節各個加熱區對應的間隙中組分相同的緩沖氣體的組分含量來調節導熱能力，可以減少緩沖氣體源的使用，降低成本。所述第一緩沖氣體可以是氮氣，所述第二緩沖氣體還可以氦氣或氬氣(Ar)。需要說明的是，雖然在對應各個加熱區域的間隙中緩沖氣體不同，不可避免的有著氣體的混合過程，然而緩沖氣體是持續通入的，故盡管這種混合過程在發生，但是并不會產生實質性的影響，對應每個加熱區域的間隙中依然能夠維持較高純度的相應的緩沖氣體?；谏鲜鰧嵤┓绞剿龅募訜嵫b置，可以得到一化學氣相沉積設備，例如可以是MOCVD設備，具體的，可以將現有設備中的加熱裝置替換為本發明的加熱裝置，并作適應性調整，例如氣體源的設置等。那么，通過本發明的加熱裝置，就能夠使得MOCVD設備在對襯底進行加熱時在200°C 1500°C的溫度范圍內能夠達到符合要求的溫度(或溫度范圍)，從而使得外延工藝的生長得到有效的控制，獲取符合規格的膜層。本發明的加熱裝置還可以適用在其他需要用到類似加熱裝置的設備中，本發明對此不作限定。綜上所述，本發明提供的加熱裝置，采用了多個氣體填充單元，向所述加熱器的各個加熱區域與托盤之間的間隙中提供的緩沖氣體的熱傳導系數不同，通過調整所述緩沖氣體的成分，使得在對應不同加熱區域的間隙中各個緩沖氣體的體積比不相同，則在對應不同加熱區域的間隙中的緩沖氣體的導熱能力不同，這樣就能夠較佳的調整托盤的溫度。包含該加熱裝置的化學氣相沉積設備在化學氣相沉積過程中，能夠獲得更好的加熱效果，避免了對襯底的不同區域加熱不同的問題，從而保證了 CVD過程較佳的進行。顯然，本領域的技術人員可以對發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和范圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬于本發明權利要求及其等同技術的范圍之內，則本發明也意圖包括這 些改動和變型在內。
權利要求
1.一種加熱裝置，包括托盤和位于所述托盤下方的加熱器，所述托盤和加熱器之間具有間隙，所述加熱器包括多個加熱區域，所述多個加熱區域分別正對所述托盤的不同區域；其特征在于，還包括多個氣體填充單元；所述多個氣體填充單元分別向所述加熱器的各個加熱區域與托盤之間的間隙中提供的緩沖氣體的熱傳導系數不同。
2.如權利要求1所述的加熱裝置，其特征在于，所述每個氣體填充單元包括多個穿過所加熱器的吹氣管，所述多個吹氣管均勻分布在所述加熱器的對應加熱器區域中。
3.如權利要求1所述的加熱裝置，其特征在于，所述加熱器為電阻加熱器。
4.如權利要求1所述的加熱裝置，其特征在于，所述多個加熱區域分別獨立對所述托盤進行加熱。
5.如權利要求1所述的加熱裝置，其特征在于，所述緩沖氣體至少包括第一緩沖氣體和第二緩沖氣體，所述第一緩沖氣體的熱傳導系數小于第二緩沖氣體的熱傳導系數，所述多個氣體填充單元向所述間隙分別提供的緩沖氣體中的第一緩沖氣體和第二緩沖氣體的體積比不相同。
6.如權利要求5所述的加熱裝置，其特征在于，所述多個加熱區域分別為內區、圍繞所述內區的中區和圍繞所述中區的外區。
7.如權利要求6所述的加熱裝置，其特征在于，對應所述外區的間隙中第二緩沖氣體與第一緩沖氣體的體積比大于對應所述中區的間隙中第二緩沖氣體與第一緩沖氣體的體積比，對應所述中區的間隙中第二緩沖氣體與第一緩沖氣體的體積比大于對應所述內區的間隙中第二緩沖氣體與第一緩沖氣體的體積比`。
8.如權利要求5至7所述的加熱裝置，其特征在于，所述第一緩沖氣體為氮氣，所述第二緩沖氣體為氫氣。
9.如權利要求5至7所述的加熱裝置，其特征在于，所述第一緩沖氣體為氮氣，所述第二緩沖氣體為氦氣或氬氣。
10.如權利要求1所述的加熱裝置，其特征在于，所述間隙小于等于10_。
11.一種化學氣相沉積設備，其特征在于，包含如權利要求f 10中任意一項所述的加熱裝置。
全文摘要
本發明公開了一種加熱裝置。所述加熱裝置包括托盤和位于所述托盤下方的加熱器，所述加熱器包括多個加熱區域；還包括多個氣體填充單元；所述多個氣體填充單元分別向所述加熱器的各個加熱區域與托盤之間的間隙中提供的緩沖氣體的熱傳導系數不同，則在對應不同加熱區域的間隙中的緩沖氣體的導熱能力不同，這樣就能夠較佳的調整托盤的溫度。包含該加熱裝置的化學氣相沉積設備在化學氣相沉積過程中，能夠獲得更好的加熱效果，避免了對襯底的不同區域加熱不同的問題，從而保證了CVD過程較佳的進行。
文檔編號C23C16/46GK103074612SQ20121059318
公開日2013年5月1日 申請日期2012年12月29日 優先權日2012年12月29日
發明者喬徽 申請人:光達光電設備科技(嘉興)有限公司