加热装置及具有其的MOCVD设备的制作方法

加热装置及具有其的mocvd设备
技术领域
1.本发明涉及气相沉积设备领域，具体地涉及一种加热装置及具有其的mocvd设备。


背景技术：

2.mocvd(metal-organic chemical vapor deposition，金属有机化合物化学气相沉积)是在气相外延生长(vapour phase epitaxy，vpe)的基础上发展起来的一种新型气相外延生长技术。mocvd是制备化合物半导体外延材料的核心设备，以ⅲ族、ⅱ族元素的有机化合物和v、ⅵ族元素的氢化物等作为晶体生长源材料，以热分解反应方式在基片上进行气相外延，主要用于生长各种
ⅲ-
v族、
ⅱ-ⅵ
族化合物半导体以及它们的多元固溶体的薄层单晶材料，涵盖了所有常见半导体，有着非常广阔的市场前景。
3.mocvd设备的加热装置为了保证较高的加热温度，通常由多圈弯折环形分布的加热丝组成。然而，现有的加热装置通常为左右对称的结构，存在加热丝分布的间隙，间隙区域无加热丝发热，导致该处温度相对偏低，致使mocvd设备内的温场分布不均匀，从而影响半导体外延层的生长质量。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种加热装置及具有其的mocvd设备。
5.本发明提供一种加热装置，适用于mocvd设备，所述加热装置外轮廓大致呈圆形，并沿其周向分为偶数个扇形区；
6.每个所述扇形区内分为依次交替排布的多个加热区和多个空置区，所述加热装置内设有加热元件，所述加热元件至少覆盖部分所述加热区；
7.于相邻的两个所述扇形区内，一所述扇形区内的所述加热区与另一所述扇形区内的所述空置区在分布位置上呈镜像对称关系。
8.作为本发明的进一步改进，每个所述扇形区的圆心角角度相等。
9.作为本发明的进一步改进，所述加热装置沿其一中轴线分为对称分布的第一扇形区和第二扇形区，所述第一扇形区内分为依次交替排布的多个第一加热区和多个第一空置区，所述第二扇形区内分为依次交替排布的多个第二加热区和多个第二空置区。
10.作为本发明的进一步改进，所述第一加热区和所述第一空置区的分界线为以所述加热装置中心为圆心的多个同心半圆；所述第二加热区和所述第二空置区的分界线为以所述加热装置中心为圆心的多个同心半圆。
11.作为本发明的进一步改进，所述第一加热区和所述第一空置区的分界线垂直于所述中轴线；所述第二加热区和所述第二空置区的分界线垂直于所述中轴线。
12.作为本发明的进一步改进，所述第一加热区和所述第一空置区的分界线平行于所述中轴线；所述第二加热区和所述第二空置区的分界线平行于所述中轴线。
13.作为本发明的进一步改进，所述加热元件为连续弯折分布于所述加热区内的电阻丝或电阻片，至少于一个所述扇形区内，所述电阻丝或所述电阻片至少包括单位长度电阻
不同的两部分。
14.作为本发明的进一步改进，所述电阻丝或所述电阻片沿所述加热装置半径方向由内向外单位长度电阻逐渐升高。
15.作为本发明的进一步改进，位于所述加热装置半径方向由内向外一固定位置处的部分所述电阻丝或所述电阻片的单位长度电阻低于其他区域所述电阻丝或所述电阻片的电阻。
16.本发明还提供一种mocvd设备，包括：反应室、位于所述反应室内的基片承载盘和位于基片承载盘下方的加热装置、及源供给系统，所述加热装置为上述的加热装置。
17.本发明的有益效果是：将用于mocvd设备的加热装置沿其周向划分为多个扇形区，并使相邻两个扇形区内的加热区与空置区大致呈镜像对称关系，在加热区设置加热元件后，可使分别位于相邻两个扇形区内的加热元件在分部位置上呈互补的关系，从而能使加热元件在加热时产生一个互补的温场。由于基片承载盘在工作时，通常处于高速旋转的状态，能够在不同温场中循环受热，从而使其整体温度更加均匀，并最终使其上的基片受热更加均匀。并且，做为加热元件的电阻丝或电阻片于每个所述扇形区内至少包括单位长度电阻不同的两部分，从而能实现各扇形区内的温场精确调整。
附图说明
18.图1是本发明中加热装置与基片承载盘的位置关系示意图。
19.图2是本发明实施例一中的加热装置的示意图。
20.图3是本发明实施例二中的加热装置的示意图。
21.图4是本发明实施例三中的加热装置的示意图。
22.图5是一基片承载盘的示意图。
23.图6a是本发明实施例四中的加热装置的示意图
24.图6b是图6a中a-a处的剖面图。
25.图7a是本发明实施例五中的加热装置的示意图
26.图7b是图7a中b-b处的剖面图。
27.图8a是本发明实施例六中的加热装置的示意图
28.图8b是图8a中c-c处的剖面图。
具体实施方式
29.为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术具体实施方式及相应的附图对本技术技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施方式仅是本技术一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本技术中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本技术保护的范围。
30.下面详细描述本发明的实施方式，实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
31.为方便说明，本文使用表示空间相对位置的术语来进行描述，例如“上”、“下”、“后”、“前”等，用来描述附图中所示的一个单元或者特征相对于另一个单元或特征的关系。
空间相对位置的术语可以包括设备在使用或工作中除了图中所示方位以外的不同方位。例如，如果将图中的装置翻转，则被描述为位于其他单元或特征“下方”或“上方”的单元将位于其他单元或特征“下方”或“上方”。因此，示例性术语“下方”可以囊括下方和上方这两种空间方位。
32.如图1所示，一种用于mocvd设备的加热装置1，mocvd设备包括反应腔，反应腔内设有基片承载盘2，基片承载盘2上设有多个用于放置基片3的槽，所述加热装置1位于所述基片承载盘2的下方，并在垂直方向上与基片承载盘2间隔一段距离，所述加热装置1发热后通过热辐射的方式对基片承载盘2及基片3进行加热。
33.如图2所示，所述加热装置1呈圆形，所述加热装置1沿其周向分为偶数个扇形区11，每个所述扇形区11内分为依次交替排布的多个加热区111和多个空置区112，所述加热装置1内设有加热元件12，所述加热元件12至少覆盖部分所述加热区111。于相邻的两个所述扇形区11内，一所述扇形区11内的所述加热区111与另一所述扇形区11内的所述空置区112在分布位置上呈镜像对称关系。
34.所述加热装置1沿其周向分为偶数个扇形区11，即所述扇形区11均以所述加热装置1的中心为圆心，所述扇形区11之间的圆心角角度可以相同或相异。
35.优选的，在本实施方式中，所述扇形区11之间的圆心角角度相同，从而可使各扇形区11内的所述加热元件12辐射的热量更加均匀，并且可对所述加热装置1各区域的发热量进行更精确的控制。
36.相邻两个所述扇形区11内的所述加热区111与所述空置区112大致呈镜像对称关系，且所述加热元件12至少覆盖部分所述加热区111，即一个所述扇形区11内的加热元件所未覆盖的区域，在镜像上至少于其相邻的所述扇形区11内设有加热元件12。
37.这里，需要说明的是，所述加热元件12可以是完全设于所述加热区111内，也可以是同时位于所述加热区111及空置区112内，且位于所述加热区11内的部分加热元件12，可以是完全覆盖所述加热区11，也可以是部分覆盖所述加热区11，即只要能够于所述加热区111内有所述加热元件12对所述基片承载盘2进行加热即可。
38.从而，一个所述扇形区11内的加热元件未覆盖的部分，于其相邻所述扇形区11内，至少有所述加热元件12对未覆盖区域的镜像位置进行加热，形成一个互补的温场。由于基片承载盘2在工作时，通常处于高速旋转的状态，能够在不同温场中循环受热，从而使其整体温度更加均匀，最终使其上的基片3受热更加均匀。
39.具体的，在本发明中，所述加热区111与所述空置区112的排布方式有多种，下面将就三个实施例进行具体说明。
40.如图2所示，在实施例一中，所述加热装置1沿其一中轴线13分为对称分布的第一扇形区11a和第二扇形区11b，所述第一扇形区11a内分为依次交替排布的多个第一加热区111a和多个第一空置区112a，所述第二扇形区11b内分为依次交替排布的多个第二加热区111b和多个第二空置区112b。由于基片承载盘2在工作中为高速旋转状态，设置两个所述扇形区11即可使其受热均匀，且便于设置所述加热元件12。
41.所述第一加热区111a和所述第一空置区112a的分界线为以所述加热装置1中心为圆心的多个同心半圆；所述第二加热区111b和所述第二空置区112b的分界线为以所述加热装置1中心为圆心的多个同心半圆。即相接的一组所述第一加热区111a和所述第二空置区
112b，或相接的一组所述第一空置区112a和所述第二加热区111b，共同构成一完整的圆环。
42.所述第一加热区111a、所述第一空置区112a、所述第二加热区111b和所述第二空置区112b的宽度一致，从而便于在所述第一加热区111a和所述第二加热区111b内设置加热元件12，以及使不同区域的所述加热元件12发热效率一致。
43.如图3所示，在实施例二中，相较于实施例二，其区别在于：所述第一加热区111a和所述第一空置区112a的分界线平行于所述中轴线13；所述第二加热区111b和所述第二空置区112b的分界线平行于所述中轴线13。即相接的一组所述第一加热区111a和所述第二空置区112b，或相接的一组所述第一空置区112a和所述第二加热区111b，共同构成一长边平行于所述中轴线13的类长方形。
44.如图4所示，在实施例三中，相较于实施例一，其区别在于：所述第一加热区111a和所述第一空置区112a的分界线垂直于所述中轴线13；所述第二加热区111b和所述第二空置区112b的分界线垂直于所述中轴线13。即相接的一组所述第一加热区111a和所述第二空置区112b，或相接的一组所述第一空置区112a和所述第二加热区111b，共同构成一长边垂直于所述中轴线13的类长方形。
45.当然，所述加热区111与所述空置区112的排布方式并不限于此，于其他实施方式中，也可根据所述加热装置1的尺寸、mocvd装置内气体输运轨迹而对所述加热区111与所述空置区112的排布方式进行调整，只要能够使相邻的两个所述扇形区11内，一所述扇形区11内的所述加热区111与另一所述扇形区11内的所述空置区112在分布位置上大致呈镜像对称关系即可。
46.所述加热元件12为连续弯折分布于所述加热区111内的电阻丝或电阻片，不同所述扇形区11内的所述电阻丝或所述电阻片可以分别设置，从而能够针对不同区域的实际温场，进一步实现对不同所述扇形区11的精细化温度控制。于本发明的另一些实施方式中，不同所述扇形区11内的所述电阻丝或所述电阻片也可为一体式的连续蛇形分布，减少元件数量，提高设备的稳定性。
47.所述电阻丝或所述电阻片至少于一个所述扇形区内至少包括单位长度电阻不同的两部分。
48.进一步的，至少于一个扇形区11内，所述电阻丝或所述电阻片至少包括单位长度电阻不同的两部分。不同区域内的所述电阻丝和所述电阻片可根据基片3的实际温度分布来精确调整其电阻，从而来调整其发热效率，以获得更均匀的温场。并且，由于所述加热装置1分为多个扇形区11，更便于在使用过程中对温度不均匀区域进行定位以对所述电阻丝或电阻片来进行调整。
49.当然，于其他实施方式中，所述加热元件12也可采用诸如电阻丝循环缠绕形成的加热管等加热元件12，只要能连续弯折分设于所述加热区111内即可。
50.所述电阻丝或所述电阻片的发热功率与其电阻率及尺寸数据之间具有关系：
[0051][0052]
其中，ρ为电阻率，l为所述电阻丝或所述电阻片长度，d为所述电阻丝或所述电阻片厚度，w为所述电阻丝或所述电阻片宽度，i为电流值。
[0053]
因此可以通过调整所述电阻丝或所述电阻片的厚度和/或宽度来对其电阻进行调
整，或者于需要调整的区域内采用不同电阻率材料的电阻丝或电阻片。
[0054]
如图5所示，这里以应用于veeco某机型的mocvd设备的所述加热装置1为例进行具体说明，在该mocvd设备中，基片承载盘2沿半径方向由内向外大致均分为里圈区域21、中圈区域22及外圈区域23，所述里圈区域21、所述中圈区域22及所述外圈区域23分别沿周圈方向设有多个基片容置区24。圆盘型的所述加热装置1位于所述基片承载盘2下方，对其进行加热。
[0055]
如图6a和图6b所示，在实施例四中，所述加热元件12在平面上排布的方式以实施例1为例，所述电阻丝或所述电阻片沿所述加热装置1半径方向由内向外厚度和/或宽度逐渐降低，从而使其单位长度电阻逐渐升高，发热功率增加。所述电阻丝或所述电阻片的厚度和/或宽度为渐变式的降低，平缓变化的发热功率可以使所述加热装置1产生的温场更加均匀。
[0056]
于该实施例的另一些实施方式中，所述电阻丝或所述电阻片的厚度和/或宽度也可在对应于所述基片承载盘2的所述里圈区域21、所述中圈区域22或所述外圈区域23的分界处的位置呈现突变式变化，以适配三个区域不同的温场情况。
[0057]
如图7a和图7b所示，在实施例五中，所述加热元件12在平面上排布的方式以实施例1为例，于两个所述扇形区11内，位于所述加热装置1半径方向由内向外一固定位置处的部分所述电阻丝或所述电阻片的厚度和/或宽度较大，从而使其单位长度电阻低于其他区域所述电阻丝或所述电阻片的电阻，发热功率降低。该固定位置为对应于所述外圈区域23和所述中圈区域22之间的位置，使所述加热装置1于该处的发热功率降低，以解决在实际生产过程中此区域温度偏高，易产生高温缺陷的问题。
[0058]
如图8a和图8b所示，在实施例六中，所述加热元件12在平面上排布的方式以实施例1为例，于一个所述扇形区11内，位于所述加热装置1半径方向由内向外一固定位置处的部分所述电阻丝或所述电阻片的厚度和/或宽度较大，从而使其单位长度电阻低于其他区域所述电阻丝或所述电阻片的电阻，发热功率降低。该固定位置为对应于所述外圈区域23和所述中圈区域22之间的位置。由于所述基片承载盘2在工作中处于高速旋转状态，所以只将一个所述扇形区内11的所述电阻丝或电阻片加厚和/或加宽，即可降低该区域的发热功率，从而可简化所述加热元件12的改装及生产工艺。
[0059]
当然，所述电阻丝或所述电阻片的单位长度电阻变化并不限于此，于本发明的其他实施例中，也可根据不同mocvd设备的实际尺寸、基片承载盘规格、温场分布情况等进行具体适应性调整。
[0060]
本发明还提供一种mocvd设备，包括：反应室、位于所述反应室内的基片承载盘2和位于基片承载盘2下方的加热装置1、及源供给系统，加热装置为上述的加热装置1。
[0061]
综上所述，本发明将用于mocvd设备的加热装置沿其周向划分为多个扇形区，并使相邻两个扇形区内的加热区与空置区大致呈镜像对称关系，在加热区设置加热元件后，可使分别位于相邻两个扇形区内的加热元件在分部位置上呈互补的关系，从而能使加热元件在加热时产生一个互补的温场。由于基片承载盘在工作时，通常处于高速旋转的状态，能够在不同温场中循环受热，从而使其整体温度更加均匀，并最终使其上的基片受热更加均匀。并且，做为加热元件的电阻丝或电阻片于每个所述扇形区内至少包括单位长度电阻不同的两部分，从而能实现各扇形区内的温场精确调整。
[0062]
应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
[0063]
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。