[发明专利]MOCVD设备和MOCVD加热方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术，特别涉及一种MOCVD设备和MOCVD加热方法。

背景技术

MOCVD（Metal-organic Chemical Vapor Deposition，金属有机化合物化学气相沉积）是通过晶体生长源材料，以热分解反应方式在衬底上进行气相外延的生长技术。MOCVD设备是利用MOCVD技术在衬底的表面沉积薄膜的设备。在使用MOCVD设备进行薄膜的沉积时，其工艺时间较长，典型的情况是，5-6个小时完成一个完整的工艺过程。

为了提高MOCVD设备的生产效率，采用可以同时摆放多片衬底的摆放方式，目前主要使用的一种方式是大托盘方式，请参阅图1，其中，大托盘10上放置了多个小托盘11，每个小托盘11上放置多片衬底12，从而进行多片衬底12的薄膜沉积。另一种新近提出的方式是多盘垂直排列的盒式（cassette）方式，请参阅图2，在反应腔室20中，多个托盘21垂直排列，每个托盘21上放置多片衬底22。垂直排列盒式方式具有升级容易的特点，并且相对于大托盘方式，可以以更大批量加工衬底，因此代表了未来发展的趋势。

在MOCVD设备的薄膜生成工艺过程中，晶体生长源材料的热分解受到温度的影响，因此反应腔室中的温度是决定薄膜质量的重要因素，为了以较均匀的方式对衬底进行加热，并且保证加热速度，人们设计了感应式加热方式。

请参阅图3，其为感应式加热方式的示意图，其中，在反应腔室30的外壁安装感应线圈31，在反应腔室30的内部摆放有石墨托盘32，感应线圈31与石墨托盘32同心设置。感应线圈31和中高频的RF电源连接，感应线圈31中的低频交变电流产生交变磁场，交变磁场的磁力线33与石墨托盘32垂直相交，当磁力线33穿过石墨托盘32时，磁力线33被切割产生感应电动势，从而在石墨托盘32中产生低频涡流。由于涡流在石墨托盘32中的电阻热效应，石墨托盘32产生热量，因此，通过这种感应式加热方式对石墨托盘32进行了加热，其中，石墨托盘32产生的热量随着磁力线33的磁场强度、交变频率、磁力线密度的增大而增加。

请参阅图4，为感应加热方式中反应腔室内的磁场分布示意图，其中磁场由环形缠绕的感应线圈40生成。从图中可以看出，磁场中的磁力线41的分布并不均匀，具体地，磁力线41的分布从反应腔室内部的中心位置向边沿位置存在由疏到密的变化，而磁力线41的不均匀将会造成托盘表面温度的不均匀，对于与感应线圈40同心设置的托盘，会造成托盘表面外围温度较高，中间温度较低，上述现象将导致了感应式加热方式中的如下问题：托盘表面的温度变化将会造成放置在托盘上不同位置的衬底的生长温度不同，衬底的生长温度不同将造成薄膜生长速度的差异以及沉积薄膜的不一致。进一步地，生长多层异质结构时，反应腔内的进气装置会统一变换组分以生长多层异质结构，而各个衬底的生长速度不一致，随着统一的组分变换，将导致其多层异质结构的不同，从而无法保证衬底上生成的薄膜的一致性。

综上所述，磁力线分布不均匀造成托盘表面温度的不均匀，从而无法保证衬底上薄膜生长质量。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种MOCVD设备和一种MOCVD加热方法，其能够在MOCVD工艺过程中，改善整个石墨托盘表面温度的均匀性，提高衬底上薄膜生长的质量。

为此，本发明实施例提供一种MOCVD设备，所述MOCVD设备包括：反应腔室、感应线圈和托盘，所述感应线圈位于所述反应腔室的外部，所述托盘位于所述反应腔室的内部；其中，

所述感应线圈，用于产生磁场并通过所述磁场对所述托盘进行加热；

所述托盘，用于摆放衬底并且与所述磁场之间产生相对运动，以使所述衬底交替通过所述磁场中的磁力线稀疏区域和磁力线密集区域。

优选地，所述托盘的中心轴偏离所述磁场的中心轴。

优选地，所述感应线圈环形缠绕在所述反应腔室外侧；

所述MOCVD设备还包括位于所述托盘下方并支撑所述托盘的自转连接装置，所述自转连接装置用于带动所述托盘进行旋转，其中，所述托盘的旋转中心轴偏离所述反应腔室的中心轴。

优选地，所述MOCVD设备还包括环绕在所述反应腔室之外、用于固定所述感应线圈的线圈固定装置，所述感应线圈环形缠绕在所述线圈固定装置上，所述线圈固定装置的直径大于所述反应腔室的直径，且所述线圈固定装置的中心轴偏离所述反应腔室的中心轴。

优选地，所述MOCVD设备还包括位于所述托盘下方并支撑所述托盘的自转连接装置；所述自转连接装置用于带动所述托盘进行旋转。