[发明专利]用于沉积工艺的反应腔室及其中托盘温度的调节方法

说明书

技术领域

本发明属于气相沉积领域，更具体地讲，是涉及一种外延工艺的温度控制的装置与方法。

背景技术

金属有机化合物化学气相沉积（MetalOrganicChemicalVaporDeposition，简称MOCVD）是制备化合物半导体薄膜的一项关键技术。MOCVD是以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原材料，以热分解反应方式在衬底上进行气相外延，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。MOCVD设备主要包括气路系统、加热系统、反应腔室和检测及控制系统等几个部分。

如图1所示，现有的外延工艺利用进气单元，比如喷淋头200，将反应气体提供至托盘400和位于托盘400上的衬底410表面，位于托盘400下方的加热器500对托盘400和放置于托盘400上的衬底410进行加热。喷淋头200通过专门的提升装置悬置于衬底410和托盘400上方。为了有效控制上述外延生长的温度，现有技术是通过加热器的功率调整实现的，以控制衬底沉积外延材料层的温度及均匀性。

进行外延工艺时，首先，需要加热器500通过加热承载衬底的托盘400从而对衬底410进行加热。如图1所示，现有加热器500包括多个独立功率输出的加热单元510，每个加热单元510的输出功率由功率输出装置520单独控制，每一加热单元510用于对上方的托盘400的一个区域进行加热，由于在不同加热区域其衬底410的温度稍有差异，其温度控制器700一般根据温度探测器600对衬底410温度测量的反馈数据、外延工艺规定的温度和加热器500所设计的功能，通过位于各个区域衬底410温度的反馈，分别进行相应区域的加热单元510的功率调节，以实现对衬底410的温度及均匀性的控制。

然而在外延工艺过程中，随着进行不同的工艺步骤的温度要求，需要升高、降低或者稳定外延工艺（衬底410表面）的温度。通过加热器500的功率调整外延工艺的温度存在以下不足和缺陷：具体地，由于在不同的外延工艺温度条件下，反应腔室100内的热平衡条件不同，高温的衬底410和托盘400主要以热辐射和热对流的形式向喷淋头200以及周围的反应腔室100内侧壁传递热量，导致衬底410热量的流失，因此需要加热器500具备很大的均匀加热的可调节性。现有技术的加热器调节速度慢，并且为了获得更为均匀的温度，需要对加热器500的多个加热单元510分别进行调节，使得温度调整过程较为复杂。难以满足反应所需要的温度必须满足加热均匀、升温降温速度快、温度稳定时间短等要求。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种快速、简便以及有效的调节温度的反应腔室及其中托盘温度的调节方法。本发明提供的这种用于沉积工艺的反应腔室，包括用于承载衬底的托盘，所述托盘由若干个区域组成，该装置还包括：

加热器，用于通过加热托盘对托盘上放置的衬底进行加热；

进气单元，设置在所述托盘的远离所述加热器的一侧，所述进气单元包括冷却腔室，所述冷却腔室内填充有冷却介质，所述冷却介质对进气单元进行冷却；

温度探测器，用于检测托盘或衬底的温度；

位移装置，用于基于所述温度探测器检测的温度和目标温度之间的差值，调整进气单元与托盘之间的距离，实现对托盘或衬底的温度快速调整控制的目的。

优选地，所述位移装置设于反应腔室顶部，所述进气单元通过所述位移装置与反应腔室活动连接，悬置于衬底和托盘上方。

优选地，所述位移装置设置于托盘的远离所述进气单元的一侧。

优选地，所述托盘下方设置有旋转装置，所述旋转装置用于支撑托盘并且带动所述托盘进行旋转运动，所述位移装置位于所述旋转装置下方，所述位移装置通过调整所述旋转装置与进气单元之间的距离，来调整所述旋转装置上方的托盘与所述进气单元的距离。

优选地，还包括：温度控制器，用于接收来自温度探测器获得的温度数据，用于将所述温度数据与目标温度比较，基于所述比较结果确定距离调整方式，并将所述距离调整方式的指令输入至所述位移装置，控制所述位移装置调整托盘与进气单元之间的距离。

优选地，所述距离调整方式的指令包括：

增大托盘与进气单元之间的距离的指令，用于提高托盘温度；

减小托盘与进气单元的之间的距离的指令，用于降低托盘温度；

维持托盘与进气单元之间的距离保持不变的指令，用于维持托盘温度不变。