一種預加熱式外延爐的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種預加熱式外延爐，該外延爐的反應室內設置大盤及位于大盤中心上方的注入器，大盤上設置若干用于放置晶片的小盤基座，大盤底部設置有加熱線圈，至少一進氣管路與注入器相通并通過注入器向反應室內輸入源氣，其中進氣管路上設置有預加熱裝置，該預加熱裝置包括串聯于進氣管路上的至少兩個管體，各管體分別設置有加熱元件，管體內形成加熱腔以對通過的源氣進行逐級加熱，從而提高了注入器進入反應室的源氣的溫度，避免了徑向的溫度梯度，使大盤內溫度均勻，節約了源氣，同時提高了外延工藝的穩定性。
【專利說明】
一種預加熱式外延爐
技術領域
[0001]本實用新型涉及半導體技術，特別是涉及一種預加熱式外延爐。【背景技術】
[0002]外延晶片，例如碳化硅外延晶片通常是采用CVD(化學氣相沉積)的方法來生長，具體是將襯底置于外延爐反應室中，將含有構成薄膜元素的化合物、單質氣體通入反應室，借助氣相化學反應在襯底表面上沉積固體薄膜。目前商業化的外延爐，大部分為水平行星式反應室外延爐，主要由輸氣管路、注入器、大盤和加熱線圈組成。加熱線圈為一個一體化的呈現“蚊香型”的加熱線圈，置于大盤底部負責為大盤加熱。源氣由輸氣管道經大盤中心位置上方的注入器進入反應室內部，源氣沿著大盤的徑向輸運。由于源氣的溫度一般為室溫， 而通常反應室內的溫度高達上千度以達到晶體外延生長溫度，這樣會導致注入器下方附近的大盤溫度較低，而遠離注入器的大盤溫度相對較高，即沿大盤的徑向形成一個較大的溫度梯度，該溫度梯度的存在不僅會造成源氣的浪費，更會導致注入器附近氣體的分解效率低而容易產生一些反應異物，嚴重情況下會堵塞注入器的出氣孔，對外延工藝的穩定性造成較大的干擾和影響。【實用新型內容】
[0003]本實用新型提供了一種預加熱式外延爐，其克服了現有技術所存在的不足之處。
[0004]本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是:一種預加熱式外延爐，該外延爐的反應室內設置大盤及位于大盤中心上方的注入器，大盤上設置若干用于放置晶片的小盤基座，大盤底部設置有加熱線圈，至少一進氣管路與注入器相通并通過注入器向反應室內輸入源氣。所述進氣管路上設置有預加熱裝置，該預加熱裝置包括串聯于進氣管路上的至少兩個管體，各管體分別設置有加熱元件，管體內形成加熱腔以對通過的源氣進行逐級加熱。
[0005]優選的，所述管體是石英管，所述加熱元件是電阻絲，繞設于石英管外部。
[0006]優選的，所述電阻絲由鐵鉻鋁合金或鎳鉻合金制成。
[0007]優選的，該外延爐是反應溫度為1500°C?1700°C的碳化硅外延爐，該注入器連通有硅烷進氣管路及丙烷進氣管路，其中硅烷進氣管路和丙烷進氣管路分別串聯有該預加熱裝置且預加熱溫度不超過l〇〇〇°C。
[0008]優選的，該預加熱裝置包括沿源氣流通方向依次串聯的加熱溫度為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]優選的，該預加熱裝置設置于所述反應室外側并鄰近所述注入器。
[0010]相較于現有技術，本實用新型具有以下有益效果:
[0011]1.外延爐的進氣管路上設置預加熱裝置，預加熱裝置包括串聯于進氣管路上的至少兩個管體，各管體分別設置有加熱元件，管體內形成加熱腔，以對通過的源氣進行逐級加熱，從而提高了注入器進入反應室的源氣的溫度，避免了徑向的溫度梯度，使大盤內溫度均勻，節約了源氣，同時避免反應異物的產生，提高了外延工藝的穩定性。
[0012]2.預加熱裝置采用分段逐級加熱的方式，各段溫度逐漸升高以達到一個較高的預加熱溫度，確保了預加熱的均勻性同時節約了能源，預加熱效果好，適用于高溫的碳化硅外延爐時各進氣管道均設置預加熱裝置同時預加熱溫度不超過1000°c，提高源氣溫度的同時避免源氣于管道內分解。
[0013]3.預加熱裝置設置于所述反應室外側并鄰近注入器，預加熱后的氣體即進入注入器，減少能量損耗。【附圖說明】
[0014]圖1是本實用新型的外延爐結構示意圖，其中箭頭表示氣體流動方向；
[0015]圖2是本實用新型的大盤結構示意圖。
[0016]圖3是本實用新型一實施例的預加熱裝置結構示意圖，其中箭頭表示源氣流動方向。【具體實施方式】
[0017]以下結合附圖及實施例對本發明作進一步詳細說明。本發明的各附圖僅為示意以更容易了解本發明，其相對大小比例可依照設計需求進行調整。此外，文中所描述的圖形中相對元件的上下關系，在本領域技術人員應能理解是指構件的相對位置而言，因此皆可以翻轉而呈現相同的構件，此皆應同屬本說明書所揭露的范圍。
[0018]實施例，請參見圖1、圖2所示，一種預加熱式外延爐包括反應室1，反應室1內設置大盤2及位于大盤2中心上方的注入器3,大盤1上設置若干用于放置晶片襯底的小盤基座4， 大盤底部設置有加熱線圈5以對大盤進行加熱。至少一進氣管路6與注入器3相通并通過注入器3向反應室1內輸入源氣，源氣在高溫下分解并沉積于晶片襯底上實現了晶片生長。大盤1帶動小盤2旋轉，同時小盤2自旋轉以提高生長的均勻性。進氣管路6上設置有預加熱裝置7,預加熱裝置7設置于反應室1外側并鄰近注入器3。預加熱裝置7包括串聯于進氣管路6 上的至少兩個管體，各管體分別設置有加熱元件，管體內形成加熱腔以對通過的源氣進行逐級加熱。具體的，管體是石英管，加熱元件是電阻絲，繞設于石英管外部。電阻絲由鐵鉻鋁合金或鎳鉻合金制成以實現較高溫度的預加熱。
[0019]以下以碳化硅外延爐為例進行具體說明。碳化硅外延爐反應室內的反應溫度為 1500°C?1700°C。碳化硅外延爐的注入器連通有硅烷進氣管路及丙烷進氣管路，硅烷進氣管路和丙烷進氣管路分別串聯有預加熱裝置7且預加熱溫度不超過1000°C，以防止源氣于進氣管路內分解。
[0020]參考圖3,預加熱裝置7包括沿源氣流通方向依次串聯的第一管體71，第二管體72 及第三管體73，各管體分別繞設有電阻絲并獨立控溫，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。源氣通過時分段逐級升溫，保證預加熱的效果同時節約了能源。
[0021]上述實施例僅用來進一步說明本實用新型的一種預加熱式外延爐，但本實用新型并不局限于實施例，凡是依據本實用新型的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均落入本實用新型技術方案的保護范圍內。
【主權項】
1.一種預加熱式外延爐，該外延爐的反應室內設置大盤及位于大盤中心上方的注入 器，大盤上設置若干用于放置晶片的小盤基座，大盤底部設置有加熱線圈，至少一進氣管路 與注入器相通并通過注入器向反應室內輸入源氣，其特征在于:所述進氣管路上設置有預 加熱裝置，該預加熱裝置包括串聯于進氣管路上的至少兩個管體，各管體分別設置有加熱 元件，管體內形成加熱腔以對通過的源氣進行逐級加熱。2.根據權利要求1所述的預加熱式外延爐，其特征在于:所述管體是石英管，所述加熱 元件是電阻絲，繞設于石英管外部。3.根據權利要求2所述的預加熱式外延爐，其特征在于:所述電阻絲由鐵鉻鋁合金或鎳 絡合金制成。4.根據權利要求1所述的預加熱式外延爐，其特征在于:該外延爐是反應溫度為1500°C ?1700°C的碳化硅外延爐，該注入器連通有硅烷進氣管路及丙烷進氣管路，其中硅烷進氣 管路和丙烷進氣管路分別串聯有該預加熱裝置且預加熱溫度不超過l〇〇〇°C。5.根據權利要求4所述的預加熱式外延爐，其特征在于:該預加熱裝置包括沿源氣流通 方向依次串聯的加熱溫度為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.根據權利要求1所述的預加熱式外延爐，其特征在于:該預加熱裝置設置于所述反應 室外側并鄰近所述注入器。
【文檔編號】C30B25/08GK205635850SQ201620405996
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月6日
【發明人】錢衛寧, 馮淦, 趙建輝
【申請人】瀚天天成電子科技（廈門）有限公司