[发明专利]控制化学气相沉积腔室内的基底加热的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体设备领域，尤其涉及一种控制化学气相沉积腔室内的基底加热的装置及方法。

背景技术

金属有机化合物化学气相沉积(Metal Organic Chemical Vapor Deposition，MOCVD)是在气相外延生长的基础上发展起来的一种新型气相外延生长技术。MOVCD具有生长易于控制、可生长纯度很高的材料、外延层大面积均匀性良好等的优点。

MOCVD反应器是用于制造高亮度LED芯片的主要工艺设备。参考图1，示出了现有技术中MOCVD反应器一实施例的结构示意图。MOCVD反应器包括：腔室10、位于所述腔室10底部的加热器11，位于所述加热器11上的托盘13，所述托盘13通过支撑结构12与旋转机构关联在一起，所述托盘13用于承载基底14，所述MOCVD反应器还包括位于腔室10顶部的供给器15。

具体地，在MOCVD反应器的工作过程中，所述供给器15用于向所述腔室10输入含有有机金属的原料气体，所述加热器11用于加热，使原料气体发生分解，从而在基底14表面形成薄膜。

具体地，MOCVD反应器内的工作温度通常在500～1200℃的范围内。现有技术的MOCVD反应器中设置有温度控制系统，对所述加热器11的电流进行控制，以达到MOCVD反应的工作温度。

参考图2，示出了现有技术MOCVD反应器的温度控制系统一实施例的示意图。所述MOCVD反应器的温度控制系统包括温度控制器16，所述温度控制器16包括两个输入端和一个输出端。其中第一输入端用于输入温度设定值，第二输入端与腔室10内的托盘13上表面耦接，用于获取托盘13上表面的实际温度(本实施例中，托盘上表面承载基底14，因此托盘上表面的实际温度接近于基底14的实际温度)，输出端与加热器11的直流电源相连。所述温度控制器16用于比较所述温度设定值和所述实际温度，并基于两者的偏差计算出控制信号，所述输出端将所述控制信号发送至加热器11的直流电源，用于控制直流电源的电流，从而改变加热器11的功率，进而使托盘13上表面的温度接近所述温度设定值。就这样，温度控制器16实现对托盘13上表面温度的控制。

然而，MOCVD反应器的工作环境为真空，在真空环境中，辐射是热量传输的主要方式，大容量的金属腔体使热量传输的过程较慢，从而增大了时间常数。这样，加热器11产生的热量传输至托盘13上表面需要花费一定的时间，这使托盘13上表面的温度有所滞后。

在MOCVD反应器的升温过程中，滞后的托盘13上表面温度输入至温度控制器16，温度控制器16会控制加热器11增大直流电源的电流，容易导致加热器11过加热而使托盘13上表面温度超出温度设定值。之后，温度控制器16会控制加热器11减小直流电源的电流，以使托盘13上表面温度降至温度设定值，然而滞后的托盘13上表面温度输入至温度控制器16中，容易使温度控制器16控制的加热器11功率下降太快，这会使托盘13上表面温度又低于温度设定值，从而造成了腔室10内温度振荡的现象。

对于MOCVD工艺而言，通常仅1℃的温度变化就将导致5％以上的成品率的下降，因此如何获得稳定的基底温度，以提高MOCVD工艺的良率成为本领域技术人员亟待解决的技术问题之一。

更多关于MOCVD反应器温度控制的技术方案可参考公开号为CN101906622A的中国专利申请，然而所述中国专利申请的技术方案也未能解决上述技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种控制化学气相沉积腔室内的基底加热的装置及方法，通过串级控制使灵敏度较高的温度控制单元快速完成对温度变化的补偿，以获得稳定的基底温度。

为了实现上述发明目的，本发明提供一种控制化学气相沉积腔室内的基底加热的装置，包括：位于腔室内的加热器；位于腔室内所述加热器附近且与所述加热器相间隔开的托盘，用于承载基底；第一温度控制单元，与承载基底的托盘表面耦接，用于测量该托盘表面温度，基于设定温度和所述托盘表面温度输出第一控制信号；第二温度控制单元，与所述第一温度控制单元相连，用于测量托盘和加热器之间区域的中间温度，还用于根据所述第一控制信号和所述中间温度输出第二控制信号；所述加热器，与所述第二温度控制单元耦接，用于根据所述第二控制信号进行加热。

可选地，所述第二温度控制单元的时间常数小于所述第一温度控制单元的时间常数。

可选地，所述第一温度控制单元的时间常数与所述第二温度控制单元的时间常数的比值在1～25的范围内。