[发明专利]一种调节基片表面温度的控温系统和控温方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件的制造领域，尤其涉及一种对基片进行控温加热的技术领域。

背景技术

氮化镓（GaN）是一种广泛应用于制造蓝光、紫光和白光二极管、紫外线检测器和高功率微波晶体管的材料。由于GaN在制造适用于大量用途的低能耗装置（如，LED）中具有实际和潜在的用途，GaN薄膜的生长受到极大的关注。

GaN薄膜能以多种不同的方式生长，包括分子束外延（MBE）法、氢化物蒸气阶段外延(HVPE)法、金属有机化合物化学气相沉积（MOCVD）法等。目前，MOCVD法是用于为生产LED得到足够质量的薄膜的优选的沉积方法。

MOCVD工艺通常在一个具有温度控制、压力控制、反应气体流量控制等比较严格的环境下的反应腔内进行。通常，由包含第III族元素（例如镓（Ga））的第一前体气体和一含氮的第二前体气体（例如氨(NH3)）被通入反应腔内反应以在基片上形成晶体GaN薄膜。一载流气体(carrier gas)也可以被用于协助运输前体气体至基片上方。这些前体气体在被加热的基片表面混合反应，进而形成第III族氮化物薄膜（例如GaN薄膜）而沉积在基片表面并形成晶体外延层。

在前述MOCVD工艺过程中，随着工艺的进行，MOCVD反应腔内的温度、压力、气体流速以及支撑所述基片的基片承载架转速等参数需要不断进行控制调整，并且在调整时各个参数之间会互相影响。

MOCVD反应腔内的温度是对整个反应工艺影响较大的一个参数，在MOCVD反应腔内由于所述基片承载架表面面积较大，而且受反应腔内的压力、气体流速以及基片承载架转速等参数的影响，采用单一加热部件往往会在基片表面产生不同的温度，这会造成整个基片表面的沉积均一性降低，从而使得产品的合格率降低。现有技术也会采用将加热部件分区加热，由于缺乏有效的控制方法，分区加热的加热温度很难调节均匀。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种调节基片表面温度的控温系统，所述控温系统位于一化学气相沉积反应器或者外延层生长反应器内，所述反应器包括一基片承载架，所述基片承载架表面放置所述基片；

第一加热部件和第二加热部件，所述第一加热部件和第二加热部件位于所述基片承载架附近，在所述基片承载架支撑基片的表面区域形成第一加热区和第二加热区；

供电系统，包括第一加热电源输出和第二加热电源输出，所述的第一加热电源输出和第二加热电源输出分别和所述的第一加热部件和第二加热部件相连；温度探测装置，用于测量所述第一加热区的温度；

控制器，所述控制器内预先存储有若干组第一加热区的温度及影响所述第一加热区温度的参数，以及对应的第二加热区的温度调节参数，所述控制器和所述温度探测装置相连，所述控制器对所述温度探测装置探测到的第一加热区温度与预先储存的数据进行运算比较，得出第二加热区的温度调节参数；

所述控制器将经过比较得出的第二加热区的温度调节参数输送到供电系统，调节第二加热电源输出。

进一步的，所述控温系统还包括第三加热部件以及与第三加热部件连接的第三加热电源输出。

进一步的，所述控温系统还包括一温度调节装置，所述温度调节装置和所述控制器相连，所述温度调节装置根据所述控制器输出的第二加热区的温度调节参数调节所述供电系统的第二加热电源输出。

所述的第二加热区的温度调节参数为：所述的第二加热电源输出与所述的第一加热电源输出的比值。

所述供电系统的第一加热电源输出和第二加热电源输出为电流输出或电压输出。

所述的供电系统可以为同时具有若干输出的一个加热电源，也可以为若干个加热电源。

所述温度调节装置可以位于所述控制器内部，也可以位于所述供电系统内部，或者位于所述控制器和所述供电系统之间，控制所述供电系统的输出。

进一步的，所述控制器还连接一气体流速测量装置、一压力探测装置和一转速控制装置。

进一步的，影响所述第一加热区温度的参数包括反应器内的各种反应气体的流速、基片承载架周围的压力以及基片承载架的转速。

进一步的，本发明还公开了一种调节基片表面温度的控温方法，包括下列步骤：