半導(dǎo)體外延爐要實(shí)現(xiàn)襯底的均勻加熱，這是保證外延層質(zhì)量的關(guān)鍵因素，涉及設(shè)備設(shè)計(jì)、加熱方式的優(yōu)化以及工藝參數(shù)的控制等多個(gè)技術(shù)方面。以下將從多種角度進(jìn)行分析：
1.加熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
多區(qū)域獨(dú)立溫控
將半導(dǎo)體外延爐的加熱器分為多個(gè)區(qū)域（如中心和邊緣），并對(duì)每個(gè)區(qū)域的溫度進(jìn)行單獨(dú)控制。例如，8英寸的碳化硅外延爐通常會(huì)采用3至5個(gè)區(qū)域進(jìn)行溫度控制，以補(bǔ)償中心與邊緣之間的熱損失差異。
加熱器布局的優(yōu)化
使用環(huán)形或螺旋形加熱器可以減小徑向溫度差。例如，石墨加熱器可以設(shè)計(jì)成多層嵌套的結(jié)構(gòu)，以確保熱量的均勻分布。
2.底座支架設(shè)計(jì)
高導(dǎo)熱材料
采用碳化硅（SiC）或高純石墨作為支架材料，這些材料具有較高的導(dǎo)熱系數(shù)（SiC的導(dǎo)熱系數(shù)約為490 W/m·K），能夠迅速傳遞熱量。
支撐結(jié)構(gòu)優(yōu)化
設(shè)計(jì)為薄壁和多孔結(jié)構(gòu)，以降低熱阻。比如，支架的厚度控制在2-3毫米，表面開孔率達(dá)到30%-40%，從而增強(qiáng)氣體的對(duì)流。
3.氣體流動(dòng)管理
旋轉(zhuǎn)襯底
通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)襯底進(jìn)行旋轉(zhuǎn)（轉(zhuǎn)速一般在10-50 rpm之間），以實(shí)現(xiàn)熱量的均勻分布。例如，在分子束外延（MBE）設(shè)備中，襯底的旋轉(zhuǎn)可以消除由于晶格取向引起的熱吸收差異。
氣體的分流與導(dǎo)引
在反應(yīng)腔內(nèi)安裝導(dǎo)流板或氣體噴嘴，以便氣體均勻地覆蓋在襯底表面上。例如，在CVD設(shè)備中，氣體從頂部均勻噴出，同時(shí)底部進(jìn)行排氣，從而形成穩(wěn)定的流場(chǎng)。
4.溫度監(jiān)測(cè)與反饋系統(tǒng)
多點(diǎn)測(cè)溫
在襯底表面或支架上布置多個(gè)熱電偶（如中心、邊緣和四個(gè)角），以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度。以8英寸的襯底為例，通常會(huì)設(shè)置5到7個(gè)測(cè)溫點(diǎn)。
閉環(huán)控制系統(tǒng)是指一種控制機(jī)制，通過持續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)輸出并將其反饋到輸入，以調(diào)整和優(yōu)化系統(tǒng)表現(xiàn)。
將溫度測(cè)量數(shù)據(jù)反饋給PLC或PID控制器，以動(dòng)態(tài)調(diào)整加熱器的功率。例如，當(dāng)半導(dǎo)體外延爐的邊緣溫度低于中央溫度時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)提高邊緣加熱區(qū)域的功率。