CN108642477A - 一种用于电磁加热mocvd反应室的加热装置 - Google Patents

一种用于电磁加热mocvd反应室的加热装置 Download PDF

Info

Publication number
CN108642477A
CN108642477A CN201810533289.1A CN201810533289A CN108642477A CN 108642477 A CN108642477 A CN 108642477A CN 201810533289 A CN201810533289 A CN 201810533289A CN 108642477 A CN108642477 A CN 108642477A
Authority
CN
China
Prior art keywords
ring body
heat
thermal conductor
heat production
pedestal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201810533289.1A
Other languages
English (en)
Inventor
李志明
赵丽丽
过润秋
张进成
冯兰胜
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Jinan
Original Assignee
University of Jinan
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Jinan filed Critical University of Jinan
Priority to CN201810533289.1A priority Critical patent/CN108642477A/zh
Publication of CN108642477A publication Critical patent/CN108642477A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/46—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for heating the substrate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/06—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of metallic material
    • C23C16/18—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of metallic material from metallo-organic compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/52—Controlling or regulating the coating process

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Induction Heating (AREA)

Abstract

本发明的一种用于电磁加热MOCVD反应室的加热装置，包括基座和设置在基座底部下方的电磁线圈，基座包括圆柱形的导热体，导热体内底部嵌入有若干可与电磁线圈相配合产生热量的圆环形的感应产热传热体，若干感应产热传热体直径不同且感应产热传热体横截面所在的圆与导热体的横截面所在的圆同心。本发明的有益效果是：本发明调节了由基座产生的热量在基座各方向上的热传导速率，并调节衬底边缘的温度，使衬底的温度分布均匀性提高。

Description

一种用于电磁加热MOCVD反应室的加热装置
技术领域
本发明涉及一种用于电磁加热MOCVD反应室的加热装置。
背景技术
目前MOCVD 是 Metal-organic Chemical Vapor Deposition的英文缩写，又称MOVPE 即金属有机气相外延。它是一种制备氮化物半导体材料的重要技术，其突出优点是既克服了卤化物法CVD的气相腐蚀问题，又能大大降低淀积温度。其中衬底温度分布的均匀性是影响所生长薄膜质量优劣的重要因素，在电磁加式MOCVD反应室中，由于感生电流的集肤效应，使得基座温度分布不均匀，从而导致衬底温度分布的不均匀。特别是当衬底尺寸较大时（如直径达六英寸以上的衬底），这种现象尤为突出。
发明内容
为解决以上技术上的不足，本发明提供了一种用于电磁加热MOCVD反应室的加热装置，提高了衬底的温度分布均匀性。
本发明是通过以下措施实现的：
本发明的一种用于电磁加热MOCVD反应室的加热装置，包括基座和设置在基座底部下方的电磁线圈，所述基座包括圆柱形的导热体，所述导热体内底部嵌入有若干可与电磁线圈相配合产生热量的圆环形的感应产热传热体，若干感应产热传热体直径不同且感应产热传热体横截面所在的圆与导热体的横截面所在的圆同心，感应产热传热体的底部表面与导热体的底部表面平齐，感应产热传热体设置有与导热体紧密贴合的顶部环形平面，该顶部环形平面低于且平行于导热体的顶部表面，感应产热传热体的热导率低于导热体的热导率。
上述感应产热传热体的排布采用自带流体与热传导方程的多物理场仿真软件进行仿真，并将热传导模型与流体模型进行耦合计算，其包括以下步骤：步骤1，按照基座的尺寸建立二维轴对称几何模型并设置电磁线圈的电流强度和频率；步骤2，设置反应室内部的边界条件，包括在反应室的输入入口的速度值、温度和反应气体的浓度值，并把气体出口的气体压力设为常数；步骤3，当反应室内各部件温度达到热平衡后，通过求解计算，得到反应室内导热体上表面的温度分布；步骤4，根据温度分布结果调整感应产热传热体的位置和面积大小，使反应室内导热体上表面的温度均匀分布。
上述当基座的高度为H、基座半径为R， 从左到右镶嵌的感应产热传热体分别为环体A、环体B、环体C、环体D、环体E、环体F、环体G；其中环体A的对角线坐标为（（0,0）,（0.07*R,0.55*H））,环体B的对角线坐标为（（0.13*R,0），（0.2*R,0.16*H））,环体C的对角线坐标为（（0.36*R,0），（0.39*R,0.12*H））,环体D的对角线坐标为（（0.51*R,0），（0.54*R,0.08*H））,环体E的对角线坐标为（（0.75*R,0），（0.78*R,0.16*H））,环体F的对角线坐标为（（0.84*R,0），（0.87*R,0.12*H））,环体G的对角线坐标为（（0.93*R,0），（R,0.67*H））。
上述感应产热传热体采用石墨材质，导热体采用碳化硅材质。
上述电磁线圈成同心圆分布，电磁线圈匝数为17匝，线圈中心与最外层线圈的距离与基座半径相等。
本发明的有益效果是：本发明调节了由基座产生的热量在基座各方向上的热传导速率，并调节衬底边缘的温度，使衬底的温度分布均匀性提高。在相同条件下，衬底温度分布均匀性比传统单一的感应产热传热基座提高9.1%。
附图说明
图1是本发明整体的纵剖面结构示意图。
图2是本发明立体结构示意图。
图3是本发明与传统加热效果对比图。
其中：1感应产热传热体，2导热体，3电磁线圈。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的描述：
如图1、2所示，本发明的一种用于电磁加热MOCVD反应室的加热装置，包括基座和设置在基座底部下方的电磁线圈3，基座包括圆柱形的导热体2，导热体2内底部嵌入有若干可与电磁线圈3相配合产生热量的圆环形的感应产热传热体1，若干感应产热传热体1直径不同且感应产热传热体1横截面所在的圆与导热体2的横截面所在的圆同心，感应产热传热体1的底部表面与导热体2的底部表面平齐，感应产热传热体1设置有与导热体2紧密贴合的顶部环形平面，该顶部环形平面低于且平行于导热体2的顶部表面，感应产热传热体1的热导率低于导热体2的热导率。由于电磁线圈3加热过程中，感应产热传热体1受热并不均匀，因此根据受热的特性，结合感应产热传热体1和导热体2的导热特点，设计出感应产热传热体1镶嵌在导热体2内部时的各处位置、厚度不一，从而调节由感应产热传热体1产生的热量在基座各方向上的热传导速率，最终达到顶部衬底受热均匀的目的。
仿真实验采用的是多物理场仿真软件 COMSOL Multiphysics ，由于 COMSOLMultiphysics内自带流体与热传导方程，计算时我们将热传导模型与流体模型进行耦合计算。首先我们按照反应室设备的尺寸建立二维轴对称几何模型并设置电磁圈的电流强度和频率。然后设置反应室内部边界条件：在反应室入口输入入口的速度值、温度和反应气体的浓度值;在气体气体出口:把压力设为常数;接下来通过求解计算，反应室内各部件温度达到热平衡后，我们可以得到反应室内衬底表面的温度分布。根据实验结果，观察当调整石墨环体在基座内的面积大小和位置时，反应室内衬底温度的变化规律，并以此为根据进一步优化基座结构，使反应室内衬底的温度均匀性得到进一步提高。
以下通过具体实施例加以说明：
以加热衬底半径r为152.4毫米(12英寸)、基座的高度是H为25.4毫米、基座直半径R是152.7毫米为例，进行说明。感应产热传热体1采用石墨，导热体2采用碳化硅基座。
从左到右镶嵌的感应产热传热体1分别命名为环体A、环体B、环体C、环体D、环体E、环体F、环体G。其中环体A的对角线坐标为（（0,0）,（0.07*R,0.55*H））,环体B的对角线坐标为（（0.13*R,0），（0.2*R,0.16*H））,环体C的对角线坐标为（（0.36*R,0），（0.39*R,0.12*H））,环体D的对角线坐标为（（0.51*R,0），（0.54*R,0.08*H））,环体E的对角线坐标为（（0.75*R,0），（0.78*R,0.16*H））,环体F的对角线坐标为（（0.84*R,0），（0.87*R,0.12*H））,环体G的对角线坐标为（（0.93*R,0），（R,0.67*H））。碳化硅基座下表面的尺寸与各石墨环体上表面相配合即可。其中各项数据是经过大量计算和仿真出来的，其效果如图3所示。呈同心圆分布的线圈位于基座下方，电磁线圈3匝数为17匝。电磁线圈3中心与最外层线圈的距离和基座半径近似相等。
工作时，电磁线圈3内通入高频交变电流后，感应产热传热体1由于电磁感应产生涡旋电流，从而使其加热。因感应产热传热体1和碳化硅基座厚度不均匀，以及碳化硅的热导率高于石墨的热导率，石墨环体产生的热量在各方向传热速率不一，从而传至衬底各点的热量趋于一致。这样，最终使衬底各点温度分布趋于均匀。
以上所述仅是本专利的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本专利的保护范围。

Claims (5)

1.一种用于电磁加热MOCVD反应室的加热装置，包括基座和设置在基座底部下方的电磁线圈，其特征在于：所述基座包括圆柱形的导热体，所述导热体内底部嵌入有若干可与电磁线圈相配合产生热量的圆环形的感应产热传热体，若干感应产热传热体直径不同且感应产热传热体横截面所在的圆与导热体的横截面所在的圆同心，感应产热传热体的底部表面与导热体的底部表面平齐，感应产热传热体设置有与导热体紧密贴合的顶部环形平面，该顶部环形平面低于且平行于导热体的顶部表面，感应产热传热体的热导率低于导热体的热导率。
2.根据权利要求1所述用于电磁加热MOCVD反应室的加热装置，其特征在于，所述感应产热传热体的排布采用自带流体与热传导方程的多物理场仿真软件进行仿真，并将热传导模型与流体模型进行耦合计算，其包括以下步骤：步骤1，按照基座的尺寸建立二维轴对称几何模型并设置电磁线圈的电流强度和频率；步骤2，设置反应室内部的边界条件，包括在反应室的输入入口的速度值、温度和反应气体的浓度值，并把气体出口的气体压力设为常数；步骤3，当反应室内各部件温度达到热平衡后，通过求解计算，得到反应室内导热体上表面的温度分布；步骤4，根据温度分布结果调整感应产热传热体的位置和面积大小，使反应室内导热体上表面的温度均匀分布。
3.根据权利要求1所述用于电磁加热MOCVD反应室的加热装置，其特征在于：当基座的高度为H、基座半径为R， 从左到右镶嵌的感应产热传热体分别为环体A、环体B、环体C、环体D、环体E、环体F、环体G；其中环体A的对角线坐标为（（0,0）,（0.07*R,0.55*H））,环体B的对角线坐标为（（0.13*R,0），（0.2*R,0.16*H））,环体C的对角线坐标为（（0.36*R,0），（0.39*R,0.12*H））,环体D的对角线坐标为（（0.51*R,0），（0.54*R,0.08*H））,环体E的对角线坐标为（（0.75*R,0），（0.78*R,0.16*H））,环体F的对角线坐标为（（0.84*R,0），（0.87*R,0.12*H））,环体G的对角线坐标为（（0.93*R,0），（R,0.67*H））。
4.根据权利要求1所述用于电磁加热MOCVD反应室的加热装置，其特征在于：所述感应产热传热体采用石墨材质，导热体采用碳化硅材质。
5.根据权利要求1所述用于电磁加热MOCVD反应室的加热装置，其特征在于：所述电磁线圈成同心圆分布，电磁线圈匝数为17匝，线圈中心与最外层线圈的距离与基座半径相等。
CN201810533289.1A 2018-05-24 2018-05-24 一种用于电磁加热mocvd反应室的加热装置 Pending CN108642477A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810533289.1A CN108642477A (zh) 2018-05-24 2018-05-24 一种用于电磁加热mocvd反应室的加热装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810533289.1A CN108642477A (zh) 2018-05-24 2018-05-24 一种用于电磁加热mocvd反应室的加热装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108642477A true CN108642477A (zh) 2018-10-12

Family

ID=63758789

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810533289.1A Pending CN108642477A (zh) 2018-05-24 2018-05-24 一种用于电磁加热mocvd反应室的加热装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108642477A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109207964A (zh) * 2018-10-19 2019-01-15 济南大学 一种用于电阻加热式mocvd反应室的加热装置

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004055595A (ja) * 2002-07-16 2004-02-19 Sharp Corp 気相成長装置
CN101404834A (zh) * 2008-11-10 2009-04-08 西安电子科技大学 电磁加热装置
CN102144280A (zh) * 2008-08-29 2011-08-03 威科仪器有限公司 具有变化热阻的晶片载体
CN103014673A (zh) * 2012-12-27 2013-04-03 济南大学 一种用于mocvd反应室的电磁加热装置
US20130291795A1 (en) * 2012-05-04 2013-11-07 Pinecone Energies, Inc. Thin film deposition system with cooling module
CN103614709A (zh) * 2013-12-12 2014-03-05 济南大学 用于mocvd反应室的组合基座式电磁加热装置
CN103938186A (zh) * 2013-01-23 2014-07-23 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 托盘、mocvd反应腔和mocvd设备

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004055595A (ja) * 2002-07-16 2004-02-19 Sharp Corp 気相成長装置
CN102144280A (zh) * 2008-08-29 2011-08-03 威科仪器有限公司 具有变化热阻的晶片载体
CN101404834A (zh) * 2008-11-10 2009-04-08 西安电子科技大学 电磁加热装置
US20130291795A1 (en) * 2012-05-04 2013-11-07 Pinecone Energies, Inc. Thin film deposition system with cooling module
CN103014673A (zh) * 2012-12-27 2013-04-03 济南大学 一种用于mocvd反应室的电磁加热装置
CN103938186A (zh) * 2013-01-23 2014-07-23 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 托盘、mocvd反应腔和mocvd设备
CN103614709A (zh) * 2013-12-12 2014-03-05 济南大学 用于mocvd反应室的组合基座式电磁加热装置

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
李志明等: "《大尺寸电磁加热的氮化物MOCVD反应室温度场的仿真与优化》", 《人工晶体学报》 *
过润秋等: "《基于模糊预测的MOCVD温度控制方法》", 《西安电子科技大学学报(自然科学版)》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109207964A (zh) * 2018-10-19 2019-01-15 济南大学 一种用于电阻加热式mocvd反应室的加热装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107204306A (zh) 用于控制在处理腔室中的多区域加热器的温度的方法及装置
KR102343798B1 (ko) 기판 처리 디바이스
CN103938186B (zh) 托盘、mocvd反应腔和mocvd设备
CN106796867A (zh) 用于epi腔室的上圆顶
CN205046194U (zh) 一种外延生长用石墨盘
CN215976143U (zh) 组合式衬底托盘
CN108642477A (zh) 一种用于电磁加热mocvd反应室的加热装置
CN110241401A (zh) 化学气相沉积优化腔室
CN103014673A (zh) 一种用于mocvd反应室的电磁加热装置
CN104372310B (zh) 反应腔室及外延生长设备
CN104513971B (zh) 反应腔室及等离子体加工设备
CN109207964A (zh) 一种用于电阻加热式mocvd反应室的加热装置
CN207727147U (zh) 一种用于热化学气相沉积的基片托盘和反应器
CN107475691A (zh) 一种基于电磁感应的加热装置
CN103614709B (zh) 用于mocvd反应室的组合基座式电磁加热装置
CN101404834B (zh) 电磁加热装置
CN102433548B (zh) 一种用于气相沉积的均匀气流进气口装置及均匀进气的方法
CN202989278U (zh) 一种用于mocvd反应室的电磁加热装置
CN215517744U (zh) 一种生长碳化硅外延晶片用样品托及其装置
CN106948002B (zh) 电磁感应加热外延炉的双面基座结构
CN205635851U (zh) 一种分段加热式外延炉
CN111039292B (zh) 一种还原炉底盘结构
CN106609360A (zh) 一种加热掺杂气体的喷淋结构
CN103422073A (zh) 用于感应加热的托盘及等离子体加工设备
JP6233209B2 (ja) サセプターとその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20181012

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication