以數值分析法優化MOCVD高溫反應腔體之加熱系統暨實作驗證

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姓名

邱顯智(Chiu) 查詢紙本館藏

畢業系所

光機電工程研究所

論文名稱

以數值分析法優化MOCVD高溫反應腔體之加熱系統暨實作驗證
(The Optimization and Experiment verification for Heating System in a Very-High temperature MOCVD reactor by Numerical Analysis)

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摘要(中)

MOCVD為發光二極體、高頻元件、功率元件等重要電子元件的主要製程設備，MOCVD半導體設備機台可以劃分為五大項目：加熱系統、控制系統、進氣系統、廢氣處理系統、真空反應腔體，其中加熱系統提供製程反應中所需要的製程溫度與能量，其溫度均勻度影響薄膜品質甚劇，而溫度均勻度主要來自於發熱源形狀以及間距的設計，有鑑於此，本研究以學生自身搭建一MOCVD之高溫加熱系統進行研究，且為使承載盤表面溫度分布均勻，特以數值軟體針對以下參數進行分析
(1)加熱器之厚度探討
(2)加熱器之截面積與電阻值關係
(3)加熱器線圈間距分析
(4)最佳化加熱器實驗
(5)反射擋板與二區段加熱器
比對數值分析與實驗結果，可進行加熱器電熱功率與加熱器線圈形狀設計，並對承載盤表面溫度分布進行優化，電熱功率數值分析具有95%可信度，承載盤表面溫度誤差百分比僅11.2%。反射擋板與二區段加熱器可提升加熱器電熱功率使用效率，並且彌補承載盤邊際效應造成之表面溫度差，盤面溫度標準差可達5.8℃，大幅度改盤面溫度分布。

摘要(英)

A semiconductor equipment usually can be divided into five sub-systems, (a) heating system, (b) exhausting system, (c) injecting system, (d) control system and (e) vacuum chamber. Since metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) requires a high temperature process to deposit epitaxy thin film, the uniformity is a key process indicator and is determined by the distribution of susceptor temperature. Thus, the research focuses on the heating system for a MOCVD vacuum reactor. The geometry of the heater determine the uniformity of the surface temperature. By setting the vacuum reactor and simulating the heating system, the results assist us to get the distribution of surface temperature be more uniform. The thickness of heater, the resistance, the distance between coil turns and turns, the optimization of heater, the reflectors and the two-zone heating are elaborated in the research.
To compare with the experiments and simulations, the results support the geometry design and power of the heater. The optimum make the susceptor temperature more uniform. The confidence level of the simulated results is 95%, and the error of the susceptor temperature is 11.2%. The reflectors and the two-zone heating improve the efficiency of heater. The difference and standard deviation of surface temperature would be decrease. The research makes the susceptor temperature be more uniform, and improve the design capability of semiconductor components.

關鍵字(中)

★ 有機金屬化學氣相沉積
★ 加熱器
★ 承載盤
★ 均溫性

關鍵字(英)

★ MOCVD
★ Heater
★ Susceptor
★ Temperature uniformity

論文目次

目錄
中文摘要 i
英文摘要 ii
誌謝 iii
目錄 iv
圖目錄 vii
表目錄 xiii
符號說明 xiv
第一章緒論 1
1-1 研究背景及動機 1
1-2 文獻回顧 5
1-3 研究內容及目的 9
第二章薄膜沉積理論與磊晶系統 10
2-1薄膜沉積理論 10
2-1-1物理氣相沉積 11
2-1-2化學氣相沉積 14
2-1-3有機金屬化學氣相沉積 15
2-2 MOCVD磊晶系統 17
2-2-1氣體傳輸系統 17
2-2-2反應腔體 20
2-2-3加熱系統 24
2-2-4廢氣處理系統 28
第三章理論介紹 30
3-1 研究應用理論 30
3-1-1 歐姆定律 30
3-1-2焦耳定律 32
3-1-3 熱傳現象 33
3-2 有限元素法 39
第四章研究方法 42
4-1 數值分析流程 42
4-2 數學模型與相關條件闡述 43
4-2-1 紅外線輻射加熱模型 43
4-2-2 材料性質 45
4-2-3 統御方程式 49
4-2-4 初始及邊界條件 50
4-2-5溫度實驗量測點位暨數值分析 51
4-3 軟體收斂性 54
4-4高溫真空反應腔體驗證平台 59
第五章結果討論 60
5-1 實驗內容 60
5-2 紅外線輻射加熱器模擬分析與實驗驗證 62
5-3 紅外線輻射加熱器優化模擬分析與驗證 80
5-3-1線圈寬度探討 80
5-3-2加熱器優化 95
5-4反射擋板與二區段加熱器探討 112
第六章結論 117
參考文獻 118

參考文獻

參考文獻
[1] 經濟部能源局 LED照明節能應用技術手冊 101 12月
[2] 洪駿之, ”以專利分析之觀點探討LED製程技術對中國LED產業及市場的影響”, 台灣, 政治大學, 碩士論文, pp.30-35, 2012.
[3] 陸大成, 段樹坤, 金屬有機化合物氣相外延基礎及應用, 一版, 科學出版社, 北京, 2009年
[4] 方志烈, 半導體照明技術, 電子工業出版社, 2009年
[5] Yang C. C., Chi G. C., Huang C. K., et al ” The improvement of GaN epitaxial layer quality by the design of reactor chamber spacing”, Journal of Crystal Growth, Vol.200, pp32-38., 1999.
[6] Frijlink P.M.,” A new versatile, large size MOVPE reactor”, Journal of Crystal Growth, Vol.93, pp207-215., 1988.
[7] Martin C., Dauelsberg M., Protzmann H., et al,” Modeling of group –III nitride MOVPE in the closed coupled showerhead reactor and planetary Reactor”, Journal of Crystal Growth, Vol.303, pp.318-322, 2007.
[8] Mckee M.A., Norris P.E., Stall R.A., et al, “Growth of highly uniform, reproducible InGaAs films in a multiwafer rotating disk reactor by MOCD”, Journal of Crystal Growth, Vol.107, pp445-451, 1991.
[9] Weyburne D. W., Ahem B.S., “Design and operating considerations for a water-cooled close-spaced reactant injector in a production scale MOCVD”, Journal of Crystal Growth, Vol.170, pp77-82, 1997.
[10] Zhang X., Moerman I., Sys C., et al, ” Highly uniform AlGaAs/GaAs and InGaAs(P)/InP structure grown in a multiwafer vertical rotating susceptor MOVPE reactor”, Journal of Crystal Growth, Vol.170, pp.83-87, 1997.
[11] H.R. Jrn, C.A. Larsen, G.B. Stringfellow, et al, “MOVPE growth of GInAsSb”, Journal of Crystal Growth, Vol.77, pp.408-417, 1986.
[12] S.P. Denbaars, B.Y. Maa, P.D. Dapkus, et al, “Homogeneous and heterogeneous thermal decomposition rates of trimethylgallium and arsine and their relevance to the growth of GaAs by MOCVD”, Journal of Crystal Growth, Vol.77, pp188-193, 1986.
[13] N. Shibata, and S. Zembutsu., “A boundary layer model for the MOCVD process in a vertical cylinder reactor”, Journal of Applied Physics, Vol.26, pp1416-1421, 1987.
[14] W. Y. Chung, “Modeling of Cu thin film growth by MOCVD process in a vertical reactor”, Journal of Crystal Growth, Vol.180, pp691-697, 1997.
[15] D. I. Fotiadis, S.Kieda, K.F. Jensen., “Transport phenomena in a vertical reactors for metalorganic vapor phase epitaxy”, Journal of Crystal Growth, Vol.102, pp.441-470, 1990.
[16] C. R. Kleijn, “A mathematical model of the hydrodynamics and gas phase reactions in silicon LPCVD in a single wafer reactor”, Journal of Electrochemical Society., Vol. 138, pp2190-2200, 1991.
[17] 劉祥林, 汪連山, 陸大成, et al, “氮化鎵緩衝層生長過程分析”, 半導體學報, Vol.20, pp529-533, 1999.
[18] J.S. Huang, X. Dong, X.D. Luo, et al, “Growth temperature effect on the optical and material properties of AlxInyGa1-x-yN epilayers grown by MOCVD”, Journal of Crystal Growth, Vol.247, pp84-90, 2003.
[19] H.V. Santen, C.R. Kleijn, Harry, E.A., “Symmetry breaking in a stagnation-flow CVD reactor”, Journal of Crystal Growth, Vol.212, pp311-323, 2000.
[20] R.Schreiner, D.Fahle, B.Schineller, et al, “Growth of GaN, AlGaN and AlN layers for LED manufacturing: Investigations on growth conditions using a “Hotwall” MOCVD system”, USA, CS Mantech conference, 2011.
[21] D. Fahle, H. Behmenburg, C. Mauder, et al, “Growth of GaN in a planetary MOCVD hotwall system”, Journal of Physics Status Solid, Vol.8, pp2041-2043, 2011.
[22] 郭勃亨, “雙加熱器有機金屬化學氣相沉積系統上下加熱板溫度對氮化銦鎵薄膜成長之研究”, 台灣, 國立交通大學, 碩士論文, 2012
[23] 莊達人, VLSI 製造技術, 高立圖書有限公司, 1996.
[24] X. Hong, 半導體製程技術導論, 羅正忠, 張鼎張, 三版, 台灣培生教育出版股份有限公司, 臺北, 民國96年.
[25] 陳玄宗, “以磁場模擬法設計磁鐵排列改善濺鍍機台之填洞能力”, 國立中央大學, 碩士論文, 民國100年.
[26] A.G. Thompson, “MOCVD technology for semiconductors”, Journal of Materials letters, Vol. 30, pp 255-263, 1996.
[27] B. Mitrovic, A. Gurary, L. Kadinski, “On the flow stability in vertical rotating disc MOCVD reactos under a wide range of process parameters”, Journal of Crystal Growth, Vol 287, pp 656-663, 2005.
[28] M. Dauelsberg, C. Martin, H. Protzmann et al. “Modeling and process design of III-nitride MOVPE at near-atmosphericpressure in close coupled showerhead and planetary reactors”, Journal of Crystal Growth, Vol. 298, pp.418-424, 2007.
[29] 詹少彬, “MOCVD 加熱系統研究”, 大陸, 華中科技大學, 碩士論文, 2008.
[30] M. Dauelsberg, E.J. Thrush, B. Schineller and J. Kaeppeler, “Technology of MOVPE Production Tools”, Elsevier Ltd, 2004.
[31] D. G. Zhao, J. J. Zhu, D. S. Jiang et al. “ Parasitic reaction and its effect on the growth rate of AlN by metalorganic chemical vapor deposition”, Journal of Crystal Growth, Vol.289, pp. 72-75, 2006.
[32] H. W. Jackson, J. L. Watkins, S. Chung et al. “Conductive sphere in a radio frequency field: Theory and applications to positioners, heating, and noncontact measurements”, Journal of Applied Physics, Vol.79, pp.3370-3384, 1996.
[33] T. Murakami, Y. Okuno, and H. Yamasaki. “Performance of rf-assisted  magnetohydrodynamics power generator”, Physics of Plasmas, Vol. 12, pp. 113503-1~113503-8, 2005.
[34] L. M. Kaufmann, F. Heuken, M. R. Tilders, et al. “Safety aspects of MOVPE in research and development: a example”, Journal Crystal Growth, Vol. 93, pp. 279-284, 1988
[35] 林政鑒, 蔡俊宏, 陳立德, ”半導體業廢氣洗滌塔操作實物與探討”, 台灣, 高科技產業研討會論文, 2002.
[36] 洪健仁, ”半導體廠局部尾氣處理設備危害與風險評估”, 台灣, 中央大學, 碩士論文,2009.
[37] B. Harris, University Physics, Ver. 2, John Wiley & Sons Inc, USA,1995.
[38] Y. A. Cengel, Heat and mass transfer, McGraw-Hill Education(Asia), Third Edition, Singapore, 2006.
[39] 白長城, 張海興, 方湖寶, 高等學校教材紅外物理, 電子工業出版社, 北京, 1989.
[40] 王冒成, 有限單元法, 清華大學出版社, 北京, 2003.

指導教授

利定東(Tomi. T. Li)

審核日期

2015-8-18

推文