[发明专利]一种用于氢化物气相外延（HVPE）生长的加热装置

说明书

技术领域

本发明涉及半导体工业材料生长领域，尤其涉及一种用于氢化物气相外延(HVPE)生长领域使用的加热装置。

背景技术

加热炉应用范围十分广阔，包括熔炼、高温锻造、材料生长、高温加工等等。其主要原理是通过不同加热方式提高温度，控制预先设定的温度，使原材料在高温下发生物理或者化学反应，或者使加工原料在高温下分子结构发生改变，从而实现加工或制作的目的。

随着半导体工业技术的发展，半导体工业材料生长领域的产品不断更新，其中生长工艺对于温场控制的要求越来越高，半导体材料生长领域，尤其氢化物气相外延(HVPE)材料生长领域中加热炉应用十分广泛，其关键技术是保证加热炉的温场恒定和高精度控制，因此高精度恒温场加热方式的研究成为重点。

在半导体材料生长领域，尤其氢化物气相外延(HVPE)材料生长领域中，传统的加热炉为管式结构，多段加热，均采用单层、外置的电阻丝加热，每段温区的电热丝处于同一平面。此结构的温度均匀性差(炉体中心区域温度较低，接近炉内壁区域温度较高)，当其用于大面积材料生长时，影响尤为突出。

因此，针对上述技术问题，迫切需要提供一种能够在较大面积区域实现温场均匀、稳定分布且能精密控制温度的加热装置供半导体材料生长使用。

发明内容

本发明的主要目的是，提供一种能够实现精密控制且保持温场均匀性的加热装置。

为了解决上述问题，本发明提出了一种用于氢化物气相外延(HVPE)生长的加热装置；本加热装置包括加热炉体、五个(第一～第五)加热温区、石英部件、加热炉体外壳、上法兰盘和下法兰盘。在加热炉体的中设置圆柱形中空腔石英反应腔(供作材料生长用)。

本发明一种用于氢化物气相外延(HVPE)生长的加热装置，其结构特点：

1.加热炉体中设置五个加热温区，所述加热炉体内置各加热温区可分为辅助加热温区和材料生长加热恒温区：其中，在加热炉体上端的第一加热温区和第五加热温区均为辅助加热温区；而加热炉体中段的第三加热温区与其上邻段第二加热温区、下邻段第四加热温区，均为材料生长加热恒温区；其中，第二加热温区以一定的倾斜角度与第一、第三加热温区邻接，第四加热温区以一定的倾斜角度与第三、第五加热温区邻接；从而第二、第三、第四加热温区，在加热炉中空腔室内形成较大容积的立体对称聚焦型加热空间。这种结构，其供作材料生长的加热恒温区容积大，材料受气源流入、尾气流出对区域温场的影响小，有利于生长区域温场温度保持均匀、稳定。

2.在各加热温区内均设置多个各自独立的加热模块：其中，在辅助加热温区的各加热模块为电热丝加热模块，而在材料生长加热恒温区的各加热模块为电热丝加热模块或射频加热模块；在电热丝加热模块内用电热丝以脉冲型双层阵列均匀排布，在射频加热模块内用感应线圈以圆周双层阵列均匀排布；在每个加热模块内均设置一个耐高温温度传感器，分别与自动控温电路连接，可根据材料生长工艺要求预先设定并实时调控各温区温度，以实现温度的精密控制。

3.炉内加热模块：设置于圆柱形中空石英腔内中心处的石英托架与石墨盘之间。炉内加热模块为射频感应加热模块，其内设置射频感应线圈和耐高温温度传感器，而射频感应线圈以圆形双层排布，温度传感器与自动控温电路连接，可独立调控反应腔中心区域温度，有利于实时补足反应腔中心区温度低于边缘温度的温差。

在圆柱形石英腔体两端面与上、下法兰盘盖面板相接处，用双水冷真空橡胶密封，构成材料生长腔体，并在上、下法兰盘端面与加热炉体两端处，内圈用高温纤维棉封装，外圈用双水冷真空橡胶密封，从而在各加热温区与石英管之间的空间，形成并保持真空状态以减少热量流失，提高热效率。