水平式离子注入碳化硅高温退火装置制造方法及图纸

本发明专利技术一种水平式离子注入碳化硅高温退火装置。该装置的石英管退火室水平设置，两端由水冷法兰盘封闭；水冷法兰盘一端上设有退火室的进样门，进样门中心有一个小孔，是退火时保护气体的入口，进样门与法兰盘之间用型密封圈密封连接；水冷法兰盘另一端中心设有一水平的管道，管道的外端是观察窗，管道的上侧垂直设有放气阀门，下侧垂直设有抽气口；石英管退火室的外周圆表面中部，绕设有螺旋管感应加热线圈，退火室的内腔中，与螺旋管感应加热线圈相对的位置设有感应加热体。本发明专利技术可满足各种高温、大功率、高频碳化硅器件的制作，也适用于其它半导体的退火激活工艺，其灵活、压力调节范围宽、易于控制，有较高的退火温度。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种高温退火装置，特别涉及一种基于铜螺旋管射频加热的水平式离子注入碳化硅(SiC)高温退火装置。
技术介绍
以碳化硅(SiC)为代表的第三代宽带隙半导体具有禁带宽(硅(Si)的3倍)、热导率高(硅(Si)的3.3倍)、击穿场强高(硅(Si)的10倍)、饱和电子漂移速率高(硅(Si)的2.5倍)、工作温度高(400~600℃)、键合能高以及极好的物理及化学稳定性等许多优良特性，在高温、大功率、抗辐照的器件应用方面有着得天独厚的潜力和优势。碳化硅(SiC)主要用于高温、大功率器件的制作，为了减少器件对功率的损耗，就必须减少串联电阻和方块电阻，即需要有重掺杂层材料。考虑到杂质原子在碳化硅(SiC)中的扩散系数很小，在1800℃以下的温度范围内杂质的扩散是可以忽略的，虽然用热扩散方法实现掺杂方法在硅(Si)技术中经常使用，但是在碳化硅(SiC)的掺杂中这一技术已不可行，因此，离子注入已成为碳化硅(SiC)电子器件制作工艺中实现重掺杂的一种重要手段。一旦杂质原子被注入到碳化硅(SiC)中后，有两种可能性，一是杂质原子占据晶格中的间隙位置，形成间隙原子，另一种可能性是驻留在碳化硅(SiC)的晶格位置上，因此，离子注入后要做的工作就是将杂质原子从间隙位置转移到替代位置，并使其电激活，这一激活是通过在惰性气体中(如Ar气等)高温退火来完成的。为了完全消除晶格损伤，注入后的碳化硅(SiC)需要经过高温退火过程。注入后进行高温退火有两个目的，即激活杂质和完全消除晶格损伤。退火温度最高要达到1700℃，具体的退火条件依赖于所注入的杂质原子，杂质的激活既依赖于杂质原子，也依赖于碳化硅(SiC)晶型(如6H-SiC和4H-SiC等)。常用的硅(Si)退火装置已不能满足碳化硅(SiC)退火的要求。
技术实现思路
本技术的目的是设计一种基于铜螺旋管射频加热的水平式离子注入碳化硅高温退火装置，利用该装置不但能够实现碳化硅(SiC)的n-型杂质离子的退火激活(退火温度通常为1500℃左右)，而且也能够实现碳化硅(SiC)的p-型杂质离子的退火激活(退火温度通常为1700℃左右)，以满足各种高温、大功率、高频碳化硅(SiC)器件的制作。为达到上述目的，本技术的技术解决方案是提供一种离子注入碳化硅高温退火装置，由退火室、法兰盘、退火室进样门、放气阀门、抽气口、观察窗、感应加热线圈和感应加热体组成，其中，石英管退火室水平设置，两端由水冷法兰盘封闭，法兰盘上固设有支架，支架将退火室水平固置于地面；退火室和水冷法兰盘之间采用“O”型密封圈密封；水冷法兰盘一端上设有退火室的进样门，进样门中心有一个小孔，是退火时保护气体的入口，进样门与法兰盘之间用“O”型密封圈密封连接；水冷法兰盘另一端中心设有一水平的管道，管道的外端是观察窗，管道的上侧垂直设有放气阀门，下侧垂直设有抽气口；石英管退火室的外周圆表面中部，绕设有螺旋管感应加热线圈，退火室的内腔中，与螺旋管感应加热线圈相对的位置设有感应加热体。所述的高温退火装置，其所述法兰盘、退火室进样门、水平的管道、放气阀门、抽气口是由不锈钢材料制成，“O”型密封圈为橡胶圈，螺旋管感应加热线圈为铜螺旋管。所述的高温退火装置，其所述感应加热体，包括石英舟、保温层和感应加热器，石英舟套置于退火室的内腔中，保温层将感应加热器包裹于其中，并套置于石英舟内。所述的高温退火装置，其所述法兰盘，中间有一个圆环状水槽，在水槽的两端沿法兰盘的径向方向引出两个水嘴；所述的高温退火装置，其所述石英舟，由钩圈、连接臂、石英舟体和多孔底组成，多孔底将石英舟体的一端封住，石英舟体的另一端开口边缘固连有连接臂，连接臂的外端固接一钩圈；其外径略小于石英管退火室的内径，中间空隙小于1毫米。所述的高温退火装置，其所述保温层，包括保温层体和其一侧的盖，其中，保温层体一端封闭，另一端为开口，该开口与盖相适配，保温层体的上侧中心有一凹槽是一个测温窗口，采用高温仪测温；保温层体的内壁与感应加热器外周面相适配；保温层体的外周面与石英舟体的内壁相适配，保温层体可顺畅的放入石英舟体内。所述的高温退火装置，其所述感应加热器，中间有一通孔，其表面和通孔内壁覆有一层碳化硅(SiC)涂层，或其表面和通孔内壁固接一形状相同的碳化硅(SiC)管；其外周面与保温层体的内壁相适配，感应加热器可顺畅的放入保温层体内。所述的高温退火装置，其所述退火室为圆筒形，感应加热器，为圆柱体，石英舟和保温层体，为圆桶形；感应加热器由高纯石墨制造而成，保温层为石墨毡。所述的高温退火装置，其所述中间的通孔，为矩形通孔。本技术所采取的技术措施有以下几个方面一是采用螺旋管加热的水平石英管结构；二是采用一圆桶形石英舟，增强样品交接的简易性；三是采用石墨感应加热器的保温措施，以增强加热效率，提高工作温度；四是退火时的气体压力可调，其调节范围在10-3托到760托内，以达到真空、低压和常压退火工艺要求。本技术是为离子注入碳化硅(SiC)的退火激活而设计的高温退火装置，退火室内均采用高温材料，该装置也适用于其它半导体的退火激活工艺，如单晶(硅(Si))、锗硅合金(Ge Si)、氮化镓(GaN)等。本技术的特点是简易、灵活、多用、压力调节范围宽、易于控制，有较高的退火温度，最高可达到2000℃。本技术加热快速、温度高，很适合高温快速退火，最大的优点是可在低压下退火，这是常规退火系统所不具备的。附图说明图1是本技术水平式离子注入碳化硅(SiC)高温退火装置示意图；图2是本技术石英舟内高温退火样品室结构示意图；图3是石英舟结构示意图；图4是石墨毡绝热材料保温层结构示意图；其中图4(a)是剖面图；图4(b)和(c)分别是圆桶形石墨毡保温层体122和石墨毡盖121的右视示意图；图5是石墨感应加热器的结构示意图；其中图5(a)是感应加热器13的剖面图，图5(b)是感应加热器13的右视示意图。具体实施方式图1给出的水平式离子注入碳化硅(SiC)高温退火装置示意图。该退火装置是一超高真空系统，由不锈钢法兰盘和石英管腔室制成。如图1所示，该装置由石英管退火室1、水冷不锈钢法兰盘2、退火室进样门3、放气阀门4、抽气口5、观察窗6、铜螺旋管感应加热线圈7和感应加热体13组成。其中，圆筒形石英管退火室1水平设置，两端由水冷不锈钢法兰盘2封闭，不锈钢法兰盘2上固设有支架8，支架8将退火室1水平固置于地面。石英管退火室1和水冷不锈钢法兰盘2之间采用“O”型橡胶圈密封。水冷法兰盘2用不锈钢制成，中间有一个圆环状水槽，在水槽的两端沿法兰盘的径向方向引出两个水嘴，目的是在水槽内装灌冷却水以冷却“O”型橡胶圈。一端水冷法兰盘2上设有退火室1的进样门3，进样门3由不锈钢材料制成，中心有一个小孔9，是退火时保护气体的入口，进样门3与水冷法兰盘2之间用“O”型橡胶圈密封连接。另一端水冷法兰盘2中心设有一水平的管道10，管道10的外端是观察窗6，管道10的上侧垂直设有放气阀门4，下侧垂直设有抽气口5。石英管退火室1的外周圆表面中部，绕设有铜螺旋管感应加热线圈7，退火室1的内腔中，与铜螺旋管感应加热线圈7相对的位置设有感应加热体13。退火室1内的真空度达到10-4～10-3Pa。采用铜螺旋管感应本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水平式离子注入碳化硅高温退火装置，由退火室、法兰盘、退火室进样门、放气阀门、抽气口、观察窗、感应加热线圈和感应加热体组成，其特征是：其中，石英管退火室水平设置，两端由法兰盘封闭，法兰盘上固设有支架，支架将退火室水平固置；退火室和法兰盘之间采用“Ｏ”型密封圈密封；法兰盘一端上设有退火室的进样门，进样门中心有一个小孔，与保护气体的储罐出口相通，进样门与法兰盘之间用“Ｏ”型密封圈密封连接；法兰盘另一端中心设有一水平的管道，管道的外端是观察窗，管道的上侧垂直设有放 气阀门，下侧垂直设有抽气口；石英管退火室的外周圆表面中部，绕设有感应加热线圈，退火室的内腔中，与感应加热线圈相对的位置设有感应加热体。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙国胜，王雷，赵万顺，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]