一种真空环境下多温区感应加热碳化硅单晶生长装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术属于碳化硅晶体生长技术领域，具体涉及一种真空环境下多温区感应加热碳化硅单晶生长装置。本实用新型专利技术包括真空室，其特征在于：真空室内底部通过坩埚杆设置有石墨生长室，石墨生长室外设置有至少两个独立控制的加热感应线圈。本实用新型专利技术优化了加热感应线圈的结构，可以实现多区域控温，升温更快，温区轴向梯度更容易调节，径向温度更均匀，控温精度更高，且解决线圈在真空环境下放气问题，同时能耗更小。能耗更小。能耗更小。

【技术实现步骤摘要】
一种真空环境下多温区感应加热碳化硅单晶生长装置


[0001]本技术属于碳化硅晶体生长
，具体涉及一种真空环境下多温区感应加热碳化硅单晶生长装置。

技术介绍

[0002]碳化硅单晶材料因其自身宽禁带、高热导率、高击穿电场、高抗辐射能力等特点，其制成的半导体器件能够满足对当今对高功率和强辐射器件的需求，是制备高温、高频、高功率和抗辐射器件的理想衬底材料，并在混合动力汽车、高压输电、LED照明和航天航空等领域崭露头角，而生长高质量的碳化硅晶体则是实现这些碳化硅基器件的优异性能的基础。
[0003]目前生长碳化硅晶体的最成熟的方法是将碳化硅粉料加热到2200
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2600℃,在一定保护气氛下，使其升华到冷端籽晶上，这种方法的关键技术有两点，第一是建立一个合适的温场，形成稳定的气相碳化硅从高温到低温的输运流；第二是使气相碳化硅可以在衬底上外延生长。同时，在生长过程中还需要控制生长室内气体的压力。产生高温有两种方法，一种方法是大电流石墨体加热，另一种是采用中频感应加热。前一种方法升温速度慢，且石墨体加热在高温下易气化，严重影响加热体寿命，而后一种方法加热速度快，加热体铜感应线圈寿命长，同时保温材料需要较少，生长室容易达到高真空，因此商业用碳化硅晶体一般都采用感应加热炉生长。
[0004]感应加热使用中频电源为感应线圈供电，感应线圈在中频交变电流作用下，周围产生交变磁场。交变磁场的电磁感应作用使置于感应线圈中的高密度石墨坩埚表层产生封闭的感应电流即涡流，石墨坩埚表面在涡流作用下产生的高密度电流的电能转变为热能，使坩埚表层温度升高，并向坩埚内部传导，加热置于坩埚底部的碳化硅原料，并通过热辐射加热石墨坩埚内部的气体，包括碳化硅原料升华、分解产生的Si、SiC、Si2C、SiC2等气相组分。碳化硅籽晶置于坩埚顶部，处于相对低温区，碳化硅粉料置于高温区。气相组分在温度梯度的驱动下向低温区传输，在碳化硅籽晶表面沉积生长为碳化硅晶体（温度梯度是碳化硅晶体生长的驱动力）。
[0005]现有的技术方案所使用的线圈排布均匀，碳化硅粉料位于加热线圈中，感应线圈产生的涡流直接加热碳化硅粉料所处区域的石墨坩埚，石墨坩埚通过热传导直接加热碳化硅粉料；籽晶位于加热线圈上部，主要通过石墨坩埚的热辐射被加热，籽晶处于相对的低温区。因此，籽晶与碳化硅粉料之间的温度梯度是由感应线圈与碳化硅粉料和籽晶的相对位置所决定的。在晶体生长过程中，碳化硅粉料不断被消耗，碳化硅粉料顶部与籽晶之间的高度差在不断变化，籽晶与碳化硅粉料之间的温度梯度也随之改变，碳化硅粉料升华后，碳化硅不能在籽晶处获得稳定的温度生长结晶，不利于大尺寸碳化硅晶体的生长。当生长大尺寸晶体时，石墨生长室、石英管和感应线圈的尺寸要相应加大，石英管的壁厚也要相应增加，这将导致感应线圈和石墨生长室之间的耦合变差，感应效率变低，使得在石墨生长室产生所需要的生长温度变得很困难。因此，这种结构的生长装置对所生长晶体的尺寸局限很
大。
[0006]因此，有必要提供一种碳化硅生长装置，改变其热场结构设计，优化碳化硅粉料与籽晶之间的温度梯度，实现大尺寸、高有效厚度的碳化硅晶体的生长。

技术实现思路

[0007]本技术就是针对上述问题，弥补现有技术的不足，提供一种真空环境下多温区感应加热碳化硅单晶生长装置。
[0008]为了实现本技术的上述目的，本技术采用如下技术方案，本技术包括真空室，其特征在于：真空室内底部通过坩埚杆设置有石墨生长室，石墨生长室外设置有至少两个独立控制的加热感应线圈。
[0009]作为本技术的一种优选方案，所述加热感应线圈设置有两个子线圈，两个子线圈分别与石墨生长室的上部和下部对应。
[0010]作为本技术的另一种优选方案，所述加热感应线圈设置有三个子感应线圈，三个子感应线圈分别与石墨生长室的上部、中部和下部对应。
[0011]进一步的，所述加热感应线圈与石墨生长室设置为同轴。
[0012]进一步的，所述真空室上端设置有能够开启的密封盖。
[0013]进一步的，所述真空室底部设置有进气口，所述真空室侧壁中部设置有抽气口。
[0014]进一步地，真空室的顶部设置有上测温孔，真空室的底部设有下测温孔。
[0015]进一步的，所述坩埚杆设置为可升降结构。
[0016]进一步的，所述真空室设置为金属双层水冷结构。
[0017]进一步的，所述石墨生长室外设置有绝热材料层。
[0018]本技术的有益效果在于：本专利技术消除了真空室壁夹在加热感应线圈和晶体生长室之间所带来的缺陷，可以方便地通过调整绝热材料层的厚度，改变石墨生长室的尺寸来达到改变生长晶体尺寸的目的；同时由于加热感应线圈和石墨生长室之间没有双层石英管，使得两者直接的耦合效率大大提高，加热感应线圈的尺寸可以设计得很大，石墨生长室尺寸即使在较大范围内变化，两者之间仍然可以有好的耦合，从而无需进行大的设备改造，即可生长大尺寸SiC晶体。
[0019]本技术优化了加热感应线圈的结构，可以实现多区域控温，升温更快，温区轴向梯度更容易调节，径向温度更均匀，控温精度更高，且解决线圈在真空环境下放气问题，同时能耗更小。
附图说明
[0020]图1是本技术的结构示意图。
[0021]图2是图1的A
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A剖视图。
[0022]图3是图1的B
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B剖视图。
[0023]图4是本技术包含两个子感应线圈的加热感应线圈结构示意图。
[0024]附图中1为坩埚杆、2为石墨生长室、3为加热感应线圈、4为支撑架、5为真空室、6为密封盖、7为进气口、8为接线柱、9为抽气口、10为上测温孔、11为下测温孔。
具体实施方式
[0025]本技术包括真空室5，其特征在于：真空室5内底部通过坩埚杆1设置有石墨生长室2，石墨生长室2外设置有至少两个独立控制的加热感应线圈3。
[0026]作为本技术的一种优选方案，所述加热感应线圈3设置有两个子线圈，两个子线圈分别与石墨生长室2的上部和下部对应。
[0027]作为本技术的另一种优选方案，所述加热感应线圈3设置有三个子感应线圈，三个子感应线圈分别与石墨生长室2的上部、中部和下部对应。
[0028]进一步的，所述加热感应线圈3与石墨生长室2设置为同轴。
[0029]进一步的，所述真空室5上端设置有能够开启的密封盖6。
[0030]进一步的，所述真空室5底部设置有进气口7，所述真空室5侧壁中部设置有抽气口9。
[0031]进一步地，真空腔室的顶部和底部分别设有上测温孔10和下测温孔11。
[0032]进一步的，所述坩埚杆1设置为可升降结构。
[0033]进一步的，所述真空室5设置为金属双层水冷结构。
[0034]进一步的，所述石墨生长室2外设置有绝热材料层。
[0035]所述子感应线圈还可以设置多个本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种真空环境下多温区感应加热碳化硅单晶生长装置，包括真空室（5），其特征在于：真空室（5）内底部通过坩埚杆（1）设置有石墨生长室（2），石墨生长室（2）外设置有至少两个独立控制的加热感应线圈（3）。2.根据权利要求1所述的一种真空环境下多温区感应加热碳化硅单晶生长装置，其特征在于：所述加热感应线圈（3）设置有两个子线圈，两个子线圈分别与石墨生长室（2）的上部和下部对应。3.根据权利要求1所述的一种真空环境下多温区感应加热碳化硅单晶生长装置，其特征在于：所述加热感应线圈（3）设置有三个子感应线圈，三个子感应线圈分别与石墨生长室（2）的上部、中部和下部对应。4.根据权利要求1所述的一种真空环境下多温区感应加热碳化硅单晶生长装置，其特征在于：所述加热感应线圈（3）与石墨生长室（2）设置为同轴。5.根据权利要求1所述的一种真空环境下多温区感应加热碳化硅单晶生长装...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵科新，金成林，孙浩，王海涛，王学峰，
申请(专利权)人：沈阳天科合达半导体设备有限公司，
类型：新型
国别省市：