CN101240445A - 一种碳化硅外延生长用加热器旋转装置 - Google Patents
一种碳化硅外延生长用加热器旋转装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101240445A CN101240445A CNA2007100637096A CN200710063709A CN101240445A CN 101240445 A CN101240445 A CN 101240445A CN A2007100637096 A CNA2007100637096 A CN A2007100637096A CN 200710063709 A CN200710063709 A CN 200710063709A CN 101240445 A CN101240445 A CN 101240445A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- rotating device
- silicon carbide
- graphite
- transmission shaft
- central
- 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
Links
Images
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
一种碳化硅外延生长用加热器旋转装置，包含一中央转动装置，该装置包括：一石墨托盘，为一盘状；一石墨支撑杆；一传动轴杆，上端与石墨支撑杆连接；一支撑管；一支撑件，上端与支撑管连接；一支撑座，与支撑件连接；一联轴器，其上端与传动轴杆插接连接；一中心调节器，为一筒状，两端具有法兰；一三通排气管，位于中央转动装置上的支撑座上，中央转动装置穿过该三通排气管的两端，该三通排气管通过法兰与中心调节器连接；一石英管反应生长室，石英管反应生长室罩扣于中央转动装置，并与三通排气管固定；一磁力旋转装置，位于中心调节器的下方，通过传动轴与中央转动装置的联轴器连接。
Description
技术领域
本发明涉及一种碳化硅外延生长用加热器旋转装置，特别涉及一种基于铜螺旋管射频加热的竖直式高温大功率碳化硅(SiC)外延材料制造装置。
背景技术
近年来由于科学技术的发展及军事、航天、雷达通讯、石油钻探、汽车工业等对耐高温、大功率工作和抗辐照电子器件的大量需求，以碳化硅(SiC)为代表的宽带隙半导体材料及其器件研究为人们所关注。碳化硅(SiC)是继硅(Si)及砷化镓(GaAs)传统半导体之后出现的第三代半导体，具有禁带宽(Si的3倍)、热导率高(Si的3.3倍)、击穿场强高(Si的10倍)、饱和电子漂移速率高(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，使其在高温、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。当前，国际上高温、大功率、抗辐照的性能好的半导体器件大部分都是用碳化硅(SiC)材料制作的。正是因为碳化硅所具备的优良特性和碳化硅器件所展示的巨大应用潜力及在国防应用上具有的特殊地位，国际上非常注重碳化硅材料与器件的研究开发，许多西方政府和公司都正在投巨资从事碳化硅的研发工作。碳化硅的研究工作包括从碳化硅(SiC)单晶的制备、外延材料(包括同质外延与异质外延)的生长、特性表征，到碳化硅各种高温、高频、大功率器件的研发。其中碳化硅外延生长，是实现碳化硅器件的关键技术和瓶颈。要制备碳化硅器件，需要高质量的器件结构外延材料，如良好的表面形貌、厚度的有效控制、掺杂的有效控制、良好的厚度及掺杂均匀性等。在有效的几种外延生长技术中，化学气相沉积(CVD)技术已成为优质碳化硅(SiC)器件结构材料的关键生长技术，并使得碳化硅器件的研制工作取得突破性进展。所谓CVD技术，就是将化合物气体如硅烷(SiH4)、乙烯(C2H4)和氢气(H2)等反应气体通入外延生长室内，在热衬底表面上发生化学反应，并在衬底上淀积所希望的薄膜材料，如碳化硅(SiC)外延材料。由于制作器件对外延材料的要求很高，尤为重要的就是外延材料的均匀性。
发明内容
本发明的目的是设计一种基于铜螺旋管射频加热的竖直式碳化硅外延材料生长用加热器旋转装置，利用该装置能够实现均匀性极高的SiC n-型材料和p-型材料的外延生长，以满足各种高温、大功率、高频SiC器件的制作。
为达到上述目的，本发明的技术解决方案是提供一种碳化硅外延生长用加热器旋转装置，其特征在于，其包含有：
一中央转动装置，该中央转动装置包括：
一石墨托盘，为一盘状用于感应加热和放置实验用衬底样片；
一石墨支撑杆，用于支撑石墨托盘；
一传动轴杆，上端与石墨支撑杆螺纹连接；通过传动轴杆的转动带动石墨托盘旋转；
一支撑管，为中空用以固定传动轴杆；
一支撑件，上端与支撑管连接；
一支撑座，与支撑件连接；
一联轴器，联轴器的上端与传动轴杆插接连接，通过联轴器的转动带动传动轴转动，进而带动感应加热体旋转；
一中心调节器，该中心调节器为一筒状，两端具有法兰；
一三通排气管，该三通排气管位于中央转动装置上的支撑座上，该中央转动装置穿过该三通排气管的两端，该三通排气管通过法兰与中心调节器连接；
一石英管反应生长室，该石英管反应生长室罩扣于中央转动装置，并与三通排气管固定；
一磁力旋转装置，该磁力旋转装置位于中心调节器的下方，通过传动轴与中央转动装置的联轴器连接。
其中所述的石墨托盘底面中央有圆梯形凹槽。
其中所述的石墨杆上有圆梯形凸台，通过圆梯形凸台和石墨托盘底面上的中央圆梯形凹槽连接在一起。
其中所述传动轴杆，由金属材料制成，熔点大于1800度。
其中所述支撑管由金属材料制成，两端各内置一个无油轴承，用于固定传动轴杆，下端外侧有螺纹。
其中所述中心调节器包括：一波纹管，上下法兰，该上下法兰分别与波纹管的上下端连接，该上下法兰的外圆处有三个调节耳环，三个支柱分别螺接于该上下法兰的外圆上的三个调节耳环，以调节波纹管的厚度。
其中所述传动机构，是一真空磁力传动机构。
实现本发明所采取的技术措施有以下几个方面：一是感应加热体，由石墨托盘和石墨杆组成，并采用圆梯形凹槽和圆梯形凸台相互插接连接，增强其旋转时的稳定性；二是采用钼质材料加工传动轴杆，防止感应加热体的热传导对其产生形变影响，加强轴杆在旋转时的同轴性；三是采用中心调节器，通过对其的调节，以保证感应加热体始终处于反应室的中心位置，提高温度分布和生长的均匀性；四是将感应加热体、加热体旋转组件、排气口组件、中心调节器和旋转机构自上而下组装为一体，使之拆装方便、操作简捷。
本发明是为高温大功率碳化硅(SiC)外延材料制造装置使用，该装置也适用于其它半导体外延材料的制造工艺，如氮化镓(GaN)、氮化铝(AlN)、氮化硅(Si3N4)、硅(Si)等。
本发明的特点是安装灵活、转速高且易于控制、有较高的稳定性。
附图说明
为使能详细说明本发明的构造及特点，以下结合较佳实施例并配合附图说明如下，其中：
图1是本发明一较佳实施例的系统组装配置示意图；
图2是本发明的中央转动装置1的配置示意图；
图3(a)是中央转动装置1中的石墨托盘111的结构示意图，(b)是石墨托盘115的结构示意图；
图4是传动轴杆和支撑管的配置意图；
图5是图4所示的传动轴杆和支撑管的支撑件和支撑座的配置示意图；
图6是联轴器和磁力旋转机构的配置示意图；
图7是图1所示的一较佳实施例的旋转装置的配置示意图；
图8是三端排气管的结构示意图；
图9是中心调节器结构示意图。(a)为中心调节器的主视图，(b)为中心调节器的俯视图。
具体实施方式
请参阅图1至图9，本发明一种碳化硅外延生长用加热器旋转装置，其包含有：
一中央转动装置1(图1中)，该中央转动装置1包括：
一石墨托盘111(图3a中)，为一盘状用于感应加热和放置实验用衬底样片；该石墨托盘111底面中央有圆梯形凹槽113；
一石墨支撑杆115(图3b中)，用于支撑石墨托盘111；该石墨杆115上有圆梯形凸台114，通过圆梯形凸台114和石墨托盘111底面上的中央圆梯形凹槽113连接在一起；
一传动轴杆121(图4中)，上端与石墨支撑杆115螺纹连接；通过传动轴杆121的转动带动石墨托盘111旋转；该传动轴杆121，由金属材料制成，熔点大于1800度；
一支撑管123(图4中)，为中空用以固定传动轴杆121；该支撑管123由金属材料制成，两端各内置一个无油轴承122、124，用于固定传动轴杆121，下端外侧有螺纹；
一支撑件131(图5中)，上端与支撑管123连接；
一支撑座132(图5中)，与支撑件131连接；
一联轴器141(图6中)，联轴器的上端与传动轴杆121插接连接，通过联轴器141的转动带动传动轴121转动，进而带动感应加热体11旋转；
一中心调节器4(图9a、b中)，该中心调节器4为一筒状，两端具有法兰；该中心调节器4包括：一波纹管45，上下法兰41、44，该上下法兰41、44分别与波纹管45的上下端连接，该上下法兰41、44的外圆处有三个调节耳环42，三个支柱43分别螺接于该上下法兰41、44的外圆上的三个调节耳环42，以调节波纹管45的厚度；
一三通排气管3(图8中)，该三通排气管3位于中央转动装置1上的支撑座132上，该中央转动装置1穿过该三通排气管3的两端，该三通排气管3通过法兰与中心调节器4连接；
一石英管反应生长室2(图1中)，该石英管反应生长室2罩扣于中央转动装置1，并与三通排气管3固定；
一磁力旋转装置5(图7中)，该磁力旋转装置5位于中心调节器4的下方，通过传动轴与中央转动装置1的联轴器141连接；该传动机构5，是一真空磁力传动机构。
请再参阅图1至图9所示，对本发明作一进一步的说明：
其中图1是本发明一较佳实施例的系统组装配置示意图。如图1所示：整套系统装置由中央转动装置1、石英管反应生长室2、三通排气管3、中心调节器4、磁力旋转装置5、直流电动机6组成。石英管反应生长室2竖直放置，石英管2与三通排气管3的上端连接，三通排气管3的下端与中心调节器4连接，磁力旋转机构5固定在中心调节器4的下端，电动机6通过传送带与磁力旋转机构5组合在一起。组装后完成的系统是一超高真空系统。
图2是本发明感应加热体和旋转组件的配置示意图。感应加热体11通过螺纹连接方式与旋转组合件12连接；旋转组合件12也通过螺纹连接方式与旋转组合件13连接，传动轴14位于最下方，它的作用是用于旋转组合件13与磁力旋转机构的连接。
图3是感应加热体的结构示意图。感应加热体有两部分构成，即石墨托盘111和石墨杆115。图3(a)为石墨托盘111的结构示意图，上端有圆形凹槽112，它是用来放置实验用样品衬底的；下端有梯形凹槽113。图3(b)为石墨杆115的结构示意图，上端有梯形凸台114，它与图3(a)中石墨托盘111下端的梯形凹槽113间隙配合；下端有螺纹孔116。
如图4所示，是传动轴杆和支撑管的配置意图。传动轴杆121，上端为外螺纹126，下端为正方形凸台125，并通过螺纹126与图3(b)中石墨杆115下端的螺纹孔116配合(还可以采用其它方式配合)；无油轴承122和124放置在支撑管123两端的轴承槽内，用以固定传动轴杆121的中心位置，支撑管123下端为外螺纹。
如图5所示，是支撑件和支撑座的配置示意图。支撑件131通过螺纹连接方式与支撑座132相互连接，支撑座132为不锈钢法兰盘；支撑件131上端为内螺纹孔135，通过螺纹与图4中支撑管123下端的外螺纹相互连接，一起固定在不锈钢法兰盘132上。支撑件131下端为内孔134，其尺寸要略大于联轴器外径尺寸；连接法兰133焊接在支撑座132上，用来与磁力旋转机构的连接法兰相互连接。
如图6所示，是联轴器和磁力旋转机构传动轴的配置示意图。联轴器141上端为正方形凹槽145，用来与图4中传动轴杆121下端的正方形凸台125间隙配合；下端为圆形凹槽144，与磁力旋转机构传动轴143紧密配合，并通过顶142将联轴器141和磁力旋转机构传动轴143固定。
图7是本实施例的旋转装置的装配示意图。如图3所示，石墨托盘111与石墨支撑杆115通过梯形插接方式连接；石墨支撑杆115与传动轴杆121的上端通过螺纹紧密连接(还可以采用其它方式连接)，传动轴杆121的下端与联轴器141上端通过正方形凹槽插接方式连接，联轴器141的下端与磁力旋转机构传动轴143固定在一起。
图8是三端排气管的结构示意图。三端排气管3有三个口，快卡法兰口31通过“O”型密封胶圈与真空反应系统连接；快卡法兰口32为排气口，通过“O”型密封胶圈与波纹管抽气系统连接；下端法兰口33通过使用金属密封圈与中心调节器密封连接。
图9是中心调节器结构示意图。图9(a)为中心调节器的主视图，图9(b)为中心调节器的俯视图。上端法兰41与图8中三端排气管的下端法兰口33通过使用金属密封圈密封连接，法兰41外圆上均匀焊接三个中心有螺纹孔的调节耳环42；下端法兰44与图5中支撑座132通过使用金属密封圈密封连接，法兰44外圆上均匀焊接三个与法兰41外圆上相同的调节耳环42；上端法兰41与下端法兰44之间焊接一段特殊波纹管45；使用三个调节螺钉43支撑上端法兰41与下端法兰44，通过对三个调节螺钉43的调节，可使波纹管45在水平方向上产生一定的形变，由于中心调节器上端法兰41与图8中三端排气管的下端法兰33相互密封连接，所以法兰41是固定不动的，而中心调节器下端法兰44是与图5中支撑座132相互固定的，通过波纹管45产生的形变以达到调节支撑座132在水平方向上的位置，使感应加热体1处于石英真空反应室系统的竖直中心位置上。
本发明的工作过程是：
(1)在惰性气体的保护氛围下，开启反应系统顶部的样品门，将清洗好的样品衬底通过使用专用工具放置于感应加热体的石墨托盘111的样品槽112内，如图3所示；
(2)关闭样品门，将反应生长系统用机械泵和/或分子泵并组通过三端排气管3的排气口32抽至所需要的真空度，三端排气管如图8所示；铜螺旋管在石英管的外侧，即在大气中。当对铜螺旋管施加一频率为50KHz的电压信号时，位于石英反应室的石墨托盘就会被加热；通过调节所加信号的电压值或电流值，来改变石墨托盘的温度；
(3)如图1所示，直流电机与真空磁力旋转装置连接，通过调节直流电机的电压控制值，可以改变电机的转动速度，进而控制磁力旋转装置的转轴速度。如图7所示，磁力旋转装置带动联轴器141转动，进而带动传动轴杆121的转动，最终使一石墨支撑杆115和石墨托盘111的旋转。
(4)进行样品生长实验。为了生长碳化硅材料，在石墨托盘的温度达到所需的生长温度之后，将必须的反应气体硅烷和乙烯等通入到石英反应室内即可。
(5)碳化硅生长结束后，关断磁力旋转装置的电源信号，最终停止石墨托盘的旋转；
(6)等待样品冷却后，将系统冲入惰性气体保护，打开样品门，取出实验生长的碳化硅样品，放入新的样品衬底，此时系统待机或重复以上工艺流程。
Claims (7)
1. 一种碳化硅外延生长用加热器旋转装置，其特征在于，其包含有：
一中央转动装置，该中央转动装置包括：
一石墨托盘，为一盘状用于感应加热和放置实验用衬底样片；
一石墨支撑杆，用于支撑石墨托盘；
一传动轴杆，上端与石墨支撑杆螺纹连接，通过传动轴杆的转动带动石墨托盘旋转；
一支撑管，为中空用以固定传动轴杆；
一支撑件，上端与支撑管连接；
一支撑座，与支撑件连接；
一联轴器，联轴器的上端与传动轴杆插接连接，通过联轴器的转动带动传动轴转动，进而带动感应加热体旋转；
一中心调节器，该中心调节器为一筒状，两端具有法兰；
一三通排气管，该三通排气管位于中央转动装置上的支撑座上，该中央转动装置穿过该三通排气管的两端，该三通排气管通过法兰与中心调节器连接；
一石英管反应生长室，该石英管反应生长室罩扣于中央转动装置，并与三通排气管固定；
一磁力旋转装置，该磁力旋转装置位于中心调节器的下方，通过传动轴与中央转动装置的联轴器连接。
2. 如权利要求1所述的一种碳化硅外延生长用加热器旋转装置，其特征在于，其中所述的石墨托盘底面中央有圆梯形凹槽。
3. 如权利要求1所述的一种碳化硅外延生长用加热器旋转装置，其特征在于，其中所述的石墨杆上有圆梯形凸台，通过圆梯形凸台和石墨托盘底面上的中央圆梯形凹槽连接在一起。
4. 如权利要求1所述的一种碳化硅外延生长用加热器旋转装置，其特征在于，其中所述传动轴杆，由金属材料制成，熔点大于1800度。
5. 如权利要求1所述的一种碳化硅外延生长用加热器旋转装置，其特征在于，其中所述支撑管由金属材料制成，两端各内置一个无油轴承，用于固定传动轴杆，下端外侧有螺纹。
6. 如权利要求1所述的一种碳化硅外延生长用加热器旋转装置，其特征在于，其中所述中心调节器包括：一波纹管，上下法兰，该上下法兰分别与波纹管的上下端连接，该上下法兰的外圆处有三个调节耳环，三个支柱分别螺接于该上下法兰的外圆上的三个调节耳环，以调节波纹管的厚度。
7. 如权利要求1所述的一种碳化硅外延生长用加热器旋转装置，其特征在于，其中所述传动机构，是一真空磁力传动机构。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNA2007100637096A CN101240445A (zh) | 2007-02-07 | 2007-02-07 | 一种碳化硅外延生长用加热器旋转装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNA2007100637096A CN101240445A (zh) | 2007-02-07 | 2007-02-07 | 一种碳化硅外延生长用加热器旋转装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101240445A true CN101240445A (zh) | 2008-08-13 |
Family
ID=39932262
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CNA2007100637096A Pending CN101240445A (zh) | 2007-02-07 | 2007-02-07 | 一种碳化硅外延生长用加热器旋转装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101240445A (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102154690A (zh) * | 2011-05-23 | 2011-08-17 | 东莞市天域半导体科技有限公司 | 行星式外延生长设备中托盘的构成方法和装置 |
| CN102653884A (zh) * | 2011-02-04 | 2012-09-05 | 齐卡博制陶业有限公司 | 加工衬底支架材料的方法以及由这种方法加工的衬底支架 |
| CN103160932A (zh) * | 2011-12-18 | 2013-06-19 | 洛阳金诺机械工程有限公司 | 一种加工晶体材料时对坩埚的均匀加热装置及其方法 |
| CN105568370A (zh) * | 2016-03-01 | 2016-05-11 | 山东大学 | 一种具有中心对称性的SiC单晶生长装置及方法 |
-
2007
- 2007-02-07 CN CNA2007100637096A patent/CN101240445A/zh active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102653884A (zh) * | 2011-02-04 | 2012-09-05 | 齐卡博制陶业有限公司 | 加工衬底支架材料的方法以及由这种方法加工的衬底支架 |
| CN102653884B (zh) * | 2011-02-04 | 2017-03-01 | 齐卡博制陶业有限公司 | 加工衬底支架材料的方法以及由这种方法加工的衬底支架 |
| CN102154690A (zh) * | 2011-05-23 | 2011-08-17 | 东莞市天域半导体科技有限公司 | 行星式外延生长设备中托盘的构成方法和装置 |
| CN102154690B (zh) * | 2011-05-23 | 2012-05-30 | 东莞市天域半导体科技有限公司 | 行星式外延生长设备中托盘的构成方法和装置 |
| CN103160932A (zh) * | 2011-12-18 | 2013-06-19 | 洛阳金诺机械工程有限公司 | 一种加工晶体材料时对坩埚的均匀加热装置及其方法 |
| CN103160932B (zh) * | 2011-12-18 | 2016-05-18 | 洛阳金诺机械工程有限公司 | 一种加工晶体材料时对坩埚的均匀加热装置及其方法 |
| CN105568370A (zh) * | 2016-03-01 | 2016-05-11 | 山东大学 | 一种具有中心对称性的SiC单晶生长装置及方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102560431B (zh) | 金属有机化学气相沉积设备及其腔室组件 | |
| US8293014B2 (en) | Substrate processing apparatus and reaction tube for processing substrate | |
| JP5616364B2 (ja) | 化学気相成長システムおよび化学気相成長プロセス | |
| CN101240445A (zh) | 一种碳化硅外延生长用加热器旋转装置 | |
| US20120106935A1 (en) | Heating lamp system and methods thereof | |
| US20110277688A1 (en) | Dynamic support system for quartz process chamber | |
| TW201145447A (en) | Semiconductor thin-film manufacturing method, seminconductor thin-film manufacturing apparatus, susceptor, and susceptor holding tool | |
| CN102421934A (zh) | 高产量多晶片外延反应器 | |
| CN1247831C (zh) | 一种碳化硅晶体生长装置 | |
| CN201626981U (zh) | 一种化学气相淀积外延设备用的进气装置 | |
| JP2008034780A (ja) | エピタキシャルＳｉＣ膜付き半導体ＳｉＣ基板の製造方法およびそのエピタキシャルＳｉＣ成膜装置 | |
| CN101298693A (zh) | 一种用于mocvd系统的双层气流石英整流罩反应室装置 | |
| CN200999271Y (zh) | 一种碳化硅外延生长用加热器旋转装置 | |
| CN102304698B (zh) | Htcvd法碳化硅晶体生长装置 | |
| CN101857952B (zh) | 气相沉积设备反应腔的加热系统 | |
| JP2013187459A (ja) | 基板処理装置 | |
| CN101591803B (zh) | 一种高温碳化硅双室热壁式外延生长装置 | |
| KR101358063B1 (ko) | 반도체 제조 장치 및 반도체 제조 방법 | |
| CN1312079C (zh) | 一种竖直式高温大功率碳化硅外延材料制造装置 | |
| CN110047912A (zh) | 一种垂直异质结材料及化学气相沉积装置 | |
| CN112635303B (zh) | 一种可进行大批量生产的碳化硅半导体材料制备工艺 | |
| CN101351578A (zh) | 不同温度反应室 | |
| CN102304763A (zh) | 连续型htcvd法碳化硅晶体生长装置 | |
| CN216980506U (zh) | 一种高产能立式炉 | |
| CN112239849A (zh) | 一种薄膜生长系统及方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20080813 |