CN102877133B - 碳化硅晶体生长炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种碳化硅晶体生长炉，包括：干泵、与炉体依次连接的气动插板阀、分子泵、气动阀和真空规，以及与所述气动阀连接的压力计；运动单元，包括线圈移动控制机构和绝热套移动控制机构；加热单元，包括高温计、射频电源、线圈、设置在炉体内的绝热套和设置在绝热套内的坩埚，所述射频电源与线圈连接，所述绝热套移动控制机构和所述线圈移动控制机构控制所述线圈与所述绝热套的升降移动。本设备能够在SIC晶体生长过程中合理的控制坩埚内部的气压，利用线圈和绝热套相匹配的移动来控制坩埚内的径向温度梯度，对炉内压力场和温度场进行优化，从而来保证坩埚内部温度的合理分布。将晶体中的缺陷降到最低，从而控制晶体的品质。

Description

碳化硅晶体生长炉

技术领域

本发明涉及生长炉技术领域，特别涉及一种碳化硅晶体生长炉。

背景技术

半导体集成电路单晶具有宽禁带，高导热，高电子饱和迁移速率，高击穿电场等特性，适合于制造高温，高频，高功率，抗辐射，抗腐蚀的电子器件，可广泛应用与固体照明，航空航天，通讯，海洋勘探，地震预报，石油钻井，汽车电子化灯重要领域，被称为第三代半导体的典型材料。目前，商业上大多数半导体集成电路晶体生长采用物理气相传输法（PVT法），当前，碳化硅单晶的生长主要采用PVT法。但存在大量的微管和位错等缺陷严重的影响着晶体的品质，而产生缺陷的重要因素就是坩埚内部温度分布不合理。SIC单晶生长包含原料升华，质量传输，在籽晶上结晶三个过程。坩埚内部的气压决定了升华的速率。升华气体是利用坩埚内部的温度梯度来进行质量运输的，传统设备在坩埚内形成较大轴向温度梯度的同时也在晶体生长面产生较大的径向温度梯度。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种碳化硅晶体生长炉。

（二）技术方案

本发明提供一种碳化硅晶体生长炉，包括：

真空单元，包括：干泵、与炉体依次连接的气动插板阀、分子泵、气动阀和真空规，以及与所述气动阀连接的压力计，所述压力计用于显示炉体内真空度；

质量流量计组，用于对炉体内充气的流量进行控制；

运动单元，包括线圈移动控制机构和绝热套移动控制机构；

加热单元，包括高温计、射频电源、线圈、设置在炉体内的绝热套和设置在绝热套内的坩埚，所述射频电源与线圈连接，所述绝热套移动控制机构和所述线圈移动控制机构控制所述线圈与所述绝热套的升降移动。

其中，真空单元还包括：干泵、与干泵并联的气动阀以及与所述干泵依次连接的变频器和气动阀。

其中，所述质量流量计组通过与所述质量流量计组相对应的流量气动阀组与炉体连接。

其中，所述线圈移动控制机构和绝热套移动控制机构为设置在炉体外部的步进电机和驱动器。

其中，所述高温计设置在炉体上的测温孔中。

其中，所述质量流量计组中质量流量计的数量为至少三个。

其中，所述流量气动阀组中流量气动阀的数量为至少三个。

（三）有益效果

本设备能够在SIC晶体生长过程中合理的控制坩埚内部的气压，利用线圈和绝热套相匹配的移动来控制坩埚内的径向温度梯度，对炉内压力场和温度场进行优化，从而来保证坩埚内部温度的合理分布。将晶体中的缺陷降到最低，从而控制晶体的品质。

附图说明

图1为本发明碳化硅晶体生长炉的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1所示，本发明的碳化硅晶体生长炉，包括：真空单元，包括：干泵9、与炉体依次连接的气动插板阀（4，5）、分子泵（6，7）、气动阀（2，3）和真空规20，以及与所述气动阀（2，3）连接的压力计18，所述压力计18用于显示炉体内真空度；质量流量计组，用于对炉体内充气的流量进行控制；运动单元，包括线圈移动控制机构11和绝热套移动控制机构12；加热单元，包括高温计13、射频电源14、线圈15、设置在炉体内的绝热套16和设置在绝热套内的坩埚17，所述射频电源14与线圈15连接，所述绝热套移动控制机构12和所述线圈移动控制机构11控制所述线圈15与所述绝热套16的升降移动，保证坩埚内部温度的合理分布。

真空单元还包括：干泵10、与干泵10并联的气动阀1以及与所述干泵10依次连接的变频器19和气动阀8。

所述质量流量计组22通过与所述质量流量计组22相对应的流量气动阀组23与炉体连接。

所述质量流量计组22中质量流量计221的数量为至少三个。所述流量气动阀组23中流量气动阀231的数量为至少三个。

所述线圈移动控制机构11和绝热套移动控制机构12为设置在炉体外部的步进电机和驱动器。

所述高温计13设置在炉体上的测温孔131中。

所述碳化硅晶体生长炉设置有放空手阀。

所述碳化硅晶体生长炉还包括一个防爆阀21，当压力计18显示压力大于1个大气压时，可编程逻辑控制器（PLC）控制打开防爆阀21泻压，所述防爆阀21的主要起到保护作用。

工作原理：

开启干泵9，气动阀1直接抽炉体内真空，当压力计18显示炉内真空低于0MBAR时，开启气动阀2，气动阀3，气动插板阀4，气动插板阀5，当真空规20显示压力低于分子泵的启动压力时，开启分子泵（6，7）开始抽炉内真空，当真空规20显示炉内压力达到高真空后开启RF电源加热。

气动阀1的作用仅仅是抽取炉腔内的低真空，当压力计18显示压力低于0MBAR时，关闭气动阀1，开启气动阀2，3，气动插板阀4，5，当真空规20真空度低于分子泵启动压力后，开启分子泵6，7。开启分子泵是为了将炉内抽到极限真空。气动阀1相当于是预抽阀。

当达到工艺压力环境后，关闭管道1的干泵9，气动阀2，气动插板阀4，分子泵6，管道2的气动阀3，气动插板阀5，分子泵7。开启干泵2，气动阀8，通过气体质量流量计对炉体内充气。

真空控制：采集压力计18的模拟信号测得炉腔内的真空度，通过可编程逻辑控制器（PLC）控制变频器19来改变干泵10的抽速来调节炉腔中真空度，并选用三个质量流量计对气体进行精确测量，并利用与三个质量流量计分别对应设置的三个流量气动阀来控制流量。本发明除三个质量流量计和与之对应设置的三个流量气动阀外还可以为多个质量流量计和多个流量气动阀。

工艺过程中，根据工艺的需要通过绝热套移动控制机构12和线圈移动控制机构11来控制线圈15和绝热套16的升降移动，来控制坩埚内的径向温度梯度，对炉内压力场和温度场进行优化，从而来保证坩埚内部温度的合理分布。将晶体中的缺陷降到最低，从而控制晶体的品质。

控温：红外测温仪采集到温度电流信号，将电流信号通过PLC采集，然后在PLC中进行比例积分微分（ProportionIntegrationDifferentiation，PID）调节，通过PLC输出控制中频电源的功率，完成碳化硅单晶炉的温度控制。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (7)

1.一种碳化硅晶体生长炉，其特征在于，包括：

真空单元，包括：第一干泵(9)、与炉体依次连接的气动插板阀(4，5)、分子泵(6，7)、第一气动阀(2，3)和真空规(20)，以及与所述第一气动阀(2，3)连接的压力计(18)，所述压力计(18)用于显示炉体内真空度；

质量流量计组，用于对炉体内充气的流量进行控制；

运动单元，包括线圈移动控制机构(11)和绝热套移动控制机构(12)；

加热单元，包括高温计(13)、射频电源(14)、线圈(15)、设置在炉体内的绝热套(16)和设置在绝热套内的坩埚(17)，所述射频电源(14)与线圈(15)连接，所述绝热套移动控制机构(12)和所述线圈移动控制机构(11)控制所述线圈(15)与所述绝热套(16)的升降移动，用于控制所述坩埚内的径向温度梯度。

2.如权利要求1所述的碳化硅晶体生长炉，其特征在于，真空单元还包括：第二干泵(10)、与第二干泵(10)并联的第二气动阀(1)以及与所述第二干泵(10)依次连接的变频器(19)和第三气动阀(8)。

3.如权利要求1所述的碳化硅晶体生长炉，其特征在于，所述质量流量计组(22)通过与所述质量流量计组(22)相对应的流量气动阀组(23)与炉体连接。

4.如权利要求1所述的碳化硅晶体生长炉，其特征在于，所述线圈移动控制机构(11)和绝热套移动控制机构(12)为设置在炉体外部的步进电机和驱动器。

5.如权利要求1所述的碳化硅晶体生长炉，其特征在于，所述高温计(13)设置在炉体上的测温孔(131)中。

6.如权利要求3所述的碳化硅晶体生长炉，其特征在于，所述质量流量计组(22)中质量流量计(221)的数量为至少三个。

7.如权利要求3所述的碳化硅晶体生长炉，其特征在于，所述流量气动阀组(23)中流量气动阀(231)的数量为至少三个。