CN215976136U - 一种用于碳化硅外延设备的反应装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于碳化硅外延设备的反应装置，属于外延设备，用于碳化硅外延设备的反应装置包括：腔室，所述腔室内具有一工作腔；盖板，所述盖板位于工作腔内，且所述盖板覆盖在所述工作腔的内腔面上，通过盖板使得工作腔的内腔面被保护；达到减缓沉积物沉积，避免腔室整体提前报废的技术效果。

Description

一种用于碳化硅外延设备的反应装置

技术领域

本实用新型涉及外延设备，尤其涉及一种用于碳化硅外延设备的反应装置。

背景技术

碳化硅外延的生产成本之高，在行的都了解一二，成本的很大一部份支出在热场的生产成本和使用维护成本上，主要原因之一为：

碳化硅外延生长过程中，会有沉积物沉积在衬底以外的周边石墨件上，主要在石墨材质的腔室壁上；通常对石墨上的沉积物，定期通过人工铲刮的方式处理，石墨件铲刮的次数是有一定次数的，常常是因为铲刮的次数导致石墨件的使用寿命减少，提前报废。且目前的反应装置中石墨材质的腔室为一个整体加工构成的大件，因局部铲刮过度而导致整体报废相当可惜。

所以，现有技术的技术问题在于：外延反应的过程中产生的沉积物会沉积在石墨件上，而定期铲刮石墨件会缩短石墨件的使用寿命。

实用新型内容

本申请实施例提供一种用于碳化硅外延设备的反应装置，解决了现有技术中外延反应的过程中产生的沉积物会沉积在石墨件上，而定期铲刮石墨件会缩短石墨件的使用寿命的技术问题；达到减缓沉积物沉积，避免腔室整体提前报废的技术效果。

本申请实施例提供一种用于碳化硅外延设备的反应装置，所述用于碳化硅外延设备的反应装置包括：腔室，所述腔室内具有一工作腔；盖板，所述盖板位于工作腔内，且所述盖板覆盖在所述工作腔的内腔面上，通过盖板使得工作腔的内腔面被保护。

作为优选，所述用于碳化硅外延设备的反应装置还包括：气浮托盘，所述气浮托盘位于工作腔内，且所述气浮托盘上可承托一衬底；所述气浮托盘相对于工作腔具有两个状态，在第一状态下，气浮托盘架设在工作腔的内腔面；在第二状态下，气浮托盘悬浮在工作腔中；其中，所述盖板相对于第一状态下的气浮托盘构建有一开口，通过开口使得气浮托盘可架设在工作腔的内腔面上。

作为优选，所述气浮托盘和所承托的衬底之间还包括一衬底托盘，所述衬底托盘固定在气浮托盘上，且所述衬底托盘上可承托一衬底。

作为优选，所述衬底托盘的边缘还环绕设置有一石墨环，且所述衬底托盘配合石墨环构成一个具有一定深度的衬底腔。

作为优选，所述盖板设置有多块，且所述开口由多块盖板组合构成。

作为优选，所述盖板固定连接在所述腔室上。

作为优选，所述腔室包括一下板，所述下板上设置有一基座，通过基座用于承托第一状态下的气浮托盘。

作为优选，所述下板和基座之间为可拆卸式连接。

作为优选，所述下板上还设置有一第一通气通道，所述基座上设置有第二通气通道；其中，所述第一通气通道的第一端贯通所述下板的外侧面，所述第一通气通道的第二端和所述第二通气通道的第一端连通，且所述第二通气通道的第二端作用在气浮托盘上。

作为优选，所述用于碳化硅外延设备的反应装置还包括：保温毡，所述保温毡位于腔室外侧，且所述保温毡包覆所述腔室。

本申请实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种技术效果：

1、本申请实施例中，通过在腔室的内腔面上覆盖上盖板，避免反应中产生的沉积物直接附着在腔室的内腔面上，通过定期替换盖板来保护腔室，减少对腔室的铲刮频率；解决了现有技术中外延反应的过程中产生的沉积物会沉积在石墨件上，而定期铲刮石墨件会缩短石墨件的使用寿命的技术问题；达到减缓沉积物沉积，避免腔室整体提前报废的技术效果。

2、本申请实施例中，优化盖板的整体结构，留出开口供气浮托盘在第一状态下架设；且优化下板的构造，在下板的上端面增设一个基座，基座固定架设在下板上，用基座来支撑气浮托盘，避免下板上端的板面直接暴露在工作腔中，避免下板上端的板面被沉积物附着。此外，分成下板和基座两个部件后，加工难度降低，原材料节约，替换单个基座的成本低于替换整个下板，低于替换整个腔室。

附图说明

图1为本实用新型的反应装置侧向全剖视图；

图2为本实用新型的截取下半部份的俯视向剖视图；

图3为本实用新型的反应装置的主视向剖视图；

图4为本实用新型中衬底托盘和石墨环连接状态的侧视向剖视图。

图中的附图标记为：1-上保温毡、2-上游盖板、3-气浮托盘、4-中心柱、5-腔室、51-左板51、52-下板、53-右板、54-上板、6-衬底托盘、7-石墨环、8-基座、9-下保温毡、10-下游盖板、11-导气管。

具体实施方式

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

本申请实施例提供了一种用于碳化硅外延设备的反应装置，

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

如图1-3所示，一种用于碳化硅外延生长的反应装置，包括截面为矩形、两端开口的锥筒形中空腔室5，腔室5开口较小端进气口，开口较大端为出气口，气体从进气口进入从出气口逸出，腔室5为一体式结构或为分体式结构，腔室5为分体式结构时，可分块化设计，由上板54、左板51、右板53、和下板52围成分块化设计。通过分体式结构避免传统腔室在热场复杂的结构下、加工的难度大、使用的石墨件原料利用率不高以及采购成本高的问题。也有利于提高石墨件的使用寿命，降低维护成本。

腔室5外部设有保温毡，保温毡包括上保温毡1和下保温毡9。保温毡为分体式结构，包括相互扣合的上保温毡1和下保温毡9。上保温毡11和下保温毡9围成一个整体长腰形，中空位置成长方形，长方形尺寸正好能包裹住腔室5外表面。在感应加热的作用下石墨件很快达到高温1500℃以上，外围的石英件在如此高温下会出现软化变形，需通过流动的冷却水实现冷却，在这一内热外冷的环境中，石墨件的热量要求集中，避免热量流失；石英件需要水冷，但不能影响到石墨件的正常工作温度，上保温毡11和下保温毡9夹在两者中间，可以有效隔绝冷热的传递。

腔室5顶部自进气口端至中心设有凸台，凸台内沿气体运动方向开有盲孔，盲孔用于引入一路使气浮托盘3上浮并转动的气体；盲孔为下板的第一通气通道。腔室5内底部中心处设有圆形台阶孔，基座8卡设于圆形台阶孔内，基座8上开有两个关于中心对称且贯穿基座8上下端面的气孔，上述气孔为基座的第二通气通道，两个气孔呈一定角度，基座8底部设有凸台，凸台内沿气体通过方向设有盲孔气道，气孔底部与气道连通。导气管11一端与气道相连，另一端端口设于腔室5进气口下方,导气管11为分为直径不同的两段，直径较小段外径与基座下端气道内径一致，外壁设有小孔，小孔也与基座上的气孔位置和尺寸对应，直径较大段外壁上设有台阶，台阶可以卡设于基座或腔体内壁上，用于防止保持工作时导气管的稳定。

气浮托盘3置于基座8上并通过中心柱4活动连接，中心柱4设有贯穿上下端面的孔，中心柱4下部与基座8紧配合，上部与气浮托盘3松配合。气浮托盘3能绕着中心柱4旋转。气浮托盘3下端面绕中心均匀设有多条条状凹槽，凹槽自靠近气浮托盘3外缘端向靠近中心端宽度和深度逐渐减小，可以使气流在凹槽内膨胀，接触面由小到大，对气浮托盘3产生向上的力，实现衬底托盘6的气浮动作。气浮托盘3包括底部的圆柱形气浮托盘3本体，气浮托盘3本体上设有圆柱台，圆柱台上设有锥台。衬底托盘6置于气浮托盘3上,石墨环7置于衬底托盘6上。如图4所示，衬底托盘6成圆盘形，上表面设有环形凹槽，环形凹槽的尺寸与石墨环7一致，中间设有一锥孔，锥孔尺寸与气浮托盘3上表面锥台一致。

基座8两侧的腔室5内底面上分设有上游盖板2和下游盖板10，通过覆盖上游盖板2和下游盖板10的方式来保护腔室5相对于外延反应气体的接触面，避免接触面被外延反应过程中产生的沉积物附着；减少人工铲刮腔室5的接触面的频率，延长腔室5的使用年限。上游盖板2和下游盖板10均为长方形板一侧去除1/2的半圆形的结构，以便于留出空间供气浮托盘3运动。盖板和腔室的固定方式可以是卡接、插接或者利用固定件进行限定。

需要特别说明的是，碳化硅外延需在1500℃以上的温度条件下进行生长，高温下需要耐热好、纯度高的石墨材质作为发热源，但石墨在高温氢气环境下，碳原子和氢原子比较容易结合，生成碳氢化合物，也就是对石墨有蚀刻作用，在外延生长过程中，蚀刻中会出现颗粒，直接影响外延质量，所以石墨件在使用一段时间后，石墨件气道的蚀刻会越来越严重，直接导致石墨件的报废使用。而腔室5、基座8、气浮托盘3、衬底托盘6、石墨环7、中心柱4均由石墨制成，因此，优选在这些石墨件的表面均设有合金涂层，合金涂层可以为SiC涂层、TaC涂层或NbC涂层。上保温毡1和下保温毡9由石墨纤维制成，为了进一步保证上保温毡1和下保温毡9，同样优选在上保温毡1和下保温毡9的表面涂一层PyC或SIC。

下面以碳化硅生长为例，对本实用新型的使用过程进行介绍：

1、碳化硅衬底置于衬底托盘6上进行外延生长，先对石英腔内部进行抽真空至低压，通过感应加热线圈使石墨件加热到1500℃-1700℃之间，氢气、氩气等惰性气体从导气管11进入，引入基座8底部小孔，使气浮托盘3旋转，从而带动碳化硅衬底旋转，可以大大提高气相沉积后外延层的厚度均匀性。接着反应气体以H2为载体，载有碳、硅和掺杂元素从腔室5左侧进入，在高温，低压的作用下，使碳、硅和掺杂元素沉积在旋转中的碳化硅衬底面上，实现对碳化硅衬底的同质生长，对于碳化硅外延过程中产生的附产物从腔室5右侧方孔流出。外延生长结束后，在取碳化硅衬底之前，需对石英腔内的压力恢复到常压。

2、会有沉积物沉积在衬底以外的周边石墨件上，特别是上游盖板22、下游盖板10、石墨环7、左板51、右板53、上板54，维护时，需将整个热场从石英腔内拆出来，再从上向下逐一分解。

技术效果：

1、本申请实施例中，通过在腔室的内腔面上覆盖上盖板，避免反应中产生的沉积物直接附着在腔室的内腔面上，通过定期替换盖板来保护腔室，减少对腔室的铲刮频率；解决了现有技术中外延反应的过程中产生的沉积物会沉积在石墨件上，而定期铲刮石墨件会缩短石墨件的使用寿命的技术问题；达到减缓沉积物沉积，避免腔室整体提前报废的技术效果。

3、优化盖板的整体结构，留出开口供气浮托盘在第一状态下架设；且优化下板的构造，在下板的上端面增设一个基座，基座固定架设在下板上，用基座来支撑气浮托盘，避免下板上端的板面直接暴露在工作腔中，避免下板上端的板面被沉积物附着。此外，分成下板和基座两个部件后，加工难度降低，原材料节约，替换单个基座的成本低于替换整个下板，低于替换整个腔室。

尽管已描述了本实用新型的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种用于碳化硅外延设备的反应装置，其特征在于，所述用于碳化硅外延设备的反应装置包括：

腔室，所述腔室内具有一工作腔；

盖板，所述盖板位于工作腔内，且所述盖板覆盖在所述工作腔的内腔面上，通过盖板使得工作腔的内腔面被保护。

2.如权利要求1所述的用于碳化硅外延设备的反应装置，其特征在于，所述用于碳化硅外延设备的反应装置还包括：

气浮托盘，所述气浮托盘位于工作腔内，且所述气浮托盘上可承托一衬底；所述气浮托盘相对于工作腔具有两个状态，在第一状态下，气浮托盘架设在工作腔的内腔面；在第二状态下，气浮托盘悬浮在工作腔中；

其中，所述盖板相对于第一状态下的气浮托盘构建有一开口，通过开口使得气浮托盘可架设在工作腔的内腔面上。

3.如权利要求2所述的用于碳化硅外延设备的反应装置，其特征在于，所述气浮托盘和所承托的衬底之间还包括一衬底托盘，所述衬底托盘固定在气浮托盘上，且所述衬底托盘上可承托一衬底。

4.如权利要求3所述的用于碳化硅外延设备的反应装置，其特征在于，所述衬底托盘的边缘还环绕设置有一石墨环，且所述衬底托盘配合石墨环构成一个具有一定深度的衬底腔。

5.如权利要求2所述的用于碳化硅外延设备的反应装置，其特征在于，所述盖板设置有多块，且所述开口由多块盖板组合构成。

6.如权利要求1或5所述的用于碳化硅外延设备的反应装置，其特征在于，所述盖板固定连接在所述腔室上。

7.如权利要求2所述的用于碳化硅外延设备的反应装置，其特征在于，所述腔室包括一下板，所述下板上设置有一基座，通过基座用于承托第一状态下的气浮托盘。

8.如权利要求7所述的用于碳化硅外延设备的反应装置，其特征在于，所述下板和基座之间为可拆卸式连接。

9.如权利要求7所述的用于碳化硅外延设备的反应装置，其特征在于，所述下板上还设置有一第一通气通道，所述基座上设置有第二通气通道；其中，所述第一通气通道的第一端贯通所述下板的外侧面，所述第一通气通道的第二端和所述第二通气通道的第一端连通，且所述第二通气通道的第二端作用在气浮托盘上。

10.如权利要求1-9中任意一项所述的用于碳化硅外延设备的反应装置，其特征在于，所述用于碳化硅外延设备的反应装置还包括：

保温毡，所述保温毡位于腔室外侧，且所述保温毡包覆所述腔室。

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