專利名稱：晶體生長爐的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及晶體生長領域，具體涉及一種用于碳化硅外延生長的晶體生長裝置。
背景技術：
碳化硅(SiC)是第三代寬禁帶半導體材料，具有寬禁帶、高擊穿電壓、高熱導率、高電子飽和漂移速率、高電子遷移率、小介電常數(shù)、強抗輻射性、高化學穩(wěn)定性等優(yōu)點，是制造高溫、高頻、大功率、抗輻射、非揮發(fā)存儲器件及光電集成器件的關鍵材料。碳化硅電力電子器件具有轉換效率高、耐高溫、抗輻射等特點，已經逐漸在電力轉換、太陽能光伏、電動汽車、高效馬達等領域取代硅器件，開始嶄露頭角。碳化娃電力電子器件的性能,取決于碳化娃外延材料的質量。制備外延材料的碳化硅外延設備，需要在高溫1600°C下穩(wěn)定工作，通常都采用石墨氈來保溫和隔熱，但石墨氈在高溫下會釋放出雜質，是反應室內雜質的一個主要來源。因此，采用石墨氈的碳化硅外延設備都存在著反應室不夠純凈，導致外延片的背景載流子濃度高的問題(一般在5 IO15 cm-3以上)。外延片中的雜質，對碳化硅器件的漏電等性能，會產生不良影響。

發(fā)明內容
針對現(xiàn)有技術中存在的問題，本發(fā)明的目的是設計一種不使用石墨氈的高溫碳化硅晶體生長裝置，既提高了系統(tǒng)的潔凈度，降低外延片的背景載流子濃度，又能夠滿足碳化硅高溫加熱的需要，從而獲得高質量的碳化硅外延片。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案:
一種晶體生長爐，包括反應室和加熱裝置，所述的反應室包括第一熱壁和第二熱壁，所述的第一熱壁和第二熱壁可拆卸連接，且所述的第一熱壁和第二熱壁圍成晶體的反應空間，所述的第二熱壁的材質為石墨，所述的加熱裝置配合第二熱壁設置以對其進行加熱；所述第一熱壁的材質為高溫耐 熱材料，所述高溫耐熱材料包括石英、剛玉和石墨。進一步的，所述晶體生長爐還包括進氣裝置，所述的進氣裝置位于所述的反應空間內，包括進氣通道和噴頭，所述噴頭的材質為石墨，所述進氣通道的材質為石英；所述的加熱裝置的位置與噴頭的位置對應以實現(xiàn)對噴頭的加熱。作為一種優(yōu)選的方案，所述噴頭為噴淋頭結構。作為一種優(yōu)選的方案，所述第一熱壁的底端設有卡扣/卡口，所述的第二熱壁的頂端配合設有卡口/卡扣。作為一種優(yōu)選的方案，所述進氣通道和噴頭可拆卸連接；具體的，所述的進氣通道的底端設有卡扣/卡口，所述的噴頭的頂端配合設有卡口 /卡扣。作為一種優(yōu)選的方案，還包括冷卻側壁，所述的冷卻側壁形成一收容空間，所述的反應室位于該收容空間內，所述的加熱裝置為繞設于所述冷卻側壁的感應線圈；進一步的，所述的冷卻側壁為雙層的水冷側壁。相比于現(xiàn)有技術，本發(fā)明具有如下的優(yōu)點:1)反應室的保溫、隔熱不采用石墨氈，改用一種可拆卸式連接的第一熱壁和第二熱壁組合形成的熱壁結構，消除了采用石墨氈來保溫和隔熱所造成的反應室雜質污染的問題，極大的降低了外延片的背景載流子濃度；并且，可拆卸式熱壁，易于安裝，更換方便；
2)進氣裝置包括可拆卸連接的進氣通道和噴頭，其中噴頭設計為噴淋頭結構，更換方便，并且可以根據(jù)實際生長需要，改變噴淋頭孔徑大小，調節(jié)氣體到達襯底表面的流速，適用于不同外延生長；噴頭采用材質為石墨，由于石墨良好的熱導性，氣體在擴散到樣品表面前被預熱，充分裂解，能夠均勻擴散到樣品表面；
3)所述晶體生長爐同時具有“熱壁”和“冷壁”。“熱壁”的加熱作用，使反應室內溫度升溫保持在1650度高溫，而反應室外壁為雙層石英水冷側壁，石英隔熱性好，水冷能夠將輻射到石英壁的熱量帶走，迅速使反應室外壁降溫為室溫，避免可能發(fā)生的高溫傷害；
4)位于反應室上部的第一熱壁和進氣通道采用石英材質，由于石英隔熱性好，可以阻擋下部石墨高溫加熱的熱量，抑制生長爐上頂蓋溫度升高；而且石英的膨脹系數(shù)小，可以有效防止升溫降溫過程中的膨脹導致的開裂問題；石英易于清潔，能夠保證高純度。


為了更清楚地說明本申請實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本申請中記載的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本發(fā)明一實施例的晶體生長爐的結構示意 圖2a為圖1中的晶體生長爐中的第二熱壁的主視 圖2b為圖2a所示的第二熱壁的俯視 圖3a為圖1所示的晶體生長爐中的噴頭的主視 圖3b為圖3a所示的噴頭的仰視圖。
具體實施例方式本發(fā)明的目的是設計一種不使用石墨氈的高溫碳化硅晶體生長裝置，既提高了系統(tǒng)的潔凈度，降低外延片的背景載流子濃度，又能夠滿足碳化硅高溫加熱的需要，從而獲得高質量的碳化硅外延片。如圖1所示，本發(fā)明提供的晶體生長爐包括:包括反應室和加熱裝置，所述的反應室包括第一熱壁5和第二熱壁4，所述的第一熱壁5和第二熱壁4可拆卸連接，且所述的第一熱壁5和第二熱壁4圍成晶體的反應空間，所述的第二熱壁4的材質為石墨，所述的加熱裝置3配合第二熱壁4設置以對其進行加熱；所述第一熱壁5的材質為高溫耐熱材料，所述高溫耐熱材料包括石英、剛玉和石墨。在如圖1所示的例子中，該晶體生長爐還包括進氣裝置，所述的進氣裝置位于所述的反應空間內，包括進氣通道7和噴頭8，所述噴頭8的材質為石墨，所述進氣通道7的材質為石英；所述的加熱裝置3的位置與噴頭8的位置對應以實現(xiàn)對噴頭8的加熱。該晶體生長裝置中，反應室的保溫、隔熱不采用石墨氈，改用一種可拆卸式連接的第一熱壁和第二熱壁組合形成的熱壁結構，消除了采用石墨氈來保溫和隔熱所造成的反應室雜質污染的問題，極大的降低了外延片的背景載流子濃度；并且，可拆卸式熱壁，易于安裝，更換方便；進氣裝置采用材質為石墨的噴頭，由于石墨良好的熱導性，氣體在擴散到樣品表面前被預熱，充分裂解，能夠均勻擴散到樣品表面；并且，位于反應室上部的第一熱壁和進氣通道采用石英材質，由于石英隔熱性好，可以阻擋下部石墨高溫加熱的熱量，抑制生長爐上頂蓋溫度升高
圖1的例子中還標示出了樣品托9，其由一支架10支撐放置于所述第二熱壁4內，且位于所述進氣裝置的噴頭8的下方。在如圖1所示的例子中，該晶體生長爐還包括冷卻側壁2，所述的冷卻側壁2的兩端密封連接有第一法蘭6和第二法蘭I形成一收容空間，所述的反應室位于該收容空間內，所述的加熱裝置3為繞設于所述冷卻側壁2的感應線圈。作為一種優(yōu)選的方案，所述冷卻側壁2為由兩層石英管套裝形成的雙層的水冷側壁，該雙層側壁之間設置有冷卻水流通通道，并設置有冷卻水通入口和輸出口(附圖中未標示)。在這一優(yōu)選方案中，所述晶體生長爐同時具有“熱壁”和“冷壁”兩種功能。所述的晶體生長爐，由于“熱壁”的作用，反應室溫度可以升溫保持在1650度左右，而反應室的外壁(冷卻側壁2)因為“冷壁”的作用，保持室溫。采用雙層石英水冷側壁，水冷將輻射到石英壁的熱量帶走，可以迅速地將高溫降到低溫。而且，由于石英的膨脹系數(shù)小，使用石英可以有效防止在升溫降溫過程中的膨脹導致的開裂問題。由于石英內壁易于清潔，能夠保證高純度。熱墻在石英里面的設計，既可以達到高溫，又可以實現(xiàn)溫場的快速下降，還能在反應室內保持高度均勻的溫場。 一般的可拆卸連接方式有螺紋連接、螺栓連接。作為一種優(yōu)選的方案，所述第一熱壁5的底端設有卡扣/卡口，所述的第二熱壁4的頂端配合設有卡口 /卡扣。如圖2所示，在接口處的第二熱壁4的圓周邊沿設計有兩個對稱的凹槽卡口，相應的第一熱壁5上設計有對應的卡扣，安裝時第一熱壁5和第二熱壁4對接后旋轉90°即可固定連接。第一熱壁5和第二熱壁4也可以通過螺紋連接的方式進行連接。作為一種優(yōu)選的方案，所述進氣通道7和噴頭8可拆卸連接；具體的，所述的進氣通道7的底端設有卡扣/卡口，所述的噴頭8的頂端配合設有卡口 /卡扣；所述噴頭8為噴淋頭結構，如圖3所示。進氣裝置包括可拆卸連接的進氣通道和噴頭，其中噴頭設計為噴淋頭結構，更換方便，并且可以根據(jù)實際生長需要，改變噴淋頭孔徑大小，調節(jié)氣體到達襯底表面的流速，適用于不同外延生長。
需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關系術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關系或者順序。而且，術語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。
以上所述僅是本申請的具體實施方式
，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本申請原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本申請的保護范圍。`
權利要求
1.一種晶體生長爐，包括反應室和加熱裝置，其特征在于:所述的反應室包括第一熱壁和第二熱壁，所述的第一熱壁和第二熱壁可拆卸連接，且所述的第一熱壁和第二熱壁圍成晶體的反應空間，所述的第二熱壁的材質為石墨，所述的加熱裝置配合第二熱壁設置以對其進行加熱。
2.根據(jù)權利要求1所述的晶體生長裝置，其特征在于，所述第一熱壁的材質為高溫耐熱材料，所述高溫耐熱材料包括石英、剛玉和石墨。
3.根據(jù)權利要求1所述的晶體生長爐，其特征在于:所述第一熱壁的底端設有卡扣/卡口，所述的第二熱壁的頂端配合設有卡口/卡扣。
4.根據(jù)權利要求1所述的晶體生長爐，其特征在于:還包括進氣裝置，所述的進氣裝置位于所述的反應空間內，包括進氣通道和噴頭，所述噴頭的材質為石墨或剛玉，所述的加熱裝置的位置與噴頭的位置對應以實現(xiàn)對噴頭的加熱。
5.跟據(jù)權利要求4所述的晶體生長爐，其特征在于:所述噴頭為噴淋頭結構。
6.根據(jù)權利要求4所述的晶體生長爐，其特征在于:所述進氣通道和噴頭可拆卸連接。
7.根據(jù)權利要求6所述的晶體生長爐，其特征在于:所述的進氣通道的底端設有卡扣/卡口，所述的噴頭的頂端配合設有卡口/卡扣。
8.根據(jù)權利要求4所述的晶體生長爐，其特征在于:所述進氣通道的材質為石英、剛玉、陶瓷或石墨。
9.根據(jù)權利要求1或4所述的晶體生長爐，其特征在于:還包括冷卻側壁，所述的冷卻側壁形成一收容空間，所述的反應室位于該收容空間內，所述的加熱裝置為繞設于所述冷卻側壁的感應線圈。
10.根據(jù)權利要求9所述的晶體生長爐，其特征在于:所述的冷卻側壁為雙層的水冷側壁。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種晶體生長爐，包括反應室和加熱裝置，所述的反應室包括第一熱壁和第二熱壁，所述的第一熱壁和第二熱壁可拆卸連接，且所述的第一熱壁和第二熱壁圍成晶體的反應空間，所述的第二熱壁的材質為石墨，所述的加熱裝置配合第二熱壁設置以對其進行加熱；所述第一熱壁的材質為高溫耐熱材料。該裝置中的反應室的保溫、隔熱不采用石墨氈，消除了采用石墨氈來保溫和隔熱所造成的反應室雜質污染的問題，極大的降低了外延片的背景載流子濃度；并且，采用可拆卸式熱壁，易于安裝，更換方便。
文檔編號C30B25/08GK103184514SQ20131012438
公開日2013年7月3日 申請日期2013年4月11日 優(yōu)先權日2013年4月11日
發(fā)明者王劼, 張立國, 范亞明, 張洪澤 申請人:中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所