[發(fā)明專利]一種用于碳化硅外延的加熱裝置

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201910659137.0
• 申請日: 2019-07-22
• 公開（公告）號: CN110331439A
• 公開（公告）日: 2019-10-15
• 發(fā)明（設計）人: 傅林堅;沈文杰;周建燦;邵鵬飛;曹建偉;湯承偉;楊奎
• 申請（專利權(quán)）人: 杭州弘晟智能科技有限公司
• 主分類號: C30B25/10
• 分類號: C30B25/10;C30B29/36
• 代理公司: 杭州中成專利事務所有限公司 33212
• 代理人: 周世駿

本發(fā)明涉及碳化硅外延生長技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及一種用于碳化硅外延的加熱裝置。包括外延生長反應腔和繞設于外延生長反應腔外的電磁感應線圈；電磁感應線圈包括多個線圈匝，電磁感應線圈的匝間距自線圈端部向線圈中部逐漸遞增。本發(fā)明改進了線圈結(jié)構(gòu)，在保證加熱速度的同時，提高了溫度場的均勻性，從而改善了碳化硅外延的品質(zhì)；本發(fā)明中的線圈呈中空型，內(nèi)部通入冷卻水，石英防護罩內(nèi)外層間隙中也可以通入冷卻水，用于整個電磁感應線圈的冷卻，保證了加熱線圈在持續(xù)高溫下的運行可靠性，增強了使用壽命。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及碳化硅外延生長技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及一種用于碳化硅外延的加熱裝置。

背景技術(shù)

隨著5G移動通訊技術(shù)、新能源汽車、高速軌道交通、移動互聯(lián)、可見光通訊、高壓智能電網(wǎng)等市場的巨大拉動下，全球?qū)τ谔蓟韬偷墳榇淼木哂袔挾却蟆舸╇妶龈摺釋蚀蟆㈦娮语柡推扑俣雀摺⒖馆椛淠芰姷忍卣鞯膶捊麕О雽w材料(第三代半導體材料)的關(guān)注度日益提高，對于高質(zhì)量晶片的需求也越來越高。一些高壓雙極性器件，需晶片外延膜厚度超過50μm,一些高壓、大電流、高可靠性SiC電子器件的不斷發(fā)展對SiC外延薄膜提出了更多苛刻的要求。

碳化硅外延是在表面生長一層或數(shù)層碳化硅薄膜，目前主流的方法是通過化學氣相沉積的方法進行同質(zhì)外延生長，工藝在1600℃左右的超高溫度下進行，同時對于溫度場的均勻性也有很大的要求。目前主要的加熱方式有紅外加熱、電阻絲外壁加熱、射頻加熱、電磁感應加熱。紅外加熱利用定向好、快速等優(yōu)點，但一般用于溫度比較低的加熱環(huán)境，當溫度提高時紅外加熱比較慢；電阻絲加熱是通電后自身發(fā)熱再傳導到反應區(qū)，其熱效率比較低，能量利用率最高只有50％左右，當腔體比較大時，溫度上升慢，溫度場也難以保證均勻，徑向溫度分布不均勻；對于射頻加熱的裝置，想要快速加熱反應區(qū)，必須使用較高頻率的射頻能量，頻率將達到1到10MHz，但是高頻具有集膚效應，會造成大量能量進入不了加熱座的內(nèi)部，從而加熱能力下降，因此需要精確而復雜的射頻線圈設計。對于電阻絲和紅外加熱的內(nèi)外雙加熱多溫區(qū)加熱器，設計更為復雜且加熱裝置體積大。發(fā)明專利CN 10415285 A公開的一種均勻性可調(diào)的電磁感應加熱裝置，其電磁感應線圈下部焊接的調(diào)節(jié)螺套以及機械調(diào)節(jié)機構(gòu)在1600℃高溫下的可靠性會有影響，只依靠于線圈內(nèi)部冷卻，加熱線圈在高溫下的壽命會降低，對于多片式外延爐的大面積反應腔體其溫度場均勻性較為難調(diào)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一種用于碳化硅外延的電磁感應加熱裝置，首要目的是提高溫度場的均勻性，其次是提高電磁感應加熱裝置的使用壽命和可靠性。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的解決方案是：

提供一種用于碳化硅外延設備的加熱裝置，包括外延生長反應腔和繞設于外延生長反應腔外的電磁感應線圈；電磁感應線圈包括多個線圈匝，電磁感應線圈的匝間距自線圈端部向線圈中部逐漸遞增。

作為一種改進，電磁感應線圈與電源柜相連，電源柜輸出頻率為3kHz至8kHz。

作為一種改進，外延生長反應腔內(nèi)部設有保溫石墨罩，保溫石墨罩為筒狀結(jié)構(gòu)，前后兩端設有端蓋。

作為一種改進，保溫石墨罩內(nèi)設有加熱石墨罩；加熱石墨罩包括加熱石墨罩上部分和加熱石墨罩下部分，呈中空半圓柱型或中空方型，兩端為開放結(jié)構(gòu)，加熱石墨罩上部分和加熱石墨罩下部分對稱設置，且存在間隙；上下兩部分之間的間隙為25mm到40mm，優(yōu)選的從28mm到35mm之間選擇。上下兩部分加熱石墨罩呈中空半圓柱型或中空方型，為了與和石英防護罩相匹配，優(yōu)選的選擇中空半圓柱型，兩端為開放結(jié)構(gòu)，外延反應時向里面沖入惰性氣體，防止加熱石墨罩在高溫下發(fā)生反應。

加熱石墨罩上部分和加熱石墨罩下部分兩端對應的保溫石墨罩端蓋上開有惰性氣體進出口，兩部分間的間隙對應的保溫石墨罩端蓋上開有反應氣體進出口。