[發明專利]用于碳化硅材料生長和后處理的高溫裝置及方法

在審

• 申請號: 202010044551.3
• 申請日: 2020-01-15
• 公開（公告）號: CN111118475A
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發明（設計）人: 劉興昉;閆果果;申占偉;汪久龍;王雷;趙萬順;孫國勝;曾一平
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: C23C16/455
• 分類號: C23C16/455;C23C16/32
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 吳夢圓

一種用于碳化硅材料生長和后處理的高溫裝置及方法，用于碳化硅材料生長和后處理的高溫裝置包括射頻感應加熱爐和碳化硅桶；射頻感應加熱爐包括爐腔、由內到外依序位于爐腔內的感應發熱體和保溫氈；碳化硅桶位于感應發熱體內，碳化硅桶的兩端分別設置桶蓋和相對應的導氣管，形成整體件；整體件內部設置為供碳化硅材料生長和后處理區域，用于流通生長性氣體或氧化性氣體；其中，整體件、感應發熱體、保溫氈和爐腔內壁之間均存在間隙，形成氣體流通通道，用于流通惰性氣體以進行氣體隔離。本發明既能延長感應發熱體和保溫氈的使用壽命，也能防止感應發熱體和保溫氈在高溫下析出雜質影響碳化硅材料的制備。

技術領域

本發明涉及碳化硅半導體材料技術領域，尤其涉及一種用于碳化硅材料生長和后處理的高溫裝置及方法。

背景技術

碳化硅半導體材料(4H-SiC)是新型第三代半導體材料，在大功率電力電子領域具有十分重要的用途。目前碳化硅材料生長和后處理都需要用高溫爐，一般采用射頻感應加熱的方式獲得高溫。爐腔內的發熱部件是石墨材料或者其它無機材料，其保溫采用石墨軟氈或者硬氈。這些部件容易受到生長氣體如氫氣、硅源等反應源氣和后處理氣體如氧氣、一氧化氮等氧化性氣體的侵蝕和氧化，從而導致損壞。另外，這些部件在高溫環境下也會析出雜質元素，污染碳化硅材料。

現在的處理辦法是將發熱部件覆蓋碳化硅或者碳化鉭的涂層，達到防護發熱部件的目的，這就增加了成本和復雜程度。并且，由于石墨保溫氈不便于覆蓋涂層，所以不能用于氧化性氣氛高溫爐中作保溫材料。

發明內容

有鑒于此，本發明提供一種用于碳化硅材料生長和后處理的高溫裝置及方法，以期至少部分地解決上述提及的技術問題的至少之一。

作為本發明的一個方面，提供一種用于碳化硅材料生長和后處理的高溫裝置，包括射頻感應加熱爐和碳化硅桶；所述射頻感應加熱爐包括爐腔、由內到外依序位于爐腔內的感應發熱體和保溫氈；所述碳化硅桶位于感應發熱體內，所述碳化硅桶的兩端分別設置桶蓋和相對應的導氣管，形成整體件；

所述整體件內部設置為供碳化硅材料生長和后處理區域，用于流通生長性氣體或氧化性氣體；

其中，所述整體件、感應發熱體、保溫氈和爐腔內壁之間均存在間隙，形成氣體流通通道，用于流通惰性氣體以進行氣體隔離，防止所述感應發熱體和保溫氈被生長性氣體或氧化性氣體侵蝕。

一種采用如上述的用于碳化硅材料生長和后處理的高溫裝置的碳化硅材料生長和后處理的方法，所述方法包括如下步驟：

在對碳化硅襯底進行碳化硅材料生長和/或后處理時，所述惰性氣體導氣管內通入的惰性氣體流量為反應氣體導氣管內通入的氣體流量的1～2倍。

基于上述技術方案，本發明相對于現有技術具有以下有益效果的其中之一或其中一部分：

本發明將感應發熱體以及保溫氈從生長性氣體氣氛或者氧化性氣體氣氛中隔離出來，并且使之在惰性氣體氣氛中得到保護，從而避免感應發熱體和保溫氈被生長性氣體或者氧化性氣體侵蝕或者氧化的問題，既能延長感應發熱體以及保溫氈的使用壽命，也能防止感應發熱體以及保溫氈在高溫下析出雜質影響碳化硅材料的生長和后處理。

本發明避免了傳統制備工藝在發熱體部件上覆蓋涂層的劣勢，具有簡便易行，易于推廣等優點。

附圖說明

圖1是本發明實施例1-3一種用于碳化硅材料生長和后處理的高溫裝置裝配示意圖；

圖2是本發明實施例1-3一種用于碳化硅材料生長和后處理的高溫裝置區域劃分示意圖；

圖3是本發明實施例1-3一種用于碳化硅材料生長和后處理的高溫裝置射頻感應加熱爐分解示意圖；

圖4是本發明實施例1-3一種用于碳化硅材料生長和后處理的高溫裝置碳化硅桶分解示意圖；