一种外延生长设备的反应室结构的制作方法

本发明涉及化学气相沉积技术领域，特别涉及一种外延生长设备的反应室结构。

背景技术：

目前随着技术的发展，化学气相沉积(chemicalvapordeposition，简称为cvd)技术已经得到越来越多的应用。

碳化硅(sic)材料是继第一代半导体材料硅(si)和第二代半导体(砷化镓gaas)后的第三代宽禁带半导体材料。碳化硅晶体结构具有同质多型的特点，其基本结构是si-c的四面体结构，属于密堆积结构。其性能具有更高的禁带宽度、高临界击穿电场、高导热率、高载流子饱和漂移速度等优越的性能，在半导体照明、电力电子器件、激光器、探测器等领域应用中蕴含着巨大的前景。

目前，在碳化硅材料的制作工艺上，存在非常多的难点，生长高质量的外延片更是对设备及工艺要求的一种挑战，设备的温场均匀性，反应室内的压力控制，及气体的流量等主要参数，对碳化硅的生长质量起决定性作用。由于这几种参数的控制较为困难，碳化硅外延片的成品良率并不理想。在当前的技术水平下无法进一步的提高良率，并切每次工艺时间较长，因此，需要在当前工艺条件的前提下进一步提高反应室的产能来提高设备效率。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种通过增加分机组件，改进反应腔体内部结构，极大的提高产能并降低了成本，提高了气体利用率的外延生长设备的反应室结构。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

一种外延生长设备的反应室结构，包括：

石英管，所述石英管为两端设有开口的圆形筒体结构，所述石英管的上部中间位置垂直设有第一圆筒，所述第一圆筒与所述石英管贯穿连接；

感应加热装置，所述感应加热装置活动设置在所述石英管的外部；

反应腔室组件，所述反应腔室组件为两个，两个所述反应腔室组件活动设置所述石英管的内部，两个所述反应腔室组件对称设置所述第一圆筒的两侧；

分气组件，所述分气组件活动设置在所述石英管内并与所述第一圆筒活动连接；

抽气组件，所述抽气组件为两个，两个所述抽气组件分别设置在所述石英管的两端，两个所述抽气组件分别与所述反应腔室组件活动连接。

优选地，所述抽气组件包括端板及与所述端板连接的气管，所述端板半嵌入设置在所述石英管的端部，所述端板与所述石英管相匹配，所述端板上设有传片通道孔、第一进气孔、第二进气孔，所述第一进气孔、第二进气孔分别位于在所述传片通道的上部和下部，所述第一进气孔、第二进气孔分别与所述气管贯穿连接。

优选地，所述传片通道孔为矩形孔，所述传片通道水平贯穿所述端板设置。

优选地，所述分气组件为截面是工字形的结构体，所述分气组件包括第一分气板、连接板、第二分气板，所述连接板垂直设置在所述第一分气板、第二分气板的中部。

优选地，所述第一分气板为圆形阶梯状，所述第一分气板与所述第一圆筒相匹配，所述第一分气板的中部设有多个第一气孔，多个所述第一气孔均匀排列，所述第二分气板为矩形体，所述第二分气板上设有多个第二气孔、第三气孔，多个所述第二气孔水平设置，多个所述第三气孔贯穿所述第二分气板，多个所述第一气孔与多个所述第二气孔贯穿连接。

优选地，所述反应腔室组件包括进气挡板、出气挡板、第一加热层组件、第二加热层组件，所述第一加热层组件活动设置在所述第二加热层组件的上部，所述进气挡板、出气挡板分别活动设置在所述第一加热层组件、第二加热层组件的两端，所述进气挡板、出气挡板上分别对应设有与所述传片通道孔相匹配的第二矩形孔、第三矩形孔。

优选地，所述第一加热层组件包括第一加热层、第一绝缘保温衬，所述第一绝缘保温衬活动设置在所述第一加热层的外部，所述第一绝缘保温衬与所述第一加热层相匹配，

所述第二加热层组件包括第二加热层、第二绝缘保温衬、晶元托盘，所述第二绝缘保温衬活动设置在所述第二加热层的外部，所述晶元托盘活动设置在所述第二加热层的上部，所述晶元托盘通过设置在所述第二加热层上部的旋转机构与所述第二加热层连接，所述第二绝缘保温衬与所述第二加热层相匹配，

所述第一加热层与所述第二加热层相对设置，所述第一加热层、所述第二加热层位于所述第二分气板的两侧。

优选地，所述加热层包括石墨、和/或碳化硅在内的耐高温导热材料制作。

优选地，所述感应加热装置包括感应线圈在内的多种加热方式，所述感应线圈均匀绕制在所述石英管的外部。

本发明的有益效果在于：

本发明通过增加分机组件，改进了反应腔体结构，完成了两台设备的产能，极大的降低了成本，节省了大部分洁净室空间，控制保护气体与反应气体的流量，在一定程度的减少反应气体从反应室内流出的速率，一定程度的提高了气体利用率。

附图说明

图1为本发明一种外延生长设备的反应室结构实施例的主视图；

图2为本发明一种外延生长设备的反应室结构实施例的分解图；

图3为本发明一种外延生长设备的反应室结构实施例中反应腔室组件的分解图；

图4为本发明一种外延生长设备的反应室结构实施例中分气组件结构示意图；

图5为本发明一种外延生长设备的反应室结构实施例剖的视示图。

图中，1-石英管，2-感应加热装置，3-反应腔室组件，31-进气挡板，32-出气挡板，33-第一加热层，34-第一绝缘保温衬，35-第二加热层，36-第二绝缘保温衬，37-晶元托盘，

4-分气组件，5-抽气组件。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1-4所示，一种外延生长设备的反应室结构，包括：

石英管1，石英管1为两端设有开口的圆形筒体结构，石英管1的上部中间位置垂直设有第一圆筒，第一圆筒与石英管1贯穿连接；

具体的，本实施例中，第一圆筒与石英管1一体设置。

感应加热装置2，感应加热装置2活动设置在石英管1的外部；

反应腔室组件3，反应腔室组件3为两个，两个反应腔室组件3活动设置石英管1的内部，两个反应腔室组件3对称设置第一圆筒的两侧；

分气组件4，分气组件4活动设置在石英管1内并与第一圆筒活动连接；

抽气组件5，抽气组件5为两个，两个抽气组件5分别设置在石英管1的两端，两个抽气组件5分别与反应腔室组件活动连接。

本发明较佳的实施例中，抽气组件5包括端板及与端板连接的气管，端板半嵌入设置在石英管1的端部，端板与石英管1相匹配，端板上设有传片通道孔、第一进气孔、第二进气孔，第一进气孔、第二进气孔分别位于在传片通道的上部和下部，第一进气孔、第二进气孔分别与气管贯穿连接。

本发明较佳的实施例中，传片通道孔为矩形孔，传片通道水平贯穿端板设置。

本发明较佳的实施例中，分气组件4为截面是工字形的结构体，分气组件4包括第一分气板、连接板、第二分气板，连接板垂直设置在第一分气板、第二分气板的中部。

具体的，本实施例中，第一分气板、第二分气板水平设置。

本发明较佳的实施例中，第一分气板为圆形阶梯状，第一分气板与第一圆筒相匹配，第一分气板的中部设有多个第一气孔，多个第一气孔均匀排列，第二分气板为矩形体，第二分气板上设有多个第二气孔、第三气孔，多个第二气孔水平设置，多个第三气孔贯穿第二分气板，多个第一气孔与多个第二气孔贯穿连接。

具体的，本实施例中，第一分气板顶端均布一排进气孔，可将混合好的反应气体及保护气体流入连接板内，再经第二分气板内部的通道均匀分布到左右两侧，同时，将保护气体左右均分后，还分别进行了上下分气，将保护气体均分到石英管1内，阻断反应气体发送左右互通，提高左右两个腔室的反应一致性。

具体的，本实施例中，反应气体和保护气体的进气孔可自由组合，以适合工艺的方式进行排列加工，不限于固定形式。

具体的，本实施例中，采用中间进气，两端排气的结构，可采用同一套气体分配组件和同一套泵组，提高产能的同时节约了这两套组件的成本

本发明较佳的实施例中，反应腔室组件3包括进气挡板31、出气挡板32、第一加热层组件、第二加热层组件，第一加热层组件活动设置在第二加热层组件的上部，进气挡板31、出气挡板32分别活动设置在第一加热层组件、第二加热层组件的两端，进气挡板31、出气挡板32上分别对应设有与传片通道孔相匹配的第二矩形孔、第三矩形孔。

本发明较佳的实施例中，第一加热层组件包括第一加热层33、第一绝缘保温衬34，第一绝缘保温衬34活动设置在第一加热层33的外部，第一绝缘保温衬34与所述第一加热层33相匹配，

所述第二加热层组件包括第二加热层35、第二绝缘保温衬36、晶元托盘37，第二绝缘保温衬36活动设置在第二加热层35的外部，晶元托盘37活动设置在第二加热层35的上部，晶元托盘37通过设置在第二加热层35上部的旋转机构与第二加热层35连接，第二绝缘保温衬36与第二加热层35相匹配，

第一加热层33与第二加热层35相对设置，第一加热层33、第二加热层35位于所述第二分气板的两侧。

本发明较佳的实施例中，第一加热层33、第二加热层35包括石墨、和/或碳化硅在内的耐高温导热材料制作。

本发明较佳的实施例中，感应加热装置2包括感应线圈在内的多种加热方式，感应线圈均匀绕制在石英管1的外部。

具体的，如图5所示，以硅烷和丙烷为反应气体，氢气为载气，氩气为保护气体，以60微米/小时的生长速率为基本要求，生长20微米厚度的6寸碳化硅外延片的工艺作为实施例进行说明。

s1、先将反应室预热至传输温度(900℃～1000℃)；

s2、通过传输模块将承载有6寸晶元的晶元托盘37通过传片口分别传输至两个反应腔室组件内，将晶元托盘37放置在加热层上，晶元托盘37与支撑结构相连接，关闭反应腔室组件一侧设置的闸板阀；

s3、感应加热装置2开始升温至工艺温度(1400℃～1800℃)

s4、晶元托盘37开始旋转，硅烷和丙烷及氢气载气的混合气体通过mfc的控制按照工艺要求的流量通入分气结构件，经分气通道均匀分布到左右两个反应腔室组件中，同时，保护气体氩气通过mfc通入分气组件4的其他通道流入石英管1中补充缝隙，开始按照工艺要求的压力进行沉积

s5、沉积时间约为20分钟，反应腔室组件和石英管1内的气体最终通过抽气组件5抽至尾气处理设备。

s6、完成沉积后，关闭反应腔室组件一侧设置的阀门，设备降温至传输温度并维持保护气体继续流入

s7、当设备降温至传输温度后，关闭保护气体阀门，代压力降至可打开闸板阀的压力后，通过传输模块将托盘传出，冷却及后续处理。

s8、完成工艺后得到两片已经沉积完成的碳化硅外延片，再进行后续处理。

以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。