一种垂直式结构碳化硅高温退火炉装置的制作方法

本申请涉及半导体退火装置的，尤其涉及一种垂直式结构碳化硅高温退火炉装置。

背景技术：

1、碳化硅(sic)是第三代宽禁带半导体材料之一，具有禁带宽度大、热导率高、击穿电场强度大、饱和电子迁移率高和化学稳定性好等优点，是制作高性能电力电子器件的首选半导体材料，在一些应用领域正在逐步取代硅基电子器件。碳化硅功率器件具有耐高温、耐高压和损耗低的特征，在新能源汽车、光伏发电、智能电网和轨道交通等领域具有明显优势。

2、离子注入是碳化硅器件研制过程中的一项关键工艺。由于离子注入过程中造成晶格原子的位移，且注入后对sic表面及体内造成一定程度的晶格损伤，进而影响器件的性能。为了提高注入离子的激活率和消除晶格损伤造成的缺陷，就须对注入后的sic进行高温退火。在高温退火中，退火的条件非常重要。要达到良好的退火效果，一般要求sic的退火温度高于1500℃，维持一定的退火时间，且对升温速率、保护气体类型和气压等都有要求。

3、随着6英寸sic单晶和外延片的逐渐量产，sic半导体器件也得到快速的发展和应用。对于sic器件离子注入后高温退火的要求也逐渐提高，传统的高温退火设备存在退火温度不够高、降温速率慢等缺点。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于克服现有技术存在的不足，本申请提供一种垂直式结构碳化硅高温退火炉装置，能够精准控制高温退火，提高降温速率。采用如下的技术方案：

2、一种垂直式结构碳化硅高温退火炉装置，包括沿垂直上下设置的上腔室及下腔室，所述上腔室内设置一炉体，所述上腔室在炉体的两端分别设有第一腔室门及第二腔室门；

3、在所述炉体外侧环设一加热器，并在所述炉体内在相对所述加热器处设置一两端开口的发热筒，所述炉体内侧在发热筒处环设一保温层；

4、所述第一腔室门上设有第一测温接口，所述第二腔室门上设第二测温接口；所述下腔室为一侧设置有第三腔室门的密封腔室，所述下腔室上设置第三测温接口；

5、所述第二腔室门在其朝内的一面上竖直向上依次固定有石英支撑座、石墨隔热片和晶片支架；

6、在所述上腔室内设置有驱动所述第二腔室门开启及关闭的升降装置，所述第二腔室门关闭时所述晶片支架置于所述发热筒内部；所述第二腔室门开启时所述晶片支架置于所述下腔室内。

7、在一较佳实施例中，在所述石英支撑座与所述晶片支架之间设置有若干用于固定石墨隔热片的石墨支撑杆，所述石墨隔热片上设有沟槽。

8、在一较佳实施例中，所述炉体在靠近所述第二腔室门的一端上设置有第一保护气体进气口及工艺气体进气口；

9、所述炉体在靠近所述第一腔室门的一端上设置有第一出气口；

10、所述下腔室上设置有第二保护气体进气口及第二出气口。

11、在一较佳实施例中，所述第一测温接口分设有高温接口及低温接口，所述第二测温接口为高温接口，所述第三测温接口为低温接口。

12、在一较佳实施例中，在所述发热筒的上端设置有一上保温层，所述上保温层设置有通孔。

13、在一较佳实施例中，所述炉体外壳设置为圆筒形石英管，所述保温层为硬质石墨碳毡，所述发热筒及所述晶片支架均为石墨制备。

14、在一较佳实施例中，所述炉体在与所述第一腔室门及第二腔室门的连接端处分别设有密封法兰盘，所述法兰盘内设置有水冷装置；

15、所述第一腔室门、第二腔室门及法兰盘均由不锈钢材料制成。

16、在一较佳实施例中，所述第一腔室门、所述第二腔室门与所述炉体盖合之间、以及所述第三腔室门和所述下腔室盖合之间均设有耐高温的密封件，所述密封件为“o”型橡胶圈。

17、在一较佳实施例中，所述加热器为射频感应加热线圈，所述射频感应加热线圈以螺旋状环绕在所述炉体外壳的外侧。

18、在一较佳实施例中，所述晶片支架适配6英寸的碳化硅晶片，所述晶片支架的碳化硅晶片容量为50片。

19、综上所述，本申请包括以下有益效果：

20、1.本实用新型所提供的一种垂直式结构碳化硅高温退火炉装置，能够满足各种高温、高电压和高功率碳化硅器件的退火工艺，具有退火温度高、降温速度快和不易污染等优点。

21、2.本实用新型所提供的垂直式退火炉装置，采用上下腔室分离的结构。上腔室保持较高的真空度，晶片在上腔室中，具有较高的洁净度。在降温过程中，利用体积较大的下腔室来提高降温速率，增加效率，节约成本。

22、3.本申请所提供的垂直式退火炉装置，可同时满足50片左右的6英寸碳化硅晶片的高温退火，退火温度最高可达2000℃，并且在整个高温退火过程中，能够快速升温并且精确控制温度，腔室压强范围可调，达到消除离子注入造成的晶格损伤和提高注入离子激活率的目的，从而提升碳化硅器件的性能。

技术特征：

1.一种垂直式结构碳化硅高温退火炉装置，其特征在于：包括沿垂直上下设置的上腔室及下腔室，所述上腔室内设置一炉体，所述上腔室在炉体的两端分别设有第一腔室门及第二腔室门；

2.根据权利要求1所述的一种垂直式结构碳化硅高温退火炉装置，其特征在于：在所述石英支撑座与所述晶片支架之间设置有若干用于固定石墨隔热片的石墨支撑杆，所述石墨隔热片上设有沟槽。

3.根据权利要求1所述的一种垂直式结构碳化硅高温退火炉装置，其特征在于：所述炉体在靠近所述第二腔室门的一端上设置有第一保护气体进气口及工艺气体进气口；

4.根据权利要求1所述的一种垂直式结构碳化硅高温退火炉装置，其特征在于：所述第一测温接口分设有高温接口及低温接口，所述第二测温接口为高温接口，所述第三测温接口为低温接口。

5.根据权利要求1所述的一种垂直式结构碳化硅高温退火炉装置，其特征在于：在所述发热筒的上端设置有一上保温层，所述上保温层设置有通孔。

6.根据权利要求1所述的一种垂直式结构碳化硅高温退火炉装置，其特征在于：所述炉体外壳设置为圆筒形石英管，所述保温层为硬质石墨碳毡，所述发热筒及所述晶片支架均为石墨制备。

7.根据权利要求1所述的一种垂直式结构碳化硅高温退火炉装置，其特征在于：所述炉体在与所述第一腔室门及第二腔室门的连接端处分别设有密封法兰盘，所述法兰盘内设置有水冷装置；

8.根据权利要求1所述的一种垂直式结构碳化硅高温退火炉装置，其特征在于：所述第一腔室门、所述第二腔室门与所述炉体盖合之间、以及所述第三腔室门和所述下腔室盖合之间均设有耐高温的密封件，所述密封件为“o”型橡胶圈。

9.根据权利要求1所述的一种垂直式结构碳化硅高温退火炉装置，其特征在于：所述加热器为射频感应加热线圈，所述射频感应加热线圈以螺旋状环绕在所述炉体外壳的外侧。

10.根据权利要求1所述的一种垂直式结构碳化硅高温退火炉装置，其特征在于：所述晶片支架适配6英寸的碳化硅晶片，所述晶片支架的碳化硅晶片容量为50片。

技术总结
本申请涉及一种垂直式结构碳化硅高温退火炉装置，包括沿垂直上下设置的上腔室及下腔室，所述上腔室内设置一炉体，所述上腔室在炉体的两端分别设有第一腔室门及第二腔室门；在所述炉体外侧环设一加热器，并在所述炉体内在相对所述加热器处设置一两端开口的发热筒，所述炉体内侧在发热筒处环设一保温层；所述第二腔室门在其朝内的一面上竖直向上依次固定有石英支撑座、石墨隔热片和晶片支架；在所述上腔室内设置有驱动所述第二腔室门开启及关闭的升降装置，所述第二腔室门关闭时所述晶片支架置于所述发热筒内部；所述第二腔室门开启时所述晶片支架置于所述下腔室内；本高温退火炉装置具有退火温度高、降温速度快和不易污染等优点。

技术研发人员：张明昆,江长福,王恭时,周贤权
受保护的技术使用者：厦门紫硅半导体科技有限公司
技术研发日：20230308
技术公布日：2024/1/13