一种立式高温氧化、退火炉的制作方法

本发明涉及氧化、退火炉技术领域，具体为一种立式高温氧化、退火炉。

背景技术：

sic作为第三代半导体材料的典型代表，是高温、高频、抗辐射、大功率应用场合下极为理想的半导体材料；由于碳化硅功率器件可显著降低电子设备的能耗，因此碳化硅器件也被誉为带动“新能源革命”的“绿色能源器件”。sic材料的扩散、氧化、退火等工艺过程其主要特点就是需要高温或真空加高温及工艺气体条件，特别是高温一般为1400℃-2000℃，是以往其工作温度为800-1200℃的第二代半导体设备从加热器和工艺室的结构、方式、材质等组件所不能实现的。

因此，有必要提供一种立式高温氧化、退火炉解决上述问题。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种立式高温氧化、退火炉，其具备高温加热、强力保温、自动化取片、营造密闭真空工艺腔等多种功能。

本发明提供的一种立式高温氧化、退火炉包括：真空密封炉膛，通过炉底法兰与真空密封炉膛连接的炉门室，炉门室底部开口处通过炉门密封，所述真空密封炉膛是由炉壳、炉盖、炉底法兰、工艺炉管密闭形成的空间，所述工艺炉管通过压紧法兰压装在炉底法兰底面，所述炉壳与炉盖之间、炉壳与炉底法兰之间、炉门室与炉底法兰之间均设有密封圈，所述真空密封炉膛内设有保温层，所述保温层与工艺炉管之间形成加热腔，所述加热腔内设置加热器；

所述工艺炉管与炉底法兰、炉门室、炉门密闭形成工艺腔，用于进行工艺片的工艺过程；

穿过所述保温层和炉壳分别设置炉壳真空管，用于实现所述真空密封炉膛形成真空状态，和炉壳进气管，用于充入惰性气体至所述真空密封炉膛；

穿过所述炉门室一侧设置工艺腔真空管，用于实现工艺腔形成真空状态，另一侧设置工艺腔进气管，用于充入工艺气体至所述工艺腔，和工艺腔出气管，用于排出工艺过程中产生的气体。

作为一种改进，所述立式高温氧化、退火炉还包括设置在所述真空密封炉膛下端的升降机构和机械手，所述升降机构上设置炉门支撑安装座，用于安装所述炉门并通过所述升降机构带动炉门上下运动，所述机械手用于所述炉门通过所述升降机构移动到工作下限位时取放所述工艺片。

作为一种改进，所述炉门支撑安装座与所述炉门之间设置弹性元件，用于所述炉门通过所述升降机构移动到工作上限位时密封工艺腔。

作为一种改进，所述保温层由炉盖保温层、炉壳保温层、炉底保温层阶梯式固结形成，所述加热器通过穿过所述炉盖和炉盖保温层的加热器电极吊装于加热腔内。

作为一种改进，所述加热器电极炉外端套设电极水冷密封套，所述加热器电极与所述电极水冷密封套通过密封圈密封，所述电极水冷密封套与所述炉盖通过密封圈固结，所述加热器电极上端外部还设置接线装置，用于外接电源。

作为一种改进，所述工艺腔内由所述炉门承载由下至上依次设有隔热层、隔热屏、承托料盘和片舟，所述工艺片插装在片舟上。

作为一种改进，所述隔热层为石英隔热包，所述隔热屏为层状隔热片组件。

作为一种改进，所述炉门室圆筒内壁上密封安装内控热偶，所述内控热偶沿工艺炉管内表面一侧垂直延伸至工艺炉管工作区，贯穿所述炉盖和保温层设有外控热偶，所述外控热偶炉外端套设热偶水冷密封座，所述水冷密封座与所述外控热偶通过密封圈密封，所述水冷密封座与所述炉盖通过密封圈固结。

作为一种改进，所述工艺腔进气管沿工艺炉管内表面一侧垂直延伸至工艺炉管工作区顶部。

作为一种改进，所述惰性气体包括ar2或n2中的一种。

与现有技术相比，本发明提供的一种立式高温氧化炉具有如下有益效果：

(1)本发明提供的一种立式高温氧化、退火炉，通过在真空密封炉膛内设置炉底保温层，炉壳保温层，炉盖保温层，且炉盖保温层与炉盖进行内部固结形成一体，炉壳内的三组保温层形成一个封闭保温空腔，并在三组保温的结合面设置成阶梯状结合面，避免内部的温度从结合面散出，使得立式高温氧化炉加热达到的温度能够稳定的保持，减少能源消耗。

(2)本发明提供的一种立式高温氧化、退火炉，通过真空管路设计，使得真空密封炉膛和工艺腔内处于无氧状态，并在真空密封炉膛和工艺腔内分别充入惰性气体和工艺气体，有效的保护了加热器，保证工艺片进行工艺过程的纯度。

(3)本发明提供的一种立式高温氧化、退火炉，通过设置内外热偶对腔室测温，有效监控了炉内的温度，保证工艺过程的安全和产品合格率。

根据下文结合附图对本发明的具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

图1为本发明提供的一种立式高温氧化炉的一种实施例的结构示意图；

图2为图1所示的a处的结构示意图；

图3为图1所示的b处的结构示意图；

其中，1、炉底法兰，2、炉门室，3、炉门，4、炉壳，5、炉盖，6、工艺炉管，7、压紧法兰，8、保温层，9、加热腔，10、加热器，11、工艺腔，12、炉壳真空管，13、炉壳进气管，14、工艺腔真空管，15、工艺腔进气管，16、工艺腔出气管，17、升降机构，18、机械手、19、炉门支撑安装座，20、弹性元件，21、加热器电极，22、电极水冷密封套，23、接线装置，24、隔热层，25、隔热屏，26承托料盘，27、片舟，28、内控热偶，29、外控热偶，30、水冷密封座，81、炉盖保温层，82、炉壳保温层，83、炉底保温层。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-3，本发明第一实施例提供的一种立式高温氧化、退火炉，包括真空密封炉膛，通过炉底法兰1与真空密封炉膛连接的炉门室2，炉门室2底部开口处通过炉门3密封，真空密封炉膛是由炉壳4、炉盖5、炉底法兰1、工艺炉管6密闭形成的空间，工艺炉管6通过压紧法兰7压装密封垫在炉底法兰1底面，炉壳4与炉盖5之间、炉壳4与炉底法兰1之间、炉门室2与炉底法兰1之间均设有密封圈，真空密封炉膛内还设有保温层8，保温层8与工艺炉管6之间形成加热腔9，所述加热腔9内设置加热器10；工艺炉管6与炉底法兰1、炉门室2、炉门3密闭形成工艺腔11，用于进行工艺片的工艺过程；

需要说明的是，炉门室2底部开口处通过炉门3密封是在工艺阶段，此时，工艺腔11内需要密闭，营造真空环境，以便充入工艺气体进行工艺过程时保证产品纯度。加热器10的材质常用的是钨、钼及石墨材质等高温加热器，以便加热温度能够达到1400℃-2000℃。

穿过保温层8和炉壳4分别设置炉壳真空管12和炉壳进气管13，用于实现真空密封炉膛形成真空状态，因为加热器10材质的原因，例如钨在有氧化气体的空间中高温工作非常容易氧化，影响其工作性能，所以需要营造真空密封炉膛的真空环境，炉壳进气管13，用于充入惰性气体，例如ar2或n2，至所述真空密封炉膛，进一步保证了加热器10的工作环境没有氧化气体存在；

穿过炉门室2一侧设置工艺腔真空管14，用于实现工艺腔形成真空状态，另一侧设置工艺腔进气管15，用于充入工艺气体至所述工艺腔11，和工艺腔出气管16，用于排出工艺过程中产生的气体。

需要说明的是，整个立式高温氧化、退火炉由机架(图中未标出)支撑各组件，工艺炉管6端口的压紧法兰7与炉底法兰1进行水冷密封连接；炉门室2分别与炉底法兰1和炉门3进行水冷密封连接，有效避免密封器件受到高温影响；工艺腔进气管15沿工艺炉管6内表面一侧垂直延伸至工艺炉管工作区顶部，深入工艺炉管6内侧工作区，用于工艺气体的进气，并且工艺腔进气管15和工艺腔出气管16设置在同一侧，保证充入的工艺气体，在工艺腔11内有效循环一周，保证工艺片的加工处理均匀度。

第二实施例，立式高温氧化、退火炉还包括设置在所述真空密封炉膛下端的升降机构17和机械手18，升降机构17上设置炉门支撑安装座19，用于安装炉门3并通过升降机构17带动炉门3上下运动，机械手18用于炉门3通过升降机构17移动到工作下限位时取放工艺片。

具体的，升降机构17可以采用常见的上下直线移动单元，导轨、丝杠、滑块、驱动电机组成，可以带动炉门支撑安装座19上下可控制移动，带动炉门3实现开炉和闭炉。

进一步，炉门支撑安装座19与炉门3之间设置弹性元件20，例如弹簧，一方面用于炉门3通过升降机构移动到工作上限位时密封工艺腔，因为炉门3与炉门室2的接触面可能会有缝隙，炉门3又为刚性元件，采用弹簧等弹性元件可以找平结合面，避免出现缝隙，一方面通过弹性元件19防止炉门3随升降机构17到与炉门室2下平面密封贴合时已经不能再上移了，虽然此位置设置有传感器识别限位让电机停转(未展示)，但此时可以利用弹性元件的弹性作用避免升降机构17的驱动电机停转不及时而过载堵转而烧毁电机，可有效保护电机。

第三实施例，基于第一实施例，保温层8由炉盖保温层81、炉壳保温层82、炉底保温层83组成，采用三组保温层的结构，极大的降低了保温层制造工艺的难度，三组保温层的结合面设置成阶梯状结合面，避免内部的温度从结合面散出，炉盖保温层81与炉盖5固结形成一体，加热器10通过穿过炉盖5和炉盖保温层81以及同孔套装的绝缘长套的加热器电极21吊装于加热腔内，吊装设置加热器10，避免加热器10与保温层8以及工艺炉管6接触。

进一步，加热器电极21炉外端套设电极水冷密封套22，加热器电极21与电极水冷密封套22通过密封圈密封，电极水冷密封套22与炉盖5通过密封圈固结，加热器电极21上端外部还设置接线装置23，用于外接电源。

第四实施例，基于第一实施例，炉门3上平面定位安装有隔热层24，例如石英隔热包，用于低温保温/隔热，隔热层24上平面定位安装有隔热屏25，隔热屏25为层状隔热片组件，用于高温保温/隔热，隔热屏25，上平面定位安装有承托料盘26，承托料盘26上面定位安装有片舟27，片舟27内的插槽内插入工艺片，工艺片所在区域即是最核心的工艺扩散/氧化/退火区，在真空、工艺气体、高温等相关条件下实现对工艺片的扩散、氧化或退火工艺。

第五实施例，基于第一实施例，炉门室2圆筒内壁上密封安装内控热偶28，内控热偶沿工艺炉管6内表面一侧垂直延伸至工艺炉管工作区，贯穿炉盖5和炉盖保温层81设有外控热偶29，外控热偶29炉外端套设热偶水冷密封座30，水冷密封座30与外控热偶29通过密封圈密封，水冷密封座30与炉盖5通过密封圈固结。内控热偶28和外控热偶29用于检测炉内温度并进行精确控制。

本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。