[实用新型]一种用于碳化硅外延生长的化学气相沉积装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及半导体材料生长设备领域，特别涉及一种用于碳化硅外延生长的化学气相沉积装置。

背景技术

传统硅器件及模块，例如硅、砷化镓等，其性能已接近由材料特性所决定的理论极限，已不能满足当前电力电子行业日益增长的高频率、高功率、高能效的需求。今后5-10年内，碳化硅半导体将逐步在智能电网及电力输运、轨道交通及机车牵引、电动/混合动力汽车、光伏逆变及风能变流、工业电源及马达驱动、节能家电及IT服务器等领域取代传统硅基功率半导体器件。为了制备性能卓越的碳化硅功率器件，高质量的碳化硅外延生长是其中的关键技术和瓶颈。

高温化学气相沉积(HTCVD)是目前进行生长碳化硅外延材料的主流技术。现有技术的HTCVD设备都是通过基片托盘的行星旋转来提高大尺寸外延膜的均匀性。一方面，在超高温环境(1700摄氏度左右)，设计大尺寸碳化硅晶片用的行星传动系统，无论是在材料选择上还是结构设计上都具有很大的难度；另一方面，设备的产能提高也完全受到结构设计的制约。虽然已经有设备制造商提出系统级的整合，比如美国的VEECO公司针对MOCVD设备提出的多反应腔室的Cluster集成，但只是在气路及控制系统等模块进行整合及精简，反应腔室本身无法简化，单位产能的制造成本并没有明显优势。

现有技术中，用于碳化硅外延生长的化学气相沉积装置，随着产能的提高，其反应腔室的尺寸和复杂程度也随之增加，因此通常不能保证外延膜的均匀性，并且生产成本较高。此外，现有技术的用于碳化硅外延生长的化学气相沉积装置无法满足各种高温、大功率和高频碳化硅器件的制作要求。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术的上述缺陷，提供一种用于碳化硅外延生长的化学气相沉积装置。

本实用新型提供的用于碳化硅外延生长的化学气相沉积装置包括圆柱形的反应腔，其顶部呈封闭的半圆弧形，其底部由法兰固定和密封；

所述反应腔的外部设置有内部中空的感应线圈，所述感应线圈环绕于所述反应腔的周围；

所述反应腔内部设置有多个石墨舟、多个圆环形的保温环、三路进气导管和一路排气导管，且所述石墨舟的个数与所述保温环的个数相等，每一路所述进气导管的结构和形状都与所述排气导管相同；所述多个保温环堆叠放置，每一个所述保温环的中心位置设有一个方形的通孔，且每一个所述通孔内设有一个所述石墨舟；所述三路进气导管和所述一路排气导管分别设置于所述保温环的两侧，且所述三路进气导管和所述一路排气导管都被所述反应腔底部的法兰固定；

所述石墨舟包括底座、托盘和上盖；

所述底座呈方形，所述底座的两端分别设置有第一进气口和第一排气口；所述底座的中心位置设置有圆形的凹坑，所述凹坑的中心位置设有支撑立柱，所述支撑立柱的顶端呈圆锥形，所述凹坑内以所述支撑立柱为中心对称设置有四个扇形的支撑台，相邻的两个所述支撑台之间设有气槽，所述凹坑与所述底座的上端面之间设有圆环形的凸缘，所述支撑台的外边缘与所述凸缘之间设有气隙；所述气隙内设有第四排气口，且所述第四排气口通过设置于所述底座底面的第二凹槽与所述第一排气口相连通；所述支撑立柱的旁边设有第四进气口，且所述第四进气口通过设置于所述底座底面的第一凹槽与所述第一进气口相连通；

所述托盘呈圆盘形，所述托盘设置于支撑立柱和支撑台上，所述托盘的下底面的边缘位于所述凸缘上；

所述上盖呈倒置的U字形，所述上盖的两端分别设置有第二进气口和第二排气口，所述第二进气口贯穿所述上盖的第一臂，所述第二排气口贯穿所述上盖的第二臂，且所述第二进气口与所述第一进气口的位置匹配，所述第二排气口与所述第一排气口的位置匹配；

所述上盖能够与所述底座扣合，且扣合后所述第二进气口与所述第一进气口相连通，所述第二排气口与所述第一排气口相连通；

所述保温环包括第一主体部件和第二主体部件；所述第一主体部件上设有第三进气口，所述第二主体部件上设有第三排气口；所述第一主体部件和所述第二主体部件围成能够容纳所述石墨舟的所述通孔；

所述进气导管和所述排气导管的一端封闭，其另一端开口，且每一路所述进气导管和所述排气导管上各自设有多个气孔；每一路所述进气导管的气孔与所述第三进气口的位置一一对应；所述排气导管的气孔与所述第三排气口的位置一一对应。

优选地，所述第一主体部件与所述第二主体部件通过V形接口连接为一体。

优选地，所述感应线圈为横截面为矩形的铜管。

优选地，所述底座、所述托盘、以及所述上盖的表面都设有碳化钽膜层。