[发明专利]立式烘烤氧化系统

说明书

本发明涉及一种立式烘烤氧化系统，其包括一炉体、包覆于炉体外的一保温层、固定于炉体内的一坩埚架总成、放置于坩埚架总成上固定的若干坩埚、置于坩埚内用于加热的一石英管加热器、用于封闭炉体并夹持固定石英管加热器的一冷却密封接头以及设于保温层外的一外壳。本立式烘烤氧化系统，相较于现有技术，能降低能耗、成膜均匀、爆管概率降低，且机械自动化程度提高，也能降低在转移过程中擦伤坩埚内氧化膜的风险，整体结构布局合理，非常适合于半导体材料的制备。

技术领域

本发明涉及半导体材料制备领域，尤其涉及一种立式烘烤氧化系统。

背景技术

在半导体材料制备过程中，PBN坩埚是一种重要的零部件，合格的PBN坩埚需要经历烘烤氧化的过程，CN206927963U在现有技术上进行了改进，通过炉膛内高温烘烤和抽真空实现坩埚脱水，通过在880~980℃条件下持续充氧实现对PBN坩埚内外壁氮化硼的氧化，形成的坩埚内壁氧化膜有助于在砷化镓、磷化铟长单晶过程中，以提高液封氧化硼的对PBN坩埚内壁的浸润度，从而提高晶体生长良品率。

然而该装置仍然存在以下不足点。

1、能耗损失大：该设备在880~980℃高温时持续充氧，常温状态氧气持续以约0.1~0.55 MPa的压力向炉体内充氧，温差大，导致氧气消耗大、能耗损失大。

2、坩埚内壁热氧化不充分：该设备由于PBN坩埚平卧，PBN坩埚离炉体12根加热丝非等距，PBN坩埚所处的温场差异较大；同时在外界持续充氧作用下，冷热气体在高温作用下形成杂乱无章的紊流，甚至可能因反应温度不足或氧压不够导致PBN坩埚内壁局部未被氧化。最终导致两个影响：其一是晶体生长工艺中氧化硼浸润度不足形成异核挛晶，对晶体生长良品率造成不利影响；其二是该工艺的PBN坩埚由于氧化膜厚度不够均匀，晶体生长完成后，PBN坩埚内壁氮化硼脱模离层的程度不一，降低了PBN坩埚的寿命。

3、易出现冷却管路接头爆管现象：现有冷却装置设计方面因冷却水夹层较薄，大约2cm，在880~980℃高温辐射和石英玻璃管的热传导作用下，冷却水流却相对较小，在卡头腔体内的冷却水在100~300℃的温度下，会迅速沸腾，腔体气隙压强急剧增大，导致冷却管路接头爆裂，烘烤充氧过程终止。

4、平卧的设备烘烤完成后要伸入石英管取出氧化后的PBN，取出过程中与PBN坩埚内壁接触有擦伤氧化硼膜的风险，后续长单晶时砷化镓浸润度不够而致异核挛晶。

该装置基于对真空烘烤机的充氧方式做了改进，该装置所提供的烘烤氧化方法仍存在上述缺陷，因此，有必要设计一种新的系统或装置以解决上述技术问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术问题，提出一种新的立式烘烤氧化系统。

为实现前述目的，本发明采用如下技术方案：一种立式烘烤氧化系统，其包括一炉体、包覆于炉体外的一保温层、固定于炉体内的一坩埚架总成、放置于坩埚架总成上固定的若干坩埚、置于坩埚内用于加热的一石英管加热器、用于封闭炉体并夹持固定石英管加热器的一冷却密封接头以及设于保温层外的一外壳。

作为本发明的进一步改进，所述坩埚架总成包括一底盘、垂直固定于底盘上的若干坩埚架、垂直固定于底盘中心的一第一提手，所述底盘依靠一坩埚锁栓固定于炉体内。

作为本发明的进一步改进，每一坩埚架包括一支撑柄、一第一环架、一第二环架，所述第一环架、第二环架均水平固定于支撑柄的一侧，所述第一环架的内环半径大于第二环架的内环半径，第一环架位于第二环架的上方。

作为本发明的进一步改进，所述支撑柄包括一曲部和自曲部向下延伸的一直部，所述直部垂直于底盘固定，所述曲部位于第一环架、第二环架之间，所述直部位于第二环架和底盘之间。