[发明专利]一种用于碳化硅外延的加热装置

说明书

本发明涉及碳化硅外延生长技术领域，具体是涉及一种用于碳化硅外延的加热装置。包括外延生长反应腔和绕设于外延生长反应腔外的电磁感应线圈；电磁感应线圈包括多个线圈匝，电磁感应线圈的匝间距自线圈端部向线圈中部逐渐递增。本发明改进了线圈结构，在保证加热速度的同时，提高了温度场的均匀性，从而改善了碳化硅外延的品质；本发明中的线圈呈中空型，内部通入冷却水，石英防护罩内外层间隙中也可以通入冷却水，用于整个电磁感应线圈的冷却，保证了加热线圈在持续高温下的运行可靠性，增强了使用寿命。

技术领域

本发明涉及碳化硅外延生长技术领域，具体是涉及一种用于碳化硅外延的加热装置。

背景技术

随着5G移动通讯技术、新能源汽车、高速轨道交通、移动互联、可见光通讯、高压智能电网等市场的巨大拉动下，全球对于碳化硅和氮化镓为代表的具有带宽度大、击穿电场高、热导率大、电子饱和漂移速度高、抗辐射能力强等特征的宽禁带半导体材料(第三代半导体材料)的关注度日益提高，对于高质量晶片的需求也越来越高。一些高压双极性器件，需晶片外延膜厚度超过50μm,一些高压、大电流、高可靠性SiC电子器件的不断发展对SiC外延薄膜提出了更多苛刻的要求。

碳化硅外延是在表面生长一层或数层碳化硅薄膜，目前主流的方法是通过化学气相沉积的方法进行同质外延生长，工艺在1600℃左右的超高温度下进行，同时对于温度场的均匀性也有很大的要求。目前主要的加热方式有红外加热、电阻丝外壁加热、射频加热、电磁感应加热。红外加热利用定向好、快速等优点，但一般用于温度比较低的加热环境，当温度提高时红外加热比较慢；电阻丝加热是通电后自身发热再传导到反应区，其热效率比较低，能量利用率最高只有50％左右，当腔体比较大时，温度上升慢，温度场也难以保证均匀，径向温度分布不均匀；对于射频加热的装置，想要快速加热反应区，必须使用较高频率的射频能量，频率将达到1到10MHz，但是高频具有集肤效应，会造成大量能量进入不了加热座的内部，从而加热能力下降，因此需要精确而复杂的射频线圈设计。对于电阻丝和红外加热的内外双加热多温区加热器，设计更为复杂且加热装置体积大。发明专利CN 10415285 A公开的一种均匀性可调的电磁感应加热装置，其电磁感应线圈下部焊接的调节螺套以及机械调节机构在1600℃高温下的可靠性会有影响，只依靠于线圈内部冷却，加热线圈在高温下的寿命会降低，对于多片式外延炉的大面积反应腔体其温度场均匀性较为难调。

发明内容

本发明的一种用于碳化硅外延的电磁感应加热装置，首要目的是提高温度场的均匀性，其次是提高电磁感应加热装置的使用寿命和可靠性。

为解决上述技术问题，本发明采用的解决方案是：

提供一种用于碳化硅外延设备的加热装置，包括外延生长反应腔和绕设于外延生长反应腔外的电磁感应线圈；电磁感应线圈包括多个线圈匝，电磁感应线圈的匝间距自线圈端部向线圈中部逐渐递增。

作为一种改进，电磁感应线圈与电源柜相连，电源柜输出频率为3kHz至8kHz。

作为一种改进，外延生长反应腔内部设有保温石墨罩，保温石墨罩为筒状结构，前后两端设有端盖。

作为一种改进，保温石墨罩内设有加热石墨罩；加热石墨罩包括加热石墨罩上部分和加热石墨罩下部分，呈中空半圆柱型或中空方型，两端为开放结构，加热石墨罩上部分和加热石墨罩下部分对称设置，且存在间隙；上下两部分之间的间隙为25mm到40mm，优选的从28mm到35mm之间选择。上下两部分加热石墨罩呈中空半圆柱型或中空方型，为了与和石英防护罩相匹配，优选的选择中空半圆柱型，两端为开放结构，外延反应时向里面冲入惰性气体，防止加热石墨罩在高温下发生反应。

加热石墨罩上部分和加热石墨罩下部分两端对应的保温石墨罩端盖上开有惰性气体进出口，两部分间的间隙对应的保温石墨罩端盖上开有反应气体进出口。