專利名稱：一種垂直式碳化硅高溫氧化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及高溫氧化技術(shù)領(lǐng)域，特指一種垂直式碳化硅高溫氧化裝置，該裝置不但能夠?qū)崿F(xiàn)碳化硅材料的干氧或濕氧氧化，而且還能夠在真空或其它氣氛下進行原位退火，以滿足碳化硅功率器件的制備要求。
技術(shù)背景碳化硅(SiC)是一種重要的寬帶隙半導體材料，在高溫、高頻和大功率器件等領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用潛力。和傳統(tǒng)的硅(Si)材料相比，SiC擁有明顯的優(yōu)勢，比如，其禁帶寬度是Si的3倍，飽和電子漂移速率是Si的2. 5倍，擊穿電場是Si的10倍。除了以上優(yōu)點
外，SiC還是眾多化合物半導體中唯--種可以自身形成氧化物(SiO2)的化合物半導體，而 SiO2本身又是半導體器件制備工藝中最常用的絕緣介質(zhì)材料，因而SiC材料可以與傳統(tǒng)的Si器件制備工藝相兼容。SiC功率金屬-氧化物-半導體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)便是體現(xiàn)上述SiC優(yōu)越性能的典型器件。傳統(tǒng)的Si基MOSFET由于其在較高電壓下有著很大的導通電阻，往往無法在大功率領(lǐng)域使用。因而，人們不得不使用Si基絕緣柵門極晶體管(IGBT)來作為耐高壓器件。相比之下，SiC由于有著更高的擊穿電場，相同耐壓下其漂移層的厚度要比Si材料薄很多，因此SiC MOSFET的導通電阻要遠遠小于Si M0SFET。另外，SiC MOSFET是一種單極性器件，其功率損失要明顯低于現(xiàn)在廣泛使用的Si IGBT。目前，國際上已經(jīng)將600V和1200V SiC MOSFET商品化，并且隨著其商品化程度不斷提高SiC MOSFET有望在未來代替現(xiàn)有的Si IGBT而成為高溫大功率器件領(lǐng)域的首選。由于SiC MOSFET的柵電極的制備需要對SiC表面進行氧化處理，并且器件性能的可靠性與氧化層及SiC的界面有著密切的關(guān)系，因此SiC的氧化工藝對于該器件的制備是至關(guān)重要的。然而，與Si材料700-800°C左右的氧化溫度相比，SiC通常需要在1300°C左右氧化數(shù)小時才能獲得所需的氧化層厚度，且為了減少Si02與SiC界面的缺陷密度，氧化工藝完成后往往還需要在一氧化二氮(N2O)氛圍中進行原位退火。顯然，現(xiàn)有的氧化裝置已無法滿足的SiC材料的氧化工藝要求。因此，如何設(shè)計一種滿足SiC氧化工藝要求的高溫氧化裝置已成為一個亟待解決的課題
實用新型內(nèi)容
本實用新型所要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種垂直式碳化硅高溫氧化裝置，該裝置不但能夠?qū)崿F(xiàn)SiC材料的干氧或濕氧氧化，而且還能夠在真空或其它氣氛下進行原位退火，以滿足SiC功率器件的制備要求。為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用了下述技術(shù)方案該氧化裝置包括雙層石英管嵌套結(jié)構(gòu)，該雙層石英管嵌套結(jié)構(gòu)包括一垂直放置的外層石英管及內(nèi)嵌于外層石英管中的內(nèi)層石英管，其中，該內(nèi)、外層石英管之間形成一環(huán)形空腔，雙層石英管嵌套結(jié)構(gòu)兩端分別通過一密封結(jié)構(gòu)固定裝配，令內(nèi)、外層石英管之間相互隔絕；射頻加熱組件，該射頻加熱組件包括貼合固定于外層石英管內(nèi)壁的保溫件、貼合固定于保溫件上的加熱件及包覆于外層石英管外表面的加熱驅(qū)動件，其中，加熱件與內(nèi)層石英管之間形成一間隙；所述的密封結(jié)構(gòu)中設(shè)置有數(shù)個與所述環(huán)形空腔相連通的氣孔；內(nèi)層石英管兩端以可拆裝的方式緊密安裝有一進氣端部件及出氣端部件，該進氣端部件及出氣端部件分別設(shè)有與所述內(nèi)層石英管的內(nèi)腔連通的第二進氣口及第二出氣口。進一步而言，上述技術(shù)方案中，所述的密封結(jié)構(gòu)包括固定安裝于所述雙層石英管嵌套結(jié)構(gòu)兩端的法蘭盤和密封壓環(huán)；所述的法蘭盤上開設(shè)有通孔，該通孔包括與內(nèi)層石英管配合的第一安裝位以及與外層石英管配合的第二安裝位，該第一安裝位及第二安裝位在法蘭盤上下端面處形成有用于安裝密封件的倒角。進一步而言，上述技術(shù)方案中，所述的密封壓環(huán)緊密固定于法蘭盤底部，且所述的外層石英管鑲嵌于法蘭盤的第二安裝位中，所述的密封壓環(huán)與法蘭盤上第二安裝位端口的倒角處設(shè)置有第一密封圈，令外層石英管的端口密封安裝于法蘭盤中。進一步而言，上述技術(shù)方案中，所述的進氣端部件包括一主體以及成型于主體下 端的底板，該主體上成型設(shè)有貫通其內(nèi)腔的通孔和所述的第二進氣口，該主體上緊密安裝有一可密封其通孔的盤蓋，其之間并通過第三密封圈密封。進一步而言，上述技術(shù)方案中，所述進氣端部件通過底板穩(wěn)固安裝于所述的法蘭盤上，且其內(nèi)腔與所述的內(nèi)層石英管的內(nèi)腔相連通；該底板與法蘭盤上第一安裝位端口的倒角處設(shè)置有第二密封圈，令內(nèi)層石英管的端口密封安裝于法蘭盤中。進一步而言，上述技術(shù)方案中，所述的密封結(jié)構(gòu)中與環(huán)形空腔相連通的氣孔設(shè)置于法蘭盤上，并且位于上方的密封結(jié)構(gòu)中的法蘭盤上設(shè)置的氣孔構(gòu)成用于氣體進入的第一進氣口 ；位于下方密封結(jié)構(gòu)中的法蘭盤上設(shè)置的氣孔構(gòu)成用于氣體排出的第一出氣口。進一步而言，上述技術(shù)方案中，所述的第一進氣口和第一出氣口均由法蘭盤側(cè)面連通至所述的第二安裝位處，以與所述的環(huán)形腔體連通。進一步而言，上述技術(shù)方案中，所述的保溫件為碳氈保溫層；所述的加熱件為筒狀石墨感應(yīng)加熱體；所述的加熱驅(qū)動件為感應(yīng)加熱線圈。進一步而言，上述技術(shù)方案中，所述法蘭盤和密封壓環(huán)均設(shè)有水冷結(jié)構(gòu)。進一步而言，上述技術(shù)方案中，所述的進氣端部件及出氣端部件均設(shè)有水冷結(jié)構(gòu)。采用上述技術(shù)方案后，本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比較具有如下有益效果I、本實用新型采用雙石英管結(jié)構(gòu)和射頻感應(yīng)加熱，使得該裝置具有加熱效率高，升溫速率高、溫度易于控制等優(yōu)點，且能實現(xiàn)高達1500°C的氧化溫度，以充分滿足SiC氧化需求。2、本實用新型中雙石英管結(jié)構(gòu)和射頻感應(yīng)加熱的結(jié)構(gòu)設(shè)計突破了以往氧化設(shè)備單一使用目的的局限性，不但可進行常壓高溫氧化，也可以在低壓下氧化，還可以選擇通入其它氣體進行氧化后原位退火，達到了一種設(shè)備多種用途的目的。3、本實用新型采用雙石英管結(jié)構(gòu)，并通過密封結(jié)構(gòu)隔離密封，解決了內(nèi)層石英管中的氧氣進入到外層石英管中的問題，從而在使用過程中不會因氧氣的進入而射頻加熱組件燃燒，確保了實驗過程中的安全性。4、本實用新型排出的氣體可以進行統(tǒng)一的收集，環(huán)境潔凈，不產(chǎn)生污染。5、本實用新型將石墨感應(yīng)加熱體、碳氈等部件與氧氣或其它易燃氣體隔離，突破了射頻加熱方式無法在氧氣氛圍下進行加熱的限制，大大提高了本實用新型操作的安全性。

圖I是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實用新型中密封結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實用新型中位于雙層石英管嵌套結(jié)構(gòu)頂 部的法蘭盤的剖視圖；圖4是本實用新型中法蘭盤的主視圖；圖5是本實用新型中法蘭盤的后視圖；圖6是本實用新型中位于雙層石英管嵌套結(jié)構(gòu)底部的法蘭盤的剖視圖；圖7是本實用新型中進氣端部件的剖視圖；圖8是本實用新型中出氣端部件的剖視圖；圖9是本實用新型中出氣端部件的主視圖；附圖標記說明
I雙Li石英符嵌套結(jié)構(gòu)10環(huán)形交腔 H外12觀心英W 2 密封結(jié)構(gòu)201 第-進Y (H 202 M -.lIi7Ci I 21 法,'V盤
2! I W #安裝位212第 '.安裝位 213例iiJ214倒角
215螺孔22密封川壞221螺孔3射頻加熱紐件
30 M隙丨1 保溫作32 ill熱件33
<1進ζ 部件40 :進+1Π .1丨l·:體42底板
孔.《通孔制盤盅5 Η氣端部件
50第—H 氣Π51 ；)·；體52底板521螺孔
61第一密封圈62第—:密封圈 63第-:密封圈 7螵IT
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施例和附圖對本實用新型進一步說明。見圖1、2所示，一種垂直式碳化硅高溫氧化裝置，其包括雙層石英管嵌套結(jié)構(gòu)I、密封結(jié)構(gòu)2、射頻加熱組件3。其中，所述的雙層石英管嵌套結(jié)構(gòu)I包括一垂直放置的外層石英管11及內(nèi)嵌于外層石英管11中的內(nèi)層石英管12，該內(nèi)、外層石英管12、11之間形成一環(huán)形空腔10。雙層石英管嵌套結(jié)構(gòu)I兩端分別通過一密封結(jié)構(gòu)2固定裝配，確保內(nèi)、外層石英管12、11相互隔絕。所述的內(nèi)層石英管12中的內(nèi)腔用于放置需要氧化的產(chǎn)品。所述的射頻加熱組件3包括貼合固定于外層石英管11內(nèi)壁的保溫件31、貼合固定于保溫件31上的加熱件32及包覆于外層石英管11外表面的加熱驅(qū)動件33，其中，加熱件32與內(nèi)層石英管12之間形成一間隙30。所述的密封結(jié)構(gòu)2中設(shè)置有數(shù)個與所述環(huán)形空腔10相連通的氣孔，其中位于雙層石英管嵌套結(jié)構(gòu)I上方的密封結(jié)構(gòu)2的氣孔作為第一進氣口 201。位于雙層石英管嵌套結(jié)構(gòu)I下方的密封結(jié)構(gòu)2的氣孔作為第一出氣孔202。通過第一進氣口 201向所述的環(huán)形空前10內(nèi)充氣，該氣體由第一出氣口 202排出。在內(nèi)層石英管12兩端以可拆裝的方式分別緊密安裝有進氣端部件4及出氣端部件5，該進氣端部件4及出氣端部件5分別設(shè)有與所述內(nèi)層石英管12的內(nèi)腔連通的第二進氣口 40及第二出氣口 50。所述的保溫件31為碳氈保溫層；所述的加熱件32為筒狀石墨感應(yīng)加熱體；所述的加熱驅(qū)動件33為感應(yīng)加熱線圈。本實用新型將石墨感應(yīng)加熱體、碳氈等部件設(shè)置在密閉的環(huán)形空腔10內(nèi)部，這樣就將其與氧氣或其它易燃氣體隔離，突破了射頻加熱方式無法在 氧氣氛圍下進行加熱的限制，大大提高了本實用新型操作的安全性。結(jié)合圖3-6所示，所述的密封結(jié)構(gòu)2包括固定安裝于所述雙層石英管嵌套結(jié)構(gòu)I端口的法蘭盤21和密封壓環(huán)22 ;所述的法蘭盤21上開設(shè)有通孔，該通孔包括與內(nèi)層石英管12配合的第一安裝位211以及與外層石英管11配合的第二安裝位212。該第一安裝位211及第二安裝位212在法蘭盤21上下端面處形成有用于安裝密封件的倒角213、214。所述的法蘭盤21上下兩端分別設(shè)有多個用于穩(wěn)固裝配的螺孔215。法蘭盤21上設(shè)有所述的第一進氣口 201、第一出氣口 202連通至所述的第二安裝位212，以令第一進氣口 201、第一出氣口 202與所述的環(huán)形空腔10連通。所述的密封壓環(huán)22緊密固定于法蘭盤21底部，且所述的外層石英管11鑲嵌于法蘭盤21的第二安裝位212中，所述的密封壓環(huán)22與法蘭盤21上第二安裝位212端口的倒角213處設(shè)置有第一密封圈61，令外層石英管11的端口密封安裝于法蘭盤21中。所述的密封壓環(huán)22上設(shè)有多個用于穩(wěn)固裝配的螺孔221，該螺孔221與法蘭盤21中的螺孔215相匹配，所述的密封壓環(huán)22通過螺釘7穿過主體51上的螺孔221及法蘭盤21中的螺孔215，令密封壓環(huán)22固定于密封結(jié)構(gòu)2上。結(jié)合圖7所示，所述的進氣端部件4包括一圓形主體41以及成型于主體41下端的底板42，該主體41頂面上成型設(shè)有貫通其內(nèi)腔的通孔43，以及開設(shè)與主體41側(cè)面的第二進氣口 40。所述主體41上緊密安裝有一可密封其通孔43的盤蓋44，其之間并通過第三密封圈63密封。所述進氣端部件4的底板42上設(shè)有多個用于穩(wěn)固裝配的螺孔421，該螺孔421與法蘭盤21上端的螺孔215相匹配。進氣端部件4裝配時，通過底板42穩(wěn)固安裝于所述的法蘭盤21上，且其內(nèi)腔與所述的內(nèi)層石英管12的內(nèi)腔相連通；所述的進氣端部件4通過螺釘7穿過底板42上的螺孔421及法蘭盤21上端的螺孔215，令進氣端部件4固定于密封結(jié)構(gòu)2上。所述的該底板42與法蘭盤21上第一安裝位211端口的倒角213處設(shè)置有第二密封圈62，令內(nèi)層石英管12的端口密封安裝于法蘭盤21中。參見圖8、9所示，所述的出氣端部件5包括一主體51以及成型于主體51下端的底板52，該主體51上成型設(shè)有貫通其內(nèi)腔的第二出氣口 50，該第二出氣口 50設(shè)置于主體51的底部。所述的底板52上設(shè)有多個用于穩(wěn)固裝配的螺孔521，該螺孔521與法蘭盤21中的螺孔215相匹配，所述的出氣端部件5通過螺釘穿過底板52上的螺孔521及法蘭盤21中的螺孔215，以致將出氣端部件5固定于密封結(jié)構(gòu)2上。該出氣端部件5的裝配方式與進氣端部件4裝配方式一致，使內(nèi)層石英管12的端口密封安裝于法蘭盤21中。本實用新型使用時，將盤蓋44打開，將需要氧化的產(chǎn)品(SiC晶片)放置于雙層石英管嵌套結(jié)構(gòu)I中內(nèi)層石英管12的內(nèi)腔內(nèi)；法蘭盤21上的第一進氣口 201導入保護氣體，吹掃作為保溫件31的碳氈保溫層和作為加熱件32的筒狀石墨感應(yīng)加熱體，排出外層石英管11與內(nèi)層石英管12形成的環(huán)形空腔10內(nèi)的空氣；從進氣端部件4的第二進氣口 40導入氧氣，并啟動射頻加熱組件3，使其加熱到設(shè)定的溫度，其中本實用新型排出的氣體通過第一出氣口 202和第二出氣口 50進行統(tǒng)一的收集，環(huán)境潔凈，不產(chǎn)生污染。待氧化工藝完成后，關(guān)閉加熱電源，等待其冷卻。當本實用新型冷卻后，截止流入實用新型中的氧化氣體和保護氣體，取出SiC晶片，氧化工藝結(jié)束；另外，如需要進行原位退火，可通入退火工藝所需氣體，進行原位退火處
理?！ち硗?在所述的法蘭盤21和密封壓環(huán)22上可設(shè)有水冷結(jié)構(gòu),該水冷結(jié)構(gòu)包括一個圓環(huán)狀水槽，于水槽的兩端其徑向方向有出水口。所述的進氣端部件4及出氣端部件5均可設(shè)有水冷結(jié)構(gòu)，該水冷結(jié)構(gòu)包括一個圓環(huán)狀水槽，于水槽的兩端其徑向方向有出水口。通過水冷方式對其進行冷卻、散熱。當然，以上所述僅為本實用新型的具體實施例而已，并非來限制本實用新型實施范圍，凡依本實用新型申請專利范圍所述構(gòu)造、特征及原理所做的等效變化或修飾，均應(yīng)包括于本實用新型申請專利范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種垂直式碳化硅高溫氧化裝置，其特征在于該氧化裝置包括 雙層石英管嵌套結(jié)構(gòu)，該雙層石英管嵌套結(jié)構(gòu)包括一垂直放置的外層石英管及內(nèi)嵌于外層石英管中的內(nèi)層石英管，其中，該內(nèi)、外層石英管之間形成一環(huán)形空腔，雙層石英管嵌套結(jié)構(gòu)兩端分別通過一密封結(jié)構(gòu)固定裝配，令內(nèi)、外層石英管之間相互隔絕； 射頻加熱組件，該射頻加熱組件包括貼合固定于外層石英管內(nèi)壁的保溫件、貼合固定于保溫件上的加熱件及包覆于外層石英管外表面的加熱驅(qū)動件，其中，加熱件與內(nèi)層石英管之間形成一間隙； 所述的密封結(jié)構(gòu)中設(shè)置有數(shù)個與所述環(huán)形空腔相連通的氣孔；內(nèi)層石英管兩端以可拆裝的方式緊密安裝有一進氣端部件及出氣端部件，該進氣端部件及出氣端部件分別設(shè)有與所述內(nèi)層石英管的內(nèi)腔連通的第二進氣口及第二出氣口。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種垂直式碳化硅高溫氧化裝置，其特征在于所述的密封結(jié)構(gòu)包括固定安裝于所述雙層石英管嵌套結(jié)構(gòu)兩端的法蘭盤和密封壓環(huán)；所述的法蘭盤上開設(shè)有通孔，該通孔包括與內(nèi)層石英管配合的第一安裝位以及與外層石英管配合的第二安裝位，該第一安裝位及第二安裝位在法蘭盤上下端面處形成有用于安裝密封件的倒角。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種垂直式碳化硅高溫氧化裝置，其特征在于所述的密封壓環(huán)緊密固定于法蘭盤底部，且所述的外層石英管鑲嵌于法蘭盤的第二安裝位中，所述的密封壓環(huán)與法蘭盤上第二安裝位端口的倒角處設(shè)置有第一密封圈，令外層石英管的端口密封安裝于法蘭盤中。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種垂直式碳化硅高溫氧化裝置，其特征在于所述的進氣端部件包括一主體以及成型于主體下端的底板，該主體上成型設(shè)有貫通其內(nèi)腔的通孔和所述的第二進氣口，該主體上緊密安裝有一可密封其通孔的盤蓋，其之間并通過第三密封圈密封。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種垂直式碳化硅高溫氧化裝置，其特征在于所述進氣端部件通過底板穩(wěn)固安裝于所述的法蘭盤上，且其內(nèi)腔與所述的內(nèi)層石英管的內(nèi)腔相連通；該底板與法蘭盤上第一安裝位端口的倒角處設(shè)置有第二密封圈，令內(nèi)層石英管的端口密封安裝于法蘭盤中。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種垂直式碳化硅高溫氧化裝置，其特征在于所述的密封結(jié)構(gòu)中與環(huán)形空腔相連通的氣孔設(shè)置于法蘭盤上，并且位于上方的密封結(jié)構(gòu)中的法蘭盤上設(shè)置的氣孔構(gòu)成用于氣體進入的第一進氣口 ；位于下方密封結(jié)構(gòu)中的法蘭盤上設(shè)置的氣孔構(gòu)成用于氣體排出的第一出氣口。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種垂直式碳化硅高溫氧化裝置，其特征在于所述的第一進氣口和第一出氣口均由法蘭盤側(cè)面連通至所述的第二安裝位處，以與所述的環(huán)形腔體連通。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任意一項所述的一種垂直式碳化硅高溫氧化裝置，其特征在于所述的保溫件為碳氈保溫層；所述的加熱件為筒狀石墨感應(yīng)加熱體；所述的加熱驅(qū)動件為感應(yīng)加熱線圈。
9.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種垂直式碳化硅高溫氧化裝置，其特征在于所述法蘭盤和密封壓環(huán)均設(shè)有水冷結(jié)構(gòu)。
10.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的一種垂直式碳化硅高溫氧化裝置，其特征在于所述的進氣端部件及出氣端部件均設(shè)有水冷結(jié)構(gòu)。
專利摘要本實用新型公開一種垂直式碳化硅高溫氧化裝置，其包括雙層石英管嵌套結(jié)構(gòu)，其包括外層石英管及鑲嵌于外層石英管中的內(nèi)層石英管，其中，該內(nèi)、外層石英管之間形成一環(huán)形空腔，雙層石英管嵌套結(jié)構(gòu)兩端分別通過一密封結(jié)構(gòu)固定裝配，令內(nèi)、外層石英管之間相互隔絕；射頻加熱組件，其包括保溫件、加熱件及加熱驅(qū)動件，其中，加熱件與內(nèi)層石英管之間形成一間隙；密封結(jié)構(gòu)中設(shè)置有數(shù)個與環(huán)形空腔相連通氣孔；內(nèi)層石英管兩端緊密安裝有一進氣端部件及出氣端部件，該進氣端部件及出氣端部件分別設(shè)有與所述內(nèi)層石英管的內(nèi)腔連通的第二進氣口及第二出氣口。本實用新型具有簡易、靈活、多用、壓力調(diào)節(jié)范圍寬、易于控制、有較高氧化溫度等諸多優(yōu)點。
文檔編號C30B33/02GK202671719SQ201220290139
公開日2013年1月16日 申請日期2012年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月19日
發(fā)明者孫國勝, 董林, 王雷, 趙萬順, 劉興昉, 閆果果, 鄭柳 申請人:東莞市天域半導體科技有限公司