一種8英寸單片高溫碳化硅外延生長室結構的制作方法

本發明涉及制造碳化硅外延晶片用高溫設備技術領域，特指一種8英寸單片高溫碳化硅外延生長室結構。

背景技術：
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碳化硅(SiC)外延生長已成為新一代寬禁帶SiC功率半導體制造的一項關鍵技術，大面積、高質量SiC外延材料是制備高性能、低成本SiC功率器件的基礎。

隨著SiC晶體技術的快速發展，SiC晶片尺寸已由過去的2-4英寸，擴徑到目前主導的6英寸，更為重要的是，美國II-VI公司和Cree公司分別于2015年演示了8英寸SiC晶片。雖然目前SiC外延晶片產品尺寸以6英寸為主，但是更大尺寸是SiC外延技術發展的必然趨勢，也是進一步降低SiC功率半導體制造成本的需要。為了引領SiC晶片發展方向，德國Infineon公司以8.5億美圓收購了美國Cree公司旗下的Wolfspeed公司，認為今后成功的關鍵是將晶圓直徑擴大到200mm(8英寸)。Infineon借助收購，未來可快速推進200mm化，以便進一步降低SiC功率半導體制造成本。

國際上主要有三家SiC外延設備供應商，它們分別是德國Aixtron公司、意大利LPE公司和日本TEL公司，其外延設備分別是不銹鋼6英寸多片(6片和8片)“溫壁”系統、水平式石英管6英寸單片“熱壁”系統、和水平式石英管6英寸三片“熱壁”系統，前兩種設備都不能進行8英寸SiC外延生長。雖然第三種設備可以進行8英寸SiC外延生長，但是石英管具有易碎、不易加工的特點，而且該設備報價十分昂貴。

SiC半導體主要用于制造高壓功率器件，因而需要較厚的SiC外延層厚度，“熱壁”系統是大尺寸、高質量SiC外延晶片材料生長的主要設備。所謂“熱壁”是指SiC襯底晶片四周的溫度相同，反之，如果與晶片相對一側的溫度低于晶片溫度，則該系統稱為“冷壁”或“溫壁”。

考慮到上述三家SiC外延設備存在的困難和缺陷，以及SiC外延生長室要經常進行清潔處理以及單片系統的優越性，本發明人提出以下技術方案。

技術實現要素：
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本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種8英寸單片高溫碳化硅外延生長室結構。

為了解決上述技術問題，本發明采用了下述技術方案：該8英寸單片高溫碳化硅外延生長室結構包括：外延生長室，其由感應加熱材料制成，該外延生長室中形成有一矩形腔室，且該外延生長室于矩形腔室中設置有承載槽，藉由該承載槽承載用于裝載SiC晶片的8英寸的托盤，該外延生長室兩側分別設置有貫通矩形腔室的進氣口和出氣口；一硬質保溫層，其緊密包裹在所述的外延生長室的外圍，以對外延生長室保溫，及減少外延生長室的熱輻射；一導氣管連接器，其設于外延生長室的進氣口處，并伸出于硬質保溫層外；一用于引導反應氣體在進入外延生長室之前呈層流狀態的上游導氣管，其套接于導氣管連接器上；一用于引導尾氣排出的下游導氣管，其設于外延生長室的出氣口處，并伸出于硬質保溫層外。

進一步而言，上述技術方案中，所述外延生長室其包括感應加熱材料制成的上蓋、底盤、左側板和右側板，該左側板和右側板分別設置于上蓋和底盤左右兩側，并圍成一前后通透的所述的矩形腔室，且該左側板和右側板上分別設置有貫通矩形腔室的所述的出氣口和進氣口。

進一步而言，上述技術方案中，所述上蓋呈矩形，該上蓋內部設置有第一矩形腔道，且其四周壁厚度相等。

進一步而言，上述技術方案中，所述底盤的結構及形狀和尺寸大小均與上蓋相當，且該底盤及上蓋為對稱設置。

進一步而言，上述技術方案中，所述底盤兩側上端均設置有第一卡槽；所述上蓋兩側下端均設置有第二卡槽，該第一卡槽及第二卡槽分別卡合左側板和右側板的上下兩端。

進一步而言，上述技術方案中，所述的上游導氣管呈矩形，該上游導氣管具有第二矩形腔道，該第二矩形腔道的截面形狀及面積與所述外延生長室中矩形腔室的截面形狀及面積均相同。

進一步而言，上述技術方案中，所述的下游導氣管呈矩形，該下游導氣管具有第三矩形腔道，該第三矩形腔道的截面面積大于所述外延生長室中矩形腔室的截面面積。

進一步而言，上述技術方案中，所述導氣管連接器前后兩端分別成型有第一、第二接口，該第一接口與所述外延生長室的進氣口對接，該第二接口與上游導氣管對接，且該導氣管連接器內形成有第四矩形腔道，該第四矩形腔道的截面形狀及面積與所述外延生長室中矩形腔室的截面形狀及面積均相同。

進一步而言，上述技術方案中，所述左側板和右側板均呈長方形板條，且其形狀和尺寸完全相同。

進一步而言，上述技術方案中，所述硬質保溫層對應所述外延生長室的進氣口及出氣口處分別設置有第一、第二通孔，該第一通孔的尺寸小于進氣口的尺寸，該第二通孔的尺寸小于出氣口的尺寸。

采用上述技術方案后，本發明與現有技術相比較具有如下有益效果：

1、由于外延生長室中的上蓋及底盤均呈矩形，并具有矩形腔道，且其四周壁厚度均相等，此結構的外延生長室特別利于提高感應加熱效率、消除外延生長室內因接觸不良而形成的局部“熱點”、以及改善上蓋與底盤的溫度均勻性，且該外延生長室在被加熱后，以此保證溫度相同，即矩形腔室內的溫度均勻，達到“熱壁”功效，令本發明適合于大面積、高質量SiC外延生長，特別適合于用于高壓、超高壓功率器件用SiC厚外延層的生長。

2、本發明具有“熱壁”功效，適合于大面積、高質量SiC外延生長，特別適合于用于高壓、超高壓功率器件用SiC厚外延層的生長。

3、本發明外延生長室結構安裝簡單，易進行清潔處理，使用起來更加方便。

4、本發明應用廣泛，不但可用于8英寸單片SiC外延生長，而且僅通過替換托盤，還可用于6英寸單片SiC外延生長以及2片和/或3片4英寸SiC外延生長。

附圖說明：

圖1是本發明的結構示意圖；

圖2是本發明的剖視圖；

圖3是本發明中上蓋的剖視圖；

圖4是本發明中底盤的剖視圖；

圖5是本發明中底盤與托盤(8英寸)的裝配圖；

圖6是本發明中底盤與托盤(6英寸)的裝配圖；

圖7是本發明中底盤與托盤(4英寸)的裝配圖；

圖8是本發明中硬質保溫層的剖視圖；

圖9是本發明中硬質保溫層另一截面的剖視圖；

圖10是本發明中左側板的結構示意圖；

圖11是本發明中上游端導氣管的結構示意圖；

圖12是本發明中下游端導氣管的結構示意圖；

圖13是本發明中導氣管連接器的結構示意圖；

圖14是本發明中導氣管連接器的剖視圖。

附圖標記說明：

10 外延生長室 100 矩形腔室 101 承載槽

102 托盤 103 進氣口 104 出氣口

1 上蓋 11 第一矩形腔道 12 第二卡槽

2 底盤 21 第一卡槽 3 左側板

4 右側板 5 硬質保溫層 51 第一通孔

52 第二通孔 6 導氣管連接器 61 第一接口

62 第二接口 63 第四矩形腔道 7 上游導氣管

71 第二矩形腔道 8 下游導氣管 81 第三矩形腔道

具體實施方式：

下面結合具體實施例和附圖對本發明進一步說明。

見圖1-14所示，為一種8英寸單片高溫碳化硅外延生長室結構，其包括：外延生長室10以及緊密包裹在外延生長室10的外圍以對外延生長室10保溫及用于減少外延生長室10的熱輻射的硬質保溫層5和安裝于外延生長室10上的導氣管連接器6、下游導氣管8和套接于導氣管連接器6上的上游導氣管7。

所述外延生長室10由感應加熱材料制成，該外延生長室10中形成有一矩形腔室100，且該外延生長室10于矩形腔室100中設置有承載槽101，藉由該承載槽101承載用于裝載SiC晶片的8英寸的托盤102，該外延生長室10兩側分別設置有貫通矩形腔室100的進氣口103和出氣口104；具體而言，所述外延生長室10其包括感應加熱材料制成的上蓋1、底盤2、左側板3和右側板4，該左側板3和右側板4分別設置于上蓋1和底盤2左右兩側，并圍成一前后通透的所述的矩形腔室100，且該左側板3和右側板4上分別設置有貫通矩形腔室100的所述的出氣口104和進氣口103；所述承載槽101設置于底盤2上端面。

所述托盤102不但可用于8英寸單片SiC外延生長，而且僅通過替換另外尺寸的托盤，還可用于6英寸單片SiC外延生長以及2片和/或3片4英寸SiC外延生長，令本發明用于更加方便。

所述上蓋1呈矩形，該上蓋1內部設置有第一矩形腔道11，且其四周壁厚度相等。與之對應的，所述底盤2的結構及形狀和尺寸大小均與上蓋1相當，在此不再一一贅述，且該底盤2及上蓋1為對稱設置。

由于上蓋1及底盤2均呈矩形，并具有矩形腔道，且其四周壁厚度均相等，此結構的外延生長室特別利于提高感應加熱效率、消除外延生長室內因接觸不良而形成的局部“熱點”、以及改善上蓋與底盤的溫度均勻性，且該外延生長室在被加熱后，以此保證溫度相同，即矩形腔室100內的溫度均勻，達到“熱壁”功效，令本發明適合于大面積、高質量SiC外延生長，特別適合于用于高壓、超高壓功率器件用SiC厚外延層的生長。

本發明適合于大面積、高質量SiC外延生長，特別適合于用于高壓、超高壓功率器件用SiC厚外延層的生長。

所述底盤2兩側上端均設置有第一卡槽21；所述上蓋1兩側下端均設置有第二卡槽12，該第一卡槽21及第二卡槽12分別卡合左側板3和右側板4的上下兩端，以此保證整個外延生長室10結構的穩定性，且組裝起來更加簡單。

所述左側板3和右側板4均呈長方形板條，且其形狀和尺寸完全相同。

所述硬質保溫層5緊密包裹在所述的外延生長室10的外圍，以對外延生長室10保溫，及減少外延生長室10的熱輻射；其中，所述硬質保溫層5對應所述外延生長室10的進氣口103及出氣口104處分別設置有第一、第二通孔51、52，該第一通孔51的尺寸小于進氣口103的尺寸，該第二通孔52的尺寸小于出氣口104的尺寸，以致使該第一、第二通孔分別與導氣管連接器6及下游導氣管8外圍緊密接觸，保證密封性能，以提高保溫功效。

所述硬質保溫層5外圍還套接有一外殼。所述導氣管連接器6設于外延生長室10的進氣口103處，并伸出于硬質保溫層5外；其中，所述導氣管連接器6前后兩端分別成型有第一、第二接口61、62，該第一接口61與所述外延生長室10的進氣口103對接，該第二接口62與上游導氣管7對接，且該導氣管連接器6內形成有第四矩形腔道63，該第四矩形腔道63的截面形狀及面積與所述外延生長室10中矩形腔室100的截面形狀及面積均相同。

所述上游導氣管7套接于導氣管連接器6上，其用于引導反應氣體在進入外延生長室10之前呈層流狀態；其中，所述的上游導氣管7呈矩形，該上游導氣管7具有第二矩形腔道71，該第二矩形腔道71的截面形狀及面積與所述外延生長室10中矩形腔室100的截面形狀及面積均相同。

所述下游導氣管8設于外延生長室10的出氣口104處，并伸出于硬質保溫層5外，該下游導氣管8用于引導尾氣排出。其中，所述的下游導氣管8呈矩形，該下游導氣管8具有第三矩形腔道81，該第三矩形腔道81的截面面積大于所述外延生長室10中矩形腔室100的截面面積。

本發明使用時，將SiC晶片置于托盤上，并將托盤102放置于外延生長室10的承載槽101內，將反應氣體從上游導氣管流入，在經過導氣管連接器后進入外延生長室的矩形腔室100中，使反應氣體在進入外延生長室之前呈現層流狀態，以此保證生長環境。在一定的高溫生長條件下，反應氣體在矩形腔室100中發生化學反應，通過擴散、吸附、分解、脫附、再擴散等一系列過程，在位于托盤102內的SiC晶片表面進行SiC外延層的生長，尾氣經下游導氣管排出，經過一定生長時間，完成SiC外延生長。

當然，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，并非來限制本發明實施范圍，凡依本發明申請專利范圍所述構造、特征及原理所做的等效變化或修飾，均應包括于本發明申請專利范圍內。