一种碳化硅原料合成炉的热场及合成炉

摘要

本发明公开了一种碳化硅原料合成炉的热场，包括坩埚主加热器、辅加热器、保护筒及气路管，该保护筒包括围绕坩埚周向的保护筒侧壁、位于坩埚底部下方的保护筒底壁位于坩埚顶部的顶盖，其中保护筒侧壁位于坩埚与主加热器之间，保护筒底壁位于辅加热器与坩埚底之间；本发明的热场可以使原料在圆周方向及底部区域都均匀受热，避免局部过热或过冷的情况，具有更好的温度均匀性，热场性能加稳定，提高了热效率。石墨保护筒将加热器与粉料隔离，保护加热器在使用过程中不受污染，延长加热器寿命。本发明还提供了一种合成炉，具有上述技术方案中的热场。

说明书

技术领域

本发明属于硅晶体材料生长炉技术领域。

背景技术

碳化硅材料是一种人工合成材料，天然的碳化硅材料极少，迄今为止仅在金伯利岩、火山角闪岩以及一些陨石中有所发现。

碳化硅材料有许多优异的性能，如耐磨削、耐高温、耐腐蚀、高热导率、高化学稳定性、宽带隙以及高电子迁移率等。这些优异的性能使得碳化硅材料在磨料磨具、耐火材料、高温结构陶瓷、半导体材料、非线性电阻材料以及高温、大功率电子元器件等方面均获得广泛的应用。

随着第三代半导体技术的发展，第三代半导体碳化硅材料的生产规模正逐步扩大。同时，随着对碳化硅材料应用研究的深入，市场对于碳化硅衬底的要求也越来越高。电阻率作为反映碳化硅衬底性能之一的重要参数，主要受碳化硅晶圆中杂质含量的影响。碳化硅晶锭中的杂质的主要来源包括生长所使用的坩埚保温材料、生长过程所使用的保护性气体和生长晶锭所使用的碳化硅粉。因此，降低碳化硅粉中的杂质含量对于生长高品质半导体级高纯碳化硅晶锭有着至关重要的影响。

现有技术利用射频先加热坩埚，再用坩埚加热原料的方式。在高温加热过程中原料中的硅粉与坩埚壁发生反应，随着长时间使用，坩埚会因此变得厚薄不均匀，热场稳定性差，从而导致原料受热不均匀，反应不充分。再者，碳粉的附着容易造成放电甚至打火，不定期清理则会成为安全隐患。同时，现有技术制得的碳化硅杂质含量高，易氧化。

故，需要一种新的技术方案以解决上述问题。

发明内容

发明目的：本发明要解决的技术问题是现有技术热场中采用电磁感应加热而存在温度均匀性差，热场不稳定的缺点。

本发明还提供使用所述半导体硅材料耗材生长炉的硅材料制备方法。

技术方案：为达到上述目的，本发明可采用如下技术方案：

一种碳化硅原料合成炉的热场，包括坩埚、支撑坩埚的坩埚托盘、自坩埚托盘向下延伸的坩埚轴、主加热器、辅加热器；主加热器围绕坩埚周向设置，辅加热器位于坩埚底部，还具有石墨材质的保护筒及气路管，该保护筒包括围绕坩埚周向的保护筒侧壁、位于坩埚底部下方的保护筒底壁位于坩埚顶部的顶盖，其中保护筒侧壁位于坩埚与主加热器之间，保护筒底壁位于辅加热器与坩埚底之间；保护筒底壁具有供坩埚轴穿过的开口；所述气路管自上而下穿过顶盖并延伸入坩埚内并与坩埚内部连通，所述坩埚的侧壁上方设有若干排气孔。

进一步的，所述坩埚、主加热器、辅加热器均为轴对称结构，且坩埚与主、辅加热器及石墨保护筒同轴设置。

进一步的，还包括位于顶盖上方的上法兰，上法兰中心具有KF接口，用于放置气路管。

进一步的，气路管材质为石墨，惰性气体由气路管通入坩埚内。

进一步的，坩埚壁的上沿处开有均布的8个排气孔，且排气孔自内向外倾斜向下延伸，排气孔延伸方向与坩埚轴之间的夹角为45°。

进一步的，所述坩埚、主加热器、辅加热器、坩埚轴的材质均为石墨。

有益效果：相对于现有技术，本发明技术方案的优点为：

合理的加热器布局可以使原料在圆周方向及底部区域都均匀受热，避免局部过热或过冷的情况。具有更好的温度均匀性，热场性能加稳定，提高了热效率。石墨保护筒将加热器与粉料隔离，保护加热器在使用过程中不受污染，延长加热器寿命。本发明已经实验证明，每次装炉量可达100公斤，节约装卸料所占用的大量时间，提高了生产效率。本发明在加热过程中向炉膛内通入惰性气体，将炉内含杂质气体由排气孔排出炉膛，从而获得氧化程度低的高纯碳化硅粉，提高产品纯度，保证成品质量。

本发明还提供了一种合成炉，具有上述技术方案中的热场。

附图说明

图1是本发明中热场的结构示意图。

具体实施方式

请结合图1所示，本实施例公开本发明一种碳化硅原料合成炉的热场，包括坩埚7、支撑坩埚7的坩埚托盘8、自坩埚托盘8向下延伸的坩埚轴9、主加热器3、辅加热器4、上法兰5、气路管1、石墨材质的保护筒2。坩埚7材质为石墨，坩埚7为圆柱形结构，且直径φ480mm，高度670mm，装料量可达到100kg。

主加热器3围绕坩埚7周向设置，辅加热器4位于坩埚7底部。保护筒2包括围绕坩埚7周向的保护筒侧壁21、位于坩埚7底部下方的保护筒底壁22位于坩埚顶部的顶盖23。其中保护筒侧壁21位于坩埚7与主加热器3之间。保护筒底壁22位于辅加热器4与坩埚底之间。保护筒底壁22具有供坩埚轴9穿过的开口。所述气路管1自上而下穿过顶盖23并延伸入坩埚7内并与坩埚7内部连通。所述坩埚的侧壁上沿处开有均布的8个排气孔6，且排气孔6自内向外倾斜向下延伸，排气孔6延伸方向与坩埚轴之间的夹角为45°。上法兰5中心具有KF接口，用于放置气路管1；该气路管1材质为石墨，惰性气体由气路管通入坩埚7内。

主加热器3、辅加热器4、坩埚轴9的材质均为石墨。主加热器3承担着加热坩埚7内原料圆周方向的作用。辅加热器4承担着加热坩埚7底部原料的作用。所述坩埚7、主加热器3、辅加热器4均为轴对称结构。且坩埚7与主、辅加热器及石墨保护筒2同轴设置，以在加热时能够保持对坩埚7侧壁、底壁进行均匀的加热。坩埚轴9支撑着坩埚7及坩埚7内的原料。

本发明还提供一种合成炉，具有上述技术方案中的热场，在此不再赘述。

本发明具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。