一种多片装载的碳化硅外延生长设备

摘要

本发明提供了一种多片装载的碳化硅外延生长设备，包括基座，设置在基座上的反应室，设置在反应室左侧的进气机构，设置在反应室右侧的出气机构，设置在反应室底部的加热线圈，可转动地设置在反应室中部的托盘架，以及用于驱动托盘架转动的驱动机构；所述托盘架包括一根竖直的旋转杆，以及多个水平地串接在旋转杆上的石墨托盘；每个石墨托盘上表面均匀设置有多个用于放置衬底的定位凹槽。该碳化硅外延生长设备可一次生产多个外延片且结构紧凑、节能环保。

权利要求

1.一种多片装载的碳化硅外延生长设备，其特征在于，包括基座，设置在基座上的反应室，设置在反应室左侧的进气机构，设置在反应室右侧的出气机构，设置在反应室底部的加热线圈，可转动地设置在反应室中部的托盘架，以及用于驱动托盘架转动的驱动机构；

所述托盘架包括一根竖直的旋转杆，以及多个水平地串接在旋转杆上的石墨托盘；每个石墨托盘上表面均匀设置有多个用于放置衬底的定位凹槽；

所述旋转杆从上到下设置有多组插孔，每组插孔包括至少两个沿周向均匀排布的插孔；所述石墨托盘滑动穿设在旋转杆上，且压在一组插销上，该组插销包括多个可拆地插接在一组插孔上的插销，石墨托盘的底部设置有供插销伸入的限位槽；

所述定位凹槽的边沿至少设有一个供手指插入的凹口。

2.根据权利要求1所述的多片装载的碳化硅外延生长设备，其特征在于，所述旋转杆的下端与一个底盘固连，最下方的石墨托盘承托在所述底盘上，底盘上表面设置有与该石墨托盘的限位槽相适配的限位凸起。

3.根据权利要求2所述的多片装载的碳化硅外延生长设备，其特征在于，所述驱动机构包括一根设置在反应室底部的转轴，以及用于驱动转轴转动的电机；所述转轴的上端为六角形，所述底盘的底部设置有连接套，连接套具有与转轴的上端相适配的六角套孔。

4.根据权利要求3所述的多片装载的碳化硅外延生长设备，其特征在于，所述旋转杆中同轴地穿设有一根可转动的连接杆，连接杆下端伸入所述六角套孔中并设置有外螺纹，连接杆的上端设置有压在旋转杆顶部的压板；所述转轴开设有与连接杆下端相适配的内螺纹孔。

5.根据权利要求4所述的多片装载的碳化硅外延生长设备，其特征在于，所述连接杆的下部设置有用于与六角套孔顶壁相抵的凸环，连接杆上端设置有把手。

6.根据权利要求1所述的多片装载的碳化硅外延生长设备，其特征在于，所述进气机构包括中空的进气箱，设置在进气箱背向托盘架一侧的进气管，以及多个均匀设置在进气箱朝向托盘架一侧的喷气孔。

7.根据权利要求6所述的多片装载的碳化硅外延生长设备，其特征在于，所述喷气孔设置有均风网。

8.根据权利要求1所述的多片装载的碳化硅外延生长设备，其特征在于，所述出气机构包括中空的出气箱，设置在出气箱背向托盘架一侧的出气管，多个均匀设置在出气箱朝向托盘架一侧的吸气孔，以及与所述出气管连接的抽气泵。

9.根据权利要求1所述的多片装载的碳化硅外延生长设备，其特征在于，所述反应室的内侧设置有保温层。

说明书

一种多片装载的碳化硅外延生长设备

技术领域

[0001] 本发明涉及碳化硅外延生长技术领域，尤其涉及一种多片装载的碳化硅外延生长设备。

背景技术

[0002] 碳化硅外延生长是指在碳化硅衬底上生长一层有一定要求的、与衬底晶向相同的单晶层，犹如原来的晶体向外延伸了一段。生长外延层的方法有多种，其中最常用的是气相
外延工艺，具体是把衬底放在反应室内加热，并通入含硅反应气体进行高温反应，使含硅反
应气体还原或热分解，所产生的硅原子在衬底硅表面上外延生长。

[0003] 现有的一些碳化硅外延生长设备，一次只能生产一个外延片，生产效率不高。也有一些碳化硅外延生长设备，虽然能一次生产多个外延片，但它是一个盘状结构，将多片衬底
平铺在一个大圆盘上，只能通过增大圆盘的直径来提高生产数量，这样使得生长室体积很
庞大，而且会导致气体利用率很低，且加热效率不高，需要消耗大量的电能和生长气体。

发明内容

[0004] 鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种多片装载的碳化硅外延生长设备，可一次生产多个外延片且结构紧凑、节能环保。

[0005] 为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

[0006] 一种多片装载的碳化硅外延生长设备，包括基座，设置在基座上的反应室，设置在反应室左侧的进气机构，设置在反应室右侧的出气机构，设置在反应室底部的加热线圈，可
转动地设置在反应室中部的托盘架，以及用于驱动托盘架转动的驱动机构；

[0007] 所述托盘架包括一根竖直的旋转杆，以及多个水平地串接在旋转杆上的石墨托盘；每个石墨托盘上表面均匀设置有多个用于放置衬底的定位凹槽。

[0008] 所述的多片装载的碳化硅外延生长设备中，所述旋转杆从上到下设置有多组插孔，每组插孔包括至少两个沿周向均匀排布的插孔；所述石墨托盘滑动穿设在旋转杆上，且
压在一组插销上，该组插销包括多个可拆地插接在一组插孔上的插销，石墨托盘的底部设
置有供插销伸入的限位槽。

[0009] 所述的多片装载的碳化硅外延生长设备中，所述旋转杆的下端与一个底盘固连，最下方的石墨托盘承托在所述底盘上，底盘上表面设置有与该石墨托盘的限位槽相适配的
限位凸起。

[0010] 所述的多片装载的碳化硅外延生长设备中，所述驱动机构包括一根设置在反应室底部的转轴，以及用于驱动转轴转动的电机；所述转轴的上端为六角形，所述底盘的底部设
置有连接套，连接套具有与转轴的上端相适配的六角套孔。

[0011] 所述的多片装载的碳化硅外延生长设备中，所述旋转杆中同轴地穿设有一根可转动的连接杆，连接杆下端伸入所述六角套孔中并设置有外螺纹，连接杆的上端设置有压在
旋转杆顶部的压板；所述转轴开设有与连接杆下端相适配的内螺纹孔。

[0012] 所述的多片装载的碳化硅外延生长设备中，所述连接杆的下部设置有用于与六角套孔顶壁相抵的凸环，连接杆上端设置有把手。

[0013] 所述的多片装载的碳化硅外延生长设备中，所述进气机构包括中空的进气箱，设置在进气箱背向托盘架一侧的进气管，以及多个均匀设置在进气箱朝向托盘架一侧的喷气
孔。

[0014] 所述的多片装载的碳化硅外延生长设备中，所述喷气孔设置有均风网。

[0015] 所述的多片装载的碳化硅外延生长设备中，所述出气机构包括中空的出气箱，设置在出气箱背向托盘架一侧的出气管，多个均匀设置在出气箱朝向托盘架一侧的吸气孔，
以及与所述出气管连接的抽气泵。

[0016] 所述的多片装载的碳化硅外延生长设备中，所述反应室的内侧设置有保温层。

[0017] 有益效果：

[0018] 本发明提供的一种多片装载的碳化硅外延生长设备，具有以下优点：

[0019] 1.托盘架采用多层结构，每一层可放置多片衬底，因此可同时生产大量外延片；

[0020] 2. 托盘架采用多层结构，充分利用了反应室内的空间，结构紧凑，且有利于节省电能；

[0021] 3. 托盘架采用多层结构，反应气体流动时能够充分地与各衬底接触，气体利用率高，有利于降低成本，且比较环保；

[0022] 4.由于托盘架可转动，各衬底的受热和与反应气体的接触均比较均匀，因此外延片生长均匀。

附图说明

[0023] 图1为本发明提供的多片装载的碳化硅外延生长设备的结构示意图。

[0024] 图2为本发明提供的多片装载的碳化硅外延生长设备中，托盘架的结构示意图。

[0025] 图3为本发明提供的多片装载的碳化硅外延生长设备中，石墨托盘的立体图。

[0026] 图4为本发明提供的多片装载的碳化硅外延生长设备中，石墨托盘底面朝上时的立体图。

[0027] 图5为本发明提供的多片装载的碳化硅外延生长设备中，进气机构的结构示意图。

[0028] 图6为本发明提供的多片装载的碳化硅外延生长设备中，出气机构的结构示意图。

具体实施方式

[0029] 下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参
考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

[0030] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时
针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于
描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特
定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于
描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。
由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在
本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

[0031] 下文的公开提供的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在
于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是
为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，
本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他
工艺的应用和/或其他材料的使用。

[0032] 为了方便描述，本文中，左右方向与图1中的左右方向一致。

[0033] 请参阅图1‑6，本发明提供的一种多片装载的碳化硅外延生长设备，包括基座1，设置在基座上的反应室2，设置在反应室左侧的进气机构3，设置在反应室右侧的出气机构4，
设置在反应室底部的加热线圈5（为感应线圈），可转动地设置在反应室中部的托盘架6，以
及用于驱动托盘架转动的驱动机构7；

[0034] 托盘架6包括一根竖直的旋转杆6.1，以及多个水平地串接在旋转杆上的石墨托盘6.2；每个石墨托盘6.2上表面均匀设置有多个用于放置衬底90的定位凹槽6.2a；如图2、3所
示。

[0035] 工作时，把碳化硅衬底放入各石墨托盘6.2的定位凹槽6.2a中，然后加热线圈5工作产生交变的磁场，石墨托盘6.2在磁场的作用下被加热，从而由对石墨托盘6.2衬底90加
热，反应气体从进气机构3进入反应室2，与衬底90反应后从出气机构4排出，该过程中，托盘
架6由驱动机构7驱动其转动。该多片装载的碳化硅外延生长设备，具有以下优点：

[0036] 1.托盘架6采用多层结构，每一层可放置多片衬底90，因此可同时生产大量外延片；一般地，石墨托盘6.2设置2—10个，每个可放置3—10片衬底；

[0037] 2.托盘架6采用多层结构，充分利用了反应室2内的空间，结构紧凑，且有利于节省电能；相比于现有的多片同时生产的碳化硅外延生长设备，生产同样数量的外延片的电力
消耗可下降50%；

[0038] 3.托盘架6采用多层结构，反应气体流动时能够充分地与各衬底90接触，气体利用率高，有利于降低成本，且比较环保；相比于现有的单片生产的碳化硅外延生长设备，气体
的利用率从30%提高到80%；

[0039] 4.由于托盘架6可转动，各衬底90的受热和与反应气体的接触均比较均匀，因此外延片生长均匀。

[0040] 在一些优选的实施方式中，见图3，每个定位凹槽6.2a的边沿至少设有一个供手指插入的凹口6.2b，以便手指伸入凹口中取出工件。此外，还可在每个定位凹槽6.2a的底部设
置贯通至石墨托盘6.2底部的气孔，避免取出工件时由于负压而难以取件。

[0041] 优选的，托盘架6中的石墨托盘6.2的数量可调整。见图2，旋转杆6.1从上到下设置（优选为等间隔设置）有多组插孔，每组插孔包括至少两个沿周向均匀排布的插孔6.1a；石
墨托盘6.2滑动穿设在旋转杆6.1上，且压在一组插销上，该组插销包括多个可拆地插接在
一组插孔上的插销6.3，石墨托盘6.2的底部设置有供插销6.3伸入的限位槽6.2c（见图4）。
安装石墨托盘6.2时，先把插销6.3插入对应的插孔6.1a中，然后套入石墨托盘6.2，套入时
使限位槽6.2c对准插销6.3；插销一方面可承托住石墨托盘6.2，另一方面可与限位槽6.2c
配合对石墨托盘6.2进行传动，使石墨托盘6.2能够随旋转杆6.1转动；采用该连接结构，石
墨托盘6.2的装拆、位置调整、数量调整均方便快捷。旋转杆与石墨托盘之间的连接方式不
限于此，例如，还可以通过锁定螺丝直接把石墨托盘锁定在旋转杆上。

[0042] 在一些实施方式中，见图2，旋转杆6.1的下端与一个底盘6.4固连，最下方的石墨托盘6.2承托在底盘6.4上（如图1），底盘6.4上表面设置有与该石墨托盘6.2的限位槽6.2c
相适配的限位凸起6.4a。

[0043] 进一步的，见图1，驱动机构7包括一根设置在反应室底部的转轴7.1，以及用于驱动转轴7.1转动的电机7.2；转轴7.1的上端为六角形，底盘6.4的底部设置有连接套6.4b，连
接套具有与转轴7.1的上端相适配的六角套孔6.4c，如图2所示。进行石墨托盘6.2位置和数
量调整时以及放置衬底90时，均可把整个托盘架6取出，装好后再整体放入反应室内与转轴
7.1插接，方便快捷。转轴7.1的上端还可以是三角形、四边形、椭圆形等非圆形形状，六角套
孔6.4c相应地进行替换。

[0044] 需要说明的是，为了方便托盘架6的取放，反应室2的顶部设置有顶盖2.1，取放托盘架6时可打开顶盖2.1。本实施例中，顶盖2.1与反应室2的上端铰接，顶盖2.1上设置有盖
把2.2，以便打开。

[0045] 优选的，见图2，旋转杆6.1中同轴地穿设有一根可转动的连接杆6.5，连接杆6.5下端伸入六角套孔6.4c中并设置有外螺纹，连接杆6.5的上端设置有压在旋转杆6.1顶部的压
板6.5a；转轴7.1开设有与连接杆6.5下端相适配的内螺纹孔7.1a。把连接套6.4b套入转轴
7.1后，可旋转连接杆6.5使其下端与螺纹孔7.1a连接，此时压板6.5a压住旋转杆6.1，从而
可避免工作过程中托盘架6与转轴7.1分离。

[0046] 进一步的，见图2，连接杆6.5的下部设置有用于与六角套孔6.4c顶壁相抵的凸环6.5b，连接杆6.5上端设置有把手6.5c。通过把手6.5c可对连接杆6.5施力使其转动，使用方
便；另一方面，可通过把手6.5c提起整个托盘架6以便取放，此时凸环6.5b与六角套孔6.4c
顶壁相抵，避免连接杆6.5脱离旋转杆6.1。

[0047] 在一些优选的实施方式中，见图2，旋转杆6.1为两层结构，内层为钢，外层为石墨；其中内层提供支持作用，外层具有优良的热传导性，且能被交变磁场加热，因此其可对各石
墨托盘6.2之间进行热传导，提高各石墨托盘6.2之间的温度均匀性，也是热源，可进一步提
高电能有效的利用率，即可提高效能。

[0048] 具体的，见图5，进气机构3包括中空的进气箱3.1，设置在进气箱背向托盘架6一侧的进气管3.2，以及多个均匀设置在进气箱朝向托盘架一侧的喷气孔3.3。反应气体先从进
气管3.2进入进气箱3.1的内腔中，再从各喷气孔3.3中均匀流出，从而可提高气流的均匀
性，保证各石墨托盘6.2上的外延片生长均匀。

[0049] 在一些优选的实施方式中，喷气孔3.3设置有均风网3.4。气体从喷气孔3.3流出时是从均风网3.4的网孔出均匀流出的，从而可使气体以层流状流经石墨托盘6.2和衬底90，
而非以湍流状流过，可更进一步地提高外延片生长均匀性，提高产品质量。

[0050] 具体的，见图6，出气机构4包括中空的出气箱4.1，设置在出气箱背向托盘架6一侧的出气管4.2，多个均匀设置在出气箱朝向托盘架一侧的吸气孔4.3，以及与出气管连接的
抽气泵4.4。使出气时均匀地从各吸气孔4.3抽入，进一步提高气流的各处均匀性。

[0051] 此外，反应室2的内侧设置有保温层8，以避免热量散失，降低能耗。其中，上层的保温层8与顶盖2.1连接并可随顶盖摆动。

[0052] 一些实施方式中，上层的保温层8与顶盖2.1之间通过多跟连接柱2.3连接，使使保温层8与顶盖2.1之间具有间隔，能进一步提高隔热效果。

[0053] 综上所述，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润
饰，其方案与本发明实质上相同。