阅读说明：本技术 一种提高cvd法碳化硅沉积炉利用率的热场结构及工艺方法 (Thermal field structure and technological method for improving utilization rate of CVD silicon carbide deposition furnace ) 是由 韩科选 薛赓 于 2021-08-11 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种提高CVD法碳化硅沉积炉利用率的热场结构及工艺方法,涉及无机非金属材料技术领域,包括炉壳,所述炉壳底部固定连接有载物旋转机构,炉壳内壁底部两侧均固定连接有底部支撑柱,底部支撑柱顶部固定连接有底部支撑板,底部支撑板顶部固定连接有保温层,保温层内壁下方两侧均固定连接有底部加热系统,载物旋转机构的输出端固定连接有转动轴,转动轴与炉壳和保温层的底部转动连接,转动轴顶部固定连接有载物台,载物台顶部设置有载物盘,载物盘表面开设有若干个限流孔,载物盘的边缘通过限流孔滑动连接支撑杆,支撑杆表面等间距滑动连接有若干个载物盘。本发明通过设置载物旋转机构,提升原料气利用率。(The invention discloses a thermal field structure for improving the utilization rate of a CVD silicon carbide deposition furnace and a process method thereof, relating to the technical field of inorganic nonmetallic materials and comprising a furnace shell, stove outer covering bottom fixedly connected with carries thing rotary mechanism, the equal fixedly connected with bottom sprag post in stove outer covering inner wall bottom both sides, bottom sprag post top fixedly connected with bottom sprag post, bottom sprag post top fixedly connected with heat preservation, the equal fixedly connected with bottom heating system in heat preservation inner wall below both sides, the output fixedly connected with axis of rotation that carries thing rotary mechanism, the axis of rotation is rotated with the bottom of stove outer covering and heat preservation and is connected, axis of rotation top fixedly connected with objective table, the objective table top is provided with carries the thing dish, a plurality of restricted aperture has been seted up to the objective table surface, the edge of carrying the thing dish passes through restricted aperture sliding connection bracing piece, equidistant sliding connection has a plurality of to carry the thing dish on the bracing piece surface. The invention improves the utilization rate of the raw material gas by arranging the carrying rotary mechanism.)

一种提高CVD法碳化硅沉积炉利用率的热场结构及工艺方法

技术领域

本发明涉及无机非金属材料技术领域，具体是涉及一种提高CVD法碳化硅沉积炉利用率的热场结构及工艺方法。

背景技术

目前半导体单晶炉中石墨件由于长时间在高温硅蒸汽氛围中，硅料和坩埚中的一些挥发性杂质易吸附在石墨上上，时间长了造成晶棒少子寿命偏低。特别是生产N型单晶的导流筒使用3～4炉需进行一次纯化处理后再使用，使用成本较高。为解决上述问题，可以使用化学气相沉积(CVD)工艺将碳化硅薄层沉积在石墨表面，涂层可提高产品质量并提高工艺效率，从而降低客户的整体运营成本。该涂层延长了石墨组件的使用寿命，并实现了生产硅单晶所需的高纯度表面结构。高纯度的碳化硅(SiC)材料具有低密度、耐高温、抗氧化、耐冲刷、抗腐蚀等一系列的优异性能，是石墨材料表面保护涂层的理想材料体系。

传统的制备方法通常是采用化学气相沉积(CVD)或涂刷的方法在石墨表面直接沉积一层SiC涂层，但是均存在气场均匀性不好，工件涂层存在不均匀和原料气利用率低的问题。为解决上述问题，有必要提供一种提高CVD法碳化硅沉积炉利用率的热场结构及工艺方法。

发明内容

为解决上述技术问题，提供一种提高CVD法碳化硅沉积炉利用率的热场结构及工艺方法，本技术方案解决了上述背景技术中提出的传统的制备方法通常是采用化学气相沉积(CVD)或涂刷的方法在石墨表面直接沉积一层SiC涂层，但是均存在气场均匀性不好，工件涂层存在不均匀和原料气利用率低的问题。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：

一种提高CVD法碳化硅沉积炉利用率的热场结构，包括炉壳，所述炉壳底部固定连接有载物旋转机构，炉壳内壁底部两侧均固定连接有底部支撑柱，底部支撑柱顶部固定连接有底部支撑板，底部支撑板顶部固定连接有保温层，保温层内壁下方两侧均固定连接有底部加热系统，载物旋转机构的输出端固定连接有转动轴，转动轴与炉壳和保温层的底部转动连接，转动轴顶部固定连接有载物台，载物台顶部设置有载物盘，载物盘表面开设有若干个限流孔，载物盘的边缘通过限流孔滑动连接有支撑杆，支撑杆表面等间距滑动连接有若干个载物盘，支撑杆与载物盘交接处螺纹连接有锁紧螺母，载物盘上表面固定连接有若干个置物架，置物架顶部固定连接有工件。

优选的，所述保温层内壁中间固定连接有若干个挡流环。

优选的，所述保温层左右两侧及底部均固定连接有若干个连通管，连通管末端固定连接有进气喷嘴。

优选的，所述保温层顶部开设有若干个排气口。

优选的，所述限流孔按载物盘的圆周等间距排列，支撑杆按载物盘的圆周等间距排列。

优选的，所述工件的形状为圆台型。

进一步的，提出一种用于上述提高CVD法碳化硅沉积炉利用率的热场结构的工艺方法，包括以下步骤：

S101：抽真空：将工件放入载物盘上，合炉后，抽真空将反应炉室真空度抽至≤100pa；

S102：检漏：关闭出气阀门，向炉内通入惰性保护气体(氩气、氮气、氦气均可)，流量100L/min，将炉内压力回填至10Kpa左右，再按步骤S101抽气至≤100pa，循环2～3次后进行检漏，漏率≤1mbarl/5min；

S103：加热：检漏合格后，开启反应炉室加热装置，反应室加热至600～800℃，开始向炉内持续通入惰性保护气体，流量100～200L/min，保持炉内真空度达到80～110Kpa，持续升温至1200～1400℃，底部加热系统温度控制在300～500℃；

S104：进原料气沉积：反应室维持在1200-1400℃温度2～3h，打开v1阀门开始往炉内进原料气MTS(甲基三氯硅烷)，原料气通过稀释气氢气鼓泡的方式进入，在此温度下沉积4～10小时；原料气通过v1阀门分f1、f2俩路进入炉内，原料气在底部加热系统区域预热至300～500℃，升温后的原料气分f3由底部热场进入和f4由侧部进入反应室；

S105：冷却降温：反应完成后停止通入原料气并开始降温，惰性气体持续通入，流量100～200L/min；在温度降至200℃后，停止通入惰性气体，开始抽真空至≤100Pa，再充惰性气体至100Kpa；

S106：出炉：待温度降至50℃后，可取出工件。

与现有技术相比，本发明提供了一种提高CVD法碳化硅沉积炉利用率的热场结构及工艺方法，具备以下有益效果：

1、通过设置载物旋转机构，载物旋转机构旋转工件，使得原料气与工件接触更加充分，载物旋转机构中的限流孔，可以有效限制原料气的流速使原料气在反应室滞留时间更长，提升原料气利用率；

2、通过设置进气喷嘴，保温层底部沿圆周均布多个进气喷嘴，保温层内部侧面纵向分3～5层沿圆周均布多个进气喷嘴，多个进气喷嘴可以将原料气充分喷洒在工件，增加上部垒加的工件附近原料气浓度，且原料气经挡流环阻挡会形成涡流增加在反应室的滞留时间，以上热场构造可使原料气利用率更高、涂层更均匀。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的工件等轴测结构示意图；

图3为本发明的工件前视结构示意图；

图4为本发明的工件俯视结构示意图；

图5为本发明的载物盘结构示意图。

图中标号为：

1、炉壳；2、保温层；3、载物旋转机构；4、底部支撑柱；5、底部支撑板；6、底部加热系统；7、载物台；

8、载物盘；801、限流孔；

9、工件；10、进气喷嘴；11、挡流环；12、置物架；13、支撑杆；14、锁紧螺母；15、排气口。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。

参照图1-5所示，一种提高CVD法碳化硅沉积炉利用率的热场结构，包括炉壳1，所述炉壳1底部固定连接有载物旋转机构3，炉壳1内壁底部两侧均固定连接有底部支撑柱4，底部支撑柱4顶部固定连接有底部支撑板5，底部支撑板5顶部固定连接有保温层2，保温层2内壁下方两侧均固定连接有底部加热系统6，载物旋转机构3的输出端固定连接有转动轴，转动轴与炉壳1和保温层2的底部转动连接，转动轴顶部固定连接有载物台7，载物台7顶部设置有载物盘8，载物盘8表面开设有若干个限流孔801，载物盘8的边缘通过限流孔801滑动连接有支撑杆13，支撑杆13表面等间距滑动连接有若干个载物盘8，支撑杆13与载物盘8交接处螺纹连接有锁紧螺母14，载物盘8上表面固定连接有若干个置物架12，置物架12顶部固定连接有工件9。

具体的，保温层2内壁中间固定连接有若干个挡流环11。

保温层2左右两侧及底部均固定连接有若干个连通管，连通管末端固定连接有进气喷嘴10。

保温层2顶部开设有若干个排气口15。

限流孔801按载物盘8的圆周等间距排列，支撑杆13按载物盘8的圆周等间距排列。

工件9的形状为圆台型。

进一步的，提出一种用于上述提高CVD法碳化硅沉积炉利用率的热场结构的工艺方法，包括以下步骤：

S101：抽真空：将工件9放入载物盘8上，合炉后，抽真空将反应炉室真空度抽至≤100pa；

S102：检漏：关闭出气阀门，向炉内通入惰性保护气体(氩气、氮气、氦气均可)，流量100L/min，将炉内压力回填至10Kpa左右，再按步骤S101抽气至≤100pa，循环2～3次后进行检漏，漏率≤1mbarl/5min；

S103：加热：检漏合格后，开启反应炉室加热装置，反应室加热至600～800℃，开始向炉内持续通入惰性保护气体，流量100～200L/min，保持炉内真空度达到80～110Kpa，持续升温至1200～1400℃，底部加热系统6温度控制在300～500℃；

S104：进原料气沉积：反应室维持在1200-1400℃温度2～3h，打开v1阀门开始往炉内进原料气MTS(甲基三氯硅烷)，原料气通过稀释气氢气鼓泡的方式进入，在此温度下沉积4～10小时；原料气通过v1阀门分f1、f2俩路进入炉内，原料气在底部加热系统6区域预热至300～500℃，缩短原料气进入反应室的升温时间、提高原料气利用率，升温后的原料气分f3由底部热场进入和f4由侧部进入反应室，f3底部进气口沿圆周均布2N个进气喷嘴10，f4侧部进气口纵向分3～5层沿圆周均布2N个进气喷嘴10；f1和f3进入反应室的原料气经挡流环11阻挡会形成涡流增加在反应室的滞留时间、经载物盘8上均布的限流孔801可以均匀的分布在工件9沉积区域，f4侧部进气口可以增加上部垒加的工件9附近原料气浓度；以上热场构造可使原料气利用率更高、涂层更均匀；

S105：冷却降温：反应完成后停止通入原料气并开始降温，惰性气体持续通入，流量100～200L/min；在温度降至200℃后，停止通入惰性气体，开始抽真空至≤100Pa，再充惰性气体至100Kpa；

S106：出炉：待温度降至50℃后，可取出工件9。

本发明的工作原理及使用流程：通过设置载物旋转机构3，载物旋转机构3旋转工件9，使得原料气与工件9接触更加充分，载物旋转机构3中的限流孔801，可以有效限制原料气的流速使原料气在反应室滞留时间更长，提升原料气利用率；通过设置进气喷嘴10，保温层2底部沿圆周均布多个进气喷嘴10，保温层2内部侧面纵向分3～5层沿圆周均布多个进气喷嘴10，多个进气喷嘴10可以将原料气充分喷洒在工件9，增加上部垒加的工件9附近原料气浓度，且原料气经挡流环11阻挡会形成涡流增加在反应室的滞留时间，以上热场构造可使原料气利用率更高、涂层更均匀。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。