[發明專利]一種高溫大面積碳化硅外延生長裝置及處理方法

有效

• 申請號: 201210260432.7
• 申請日: 2012-07-25
• 公開（公告）號: CN102747418A
• 公開（公告）日: 2012-10-24
• 發明（設計）人: 孫國勝;董林;王雷;趙萬順;劉興昉;閆果果;鄭柳
• 申請（專利權）人: 東莞市天域半導體科技有限公司
• 主分類號: C30B25/10
• 分類號: C30B25/10;C30B25/16;C30B29/36
• 代理公司: 廣州市南鋒專利事務所有限公司 44228
• 代理人: 羅曉聰

技術領域：

本發明涉及碳化硅外延生長技術領域，特別設計一種高溫大面積碳化硅外延生長裝置及處理方法。

背景技術：

近年來，由于軍事、航天、雷達通信、電力傳輸、汽車工業和工業過程控制等領域對耐高溫、大功率電力電子器件的需求不斷增大，以碳化硅（SiC）為代表的寬禁帶半導體日益受到人們的關注。SiC是繼硅（Si）和砷化鎵（GaAs）材料之后出現的第三代半導體材料，和傳統的硅（Si）材料相比，SiC擁有明顯的優勢。例如，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。因此，其在高溫、高頻和大功率器件等領域有著巨大的應用潛力。目前，國際上已經成功研制出一系列具有不同結構和不同耐壓的SiC功率器件，并且一些重要的SiC功率器件，如SiC?MOSFET、SiC?JFET和SiC?SBD已經成功商品化。而在我國SiC功率器件的研制尚屬于起步階段，如何填補國內SiC功率器件產業化空白已成為一個亟待解決的問題。

不同種類的SiC功率器件需要不同厚度和摻雜濃度的外延漂移層，而目前制備碳化硅外延層的主要方法是高溫化學氣相沉積(CVD)技術。所謂化學氣相沉積技術，就是利用載氣將反應氣體如硅烷、丙烷等運輸到外延生長室內，使它們在熱襯底上發生化學反應并沉積得到碳化硅（SiC）外延材料。因為SiC外延層的結晶質量、缺陷密度和表面粗糙度對SiC功率器件的性能有著至關重要的影響，所以SiC外延生長技術是其功率器件制備的關鍵工藝。

為推動SiC功率器件的產業化發展，必須盡可能的降低其功率器件的生產成本，而在大尺寸SiC外延晶片上制備SiC功率器件能夠有效地降低其生產成本。因此，發展大面積、多片SiC外延生長裝置能夠有效地促進SiC外延晶片及其器件的產業化進程。然而，隨著生產型外延系統所用的SiC襯底的直徑和一次裝載晶片數量不斷地增加，人們對生產出的外延晶片的均勻性（摻雜與厚度）的要求也越來越高。目前，國際上生產SiC外延系統普遍采用多片衛星盤式結構，在該結構中，SiC襯底沿生長大盤的外圍圓周法線方向等間距放置；生長時反應氣體沿生長大盤徑向方向由中心向其外圍擴散，經過SiC襯底時便沉積得到SiC外延層。由于氣流只需經過每個襯底的直徑距離便可以完成沉積，這使得生長工藝的優化只需在一個晶片直徑范圍內進行。然而，隨著晶片直徑的增大，該結構的缺點也越來越突出。在該結構中，氣體沿徑向方向流動，其截面積不斷增大；由于氣體流速的迅速降低，使本來就存在的氣體的耗盡效應顯得更加突出，從而增大了外延晶片的不均勻性。對于較大直徑的晶片而言，就更加顯著。

另外，就SiC外延設備的氣密隔離外殼的材料而言，目前普遍采用石英管結構。由于設備的反應腔室設置于石英管內部，隨著SiC外延設備的容量（包括晶片直徑和晶片數量）不斷提高，石英管的直徑必須不斷擴大以滿足設備擴容需求。大直徑的石英管不但易于損壞，而且其加工難度也很大，這就給設備的制造和安全性提出了很大的挑戰。因此，如何設計一種大面積多片SiC外延系統已成為一個亟待解決的難題。

發明內容：

本發明所要解決的第一個技術問題在于克服現有技術的不足，提供一種高溫大面積碳化硅外延生長裝置，該裝置不但能夠實現大面積SiC外延生長，而且還可以實現多片生長，并能保證外延晶片的均勻性需求。

為了解決上述技術問題，本發明采用了下述技術方案：該裝置包括：一密閉工作室，該工作室具有進樣門；一反應腔室，該反應腔室位于所述的工作室內；一加熱組件，該加熱組件位于反應腔室的外圍，通過加熱組件對反應腔室進行加熱；于反應腔室內設置有托盤槽，承載有碳化硅襯底的托盤放置于該托盤槽內；上述的反應腔室具有一前后貫穿的通道，于通道的兩端分別設置有進氣裝置和出氣裝置，所述的進氣裝置和出氣裝置安裝在工作室上，氣體由進氣裝置進入反應腔室內，并由出氣裝置排出。

進一步而言，上述技術方案中，所述的工作室呈長方體，其由底盤、上蓋和圍設于四周的側壁構成，其中于相對兩側壁上設置有進樣門和備用門。

進一步而言，上述技術方案中，所述的反應腔室由腔室上蓋、腔室側壁和腔室底盤圍設形成一通道，于所述的腔室底盤上開設有供托盤放置的托盤槽。

進一步而言，上述技術方案中，所述的進氣裝置包括：一進氣器、進氣底盤和進氣通道，所述的進氣通道通過進氣底盤與進氣器連通；所述的進氣通道安裝在工作室的底盤上，其進氣口與外部的氣體輸出裝置連通；所述的進氣底盤安裝于進氣通道的上方；所述的進氣器安裝在進氣底盤上。