[發明專利]一種用于生產碳化硅外延片的化學氣相沉積設備

有效

• 申請號: 201310279780.3
• 申請日: 2013-07-04
• 公開（公告）號: CN103603048A
• 公開（公告）日: 2014-02-26
• 發明（設計）人: 鈕應喜;楊霏;于坤山
• 申請（專利權）人: 國家電網公司;國網智能電網研究院
• 主分類號: C30B29/36
• 分類號: C30B29/36;C30B25/20;C30B25/10;C30B25/14
• 代理公司: 北京安博達知識產權代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國文

【技術領域】

本發明屬于化學氣相沉積領域，具體講涉及一種用于生產碳化硅外延片的化學氣相沉積設備。?

【背景技術】

碳化硅（SiC）是第三代寬禁帶半導體材料，具有寬帶隙、高臨界擊穿電場、高導熱率、高載流子飽和漂移速度等特點，特別適合制作高溫、高壓、大功率電力電子等半導體器件，對混合電力汽車、電動汽車、太陽能逆變器以及智能電網等行業的發展具有非常重要的意義。?

碳化硅材料的制作，無論是晶體生長還是外延生長都是不易的，生長高質量的外延片更是對工藝一種挑戰。傳統的化學氣相沉積法生長碳化硅外延時反應腔體、反應腔體的潔凈度及其他工藝參數（溫度、壓強、反應氣體流速等）都會對碳化硅外延層的質量（表面缺陷、摻雜濃度、濃度均勻性、外延層厚度、厚度均勻性等）產生影響。其中外延片的厚度均勻性及外延層的厚度都會直接影響最終器件的性能，因而厚度均勻性及外延片的厚度被視為外延片質量的重要指標。在外延生長中影響厚度均勻性及外延片的厚度的參數有：反應腔體構造，反應腔體中溫度的分布，反應腔體中氣流流量的大小，反應腔體中各個部位氣體濃度的分布情況等。如圖1所示的傳統水平氣相沉積設備，在外延生長時，由于在反應過程中，反應氣體源通過反應腔體時，存在“耗盡”現象，即反應氣體平行于襯底流動時，在氣流的流入方向濃度較大，由于“消耗”現象在氣流的流出方向濃度較小，于是在襯底表面靠近氣流流入方向的外延層會更厚而在靠近氣流流出方向的外延層會較薄。這種不均勻性對器件制造造成很大的影響，尤其是較厚的外延層。?

專利號為ZL98812328.2，發明名稱為生長非常均勻的碳化硅外延層的專利中公開了一種改良的化學氣相沉積方法，將反應器加熱到碳化硅原料氣體在反應器內基體上形成外延層的溫度，讓原料氣體和載氣流過加熱的反應器在基體上形成碳化硅外延層，同時載氣包括氫氣和第二種氣體的混合氣體，其中第二種氣體的熱導要低于氫氣熱導，使得原料氣體在通過反應器時它的消耗比使用單一氫氣作載氣時的更低，但是其操作工藝復雜，并且要增加額外的氣體源，使得制造成本增加。近年來，在低壓器件方面碳化硅外延技術已經很成熟，而在高壓器件方面的碳化硅厚外延技術仍然存在許多不足，如由于均勻性和表面缺陷的問題難以實現較厚的碳化硅外延層；生長速率太低，導致生長高壓器件所需的厚碳化硅外延片的成本過高。?

【發明內容】

為獲得均勻性良好的碳化硅外延片，本發明提供了一種用于生長碳化硅外延片的化學氣相沉積設備，通過改進腔體結構，在其中增設氣流阻擋環，將反應腔體內加熱到外延生成所需的溫度，再通入反應氣體和載氣，碳化硅襯底上最終形成碳化硅外延層。增設的氣流阻擋環可以相對提高氣流流出區域內反應氣體的濃度，來彌補“消耗”現象造成的厚度較小問題以實現碳化硅外延生長厚度均勻的目的。?

本發明的一種化學氣相沉積設備，設備腔體由內向外依次為石墨支撐臺、石墨軟氈層、石英壁層和加熱感應線圈，設備腔體還包括固定于石墨支撐臺上氣流阻擋環。?

本發明的設備，其中，阻擋環形狀為弧形，弧形阻擋環的寬0.8～1.2cm（如圖8所示），本發明中采用的碳化硅襯底的形狀為圓形，設置的弧形阻擋環的半徑比襯底晶片的半徑大1～1.5cm，阻擋環的弧度采用90～180度。?

本發明的設備，其中，阻擋環為石墨阻擋環，使得阻擋環在1500℃～1700℃下，穩定性好，不發生形變、軟化現象，保證了阻擋環區域內的氣體濃度的穩定，阻擋環為高純石墨時，可以減少雜質對碳化硅外延生長的影響。?

本發明的設備，其中，阻擋環接觸支撐臺，通過石墨螺絲直接加固于石墨支撐臺上，阻擋環的設置高度為0.3～0.7cm，對氣流的阻力均衡，不產生渦流，保證了氣流的穩定。?

將本發明的設備用于外延片的生產中，特別是碳化硅外延片。?

本發明的設備，其中，阻擋環的表面鍍有碳化硅或碳化鉭鍍層，以阻止石墨中的雜質向反應腔體里擴散。?

本發明提供的化學氣相沉積設備，解決了碳化硅外延層氣流流入方向和流出方向厚度不均的問題，改進碳化硅外延生長的反應腔體，在腔體內的氣流流出方向安裝一個氣流阻擋環，通過阻擋環的作用來提高氣流流出方向區域內反應氣體的濃度，來彌補“消耗”現象造成的厚度較小的問題。?