專利名稱：一種高溫大面積碳化硅外延生長(zhǎng)裝置及處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及碳化硅外延生長(zhǎng)技術(shù)領(lǐng)域，特別設(shè)計(jì)一種高溫大面積碳化硅外延生長(zhǎng)裝置及處理方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，由于軍事、航天、雷達(dá)通信、電力傳輸、汽車工業(yè)和工業(yè)過(guò)程控制等領(lǐng)域?qū)δ透邷?、大功率電力電子器件的需求不斷增大，以碳化?SiC)為代表的寬禁帶半導(dǎo)體日益受到人們的關(guān)注。SiC是繼硅(Si )和砷化鎵(GaAs)材料之后出現(xiàn)的第三代半導(dǎo)體材料，和傳統(tǒng)的硅(Si)材料相比，SiC擁有明顯的優(yōu)勢(shì)。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(chǎng)是Si的10倍。因此，其在高溫、高頻和大功率器件等領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用潛力。目前，國(guó)際上已經(jīng)成功研制出一系列具有不同結(jié)構(gòu)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 M0SFET、SiC JFET和SiC SBD已經(jīng)成功商品化。而在我國(guó)SiC功率器件的研制尚屬于起步階段，如何填補(bǔ)國(guó)內(nèi)SiC功率器件產(chǎn)業(yè)化空白已成為一個(gè)亟待解決的問(wèn)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(xué)氣相沉積(CVD)技術(shù)。所謂化學(xué)氣相沉積技術(shù)，就是利用載氣將反應(yīng)氣體如硅烷、丙烷等運(yùn)輸?shù)酵庋由L(zhǎng)室內(nèi)，使它們?cè)跓嵋r底上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)并沉積得到碳化硅(SiC)外延材料。因?yàn)镾iC外延層的結(jié)晶質(zhì)量、缺陷密度和表面粗糙度對(duì)SiC功率器件的性能有著至關(guān)重要的影響，所以SiC外延生長(zhǎng)技術(shù)是其功率器件制備的關(guān)鍵工藝。為推動(dòng)SiC功率器件的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，必須盡可能的降低其功率器件的生產(chǎn)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(chǎn)成本。因此，發(fā)展大面積、多片SiC外延生長(zhǎng)裝置能夠有效地促進(jìn)SiC外延晶片及其器件的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。然而，隨著生產(chǎn)型外延系統(tǒng)所用的SiC襯底的直徑和一次裝載晶片數(shù)量不斷地增加，人們對(duì)生產(chǎn)出的外延晶片的均勻性(摻雜與厚度)的要求也越來(lái)越高。目前，國(guó)際上生產(chǎn)SiC外延系統(tǒng)普遍采用多片衛(wèi)星盤式結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中，SiC襯底沿生長(zhǎng)大盤的外圍圓周法線方向等間距放置；生長(zhǎng)時(shí)反應(yīng)氣體沿生長(zhǎng)大盤徑向方向由中心向其外圍擴(kuò)散，經(jīng)過(guò)SiC襯底時(shí)便沉積得到SiC外延層。由于氣流只需經(jīng)過(guò)每個(gè)襯底的直徑距離便可以完成沉積，這使得生長(zhǎng)工藝的優(yōu)化只需在一個(gè)晶片直徑范圍內(nèi)進(jìn)行。然而，隨著晶片直徑的增大，該結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)也越來(lái)越突出。在該結(jié)構(gòu)中，氣體沿徑向方向流動(dòng)，其截面積不斷增大；由于氣體流速的迅速降低，使本來(lái)就存在的氣體的耗盡效應(yīng)顯得更加突出，從而增大了外延晶片的不均勻性。對(duì)于較大直徑的晶片而言，就更加顯著。另外，就SiC外延設(shè)備的氣密隔離外殼的材料而言，目前普遍采用石英管結(jié)構(gòu)。由于設(shè)備的反應(yīng)腔室設(shè)置于石英管內(nèi)部，隨著SiC外延設(shè)備的容量(包括晶片直徑和晶片數(shù)量)不斷提高，石英管的直徑必須不斷擴(kuò)大以滿足設(shè)備擴(kuò)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(shè)備的制造和安全性提出了很大的挑戰(zhàn)。因此，如何設(shè)計(jì)一種大面積多片SiC外延系統(tǒng)已成為一個(gè)亟待解決的難題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的第一個(gè)技術(shù)問(wèn)題在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高溫大面積碳化硅外延生長(zhǎng)裝置，該裝置不但能夠?qū)崿F(xiàn)大面積SiC外延生長(zhǎng)，而且還可以實(shí)現(xiàn)多片生長(zhǎng)，并能保證外延晶片的均勻性需求。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用了下述技術(shù)方案該裝置包括一密閉工作室，該工作室具有進(jìn)樣門；一反應(yīng)腔室，該反應(yīng)腔室位于所述的工作室內(nèi)；一加熱組件，該加熱組件位于反應(yīng)腔室的外圍，通過(guò)加熱組件對(duì)反應(yīng)腔室進(jìn)行加熱；于反應(yīng)腔室內(nèi)設(shè)置有托盤槽，承載有碳化硅襯底的托盤放置于該托盤槽內(nèi)；上述的反應(yīng)腔室具有一前后貫穿的通道，于通道的兩端分別設(shè)置有進(jìn)氣裝置和出氣裝置，所述的進(jìn)氣裝置和出氣裝置安裝在工作室上，氣體由進(jìn)氣裝置進(jìn)入反應(yīng)腔室內(nèi)，并由出氣裝置排出。
進(jìn)一步而言，上述技術(shù)方案中，所述的工作室呈長(zhǎng)方體，其由底盤、上蓋和圍設(shè)于四周的側(cè)壁構(gòu)成，其中于相對(duì)兩側(cè)壁上設(shè)置有進(jìn)樣門和備用門。進(jìn)一步而言，上述技術(shù)方案中，所述的反應(yīng)腔室由腔室上蓋、腔室側(cè)壁和腔室底盤圍設(shè)形成一通道，于所述的腔室底盤上開(kāi)設(shè)有供托盤放置的托盤槽。進(jìn)一步而言，上述技術(shù)方案中，所述的進(jìn)氣裝置包括一進(jìn)氣器、進(jìn)氣底盤和進(jìn)氣通道，所述的進(jìn)氣通道通過(guò)進(jìn)氣底盤與進(jìn)氣器連通；所述的進(jìn)氣通道安裝在工作室的底盤上，其進(jìn)氣口與外部的氣體輸出裝置連通；所述的進(jìn)氣底盤安裝于進(jìn)氣通道的上方；所述的進(jìn)氣器安裝在進(jìn)氣底盤上。進(jìn)一步而言，上述技術(shù)方案中，所述的進(jìn)氣器具有與進(jìn)氣底盤連通的進(jìn)氣口和與反應(yīng)腔室連通的出氣口 ；所述的進(jìn)氣器的出氣口由多個(gè)均勻分布的氣孔構(gòu)成；于該進(jìn)氣口和出氣口之間設(shè)置有至少兩層進(jìn)氣擋板，每層進(jìn)氣擋板上設(shè)有密集程度不等的網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步而言，上述技術(shù)方案中，所述的進(jìn)氣底盤上設(shè)置有與進(jìn)氣器卡套配合的定位邊。進(jìn)一步而言，上述技術(shù)方案中，所述的出氣裝置包括一出氣器、出氣底盤和出氣通道，所述的出氣通道通過(guò)出氣底盤與出氣器連通；所述的出氣通道安裝在工作室的底盤上，其出氣口連通制工作室外部；所述的出氣底盤安裝于出氣通道的上方；所述的出氣器安裝在出氣底盤上。進(jìn)一步而言，上述技術(shù)方案中，所述的出氣器具有與出氣底盤連通的出氣口和與反應(yīng)腔室連通的進(jìn)氣口 ；所述出氣器的進(jìn)氣口由多個(gè)均勻分布的氣孔構(gòu)成；所述的出氣底盤上設(shè)置有與出氣器卡套配合的定位邊。進(jìn)一步而言，上述技術(shù)方案中，所述的托盤呈方形，其上開(kāi)設(shè)有用于放置旋轉(zhuǎn)托盤的旋轉(zhuǎn)托盤槽；所述的反應(yīng)腔室采用石墨材料制作；所述的工作室、進(jìn)氣裝置和出氣裝置采用水冷不銹鋼材料制作。本發(fā)明所要解決的另一個(gè)技術(shù)問(wèn)題，就在于提供一種采用上述裝置，進(jìn)行高溫大面積碳化硅外延生長(zhǎng)的處理方法。為解決該技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為第一步，將碳化硅材料的襯底進(jìn)行清洗，清洗完畢后將其放置于旋轉(zhuǎn)托盤內(nèi)，并將該旋轉(zhuǎn)托盤放入方形的托盤中的對(duì)應(yīng)的托盤槽內(nèi)；第二步，將上述的方形托盤放入一個(gè)密閉工作室內(nèi)，打開(kāi)工作室的進(jìn)樣門，將方形托盤放入工作室內(nèi)一反應(yīng)腔室內(nèi)，然后將工作室的進(jìn)樣門關(guān)閉；第三步，對(duì)反應(yīng)腔室進(jìn)行抽真空處理，令反應(yīng)腔室達(dá)到預(yù)設(shè)的真空度；第四步，向反應(yīng)腔室內(nèi)通入氣體，并打開(kāi)電源，通過(guò)反應(yīng)腔室外部的加熱組件對(duì)其進(jìn)行加熱；第五步，當(dāng)反應(yīng)腔室內(nèi)溫度達(dá)到的碳化硅襯底生長(zhǎng)所需的溫度后，向反應(yīng)腔室內(nèi)通入反應(yīng)氣體，令碳化硅襯底進(jìn)行外延生產(chǎn)；第六步，生長(zhǎng)完畢后，反應(yīng)氣體停止輸入，關(guān)閉加熱組件，令反應(yīng)腔室及碳化硅襯底自行降溫；第七步，打開(kāi)工作室，取出方形托盤，由旋轉(zhuǎn)托盤上取下樣品。采用上述技術(shù)方案后，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較具有如下有益效果I.在本發(fā)明中，碳化硅的生長(zhǎng)裝置不存在截面積的增大現(xiàn)象，保證了氣流方向流速的恒定。在相同的耗盡效應(yīng)下，反應(yīng)區(qū)域范圍得到擴(kuò)大；同時(shí)，適當(dāng)改變反應(yīng)腔室的上蓋傾斜角度，可以在更大的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)SiC的外延生長(zhǎng)，即保證了大面積的需要，又保證了均勻性的需要。
2.反應(yīng)工作室采用水冷不銹鋼結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)的石英管結(jié)構(gòu)相比，其優(yōu)勢(shì)在于生長(zhǎng)裝置的外殼形狀可根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)計(jì)，避免了石英管一般為圓形的局限；且不銹鋼具有較高的強(qiáng)度，避免了石英管易損壞的缺點(diǎn)；不銹鋼的加工難度遠(yuǎn)低于石英管，滿足大容量生長(zhǎng)裝置的設(shè)計(jì)需求。3.旋轉(zhuǎn)托盤可與反應(yīng)腔室底盤自由連接與分離，使得通過(guò)使用不同規(guī)格的旋轉(zhuǎn)托盤來(lái)靈活改變系統(tǒng)的載片能力，如系統(tǒng)一次可以生長(zhǎng)2片8英寸或3片6英寸，也可生長(zhǎng)8片4英寸或10片3英寸。本發(fā)明是為急需的高溫大功率SiC器件用外延材料產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)而專門設(shè)計(jì)的一種高溫大面積多片外延生長(zhǎng)裝置，該裝置屬于氣相化學(xué)沉積系統(tǒng)，也適用于其他半導(dǎo)體外延材料的生長(zhǎng)，如Si基SiC、藍(lán)寶石基SiC、氮化鎵(GaN)等，也可作為高溫退火裝置使用。


圖I是本發(fā)明碳化硅外延生長(zhǎng)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明中工作室的左視圖；圖3是本發(fā)明中反應(yīng)腔室與加熱組件的左視示意圖；圖4是本發(fā)明中反應(yīng)腔室與加熱組件主視示意圖；圖5是本發(fā)明中反應(yīng)腔室的剖視圖；圖6是本發(fā)明中另一實(shí)施例的反應(yīng)腔室的腔室底盤的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是圖6中腔室底盤的左視圖；圖8A是本發(fā)明中托盤的俯視圖；圖8B是本發(fā)明中托盤的剖視圖；圖9是本發(fā)明中進(jìn)氣裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖10是本發(fā)明中進(jìn)氣裝置的主視結(jié)構(gòu)示意圖；圖11是本發(fā)明進(jìn)氣裝置中進(jìn)氣底盤的俯視圖；圖12是本發(fā)明進(jìn)氣裝置中下層進(jìn)氣擋板的俯視圖；圖13是本發(fā)明進(jìn)氣裝置中上層進(jìn)氣擋板的俯視圖；圖14是本發(fā)明中出氣裝置的結(jié)構(gòu)示意圖15是本發(fā)明中出氣裝置的主視結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。參見(jiàn)圖1-2所示，這是本發(fā)明一較佳實(shí)例的具體結(jié)構(gòu)，其為一種高溫大面積碳化硅外延生長(zhǎng)裝置，包括有一呈長(zhǎng)方體(或正方體)的工作室10，該工作室10由底盤I、上蓋
2、側(cè)壁3圍設(shè)構(gòu)成，形成一個(gè)密閉的空間。其中于左右相對(duì)側(cè)壁3上分別設(shè)置有一備用門4和一進(jìn)樣門5。其中，進(jìn)樣門5用于將樣品送入工作室10內(nèi)。備用門4的作用是當(dāng)進(jìn)樣門5出現(xiàn)異常時(shí)，可以通過(guò)備用門4繼續(xù)完成相關(guān)工作或者進(jìn)行維修。本實(shí)施例中，工作室10的底盤I、上蓋2、側(cè)壁3、備用門4和進(jìn)樣門5可采用水冷不銹鋼結(jié)構(gòu)。
在工作室10的內(nèi)部空間設(shè)置有一反應(yīng)腔室6，該反應(yīng)腔室6左右兩端分別設(shè)置有進(jìn)氣裝置7和出氣裝置8，在反應(yīng)腔室6的外圍還設(shè)置有加熱組件9，通過(guò)加熱組件9對(duì)反應(yīng)腔室6加熱。所述的反應(yīng)腔室6具有一前后貫穿的通道60，進(jìn)氣裝置7和出氣裝置8分別設(shè)置在通道60的兩端，所述的進(jìn)氣裝置7和出氣裝置8固定安裝在工作室10上，通過(guò)進(jìn)氣裝置7和出氣裝置8將整個(gè)反應(yīng)腔室懸空固定。工作氣體由進(jìn)氣裝置7進(jìn)入反應(yīng)腔室6內(nèi)，并由出氣裝置8排出。見(jiàn)圖3、4所示，反應(yīng)腔室6呈水平方式，其外圍設(shè)置有加熱組件9，該加熱組件9采用銅螺線管射頻加熱線圈，其均勻圍繞在反應(yīng)腔室6的外部，并且電極引出工作室10，與外部的工作電路連接。見(jiàn)圖5所示，反應(yīng)腔室6采用石墨材料制作，其主體呈一長(zhǎng)方體造型，其包括腔室上蓋61、腔室側(cè)壁62、腔室底盤63,在腔室底盤63上開(kāi)設(shè)有一托盤槽631,用于放置托盤64。見(jiàn)圖6、7所不,這是本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例，本實(shí)施例中，在腔室底盤63上開(kāi)設(shè)有兩個(gè)方形的托盤槽631，每個(gè)托盤槽631內(nèi)均可放置與之對(duì)應(yīng)的方向托盤64。托盤64可從腔室底盤63上靈活取下與放置。見(jiàn)圖8A、8B所示，托盤64上也開(kāi)設(shè)有一圓形的旋轉(zhuǎn)托盤槽641，該旋轉(zhuǎn)托盤槽641用于放置旋轉(zhuǎn)托盤65。參見(jiàn)圖6所示，本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)托盤65用于放置SiC襯底樣品100，且可與方形托盤64自由連接與分離。取放樣品100時(shí)，通過(guò)腔室底盤63上的托盤槽631將托盤64由托盤槽631開(kāi)口一側(cè)退出，從腔室底盤63上取下，并移出反應(yīng)腔室6，取放完樣品100后，再將其放回即可。另外，可根據(jù)需要，選擇不同規(guī)格的旋轉(zhuǎn)托盤65，圖6所示為5X3英寸規(guī)格，亦可選擇其他規(guī)格，如4 X 4英寸等。圖9、10所示，進(jìn)氣裝置7包括一進(jìn)氣器71、一進(jìn)氣器底盤72和三個(gè)進(jìn)氣通道73。其中，進(jìn)氣通道73固定連接在工作室10的底盤I上，并與外部工作氣體輸入裝置連通，進(jìn)氣器底盤72安裝在進(jìn)氣通道73的上方，進(jìn)氣器71安裝在進(jìn)氣器底盤72上方。進(jìn)氣器71主體呈內(nèi)部中空的夾板狀，其底部設(shè)置有與進(jìn)氣器底盤72連通的進(jìn)氣口 711，其與反應(yīng)腔室6接觸的一面開(kāi)設(shè)有出氣口 712。為確保氣體有出氣口 712均勻的進(jìn)入反應(yīng)腔室6內(nèi)，該出氣口 712采用均勻分布的網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)，即在所述的進(jìn)氣器71的出氣口712由多個(gè)呈陣列均勻分布的氣孔構(gòu)成。在進(jìn)氣器71的內(nèi)部，進(jìn)氣口 711和出氣口 712之間設(shè)有多層進(jìn)氣擋板。本實(shí)施例中，共設(shè)置有兩層進(jìn)氣擋板，分別為位于下部的下進(jìn)氣擋板713和位于上方的上進(jìn)氣擋板714。參見(jiàn)圖12、13所示，兩層進(jìn)氣擋板上設(shè)有密集程度不等的網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)；反應(yīng)氣體從進(jìn)氣口 711擴(kuò)散到出氣口 712的過(guò)程中，所通過(guò)的各層進(jìn)氣擋板上的網(wǎng)孔的密集程度逐漸增加，結(jié)合本實(shí)施例而言，上進(jìn)氣擋板714較下進(jìn)氣擋板713有著更密集的網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)，使得反應(yīng)氣體通過(guò)進(jìn)氣擋板后均勻分散于進(jìn)氣器71內(nèi)部空間，進(jìn)而均勻進(jìn)入反應(yīng)腔室6。參見(jiàn)圖11，本發(fā)明的進(jìn)氣器底盤72用于支撐進(jìn)氣器71，同時(shí)該進(jìn)氣器底盤72還同時(shí)用于支撐反應(yīng)腔室6的腔室底盤63。在進(jìn)氣器底盤72的上設(shè)置有與進(jìn)氣通道73對(duì)應(yīng)的進(jìn)氣通孔721，進(jìn)氣通道73連接與進(jìn)氣通孔721下方。進(jìn)氣通道73則與工作室10的底盤I相連。在進(jìn)氣器底盤72的兩端設(shè)有定位邊722，兩者之間的距離與上方進(jìn)氣器71的寬度相對(duì)應(yīng)，使得進(jìn)氣器71的兩邊卡于定位邊722外側(cè)，從而準(zhǔn)確固定進(jìn)氣器71與進(jìn)氣器底盤72的相對(duì)位置。進(jìn)氣器71的進(jìn)氣口 711、進(jìn)氣通孔721和進(jìn)氣通道73三者相互連通，反 應(yīng)氣體可從外界輸送，并通過(guò)出氣口 712進(jìn)入到反應(yīng)腔室6的內(nèi)部。所述進(jìn)氣器71為水冷不銹鋼材料；進(jìn)氣器底盤72和進(jìn)氣通道73可為石英材料或者水冷不銹鋼材料。見(jiàn)圖14、15所示，出氣裝置8包括一出氣器81、一出氣器底盤82和三個(gè)出氣通道83。所述的出氣通道83通過(guò)出氣底盤82與出氣器81連通；所述的出氣通道83安裝在工作室10的底盤I上，其出氣口連通制工作室10外部；所述的出氣底盤82安裝于出氣通道83的上方；所述的出氣器81安裝在出氣底盤82上。所述的出氣器81具有與出氣底盤82連通的出氣口 811和與反應(yīng)腔室6連通的進(jìn)氣口 812 ;所述出氣器81的進(jìn)氣口 812由多個(gè)均勻分布的氣孔構(gòu)成；所述的出氣底盤82上設(shè)置有與出氣器81卡套配合的定位邊822。工作氣體通過(guò)反應(yīng)腔室6后，將排出至出氣器81，然后通過(guò)出氣器底盤82上的出氣通孔821進(jìn)入其下方的出氣通道83，最后排出。出氣器底盤82的兩端設(shè)有定位邊822，兩者之間的距離與上方出氣器81的寬度相對(duì)應(yīng)，使得出氣器81的兩邊卡于定位邊822外側(cè)，從而準(zhǔn)確固定出氣器81與出氣器底盤82的相對(duì)位置。同樣，該出氣器底盤82還同時(shí)對(duì)反應(yīng)腔室6的腔室底盤63形成支撐。結(jié)合上述實(shí)施例，下面對(duì)本發(fā)明的具體工作方法及流程進(jìn)行說(shuō)明。本發(fā)明是一種高溫大面積碳化硅外延生長(zhǎng)裝置，其工作過(guò)程是SiC材料的外延生長(zhǎng)過(guò)程，其中包括放置襯底晶片材料、抽真空、升溫、SiC外延生長(zhǎng)、降溫、取樣等。I、放置襯底晶片材料。首先，對(duì)需要加工的碳化硅襯底100進(jìn)行清洗，將清洗完畢的襯底片放入相同規(guī)格的旋轉(zhuǎn)托盤65中，再將旋轉(zhuǎn)托盤65放入方形的托盤64中。接著，將上述的方形托盤64放入密閉工作室10內(nèi)，打開(kāi)工作室10的進(jìn)樣門5，將出氣器81由出氣器底盤82上取下，將方形托盤64放入工作室10內(nèi)的反應(yīng)腔室6腔室底盤63上的托盤槽631內(nèi)，將出氣器81復(fù)位,關(guān)好進(jìn)樣門5。2、抽真空。打開(kāi)真空泵進(jìn)行抽真空作業(yè)，使反應(yīng)腔室6達(dá)到預(yù)定的真空度。
3、加熱。通過(guò)進(jìn)氣裝置7向反應(yīng)腔室6通入載氣，打開(kāi)加熱電源，令位于反應(yīng)腔室6外圍的加熱組件9對(duì)反應(yīng)腔室6進(jìn)行加熱。4、碳化硅外延生長(zhǎng)。待反應(yīng)腔室6達(dá)到所需生長(zhǎng)溫度后，通過(guò)進(jìn)氣裝置7向反應(yīng)腔室6通入反應(yīng)氣體，令碳化硅進(jìn)行外延生長(zhǎng)。5、降溫待碳化硅生長(zhǎng)完畢后，關(guān)閉反應(yīng)氣體，關(guān)閉加熱電源，加熱組件9停止加熱，待整個(gè)系統(tǒng)自行降溫。6、取出樣品 將進(jìn)樣門5打開(kāi)并移開(kāi)尾氣收集器81，取出方形托盤64，即可取出樣品，獲得樣品后，再將方形托盤64和出氣器81復(fù)位，關(guān)閉進(jìn)樣門5，完成。當(dāng)然，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并非來(lái)限制本發(fā)明實(shí)施范圍，凡依本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍所述構(gòu)造、特征及原理所做的等效變化或修飾，均應(yīng)包括于本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種高溫大面積碳化硅外延生長(zhǎng)裝置，其特征在于該系統(tǒng)包括 一密閉工作室(IO )，該采用不銹鋼材料制作的工作室(IO )具有進(jìn)樣門(5 ); 一反應(yīng)腔室(6)，該反應(yīng)腔室(10)位于所述的工作室(10)內(nèi)； 一加熱組件(9 )，該加熱組件(9 )位于反應(yīng)腔室(6 )的外圍，通過(guò)加熱組件(9 )對(duì)反應(yīng)腔室(6)進(jìn)行加熱； 于反應(yīng)腔室(6 )內(nèi)設(shè)置有托盤槽(631),承載有碳化娃襯底的托盤(64)放置于該托盤槽(631)內(nèi)； 上述的反應(yīng)腔室(6)具有一前后貫穿的通道(60)，于通道(60)的兩端分別設(shè)置有進(jìn)氣裝置(7)和出氣裝置(8)，所述的進(jìn)氣裝置(7)和出氣裝置(8)安裝在工作室(10)上，氣體由進(jìn)氣裝置(7)進(jìn)入反應(yīng)腔室(6)內(nèi)，并由出氣裝置(8)排出。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高溫大面積碳化硅外延生長(zhǎng)裝置，其特征在于所述的工作室(10)呈長(zhǎng)方體，其由底盤(I)、上蓋(2)和圍設(shè)于四周的側(cè)壁(3)構(gòu)成，其中于相對(duì)兩側(cè)壁(3 )上設(shè)置有進(jìn)樣門(5 )和備用門(4 )。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高溫大面積碳化硅外延生長(zhǎng)裝置，其特征在于所述的反應(yīng)腔室(6)由腔室上蓋(61)、腔室側(cè)壁(62)和腔室底盤(63)圍設(shè)形成一通道(60)，于所述的腔室底盤(63 )上開(kāi)設(shè)有供托盤(64 )放置的托盤槽(631)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高溫大面積碳化硅外延生長(zhǎng)裝置，其特征在于所述的進(jìn)氣裝置(7)包括一進(jìn)氣器(71)、進(jìn)氣底盤(72)和進(jìn)氣通道(73)，所述的進(jìn)氣通道(73)通過(guò)進(jìn)氣底盤(72)與進(jìn)氣器(71)連通；所述的進(jìn)氣通道(73)安裝在工作室(10)的底盤(I)上，其進(jìn)氣口與外部的氣體輸出裝置連通；所述的進(jìn)氣底盤(72)安裝于進(jìn)氣通道(73)的上方；所述的進(jìn)氣器(71)安裝在進(jìn)氣底盤(72)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種高溫大面積碳化硅外延生長(zhǎng)裝置，其特征在于所述的進(jìn)氣器(71)具有與進(jìn)氣底盤(72)連通的進(jìn)氣口(711)和與反應(yīng)腔室(6)連通的出氣口(712);所述的進(jìn)氣器(71)的出氣口(712)由多個(gè)均勻分布的氣孔構(gòu)成；于該進(jìn)氣口(711)和出氣口(712)之間設(shè)置有至少兩層進(jìn)氣擋板，每層進(jìn)氣擋板上設(shè)有密集程度不等的網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種高溫大面積碳化硅外延生長(zhǎng)裝置，其特征在于所述的進(jìn)氣底盤(72)上設(shè)置有與進(jìn)氣器(71)卡套配合的定位邊(722)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高溫大面積碳化硅外延生長(zhǎng)裝置，其特征在于所述的出氣裝置(8)包括一出氣器(81)、出氣底盤(82)和出氣通道(83)，所述的出氣通道(83)通過(guò)出氣底盤(82)與出氣器(81)連通；所述的出氣通道(83)安裝在工作室(10)的底盤(I)上，其出氣口連通制工作室(10)外部；所述的出氣底盤(82)安裝于出氣通道(83)的上方；所述的出氣器(81)安裝在出氣底盤(82)上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種高溫大面積碳化硅外延生長(zhǎng)裝置，其特征在于所述的出氣器(81)具有與出氣底盤(82)連通的出氣口(811)和與反應(yīng)腔室(6)連通的進(jìn)氣口(812);所述出氣器(81)的進(jìn)氣口(812)由多個(gè)均勻分布的氣孔構(gòu)成；所述的出氣底盤(82)上設(shè)置有與出氣器(81)卡套配合的定位邊(822)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任意一項(xiàng)所述的一種高溫大面積碳化硅外延生長(zhǎng)裝置，其特征在于所述的托盤(64)呈方形，其上開(kāi)設(shè)有用于放置旋轉(zhuǎn)托盤(65)的旋轉(zhuǎn)托盤槽(541);所、述的反應(yīng)腔室(6)采用石墨材料制作；所述的工作室(10)、進(jìn)氣裝置(7)和出氣裝置(8)采用水冷不銹鋼材料制作。
10.一種高溫大面積碳化硅外延生長(zhǎng)處理方法，該方法包括以下步驟 第一步，將碳化硅材料的襯底進(jìn)行清洗，清洗完畢后將其放置于旋轉(zhuǎn)托盤(65)內(nèi)，并將該旋轉(zhuǎn)托盤(65)放入方形的托盤(64)中的對(duì)應(yīng)的托盤槽(641)內(nèi)； 第二步，將上述的方形托盤(64)放入一個(gè)密閉工作室(10)內(nèi)，打開(kāi)工作室(10)的進(jìn)樣門(5)，將方形托盤(64)放入工作室(10)內(nèi)一反應(yīng)腔室(6)內(nèi)，然后將工作室(6)的進(jìn)樣門(5 )關(guān)閉； 第三步，對(duì)反應(yīng)腔室(6 )進(jìn)行抽真空處理，令反應(yīng)腔室(6 )達(dá)到預(yù)設(shè)的真空度； 第四步，向反應(yīng)腔室(6)內(nèi)通入氣體，并打開(kāi)電源，通過(guò)反應(yīng)腔室外部的加熱組件(9) 對(duì)其進(jìn)行加熱； 第五步，當(dāng)反應(yīng)腔室(6)內(nèi)溫度達(dá)到的碳化硅襯底生長(zhǎng)所需的溫度后，向反應(yīng)腔室(6)內(nèi)通入反應(yīng)氣體，令碳化硅襯底進(jìn)行外延生產(chǎn)； 第六步，生長(zhǎng)完畢后，反應(yīng)氣體停止輸入，關(guān)閉加熱組件(9)，令反應(yīng)腔室(6)及碳化硅襯底自行降溫； 第七步，打開(kāi)工作室(10)，取出方形托盤(4)，由旋轉(zhuǎn)托盤(5)上取下樣品。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種高溫大面積碳化硅外延生長(zhǎng)裝置及處理方法。該裝置包括不銹鋼制作的密閉工作室、位于工作室內(nèi)的石墨反應(yīng)腔室、位于反應(yīng)腔室的外圍的加熱組件；于反應(yīng)腔室內(nèi)設(shè)置有托盤槽，承載有碳化硅襯底的托盤放置于該托盤槽內(nèi)；反應(yīng)腔室具有一前后貫穿的通道，于通道的兩端分別設(shè)置有進(jìn)氣裝置和出氣裝置。處理時(shí)，將碳化硅襯底放入反應(yīng)腔室內(nèi)，然后進(jìn)行抽真空、加熱處理，接著通入反應(yīng)氣體，令碳化硅進(jìn)行外延生長(zhǎng)，最后取出即可。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，相對(duì)于目前的石英管結(jié)構(gòu)，其制作相對(duì)容易，并且便于加工，可用于處理面積較大的碳化硅。另外，本發(fā)明的工作室采用水冷不銹鋼結(jié)構(gòu)，具有較高的強(qiáng)度，不易損壞。
文檔編號(hào)C30B29/36GK102747418SQ20121026043
公開(kāi)日2012年10月24日 申請(qǐng)日期2012年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月25日
發(fā)明者劉興昉, 孫國(guó)勝, 王雷, 董林, 趙萬(wàn)順, 鄭柳, 閆果果 申請(qǐng)人:東莞市天域半導(dǎo)體科技有限公司