專利名稱：連續(xù)型htcvd法碳化硅晶體生長(zhǎng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種連續(xù)型高溫化學(xué)氣相沉積法(High Temperature Chemical Vapor Deposition, HTCVD)碳化硅晶體生長(zhǎng)裝置或者鹵化物化學(xué)氣相沉積法(Halogen Chemical Vapor Deposition, HCVD)碳化硅晶體生長(zhǎng)裝置。
背景技術(shù)：
碳化硅(SiC)是繼第一代半導(dǎo)體材料硅(Si)、鍺(Ge)和第二代半導(dǎo)體材料砷化鎵 (GaAs)后發(fā)展起來(lái)的第三代半導(dǎo)體材料。由于SiC具有三倍于Si的寬帶隙、十倍于Si的高臨界擊穿電場(chǎng)、三倍于Si的高熱導(dǎo)率、兩倍于Si的高載流子飽和濃度等特點(diǎn)，它在軍用和航天領(lǐng)域的高溫、高頻、大功率電力電子、光電器件方面具有優(yōu)越的應(yīng)用價(jià)值，并逐步取代現(xiàn)有的硅和砷化鎵基電力電子器件，成為下一代半導(dǎo)體基礎(chǔ)材料。在半導(dǎo)體照明襯底材料的應(yīng)用方面，碳化硅的導(dǎo)熱系數(shù)是藍(lán)寶石的十倍，能更好地解決大功率半導(dǎo)體照明器件散熱的技術(shù)難題；此外，碳化硅材料作為襯底可作垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光體，理論上同樣材料可以提高一倍的發(fā)光效率，近乎節(jié)省了一半的成本，碳化硅取代藍(lán)寶石作為發(fā)光二極管(LED)的襯底材料成為大勢(shì)所趨。因此，碳化硅晶片在微電子、電力電子和半導(dǎo)體照明器件等領(lǐng)域都有著重要的應(yīng)用和廣闊的前景。目前，SiC晶片一般采用物理氣相輸運(yùn)(PVT)的方法進(jìn)行制備，PVT法本身耗電量大、產(chǎn)能小，因此，該方法具有成本高、產(chǎn)量小等不利于大規(guī)模生產(chǎn)的缺點(diǎn)，從而也造成了當(dāng)前碳化硅晶片在市場(chǎng)上的售價(jià)高且供應(yīng)量小，進(jìn)而嚴(yán)重制約了下游相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。高溫化學(xué)氣相沉積法(HTCVD)也被用于制備SiC晶片，圖1示出現(xiàn)有技術(shù)中HTCVD 法制備SiC晶片使用的晶體生長(zhǎng)裝置。如圖1所示，該晶體生長(zhǎng)裝置使用含硅的半導(dǎo)體氣體(如SiCl4)和含碳的半導(dǎo)體氣體(C3H8)，并在高溫下反應(yīng)合成SiC，從而在籽晶102上形成SiC晶錠，再經(jīng)過(guò)晶片加工形成SiC襯底；其中，101為溫度探測(cè)窗口，102為籽晶，103為爐腔，104為該晶體生長(zhǎng)裝置的保溫層，105為內(nèi)層氣體入口，106為外層氣體入口，107為尾氣出口。鑒于原料成本較低、能耗適中、產(chǎn)量較大，因此，HTCVD法能夠滿足當(dāng)前LED器件產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要，也適合生長(zhǎng)P型和高純半絕緣型碳化硅晶片，用于大功率電力電子產(chǎn)業(yè)。但是，隨著新一代LED器件產(chǎn)業(yè)化的飛速發(fā)展與巨大需求，以及資源成本的飛漲和能耗、環(huán)保成本的大幅增加，無(wú)疑對(duì)SiC晶片的制備提出了更高的要求。傳統(tǒng)的碳化硅晶體生長(zhǎng)裝置每爐一般只生長(zhǎng)一顆晶錠(晶體棒)，而且一般的生長(zhǎng)裝置都是間斷式的，即原料裝爐后升溫生長(zhǎng)，生長(zhǎng)完成后降溫，直到室溫后才能開(kāi)爐取出晶錠；相對(duì)來(lái)說(shuō)生長(zhǎng)效率低，滿足不了產(chǎn)業(yè)規(guī)?；l(fā)展的巨大需求。隨著國(guó)內(nèi)外對(duì)新一代LED器件的需求越來(lái)越大，新一代LED器件的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展要求也越發(fā)迫切；迫切需要提供一種新型的碳化硅晶體生長(zhǎng)裝置，以便能夠在不降溫停爐的情況下連續(xù)生產(chǎn)晶錠，以此提高效率和降低成本，滿足SiC襯底大規(guī)?；a(chǎn)的需求
發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種CVD法SiC晶體生長(zhǎng)裝置，可以在不降溫停爐的工況下繼續(xù)下一個(gè)晶錠的生產(chǎn)，以此提高效率和降低成本。本發(fā)明提供一種連續(xù)型HTCVD法碳化硅晶體生長(zhǎng)裝置，包括一主腔室，為一圓柱形的中空體，用于提供晶體生長(zhǎng)的真空環(huán)境，該主腔室的徑向穿過(guò)一尾氣管路，在尾氣管路的下方通入一源氣體管路；一可動(dòng)托盤，位于主腔室內(nèi)，在源氣體管路的上方；一固定托盤，位于主腔室內(nèi)，在可動(dòng)托盤的上方；一第一輔助腔室，用于提供真空緩沖環(huán)境，并在該環(huán)境下向所述主腔室提供樣品， 該第一輔助腔室位于主腔室的一側(cè)，與主腔室連通，在主腔室與第一輔助腔室之間有一第一閘門；一第二輔助腔室，用于提供真空緩沖環(huán)境，并在該環(huán)境下向所述主腔室取出樣品， 該第二輔助腔室位于主腔室的另一側(cè)，與主腔室連通，在主腔室與第二輔助腔室之間有一第二閘門；其中所述第一和第二輔助腔室通過(guò)第一、第二閘門分別與所述主腔室隔離。本發(fā)明提供的連續(xù)型晶體生長(zhǎng)裝置，其主生長(zhǎng)腔內(nèi)與輔助腔相連接的保溫墻是可動(dòng)的，生長(zhǎng)晶錠(棒)時(shí)與固定保溫墻一起組成內(nèi)壁起保溫和維護(hù)氣流場(chǎng)的作用，生長(zhǎng)完成或者中斷時(shí)，可動(dòng)保溫墻沉降一定高度，使輔助腔內(nèi)的磁力桿可以送取位于主生長(zhǎng)腔內(nèi)的可動(dòng)托盤，以此完成不降溫停爐工況下的連續(xù)生產(chǎn)。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，其中圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)中HTCVD法制備SiC晶片使用的晶體生長(zhǎng)裝置；圖2示出了本發(fā)明提供的連續(xù)型晶體生長(zhǎng)裝置的一個(gè)實(shí)施例的側(cè)視圖3示出了本發(fā)明提供的連續(xù)型晶體生長(zhǎng)裝置的一個(gè)實(shí)施例的俯視圖；圖4示出了圖3所示連續(xù)型晶體生長(zhǎng)裝置沿AA’的剖面視圖；圖5示出了圖3所示連續(xù)型晶體生長(zhǎng)裝置沿BB’的剖面視圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明示例性的實(shí)施例進(jìn)行描述。為了清楚和簡(jiǎn)要起見(jiàn)，實(shí)際的實(shí)施例并不局限于說(shuō)明書中所描述的這些技術(shù)特征。然而，應(yīng)該理解的是，在改進(jìn)任何一個(gè)所述實(shí)際實(shí)施例的過(guò)程中，多個(gè)具體實(shí)施例的決定必須是能夠?qū)崿F(xiàn)改進(jìn)人員的特定目標(biāo)， 例如，遵從行業(yè)相關(guān)和商業(yè)相關(guān)的限制，所述限制隨著實(shí)施例的不同而變化。而且，應(yīng)該理解的是，前述改進(jìn)的效果即使是非常復(fù)雜和耗時(shí)的，但是這對(duì)于知曉本發(fā)明益處的本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)仍然是常規(guī)技術(shù)手段。請(qǐng)參閱圖2至圖5所示，如圖2，連續(xù)型晶體生長(zhǎng)裝置包括主腔室1，為一圓柱形的中空體，用于提供晶體生長(zhǎng)的真空環(huán)境，該主腔室1的徑向穿過(guò)一尾氣管路3，在尾氣管路3的下方通入一源氣體管路11 ；以及在該腔室內(nèi)生長(zhǎng)晶體；可動(dòng)托盤4 (圖3)，位于主腔室1內(nèi)，在源氣體管路11的上方；固定托盤5，位于主腔室1內(nèi)，在可動(dòng)托盤4的上方；第一輔助腔室7，用于提供真空緩沖環(huán)境，并在該環(huán)境下向所述主腔室1提供樣品，該第一輔助腔室7位于主腔室1的一側(cè)，與主腔室1連通，在主腔室1與第一輔助腔室7之間有一第一閘門6 ；第二輔助腔室7’，用于提供真空保護(hù)或氣氛緩沖環(huán)境，以及在該環(huán)境下從所述主腔室1中取出晶體，該第二輔助腔室V位于主腔室1的另一側(cè)，與主腔室1連通，在主腔室1 與第二輔助腔室V之間有一第二間門6’ ；以及所述第一和第二輔助腔室7通過(guò)第一、第二閘門6、6’分別與所述主腔室1隔離(圖3)。所述主腔室1還包括裝置支架0(圖幻，用于支撐前述所提及的裝置部件，或者還可以提供所述晶體生長(zhǎng)裝置的其他輔助功能，如晶體生長(zhǎng)過(guò)程中采用的載氣(如氫氣)，反應(yīng)源氣(如含娃，含碳的氣體)，P型和N型摻雜劑，真空泵系統(tǒng)，電源系統(tǒng)等等。該設(shè)置臺(tái)架所具有的功能包括但不限于前述所提及的內(nèi)容，而且各個(gè)模塊單元也可以根據(jù)具體需要而合理布局與配置。根據(jù)本發(fā)明提供的晶體生長(zhǎng)裝置的另一實(shí)施例，所述第一和第二輔助腔室7、7’包括承載樣品架的導(dǎo)軌和沿所述導(dǎo)軌裝或取樣品的桿狀部件9。所述桿狀部件9選自磁力棒或勾型桿，用于通過(guò)磁力吸引或鉤子勾取的方式裝載、取放樣品架。如圖3所示，所述第一輔助腔室7與所述第二輔助腔室V分別位于所述主腔室1 相對(duì)的兩側(cè)。本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)可以清楚的知曉，所述第一輔助腔室7與所述第二輔助腔室7’可以以任意角度位于所述主腔室1的周圍，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)場(chǎng)地、流水線等設(shè)計(jì)需要而任意布置。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供的晶體生長(zhǎng)裝置，其主腔室1還包括固定托盤5和可動(dòng)托盤4 (虛線框所示)；可動(dòng)保溫墻10，用于環(huán)繞在所述晶體生長(zhǎng)的主腔室1的內(nèi)壁，在可動(dòng)保溫墻10的中間形成樣品生長(zhǎng)腔室。在該實(shí)施例中主腔室1的內(nèi)壁均是由可動(dòng)的，既可以是一個(gè)整體可動(dòng)的保溫墻，也可以是多扇獨(dú)立可動(dòng)的保溫墻(圖3)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供的晶體生長(zhǎng)裝置，其主腔室1還包括固定保溫墻2 和可動(dòng)保溫墻10，可動(dòng)保溫墻10位于樣品傳送的通路上，該些固定保溫墻2和可動(dòng)保溫墻 10環(huán)繞在晶體生長(zhǎng)的所述主腔室1的內(nèi)壁，在固定保溫墻2和可動(dòng)保溫墻10的中間形成樣品生長(zhǎng)腔室。具體來(lái)說(shuō)，所述可動(dòng)保溫墻的數(shù)量為2個(gè)，包括第一可動(dòng)保溫墻和第二可動(dòng)保溫墻，分別位于所述第一輔助腔室7與所述主腔室1，所述主腔室1與所述第二輔助腔室 V的連接處；當(dāng)晶體生長(zhǎng)完成時(shí)，通過(guò)降低所述第一可動(dòng)保溫墻和/或第二可動(dòng)保溫墻2， 使得所述第一輔助腔室7和/或第二輔助腔室V內(nèi)的桿狀部件9能夠從所述主腔室1中輸送和/或取出可動(dòng)托盤4 (圖3)。如圖4或5所示，本發(fā)明提供的晶體生長(zhǎng)裝置中，所述主腔室1還包括固定托盤 5和可動(dòng)托盤4，分別位于所述主腔室1內(nèi)部的晶體生長(zhǎng)腔內(nèi)，并且所述固定托盤5設(shè)置在所述可動(dòng)托盤4之上，所述可動(dòng)托盤4能夠旋轉(zhuǎn)并上下運(yùn)動(dòng)。根據(jù)本發(fā)明提供的晶體生長(zhǎng)裝置的另一實(shí)施例，所述主腔室還包括位于晶體生長(zhǎng)腔內(nèi)的感應(yīng)加熱桶12和位于所述晶體生長(zhǎng)腔外的感應(yīng)加熱線圈13。該晶體生長(zhǎng)腔還包括絕緣保溫套20，設(shè)置在感應(yīng)加熱桶12的四周，保證晶體生長(zhǎng)時(shí)所需要的穩(wěn)定可靠的溫度，從而得到質(zhì)量較高的碳化硅晶體。根據(jù)本發(fā)明提供的晶體生長(zhǎng)裝置的另一實(shí)施例，所述輸送源氣體的管路是由雙層或多層套管構(gòu)成，其中外部套管與內(nèi)部套管之間的通道所輸送的氣體用于限制所述內(nèi)部套管的氣體流向。其中外部套管與內(nèi)部套管之間的通道所輸送的氣體用于限制所述內(nèi)部套管的氣體流向，從而有利于保證晶體生長(zhǎng)過(guò)程中氣流氣壓的穩(wěn)定性，以及生長(zhǎng)的SiC晶體的均勻性等。本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)可以清楚的知曉，根據(jù)具體晶體生長(zhǎng)工藝，多層套管中的內(nèi)層套管數(shù)量取決于所需要輸入的氣體的種類以及各種可能需要的保護(hù)氣體或惰性氣體等。氣動(dòng)樣品托通道17和18，用于通過(guò)該通道輸送的氣體驅(qū)動(dòng)所述可動(dòng)托盤4旋轉(zhuǎn)和上下運(yùn)動(dòng)。其中所述氣動(dòng)樣品托通道17為進(jìn)氣通道，18為出氣通道，并且該進(jìn)氣通道17 被設(shè)置得相對(duì)于出氣通道18離樣品托的圓心更近一些。參考前述本發(fā)明示例性的描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以清楚的知曉本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明提供的CVD法碳化硅晶體生長(zhǎng)裝置，通過(guò)在主腔室外設(shè)置了至少兩個(gè)輔助腔室(單元)，可以在不降溫停爐的工況下繼續(xù)下一個(gè)晶錠的生產(chǎn)，克服了現(xiàn)有技術(shù)中晶體生長(zhǎng)裝置一爐只能生長(zhǎng)一枚晶錠，不能連續(xù)生長(zhǎng)晶體的局限性；提高了晶體生長(zhǎng)的效率， 能夠滿足SiC行業(yè)大規(guī)模發(fā)展的需要。2、本發(fā)明提供的CVD法碳化硅晶體生長(zhǎng)裝置，主生長(zhǎng)腔內(nèi)與輔助腔相連接的保溫墻是可動(dòng)的，生長(zhǎng)晶錠時(shí)與固定保溫墻一起組成內(nèi)壁起保溫和維護(hù)氣流場(chǎng)的作用，保證了晶體生長(zhǎng)環(huán)境的可靠性與質(zhì)量的穩(wěn)定性。此外，晶體生長(zhǎng)完成或者中斷時(shí)，可動(dòng)保溫墻沉降一定高度，使輔助腔內(nèi)的磁力桿可以送取位于主生長(zhǎng)腔內(nèi)的可動(dòng)托盤，以此完成不降溫停爐工況下的連續(xù)生產(chǎn)。此外，需要說(shuō)明的是，本發(fā)明中的相關(guān)術(shù)語(yǔ)，如“第一”、“第二”，“一側(cè)”和“另一側(cè)” 以及類似的用語(yǔ)僅僅是用來(lái)對(duì)一個(gè)實(shí)體或動(dòng)作與另一個(gè)實(shí)體或動(dòng)作加以區(qū)別，并非必須要求或暗示前述實(shí)體或行為具有任何所述關(guān)系或順序。最后，需要說(shuō)明的是，為了避免披露不必要的細(xì)節(jié)而造成本發(fā)明晦澀難懂，本發(fā)明的附圖僅僅示出了與該技術(shù)方案密切相關(guān)的結(jié)構(gòu)和/或流程步驟，其它與本發(fā)明主旨思想不密切相關(guān)的細(xì)節(jié)被省略了。盡管基于一些優(yōu)選的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該知曉，本發(fā)明的范圍并不限于那些實(shí)施例。在不脫離本發(fā)明的精神和實(shí)質(zhì)的情況下，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在理解本發(fā)明的基礎(chǔ)上能夠?qū)?shí)施例進(jìn)行各種變化和修改，并且因此落入本發(fā)明所附權(quán)利要求限定的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種連續(xù)型HTCVD法碳化硅晶體生長(zhǎng)裝置，包括一主腔室，為一圓柱形的中空體，用于提供晶體生長(zhǎng)的真空環(huán)境，該主腔室的徑向穿過(guò)一尾氣管路，在尾氣管路的下方通入一源氣體管路；一可動(dòng)托盤，位于主腔室內(nèi)，在源氣體管路的上方；一固定托盤，位于主腔室內(nèi)，在可動(dòng)托盤的上方；一第一輔助腔室，用于提供真空緩沖環(huán)境，并在該環(huán)境下向所述主腔室提供樣品，該第一輔助腔室位于主腔室的一側(cè)，與主腔室連通，在主腔室與第一輔助腔室之間有一第一閘門；一第二輔助腔室，用于提供真空緩沖環(huán)境，并在該環(huán)境下向所述主腔室取出樣品，該第二輔助腔室位于主腔室的另一側(cè)，與主腔室連通，在主腔室與第二輔助腔室之間有一第二閘門；其中所述第一和第二輔助腔室通過(guò)第一、第二間門分別與所述主腔室隔離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)型HTCVD法碳化硅晶體生長(zhǎng)裝置，其中所述第一和第二輔助腔室包括承載樣品架的導(dǎo)軌和沿導(dǎo)軌裝載或取出樣品的桿狀部件。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的連續(xù)型HTCVD法碳化硅晶體生長(zhǎng)裝置，其中所述桿狀部件選自磁力棒或勾型桿。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)型HTCVD法碳化硅晶體生長(zhǎng)裝置，其中所述第一輔助腔室與所述第二輔助腔室分別位于所述主腔室相對(duì)的兩側(cè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)型HTCVD法碳化硅晶體生長(zhǎng)裝置，其中所述主腔室還包括可動(dòng)保溫墻，用于環(huán)繞在所述晶體生長(zhǎng)的主腔室的內(nèi)壁，在可動(dòng)保溫墻的中間形成樣品生長(zhǎng)腔室。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)型HTCVD法碳化硅晶體生長(zhǎng)裝置，其中所述主腔室還包括固定保溫墻和可動(dòng)保溫墻，可動(dòng)保溫墻位于樣品傳送的通路上，該固定保溫墻和可動(dòng)保溫墻環(huán)繞在晶體生長(zhǎng)的主腔室的內(nèi)壁，在固定保溫墻和可動(dòng)保溫墻的中間形成樣品生長(zhǎng)腔室。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的連續(xù)型HTCVD法碳化硅晶體生長(zhǎng)裝置，其中所述可動(dòng)保溫墻的數(shù)量為2個(gè)，分別位于所述第一輔助腔室與所述主腔室，所述主腔室與所述第二輔助腔室的連接處；當(dāng)晶體生長(zhǎng)完成時(shí)，通過(guò)降低所述可動(dòng)保溫墻，使得所述第一輔助腔室和/或第二輔助腔室內(nèi)的桿狀部件能夠從所述主腔室中輸送和/或取出可動(dòng)托盤。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)型HTCVD法碳化硅晶體生長(zhǎng)裝置，其中所述主腔室內(nèi)的樣品生長(zhǎng)室內(nèi)還包括一感應(yīng)加熱桶和位于感應(yīng)加熱桶外的感應(yīng)加熱線圈，一絕緣保溫套， 該絕緣保溫套位于感應(yīng)加熱桶的四周。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)型HTCVD法碳化硅晶體生長(zhǎng)裝置，其中所述輸送源氣體的管路是由雙層或多層套管構(gòu)成，其中外部套管與內(nèi)部套管之間的通道所輸送的氣體用于限制所述內(nèi)部套管的氣體流向。
全文摘要
一種連續(xù)型HTCVD法碳化硅晶體生長(zhǎng)裝置，包括一主腔室，為一圓柱形的中空體，用于提供晶體生長(zhǎng)的真空環(huán)境，該主腔室的徑向穿過(guò)一尾氣管路，在尾氣管路的下方通入一源氣體管路；一可動(dòng)托盤位于主腔室內(nèi)，在源氣體管路的上方；一固定托盤位于主腔室內(nèi)，在可動(dòng)托盤的上方；一第一輔助腔室用于提供真空緩沖環(huán)境，并在該環(huán)境下向所述主腔室提供樣品，該第一輔助腔室位于主腔室的一側(cè)，與主腔室連通，在主腔室與第一輔助腔室之間有一第一閘門；一第二輔助腔室用于提供真空緩沖環(huán)境，并在該環(huán)境下向所述主腔室取出樣品，該第二輔助腔室位于主腔室的另一側(cè)，與主腔室連通，在主腔室與第二輔助腔室之間有一第二閘門；其中所述第一和第二輔助腔室通過(guò)第一、第二閘門分別與所述主腔室隔離。
文檔編號(hào)C30B29/36GK102304763SQ20111026789
公開(kāi)日2012年1月4日 申請(qǐng)日期2011年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月8日
發(fā)明者劉興昉, 孫國(guó)勝, 曾一平, 李晉閩, 王雷, 董林, 趙萬(wàn)順, 鄭柳, 閆果果 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所