[发明专利]碳化硅化学气相外延载物台装置

说明书

技术领域

本发明涉及化学气相沉积领域，涉及一种碳化硅晶片化学气相外延载物台装置；本发明具体涉及一种分体式载物台装置，该装置包括船型石英舟、石英托垫和石墨板。

背景技术

碳化硅(SiC)是一种第三代宽禁带半导体。和硅(Si)相比，SiC具有宽禁带和低本征载流子浓度，因此在很高温度下也能保持半导体特性，从而使SiC基半导体器件可以在更高的温度下工作。此外，SiC的高击穿场强、高热导率以及高的结工作温度使得SiC器件可以实现高功率密度和高效率。因此，SiC晶体材料的发展及其在半导体产业中的应用将对电子信息产业技术的发展产生重要影响。

目前获得大尺寸碳化硅晶片的途径主要是通过物理气相传输法(PVT法)生长得到碳化硅晶锭，通过切割晶锭获得SiC晶片。通过这种方法获得的商业晶片晶面一般是(0001)Si面/(000)C面，或是偏离基平面一定角度，并且具有一定的掺杂浓度。在低于1800℃时，大部分掺杂质在SiC晶体中的扩散系数非常小，因此SiC器件的结稳定性很好。器件在高温下长时间工作时，掺杂质的这种扩散是需要尽量避免的。不过这个特性也使得传统的离子注入工艺(一种大规模应用在Si微电子器件制备的非常有用的技术)很难应用在SiC图形化掺杂中。

为了获得一定厚度，特定掺杂类型和浓度的高质量SiC功能层，通过化学气相沉积(CVD)进行外延是目前产用的主流方法。SiC的化学气相外延一般需要高达1500℃的高温，通过载气氢气(H₂)将含有硅和碳组分的源气体以及掺杂质源输送进反应室内。源物质在反应室内高温裂解后在SiC衬底上进行沉积生长获得所需外延膜。

SiC外延用的CVD设备是一个复杂系统，对于常见的水平式冷壁CVD系统而言，系统一般由起源系统、反应室、加热系统、尾气系统以及控制系统等组成。水平式冷壁CVD的反应室通常是圆形的石英管(可能有一定形状改进)。SiC外延的一般工艺对载物台的设计有一些基本要求，首先，载物台需对H₂以及其它源气体高温下化学惰性；其次，载物台能够通过感应加热的方式进行加热以使反应进行；最后，载物台的设计应考虑能够在一定的工艺条件下得到最优的外延膜的质量。这些特殊要求使得SiC外延用的载物台相对于普通的CVD载物台设计有一些特别考虑。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单的，能够极大提高外延膜质量的，大面积的SiC晶片外延所需的载物台装置。

为了实现上述目的，本发明提供一种分体式载物台，它包括：船型石英舟、石英托垫和石墨板；其中，所述船型石英舟前端为倾斜面，该倾斜面后设置下凹平台面；所述石英托垫放置于所述下凹平台面上；所述石墨板放置于石英托垫上。

在本发明一个实施方式中，所述船型石英舟前端是具有10°-20°的角度的斜坡面。所述船型石英舟在斜坡面后是一个平台面，此平台位置较低。在一个实施方式中，在所述船型石英舟平台面的前后端分别设置凸起的小石英柱，该石英柱的直径为3mm，高度2-3mm。

在本发明一个实施方式中，所述石英托垫为石英玻璃板，所述石英玻璃板的大小与船型石英舟平台面匹配。所述石英托垫前后端设置有半圆形定位缺口，该定位缺口的大小和位置与船型石英舟上的小石英柱匹配。所述石英托垫的前后端分别设置凸起支撑；其中，前端支撑低于后端支撑；所述凸起支撑的高低使其上放置的石墨板的上表面与石英舟前端倾斜面处于同一平面。

在本发明一个实施方式中，所述石英托垫的前端支撑为台阶状，以固定石墨板。在本发明优选的实施方式中，所述石英托垫的前后端设置4个凸起支撑，其中，前端2个支撑低于后端2个支撑；所述凸起支撑的高低使其上放置的石墨板的上表面与石英舟前端倾斜面处于同一平面。

在本发明一个实施方式中，所述船型石英舟与石英托垫均为高纯石英，其指标不低于美国GE214透明熔凝石英。

在本发明一个实施方式中，所述石墨板上表面四周高于中间区域，在此形成放置衬底的区域，其中，四周与中间区域的高度差与衬底厚度相当。所述石墨板为高纯石墨压制形成的硬质块体，该硬质块体任选涂覆有碳化硅或碳化钽。