[发明专利]一种高温大面积碳化硅外延生长装置及处理方法

说明书

技术领域：

本发明涉及碳化硅外延生长技术领域，特别设计一种高温大面积碳化硅外延生长装置及处理方法。

背景技术：

近年来，由于军事、航天、雷达通信、电力传输、汽车工业和工业过程控制等领域对耐高温、大功率电力电子器件的需求不断增大，以碳化硅（SiC）为代表的宽禁带半导体日益受到人们的关注。SiC是继硅（Si）和砷化镓（GaAs）材料之后出现的第三代半导体材料，和传统的硅（Si）材料相比，SiC拥有明显的优势。例如，其禁带宽度是Si的3倍，饱和电子漂移速率是Si的2.5倍，击穿电场是Si的10倍。因此，其在高温、高频和大功率器件等领域有着巨大的应用潜力。目前，国际上已经成功研制出一系列具有不同结构和不同耐压的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已经成功商品化。而在我国SiC功率器件的研制尚属于起步阶段，如何填补国内SiC功率器件产业化空白已成为一个亟待解决的问题。

不同种类的SiC功率器件需要不同厚度和掺杂浓度的外延漂移层，而目前制备碳化硅外延层的主要方法是高温化学气相沉积(CVD)技术。所谓化学气相沉积技术，就是利用载气将反应气体如硅烷、丙烷等运输到外延生长室内，使它们在热衬底上发生化学反应并沉积得到碳化硅（SiC）外延材料。因为SiC外延层的结晶质量、缺陷密度和表面粗糙度对SiC功率器件的性能有着至关重要的影响，所以SiC外延生长技术是其功率器件制备的关键工艺。

为推动SiC功率器件的产业化发展，必须尽可能的降低其功率器件的生产成本，而在大尺寸SiC外延晶片上制备SiC功率器件能够有效地降低其生产成本。因此，发展大面积、多片SiC外延生长装置能够有效地促进SiC外延晶片及其器件的产业化进程。然而，随着生产型外延系统所用的SiC衬底的直径和一次装载晶片数量不断地增加，人们对生产出的外延晶片的均匀性（掺杂与厚度）的要求也越来越高。目前，国际上生产SiC外延系统普遍采用多片卫星盘式结构，在该结构中，SiC衬底沿生长大盘的外围圆周法线方向等间距放置；生长时反应气体沿生长大盘径向方向由中心向其外围扩散，经过SiC衬底时便沉积得到SiC外延层。由于气流只需经过每个衬底的直径距离便可以完成沉积，这使得生长工艺的优化只需在一个晶片直径范围内进行。然而，随着晶片直径的增大，该结构的缺点也越来越突出。在该结构中，气体沿径向方向流动，其截面积不断增大；由于气体流速的迅速降低，使本来就存在的气体的耗尽效应显得更加突出，从而增大了外延晶片的不均匀性。对于较大直径的晶片而言，就更加显著。

另外，就SiC外延设备的气密隔离外壳的材料而言，目前普遍采用石英管结构。由于设备的反应腔室设置于石英管内部，随着SiC外延设备的容量（包括晶片直径和晶片数量）不断提高，石英管的直径必须不断扩大以满足设备扩容需求。大直径的石英管不但易于损坏，而且其加工难度也很大，这就给设备的制造和安全性提出了很大的挑战。因此，如何设计一种大面积多片SiC外延系统已成为一个亟待解决的难题。

发明内容：

本发明所要解决的第一个技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种高温大面积碳化硅外延生长装置，该装置不但能够实现大面积SiC外延生长，而且还可以实现多片生长，并能保证外延晶片的均匀性需求。

为了解决上述技术问题，本发明采用了下述技术方案：该装置包括：一密闭工作室，该工作室具有进样门；一反应腔室，该反应腔室位于所述的工作室内；一加热组件，该加热组件位于反应腔室的外围，通过加热组件对反应腔室进行加热；于反应腔室内设置有托盘槽，承载有碳化硅衬底的托盘放置于该托盘槽内；上述的反应腔室具有一前后贯穿的通道，于通道的两端分别设置有进气装置和出气装置，所述的进气装置和出气装置安装在工作室上，气体由进气装置进入反应腔室内，并由出气装置排出。

进一步而言，上述技术方案中，所述的工作室呈长方体，其由底盘、上盖和围设于四周的侧壁构成，其中于相对两侧壁上设置有进样门和备用门。

进一步而言，上述技术方案中，所述的反应腔室由腔室上盖、腔室侧壁和腔室底盘围设形成一通道，于所述的腔室底盘上开设有供托盘放置的托盘槽。

进一步而言，上述技术方案中，所述的进气装置包括：一进气器、进气底盘和进气通道，所述的进气通道通过进气底盘与进气器连通；所述的进气通道安装在工作室的底盘上，其进气口与外部的气体输出装置连通；所述的进气底盘安装于进气通道的上方；所述的进气器安装在进气底盘上。