[发明专利]悬挂式双面外延生长装置

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition，CVD)悬挂式双面外延生长装置。

背景技术

当前，许多关键半导体材料都采用CVD方法制备，如在硅基衬底上异质外延3C-SiC，在4H-SiC衬底上同质外延4H-SiC，在蓝宝石衬底上异质外延GaN，在Cu、Ni等金属衬底或锗衬底上异质外延石墨烯等。通常，CVD生长方案如图1所示，其核心是将衬底片104平铺在可旋转载盘105上，其特点是衬底片与载盘接触的表面无外延生长，只有衬底片的另一表面可以进行外延生长。由于硅衬底与其上的外延材料往往存在较大的晶格失配、热失配，如3C-SiC与Si的晶格失配达20％，热失配达8％，随着外延层增厚，失配应力增大，到一定程度后硅衬底会翘曲，这会降低外延材料的品质，并且不利于后续半导体工艺的实施。如果能够同时在硅衬底的两个表面进行外延生长，则可以消除上述不利影响。在GaN基LED技术中，虽然蓝宝石衬底生长GaN后不易翘曲，单面外延生长影响不大，但是蓝宝石衬底是可以剥离的，如果可以在蓝宝石衬底上双面异质外延，则可以将生产效率提高一倍，相应的载气、反应源气使用效率也可以提高。在石墨烯的生长方案中，情况也类似上述。目前商业CVD设备其气体利用率一般只有10-20％。因此，基于上述原因，急需发展新的高效生长装置以及对应的生长方法来进一步扩展CVD方法的外延生长能力。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种悬挂式双面外延生长装置，其能够为单片直径达六至八英寸、单次同时双面外延制备提供装置及方法支持，既可以避免外延材料翘曲，又可以提高外延生产效率、提高气体利用率、降低能耗等。

本发明提供一种悬挂式双面外延生长装置，包括：

一悬挂式片架，该悬挂式片架包括：

三个立柱，每一立柱上开有凹槽，每个立柱上的凹槽有一个或多个，三个立柱相同高度位置的凹槽构成一组；

其中将三个立柱等距竖立排列，使三个立柱分别位于一等边三角形三个顶点处，将一衬底插入到立柱的凹槽内，使衬底悬挂于片架上，形成双面悬空的效果。

相比于一般化学气相沉积装置，本发明避免了单面生长可能引起翘曲的不利影响，也避免了单面生长引起生产效率较低的不利影响，而是采用可扩展、易于布署的悬挂架硬件结构，不再像现有技术那样将衬底平铺在转盘上，从而只能在一个表面进行外延生长，而是采用悬挂式装片，可以同时在衬底两个表面进行外延生长，这样既可避免硅底和外延材料之间由于失配造成的翘曲，又可以在相同的生长条件下生长更多面积的外延片，本发明采用悬挂架，其结构可靠，操作简单，可以达到避免翘曲、增加生产效率、提高生长源气利用率和降低成本的目的。

附图说明

为进一步说明本发明的技术内容，以下结合实施例及附图详细说明如后，其中：

图1示出了现有技术中CVD装置示意图；

图2示出了本发明提供的悬挂式双面外延生长装置中悬挂式片架的一个实施例的示意图；

图3示出了本发明提供的悬挂式双面外延生长装置按水平方式装载悬挂式片架的一个实施例的示意图；

图4示出了本发明提供的悬挂式双面外延生长装置按水平方式装载多片悬挂式片架的一个实施例的示意图；

图5示出了本发明提供的悬挂式双面外延生长装置按垂直方式装载悬挂式片架的一个实施例的示意图；

图6示出了本发明提供的悬挂式双面外延生长装置按垂直方式装载多片悬挂式片架的一个实施例的示意图；

图7示出了本发明提供的由悬挂式双面外延生长装置生长硅基异质外延n型3C-SiC的一个实施例的示意图；

图8示出了本发明提供的由悬挂式双面外延生长装置生长基于4H-SiC同质外延的PiN结构材料的一个实施例的示意图；

图9示出了本发明提供的由悬挂式双面外延生长装置生长在锗衬底上异质外延石墨烯的一个实施例的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明示例性的实施例进行描述。为了清楚和简要起见，实际的实施例并不局限于说明书中所描述的这些技术特征。然而，应该理解的是，在改进任何一个所述实际实施例的过程中，多个具体实施例的决定必须是能够实现改进人员的特定目标，例如，遵从行业相关和商业相关的限制，所述限制随着实施例的不同而变化。而且，应该理解的是，前述改进的效果即使是非常复杂和耗时的，但是这对于知晓本发明益处的本领域技术人员来说仍然是常规技术手段。