[发明专利]一种半导体合成装置和合成方法

说明书

一种应用于水平布里奇曼法的半导体合成装置，其中，该合成装置包括密闭反应管、第一炉体和第二炉体，其中，第一炉体和第二炉体由中间管道连接，反应管放置在由第一炉体、中间管道、第二炉体共同限定的炉腔中，对应第一炉体和第二炉体分别单独设置温度控制装置，其中，反应管在水平方向的不同位置处布置有多个水平舟容器，多个水平舟容器包括至少一个第一层水平舟容器，在第一层水平舟容器的至少一个上设置有支架装置，在支架装置上叠置一第二层水平舟容器，其中，支架装置设置为支撑所述第二层水平舟容器，并在第一层水平舟容器和第二层水平舟容器之间提供间隙。本发明的装置允许一次制作多个品质优良的晶棒。

技术领域

本发明涉及针对采用水平布里奇曼法的半导体制备装置和方法(水平舟生产法)的改进。

背景技术

水平布里奇曼法是由Bridgman研制成功的一种制备大面积定型薄片状晶体的方法，又称为水平舟法，简称为HB法。HB法应用相当广泛，在化合物半导体晶体的生长方面，尤其如此，另外还可以用于半导体材料的掺杂上。HB法是将生长晶体的原料或掺杂原料放在一种器皿中，器皿放入圆管中，抽真空后封闭管口；用定向凝固法或定向区熔法生长晶体或使用合适的半导体掺杂方法进行半导体的掺杂。

金敏等人介绍的水平定向凝固法合成砷化镓多晶(上海应用技术学院学报，2014年9月，187-190)，在一个由8段控单晶温组成的炉体中，分别有5段高温区、1段中温区，2段低温区。将砷和镓分别放置在石英舟中并安置于石英管的一端，石英管抽真空封焊后放入水平定向凝固炉中，并将镓的一端放在高温区，砷端处于低温区域。低温区温度控制在630℃左右，高温区温度控制在1250-1255℃，通过控制不同段的降温工艺，实现砷化镓多晶的定向凝固。

CN 107268085A公开了一种半绝缘砷化镓多晶掺碳的制备装置，包括一圆筒形的加热装置，所述加热装置的一端为源区，另一端为生长区，所述加热装置的控制温度从所述源区至所述生长区递增；所述加热装置内固定设置有一石英管，所述石英管内与所述源区相对应的位置相邻设置有用于盛放石墨粉的第一PBN舟和用于盛放第Ⅲ-Ⅳ族氯化物、氟化物或氧化物的第二PBN舟，所述石英管内与所述生长区相对应的位置设有一用于盛放砷化镓多晶的第三PBN舟；所述石英管在反应时为真空密封状态。

发明内容

[要解决的技术问题]

当前本领域普遍将水平舟容器水平方向布置于密闭反应管的不同位置，因反应管内部的空间有限，进一步限制了水平舟容器的布置方式。本领域未见在反应管中将水平舟叠置的空间布置方案，特别地，没有提出使水平舟稳定叠置的设计，以及控制叠置水平舟之间间隙的技术手段。

为了同时生产多个半导体晶棒，发明人设计了实现多个水平舟容器叠置的构造，以期有效并稳定地控制叠置水平舟容器之间的空隙。进一步，多个水平舟容器叠置制得的多个半导体晶棒的均匀性品质仍有提高的空间。采用水平布里奇曼法合成晶棒时，由于热辐射等原因，高温区与低温区的温度不易控制，经常出现石英管变形和开裂等导致的多晶料氧化或砷泄露，以及多晶料尾部合成不完全等问题。

[技术方案]

为了解决上述问题，提出了本发明。

本发明的第一方面提供了一种应用于水平布里奇曼法的半导体合成装置，其中，该合成装置包括密闭反应管、第一炉体和第二炉体，其中，所述第一炉体和所述第二炉体由中间管道连接，所述反应管放置在由所述第一炉体、所述中间管道、所述第二炉体共同限定的炉腔中，对应所述第一炉体和第二炉体分别单独设置温度控制装置，其中，所述反应管在水平方向的不同位置处布置有多个水平舟容器，所述多个水平舟容器包括至少一个第一层水平舟容器，在所述第一层水平舟容器的至少一个上设置有支架装置，在所述支架装置上叠置一第二层水平舟容器，其中，所述支架装置设置为支撑所述第二层水平舟容器，并在所述第一层水平舟容器和第二层水平舟容器之间提供间隙。