一种半导体合成装置和合成方法制造方法及图纸

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。本发明专利技术的装置允许一次制作多个品质优良的晶棒。

Semiconductor synthesis device and synthesis method

A semiconductor synthesis device for horizontal Bridgeman method is described in which the synthesis device comprises a sealed reactor tube, a first furnace body and a second furnace body, wherein the first furnace body and the second furnace body are connected by an intermediate pipe and the reaction pipe is placed in a furnace cavity jointly defined by the first furnace body, an intermediate pipe and a second furnace body. The first and second furnace bodies are separately provided with temperature control devices, wherein a plurality of horizontal boat containers are arranged at different positions in the horizontal direction of the reaction tube, and the plurality of horizontal boat containers include at least one horizontal boat container of the first layer, and at least one horizontal boat container of the first layer is provided with a bracket device, and the bracket is mounted on the bracket. A second-layer horizontal boat vessel is superposed, wherein the support device is arranged to support the second-layer horizontal boat vessel, and a gap is provided between the first-layer horizontal boat vessel and the second-layer horizontal boat vessel. The device of the invention allows a plurality of crystal rods with good quality to be produced at one time.

【技术实现步骤摘要】
一种半导体合成装置和合成方法
本专利技术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。
技术介绍
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。CN107268085A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。专利技术内容[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，专利技术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，提出了本专利技术。本专利技术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。本专利技术的第二方面提供了一种砷化镓多晶的合成装置，包括本专利技术第一方面所述的装置，所述第一炉体为低温区炉体和所述第二炉体为高温区炉体，装有砷的水平舟容器和装有镓的水平舟容器分别放置在所述低温区炉体内和所述高温区炉体内，装有镓的水平舟容器设置为叠置，以在一次制备过程中提供多个砷化镓多晶棒。本专利技术的第三方面提供了一种砷化镓多晶的合成方法，使用本专利技术第二方面所述的装置，其中，在叠置的水平舟中，上层水平舟容器的装料重量小于下层水平舟容器的装料重量。[有益效果]本专利技术提出有利于上层舟放置的支架构造。基于此，本专利技术提出将水平舟容器叠层放置，特别适合改进HB法的合成装置。本专利技术的多个水平舟容器叠层放置的构造稳定，可使反应正常地顺利进行，提高生产效率，降低成本。更为有利的是，在不增加反应管容积的情况下，本专利技术可一次制作多根晶棒。此外，也可以改善采用更多种化学反应组分的应用。为了进一步优化利用多层水平舟容器制得的晶棒的品质，本专利技术的装置通过第一炉体和第二炉体分别单独设置温度控制装置，实现了有效地独立控制高温区与低温区的温度，减少不期望的热辐射影响，以及，防止因石英管变形和开裂等导致的多晶料氧化或砷泄露，从而得到配比均匀、性能良好的多个半导体化合物晶棒。此外，本专利技术提供的装置，可进一步改善半导体的合成、半导体掺杂工艺。本专利技术提供了在密闭反应管中将水平舟容器叠置的设计，特别提供了在第一层水平舟容器上设置支架装置，在支架装置上叠置第二层水平舟容器的独特设计，并且配合高温区与低温区的温度相对较为独立的控制。相比传统设计，有利于开发新的半导体制备工艺，新的半导体合成方法，以及新的半导体产品。附图说明图1是本专利技术一实施例的反应装置示意图；图2是本专利技术一实施例的反应装置示意图；图3是本专利技术一实施例的反应装置示意图；图4是本专利技术一实施例的反应装置示意图；图5是本专利技术一实施例的反应装置示意图；图6是本专利技术一实施例所用水平舟容器的投影示意图；图7是本专利技术一实施例所用水平舟容器的投影示意图；图8是本专利技术一实施例所用水平舟容器的投影示意图；图9是本专利技术一实施例所用水平舟容器的横截面示意图；图10是本专利技术一实施例所用水平舟容器的横截面示意图；图11是本专利技术一实施例所用水平舟容器的俯视图；图12是本专利技术一实施例所用支架的结构示意图；图13是本专利技术一实施例所用支架的结构示意图。具体实施方式下文结合附图描述本专利技术的实施方式。通篇附图中采用相似的附图标记描述相似或相同的部件。这里披露的不同特征可以单独使用，或者彼此改变组合，没有规定将本专利技术限定于文中描述的特定组合。由此，所描述的实施方式不用于限定权利要求的范围。说明中可能采用短语“在一实施方式中”、“在实施方式中”、“在一些实施方式中”，或者“在其他实施方式中”，分别可以各指根据本文披露的一个或多个相同或者不同的实施方式。还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括上述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。[实施例1]如图1所示，实施例1是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4、第一炉体1和第二炉体2，第一炉体1和第二炉体2由中间管道8连接，反应管4放置在由第一炉体1、中间管道8、第二炉体2共同限定的炉腔中，对应所述第一炉体1和第二炉体2分别单独设置温度控制装置9-1、9-2。提供1000℃以下加热的温度控制装置9-1包括2-4段控温单元，提供高于1000℃加热的温度控制装置9-2包括5-7段控温单元。控温单元用来控制炉体的温度，可包括加热单元和测温单元。加热单元可通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一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。

【技术特征摘要】
1.一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。2.根据权利要求1所述的半导体合成装置，在所述中间管道的外周包覆有保温材料。3.根据权利要求1或2所述的半导体合成装置，其中，第一炉体和所述第二炉体至少之一的内侧壁进一步设置间隔层，以在间隔层包围空间内限定均匀加热的炉腔。4.根据权利要求3所述的半导体合成装置，其中，所述间隔层构造为石英管、碳化硅管、莫来石管或其组合套管。5.根据权利要求3所述的半导体合成装置，其中，所述密闭反应管在第一炉体和所述第二炉体中放置时，与所述内侧壁之间由所述间隔层隔开。6.根据权利要求1-5中任一项所述的半导体合成装置，其中，提供1000℃以下加热的温度控制装置包括2-4段控温单元，提供高于1000℃加热的温度控制装置包括5-7段控温单元。7.根据权利要求1-6中任一项所述的半导体合成装置，其中，所述第一炉体和所述第二炉体之间的间距为15-20cm。8.根据权利要求2-7中任一项所述的半导体合成装置，其中，在所述中间管道的外周包覆的保温材料为低密度保温材料，其包覆厚度为3cm-5cm。9.根据权利要求1-8中任一项所述的半导体合成装置，其中，所述支架装置为单独设置的部件。10.根据权利要求1-8中任一项所述的半导体合成装置，其中，所述支架装置与水平舟容器一体设置。11.根据权利要求10所述的半导体合成装置，其中，所述支架装置与第一层水平舟...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷仁贵，肖亚东，谈笑天，
申请(专利权)人：汉能新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11