掺杂源供应管路及化学气相沉积系统技术方案

本发明专利技术揭示了掺杂源供应管路及化学气相沉积系统，掺杂源供应管路包括载气源以及用于盛装有机金属源的水浴系统，还包括载气输送管路，连接所述载气和水浴系统，以将载气通入到有机金属源内；有机金属源气体输送管路，使水浴系统与反应腔及废弃处理系统连接，并且其与反应腔连接的第一支路上有且仅有一个第一质量流量控制器；稀释管路，连接载气源和有机金属源气体输送管路的主管路，用于对主管路中掺杂源气体的浓度进行稀释。本发明专利技术只需要一个质量流量控制器就能够满足掺杂源气体浓度大跨度的调整需求，省去了多个质量流量控制器带来的管路成本，并且输出区域的管路结构更加简洁；同时，浓度的调整更加便利。

Doping Source Supply Pipeline and Chemical Vapor Deposition System

The invention discloses a doping source supply pipeline and a chemical vapor deposition system. The doping source supply pipeline includes a carrier gas source and a water bath system for containing organic metal sources, and also includes a carrier gas transmission pipeline, which connects the carrier gas and the water bath system to channel the carrier gas into the organic metal sources; an organic metal source gas transmission pipeline enables the water bath system and the reaction chamber and the waste treatment system. The first branch connected with the reaction chamber has and only has a first mass flow controller; the dilution pipeline, the main pipeline connecting the carrier gas source and the organic metal source gas transmission pipeline, is used to dilute the concentration of doped source gas in the main pipeline. The invention only needs a mass flow controller to satisfy the requirement of large-span adjustment of doping source gas concentration, eliminates the pipeline cost brought by multiple mass flow controllers, and simplifies the pipeline structure of the output area; at the same time, the adjustment of concentration is more convenient.

【技术实现步骤摘要】
掺杂源供应管路及化学气相沉积系统
本专利技术涉及碳化硅外延生长领域，尤其是掺杂源供应管路及化学气相沉积系统。
技术介绍
碳化硅是第三代宽禁带半导体材料，具有宽禁带、高击穿电压、高热导率、高电子饱和漂移速率、高电子迁移率、小介电常数、强抗辐射性、高化学稳定性等优点，是制造高温、高频、大功率、抗辐射、非挥发存储器件及光电集成器件的关键材料。碳化硅电力电子器件具有转换效率高、耐高温、抗辐射等特点，已经逐渐在电力转换、太阳能光伏、电动汽车、高效马达等领域取代硅器件。碳化硅电力电子器件的性能，取决于碳化硅外延材料的质量。在碳化硅外延层掺杂过程中，掺杂源的浓度（单位体积内掺杂源的原子或分子数量）变化跨度较大，需要在1015cm-3——1020cm-3之间进行调整，现有的掺杂源供应管路通过多条带有不同流量范围的质量流量控制器的管路来满足输送到反应室中的掺杂源浓度的大跨度调整的需要，但是由于每个质量流量控制的调整范围是有限的，在如此大跨度的浓度调整时，需要的质量流量控制器的数量也是非常多的，而质量流量控制器的价格较高，这就造成管路的成本大大增加，同时也造成输出管路局部结构的复杂化；另外，复杂的输出管路也增加了输出浓度的控制难度。并且，现有的铝氮掺杂工艺中，通常需要两套独立的管道来分别进行铝源和氮源的供应，这就造成管路结构的进一步复杂化，导致外延生长设备的结构变大，同时增加了设备的成本。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，通过设置稀释管路，对水浴系统输出的高浓度反应气体和/或氮气供应管路输出的氮气进行稀释得到低浓度的掺杂源气体，从而满足了掺杂源浓度大跨度的调整需要，提供了管路简单、成本低的掺杂源供应管路及采用所述供应管路的化学气相沉积系统。本专利技术的目的通过以下技术方案来实现：掺杂源供应管路，包括载气源，还包括主气路、稀释管路、有机金属源供应管路和/或氮气供应管路，所述主气路连接所述稀释管路、有机金属源供应管路和/或氮气供应管路，且所述主气路通过一个第一质量流量控制器控制输入到反应腔的掺杂源供应量，所述稀释管路和有机金属源供应管路分别连接载气源。优选的，所述的掺杂源供应管路，其中：所述主气路包括主气道以及并联在所述主气道上的第一支路及第二支路，所述第一支路连接所述反应腔且其上设置所述第一质量流量控制器，所述第二支路连接废气处理系统。优选的，所述的掺杂源供应管路，其中：所述第一质量流量控制器的流量范围在500-1500sccm之间。优选的，所述的掺杂源供应管路，其中：所述第二支路包括从主气道到废气处理系统之间的管道上依次设置的第一气动阀、压力流量计、第二气动阀及手动阀，所述压力流量计的压力调整范围为0-3000torr之间。优选的，所述的掺杂源供应管路，其中：所述稀释管路至少包括依次设置在所述主气路和载气源之间的管道上的第一单向阀及第三质量流量控制器。优选的，所述的掺杂源供应管路，其中：所述有机金属源供应管路包括载气输送管路和反应源输出支路，所述载气输送管路连接载气源和用于盛装有机金属源的水浴系统，其管道上设置有第二质量流量控制器，所述反应源输出支路连接所述水浴系统及主管路。优选的，所述的掺杂源供应管路，其中：所述水浴系统输出的有机金属源气体的摩尔流量满足如下公式：其中，N为有机金属源气体的摩尔流量，单位mol/min，F为载气流量，单位cm3/min，P1为有机金属源的蒸汽压，P2为鼓泡瓶内气体压力，V=22424cm3/mol。优选的，所述的掺杂源供应管路，其中：所述第三质量流量控制器的流量范围大于所述第二质量流量控制器的流量范围。优选的，所述的掺杂源供应管路，其中：所述第三质量流量控制器的流量范围在50-150slm之间。优选的，所述的掺杂源供应管路，其中：所述第二质量流量控制器的流量范围在500-1500sccm之间。优选的，所述的掺杂源供应管路，其中：所述主气路及反应源输出支路的管道外围连续或间断设置有加热带。优选的，所述的掺杂源供应管路，其中：所述氮气输送管路包括氮气源、并联连接氮气源的第一氮气支路、第二氮气支路以及位于氮气输出端的第二单向阀，所述第二氮气支路上设置有第四质量流量控制器。优选的，所述的掺杂源供应管路，其中：所述第四质量流量控制器的流量范围在15-30sccm之间优选的，所述的掺杂源供应管路，其中：所述第一支路连接位于反应腔内的反应气体输出管路，所述反应气体输出管路上的出气孔的朝向与反应气体的上升方向相反且背向衬底。优选的，所述的掺杂源供应管路，其中：所述气相沉积炉与上述任一的掺杂源供应管路连接。本专利技术技术方案的优点主要体现在：本专利技术设计精巧，结构简单，通过设置大流量调整范围的稀释管路，能够对有机金属源供应管路和/或氮气供应管路输出的高浓度掺杂源气体进行稀释，并且可以通过调整稀释管路的气体输出来实现掺杂源浓度的大跨度调整，在经过输出端的质量流量控制器之前，浓度范围就事先调整到合适的范围，因此在输入到反应腔时，只需要一个质量流量控制器就能够满足大浓度跨度的需求，大大简化了现有设备中通过多个质量流量控制器分别输出的结构，省去了多个质量流量控制器带来的管路成本，并且输出区域的管路结构更加简洁。同时能够有效的将有机金属源供应管路和/或氮气供应管路集成在一套管路系统中，使它们共享部分管路系统，不仅能够有效的实现金属有机源和单元的同时掺杂，也可以采用一种源单独掺杂，功能更加全面，应用范围更为广泛，并且，相对常规的两条单独的管路，结构进行精简，成本进一步降低。另外，浓度的调整更加便利，省去了从多个质量流量控制器中选择最佳的一个进行输出控制的繁琐过程。通过优选多个质量流量控制器的流量调整范围，能够有效的保证大跨度的调整需求。通过设置出气孔的朝向，能够使反应气体流出后逐步均匀的扩散到衬底区域，避免了一个气口直接朝向衬底供气时易造成气流冲击以及易使反应气体集中于某一区域，造成反应气体分布不均匀的问题，能够保证反应气体供应的均匀性，有利于提高薄膜沉积的质量。通过多条反应气体输出管路的设计，能够进一步保证反应腔内反应气氛的均匀性，进一步保证每个产品沉积质量的均匀性和多个产品同时加工时的产品一致性。附图说明图1是本专利技术的管路结构示意图。具体实施方式本专利技术的目的、优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释。这些实施例仅是应用本专利技术技术方案的典型范例，凡采取等同替换或者等效变换而形成的技术方案，均落在本专利技术要求保护的范围之内。本专利技术揭示了掺杂源供应管路，主要用于碳化硅外延层的铝和氮的掺杂，如附图1所示，包括载气源1，还包括主气路4、稀释管路5、有机金属源供应管路2和/或氮气供应管路6，所述主气路4连接所述稀释管路5、有机金属源供应管路2和/或氮气供应管路6，且所述主气路4通过一个第一质量流量控制器411控制输入到反应腔的掺杂源供应量，所述稀释管路5和有机金属源供应管路2分别连接载气源1。具体来说，如附图1所示，所述载气源1中的载气可以是已知的各种可行的载气，优选为氢气。所述载气源1与所述有机金属源供应管路2连接，所述有机金属源供应管路2包括载气输送管路3和反应源输出支路，所述载气输送管路3连接载气源1和用于盛装有机金属源的水浴系统21，所述反应源输出支路连接所述水浴系统21本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.掺杂源供应管路，包括载气源（1），其特征在于：还包括主气路（4）、稀释管路（5）、有机金属源供应管路（2）和/或氮气供应管路（6），所述主气路（4）连接所述稀释管路（5）、有机金属源供应管路（2）和/或氮气供应管路（6），且所述主气路（4）通过一个第一质量流量控制器（411）控制输入到反应腔的掺杂源供应量，所述稀释管路（5）和有机金属源供应管路（2）分别连接载气源（1）。

【技术特征摘要】
1.掺杂源供应管路，包括载气源（1），其特征在于：还包括主气路（4）、稀释管路（5）、有机金属源供应管路（2）和/或氮气供应管路（6），所述主气路（4）连接所述稀释管路（5）、有机金属源供应管路（2）和/或氮气供应管路（6），且所述主气路（4）通过一个第一质量流量控制器（411）控制输入到反应腔的掺杂源供应量，所述稀释管路（5）和有机金属源供应管路（2）分别连接载气源（1）。2.根据权利要求1所述的掺杂源供应管路，其特征在于：所述主气路（4）包括主气道（43）以及并联在所述主气道（43）上的第一支路（41）及第二支路（42），所述第一支路（41）连接所述反应腔且其上设置所述第一质量流量控制器（411），所述第二支路（42）连接废气处理系统。3.根据权利要求2所述的掺杂源供应管路，其特征在于：所述第一质量流量控制器（411）的流量范围在500-1500sccm之间。4.根据权利要求2所述的掺杂源供应管路，其特征在于：所述第二支路（42）包括从主气道到废气处理系统之间的管道上依次设置的第一气动阀（421）、压力流量计（422）、第二气动阀（423）及手动阀（424），所述压力流量计（422）的压力调整范围为0-3000torr之间。5.根据权利要求3所述的掺杂源供应管路，其特征在于：所述稀释管路（5）至少包括依次设置在所述主气路（4）和载气源（1）之间的管道上的第一单向阀（52）及第三质量流量控制器（51）。6.根据权利要求5所述的掺杂源供应管路，其特征在于：所述有机金属源供应管路（2）包括载气输送管路（3）和反应源输出支路，所述载气输送管路（3）连接载气源（1）和用于盛装有机金属源的水浴系统（21），其管道上设置有第二质量流量控制器（31），所述反应源输出支路连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：鞠涛，张立国，李哲，范亚明，张泽洪，张宝顺，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：江苏,32