一种碳化硅化学气相沉积方法及反应器技术

本发明专利技术涉及半导体材料成型领域，尤其涉及一种碳化硅化学气相沉积方法及反应器，本发明专利技术在化学气相沉积过程中采用反应气体入口分开布置的方式，Ar、H2由圆盘中心通入，CH3SiCl3反应气体由圆盘式反应器顶部通入，可以更好地通过控制反应气体流量的方式控制基底表面的碳硅比，调整晶体沉积质量。同时在碳化硅沉积过程中通过将基底设置在单独的反应腔之中，能够增加反应气体在基底表面停留时间的同时，提高气流分布均匀性，从而有效提高碳化硅沉积速率与均匀性。此外，本发明专利技术中的圆盘式反应器高度可以适当压缩，其结构更为紧凑占地面积更小，因而制造所需材料少，从而有效降低成本。从而有效降低成本。从而有效降低成本。

【技术实现步骤摘要】
一种碳化硅化学气相沉积方法及反应器


[0001]本专利技术涉及半导体材料成型领域，尤其涉及一种碳化硅化学气相沉积方法及反应器。

技术介绍

[0002]近些年来，随着信息技术的发展，第三代半导体材料由于其优异的机械、热力、电子性能，一步步走上半导体材料的历史舞台，在新能源汽车、军用雷达、5G通讯器件等领域展现了非常诱人的应用前景。碳化硅热导率高，可以工作于温度条件更加恶劣的环境；击穿电压高，可用于制造更高功率的通讯器件；此外，碳化硅还有更高的饱和电子迁移率。进入21世纪，碳化硅材料的研发取得了重大突破，且已实现由小规模生长到大规模量产的进化。
[0003]碳化硅半导体器件主要的生产方法是化学气相沉积法，因其具有设备简单，生长速度快，生长较为稳定的特点。目前，商业化碳化硅化学气相沉积主要设备为立式或者水平式壁热化学气相沉积反应器。
[0004]无论是传统的立式反应器或者水平式反应器，都存在以下几个主要问题：（1）所有反应气体与载流气体入口均布置于同一位置，随主气流输送至基底表面，难于控制基底表面碳硅比与沉积均匀性。（2）反应器筒体积较大，占地面积大，设备制造成本较高，且设备利用率不高。（3）各个基底在反应器中对应的反应物气流状态不相同，基底生长质量与沉积速度不相同，生产出的晶体沉积厚度与质量差别较大。（4）反应气体混合过早，孪生结晶现象严重，反应器工作可持续性差。

技术实现思路

[0005]本专利技术是为了克服现有技术中化学气相沉积碳化硅的过程中得到的碳化硅薄膜质量参差不齐的问题，提供了一种碳化硅化学气相沉积方法及反应器以克服上述缺陷。
[0006]为实现上述专利技术目的，本专利技术通过以下技术方案实现：第一方面，本专利技术首先提供了一种碳化硅化学气相沉积方法，包括以下步骤：（1）提供一个圆盘状的化学气相沉积室；所述化学气相沉积室包括位于中心处的还原气体通入管；（2）在化学气相沉积室内部环绕还原气体通入管设置挡板；从而将化学气相沉积室沿周向分隔成若干相互独立且呈扇形的反应腔；（3）在反应腔靠近还原气体通入管处设置与还原气体通入管相连通的还原气体入口；在反应腔上端设置前驱体气体入口；在化学气相沉积室设置与反应腔相连通的气流出口；（4）在所述反应腔的中心处放置基底；从还原气体入口注入含有氢气以及惰性气体的还原气体；从前驱体气体入口向反应腔注入含Si以及C元素的前驱体气体；
前驱体气体与氢气在反应腔中混合并发生反应，从而在基底的表面沉积碳化硅薄膜；（5）反应尾气从气流出口排出。
[0007]传统的碳化硅薄膜在沉积过程中通常是将惰性气体、还原性气体和前驱体气体统一布置于水平式反应器的中部，在这三种气体在反应器的中部经过混合后，得到的混合气体随气流扩散至基底表面，从而在在基底表面沉积生长碳化硅。
[0008]这种气相沉积方式虽然原理简单，同时对于设备的要求较低，但是在长久的实际使用下本申请的专利技术人发现：采用这种反应气体入口的布置方式，难以控制基底表面的碳硅比，同时反应性气体在基底表面的分布均匀性较差，以上两点最终导致沉积形成的碳化硅薄膜均匀性较差，且同时容易在基底以外区域发生孪生结晶现象，同时影响设备运行。
[0009]本专利技术针对现有技术中的上述缺陷，提供了一种新的解决思路。首先本专利技术在气相沉积碳化硅薄膜的过程中重新布局了化学气相沉积室内部的结构，同时还重新布局了反应性气体的通入方式。
[0010]针对化学气相沉积室内部的结构：本申请专利技术人将原本常规的圆盘状的水平式反应器内部通过挡板进行分割，从而将化学气相沉积室沿周向分隔成若干相互独立且呈扇形的反应腔。反应腔的数量可以由挡板的数量决定，因此可以通过增加挡板数量的方式，将该反应器分割为更多扇形生长空间，实现更多基底生长。
[0011]由于各个反应腔的空间相对较小，且互相独立，当将基底分别置于不同的反应腔内部时，反应性气体在通入到各个反应腔内部后，反应气体在基底表面的浓度以及均匀性能够有效提升，因此使得碳化硅能够在基底表面均匀沉积，从而对沉积反应速率及沉积均匀性具有积极影响。
[0012]此外，由于各个反应腔之间相互独立设置，因此相邻之间的反应腔内部的反应条件不会相互影响，使得每个基底的沉积情况能够分别独立控制。
[0013]针对反应性气体的通入方式：如上所述，现有技术中的圆盘式化学气相沉积反应器通常是将所有的反应性气体全部从中部通入混合，因而导致基底表面的碳硅比以及分布均匀性难以控制。因此，本专利技术采用了另一种新型的反应气体通入方式，本专利技术中含有氢气以及惰性气体的还原气体依旧按照传统的布置方式，从圆盘状的沉积室中部通入，而含Si以及C元素的前驱体气体则是从反应腔的顶部位于每个基底的上方通入，由于前驱体气体入口正对基底，可以更好地通过控制反应气体流量的方式控制基底表面的碳硅比，调整晶体沉积质量。当还原气体均匀通入到反应腔中后，能够根据还原气体中氢气的含量从而单独控制前驱体气体的通入量，其两者在反应腔中均匀混合，从而在基底的表面产生还原反应，最终在基底的表面沉积一层分布均匀的碳化硅薄膜，且还能够防止在基底以外区域（主要是设备入口部位）发生孪生结晶现象，影响设备运行。同时反应尾气由反应器侧壁流出，从而能够保证整体气流的均匀性。
[0014]此外，本专利技术中的圆盘式反应器高度可以适当压缩，其结构更为紧凑占地面积更小，因而制造所需材料少，从而有效降低成本。
[0015]因此，综上所述，本申请通过控制化学气相沉积室内部的结构以及反应性气体的通入方式有效提升了炭化硅薄膜的沉积速率以及沉积均匀性。
[0016]作为优选，所述还原气体入口水平布置；
所述前驱体气体入口的角度可调节；所述前驱体气体入口与还原气体入口之间的夹角为45
°‑ꢀ
90
°
。
[0017]本技术方案中碳化硅在化学气相沉积过程中其前驱体气体入口的角度可根据基底生长的实际效果而调节，从而能够进一步提高基底沉积质量。
[0018]作为优选，所述前驱体气体入口与基底之间的距离大于前驱体气体入口与反应腔顶部之间的距离。
[0019]本申请文件中的反应性气体的通入过程如下：首先向还原气体通入管中通入含有氢气以及惰性气体的还原气体，这些还原气体能够沿着还原气体入口进入到反应腔内部，同时通过前驱体气体入口向反应腔内部通入前驱体气体，此时前驱体气体便能够与还原性气体产生对流，从而能够有效将还原性气体与前驱体气体均匀混合，然后还原性气体以及前驱体气体便随着气流均匀分布于基体的表面，从而可以更好地调节各个基底表面反应气体的分布以及碳硅比。并且由于对流的存在，使得反应气体在基底表面停留时间能够有效增加，使得碳化硅在基底表面的沉积效果有效提升。
[0020]此外，本专利技术中由于还原气体与前驱体气体在相互混合的过程中会在基底上方产生对流，但是经过申请人的实际测试后发现前驱体气体入口与基底之间的距离对于最终的混合效果有着明显的影响。
[0021]当基底与前驱体气体入口的距离过小时，会导致还原气体与前驱体气体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳化硅化学气相沉积方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）提供一个圆盘状的化学气相沉积室；所述化学气相沉积室包括位于中心处的还原气体通入管；（2）在化学气相沉积室内部环绕还原气体通入管设置挡板；从而将化学气相沉积室沿周向分隔成若干相互独立且呈扇形的反应腔；（3）在反应腔靠近还原气体通入管处设置与还原气体通入管相连通的还原气体入口；在反应腔上端设置前驱体气体入口；在化学气相沉积室设置与反应腔相连通的气流出口；（4）在所述反应腔的中心处放置基底；从还原气体入口注入含有氢气以及惰性气体的还原气体；从前驱体气体入口向反应腔注入含Si以及C元素的前驱体气体；前驱体气体与氢气在反应腔中混合并发生反应，从而在基底的表面沉积碳化硅薄膜；（5）反应尾气从气流出口排出。2.根据权利要求1所述的一种碳化硅化学气相沉积方法，其特征在于，所述还原气体入口水平布置；所述前驱体气体入口角度可调节；所述前驱体气体入口与水平面之间的夹角为45
°‑ꢀ
90
°
。3.根据权利要求1或2所述的一种碳化硅化学气相沉积方法，其特征在于，所述前驱体气体入口与基底之间的距离大于前驱体气体入口与反应腔顶部之间的距离。4.根据权利要求3所述的一种碳化硅化学气相沉积方法，其特征在于，所述还原气体入口与沉积室底部之间的间距为反应器高度的1/2；所述前驱体气体入口与基底之间的间距为反应腔高度的2/3。5.根据权利要求1或...

【专利技术属性】
技术研发人员：高冰，叶宏亮，李俊，
申请(专利权)人：浙江晶越半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：