一种提高碳化硅沉积速率与均匀性的方法与反应器技术

本发明专利技术涉及半导体材料成型领域，尤其涉及一种提高碳化硅沉积速率与均匀性的方法与反应器，所述方法包括以下步骤：（1）提供一个化学气相沉积室；（2）在化学气相沉积室内部设置环形挡板，从而将化学气相沉积室沿纵向分隔成若干相互连通的反应腔；（3）在所述反应腔的中心处放置基底；（4）从化学气相沉积室底部注入含有氢气以及惰性气体的还原气体；从反应腔的侧壁位于每个基底的上游位置处通入前驱体气体，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。本发明专利技术通过改变反应气体的通入方式以及位置，能够有效调节基底表面的碳硅比以及反应气体在基底表面停留时间，有效提高碳化硅沉积速率与均匀性。有效提高碳化硅沉积速率与均匀性。有效提高碳化硅沉积速率与均匀性。

【技术实现步骤摘要】
一种提高碳化硅沉积速率与均匀性的方法与反应器


[0001]本专利技术涉及半导体材料成型领域，尤其涉及一种提高碳化硅沉积速率与均匀性的方法与反应器。

技术介绍

[0002]碳化硅由于其优异的性能（包括低热膨胀系数、高电阻率和抗压强度等）被广泛应用于许多领域，例如高温换热器，汽车工业，航空航天星载镜等。此外，碳化硅还具有非常宽的禁带宽度，高电子迁移率，是一种非常好的半导体材料。
[0003]碳化硅薄膜沉积过程中的纯度与结晶情况通常取决于沉积过程中的反应物与运行条件，尤其不同的沉积反应物组成对于薄膜生长质量具有非常大的影响。碳化硅薄膜生长过程通常采用采用甲基三氯硅烷（MTS）与氢气反应得到，甲基三氯硅烷相较于其他沉积反应物，具有低毒性，易操作以及便于调整硅碳比的优点。而随着技术发展，高璧温垂直化气相沉积反应器在薄膜生长中已逐渐替代了传统的水平低璧温反应器，因此这种反应器具有大尺寸、高质量和高速度生长薄膜的优点。
[0004]高璧温立式化学气相沉积反应器在生长薄膜过程中，对沉积质量和速率最主要的影响因素包括流场稳定性、基底表面传热传质分布情况。理论和实验研究表明，薄膜沉积质量很大程度受到工作温度、压力、流量以及反应器几何形状的影响。传统垂直薄膜沉积反应器，各种反应物均由底部流入，反应物在基底表面分布均匀性以及碳硅比难于控制，得到的薄膜质量也参差不齐，不利于商业化量产。

技术实现思路

[0005]本专利技术是为了克服现有技术中的高璧温立式化学气相沉积反应器在生长薄膜过程中会导致在基底表面得到的薄膜质量参差不齐的问题，提供了一种提高碳化硅沉积速率与均匀性的方法与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提高碳化硅沉积速率与均匀性的方法，包括以下步骤：（1）提供一个化学气相沉积室；所述化学气相沉积室包括位于其底部的还原气体入口，以及位于其顶部的气流出口；（2）在化学气相沉积室内部设置环形挡板；从而将化学气相沉积室沿纵向分隔成若干相互连通的反应腔；（3）在所述反应腔的中心处放置基底，并且在反应腔的侧壁位于每个基底的上游位置处提供前驱体气体入口；（4）从还原气体入口向反应腔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）反应尾气沿化学气相沉积室上升，最终从气流出口排出。
[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底部，在这三种气体在反应器的底部经过混合后，得到的混合气体随气流输送至基底表面，从而在在基底表面沉积生长。
[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，且容易在基底以外区域发生孪生结晶现象，从而影响设备运行。
[0009]本专利技术针对现有技术中存在的上述缺陷，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一体式的反应器内部通过环形挡板进行分割，从而将化学气相沉积室沿纵向方向分隔成若干相互连通的反应腔，因此可以将基底分别置于不同的反应腔内部。由于环形挡板的设置，因此反应性气体在通入到反应腔内部时能够有效提升反应气体在基底表面停留的时间，并且提升了每个反应腔中基底表面反应物浓度分布的均匀性，因此使得反应性气体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。
[0011]针对反应性气体的通入方式：如上所述，现有技术中的立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底部通入，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，从反应器的底部流入，而含Si以及C元素的前驱体气体则是从反应腔的侧壁位于每个基底的上游位置处通入，通过各层前驱体气体入口的调节作用，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。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单独控制前驱体气体的通入量，氢气与前驱体气体在反应腔中均匀混合，从而在基底的表面发生还原反应，最终在基底的表面沉积一层分布均匀的碳化硅晶体薄膜，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。
[0012]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。
[0013]作为优选，所述环形挡板的中心处设置有圆形通孔；所述基底与环形挡板同心设置，且基底的直径大于圆形通孔的直径。
[0014]本申请文件中的反应性气体的过程如下：反应性气体首先沿着化学气相沉积室向气流下游运动，当反应性气体遇到挡板后，即可通过环形挡板的中心处的圆形通孔进入到位于气流下游的反应腔中，从而依次流经化学气相沉积室内部的各个反应腔。为了延长反应气体在各个反应腔中的停留时间，必须要延长反应气体在反应腔中的流动路径。因此，在本申请如上设置的条件下，能够有效延长反应气体的流动路径，从而能够有效增加反应气体在基底表面停留时间，使得碳化硅在基底表面的沉积效果有效提升。
[0015]同时，由于本申请中前驱体气体入口设置在反应腔的侧壁且位于每个基底的上游位置处，因此当向前驱体气体入口中通入前驱体气体后，其能够与环形挡板的中心的圆形通孔流出的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。
[0016]作为优选，所述圆形通孔的直径为基底的直径的0.8倍。
[0017]作为优选，所述基底与上游挡板之间的垂直距离大于基底与下游挡板之间的垂直距离。
[0018]本专利技术中由于还原气体与前驱体气体在基底与上游挡板之间产生对流，从而相互混合，但是经过申请人的实际测试后发现基底与上游挡板之间的垂直距离对于最终的混合效果有着明显的影响。
[0019]当基底与上游环形挡板的距离过小时，会导致还原气体与前驱体气体在基底与上游环形挡板之间的混合不均匀的现象，导致基底表面的碳硅比存在误差，从而对最终的沉积效果存在一定的负面影响。
[0020]本专利技术技术方案中的基底与上游环形挡板的距离大于基底与下游环形挡板距离，这种布置方式可以保证基底上游具有足够的空间，以保证反应气体充分混合，从而提高沉积反应气体的均匀性。同时，在挡板作用下，基底分别处于不同的小腔室内，保证沉积气体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高碳化硅沉积速率与均匀性的方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）提供一个化学气相沉积室；所述化学气相沉积室包括位于其底部的还原气体入口，以及位于其顶部的气流出口；（2）在化学气相沉积室内部设置环形挡板；从而将化学气相沉积室沿纵向分隔成若干相互连通的反应腔；（3）在所述反应腔的中心处放置基底，并且在反应腔的侧壁位于每个基底的上游位置处提供前驱体气体入口；（4）从还原气体入口向反应腔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）反应尾气沿化学气相沉积室上升，最终从气流出口排出。2.根据权利要求1所述的一种提高碳化硅沉积速率与均匀性的方法，其特征在于，所述环形挡板的中心处设置有圆形通孔；所述基底与环形挡板同心设置，且基底的直径大于圆形通孔的直径。3.根据权利要求2所述的一种提高碳化硅沉积速率与均匀性的方法，其特征在于，所述圆形通孔的直径为基底的直径的0.8倍。4.根据权利要求1所述的一种提高碳化硅沉积速率与均匀性的方法，其特征在于，所述基底与上游挡板之间的垂直距离大于基底与下游挡板之间的垂直距离。5.根据权利要求4所述的一种提高碳化硅沉积速率与均匀性的方法，其特征在于，所述基...

【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：