一种碳化硅薄膜生长设备制造技术

本实用新型专利技术公开了一种碳化硅薄膜生长设备，其包括载气装置、液态源装置、生长室、旁路以及真空系统；其中，所述载气装置与液态源装置、生长室和旁路相连通；所述液态源装置与所述生长室和旁路相连通；所述生长室与所述真空系统相连通，且上述各部件之间的连接可单独关闭和打开；其中，所述液态源装置包括四个液态源瓶，分别装有用于生长碳化硅薄膜的碳源、硅源、N型杂质源和P型杂质源；所述载气用于稀释以及输运生长源，直接通过主管道进入生长室。所述旁路可以单独打开或关闭，从而控制生长室气源进而控制薄膜生长；所述与载气装置相连接的旁路输运气量与主管道载气量相当，使所述与液态源装置相连接的旁路在切换过程中不至于影响生长室压力。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术公开了一种碳化硅薄膜生长设备，其包括载气装置、液态源装置、生长室、旁路以及真空系统；其中，所述载气装置与液态源装置、生长室和旁路相连通；所述液态源装置与所述生长室和旁路相连通；所述生长室与所述真空系统相连通，且上述各部件之间的连接可单独关闭和打开；其中，所述液态源装置包括四个液态源瓶，分别装有用于生长碳化硅薄膜的碳源、硅源、N型杂质源和P型杂质源；所述载气用于稀释以及输运生长源，直接通过主管道进入生长室。所述旁路可以单独打开或关闭，从而控制生长室气源进而控制薄膜生长；所述与载气装置相连接的旁路输运气量与主管道载气量相当，使所述与液态源装置相连接的旁路在切换过程中不至于影响生长室压力。【专利说明】一种碳化硅薄膜生长设备
本技术涉及半导体
，尤其涉及一种化学气相沉积法(ChemicalVapor Deposition, CVD)碳化娃薄膜生长设备。
技术介绍
碳化硅(SiC)是第三代半导体材料，它具有宽带隙(Si的3倍)、高临界击穿电场(Si的10倍)、高热导率(Si的3倍)、高载流子饱和浓度(Si的2倍)等特点，因此，它在军用和航天领域的高温、高频、大功率电力电子、光电器件方面具有优越的应用价值，并有望逐步取代现有的硅基大功率器件，成为下一代电力电子半导体基础材料。SiC晶体材料一般采用物理气相输运(PVT)的方法进行制备。迄今已经发展了数十种碳化硅薄膜生长装置及其生长方法，其中，化学气相沉积方法具有纯度高、可控、可大规模实施等优势已成为碳化硅薄膜生长的主流方法。现代商业碳化硅化学气相沉积装置已变得非常复杂，并且装置本身非常昂贵，在这样的大型商业装置上可以沉积出各种碳化硅薄膜材料，如厚度为12-30微米、掺杂浓度为3E14CnT3-7E18CnT3的薄膜材料，这对于制造600V、1200V、1700V耐压等级的电力肖特基二极管、MOSFET晶体管具有重要的意义。另一方面，对于一些非常规、具有特殊结构的碳化硅薄膜，如厚达100-150微米、多层N型、P型掺杂结构的新兴碳化硅微结构薄膜材料，如果仍然采用现有大型商业装置生长，则显得成本过高，且不易部署，急需发展新的碳化硅薄膜生长装置以及对应的生长方法来进行这些新兴碳化硅微结构薄膜的生长。
技术实现思路
为了解决上述问题，本技术提供了一种碳化硅薄膜生长设备，能够为大多数非常规、具有特殊结构的碳化硅薄膜薄的制备提供设备及方法支持。根据本技术的一个方面，其提供了一种碳化硅薄膜生长设备，其包括载气装置、液态源装置、生长室、旁路以及真空系统；其中，所述载气装置与液态源装置、生长室和旁路相连通；所述液态源装置与所述生长室和旁路相连通；所述生长室与所述真空系统相连通，且上述各部件之间的连接可单独关闭和打开。其中，所述液态源装置包括四个液态源瓶，分别装有用于生长碳化硅薄膜的碳源、硅源、N型杂质源和P型杂质源，用于通过通入其的载气将相应的液态源送至生长室；所述载气装置用于向液态源瓶和生长室输送载气，所述载气包括惰性气体或者惰性气体和还原性气体的混合气体或者惰性气体和氧化性气体的混合气体。本技术相比于一般大型商业碳化硅化学气相沉积设备，本技术采用可扩展、易于部署的硬件结构，其结构可靠，操作简单，可以根据需要安装不同的碳、硅、N型杂质和P型杂质液态源，也可以根据需要卸载液态源，每个源有独立的恒温和气路系统，能够独立、同时地通过载气鼓泡法携带进入生长室进行碳化硅薄膜的生长，达到增加效率、提高生长质量和降低成本的目的。【专利附图】【附图说明】图1示出了本技术一优选实施例提供的碳化硅薄膜生长设备的结构示意图；图2示出了本技术另一优选实施例提供的碳化硅薄膜生长设备的结构示意图；图3示出了利用本技术一优选实施例提供的碳化硅薄膜生长方法生长碳化娃薄膜时具体参数的示意图；图4示出了利用本技术另一优选实施例提供的碳化硅薄膜生长方法生长碳化硅薄膜时具体参数的示意图；图5示出了利用本技术另一优选实施例提供的碳化硅薄膜生长方法生长碳化硅薄膜时具体参数的示意图；图6示出了利用本技术另一优选实施例提供的碳化硅薄膜生长方法生长碳化硅薄膜时具体参数的示意图。【具体实施方式】为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本技术示例性的实施例进行描述。为了清楚和简要起见，实际的实施例并不局限于说明书中所描述的这些技术特征。然而，应该理解的是，在改进任何一个所述实际实施例的过程中，多个具体实施例的决定必须是能够实现改进人员的特定目标，例如，遵从行业相关和商业相关的限制，所述限制随着实施例的不同而变化。而且，应该理解的是，前述改进的效果即使是非常复杂和耗时的，但是这对于知晓本技术益处的本领域技术人员来说仍然是常规技术手段。图1示出了本技术一个优选实施例提供的碳化硅薄膜生长设备的结构示意图。如图1所示，该碳化硅薄膜生长设备适用于化学气相沉积工艺，所述碳化硅薄膜生长设备包括载气装置、液态源装置、生长室、旁路以及真空系统，并且通过管道按一定的逻辑关系连结成一个整体，每条管道均可以独立打开或关闭。其中，旁路用于排空气体，真空系统用于维持和调节生长室的真空度，泵用于抽取生长室和旁路中的气体。所述载气为惰性气体或者惰性气体和还原性气体的混合气体或者惰性气体和氧化性气体的混合气体。所述液态源装置包括四个源瓶:第一源瓶103、第二源瓶104、第三源瓶105和第四源瓶106，它们分别安装在独立的恒温槽里，并且整体安装在一个惰性气体控制柜里，其中源瓶通过载气鼓泡法将液态源输送至生长室111，并在生长室111中进行化学反应合成碳化硅薄膜。所述载气装置用于输送载气以稀释以及输运生长源，它直接通过主管道进入生长室。所述旁路可以单独打开或关闭，用于排空气体，从而控制生长室气源进而控制薄膜生长；所述与载气装置相连接的旁路输运气量与主管道载气量相当，使所述与液态源装置相连接的旁路在切换过程中不至于影响生长室压力。其中，(I)载气从载气装置输出后依次经过手阀、单向阀以及流量计(MFC)后，通过管道100与液态源装置连接，通过管道101与生长室111连接，通过管道102与旁路连接；(2)第一液态源瓶103、第二液态源瓶104、第三液态源瓶105和第四液态源瓶106的入口端分别通过管道与载气装置连接，出口端分别通过管道107、管道108、管道109和管道110与旁路连接；(3)生长室111与真空系统、泵连接。所述载气装置通过流量计MFC后分别为生长室、第一液态源瓶103、第二液态源瓶104、第三液态源瓶105、第四液态源瓶106和旁路供气。所述第一液态源瓶103、第二液态源瓶104、第三液态源瓶105和第四液态源瓶106整体安装在一个惰性气体控制柜里，并且可以独立打开、关闭。所述源瓶耐压范围为IPa至2E5Pa，所述恒温槽温度范围为_50°C至300°C，所述生长室耐压范围为IPa至lE5Pa，温度范围为室温至1700°C。所述通入生长室的载气为H2或者H2和惰性气体的混合气体，所述通入旁路的载气为惰性气体或者惰性气体和H2的混合气体，所述通入液态源的载气为惰性气体或者H2。所述管道101的载气流量、管道102的载气流量相等，管本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳化硅薄膜生长设备，其特征在于，包括载气装置、液态源装置、生长室、旁路以及真空系统；其中，所述载气装置与液态源装置、生长室和旁路相连通；所述液态源装置与所述生长室和旁路相连通；所述生长室与所述真空系统相连通，且上述各部件之间的连接可单独关闭和打开；其中，所述液态源装置包括四个液态源瓶，分别装有用于生长碳化硅薄膜的碳源、硅源、N型杂质源和P型杂质源。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘兴昉，刘斌，董林，郑柳，闫果果，张峰，王雷，孙国胜，曾一平，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：实用新型
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