一種碳化硅薄膜生長(zhǎng)設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種碳化硅薄膜生長(zhǎng)設(shè)備，其包括載氣裝置、液態(tài)源裝置、生長(zhǎng)室、旁路以及真空系統(tǒng)；其中，所述載氣裝置與液態(tài)源裝置、生長(zhǎng)室和旁路相連通；所述液態(tài)源裝置與所述生長(zhǎng)室和旁路相連通；所述生長(zhǎng)室與所述真空系統(tǒng)相連通，且上述各部件之間的連接可單獨(dú)關(guān)閉和打開；其中，所述液態(tài)源裝置包括四個(gè)液態(tài)源瓶，分別裝有用于生長(zhǎng)碳化硅薄膜的碳源、硅源、N型雜質(zhì)源和P型雜質(zhì)源；所述載氣用于稀釋以及輸運(yùn)生長(zhǎng)源，直接通過(guò)主管道進(jìn)入生長(zhǎng)室。所述旁路可以單獨(dú)打開或關(guān)閉，從而控制生長(zhǎng)室氣源進(jìn)而控制薄膜生長(zhǎng)；所述與載氣裝置相連接的旁路輸運(yùn)氣量與主管道載氣量相當(dāng)，使所述與液態(tài)源裝置相連接的旁路在切換過(guò)程中不至于影響生長(zhǎng)室壓力。
【專利說(shuō)明】一種碳化硅薄膜生長(zhǎng)設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種化學(xué)氣相沉積法(ChemicalVapor Deposition, CVD)碳化娃薄膜生長(zhǎng)設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]碳化硅(SiC)是第三代半導(dǎo)體材料，它具有寬帶隙(Si的3倍)、高臨界擊穿電場(chǎng)(Si的10倍)、高熱導(dǎo)率(Si的3倍)、高載流子飽和濃度(Si的2倍)等特點(diǎn)，因此，它在軍用和航天領(lǐng)域的高溫、高頻、大功率電力電子、光電器件方面具有優(yōu)越的應(yīng)用價(jià)值，并有望逐步取代現(xiàn)有的硅基大功率器件，成為下一代電力電子半導(dǎo)體基礎(chǔ)材料。
[0003]SiC晶體材料一般采用物理氣相輸運(yùn)(PVT)的方法進(jìn)行制備。迄今已經(jīng)發(fā)展了數(shù)十種碳化硅薄膜生長(zhǎng)裝置及其生長(zhǎng)方法，其中，化學(xué)氣相沉積方法具有純度高、可控、可大規(guī)模實(shí)施等優(yōu)勢(shì)已成為碳化硅薄膜生長(zhǎng)的主流方法。現(xiàn)代商業(yè)碳化硅化學(xué)氣相沉積裝置已變得非常復(fù)雜，并且裝置本身非常昂貴，在這樣的大型商業(yè)裝置上可以沉積出各種碳化硅薄膜材料，如厚度為12-30微米、摻雜濃度為3E14CnT3-7E18CnT3的薄膜材料，這對(duì)于制造600V、1200V、1700V耐壓等級(jí)的電力肖特基二極管、MOSFET晶體管具有重要的意義。另一方面，對(duì)于一些非常規(guī)、具有特殊結(jié)構(gòu)的碳化硅薄膜，如厚達(dá)100-150微米、多層N型、P型摻雜結(jié)構(gòu)的新興碳化硅微結(jié)構(gòu)薄膜材料，如果仍然采用現(xiàn)有大型商業(yè)裝置生長(zhǎng)，則顯得成本過(guò)高，且不易部署，急需發(fā)展新的碳化硅薄膜生長(zhǎng)裝置以及對(duì)應(yīng)的生長(zhǎng)方法來(lái)進(jìn)行這些新興碳化硅微結(jié)構(gòu)薄膜的生長(zhǎng)。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]為了解決上述問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了一種碳化硅薄膜生長(zhǎng)設(shè)備，能夠?yàn)榇蠖鄶?shù)非常規(guī)、具有特殊結(jié)構(gòu)的碳化硅薄膜薄的制備提供設(shè)備及方法支持。
[0005]根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)方面，其提供了一種碳化硅薄膜生長(zhǎng)設(shè)備，其包括載氣裝置、液態(tài)源裝置、生長(zhǎng)室、旁路以及真空系統(tǒng)；其中，所述載氣裝置與液態(tài)源裝置、生長(zhǎng)室和旁路相連通；所述液態(tài)源裝置與所述生長(zhǎng)室和旁路相連通；所述生長(zhǎng)室與所述真空系統(tǒng)相連通，且上述各部件之間的連接可單獨(dú)關(guān)閉和打開。
[0006]其中，所述液態(tài)源裝置包括四個(gè)液態(tài)源瓶，分別裝有用于生長(zhǎng)碳化硅薄膜的碳源、硅源、N型雜質(zhì)源和P型雜質(zhì)源，用于通過(guò)通入其的載氣將相應(yīng)的液態(tài)源送至生長(zhǎng)室；所述載氣裝置用于向液態(tài)源瓶和生長(zhǎng)室輸送載氣，所述載氣包括惰性氣體或者惰性氣體和還原性氣體的混合氣體或者惰性氣體和氧化性氣體的混合氣體。
[0007]本實(shí)用新型相比于一般大型商業(yè)碳化硅化學(xué)氣相沉積設(shè)備，本實(shí)用新型采用可擴(kuò)展、易于部署的硬件結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)可靠，操作簡(jiǎn)單，可以根據(jù)需要安裝不同的碳、硅、N型雜質(zhì)和P型雜質(zhì)液態(tài)源，也可以根據(jù)需要卸載液態(tài)源，每個(gè)源有獨(dú)立的恒溫和氣路系統(tǒng)，能夠獨(dú)立、同時(shí)地通過(guò)載氣鼓泡法攜帶進(jìn)入生長(zhǎng)室進(jìn)行碳化硅薄膜的生長(zhǎng)，達(dá)到增加效率、提高生長(zhǎng)質(zhì)量和降低成本的目的。【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1示出了本實(shí)用新型一優(yōu)選實(shí)施例提供的碳化硅薄膜生長(zhǎng)設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0009]圖2示出了本實(shí)用新型另一優(yōu)選實(shí)施例提供的碳化硅薄膜生長(zhǎng)設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0010]圖3示出了利用本實(shí)用新型一優(yōu)選實(shí)施例提供的碳化硅薄膜生長(zhǎng)方法生長(zhǎng)碳化娃薄膜時(shí)具體參數(shù)的示意圖；
[0011]圖4示出了利用本實(shí)用新型另一優(yōu)選實(shí)施例提供的碳化硅薄膜生長(zhǎng)方法生長(zhǎng)碳化硅薄膜時(shí)具體參數(shù)的示意圖；
[0012]圖5示出了利用本實(shí)用新型另一優(yōu)選實(shí)施例提供的碳化硅薄膜生長(zhǎng)方法生長(zhǎng)碳化硅薄膜時(shí)具體參數(shù)的示意圖；
[0013]圖6示出了利用本實(shí)用新型另一優(yōu)選實(shí)施例提供的碳化硅薄膜生長(zhǎng)方法生長(zhǎng)碳化硅薄膜時(shí)具體參數(shù)的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型示例性的實(shí)施例進(jìn)行描述。為了清楚和簡(jiǎn)要起見，實(shí)際的實(shí)施例并不局限于說(shuō)明書中所描述的這些技術(shù)特征。然而，應(yīng)該理解的是，在改進(jìn)任何一個(gè)所述實(shí)際實(shí)施例的過(guò)程中，多個(gè)具體實(shí)施例的決定必須是能夠?qū)崿F(xiàn)改進(jìn)人員的特定目標(biāo)，例如，遵從行業(yè)相關(guān)和商業(yè)相關(guān)的限制，所述限制隨著實(shí)施例的不同而變化。而且，應(yīng)該理解的是，前述改進(jìn)的效果即使是非常復(fù)雜和耗時(shí)的，但是這對(duì)于知曉本實(shí)用新型益處的本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)仍然是常規(guī)技術(shù)手段。
[0015]圖1示出了本實(shí)用新型一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例提供的碳化硅薄膜生長(zhǎng)設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]如圖1所示，該碳化硅薄膜生長(zhǎng)設(shè)備適用于化學(xué)氣相沉積工藝，所述碳化硅薄膜生長(zhǎng)設(shè)備包括載氣裝置、液態(tài)源裝置、生長(zhǎng)室、旁路以及真空系統(tǒng)，并且通過(guò)管道按一定的邏輯關(guān)系連結(jié)成一個(gè)整體，每條管道均可以獨(dú)立打開或關(guān)閉。其中，旁路用于排空氣體，真空系統(tǒng)用于維持和調(diào)節(jié)生長(zhǎng)室的真空度，泵用于抽取生長(zhǎng)室和旁路中的氣體。
[0017]所述載氣為惰性氣體或者惰性氣體和還原性氣體的混合氣體或者惰性氣體和氧化性氣體的混合氣體。
[0018]所述液態(tài)源裝置包括四個(gè)源瓶:第一源瓶103、第二源瓶104、第三源瓶105和第四源瓶106，它們分別安裝在獨(dú)立的恒溫槽里，并且整體安裝在一個(gè)惰性氣體控制柜里，其中源瓶通過(guò)載氣鼓泡法將液態(tài)源輸送至生長(zhǎng)室111，并在生長(zhǎng)室111中進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)合成碳化硅薄膜。所述載氣裝置用于輸送載氣以稀釋以及輸運(yùn)生長(zhǎng)源，它直接通過(guò)主管道進(jìn)入生長(zhǎng)室。所述旁路可以單獨(dú)打開或關(guān)閉，用于排空氣體，從而控制生長(zhǎng)室氣源進(jìn)而控制薄膜生長(zhǎng)；所述與載氣裝置相連接的旁路輸運(yùn)氣量與主管道載氣量相當(dāng)，使所述與液態(tài)源裝置相連接的旁路在切換過(guò)程中不至于影響生長(zhǎng)室壓力。
[0019]其中，(I)載氣從載氣裝置輸出后依次經(jīng)過(guò)手閥、單向閥以及流量計(jì)(MFC)后，通過(guò)管道100與液態(tài)源裝置連接，通過(guò)管道101與生長(zhǎng)室111連接，通過(guò)管道102與旁路連接；(2)第一液態(tài)源瓶103、第二液態(tài)源瓶104、第三液態(tài)源瓶105和第四液態(tài)源瓶106的入口端分別通過(guò)管道與載氣裝置連接，出口端分別通過(guò)管道107、管道108、管道109和管道110與旁路連接；(3)生長(zhǎng)室111與真空系統(tǒng)、泵連接。所述載氣裝置通過(guò)流量計(jì)MFC后分別為生長(zhǎng)室、第一液態(tài)源瓶103、第二液態(tài)源瓶104、第三液態(tài)源瓶105、第四液態(tài)源瓶106和旁路供氣。所述第一液態(tài)源瓶103、第二液態(tài)源瓶104、第三液態(tài)源瓶105和第四液態(tài)源瓶106整體安裝在一個(gè)惰性氣體控制柜里，并且可以獨(dú)立打開、關(guān)閉。所述源瓶耐壓范圍為IPa至2E5Pa，所述恒溫槽溫度范圍為_50°C至300°C，所述生長(zhǎng)室耐壓范圍為IPa至lE5Pa，溫度范圍為室溫至1700°C。所述通入生長(zhǎng)室的載氣為H2或者H2和惰性氣體的混合氣體，所述通入旁路的載氣為惰性氣體或者惰性氣體和H2的混合氣體，所述通入液態(tài)源的載氣為惰性氣體或者H2。所述管道101的載氣流量、管道102的載氣流量相等，管道100的載氣流量為管道101的載氣流量的10% -50%。
[0020]圖2示出了本實(shí)用新型另一優(yōu)選實(shí)施例提供的碳化硅薄膜生長(zhǎng)設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]如圖2所示，所述碳化硅薄膜生長(zhǎng)設(shè)備包括兩組相互獨(dú)立的載氣裝置、四組相互獨(dú)立的液態(tài)源瓶以及對(duì)應(yīng)的旁路、生長(zhǎng)室以及真空系統(tǒng)。其中載氣裝置可以提供H2、Ar中的一種氣體；或者H2和Ar的混和氣體；所述四組液態(tài)源瓶分別為碳源瓶、硅源瓶、N型雜質(zhì)源瓶和P型雜質(zhì)源瓶。通入生長(zhǎng)室和旁路的載氣量范圍為lOOOsccm至5000SCCm，通入源瓶的載氣量范圍為IOOsccm至500sccm。所述源瓶耐壓范圍為lPa_2E5Pa，所述恒溫槽溫度范圍為-50°C _300°C，所述生長(zhǎng)室耐壓范圍為IPa至lE5Pa，溫度范圍為室溫至1700°C。
[0022]圖3示出了利用本實(shí)用新型一優(yōu)選實(shí)施例提供的碳化硅薄膜生長(zhǎng)方法生長(zhǎng)碳化硅薄膜時(shí)的具體數(shù)據(jù)示意圖。
[0023]如圖3所示，結(jié)合圖2進(jìn)一步說(shuō)明，該方法具體包括:
[0024]步驟1、開啟泵，將生長(zhǎng)室中可能存在的空氣抽取完，穩(wěn)定之后以H2作為通入生長(zhǎng)室的載氣，流量為3000SCCm，設(shè)定真空系統(tǒng)和旁路的壓力為lE3Pa。
[0025]步驟2、通入旁路、碳源瓶和硅源瓶的載氣為Ar，流量分別為3000sccm、200sccm和lOOsccm，壓力分別為lE3Pa、100Pa和80Pa。碳源瓶和硅源瓶的溫度分別為160°C和100°C。
[0026]步驟3、將從碳源瓶和硅源瓶出來(lái)的已經(jīng)攜帶了碳源和硅源的載氣切換至旁路，并通過(guò)泵進(jìn)行排空，使源處于待機(jī)狀態(tài)；即當(dāng)生長(zhǎng)室溫度未達(dá)到預(yù)定值時(shí)，碳源和硅源不通入生長(zhǎng)室，而是切換至旁路。
[0027]步驟4、將生長(zhǎng)室以45°C /分鐘的升溫速率升溫至1350°C，穩(wěn)定60分鐘后在20分鐘內(nèi)升溫至生長(zhǎng)溫度1650°C。
[0028]步驟5、在升溫至生長(zhǎng)溫度1650°C過(guò)程中將攜帶了碳源的載氣從旁路切換到生長(zhǎng)室。待溫度升至1650°C后將攜帶了硅源的載氣從旁路切換到生長(zhǎng)室，持續(xù)60分鐘，以進(jìn)行化學(xué)氣相沉積生長(zhǎng)碳化硅薄膜晶體材料。
[0029]步驟6、將兩路攜帶了源的載氣從生長(zhǎng)室切換到旁路，通過(guò)泵進(jìn)行排空。將生長(zhǎng)室以自然冷卻的方式進(jìn)行降溫，待室溫后依次關(guān)閉載氣、液態(tài)源、真空系統(tǒng)、旁路和泵。
[0030]圖4示出了利用本實(shí)用新型另一優(yōu)選實(shí)施例提供的碳化硅薄膜生長(zhǎng)方法生長(zhǎng)碳化硅薄膜的時(shí)的具體數(shù)據(jù)示意圖。
[0031]如圖4所示，結(jié)合圖2進(jìn)一步說(shuō)明，該方法具體包括:[0032]步驟1、開啟泵，將生長(zhǎng)室中的空氣抽空，并設(shè)定真空系統(tǒng)和旁路的壓力為lE3Pa。
[0033]步驟2、依次打開載氣裝置與旁路相連的管道、載氣裝置與生長(zhǎng)室相連的管道、碳液態(tài)源瓶與旁路相連的管道、硅液態(tài)源瓶與旁路相連的管道、載氣裝置與碳液態(tài)源瓶相連的管道、載氣裝置與硅液態(tài)源瓶相連的管道。
[0034]步驟3、穩(wěn)定之后依次通過(guò)四個(gè)流量計(jì)MFC向載氣裝置與旁路相連的管道、載氣裝置與生長(zhǎng)室相連的管道以及載氣裝置與碳液態(tài)源瓶相連的管道、載氣裝置與硅液態(tài)源裝置相連的管道通入載氣H2和Ar或者Ar。以H2和Ar的混合氣體作為通入生長(zhǎng)室的載氣，H2和Ar的流量分別為2700sccm和300sccm，H2和Ar的比例為9:1。通入旁路、碳源瓶和硅源瓶的載氣為Ar，流量分別為3000sccm、200sccm和lOOsccm，壓力分別為lE3Pa、100Pa和80Pa。碳源瓶和硅源瓶的溫度分別為160°C和100°C。
[0035]步驟4、將攜帶了源的載氣切換至旁路，并通過(guò)泵進(jìn)行排空。
[0036]步驟5、將生長(zhǎng)室在30分鐘內(nèi)升溫至1400°C，穩(wěn)定60分鐘后在20分鐘內(nèi)升溫至生長(zhǎng)溫度1700°C。
[0037]步驟6、升溫至生長(zhǎng)溫度1700°C過(guò)程中關(guān)閉碳液態(tài)源瓶與旁路相連的管道，打開碳液態(tài)源瓶與生長(zhǎng)室相連的管道，向生長(zhǎng)室通入碳源。待溫度升至1700°C后關(guān)閉硅液態(tài)源瓶與旁路相連的管道，打開硅液態(tài)源裝置與生長(zhǎng)室相連的管道，向生長(zhǎng)室通入硅源，持續(xù)120分鐘，以進(jìn)行化學(xué)氣相沉積生長(zhǎng)碳化硅薄膜晶體材料。
[0038]步驟7、最后關(guān)閉硅液態(tài)源瓶與生長(zhǎng)室相連的管道，打開硅液態(tài)源瓶與旁路相連的管道，將硅源通過(guò)旁路排空，不再向生長(zhǎng)室通入硅源；關(guān)閉碳液態(tài)源瓶與生長(zhǎng)室相連的管道，打開碳液態(tài)源瓶與旁路相連的管道，將碳源通過(guò)旁路排空，不再向生長(zhǎng)室通入碳源。
[0039]步驟8、將生長(zhǎng)室以自然冷卻的方式進(jìn)行降溫，待室溫后依次關(guān)閉載氣裝置與兩個(gè)獨(dú)立的液態(tài)源瓶相連的管道、載氣裝置與生長(zhǎng)室相連的管道、載氣裝置與旁路相連的管道以及兩個(gè)獨(dú)立的液態(tài)源瓶與旁路相連的管道，依次關(guān)閉真空系統(tǒng)、旁路和泵。。
[0040]圖5示出了利用本實(shí)用新型另一優(yōu)選實(shí)施例提供的碳化硅薄膜生長(zhǎng)方法生長(zhǎng)碳化硅薄膜時(shí)具體數(shù)據(jù)示意圖。
[0041]如圖5所示，結(jié)合圖2進(jìn)一步說(shuō)明，該方法包括:
[0042]步驟1、首先開啟泵，設(shè)定真空系統(tǒng)和旁路的壓力為5E3Pa。
[0043]步驟2、依次打開載氣裝置與旁路相連的管道、載氣裝置與生長(zhǎng)室相連的管道、碳液態(tài)源瓶與旁路相連的管道、硅液態(tài)源瓶與旁路相連的管道、N型摻雜液態(tài)源瓶與旁路相連的管道、載氣裝置與碳液態(tài)源裝置相連的管道、載氣裝置與硅液態(tài)源裝置相連的管道、載氣裝置與N型摻雜液態(tài)源裝置相連的管道。
[0044]步驟3、穩(wěn)定之后依次通過(guò)五個(gè)流量計(jì)MFC向載氣裝置與旁路相連的管道、載氣裝置與生長(zhǎng)室相連的管道、載氣裝置與碳液態(tài)源裝置相連的管道、載氣裝置與硅液態(tài)源裝置相連的管道、載氣裝置與N型摻雜液態(tài)源裝置相連的管道通入載氣Ar或H2。以H2作為通入生長(zhǎng)室的載氣，流量為3000SCCm，通入旁路的載氣為Ar，流量為3000sCCm，通入三個(gè)源瓶(碳源瓶、硅源瓶和N型雜質(zhì)源瓶)的載氣為H2，流量分別為200SCCm、lOOsccm和50sCCm，壓力分別為100Pa、80Pa和50Pa。碳源瓶、硅源瓶和N型雜質(zhì)源瓶的溫度分別為160°C、100°C和 80。。。
[0045]步驟4、將攜帶了源的載氣切換至旁路，并通過(guò)泵進(jìn)行排空。[0046]步驟5、將生長(zhǎng)室以45°C /分鐘的升溫速率升溫至1350°C，穩(wěn)定60分鐘后在20分鐘內(nèi)升溫至生長(zhǎng)溫度1650°C。
[0047]步驟6、升溫至生長(zhǎng)溫度1650°C過(guò)程中關(guān)閉碳液態(tài)源瓶與旁路相連的管道，打開碳液態(tài)源瓶與生長(zhǎng)室相連的管道，向生長(zhǎng)室通入碳源。待溫度升至1650°C后關(guān)閉硅液態(tài)源瓶與旁路相連的管道，打開硅液態(tài)源瓶與生長(zhǎng)室相連的管道，向生長(zhǎng)室通入硅源；關(guān)閉N型摻雜液態(tài)源瓶與芳路相連的管道，打開N型摻雜液態(tài)源瓶與生長(zhǎng)室相連的管道，向生長(zhǎng)室通入N型摻雜源，持續(xù)60分鐘，以進(jìn)行化學(xué)氣相沉積生長(zhǎng)碳化硅薄膜晶體材料。
[0048]步驟7、最后關(guān)閉N型摻雜液態(tài)源裝置與生長(zhǎng)室相連的管道，打開N型摻雜液態(tài)源瓶與旁路相連的管道，將N型摻雜源通過(guò)旁路排空，不再向生長(zhǎng)室通入N型摻雜源；關(guān)閉硅液態(tài)源瓶與生長(zhǎng)室相連的管道，打開硅液態(tài)源瓶與旁路相連的管道，將硅源通過(guò)旁路排空，不再向生長(zhǎng)室通入硅源；關(guān)閉碳液態(tài)源瓶與生長(zhǎng)室相連的管道，打開碳液態(tài)源瓶與旁路相連的管道，將碳源通過(guò)旁路排空，不再向生長(zhǎng)室通入碳源。
[0049]步驟8、將生長(zhǎng)室以自然冷卻的方式進(jìn)行降溫，待室溫后依次關(guān)閉載氣裝置與三個(gè)獨(dú)立的液態(tài)源瓶相連的管道、載氣裝置與生長(zhǎng)室相連的管道、載氣裝置與旁路相連的管道以及三個(gè)獨(dú)立的液態(tài)源瓶與旁路相連的管道；依次關(guān)閉真空系統(tǒng)、旁路和泵。
[0050]圖6示出了利用本實(shí)用新型另一優(yōu)選實(shí)施例提供的碳化硅薄膜生長(zhǎng)方法生長(zhǎng)碳化硅薄膜時(shí)具體數(shù)據(jù)示意圖。
[0051]如圖6所示，結(jié)合圖2進(jìn)一步說(shuō)明，該方法包括:
[0052]步驟1、首先開啟泵，設(shè)定真空系統(tǒng)和旁路的壓力為2.6E4Pa。
[0053]步驟2、依次打開載氣裝置與旁路相連的管道、載氣裝置與生長(zhǎng)室相連的管道、四個(gè)獨(dú)立的液態(tài)源瓶與旁路相連的管道、載氣裝置與四個(gè)獨(dú)立的液態(tài)源瓶相連的管道。
[0054]步驟3、穩(wěn)定之后依次通過(guò)六個(gè)流量計(jì)MFC向載氣裝置與旁路相連的管道、載氣裝置與生長(zhǎng)室相連的管道以及四個(gè)獨(dú)立的液態(tài)源裝置通入載氣Ar或H2。以H2作為通入生長(zhǎng)室的載氣，流量為3000SCCm。通入旁路的載氣為Ar，流量為3000sCCm，通入四個(gè)源瓶(碳源瓶、硅源瓶、N型雜質(zhì)源瓶和P型雜質(zhì)源瓶)的載氣為H2，流量分別為200SCCm、lOOsccm、50sccm和lOOsccm,壓力分別為100Pa、80Pa、50Pa和70Pa。碳源瓶、娃源瓶、N型雜質(zhì)源瓶和P型雜質(zhì)源瓶的溫度分別為160°C、100°C、8(rC和90°C。
[0055]步驟4、將攜帶了源的載氣切換至旁路，并通過(guò)泵進(jìn)行排空。
[0056]步驟5、將生長(zhǎng)室以45°C /分鐘的升溫速率升溫至1350°C，穩(wěn)定60分鐘后在20分鐘內(nèi)升溫至生長(zhǎng)溫度1650°C。
[0057]步驟6、升溫至生長(zhǎng)溫度1650°C過(guò)程中關(guān)閉碳液態(tài)源瓶與旁路相連的管道，打開碳液態(tài)源瓶與生長(zhǎng)室相連的管道，向生長(zhǎng)室通入碳源。待溫度升至1650°C后關(guān)閉硅液態(tài)源瓶與旁路相連的管道，打開硅液態(tài)源瓶與生長(zhǎng)室相連的管道，向生長(zhǎng)室通入硅源；關(guān)閉N型摻雜液態(tài)源瓶與芳路相連的管道，打開N型摻雜液態(tài)源瓶與生長(zhǎng)室相連的管道，向生長(zhǎng)室通入N型摻雜源，持續(xù)60分鐘，以進(jìn)行N型摻雜的化學(xué)氣相沉積生長(zhǎng)碳化硅薄膜晶體材料。
[0058]步驟7、關(guān)閉N型摻雜液態(tài)源瓶與生長(zhǎng)室相連的管道，打開N型摻雜液態(tài)源瓶與旁路相連的管道，將N型摻雜源通過(guò)旁路排空，不再向生長(zhǎng)室通入N型摻雜源；關(guān)閉P型摻雜液態(tài)源瓶與芳路相連的管道，打開P型摻雜液態(tài)源瓶與生長(zhǎng)室相連的管道，向生長(zhǎng)室通入P型摻雜源，持續(xù)10分鐘，以進(jìn)行P型摻雜的化學(xué)氣相沉積生長(zhǎng)碳化硅薄膜晶體材料。[0059]步驟8、最后關(guān)閉P型摻雜液態(tài)源瓶與生長(zhǎng)室相連的管道，打開P型摻雜液態(tài)源瓶與旁路相連的管道，將P型摻雜源通過(guò)旁路排空，不再向生長(zhǎng)室通入P型摻雜源；關(guān)閉硅液態(tài)源瓶與生長(zhǎng)室相連的管道，打開硅液態(tài)源瓶與旁路相連的管道，將硅源通過(guò)旁路排空，不再向生長(zhǎng)室通入硅源；關(guān)閉碳液態(tài)源裝置與生長(zhǎng)室相連的管道，打開碳液態(tài)源裝置與旁路相連的管道，將碳源通過(guò)旁路排空，不再向生長(zhǎng)室通入碳源。
[0060]步驟9、將生長(zhǎng)室以自然冷卻的方式進(jìn)行降溫，待室溫后依次關(guān)閉載氣裝置與四個(gè)獨(dú)立的液態(tài)源裝置相連的管道、載氣裝置與生長(zhǎng)室相連的管道、載氣裝置與旁路相連的管道以及四個(gè)獨(dú)立的液態(tài)源裝置與旁路相連的管道；依次關(guān)閉真空系統(tǒng)、旁路和泵。
[0061 ] 所述通入生長(zhǎng)室的載氣為H2或者H2和惰性氣體的混合氣體，所述通入旁路的載氣為惰性氣體或者惰性氣體和H2的混合氣體，所述通入液態(tài)源的載氣為惰性氣體或者H2。所述管道101的載氣流量、管道102的載氣流量相等，管道100的載氣流量為管道101的載氣流量的10% -50%。
[0062]參考前述本實(shí)用新型示例性的描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以清楚的知曉本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0063]1、本實(shí)用新型提供的碳化硅薄膜生長(zhǎng)設(shè)備，集成設(shè)置了多個(gè)獨(dú)立的液態(tài)源，并且各液態(tài)源可以方便地安裝和卸載，整體上克服了現(xiàn)有技術(shù)中生長(zhǎng)設(shè)備復(fù)雜、昂貴的局限性；提高了生長(zhǎng)的效率，降低了能耗和成本。
[0064]2、本實(shí)用新型提供的碳化硅薄膜生長(zhǎng)設(shè)備，其所述結(jié)構(gòu)合理，每條管道可以獨(dú)立地打開或關(guān)閉，以達(dá)到控制生長(zhǎng)碳化硅薄膜的目的。
[0065]3、此外，本實(shí)用新型提供的碳化硅薄膜生長(zhǎng)方法，通過(guò)一系列合理可靠的開關(guān)管道操作，可控地將生長(zhǎng)的各種源氣體進(jìn)入或離開生長(zhǎng)室，因此，氣源之間相互獨(dú)立，不會(huì)發(fā)生竄擾，從而保障了碳化硅薄膜生長(zhǎng)的效率與可控性，同時(shí)也有利于獲取高質(zhì)量的薄膜材料。
[0066]盡管基于一些優(yōu)選的實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該知曉，本實(shí)用新型的范圍并不限于那些實(shí)施例。在不脫離本實(shí)用新型的精神和實(shí)質(zhì)的情況下，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在理解本實(shí)用新型的基礎(chǔ)上能夠?qū)?shí)施例進(jìn)行各種變化和修改，并且因此落入本實(shí)用新型所附權(quán)利要求限定的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種碳化硅薄膜生長(zhǎng)設(shè)備，其特征在于，包括載氣裝置、液態(tài)源裝置、生長(zhǎng)室、旁路以及真空系統(tǒng)；其中，所述載氣裝置與液態(tài)源裝置、生長(zhǎng)室和旁路相連通；所述液態(tài)源裝置與所述生長(zhǎng)室和旁路相連通；所述生長(zhǎng)室與所述真空系統(tǒng)相連通，且上述各部件之間的連接可單獨(dú)關(guān)閉和打開；其中，所述液態(tài)源裝置包括四個(gè)液態(tài)源瓶，分別裝有用于生長(zhǎng)碳化硅薄膜的碳源、硅源、N型雜質(zhì)源和P型雜質(zhì)源。
2.如權(quán)利要求1所述的碳化硅薄膜生長(zhǎng)設(shè)備，其特征在于，所述液態(tài)源裝置用于通過(guò)通入其的載氣將相應(yīng)的液態(tài)源送至生長(zhǎng)室；所述載氣裝置用于向液態(tài)源瓶和生長(zhǎng)室輸送載氣。
3.如權(quán)利要求1所述的碳化硅薄膜生長(zhǎng)設(shè)備，其特征在于，所述旁路用于排空通入其的氣體，所述真空系統(tǒng)用于維持和調(diào)節(jié)生長(zhǎng)室的真空度。
4.如權(quán)利要求1所述的碳化硅薄膜生長(zhǎng)設(shè)備，其特征在于，所述液態(tài)源裝置包括多個(gè)液態(tài)源瓶，每個(gè)液態(tài)源瓶安裝在獨(dú)立的恒溫槽里，并且整體安裝在一個(gè)惰性氣體控制柜里。
5.如權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的生長(zhǎng)設(shè)備，其特征在于，所述載氣裝置與生長(zhǎng)室和旁路連接的管道的載氣流量相等，而與液態(tài)源裝置連接的管道的載氣流量為其10% -50%。
6.如權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的生長(zhǎng)設(shè)備，其特征在于，通入生長(zhǎng)室和旁路的載氣量范圍為IOOOsccm至5000sccm,通入液態(tài)源裝置的載氣量范圍為IOOsccm至500sccm ;所述液態(tài)源裝置耐壓范圍為lPa_2E5Pa，所述生長(zhǎng)室耐壓范圍為IPa至lE5Pa，溫度范圍為室溫至 1700。。。
7.如權(quán)利要求6所述的生長(zhǎng)設(shè)備，其特征在于，通入生長(zhǎng)室和旁路的載氣量為3000sccm ;通入碳源瓶、硅源瓶、N型雜質(zhì)源瓶和P型雜質(zhì)源瓶的載氣量分別為200sCCm、100sccm、50sccm 和 lOOsccm，壓力分別為 100Pa、80Pa、50Pa 和 70Pa，溫度分別為 160。。、100。。、80。。和 90。。。
8.如權(quán)利要求4所述的生長(zhǎng)設(shè)備，其特征在于，所述恒溫槽溫度范圍為-50°C-300°C。
【文檔編號(hào)】C23C16/32GK203530425SQ201320445671
【公開日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2013年7月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月25日
【發(fā)明者】劉興昉, 劉斌, 董林, 鄭柳, 閆果果, 張峰, 王雷, 孫國(guó)勝, 曾一平 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所