本發(fā)明涉及晶體生長領(lǐng)域，具體涉及一種碳化硅外延生長的噴淋裝置及碳化硅生長工藝方法。

背景技術(shù)：

碳化硅(SiC)是第三代寬禁帶半導體材料，具有寬禁帶、高擊穿電壓、高熱導率、高電子飽和漂移速率、高電子遷移率、小介電常數(shù)、強抗輻射性、高化學穩(wěn)定性等優(yōu)點，是制造高溫、高頻、大功率、抗輻射、非揮發(fā)存儲器件及光電集成器件的關(guān)鍵材料。碳化硅電力電子器件具有轉(zhuǎn)換效率高、耐高溫、抗輻射等特點，已經(jīng)逐漸在電力轉(zhuǎn)換、太陽能光伏、電動汽車、高效馬達等領(lǐng)域取代硅器件，開始嶄露頭角。碳化硅電力電子器件的性能主要取決于碳化硅外延材料的質(zhì)量，而外延薄膜厚度的均勻性是決定外延片質(zhì)量的主要指標。外延層片內(nèi)厚度不均的情況，會對外延片的器件加工工藝性能造成嚴重的不良影響，進而極大影響碳化硅電力電子器件的加工制備。

中國專利申請CN 103184514 A公開了一種晶體生長爐，其采用的噴頭較為普通，噴頭上設置多個噴孔，將氣體從噴頭噴向襯底，以便形成晶體外延生長，但是噴孔客觀上將氣體分流成若干個區(qū)域，其生長均勻性受到限制，需要更換一種能夠更加均勻生長晶體外延的噴頭。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有邊界層分離效應噴射氣體的噴頭，以便使得晶體外延生長更為均勻。

為達到上述目的，本發(fā)明采用的一種技術(shù)方案為：一種碳化硅外延生長的噴淋裝置，包括：噴頭，以及位于噴頭下方的襯底托，所述噴頭和所述襯底托均采用石墨材料制成，其特征在于，所述噴頭上方連通進氣通道，所述噴頭的至少部分在沿所述進氣通道的進氣方向上具有逐漸擴張的內(nèi)徑。

本發(fā)明一個較佳實施例中，所述噴頭包括與所述進氣通道相連的上噴頭本體以及與所述上噴頭本體聯(lián)接的下噴頭本體，所述上噴頭本體在沿所述進氣通道的進氣方向上具有逐漸擴張的內(nèi)徑，所述下噴頭本體在沿所述進氣通道的進氣方向上內(nèi)徑不變。

本發(fā)明一個較佳實施例中，所述襯底托上表面與所述下噴頭本體之間存在軸向間隙。

本發(fā)明一個較佳實施例中，所述襯底托連接在旋轉(zhuǎn)裝置上，所述旋轉(zhuǎn)裝置用于驅(qū)動所述襯底托旋轉(zhuǎn)。

本發(fā)明一個較佳實施例中，所述襯底托上表面設有用于放置襯底的圓盤形凹槽。

本發(fā)明采用的另一種技術(shù)方案為：一種使用噴淋裝置進行碳化硅生長工藝方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

通過所述進氣通道向所述噴頭通入按照預設速度噴流的氣體；

調(diào)整所述氣體的流速直到所述氣體在所述噴頭內(nèi)出現(xiàn)邊界層分離效應。

本發(fā)明一個較佳實施例中，所述噴淋裝置設置在能夠密封的腔室內(nèi)，所述腔室外周環(huán)繞的設有感應線圈。

本發(fā)明一個較佳實施例中，所述噴淋裝置設置在密封的腔室內(nèi)，所述加熱裝置為環(huán)繞在所述腔室周向的感應線圈。

本發(fā)明一個較佳實施例中，所述氣體為氫氣攜帶C3H8、HCL和SiH4的混合氣體。

本發(fā)明一個較佳實施例中，生長出的晶體為SiC。

本發(fā)明解決了背景技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明設置的喇叭式結(jié)構(gòu)，可以使得以一定流速流入噴頭內(nèi)的氣體形成邊界層分離效應，以此使進入噴頭內(nèi)的氣體沿其內(nèi)壁形成一股較為穩(wěn)定的主要股流，這樣在旋轉(zhuǎn)的襯底托的配合下，襯底能夠被均勻的噴射到氣體，進而具有較好的晶體外延生長均勻性。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。

圖1是本發(fā)明的優(yōu)選實施例的噴頭的俯視圖；

圖2是圖1中A-A剖面的截面圖；

圖3是安裝有噴淋裝置的晶體生長爐結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中：1、噴頭，2、襯底托，3、進氣通道，4、上噴頭本體，5、下噴頭本體，6、凹槽，7、腔室，8、感應線圈。

具體實施方式

現(xiàn)在結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細的說明，這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本發(fā)明有關(guān)的構(gòu)成。

邊界層的分離即邊界層脫離物面并在物面附近出現(xiàn)回流的現(xiàn)象。當邊界層外流壓力沿流動方向增加得足夠快時，與流動方向相反的壓差作用力和壁面粘性阻力使邊界層內(nèi)流體的動量減少，從而在物面某處開始產(chǎn)生分離，形成回流區(qū)或漩渦，導致很大的能量耗散。繞流過圓柱、圓球等鈍頭物體后的流動，角度大的錐形擴散管內(nèi)的流動是這種分離的典型例子。

本噴頭設計，由于氣流的邊界層分離效應，可以形成一股方向較為穩(wěn)定的股流沿噴頭內(nèi)壁噴出。增加襯底旋轉(zhuǎn)可有效降低氣流分布不確定性帶來的生長均勻性影響。

如圖1-3所示，一種碳化硅外延生長的噴淋裝置，包括：開口朝下的噴頭1，以及位于噴頭1正下方的襯底托2，噴頭1上方同軸連通進氣通道3，噴淋裝置外周向還環(huán)繞設有加 熱裝置。進氣通道3為噴頭1提供以一定速度流動的壓縮氣體，以期在噴頭1內(nèi)腔內(nèi)形成穩(wěn)定的、偏離噴頭中軸線一定角度的氣體股流，同時加熱裝置為晶體外延生長提供一個較為合適的溫度條件。同時襯底托2上表面的臺面上放置有用于生產(chǎn)晶體外延的襯底，使得氣體以一定速度溫度噴射到襯底上。

上噴頭本體4設置成喇叭式結(jié)構(gòu)，可以使得以一定流速流入噴頭1內(nèi)的氣體形成邊界層分離效應，以此使進入噴頭1內(nèi)的氣體沿其內(nèi)壁形成一股較為穩(wěn)定的主要股流，這樣在旋轉(zhuǎn)的襯底托2的配合下，襯底能夠被均勻的噴射到氣體，進而具有較好的晶體外延生長均勻性。

噴頭1包括與進氣通道3相連的上噴頭本體4以及與上噴頭本體4聯(lián)接的下噴頭本體5，上噴頭本體4在沿進氣通道3的進氣方向上具有逐漸擴張的內(nèi)徑，下噴頭本體5在沿進氣通道3的進氣方向上內(nèi)徑不變，下噴頭本體5的下開口朝向襯底托2。下噴頭本體5有助于調(diào)整貼壁的氣體股流的方向，并保證股流不會偏離中軸線太遠。

襯底托2上表面與下噴頭本體5的下開口之間存在間隙，這樣氣體在此處均勻吹拂沖擊分布在襯底表面上，同時又有利于氣體快速擴散離開襯底附近，方便后續(xù)氣流繼續(xù)吹拂沖擊襯底。

襯底托2設置在旋轉(zhuǎn)裝置上，旋轉(zhuǎn)裝置能夠驅(qū)動襯底托2沿噴頭1軸線旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的襯底托2保證襯底每一區(qū)域的面積上均具有同等被氣體吹拂沖擊的概率，進而使得襯底上晶體外延生長具有較好均勻性。

噴頭1和襯底托2均采用石墨材料制成，采用石墨材質(zhì)制作是因為：石墨具有良好的導熱性，保證熱量能夠較均勻的分布到襯底的每一塊面積上，保證外延生長過程中襯底溫場的均勻；同時襯底采用石墨材質(zhì)，石墨不會造成晶體外延生長過程對外延的背景摻雜，晶體外延純度進一步得到保障。

一種使用噴淋裝置進行碳化硅生長工藝方法，通過進氣通道3向噴頭1通入按照預定速度噴流的氣體；調(diào)整氣體流速直到氣體的主要股流在噴頭內(nèi)出現(xiàn)邊界層分離效應，并噴向襯底托2上表面。

襯底托2上表面設有圓盤形凹槽6，凹槽6內(nèi)放置有襯底，襯底被襯底托2帶動同步旋轉(zhuǎn)，噴淋裝置設置在能夠密封的腔室7內(nèi)，加熱裝置為環(huán)繞在腔室7周向的感應線圈8。通過感應線圈8控制使用溫度。

噴淋裝置設置在密封的腔室7內(nèi)，腔室7外周環(huán)繞的設有感應線圈8。

氣體為氫氣攜帶C3H8、HCL和SiH4的混合氣體，生長出的晶體為SiC。

此工藝方法的一種實施例的工藝參數(shù)為：

壓力：50Torr～500Torr，使用溫度：1400℃～1700℃，氫氣流量：5slm～30slm，攜帶源氣：C3H8、 HCL、SiH4，托盤旋轉(zhuǎn)速度：0～20r/min，內(nèi)部部件的材質(zhì)皆為石墨，氣流為從上向下的流向。

以上依據(jù)本發(fā)明的理想實施例為啟示，通過上述的說明內(nèi)容，相關(guān)人員完全可以在不偏離本項發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進行多樣的變更以及修改。本項發(fā)明的技術(shù)性范圍并不局限于說明書上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來確定技術(shù)性范圍。