[发明专利]一种高温碳化硅双室热壁式外延生长装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种高温碳化硅双室热壁式外延生长装置，特别涉及一种基于铜螺旋管射频加热的双室(n型和p型生长室)水平平行式高温碳化硅半导体材料外延生长装置。属于半导体技术领域。

背景技术

近年来由于科学技术的发展及军事、航天、雷达通讯、石油钻探、汽车工业、工业过程控制等对耐高温、大功率工作和抗辐照微电子器件的大量需求，以碳化硅(SiC)为代表的宽带隙半导体材料及其器件研究为人们所关注。SiC是继硅(Si)及砷化镓(GaAs)传统半导体之后出现的第三代半导体，具有禁带宽(Si的3倍)、热导率高(Si的3.3倍)、击穿场强高(Si的10倍)、饱和电子漂移速率高(Si的2.5倍)、工作温度高(400-600℃)、键合能高以及极好的物理及化学稳定性等许多优良特性，在高温、大功率、抗辐照的器件应用领域有着得天独厚的潜力和优势。

正是因为碳化硅所具备的优良特性和碳化硅器件所展示的巨大应用潜力及在国防应用上具有的特殊地位，国际上非常注重碳化硅材料与器件的研究开发，美国政府将SiC器件视为战略核心元器件，并投巨资从事SiC的研发工作。美国在97年制订的“国防与科学计划”中规定了宽带隙半导体的发展目标，美国的国家航天局(NASA)、国防部的先进研究计划署(DARPA)、电力公司EPRI、西屋公司(Westinghouse)、Cree公司、NorthropGrumman公司以及II-VI公司等相继开展了SiC材料的开发、生产与器件的研制工作。日本政府也成立了一个新能源及工业技术发展组织，制定了一系列关于SiC材料与器件的国家计划，如“国家硬电子计划”、“NEDO新阳光计划”、“燃烧控制系统能量保存的研发”以及教育部的“宽带隙半导体电子特性控制和功率电子应用”等项目。欧洲国家如瑞典、德国、法国、英国等均设立了有关SiC宽带隙半导体研究开发计划。

碳化硅的研究工作包括从碳化硅(SiC)单晶的制备、外延材料(包括同质外延与异质外延)的生长、特性表征，到碳化硅各种高温、高频、大功率器件的研发。其中碳化硅外延生长，是实现碳化硅器件的关键技术和瓶颈，许多重要器件所要求的结构材料必须由外延生长来完成。SiC器件的制备已完全取决于SiC外延结构材料的制作水平，要制备碳化硅器件，需要高质量的器件结构外延材料，如良好的表面形貌、厚度的有效控制、掺杂的有效控制、良好的厚度及掺杂均匀性等。在有效的几种外延生长技术中，化学气相沉积(CVD)技术已成为优质碳化硅(SiC)器件结构材料的关键生长技术，并使得碳化硅器件的研制工作取得突破性进展。所谓CVD技术，就是将化合物气体如硅烷(SiH₄)、乙烯(C2H₄)和氢气(H₂)等反应气体通入外延生长室内，在热衬底表面上发生化学反应，并在衬底上淀积所希望的薄膜材料，如碳化硅(SiC)外延材料。

对于SiC同质外延来说，首先需要在1500-1600℃甚至更高的温度下进行，生长温度高；其次，SiC有很多种晶型，在外延生长中必须给予控制，主要取决于生长技术。优质的没有其它多型体夹杂的SiC外延层材料的获得和外延层的有效可控制的原位掺杂的实现，对生长系统及生长和掺杂的工艺技术提出了很高的要求，尤其是对于背景杂质浓度的有效控制，是改进掺杂特性的关键。

针对这些考虑，建立合适的高温大功率SiC外延材料生长装置，可为各种SiC器件的制作提供可靠的标准SiC外延结构材料，对于推动我国高温微电子产业的快速发展，以及在解决国家所急需的高温大功率半导体材料和器件、实现集成创新等方面具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是为了避免SiC外延生长时n型和p型掺杂剂的交叉污染而设计的一种基于铜螺旋管射频加热的双室热壁水平式SiC外延材料生长装置。双室是：一是n型SiC外延生长室，二是p型SiC外延生长室，利用该生长装置能够实现SiC的未掺杂、n-型掺杂和p-型掺杂的SiC外延材料生长，以满足各种高温、大功率、高频SiC器件的制作。

为达到上述目的，本发明的技术解决方案是提供了一种高温碳化硅双室热壁式外延生长装置，其特征在于，其包含有：

一密封操作箱，该密封操作箱为一矩形箱体，在密封操作箱的一背面开有两个圆孔，该密封操作箱的顶部有一个出气口，底部有一个进气口，正面有两个用于密封安装橡胶手套的操作口，该密封操作箱用于隔离大气，进行生长衬底片和外延样品的交接与传递；

两个三通过渡连接件，该两个三通过渡连接件的端口为法兰端口，该两个三通过渡连接件的一端分别与该密封操作箱上的两个圆孔连接；