CN115613139B - 用于外延生长碳化硅薄膜的化学气相沉积反应器及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及外延法制备碳化硅薄膜的领域，提供用于外延生长碳化硅薄膜的化学气相沉积反应器及方法，该反应器将热源部件设置为两个，其中第一热源部件呈四周环绕式，围成通过加热形成高温环境的反应空间，第二热源部件设置在反应空间内，将反应空间分隔为相互连通的第一气体通道和第二气体通道。该反应器有益于在采用化学气相沉积法生长碳化硅外延薄膜的过程中提高前驱气相物质在反应器中的分解率，同时有益于增加气相物质在反应器中分布的均匀性，有利于薄膜的均匀生长。
Description
技术领域
本发明涉及外延法制备碳化硅薄膜的领域，具体涉及化学气相沉积法制备碳化硅薄膜的领域，尤其是一种用于外延生长碳化硅薄膜的、用于提高前驱气相物质分解率的化学气相沉积反应器及方法。
背景技术
化学气相沉积技术广泛应用于制备碳化硅外延薄膜的工艺中，在该工艺中，前驱气相物质稀释在载流气相物质中通入化学气相沉积反应炉中，在反应器中由热源部件加热后前驱气相物质在载流气相物质中分解为可用于碳化硅衬底表面镀膜的中间气相物质。三氯甲基硅烷（MTS）是一种应用广泛的前驱气相物质，相较于其他前驱气相物质热解所要求的极高的温度（1600℃及以上温度），其能在较低的温度下（900~1400℃）在载流气相物质（氢气）中热解形成用以碳化硅外延薄膜的中间气相物质，在一定程度上减小了超高温环境所带来的碳化硅薄膜的内生缺陷。
目前采用常见的卧式（水平）反应炉进行化学气相沉积的过程中，气相物质从反应炉的一侧通入并从另一侧流出，气相物质通过反应炉的过程中会流经反应器中的高温区域并在该区域分解，然而当采用三氯甲基硅烷作为前驱气相物质时，反应器中的高温区可以采用相对较低的温度，使得前驱气相物质在流经反应器的高温区时其分解率降低，同时增加了反应器中气相物质的分布不均匀性，不利于薄膜的均匀生长。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于外延生长碳化硅薄膜的化学气相沉积反应器，该反应器有益于在采用化学气相沉积法生长碳化硅外延薄膜的过程中提高前驱气相物质在反应器中的分解率，同时有益于增加气相物质在反应器中分布的均匀性，有利于薄膜的均匀生长。
本发明的一方面，提供一种用于外延生长碳化硅薄膜的化学气相沉积反应器，包括：
反应器主体，具有内腔，内壁设置第一隔热层，为反应提供隔热的空间；
第一热源部件，设置于反应器主体所形成的隔热的空间内，贴近第一隔热层布置，围成反应空间；
第二热源部件，设置于第一热源部件围成的反应空间内，将反应空间分隔为第一气体通道和第二气体通道，两个通道相连通；
第二隔热层，设置于所述第二热源部件的外侧端部与反应器主体的入口之间，将反应器主体的入口分隔为气体入口和气体出口。
现有技术中的反应器，前驱气相物质和载流气相物质，经过反应器的一侧入口进入，流经反应器中的高温区域并在该区域分解，随即从另一侧流出，导致前驱气相物质在反应器停留时间过短，分解不彻底，分解率低。
本发明针对现有的反应器结构所带来的上述问题，对反应器结构进行改进，将热源部件设置为两个，其中第一热源部件呈四周环绕式，围成通过加热形成高温环境的反应空间，第二热源部件设置在反应空间内，将反应空间分隔为相互连通的第一气体通道和第二气体通道。本发明的这种布置，尤其是第二热源部件的增加，至少具有如下两点优势：第一，形成两条气体通道，延长了气体的流通路径，停留时间也相对延长，有利于充分分解；第二，增加了气相物质在反应器中分布的均匀性，有利于薄膜的均匀生长。
本发明通过第二热源部件来分隔反应空间，相比采用其它非热源部件来分隔，不会带来因为分隔部件带来的反应空间内温度分布不均匀的问题，为碳化硅薄膜的制备提供小温差的工艺环境，进一步有利于薄膜的均匀生长。
本发明的第二热源部件的形状不做特定限制，可以是与反应空间的截面形状一致的平面板状结构，边缘与第一热源部件之间紧密连接。也可以是迂回设置的板状结构，迂回设置可以延长气体通过的路径，从而提高气体的分解率。
本发明的化学气相沉积反应器尤其适用于卧式反应器。
本发明的化学气相沉积反应器尤其适用于采用三氯甲基硅烷（MTS）作为前驱气相物质，氢气作为载流气相物质的反应，三氯甲基硅烷（MTS）作为前驱气相物质，相较于其他前驱气相物质热解所要求的极高的温度（1600℃及以上温度），其能在较低的温度下（900~1400℃）在载流气相物质（氢气）中热解形成用以碳化硅外延薄膜的中间气相物质，在一定程度上减小了超高温环境所带来的碳化硅薄膜的内生缺陷，而正是由于反应器中的高温区可以采用相对较低的温度，使得前驱气相物质在流经反应器的高温区时其分解率降低。
所述热源部件为反应器提供前驱气相物质分解所需要的温度。本发明不对热源部件的产热方式做特定限制，如：热源部件的产热方式可以为通过电阻加热产生热量，或者通过感应磁场的作用产生热量，或者其他任何可行的方式产生热量。
可选地，第一热源部件和第二热源部件的产热方式可以相同或不相同。
可选地，第一热源部件和第二热源部件之间可以是整体的一体式结构，也可以是相互可拆开的结构。
可选地，隔热层部件（包括第一隔热层和第二隔热层）采用耐高温材料，如石墨泡沫，隔热层部件用以维持反应器中高温区域的热量。
本发明的化学气相沉积反应器，在第一热源部件和/或第二热源部件上还安置有衬底。
可优选地，所述衬底通过衬底承座安装于第二热源部件位于第一气体通道内的表面上和/或安装于第一热源部件位于第二气体通道内的表面上。
可选地，所述衬底的个数可以是一个或者两个，或者两个以上。
本发明的另一方面，提供一种外延生长碳化硅薄膜的方法，包括如下步骤：
S-1. 提供一个化学气相沉积室，该化学气相沉积室具有一个开口，室壁配置有第一隔热层；
S-2. 为化学气相沉积室配置热源部件，该热源部件内部形成第一气体通道和第二气体通道，且两个通道相互连通；
S-3. 为化学气相沉积室配置衬底，该衬底通过衬底承座安装于热源部件上。
S-4. 为化学气相沉积室配置第二隔热层，该第二隔热层连接于加热部件，将化学气相沉积室的开口分隔为气体入口和气体出口；气体入口连通第一气体通道，且位于第一气体通道前端；气体出口连通第二气体通道，且位于第二气体通道末端；
S-5. 从气体入口向化学气相沉积室注入含有前驱气相物质和载流气相物质，前驱气相物质与载流气相物质在反应腔中混合并发生反应，从而在衬底的表面沉积碳化硅薄膜；
S-6. 反应尾气从气体出口排出。
可选地，前驱气相物质为三氯甲基硅烷，载流气相物质为氢气。
本发明化学气相沉积反应器和方法，不仅适用于碳化硅薄膜制备，同样适用于采用化学气相沉积法生长其他晶体薄膜。
通过实施上述技术方案，本发明具有如下的有益效果：
本发明提供的反应器有益于在采用化学气相沉积法生长碳化硅外延薄膜的过程中提高前驱气相物质在反应器中的分解率，同时有益于增加气相物质在反应器中分布的均匀性，有利于薄膜的均匀生长。
附图说明
图1为本发明的反应器的结构示意简图，该简图为正视图的剖视图；
图2为本发明的反应器的左视图，该视图为截面视图，视图位置和方向如图1中A-A所示。
图3为某一工艺条件下，本发明的反应器中热源部件的特定表面上方前驱气相物质三氯甲基硅烷的分解率，以及传统反应器中热源部件表面上方前驱气相物质三氯甲基硅烷的分解率。
图4为某一工艺条件下，本发明的反应器中热源部件的特定表面上方中间气相物质SiCl2的摩尔分数，以及传统反应器中热源部件表面上方中间气相物质SiCl2的摩尔分数。
图5为某一工艺条件下，本发明的反应器中热源部件的特定表面上方中间气相物质C2H4的摩尔分数，以及传统反应器中热源部件表面上方中间气相物质C2H4的摩尔分数。
图6为另一工艺条件下，本发明的反应器中热源部件的特定表面上方前驱气相物质三氯甲基硅烷的分解率，以及传统反应器中热源部件表面上方前驱气相物质三氯甲基硅烷的分解率。
图7为另一工艺条件下，本发明的反应器中热源部件的特定表面上方中间气相物质SiCl2的摩尔分数，以及传统反应器中热源部件表面上方中间气相物质SiCl2的摩尔分数。
图8为另一工艺条件下，本发明的反应器中热源部件的特定表面上方中间气相物质C2H4的摩尔分数，以及传统反应器中热源部件表面上方中间气相物质C2H4的摩尔分数。
图9为实施例2与对比例1的工艺条件下，前驱气相物质三氯甲基硅烷的分解率对比图；
图10为实施例2与对比例1的工艺条件下，在3011表面上方中间气相物质SiCl2的摩尔分数对比图；
图11为实施例2与对比例1的工艺条件下，在3011表面上方中间气相物质C2H4的摩尔分数。
图中：1、反应器主体；10a、入口；10b、出口；101、第一气体通道；102、第二气体通道；201、第一隔热层；202、第二隔热层；301、第一热源部件；302、第二热源部件；3011、第一热源部件下层上表面；3021第二热源部件上表面。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例对本发明所提出的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域的相关技术人员在未能给出具有突破性或创造性劳动成果的前提下所获得的其他实施例，都属于本发明的保护范围。
特此说明，在未有冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例特征可以相互组合。
以下为结合具体实施例对本文提出的发明创造作出的详细说明，但不作为本发明的限定。
实施例1
本实施例提供一种卧式化学气相沉积反应器，适用于外延生长碳化硅薄膜，也适用于采用化学气相沉积法生长的其它晶体薄膜，本实施例以碳化硅薄膜为例，前驱气相物质采用三氯甲基硅烷（MTS），载流气相物质采用氢气。
如图1、图2所示，本实施例中的反应器包括一个石英材质的反应器主体1，该反应器主体1具有一个侧边开口，内部是一个内腔，在内腔中，围绕反应器内壁安装第一隔热层201。在第一隔热层201的内壁安装第一热源部件301。第一热源部件301呈四周环绕式布置，中间围成通过热源部件加热形成高温环境的反应空间。在此结构下，反应空间是无障碍一体式的。这会导致气体在反应空间内停留时间过短，来不及分解完全，导致分解率低下。在本实施例中，还进一步在反应空间中布置第二热源部件302，将反应空间分隔为上层的第一气体通道101和下层的第二气体通道102，两个气体通道在末端相通。本实施例第二热源部件302的设置，增加了气体通过高温区域的行程，促进前驱气相物质更充分的分解，同时能有利于提高反应器内气相物质分布的均匀性，提高薄膜生长的均匀性。第一热源部件301和第二热源部件302之间是整体的一体式结构。
在第二热源部件302的外侧顶部安装第二隔热层202，与第二热源部件302在同一平面上。第二隔热层202的端部与反应器开口齐平，将开口分为入口10a和出口10b，入口10a连通第一气体通道101，出口10b连通第二气体通道102。
本实施例中，第一热源部件301和第二热源部件302通过感应磁场的作用产生热量。
本实施例中隔热层部件（包括第一隔热层和第二隔热层）采用耐高温材料，如石墨泡沫，隔热层部件用以维持反应器中高温区域的热量，有利于维持化学气相沉积过程中工艺温度的持续稳定。
本实施例中的设置一个衬底，通过衬底承座安装于第一隔热层201的表面，位于第二气体通道102内。本实施例未能详尽描述衬底安置方案，任何未能作出突破性创新的衬底安置方案都可以视为本实施例中提出的适用于化学气相沉积反应器的衬底安置方案。
本实施例中，各部件的接触面均紧密贴合。
在反应器内化学反应进行的过程中，前驱气相物质和载流气相物质混合后的气体从入口10a处通入，经过反应器中的双层气体通道后经由出口10b流出，在流经反应器的过程中，热源部件产生的热量在反应器中维持一个高温区，前驱气相物质在高温区迅速分解形成用以促成碳化硅衬底表面薄膜生长的中间气相物质。
实施例2
基于实施例1提出的应用于化学气相沉积法制备碳化硅外延薄膜的水平式反应器和衬底的安置方案，本实施例提出可以应用于该反应器的优选衬底安置方案。采用模拟仿真的方法，建立三氯甲基硅烷在反应器中热解的数学模型，此实施例提出的生长工艺条件为：
载流气体为氢气，反应器中热区温度为1000℃，反应器中压力为10kPa，三氯甲基硅烷的入口流量为1000sccm，氢气的入口流量为5000sccm。
气体经过反应器时在热源部件加热的区域进行分解，前驱气相物质三氯甲基硅烷的分解率如图3所示。在MTS作为前驱气相物质的化学气相沉积制备碳化硅外延薄膜的过程中，SiCl2和C2H4是重要的中间气相物质，图4所示为中间气相物质SiCl2的摩尔分数，图5所示为中间气相物质C2H4的摩尔分数。
在此实施例中，气体总流量相对较大导致气体流速相对较大，且反应器内的高温区域温度相对较低，使得3021表面上方前驱气相物质分解率相对较低且在水平方向上分解不均匀，从而导致三氯甲基硅烷热解得到的用于进行衬底薄膜生长的中间气相物质在水平方向上分布不均匀，3011表面上方前驱气相物质分解率高且在水平方向上前驱气相物质分解均匀，且3011表面上方中间气相物质SiCl2和C2H4分布均匀性优于3021表面上方，因此，3011表面上方有利于在衬底上生长均匀的薄膜，3021表面上方不利于在衬底上生长均匀的薄膜。
作为对比，图3-图5中示出了传统反应器（不设置第二热源部件，其它结构相同）热源部件上方对应值的分布，可以看出，相对于传统反应器，本发明提出的反应器更有利于获得分布均匀性更好的气相物质分布。
根据此实施例2提出的生长工艺条件，衬底优先布置在3011表面上方。
实施例3
基于实施例1提出的应用于化学气相沉积法制备碳化硅外延薄膜的水平式反应器和衬底的安置方案，本实施例提出可以应用于该反应器的优选衬底安置方案。采用模拟仿真的方法，建立三氯甲基硅烷在反应器中热解的数学模型，此实施例提出的生长工艺条件为：
载流气体为氢气，反应器中热区温度为1300℃，反应器中压力为6kPa，三氯甲基硅烷的入口流量为25sccm，氢气的入口流量为100sccm。
气体经过反应器时在热源部件加热的区域进行分解，前驱气相物质三氯甲基硅烷的分解率如图6所示。在MTS作为前驱气相物质的化学气相沉积制备碳化硅外延薄膜的过程中，SiCl2和C2H4是重要的中间气相物质，图7所示为中间气相物质SiCl2的摩尔分数，图8所示为中间气相物质C2H4的摩尔分数。
在此实施例中，气体总流量相对较低导致气体流速相对较低，且反应器内的高温区域温度相对较高，一方面低流速气体在反应器高温区域停留的时间较长，另一方面较高的温度有利于促进前驱气相物质分解，因此3011和3021表面上方前驱气相物质分解率高且在水平方向上前驱气相物质分解均匀，使得三氯甲基硅烷热解得到的用于进行衬底薄膜生长的中间气相物质在水平方向上分布均匀，有利于衬底薄膜的均匀性生长。此外，3011表面上方中间气相物质SiCl2和C2H4分布均匀性与3021表面上方相差不大，但总体而言3011表面上方中间气相物质分布均匀性更高。
作为对比，图6-图8中示出了传统反应器（不设置第二热源部件，其它结构相同）热源部件上方对应值的分布，可以看出，相对于传统反应器，本发明提出的反应器更有利于获得分布均匀性更好的气相物质分布。
根据此实施例3提出的生长工艺条件，可优先布置衬底于3011表面上方，3021表面上方也可以选择布置衬底。
对比例1
基于实施例2提出的应用于化学气相沉积法制备碳化硅外延薄膜的水平式反应器和衬底的安置方案，本对比例提出，对部件302实施替换方案对实施例2的影响。本对比例提出将部件302替换为非热源的隔热部件，例如普通的石英隔板，反应器其他部件及结构不变。
本对比例中，第一热源部件产生热量。
采用模拟仿真的方法，建立三氯甲基硅烷在反应器中热解的数学模型，此对比例应用的生长工艺条件与实施例2相同，为：
载流气体为氢气，反应器中热区温度为1000℃，反应器中压力为10kPa，三氯甲基硅烷的入口流量为1000sccm，氢气的入口流量为5000sccm。
气体经过反应器时在热源部件加热的区域进行分解，在3011表面上方，本对比例与实施例2的前驱气相物质三氯甲基硅烷的分解率如图9所示。在MTS作为前驱气相物质的化学气相沉积制备碳化硅外延薄膜的过程中，SiCl2和C2H4是重要的中间气相物质，图10所示为在3011表面上方本对比例与实施例2中间气相物质SiCl2的摩尔分数，图11所示为在3011表面上方本对比例与实施例2中间气相物质C2H4的摩尔分数。图9-图11中，图例“部件302为隔热部件”为本对比例实施方案，图例“部件302为加热部件”为实施例2实施方案。
部件302为热源部件时，能在实施例2的工艺条件下获得更均匀的气相物质分布，部件302为隔热部件时，3011表面上方气相物质分布不均匀性相对较大。由此可知，实施例2实施方案优于对比例1方案。
Claims (6)
1.用于外延生长碳化硅薄膜的化学气相沉积反应器，包括：反应器主体和第一热源部件，所述反应器主体具有内腔，内壁设置第一隔热层，为反应提供隔热的空间；所述第一热源部件设置于反应器主体所形成的隔热的空间内，贴近第一隔热层布置，围成反应空间；其特征在于，还包括，第二热源部件和第二隔热层，所述第二热源部件设置于第一热源部件围成的反应空间内，将反应空间分隔为第一气体通道和第二气体通道，两个通道相连通；第二隔热层设置于所述第二热源部件的外侧端部与反应器主体的开口之间，将反应器主体的开口分隔为气体入口和气体出口，在第一热源部件和/或者第二热源部件上还安置有衬底。
2.根据权利要求1所述的用于外延生长碳化硅薄膜的化学气相沉积反应器，其特征在于，所述反应器主体呈卧式，开口位于反应器主体一侧。
3.根据权利要求1所述的用于外延生长碳化硅薄膜的化学气相沉积反应器，其特征在于，所述气体入口位于气体出口的上方。
4.根据权利要求1所述的用于外延生长碳化硅薄膜的化学气相沉积反应器，其特征在于，所述衬底通过衬底承座安装于第二热源部件位于第一气体通道内的表面上和/或安装于第一热源部件位于第二气体通道内的表面上。
5.一种外延生长碳化硅薄膜的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S-1. 提供一个化学气相沉积室，该化学气相沉积室具有一个开口，室壁配置有第一隔热层；
S-2. 为化学气相沉积室配置热源部件，该热源部件内部形成第一气体通道和第二气体通道，且两个通道相互连通；
S-3. 为化学气相沉积室配置衬底，该衬底通过衬底承座安装于热源部件上；
S-4. 为化学气相沉积室配置第二隔热层，该第二隔热层连接于加热部件，将化学气相沉积室的开口分隔为气体入口和气体出口；气体入口连通第一气体通道，且位于第一气体通道前端；气体出口连通第二气体通道，且位于第二气体通道末端；
S-5. 从气体入口向化学气相沉积室注入含有前驱气相物质和载流气相物质，前驱气相物质与载流气相物质在反应腔中混合并发生反应，从而在衬底的表面沉积碳化硅薄膜；
S-6. 反应尾气从气体出口排出。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，前驱气相物质为三氯甲基硅烷，载流气相物质为氢气。
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Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN205711042U (zh) * | 2016-04-26 | 2016-11-23 | 北京世纪金光半导体有限公司 | 一种碳化硅外延生长装置 |
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Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3008782B2 (ja) * | 1994-07-15 | 2000-02-14 | 信越半導体株式会社 | 気相成長方法およびその装置 |
| JP2002110564A (ja) * | 2000-10-02 | 2002-04-12 | Japan Pionics Co Ltd | 気相成長装置及び気相成長方法 |
| GB2415707A (en) * | 2004-06-30 | 2006-01-04 | Arima Optoelectronic | Vertical hydride vapour phase epitaxy deposition using a homogenising diaphragm |
| US20060288933A1 (en) * | 2005-06-27 | 2006-12-28 | Arima Computer Corporation | Chemical vapor deposition reactor |
| TW200811310A (en) * | 2006-08-23 | 2008-03-01 | Kinik Co | Apparatus for chemical gas phase thin film sedimentation |
| DE102007010286B4 (de) * | 2007-03-02 | 2013-09-05 | Freiberger Compound Materials Gmbh | Verfahren zum Herstellen eines Verbindungshalbleiterwerkstoffs, einer III-N-Schicht oder eines III-N-Bulkkristalls, Reaktor zur Herstellung des Verbindungshalbleiterwerkstoffs, Verbindungshalbleiterwerkstoff, III-N-Bulkkristall und III-N-Kristallschicht |
| CN203474963U (zh) * | 2013-07-04 | 2014-03-12 | 国家电网公司 | 一种用于生产碳化硅外延片的化学气相沉积设备 |
| CN103603048B (zh) * | 2013-07-04 | 2016-08-10 | 国家电网公司 | 一种用于生产碳化硅外延片的化学气相沉积设备 |
| CN103346073B (zh) * | 2013-07-13 | 2016-01-20 | 大连理工大学 | 一种β－碳化硅薄膜的制备方法 |
| CN103556219B (zh) * | 2013-10-31 | 2016-04-20 | 国家电网公司 | 一种碳化硅外延生长装置 |
| CN105714380A (zh) * | 2016-04-26 | 2016-06-29 | 北京世纪金光半导体有限公司 | 一种碳化硅外延生长装置及方法 |
| CN211367813U (zh) * | 2019-11-14 | 2020-08-28 | 广东先导稀材股份有限公司 | 一种制备多晶碳化硅的化学气相沉积装置 |
-
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Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN205711042U (zh) * | 2016-04-26 | 2016-11-23 | 北京世纪金光半导体有限公司 | 一种碳化硅外延生长装置 |
| RU2021122786A (ru) * | 2021-07-29 | 2021-10-11 | Общество с ограниченной ответственностью "Открытый код" | Cvd-реактор синтеза гетероэпитаксиальных пленок карбида кремния на кремниевых подложках |
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