CN115627456A - 提升碳化硅沉积质量及沉积速率均一性的方法及反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及碳化硅晶体沉积生长领域，尤其涉及提升碳化硅沉积质量及沉积速率均一性的方法及反应器，所述方法包括以下步骤：（1）提供一个水平设置的化学气相沉积室以及与之相联通的预混室；（2）在预混室远离化学气相沉积室的一侧沿纵向交替分层设置还原气体入口以及前驱体气体入口；（3）分别注入氢气以及前驱体气体，在预混室中均匀混合得到反应物气体，并将其从化学气相沉积室的一侧通入从而在基底的表面沉积碳化硅薄膜。本发明通过多层交叉排列布置的反应气体入口可以保证反应物混合更为均匀，多热源及窄通道的设计方式可以提高碳化硅基底沉积温度的均匀性以及碳化硅晶体的沉积质量。
Description
技术领域
本发明涉及碳化硅晶体沉积生长领域，尤其涉及提升碳化硅沉积质量及沉积速率均一性的方法及反应器。
背景技术
碳化硅晶体由于具有非常优异的物理化学性能，一直以来，成为国内外晶体生长领域专家和学者研究的重点。碳化硅在高温条件下，仍然具有较好的机械强度，优异的热稳定性以及化学耐久性，基于此性能，碳化硅可以用来制作超高温环境下工作的设备部件与器件，如隔热瓦和核反应堆包覆层等。此外，碳化硅还具有非常优异的电子性能，如较高的电子迁移率，高击穿场强，较强的场致发射强度，以及较强的抗氧化性，这些性质使得碳化硅可用于制造工作环境要求更高的电子器件。
目前碳化硅商业化运营制作功率器件，主要还是依靠外延生长，包括物理气相沉积方法，化学气相沉积方法，液相外延法以及分子束外延法。其中，化学气相沉积法由于具有设备简单，生长成本低，生长速度快，易于控制掺杂等特点，使得该方法成为目前生产半导体器件用碳化硅晶体的主要方法，在商业化生产中占据较大的份额。
常规的水平壁热式化学气相沉积反应器工作过程中有两个不足之处，其一是反应气体通过反应器一侧由上下两个入口通入，反应物气体溶质随载流气在反应器内部流动过程中，会出现明显的分层现象，使得两种反应物在不同区域流动与扩散，混合程度降低，影响反应物在基底表面分布的均匀性，进而影响基底表面晶体沉积的质量。其二是传统壁热式水平反应器采用单一热源加热，热源温度分布不均，且由于进口反应气体低温气流的作用，整个反应器呈现上游温度低，下游温度高的特点，各个基底温度分布明显不均，且每个基底不同部分温度也具有明显的不均匀性，随着基底尺寸的增大，这种不均匀性现象更加明显。这会导致晶体生长过程中热应力增加，出现开裂、位错等缺陷，且各个基底沉积速率差别较大，不利于批量生产。
发明内容
本发明是为了克服现有技术中通过常规的水平壁热式化学气相沉积反应器在化学气相法沉积碳化硅的过程中反应物在基底表面分布的均匀性较差，进而影响基底表面晶体沉积的质量的缺陷，提供了一种提升碳化硅沉积质量及沉积速率均一性的方法及反应器以克服上述不足之处。
为实现上述发明目的，本发明通过以下技术方案实现：
第一方面，本发明首先提供了一种提升碳化硅沉积质量及沉积速率均一性的方法，
包括以下步骤：
（1）提供一个水平设置的化学气相沉积室以及与之相联通的预混室，所述预混室的高度大于化学气相沉积室的高度；
（2）在预混室远离化学气相沉积室的一侧沿纵向交替分层设置还原气体入口以及前驱体气体入口；
（3）向化学气相沉积室中放置基底；
从还原气体入口向预混室注入载流气以及氢气；
从前驱体气体入口向预混室注入载流气以及含Si以及C元素的前驱体气体；
还原气体与前驱体气体在预混室中均匀混合得到反应物气体；
（4）将反应物气体从化学气相沉积室的一侧通入，同时单独控制化学气相沉积室内部各基底处的温度使得各基底的沉积温度保持均匀，从而在基底的表面沉积碳化硅薄膜；
（5）反应尾气沿化学气相沉积室流动，最终化学气相沉积室的另一侧流出。
如背景技术中所述，现有技术中的在沉积碳化硅晶体的过程中，通常是在气相沉积室的一侧设置两个入口，从而用于通入氢气以及前驱体气体。在气体通入后，两种不同的气体便会直接进入到化学气相沉积室的内部。在理论条件下，两种不同的气体在流动的过程中主要依靠气流交界面的对流扩散作用相接触，从而在接触过程中会逐渐相互混合，最终形成分散均一的反应物气体，从而在基底表面沉积碳化硅晶体。
然而本申请发明人在研究过程中发现，这种气体通入方式存在以下不足之处：首先，受制于化学气相沉积室的长度限制，两种气体在流动过程中气流交界面的对流扩散作用较弱，导致两种反应气体往往无法混合均匀，甚至会出现明显的分层现象。其次，由于反应物气体之间的混合程度降低，从而影响反应物在不同基底表面分布的均匀性，进而影响基底表面晶体沉积的质量。最后，即使在同一块基底表面，不同浓度的反应物也会造成在同一块基底表面沉积的碳化硅质量的下降。
因此，本发明为了改善上述不足之处，特意调整了反应气体的通入方式以及通入结构，具体如下：首先本发明在通入反应气体的过程中对反应器做了一定的结构上的调整，本发明首先在化学气相沉积室的一侧设置有一个预混室，由于设置了预混室，从而延长了反应气体的流动路径，从而提升了两种不同反应气体在进入到化学气相沉积室前的对流扩散路径，从而提升了反应气体之间的混合效果。其次，本发明还在预混室远离化学气相沉积室的一侧沿纵向交替分层设置还原气体入口以及前驱体气体入口，通过采用这种交替分层设置的方式便能够提升反应物气体界面之间的对流扩散作用，从而能够保证反应气体在反应器的入口处便能够充分混合。最后，本发明中的预混室的高度大于化学气相沉积室的高度，因此在向预混室的还原气体入口以及前驱体气体入口中通入不同的反应性气体后，除了其本身存在的强界面对流扩散作用，反应气体在从高度较高的预混室进入到高度较低的化学气相沉积室中之后，也会受到强烈的对流作用，从而提升了反应气体之间的混合效果，使得在进入到化学气相沉积室前便能够有效将反应性气体混合至均匀状态。
除反应气体的通入方式对碳化硅晶体的生长有明显的不同之外，本发明申请人发现化学气相沉积室内部的基底的温度对于碳化硅晶体的沉积也有重要的影响。申请人发现，当反应气体在从预混室通入到化学气相沉积室内部时，由于位于预混室内部的反应气体的温度较低，因此化学气相沉积室内部位于气流上游处的基底的温度会低于位于气流中下游处的基底的温度；同时现有技术中对于各基底都是采用统一的温度调控，而由于对化学气相沉积室起到加热的加热器的温度分布呈现中间高，两头低的抛物线形，且由于反应器容积较大，受气流流动的影响，反应器内部温度分布呈现明显的不均匀性，各基底温度与单一基底各部分间均存在较大的温度偏差，造成基底沉积过程表面存在较大热应力，晶体生长过程中出现开裂、位错等缺陷。同时不同基底间温度的差异，会造成各基底间生长速率差异过大，不利于基底的批量化生长。
因此，本发明对此进行了一定的改善措施，首先如上文所述，本发明中的化学气相沉积室的高度低于预混室的高度，因此其除了改善反应气体的混合效果之外，还能够减少反应气体及载流气流动对反应器内部传热过程的影响，从而有利于提高化学气相沉积室内部的均一性。同时，本发明还将传统的统一加热修改为对化学气相沉积室内部各基底处的温度进行了单独控制，从而能够提高基底各部分及各个基底间沉积温度的均匀性。
综上所述，本发明通过结合改变反应气体的通入方式以及对于基底的温度控制方式的手段，有效提升了在基底表面沉积碳化硅晶体时的均匀性，避免了在晶体生长过程中出现开裂、位错等缺陷以及生长速率差异过大的问题。
作为优选，所述化学气相沉积室的高度小于预混室的高度的1/2。
本发明将化学气相沉积室的高度设置成小于预混室的高度的一半能够有效提高氢气与前驱体气体之间的混合效果，同时有利于减少反应气体对于化学气相沉积室内部热场的影响。
作为优选，所述预混室与化学气相沉积室之间平缓过渡。
本发明中由于预混室与化学气相沉积室之间存在一定的高度差，若两者之间直接连接会导致预混室进入到预混室中后会由于气流路径尺寸的急剧减小而诱导反应气体中产生湍流或者乱流，导致气流不稳定最终影响在基底上的碳化硅晶体的生长。因此，本发明为了克服这一缺陷，特意在预混室与化学气相沉积室之间平缓过渡，这样能够有效防止湍流的产生，同时随着预混室与化学气相沉积室之间流道的缩小，反应气体的流速也相应提升，使得原本分层流动的氢气与前驱体气体之间的界面的对流扩散作用增强，从而有利于反应气体之间的充分混合。
第二方面，本发明还提供了一种提升碳化硅沉积质量及沉积速率均一性的反应器，其包括：
化学气相沉积室，其外部设置有间隔设置的加热器组，所述化学气相沉积室内部位加热器组对应位置处设置有碳化硅基底；
预混室，其与化学气相沉积室的一侧联通，且所述预混室 的高度大于化学气相沉积室的高度，所述预混室远离化学气相沉积室的一侧沿纵向交替分层设置还原气体入口以及前驱体气体入口，从而用于向化学气相沉积室输送反应物气体；
尾气室，其与化学气相沉积室的另一侧联通，所述尾气室设置有一个用于排出反应尾气的尾气出口。
本发明中反应器是基于上文所提到的相关理论设计得到的。
其中：针对化学气相沉积室本发明对传统的反应器的整体加热器进行了修改，调整为间隔设置的加热器组，每个基底的外侧均可设置有一个加热器组，因此每个基底的碳化硅沉积温度只需要控制位于每个基底外围的加热器组的加热功率便能够进行调节，从而能够有效提高基底各部分及各个基底间沉积温度的均匀性。
针对预混室，其一侧设置若干沿纵向交替分层设置的还原气体入口以及前驱体气体入口，其通过采用这种交替分层设置的方式便能够提升反应物气体界面之间的对流扩散作用，从而能够保证在反应气体在反应器的入口处便能够充分混合。并且在反应气体通入到化学气相沉积室内部前能够延长反应气体的流动路径，从而提升了反应气体之间的混合效果。
作为优选，所述预混室包括气体通入腔，所述还原气体入口以及前驱体气体入口设置于气体通入腔的一侧，所述气体通入腔的高度大于化学气相沉积室的高度；
所述预混室还包括用于将气体通入腔与化学气相沉积室连接的气体过渡腔，所述气体过渡腔的内径沿预混室至化学气相沉积室依次缩小。
作为优选，所述气体通入腔的高度大于化学气相沉积室高度的两倍。
作为优选，还原气体入口以及前驱体气体入口的总层数为3、5或7层；
每层还原气体入口以及前驱体气体入口的数量为8-12个；
且第一层与最后一层为前驱体气体入口。
作为优选，每组所述加热器组由3-5个加热器组合而成；
所述加热器组的宽度大于碳化硅基底直径宽度。
作为优选，当反应器运行时，靠近反应物气体上游方向的加热器组的功率大于靠近反应物气体下游方向的加热器组的功率。
作为优选，所述尾气室包括一个用于汇集反应尾气的尾气汇集腔，所述尾气汇集腔远离化学气相沉积室的一侧设置有尾气出口，所述尾气汇集腔的高度大于化学气相沉积室的高度；
所述尾气室还包括一个用于将尾气汇集腔与化学气相沉积室连接的尾气过渡腔，所述尾气过渡腔的内径沿预混室至尾气汇集腔依次增大。
本发明中的尾气室其同样包括两部分组成，其中尾气汇集腔的高度大于化学气相沉积室的高度，其主要目的在于尾气从化学气相沉积室流出后，其能够首先在尾气汇集腔中汇集，从而防止因为尾气的流出而造成化学气相沉积室内部温度的剧烈下降，从而有利于维持化学气相沉积室内部温度的稳定。同时在化学气相沉积室与尾气汇集腔之间设置有一个内径依次增大的尾气过渡腔，其能够保持从化学气相沉积室流动至尾气汇集腔的尾气的气流保持稳定，有利于碳化硅晶体的稳定生长。
因此，本发明具有以下有益效果：
（一）本发明通过设置了预混室，从而延长了反应气体的流动路径，从而提升了两种不同反应气体在进入到化学气相沉积室前的对流扩散路径，从而提升了反应气体之间的混合效果。
（二）将还原气体入口以及前驱体气体入口采用分层且交叉布置的方式，可以很大程度上消除传统布置方式下，反应器内反应物气体随载流气体出现的分层现象，提高两种反应物在基底部位的混合均匀性，提高沉积质量。
（三）将预混室的高度设定为大于化学气相沉积室的高度，因此在向预混室的还原气体入口以及前驱体气体入口中通入不同的反应性气体后，除了其本身存在的强界面对流扩散作用，反应气体在从高度较高的预混室进入到高度较低的化学气相沉积室中之后，也会受到强烈的对流作用，从而提升了反应气体之间的混合效果，使得在进入到化学气相沉积室前便能够有效将反应性气体混合至均匀状态。
（四）通过降低反应器基底所在部位腔室高度并采用分散式多热源布置方式，可以有效降低常规加热器由于整体式加热及气流流动影响造成的温度分布不均匀现象，减少由于沉积过程中热应力增加造成的晶体开裂、位错等缺陷的产生，此外，该结构可有效降低由于各基底温度分布不均匀造成的沉积速率不均匀现象。
（五）本发明设计的化学气相沉积法反应器结构，结构简单，易于实现，适于沉积生长多基底大尺寸碳化硅薄膜，对于提高商业化碳化硅薄膜生长速率与质量具有促进作用。
附图说明
图 1 本发明设计的提升碳化硅沉积质量及沉积速率均一性的反应器的三维效果图。
图 2 本发明设计的提升碳化硅沉积质量及沉积速率均一性的反应器的二维剖面图。
图 3 常规化学气相沉积反应器的二维剖面图。
图 4 常规化学气相沉积反应器内部反应物浓度分布云图。
图 5 本发明设计的提升碳化硅沉积质量及沉积速率均一性的反应器的内部反应物浓度分布云图。
图 6 常规化学气相沉积反应器内部温度分布云图。
图 7 本发明设计的提升碳化硅沉积质量及沉积速率均一性的反应器的内部温度分布云图。
图 8 本发明设计的提升碳化硅沉积质量及沉积速率均一性的反应器与常规化学气相沉积反应器基底表面温度分布对比曲线。
其中：化学气相沉积室100、加热器组110、加热器111、碳化硅基底120、石墨基底座130；
预混室200、还原气体入口210、前驱体气体入口220、气体通入腔230、气体过渡腔240；
尾气室300、尾气出口310、尾气汇集腔320、尾气过渡腔330。
具体实施方式
下面结合说明书附图以及具体实施例对本发明做进一步描述。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。此外，下述说明中涉及到的本发明的实施例通常仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。因此，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1-图2所示，本发明提供了一种提升碳化硅沉积质量及沉积速率均一性的反应器，其主体部分由化学气相沉积室100、预混室200以及尾气室300三部分组成。
其中：化学气相沉积室100为一长条形管状结构，其内部均匀间隔设置有若干个石墨基底座130（在图中石墨基底座130的数量为2），每个石墨基底座130的上方均放置有一个用于沉积碳化硅晶体的碳化硅基底120。化学气相沉积室100的外部位于碳化硅基底120处还设置有用于对碳化硅基底120起到加热作用的的加热器组110，每组加热器组110由3-5个加热器111组合而成，每个加热器111均能够单独控制其发热功率，因此在碳化硅基底120表面沉积碳化硅晶体的过程中能够根据每个碳化硅基底120的温度情况以及碳化硅基底120表面的碳化硅晶体沉积情况进行调节，从而使得每个碳化硅基底120的各部分及各个碳化硅基底120间沉积温度的均匀性。
预混室200包括一气体通入腔230以及用于将气体通入腔230与化学气相沉积室100相连通的气体过渡腔240。其中气体通入腔230的侧壁处设置有沿纵向交替分层设置的还原气体入口210以及前驱体气体入口220，还原气体入口210以及前驱体气体入口220的总层数分别为3层、5层或7层（图1-图2中的总层数为5层），且第一层与最后一层为前驱体气体入口220。每一层中还原气体入口210以及前驱体气体入口220的数量均为8-12个，因此采用这种分层设置还原气体入口210以及前驱体气体入口220的方式能够提升反应物气体界面之间的对流扩散作用，从而能够保证反应气体在气体通入腔230处便能够充分混合。
此外，本发明在设计气体通入腔230的过程将其高度设计成高度大于化学气相沉积室100的高度（优选为气体通入腔230的高度大于化学气相沉积室100高度的两倍），因此在向还原气体入口210以及前驱体气体入口220中通入不同的反应性气体后，除了其本身存在的强界面对流扩散作用，反应气体在从高度较高的气体通入腔230进入到高度较低的化学气相沉积室100时，也会受到强烈的对流作用，从而提升了反应气体之间的混合效果，使得在进入到化学气相沉积室100前便能够有效将反应性气体混合至均匀状态。本发明还特意将气体过渡腔240的内径设置成沿预混室200至化学气相沉积室100依次缩小，使得预混室与化学气相沉积室之间平缓过渡，这样能够保证反应气体气流中有效防止湍流的产生，同时随着预混室200与化学气相沉积室100之间流道的缩小，反应气体的流速也相应提升，使得原本分层流动的氢气与前驱体气体之间的界面的对流扩散作用增强，从而有利于反应气体之间的充分混合。
尾气室300包括一个用于汇集反应尾气的尾气汇集腔320，尾气汇集腔320的高度大于化学气相沉积室100的高度，其主要目的在于尾气从化学气相沉积室100流出后，其能够首先在尾气汇集腔320内部汇集，从而防止因为尾气的流出而造成化学气相沉积室内部温度的下降，从而有利于维持化学气相沉积室100内部温度的稳定。然后尾气再经过设置在尾气汇集腔320远离化学气相沉积室100的一侧的尾气出口310排出
同时，尾气室300还包括一个用于将尾气汇集腔320与化学气相沉积室100连接的尾气过渡腔330，所述尾气过渡腔330的内径沿预混室200至尾气汇集腔320依次增大，其能够保持从化学气相沉积室100流动至尾气汇集腔320的尾气的气流保持稳定，有利于碳化硅晶体的稳定生长。
本发明通过调整了还原气体入口210以及前驱体气体入口220的数量与布置形式，采用多层交叉排列的布置方式，确保反应气体通过预混室200后更为有效的混合扩散，提高反应物气体在化学气相沉积室100内部基底沉积区域段的分布均匀性，提高晶体生长的质量。同时采用分散式热源加热的方式，多个加热器111根据基底数量分组，通过调整各个加热器111的功率，实现提高整体温度场分布均匀性的目标。整体装置尺寸要求如下：
d1 = 10-15mm；
L2 = 20-40mm；
L ＞ 2D+150mm；
3L1 ＞ D；
H = 40-60mm；
d2 = 40-70mm；
其中，d1为还原气体入口210以及前驱体气体入口220的直径，d2为尾气出口310直径，L2为上下两排还原气体入口210与前驱体气体入口220之间的轴距，L为化学气相沉积室100的长度，H为化学气相沉积室100的高度，D为碳化硅基底120的直径，L1为加热器111的宽度。
本发明设计的提升碳化硅沉积质量及沉积速率均一性的反应器，主要针对商业化大尺寸碳化硅基底120的化学气相沉积外延，通过多层交叉排列布置的反应气体入口可以保证反应物混合更为均匀，多热源及窄通道的设计方式，可以针对反应器受气流影响，上游温度低下游温度高的特点调整加热器功率，以提高碳化硅基底120沉积温度的均匀性。采用此种结构，可以实现反应器内各个碳化硅基底120沉积生长过程中近似的温度均匀，提高碳化硅基底120表面碳化硅晶体的沉积质量。
本发明实例仅仅是针对该技术方案所做的举例说明，实际设计过程中，可在该基础上调整部分结构尺寸，如还原气体入口210与前驱体气体入口220之间的间距，排数，化学气相沉积室100的腔室高度等，本发明所涉及的提升碳化硅晶体沉积质量及沉积速率均一性的反应器。不仅仅限定于碳化硅薄膜的沉积，而是以权利要求所限定的范围为准。本发明所属技术领域相关研究、设计人员针对发明结构所做的相关修改或补充，均在权利要求的保护范围内。
实施例2
为验证本发明设计的提升碳化硅沉积质量及沉积速率均一性的反应器的效果，发明人分别构建了常规化学气相沉积反应器（其剖面结构如附图3所示）与本发明中的提升碳化硅沉积质量及沉积速率均一性的反应器（其结构如图1-图2所示），并在两种反应器基础上，分别对8英寸碳化硅基底120沉积过程进行了数值模拟计算。常规化学气相沉积反应器与本发明设计的反应器主要区别在于，本发明采用多排交叉布置的还原气体入口210以及前驱体气体入口220含载流气替代了单一的还原气体入口210以及前驱体气体入口220。将整个反应器调整为三段式，包括预混室200，化学气相沉积室100与尾气室300，化学气相沉积室100高度H减小为进出口高度的1/4-1/2。整体式电阻加热器调整为两组分别由3-5个加热器111组合而成的加热器组110，所有加热器111按碳化硅基底120所在位置进行分组，每组加热器组110的总宽度需覆盖基底宽度。
对常规化学气相沉积反应器与本发明设计的提升碳化硅沉积质量及沉积速率均一性的反应器分别设置相应的入口、出口及温度边界条件，并进行稳态计算，得到碳化硅基底稳定沉积状态时，反应器内部的流场、温度场以及浓度场分布情况。
作为对比例采用的常规化学气相沉积反应器，长度0.95m，高度0.2m，前驱体气体入口直径0.04m，还原气体入口直径0.03m。还原气体入口与两个8英寸碳化硅基底布置在整个反应器水平中心面下方，尾气出口沿水平中心面布置于反应器右侧。
计算采用的本发明所述的提升碳化硅沉积质量及沉积速率均一性的反应器，长度0.95m，高度0.2m,宽度0.25m,其中预混室200长0.15m，化学气相沉积室100长0.65m，尾气室300长0.15m。还原气体入口210以及前驱体气体入口220总共设计5排，每排10个，入口内径0.01m,相邻两个还原气体入口210以及前驱体气体入口220之间水平及垂直轴距均为0.03m,其中第1、3、5排为前驱体气体入口220，第2、4排为还原气体入口210。化学气相沉积室100高度设计为0.05m，宽度与入口段相同，各个加热器111宽度相同，均为0.09m,三个加热器加热宽度范围需覆盖碳化硅基底120。尾气出口310内径0.05m，轴线位于反应器水平中心面上。
作为示例，反应物载流气体选择氩气，对于改进结构，由于采用多热源加热器111，可分别单独设置加热器111功率，根据气流方向，设置上游加热器111功率略大于下游加热器111功率，以保证整个反应器温度的均匀性。具体的入口气流参数与加热器参数设置要求如下：前驱体气体入口220气体流速0.01m/s，还原气体入口210气体流速0.01m/s，内壁及碳化硅基底120表面设置为无滑移壁面，前驱体气体入口220浓度1 mol/m3，还原气体入口210浓度1 mol/m3,图中左侧第一组加热器组110中最左侧的加热器111温度设置为1650K，中间加热器111温度设置为1640K，最右侧加热器111温度设置为1630K，图中右侧第二组加热器组110中最左侧的加热器111温度设置为1620K，中间加热器111温度设置为1610K，最右侧加热器111温度设置为1600K。
常规化学气相沉积反应器反应气体入口参数及加热器参数设置如下：前驱体气体入口流速设置为0.01m/s，还原气体入口参数设置0.01m/s,内壁及基底表面设置为无滑移壁面，还原气体入口H2浓度1 mol/m3，前驱体气体入口CH3SiCl3气体浓度为2 mol/m3。整体式加热器温度设置为2300K。
作为示例，附图4和附图5分别给出了常规化学气相沉积反应器与本发明设计的提升碳化硅沉积质量及沉积速率均一性的反应器内部反应物浓度分布图。从图中可以看出，常规的化学气相沉积反应器，由于反应物入口布置简单，反应气体随载流气在反应器内部出现明显的分区分层现象，前驱气体溶质与还原气体溶质在气体交界面处依靠对流扩散的作用相互混合，混合均匀性较差。而采用本发明设计的提升碳化硅沉积质量及沉积速率均一性的反应器，前驱体气体与还原气体在入口段混合较好，在基底沉积段，两种气体混合较为均匀，有利于提高晶体沉积的均匀性。
附图6和附图7给出了两种反应器内的温度分布云图，附图8给出了两种反应器内两个大尺寸基底表面温度分布曲线（上游为1号基底，下游为2号基底）。对比可以看出，常规化学气相沉积反应器由于受到气流流动的影响，且整体式加热器本身存在温度分布不均匀现象，造成大尺寸基底各部分温度及两个基底之间温度存在较大偏差。而采用本发明结构，由于降低了化学气相沉积室的反应腔室高度，减少了气流对于传热的影响，且采用了多热源加热方式，分别设计不同加热器温度，有效地改善了基底表面及各个基底之间温度分布情况（如附图8所示），提高了温度分布的均匀性，有效地降低了由于温度分布不均造成的基底开裂及位错等缺陷率。
Claims (10)
1.提升碳化硅沉积质量及沉积速率均一性的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）提供一个水平设置的化学气相沉积室以及与之相联通的预混室，所述预混室的高度大于化学气相沉积室的高度；
（2）在预混室远离化学气相沉积室的一侧沿纵向交替分层设置还原气体入口以及前驱体气体入口；
（3）向化学气相沉积室中放置基底；
从还原气体入口向预混室注入载流气以及氢气；
从前驱体气体入口向预混室注入载流气以及含Si以及C元素的前驱体气体；
还原气体与前驱体气体在预混室中均匀混合得到反应物气体；
（4）将反应物气体从化学气相沉积室的一侧通入，同时单独控制化学气相沉积室内部各基底处的温度使得各基底的沉积温度保持均匀，从而在基底的表面沉积碳化硅薄膜；
（5）反应尾气沿化学气相沉积室流动，最终化学气相沉积室的另一侧流出。
2.根据权利要求1所述的提升碳化硅沉积质量及沉积速率均一性的方法，其特征在于，所述化学气相沉积室的高度小于预混室的高度的1/2。
3.根据权利要求2所述的提升碳化硅沉积质量及沉积速率均一性的方法，其特征在于，所述预混室与化学气相沉积室之间平缓过渡。
4.一种提升碳化硅沉积质量及沉积速率均一性的反应器，其特征在于，包括：
化学气相沉积室（100），其外部设置有间隔设置的加热器组（110），所述化学气相沉积室（100）内部位加热器组（110）对应位置处设置有碳化硅基底（120）；
预混室（200），其与化学气相沉积室（100）的一侧联通，所述预混室（200）远离化学气相沉积室（100）的一侧沿纵向交替分层设置还原气体入口（210）以及前驱体气体入口（220），从而用于向化学气相沉积室（100）输送反应物气体；
尾气室（300），其与化学气相沉积室（100）的另一侧联通，所述尾气室（300）设置有一个用于排出反应尾气的尾气出口（310）。
5.根据权利要求4所述的一种提升碳化硅沉积质量及沉积速率均一性的反应器，其特征在于，所述预混室（200）包括气体通入腔（230），所述还原气体入口（210）以及前驱体气体入口（220）设置于气体通入腔（230）的一侧，所述气体通入腔（230）的高度大于化学气相沉积室（100）的高度；所述预混室（200）还包括用于将气体通入腔（230）与化学气相沉积室（100）连接的气体过渡腔（240），所述气体过渡腔（240）的内径沿预混室（200）至化学气相沉积室（100）依次缩小。
6.根据权利要求5所述的一种提升碳化硅沉积质量及沉积速率均一性的反应器，其特征在于，所述气体通入腔（230）的高度大于化学气相沉积室（100）高度的两倍。
7.根据权利要求4或5或6所述的一种提升碳化硅沉积质量及沉积速率均一性的反应器，其特征在于，还原气体入口（210）以及前驱体气体入口（220）的总层数为3、5或7层；每层还原气体入口（210）以及前驱体气体入口（220）的数量为8-12个；且第一层与最后一层为前驱体气体入口（220）。
8.根据权利要求4所述的一种提升碳化硅沉积质量及沉积速率均一性的反应器，其特征在于，每组所述加热器组（110）由3-5个加热器（111）组合而成；所述加热器组（110）的宽度大于碳化硅基底（120）直径宽度。
9.根据权利要求4或8所述的一种提升碳化硅沉积质量及沉积速率均一性的反应器，其特征在于，当反应器运行时，靠近反应物气体上游方向的加热器组（110）的功率大于靠近反应物气体下游方向的加热器组（110）的功率。
10.根据权利要求4所述的一种提升碳化硅沉积质量及沉积速率均一性的反应器，其特征在于，所述尾气室（300）包括一个用于汇集反应尾气的尾气汇集腔（320），所述尾气汇集腔（320）远离化学气相沉积室（100）的一侧设置有尾气出口（310），所述尾气汇集腔（320）的高度大于化学气相沉积室（100）的高度；所述尾气室（300）还包括一个用于将尾气汇集腔（320）与化学气相沉积室（100）连接的尾气过渡腔（330），所述尾气过渡腔（330）的内径沿预混室（200）至尾气汇集腔（320）依次增大。
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