摻雜源供應(yīng)管路及化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)技術(shù)方案

本發(fā)明專利技術(shù)揭示了摻雜源供應(yīng)管路及化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)，摻雜源供應(yīng)管路包括載氣源以及用于盛裝有機金屬源的水浴系統(tǒng)，還包括載氣輸送管路，連接所述載氣和水浴系統(tǒng)，以將載氣通入到有機金屬源內(nèi)；有機金屬源氣體輸送管路，使水浴系統(tǒng)與反應(yīng)腔及廢棄處理系統(tǒng)連接，并且其與反應(yīng)腔連接的第一支路上有且僅有一個第一質(zhì)量流量控制器；稀釋管路，連接載氣源和有機金屬源氣體輸送管路的主管路，用于對主管路中摻雜源氣體的濃度進行稀釋。本發(fā)明專利技術(shù)只需要一個質(zhì)量流量控制器就能夠滿足摻雜源氣體濃度大跨度的調(diào)整需求，省去了多個質(zhì)量流量控制器帶來的管路成本，并且輸出區(qū)域的管路結(jié)構(gòu)更加簡潔；同時，濃度的調(diào)整更加便利。

Doping Source Supply Pipeline and Chemical Vapor Deposition System

The invention discloses a doping source supply pipeline and a chemical vapor deposition system. The doping source supply pipeline includes a carrier gas source and a water bath system for containing organic metal sources, and also includes a carrier gas transmission pipeline, which connects the carrier gas and the water bath system to channel the carrier gas into the organic metal sources; an organic metal source gas transmission pipeline enables the water bath system and the reaction chamber and the waste treatment system. The first branch connected with the reaction chamber has and only has a first mass flow controller; the dilution pipeline, the main pipeline connecting the carrier gas source and the organic metal source gas transmission pipeline, is used to dilute the concentration of doped source gas in the main pipeline. The invention only needs a mass flow controller to satisfy the requirement of large-span adjustment of doping source gas concentration, eliminates the pipeline cost brought by multiple mass flow controllers, and simplifies the pipeline structure of the output area; at the same time, the adjustment of concentration is more convenient.

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
摻雜源供應(yīng)管路及化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)
本專利技術(shù)涉及碳化硅外延生長領(lǐng)域，尤其是摻雜源供應(yīng)管路及化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
碳化硅是第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料，具有寬禁帶、高擊穿電壓、高熱導(dǎo)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(xué)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。碳化硅電力電子器件的性能，取決于碳化硅外延材料的質(zhì)量。在碳化硅外延層摻雜過程中，摻雜源的濃度（單位體積內(nèi)摻雜源的原子或分子數(shù)量）變化跨度較大，需要在1015cm-3——1020cm-3之間進行調(diào)整，現(xiàn)有的摻雜源供應(yīng)管路通過多條帶有不同流量范圍的質(zhì)量流量控制器的管路來滿足輸送到反應(yīng)室中的摻雜源濃度的大跨度調(diào)整的需要，但是由于每個質(zhì)量流量控制的調(diào)整范圍是有限的，在如此大跨度的濃度調(diào)整時，需要的質(zhì)量流量控制器的數(shù)量也是非常多的，而質(zhì)量流量控制器的價格較高，這就造成管路的成本大大增加，同時也造成輸出管路局部結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化；另外，復(fù)雜的輸出管路也增加了輸出濃度的控制難度。并且，現(xiàn)有的鋁氮摻雜工藝中，通常需要兩套獨立的管道來分別進行鋁源和氮源的供應(yīng)，這就造成管路結(jié)構(gòu)的進一步復(fù)雜化，導(dǎo)致外延生長設(shè)備的結(jié)構(gòu)變大，同時增加了設(shè)備的成本。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的就是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，通過設(shè)置稀釋管路，對水浴系統(tǒng)輸出的高濃度反應(yīng)氣體和/或氮氣供應(yīng)管路輸出的氮氣進行稀釋得到低濃度的摻雜源氣體，從而滿足了摻雜源濃度大跨度的調(diào)整需要，提供了管路簡單、成本低的摻雜源供應(yīng)管路及采用所述供應(yīng)管路的化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)。本專利技術(shù)的目的通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：摻雜源供應(yīng)管路，包括載氣源，還包括主氣路、稀釋管路、有機金屬源供應(yīng)管路和/或氮氣供應(yīng)管路，所述主氣路連接所述稀釋管路、有機金屬源供應(yīng)管路和/或氮氣供應(yīng)管路，且所述主氣路通過一個第一質(zhì)量流量控制器控制輸入到反應(yīng)腔的摻雜源供應(yīng)量，所述稀釋管路和有機金屬源供應(yīng)管路分別連接載氣源。優(yōu)選的，所述的摻雜源供應(yīng)管路，其中：所述主氣路包括主氣道以及并聯(lián)在所述主氣道上的第一支路及第二支路，所述第一支路連接所述反應(yīng)腔且其上設(shè)置所述第一質(zhì)量流量控制器，所述第二支路連接廢氣處理系統(tǒng)。優(yōu)選的，所述的摻雜源供應(yīng)管路，其中：所述第一質(zhì)量流量控制器的流量范圍在500-1500sccm之間。優(yōu)選的，所述的摻雜源供應(yīng)管路，其中：所述第二支路包括從主氣道到廢氣處理系統(tǒng)之間的管道上依次設(shè)置的第一氣動閥、壓力流量計、第二氣動閥及手動閥，所述壓力流量計的壓力調(diào)整范圍為0-3000torr之間。優(yōu)選的，所述的摻雜源供應(yīng)管路，其中：所述稀釋管路至少包括依次設(shè)置在所述主氣路和載氣源之間的管道上的第一單向閥及第三質(zhì)量流量控制器。優(yōu)選的，所述的摻雜源供應(yīng)管路，其中：所述有機金屬源供應(yīng)管路包括載氣輸送管路和反應(yīng)源輸出支路，所述載氣輸送管路連接載氣源和用于盛裝有機金屬源的水浴系統(tǒng)，其管道上設(shè)置有第二質(zhì)量流量控制器，所述反應(yīng)源輸出支路連接所述水浴系統(tǒng)及主管路。優(yōu)選的，所述的摻雜源供應(yīng)管路，其中：所述水浴系統(tǒng)輸出的有機金屬源氣體的摩爾流量滿足如下公式：其中，N為有機金屬源氣體的摩爾流量，單位mol/min，F(xiàn)為載氣流量，單位cm3/min，P1為有機金屬源的蒸汽壓，P2為鼓泡瓶內(nèi)氣體壓力，V=22424cm3/mol。優(yōu)選的，所述的摻雜源供應(yīng)管路，其中：所述第三質(zhì)量流量控制器的流量范圍大于所述第二質(zhì)量流量控制器的流量范圍。優(yōu)選的，所述的摻雜源供應(yīng)管路，其中：所述第三質(zhì)量流量控制器的流量范圍在50-150slm之間。優(yōu)選的，所述的摻雜源供應(yīng)管路，其中：所述第二質(zhì)量流量控制器的流量范圍在500-1500sccm之間。優(yōu)選的，所述的摻雜源供應(yīng)管路，其中：所述主氣路及反應(yīng)源輸出支路的管道外圍連續(xù)或間斷設(shè)置有加熱帶。優(yōu)選的，所述的摻雜源供應(yīng)管路，其中：所述氮氣輸送管路包括氮氣源、并聯(lián)連接氮氣源的第一氮氣支路、第二氮氣支路以及位于氮氣輸出端的第二單向閥，所述第二氮氣支路上設(shè)置有第四質(zhì)量流量控制器。優(yōu)選的，所述的摻雜源供應(yīng)管路，其中：所述第四質(zhì)量流量控制器的流量范圍在15-30sccm之間優(yōu)選的，所述的摻雜源供應(yīng)管路，其中：所述第一支路連接位于反應(yīng)腔內(nèi)的反應(yīng)氣體輸出管路，所述反應(yīng)氣體輸出管路上的出氣孔的朝向與反應(yīng)氣體的上升方向相反且背向襯底。優(yōu)選的，所述的摻雜源供應(yīng)管路，其中：所述氣相沉積爐與上述任一的摻雜源供應(yīng)管路連接。本專利技術(shù)技術(shù)方案的優(yōu)點主要體現(xiàn)在：本專利技術(shù)設(shè)計精巧，結(jié)構(gòu)簡單，通過設(shè)置大流量調(diào)整范圍的稀釋管路，能夠?qū)τ袡C金屬源供應(yīng)管路和/或氮氣供應(yīng)管路輸出的高濃度摻雜源氣體進行稀釋，并且可以通過調(diào)整稀釋管路的氣體輸出來實現(xiàn)摻雜源濃度的大跨度調(diào)整，在經(jīng)過輸出端的質(zhì)量流量控制器之前，濃度范圍就事先調(diào)整到合適的范圍，因此在輸入到反應(yīng)腔時，只需要一個質(zhì)量流量控制器就能夠滿足大濃度跨度的需求，大大簡化了現(xiàn)有設(shè)備中通過多個質(zhì)量流量控制器分別輸出的結(jié)構(gòu)，省去了多個質(zhì)量流量控制器帶來的管路成本，并且輸出區(qū)域的管路結(jié)構(gòu)更加簡潔。同時能夠有效的將有機金屬源供應(yīng)管路和/或氮氣供應(yīng)管路集成在一套管路系統(tǒng)中，使它們共享部分管路系統(tǒng)，不僅能夠有效的實現(xiàn)金屬有機源和單元的同時摻雜，也可以采用一種源單獨摻雜，功能更加全面，應(yīng)用范圍更為廣泛，并且，相對常規(guī)的兩條單獨的管路，結(jié)構(gòu)進行精簡，成本進一步降低。另外，濃度的調(diào)整更加便利，省去了從多個質(zhì)量流量控制器中選擇最佳的一個進行輸出控制的繁瑣過程。通過優(yōu)選多個質(zhì)量流量控制器的流量調(diào)整范圍，能夠有效的保證大跨度的調(diào)整需求。通過設(shè)置出氣孔的朝向，能夠使反應(yīng)氣體流出后逐步均勻的擴散到襯底區(qū)域，避免了一個氣口直接朝向襯底供氣時易造成氣流沖擊以及易使反應(yīng)氣體集中于某一區(qū)域，造成反應(yīng)氣體分布不均勻的問題，能夠保證反應(yīng)氣體供應(yīng)的均勻性，有利于提高薄膜沉積的質(zhì)量。通過多條反應(yīng)氣體輸出管路的設(shè)計，能夠進一步保證反應(yīng)腔內(nèi)反應(yīng)氣氛的均勻性，進一步保證每個產(chǎn)品沉積質(zhì)量的均勻性和多個產(chǎn)品同時加工時的產(chǎn)品一致性。附圖說明圖1是本專利技術(shù)的管路結(jié)構(gòu)示意圖。具體實施方式本專利技術(shù)的目的、優(yōu)點和特點，將通過下面優(yōu)選實施例的非限制性說明進行圖示和解釋。這些實施例僅是應(yīng)用本專利技術(shù)技術(shù)方案的典型范例，凡采取等同替換或者等效變換而形成的技術(shù)方案，均落在本專利技術(shù)要求保護的范圍之內(nèi)。本專利技術(shù)揭示了摻雜源供應(yīng)管路，主要用于碳化硅外延層的鋁和氮的摻雜，如附圖1所示，包括載氣源1，還包括主氣路4、稀釋管路5、有機金屬源供應(yīng)管路2和/或氮氣供應(yīng)管路6，所述主氣路4連接所述稀釋管路5、有機金屬源供應(yīng)管路2和/或氮氣供應(yīng)管路6，且所述主氣路4通過一個第一質(zhì)量流量控制器411控制輸入到反應(yīng)腔的摻雜源供應(yīng)量，所述稀釋管路5和有機金屬源供應(yīng)管路2分別連接載氣源1。具體來說，如附圖1所示，所述載氣源1中的載氣可以是已知的各種可行的載氣，優(yōu)選為氫氣。所述載氣源1與所述有機金屬源供應(yīng)管路2連接，所述有機金屬源供應(yīng)管路2包括載氣輸送管路3和反應(yīng)源輸出支路，所述載氣輸送管路3連接載氣源1和用于盛裝有機金屬源的水浴系統(tǒng)21，所述反應(yīng)源輸出支路連接所述水浴系統(tǒng)21本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
1.摻雜源供應(yīng)管路，包括載氣源（1），其特征在于：還包括主氣路（4）、稀釋管路（5）、有機金屬源供應(yīng)管路（2）和/或氮氣供應(yīng)管路（6），所述主氣路（4）連接所述稀釋管路（5）、有機金屬源供應(yīng)管路（2）和/或氮氣供應(yīng)管路（6），且所述主氣路（4）通過一個第一質(zhì)量流量控制器（411）控制輸入到反應(yīng)腔的摻雜源供應(yīng)量，所述稀釋管路（5）和有機金屬源供應(yīng)管路（2）分別連接載氣源（1）。

【技術(shù)特征摘要】
1.摻雜源供應(yīng)管路，包括載氣源（1），其特征在于：還包括主氣路（4）、稀釋管路（5）、有機金屬源供應(yīng)管路（2）和/或氮氣供應(yīng)管路（6），所述主氣路（4）連接所述稀釋管路（5）、有機金屬源供應(yīng)管路（2）和/或氮氣供應(yīng)管路（6），且所述主氣路（4）通過一個第一質(zhì)量流量控制器（411）控制輸入到反應(yīng)腔的摻雜源供應(yīng)量，所述稀釋管路（5）和有機金屬源供應(yīng)管路（2）分別連接載氣源（1）。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摻雜源供應(yīng)管路，其特征在于：所述主氣路（4）包括主氣道（43）以及并聯(lián)在所述主氣道（43）上的第一支路（41）及第二支路（42），所述第一支路（41）連接所述反應(yīng)腔且其上設(shè)置所述第一質(zhì)量流量控制器（411），所述第二支路（42）連接廢氣處理系統(tǒng)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的摻雜源供應(yīng)管路，其特征在于：所述第一質(zhì)量流量控制器（411）的流量范圍在500-1500sccm之間。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的摻雜源供應(yīng)管路，其特征在于：所述第二支路（42）包括從主氣道到廢氣處理系統(tǒng)之間的管道上依次設(shè)置的第一氣動閥（421）、壓力流量計（422）、第二氣動閥（423）及手動閥（424），所述壓力流量計（422）的壓力調(diào)整范圍為0-3000torr之間。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的摻雜源供應(yīng)管路，其特征在于：所述稀釋管路（5）至少包括依次設(shè)置在所述主氣路（4）和載氣源（1）之間的管道上的第一單向閥（52）及第三質(zhì)量流量控制器（51）。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的摻雜源供應(yīng)管路，其特征在于：所述有機金屬源供應(yīng)管路（2）包括載氣輸送管路（3）和反應(yīng)源輸出支路，所述載氣輸送管路（3）連接載氣源（1）和用于盛裝有機金屬源的水浴系統(tǒng)（21），其管道上設(shè)置有第二質(zhì)量流量控制器（31），所述反應(yīng)源輸出支路連接...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：鞠濤，張立國，李哲，范亞明，張澤洪，張寶順，
申請(專利權(quán))人：中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：江蘇,32