一种提高碳化硅外延薄膜少子寿命的装置

1.本实用新型属于碳化硅的技术领域，尤其涉及一种提高碳化硅外延薄膜少子寿命的装置。


背景技术：

2.碳化硅化学稳定性高，物理性能好，在高压、高频、高温、辐射等恶劣工作环境中有优秀的工作能力，是第三代半导体的代表性材料之一。同时，碳化硅的生长和外延技术均已实现产业化，并实现了多种功率半导体器件的批量生产和应用，在电力输运、新能源汽车、轨道交通、光伏、风电等领域均有良好的市场前景和产业价值。
3.然而，在高压应用领域，需要使用以碳化硅绝缘栅双极型晶体管（insulated gate bipolar transistor，igbt）等为代表的双极型器件，受制于外延工艺，少子寿命成为制约双极器件性能的重要因素。而碳空位造成的深能级缺陷（如z1/2）是影响少子寿命的主要因素。
4.目前，减少碳空位的常用手段包括碳注入、高温氧化等来实现缺陷的湮灭。但是，应用于这类方法的装置均是在碳化硅外延完成后才进行，穿透深度有限，在后处理过程中容易引入新的杂质和缺陷。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的就是解决背景技术中的问题，提出一种提高碳化硅外延薄膜少子寿命的装置，通过引入紫外光，调整含氢气体或碳化硅外延薄膜中氢原子的带电性，钝化碳空位，能够在不影响外延生长的前提下实现碳空位的钝化，避免了后处理引入新的杂质和缺陷。
6.为实现上述目的，本实用新型提出了一种提高碳化硅外延薄膜少子寿命的装置，包括第一腔体和第二腔体，第一腔体一端设有进气口，第一腔体的另一端与第二腔体相连，第一腔体外侧设有加热线圈，第一腔体内设有摆放碳化硅衬底用的载物台，自进气口向第一腔体内通入含氢气体，外延过程中碳化硅外衬底表面形成有碳化硅外延薄膜，所述第一腔体上靠近进气口位置或第一腔体上对应载物台位置或第二腔体的外侧设置有紫外光源，紫外光源照射含氢气体或碳化硅外延薄膜以调整含氢气体或碳化硅外延薄膜中氢原子的带电性。
7.作为优选，所述第一腔体采用一端开放的石英管，石英管的开放端与第二腔体相连，石英管的封闭端中心设有进气口。
8.作为优选，所述第一腔体上靠近进气口位置的外侧设有紫外光源，紫外光源与进气口相垂直。
9.作为优选，所述第一腔体上对应载物台位置的外侧设有紫外光源，第一腔体内设有保温组件，保温组件围住载物台，保温组件内部设有供气体流通的通道，保温组件设有通孔。
10.作为优选，所述第二腔体设有窗口，第二腔体外侧设有紫外光源，紫外光源与窗口相对齐，紫外光源与碳化硅外延薄膜相垂直。
11.作为优选，所述第一腔体上靠近进气口位置的外侧、第一腔体上对应载物台位置的外侧均设有紫外光源，所述第一腔体内设有保温组件，保温组件围住载物台，所述保温组件设有通孔。
12.作为优选，所述第一腔体上靠近进气口位置的外侧和第二腔体外侧均设有紫外光源，所述第二腔体设有窗口，第二腔体外侧的紫外光源与窗口相对齐，第二腔体外侧的紫外光源与碳化硅外延薄膜相垂直。
13.作为优选，所述第一腔体上靠近进气口位置、第一腔体上对应载物台位置、第二腔体的外侧均设置有紫外光源，所述第二腔体设有窗口，第二腔体外侧的紫外光源与窗口相对齐，所述第一腔体内设有保温组件，保温组件围住载物台，保温组件设有通孔。
14.作为优选，所述第二腔体内部设有机械臂，机械臂用于将第一腔体内的碳化硅外延薄膜转移至第二腔体内预定位置，所述第二腔体设有抽真空口。
15.作为优选，所述第一腔体外侧设有红外测温计，所述紫外光源射出紫外光的波长为10～450nm。
16.本实用新型的有益效果：本实用新型利用含氢气体在外延过程中发生热裂解形成氢原子，通过引入紫外光照射含氢气体或碳化硅外延薄膜，调整含氢气体或碳化硅外延薄膜中氢原子至带正电，钝化碳化硅外延薄膜中带负电的碳空位，能够在不影响外延生长的前提下实现碳空位的钝化，避免了后处理引入新的杂质和缺陷。
17.本实用新型的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。
附图说明
18.图1是本实用新型实施例1的结构示意图。
19.图2是本实用新型实施例2的结构示意图。
20.图3是本实用新型实施例3的结构示意图。
21.图4是本实用新型实施例4的结构示意图。
22.图5是本实用新型实施例5的结构示意图。
23.图6是本实用新型实施例6的结构示意图。
24.图7是本实用新型实施例7的结构示意图。
25.图中：1-第一腔体、2-第二腔体、3-紫外光源、11-进气口、12-保温组件、13-加热线圈、14-载物台、15-红外测温计、16-通孔、21-机械臂、22-窗口、23-抽真空口。
具体实施方式
26.实施例1参阅图1，本实施例提供了一种提高碳化硅外延薄膜少子寿命的装置，包括第一腔体1和第二腔体2，第一腔体1一端设有进气口11，第一腔体1的另一端与第二腔体2相连，第一腔体1外侧设有加热线圈13，第一腔体1内设有载物台14，载物台14上摆放有碳化硅衬底，自进气口11向第一腔体1内通入含氢气体，外延过程中碳化硅外衬底表面形成有具有碳空位和氢杂质的碳化硅外延薄膜，第一腔体1上靠近进气口11位置的外侧设有紫外光源3，紫外光源3与进气口11相垂直，通过紫外光源照射含氢气体，调整含氢气体中氢原子的
带电性，钝化碳化硅外延薄膜上带负电的碳空位，消除碳空位的缺陷能级，从而提高了碳化硅外延薄膜的少子寿命。
27.碳化硅外延过程中，加热线圈13通过加热使反应气体热裂解，在紫外光照射后，氢原子带正电，到达在碳化硅衬底表面后参与表面反应，钝化碳空位，碳化硅外延薄膜为半绝缘或n型碳化硅薄膜。
28.含氢气体包括但不限于氢气，外延过程中加热线圈加热温度为1300～1700℃，加热时间为1～3小时。
29.第一腔体1采用一端开放的石英管，石英管的另一端用密封法兰密封，石英管的开放端与第二腔体2相连，密封法兰的中心设有进气口11。
30.第二腔体2内部设有机械臂21，机械臂21用于将第一腔体1内的碳化硅外延薄膜转移至第二腔体2内预定位置，第二腔体2设有抽真空口23，机械臂21将第一腔体1内的碳化硅外延薄膜转移至第二腔体2内后，对第二腔体2进行降温。
31.第一腔体1外侧设有红外测温计15，紫外光源3射出紫外光的波长为10～450nm，射出紫外光的波长优选范围为180～380nm，紫外光的照射时间为0.5～3小时，红外测温计15用于测量第一腔体1内的外延温度。
32.第一腔体1内设有保温组件12，保温组件12为石墨件，保温组件12围住载物台14，保温组件12内部设有供气体流通的通道，保温组件12设有通孔16，红外测温计15对准通孔16，第二腔体2设有窗口22。
33.实施例2参阅图2，本实施例除了紫外光源3位于第二腔体2的外侧，紫外光源3对准窗口22之外，其余结构同实施例1相同，通过紫外光源照射转移至第二腔体2内的碳化硅外延薄膜，调整碳化硅外延薄膜中氢原子的带电性，钝化碳化硅外延薄膜上带负电的碳空位，消除碳空位的缺陷能级，从而提高了碳化硅外延薄膜的少子寿命。
34.实施例3参阅图3，本实施例除了在第一腔体1上对应载物台14位置的外侧设有紫外光源3之外，其余结构同实施例1相同，通过紫外光源3照射载物台14上方的碳化硅外延薄膜，调整碳化硅衬底表面和碳化硅外延薄膜中氢原子的带电性，在外延过程中钝化碳化硅外延薄膜上带负电的碳空位，消除碳空位的缺陷能级，从而提高了碳化硅外延薄膜的少子寿命。
35.实施例4参阅图4，本实施例除了第一腔体1上靠近进气口11位置和第一腔体1上对应载物台14位置的外侧均设置有紫外光源3之外，其余结构同实施例1相同，通过紫外光源3分别照射含氢气体和位于第一腔体1内的碳化硅外延薄膜，调整含氢气体和碳化硅外延薄膜表面氢原子的带电性，钝化碳化硅外延薄膜上带负电的碳空位，消除碳空位的缺陷能级，从而提高了碳化硅外延薄膜的少子寿命。
36.实施例5参阅图5，本实施例除了第一腔体1上对应载物台14位置和第二腔体2的外侧均设置有紫外光源3之外，其余结构同实施例1相同，通过紫外光源3分别对应照射第一腔体1内以及转移至第二腔体2内的碳化硅外延薄膜，调整碳化硅衬底表面反应的氢原子和碳化硅外延薄膜中氢原子的带电性，钝化碳化硅外延薄膜上带负电的碳空位，消除碳空位的缺陷能级，从而提高了碳化硅外延薄膜的少子寿命。
37.实施例6参阅图6，本实施例除了第一腔体1上靠近进气口11位置和第二腔体2的外侧均设置有紫外光源3之外，其余结构同实施例1相同，通过紫外光源3分别对应照射含氢气
体以及转移至第二腔体2内的碳化硅外延薄膜，调整含氢气体和碳化硅外延薄膜中氢原子的带电性，钝化碳化硅外延薄膜上带负电的碳空位，消除碳空位的缺陷能级，从而提高了碳化硅外延薄膜的少子寿命。
38.实施例7参阅图7，本实施例除了第一腔体1上靠近进气口11位置、第一腔体1上对应载物台14位置和第二腔体2的外侧均设置有紫外光源3之外，其余结构同实施例1相同，通过紫外光源3分别对应照射含氢气体、钝化碳衬底表面和碳化硅外延薄膜，调整含氢气体中、碳化硅衬底表面反应中、碳化硅外延薄膜中氢原子的带电性，钝化碳化硅外延薄膜上带负电的碳空位，消除碳空位的缺陷能级，从而提高了碳化硅外延薄膜的少子寿命。
39.本装置的工作原理：向第一腔体1内通入包括含氢气体的原料气体，加热线圈13将第一腔体加热至1300～1700℃，在该温度下，原料气体在碳化硅衬底表面反应沉积形成碳化硅外延薄膜，外延过程中，含氢气体发生热裂解形成氢原子，第一腔体1上靠近进气口11位置的紫外光源3射出紫外光照射含氢气体，调整氢原子的带电性至正电，钝化沉积过程中在碳化硅外延薄膜上产生的带负电的碳空位；第一腔体1上对应载物台14位置的紫外光源3射出紫外光照射碳化硅外延薄膜表面，调整氢原子的带电性至正电，钝化沉积过程中在碳化硅外延薄膜上产生的带负电的碳空位；第二腔体2外侧的紫外光源3照射腔体内碳化硅外延薄膜，控制碳化硅的准费米能级位置，使得氢杂质由负电调整为正电，利用带正电的氢杂质钝化带负电的碳空位，消除碳空位的缺陷能级，钝化沉积过程中在碳化硅外延薄膜上产生的带负电的碳空位。
40.加热线圈13加热至预定温度后，碳化硅外延薄膜进入非平衡状态，氢杂质价态产生电子跃迁，由负电转变为正电，通过库伦相互作用，带正电的氢杂质可以钝化碳空位周围的悬挂键，从而使带正电的氢杂质对带负电的碳空位进行钝化，有效消除了z1/2及eh6/7缺陷能级，从而提高碳化硅外延薄膜的少子寿命。
41.上述实施例是对本实用新型的说明，不是对本实用新型的限定，任何对本实用新型简单变换后的方案均属于本实用新型的保护范围。