[发明专利]一种高质量碳化硅晶体的生长方法及装置

说明书

本发明提供了一种高质量碳化硅晶体的生长方法及装置，该方法包括：(1)组装阶段；(2)升温阶段；(3)形核阶段：保持坩埚顶端中心的温度为T1，控制保温盖沿着保温筒侧壁向下移动，控制坩埚顶端中心的温度与坩埚顶端边缘的温度差逐渐增加至△T2，使得碳化硅原料气相传输至籽晶处形核；(4)生长阶段：碳化硅原料气相传输至籽晶处进行长晶。在形核阶段，籽晶表面形成以籽晶中心为圆心的环形温场，通过控制保温盖向下移动，环形温场更加均匀稳定且径向温梯逐渐缓慢增加，实现径向温梯的定向定量调节，逐渐增大籽晶处径向温梯，共同作用促进形核阶段的多核竞争兼并，形成均匀致密的生长台阶，降低晶体缺陷的产生机率，提高了晶体生长质量。

技术领域

本发明涉及一种高质量碳化硅晶体的生长方法及装置，属于半导体材料制备的技术领域。

背景技术

碳化硅晶体是典型的宽禁带半导体材料，是继硅、砷化镓之后的第三代半导体材料代表之一。碳化硅晶体具有高热导率、高击穿场强、高饱和电子迁移率等优异特性，成为制备高温、高频、高功率及抗辐射器件的热门材料之一。

目前碳化硅生长的方法主要有物理气相传输法(PVT)、液相外延法(LPE)、化学气相沉积法(CVD)等，其中PVT法是应用最成熟的方法。PVT法生长碳化硅晶体的生长炉一般都采用感应加热的方式，即在感应线圈中通中频交流电，通过坩埚的感应发热对的碳化硅粉料进行加热，使粉料分解，在温度较低的籽晶处结晶生长，从而实现晶体的生长。PVT法生长碳化硅晶体往往需要在籽晶处构建非常均匀的温度场，通过稳定的径向温梯和轴向温梯实现碳化硅气氛的均匀向上传输及有序排列，从而得到低缺陷密度的高质量碳化硅晶体。形核是碳化硅晶体生长中非常重要的环节，形核质量的好坏将直接决定后期碳化硅晶体的结晶质量，而形核阶段温场的控制与调节则成为影响形核质量的关键因素。而前期碳化硅晶体生长的温场不稳定，影响了形核质量，直接影响了碳化硅晶体的生长质量。

现有的在长晶过程中对坩埚进行升降，通过调节坩埚的位置实现对温场的调节与控制，但坩埚的升降也会对温场的均匀稳定性造成严重影响，打乱碳化硅气氛的有序传输，且会使坩埚内的碳化硅粉料发生震动移位，显著增加多型、包裹体等缺陷的产生机率，降低了碳化硅的晶体结晶质量等。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种高质量碳化硅晶体生长的方法及装置，在形核阶段，籽晶表面形成以籽晶中心为圆心的环形温场，通过控制保温盖向下移动，环形温场更加均匀稳定且径向温梯逐渐缓慢增加，实现径向温梯的定向定量调节，逐渐增大籽晶处径向温梯，共同作用促进形核阶段的多核竞争兼并，形成均匀致密的生长台阶，降低晶体缺陷的产生机率，提高了晶体生长质量。

根据本申请的一个方面，提供了一种高质量碳化硅晶体的生长方法，该方法包括以下步骤：

(1)组装阶段：将籽晶置于坩埚的顶部，碳化硅原料填充于坩埚的底部；将填充后的坩埚置于保温筒内，所述保温筒的顶端开口处设置有保温盖，所述保温盖的侧壁与保温筒的顶端侧壁抵接，保温盖上开设有散热孔；

(2)升温阶段：将组装好的坩埚置于炉体内，对所述坩埚进行加热，使得坩埚顶端中心的温度为T1，坩埚顶端中心的温度与坩埚顶端边缘的温度差为△T1；

(3)形核阶段：保持坩埚顶端中心的温度为T1，控制保温盖沿着保温筒侧壁向下移动，控制坩埚顶端中心的温度与坩埚顶端边缘的温度差增加至△T2，使得碳化硅原料气相传输至籽晶处形核；

(4)生长阶段：控制坩埚内的温度和压力，使得碳化硅原料气相传输至籽晶处进行长晶。

进一步的，△T1为2～35℃，△T2为15～85℃，且△T2＞△T1；

优选的，△T1为5～30℃，△T2为20～80℃，且△T2＞△T1；

优选的，△T1为10～20℃，△T2为30～60℃。