[发明专利]一种PVT法生长碳化硅晶体的方法及装置

说明书

本发明提供了一种PVT法生长碳化硅晶体的方法及装置，该方法包括：(1)组装阶段；(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，控制坩埚顶端中心的温度与坩埚顶端边缘的温度差为△T1；(3)长晶阶段：保持坩埚顶端中心的温度不变，控制保温盖沿着保温筒侧壁向上移动，同时控制坩埚顶端中心的温度与坩埚顶端边缘的温度差减少至△T2，使得碳化硅原料气相传输至籽晶处进行长晶。通过控制保温盖向上移动，环形温场更加均匀稳定且径向温梯逐渐缓慢减小至△T2，实现径向温梯的定向定量调节，逐渐较小籽晶处径向温梯，缩小碳化硅晶体中心与边缘最小厚度的差值，提高同等重量碳化硅晶体的有效利用率。

技术领域

本发明涉及一种PVT法生长碳化硅晶体的方法及装置，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稳定的温度场，使得长晶面为近平微凸状，借助稳定的径向温梯实现碳化硅的径向台阶流生长。该温度场虽然为碳化硅晶体生长提供源源不断的生长驱动力，但较大的径向温梯也使得生长的碳化硅晶体不可避免的出现中心厚度与边缘厚度差异大的问题。同时，由于生长过程中温场可能存在波动，晶体外围边缘的厚度也存在一定差异。碳化硅晶体切片前需要加工成标准晶棒，而晶棒的厚度大小则取决于碳化硅晶体最小边缘厚度，超出最小厚度的部分则需要加工去除，这将大大降低碳化硅晶体的有效利用率。

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籽晶处温场的调节与控制，但坩埚的升降也会对籽晶处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PVT法生长碳化硅晶体的方法及装置，在长晶阶段，籽晶表面形成以籽晶中心为圆心的均匀环形温场，通过控制保温盖向上移动，环形温场更加均匀稳定且径向温梯逐渐缓慢减小至△T2，实现径向温梯的定向定量调节，逐渐较小籽晶处径向温梯，缩小碳化硅晶体中心与边缘最小厚度的差值，提高同等重量碳化硅晶体的有效利用率。

根据本申请的一个方面，提供了一种PVT法生长碳化硅晶体的方法，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，所述保温盖能够沿着保温筒的侧壁移动；所述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，控制坩埚顶端中心的温度与坩埚顶端边缘的温度差为△T1；

(3)长晶阶段：保持坩埚顶端中心的温度不变，控制保温盖沿着保温筒侧壁向上移动，同时控制坩埚顶端中心的温度与坩埚顶端边缘的温度差减少至△T2，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15～55℃，△T2为0～25℃，且△T2＜△T1；

优选的，△T1为20～50℃，△T2为2～20℃，且△T2＜△T1；

优选的，△T1为30～40℃，△T2为5～15℃。