[发明专利]碳化硅单晶生长控制装置及控制方法

说明书

本发明提供一种碳化硅单晶生长控制装置，包括壳体、加热装置、硅源气体管道和碳源气体管道。壳体内形成有反应腔室，反应腔室内设有碳化硅籽晶置放位；加热装置设于壳体，用以控制反应腔室的内部温度；硅源气体管道用以向反应腔室内通入硅源气体，碳源气体管道用以向反应腔室内通入碳源气体；硅源气体管道设有第一质量流量控制器，用以监测和控制硅源气体的流量；碳源气体管道设有第二质量流量控制器，用以监测和控制碳源气体的流量。本发明还提供一种碳化硅单晶生长控制方法。本发明能够调节和控制硅源气体流量和碳源气体流量之比，使得反应腔室内硅源气体中的Si与碳源气体中C的比例为1:1，从而能够制备出高纯度高质量的SiC单晶。

技术领域

本发明涉及碳化硅制备技术领域，尤其涉及一种碳化硅单晶生长控制装置及控制方法。

背景技术

碳化硅材料(SiC)具有很多优点：禁带宽，导热性能好，击穿电场高，电子饱和速率高，热稳定性好，化学稳定性强。SiC的禁带宽度大，适合用于发展短波光电子器件；导热性能好，有利于SiC基器件在高温下工作；电子饱和速率高，适合制造高频器件；击穿电场高，有利于制造高功率器件；化学稳定性强，器件可以在腐蚀性环境下工作。因此，高质量SiC晶体/晶片可以说是SiC半导体产业的核心基础，SiC半导体产业环节包含“SiC单晶衬底—外延片—芯片和封装—应用”。各产业环节均对SiC单晶片的杂质含量有较高要求。低质量的SiC单晶片会影响外延薄膜的质量和重复性，也会对器件造成漏电流过大等不良影响，所以高质量的单晶SiC在半导体产业中尤为重要。

SiC的制备主要有三种方法：液相磊晶法(Liquid Phase Epitaxy，LPE)、高温物理气相传输法(High Temperature Physical Vapor Transport，HTPVT)和高温化学气相沉积法(High Temperature Chemical Vapor Deposition，HTCVD)。其中，HTCVD法最重要的优点在于因为特气纯度高、杂质含量低，有利于制备高纯度高质量的半绝缘碳化硅晶体，但由于难以控制反应气体中碳源和硅源的比例，碳多硅少或者硅多碳少，都会在SiC晶体形成很多缺陷，影响SiC晶体的质量和纯度，使用HTCVD法来制备SiC也因此受到了限制。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种碳化硅单晶生长控制装置，旨在控制反应气体中硅源和碳源的比例，以通过HPTVD法来制备高纯度高质量的SiC晶体。

为实现上述目的，本发明提供一种碳化硅单晶生长控制装置，包括：

壳体，所述壳体内形成有反应腔室，所述反应腔室内设有碳化硅籽晶置放位；

加热装置，设于所述壳体，用以控制所述反应腔室的内部温度；以及，

硅源气体管道和碳源气体管道，均与所述反应腔室连通，所述硅源气体管道用以向所述反应腔室内通入硅源气体，所述碳源气体管道用以向所述反应腔室内通入碳源气体；其中，

所述硅源气体管道设有第一质量流量控制器，所述碳源气体管道设有第二质量流量控制器，所述第一质量流量控制器用以监测和控制硅源气体的流量，所述第二质量流量控制器用以监测和控制碳源气体的流量。

可选地，所述硅源气体管道与所述碳源气体管道的气流方向均由下至上。

可选地，所述碳化硅单晶生长控制装置还包括氢气管道，所述氢气管道与所述反应腔室连通，所述氢气管道用以向所述反应腔室内通入氢气；和/或，所述碳化硅单晶生长控制装置还包括金属去除剂管道，所述金属去除剂管道与所述反应腔室连通，所述金属去除剂管道用以向所述反应腔室内通入金属去除气体。

可选地，所述碳化硅籽晶置放位设置于所述反应腔室的顶壁中心处。

可选地，所述加热装置为加热线圈，所述加热线圈缠绕设置于所述反应腔室的周侧壁。