[发明专利]一种碳化硅的结晶界面控制结构、生长设备和制备方法

说明书

本发明提供一种碳化硅的结晶界面控制结构、生长设备及制备方法，其中，所述结晶界面控制结构包括石墨托盘、分布在所述石墨托盘上的多个石墨杆、与所述多个石墨杆对应连接的多个换热管及多个电信号接收器，所述换热管内设有进气管，所述进气管内有冷媒气体流通；所述电信号接收器的一端通过连接导线与所述换热管相连，另一端通过连接导线与所述石墨杆相连；所述石墨杆与所述换热管及所述电信号接收器构成热电偶测温系统，通过所述电信号接收器可判断所述石墨杆的温度；通过调节所述冷媒气体的流量可调节所述石墨托盘的温度分布，进而实现结晶界面的控制。采用包含本发明的结晶界面控制结构的生长设备可获得的低密度缺陷的碳化硅单晶衬底。

技术领域

本发明涉及碳化硅晶体生长技术领域，具体涉及一种碳化硅的结晶界面控制装置、生长设备及制备方法。

背景技术

作为第三代半导体单晶材料的代表，碳化硅(SiC)具有宽带隙、高临界击穿电场、高热导率、高载流子饱和漂移速度以及极好的化学稳定性等特点，这些优异的性能使碳化硅晶体被广泛应用于电力电子、射频器件、光电子器件等领域，对未来电子信息产业技术的发展产生重要影响。

碳化硅晶片作为半导体衬底材料，经过外延生长、器件制造等环节，可制成碳化硅基功率器件和微波射频器件，是第三代半导体产业发展的重要基础材料。碳化硅单晶衬底通常是利用物理气相传输(PVT)法或者液相外延(LPE)法生长大块晶体，再经过机械加工获得衬底片，因此，大块晶体的质量直接决定碳化硅单晶衬底的质量，大块晶体上的缺陷决定碳化硅单晶衬底的基本缺陷在何种数量级。

目前，控制碳化硅单晶缺陷的方法主要有：晶体的图形化处理后，利用晶体的侧向生长修复缺陷，如CN111958070B和JP2006052097A；在生长环境中增加特殊气氛或调整籽晶托盘的结构，如CN112160028A或CN106435734A和US7501022B2；通过改善PVT气相运输过程提高原料纯度以避免杂质引起的缺陷，如CN110983434A和US8741413B2；而更多的是利用化学气相沉积(CVD)过程改善缺陷，如CN1926266A和CN111051581A。然而上述方案亦存在许多不足，如图形化籽晶，或籽晶托特殊结构，其生长过程中仅在初期固定改变晶体生长界面形状，而在晶体生长过程的绝大部分时间内结晶界面是不受控的；气相运输过程改善对微管或碳包裹物可能存在一些改善，然而对于堆垛层错(SF)、螺型位错(TSD)或基面位错(BPD)等缺陷无法改善。CVD的过程在一定程度上能够改善衬底片上缺陷的数量，但在外延过程中TSD是无法修复的或仅换成SF缺陷。鉴于上述情况，一种新型的控制碳化硅单晶衬底缺陷的方法有待提出。

发明内容

针对现有技术中的不足与缺陷，本发明提供一种碳化硅的结晶界面控制结构、生长设备及制备方法，用于控制碳化硅的结晶界面以改善碳化硅单晶衬底内部的缺陷。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种碳化硅的结晶界面控制结构，包括石墨托盘、多个石墨杆、多个换热管及多个电信号接收器，所述石墨托盘用于安置碳化硅籽晶，所述多个石墨杆安装在所述石墨托盘背离所述籽晶的一面；所述多个换热管分别与所述多个石墨杆对应连接，所述换热管内设有进气管，所述进气管内有冷媒气体流通；所述多个电信号接收器与所述多个换热管对应设置，所述电信号接收器的一端通过连接导线与所述换热管相连，另一端通过连接导线与所述石墨杆相连；所述石墨杆与所述换热管及所述电信号接收器构成热电偶测温系统，通过所述电信号接收器可判断所述石墨杆的温度；所述结晶界面控制装置通过调节所述冷媒气体的流量调节所述石墨托盘的温度分布，进而实现结晶界面的控制。

于本发明的一实施例中，所述换热管由耐高温材料制成，所述耐高温材料为钽(Ta)、碳化钽(TaC)、钨(W)、钼(Mo)、铼(Re)或陶瓷材料中的任意一种。

于本发明的一实施例中，所述多个石墨杆均匀分布在所述石墨托盘上。

于本发明的一实施例中，所述多个石墨杆与所述石墨托盘为一体式结构，所述多个石墨杆背离所述石墨托盘的一端与所述多个换热管一一对应连接。