[发明专利]制备高质量碳化硅晶体的生长方法及设备

说明书

本发明公开一种制备高质量碳化硅晶体的生长方法及设备，方法采用两个长晶阶段，第一长晶阶段采用提拉法对碳化硅籽晶进行长晶，将碳化硅籽晶浸润在碳化硅熔液中，消除籽晶中的微管缺陷位错；第二阶段采用气相法对消除微管缺陷后的碳化硅籽晶进行长晶。设备采用内外双坩埚设计，将内坩埚设置在熔融室内，首先籽晶在内坩埚内的碳化硅熔液中进行第一长晶阶段，对碳化硅籽晶的微管缺陷及位错进行修复，修复后，旋转升降轴带动籽晶上升，在上升过程中，通过传动装置缓慢闭合盖体和导流装置，直至籽晶上升至预设位置，盖体和导流装置完全闭合，开始第二长晶阶段，由于第一长晶阶段已经对籽晶缺陷进行修复，后续长晶过程中无缺陷可继承，提高晶体的品质。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其是涉及一种制备高质量碳化硅晶体生长方法及设备。

背景技术

相关技术中指出，PVT法是碳化硅晶体生长最常用的方法之一，在使用PVT法进行生长的过程中，晶体中容易出现位错以及微管等微观缺陷，由于位错以及微管等缺陷可以在晶体生长过程中遗传，直接导致了晶体品质的下降。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明在于提出一种制备高质量碳化硅晶体的生长方法，能够降低晶体中的位错及微管等缺陷，提高晶体的品质。

本发明还提出一种基于上述制备高质量碳化硅晶体的生长方法的生长设备。

根据本发明第一方面的制备高质量碳化硅晶体的生长方法，包括

1)第一长晶阶段，所述第一长晶阶段采用提拉法对碳化硅籽晶进行长晶，将碳化硅籽晶浸润在碳化硅熔液中，消除籽晶中的微管缺陷；

2)第二长晶阶段，所述第二阶段采用气相法对步骤1)获得的碳化硅籽晶进行长晶。

上述方案采用两个长晶阶段，所述第一长晶阶段将碳化硅籽晶浸润在碳化硅熔液中，并采用提拉法对碳化硅籽晶进行长晶；消除籽晶中的微管缺陷及位错；所述第二阶段采用气相法对消除微管缺陷后的碳化硅籽晶进行长晶。通过此种方法有效地减少了籽晶中遗传的位错，从而提升了晶体质量。

根据本发明第二方面的制备高质量碳化硅晶体的生长设备，包括外坩埚、熔融室、内坩埚、导流装置、旋转升降轴、籽晶托和传动装置；所述外坩埚顶部密封有坩埚盖，所述外坩埚限定出第一空间；所述熔融室设置在所述外坩埚内部底壁，所述熔融室上部具有开口；所述盖体安装在所述熔融室顶部；所述内坩埚安装在所述熔融室内；所述导流装置连接在所述外坩埚内壁；所述旋转升降轴顶端位于所述外坩埚外部与外部旋转升降装置相连，所述旋转升降轴底端位于所述外坩埚内部，所述旋转升降轴与所述内坩埚同轴设置；所述籽晶托安装在所述旋转升降轴底部，其下表面安装有籽晶；所述传动装置通过连接部件与所述旋转升降轴相连，所述传动装置随着所述旋转升降轴的上升控制所述盖体闭合，所述传动装置随着所述旋转升降轴的上升控制所述导流装置闭合，所述导流装置闭合后将所述第一空间分隔成生长空间和原料空间。

上述方案中，本发明采用双坩埚设计，内坩埚用于装载Si-C源，外坩埚用于装载碳化硅粉料，长晶前，首先将碳化硅籽晶置于内坩埚内部，本发明初始状态为：将内坩埚固定在熔融室内预设位置，导流装置为打开状态，旋转升降轴穿过导流装置，将碳化硅籽晶置于内坩埚内部；首先进行第一长晶阶段的，利用熔融态的Si-C熔液对籽晶上的位错和微管缺陷进行修复，修复完成后，再通过旋转升降轴逐渐升起籽晶，在籽晶上升过程中，传动装置随旋转升降轴的上升带动盖体和导流装置缓慢闭合，当碳化硅籽晶随着旋转升降轴上升至预设位置时，盖体和导流装置完全闭合，此时，晶体进入第二长晶阶段，由于碳化硅籽晶的微管及位错等缺陷已经被修复了，因此，晶体后续生长过程中不会再出现微管及位错等缺陷，有效地的提高了碳化硅晶体的品质。

另外，由于导流装置闭合以及内坩埚下降的唯一动力源是旋转升降轴的上升，有效地保证了生长空间内没有过多的扰动，从而进一步保证了碳化硅晶体的质量。