[发明专利]一种精密控制6英寸碳化硅单晶生长温场的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体生长技术领域，特别是一种精密控制6英寸碳化硅单晶生长温 场的方法。

背景技术

碳化硅单晶生长处于一个密闭空间，生长过程中粉源不断消耗，单晶厚度逐渐增 加，晶体生长前沿面与粉源之间的距离不断缩小，即生长线一直在变化，温度梯度和生长气 氛亦发生改变。随着碳化硅粉源的进一步消耗，如果温度梯度控制不好，生长出的单晶就容 易产生多型或者出现表面碳化的现象。

根据电磁场的“集肤效应”，在非优良的导体中，进入导体的电磁波随距离按指数衰减。在距离处的振幅减小到初始振幅的1/e。因此，在优良导体中磁场远大于电场。在圆柱体表面，大部分的加热功率消耗在一倍穿透深度δ之内，仅仅一小部分发生在2δ之外。对石墨坩埚，取石墨坩埚电阻率为ρ＝2.9×10^-5Ω·m，相对磁导率取μ_r＝1，磁导率μ_m＝μ_rμ₀＝μ₀＝4Π×10^-7，f(f＝ω/2п,ω为加热电流角频率，f为加热电流频率)为2.5KHz，则δ＝55mm。由于6英寸单晶直径约150mm，正常加热功率到达中心时基本已衰减完毕，因此必须重新设计温场以适应6英寸碳化硅单晶生长。

目前面对由晶体生长前沿面与粉源间距引起的温度梯度变化，一体式线圈不能及 时有效地调控温场，容易产生多型或单晶表面碳化。因此，现有的生长工艺很难生长出厚度 大于30毫米的高质量碳化硅单晶。针对这一技术难题，我们对单晶炉、线圈进行改造，以适 应6英寸晶体生长。

发明内容

针对现有技术中存在的现有碳化硅生长的场温控制缺陷，本发明的目的在于提供 一种可精密控制6英寸碳化硅单晶生长温场的方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种精密控制6英寸碳化硅单晶生长温场的方法，为该方法配备一碳化硅单晶生 长用单晶炉，该单晶炉包括用于加热坩埚的发热筒和感应加热发热筒的加热线圈；

该方法包括如下步骤：

步骤1)基于感应加热法设计所述加热线圈，该加热线圈由轴向排布的若干段线圈 单元组合而成，每段线圈单元连接有独立控制装置；

步骤2)通过控制每段线圈单元的加热参数，使发热筒各部分的发热量发生改变， 从而精确控制单晶炉腔内温度场，始终保持晶体生长的前沿处于适合其生长的温区，最终 得到碳化硅单晶。

进一步，根据场温控制需求，确定每段所述线圈单元的匝数，且所述加热线圈的匝 间距相同。

进一步，每段所述线圈单元为单匝或者多匝。

进一步，所述加热线圈为水冷管式铜线圈。

进一步，每段所述线圈单元连接有独立控制电源，或者所有线圈单元连接同一电 源，每段线圈单元连接有各自的分线控制器，由所述分线控制器独立控制每段线圈单元的 功率。

本发明通过分段独立控制各位置温场，在坩埚运动过程中严格将高温区域控制在 所需的生长点上，实现优质6英寸碳化硅单晶的生长，降低能耗浪费，而且无需对坩埚进行 提拉和旋转，简化了单晶炉的机械结构，该温场控制方法不局限于碳化硅单晶生长。

附图说明

图1为本发明的单晶炉系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作详细说明。

如图1所示本实施例中的一种精密控制6英寸碳化硅单晶生长温场的方法，为该方 法配备一碳化硅单晶生长用单晶炉，该单晶炉包括：包括：坩埚2、发热筒1、保温结构3和加 热线圈6，其中，坩埚2优选为石墨坩埚，在坩埚2的底部装有一定量的碳化硅料源5，在坩埚2 盖的内侧粘结有碳化硅籽晶，坩埚2置于发热筒1内，发热筒1四周包覆有保温结构3，加热线 圈6与发热筒1配合使用，感应加热发热筒1，发热筒1的高度接近于感应线圈6的高度，加热 线圈6为水冷管式铜线圈。

该方法包括如下步骤：

步骤1)基于感应加热法设计加热线圈6，该加热线圈6由轴向排布的若干段线圈单 元组合而成，每段线圈单元连接有独立控制电源7，由控制电源7独立控制每段线圈单元的 功率；或者所有线圈单元连接同一电源，每段线圈单元连接有各自的分线控制器，由分线控 制器独立控制每段线圈单元的功率。