[发明专利]一种高纯半绝缘碳化硅晶体生长装置及其方法

说明书

本发明高纯半绝缘碳化硅晶体生长装置及其方法，高纯半绝缘碳化硅晶体生长装置包括生长坩埚；生长坩埚底部插有气管；生长坩埚顶部设置有生长坩埚盖；生长坩埚内部放置有碗状结构的原料坩埚；原料坩埚上部设置有挡板；原料坩埚底部设置有环状支撑的原料坩埚底脚；原料坩埚底脚的直径为原料坩埚直径的1/8；原料坩埚底脚上设置有均匀分布的8个～36个气孔。本发明的高纯半绝缘碳化硅晶体生长装置采用特殊材质的原料坩埚，避免碳化硅原料与石墨直接接触，使得碳化硅原料与生长坩埚隔离，避免生长坩埚及保温层中带N，B等杂质进入原料，避免了生长过程引入杂质，且原料坩埚和生长坩埚可以重复回收利用，大大降低了生产成本。

技术领域

本发明涉及半导体制造装置技术领域，具体涉及一种高纯半绝缘碳化硅晶体生长装置及方法。

背景技术

目前碳化硅单晶生长以物理气相沉积法(PVT)为主要生长方式，已经被证明是生长SiC晶体最成熟的方法。其应用在生长高纯半绝缘的碳化硅晶体时是将高纯的SiC粉料加热到2200～2500℃，在惰性气氛的保护下，使其升华到冷端籽晶上，结晶成为块状晶体。该过程不仅需要建立一个合适的温场，形成稳定的气相SiC从高温到低温的输运流，又使得气相SiC可以在籽晶上形成良好的生长界面生长，同时要避免杂质掺入，将背景杂质浓度控制在5×10¹⁷cm³，并通过退火工艺增加本征点缺陷来补偿浅受主和浅施主能级差。现主流采用惰性气体清洗热场，用氯气清洗热场，但坩埚为石墨材质，石墨与N，B等杂质具有较强的化学亲和性，因此目前生产的高纯半绝缘晶体仍只能达到10E5-9Ω电阻。

中国专利CN104775149A公开了一种生长高纯半绝缘碳化硅单晶的方法，通过如下生长高纯半绝缘碳化硅的装置实现：装置包括生长室，生长室的下部连接有大气隔离室，大气隔离室上设置有操作窗口，大气隔离室的一侧连接有过渡室，过渡室内设有去除杂质的加热装置等。该发明设置的装置将生长SiC单晶用坩埚及保温材料进行预处理，并在单晶生长过程中引入特定的气体，有效减少SiC单晶中的施主杂质N、受主杂质B及金属离子杂质，提高电阻率。但该专利所使用的坩埚不可重复使用。

发明内容

本发明针对上述问题，提供一种高纯半绝缘碳化硅晶体生长装置及其方法。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种高纯半绝缘碳化硅晶体生长装置，包括生长坩埚6；生长坩埚6底部插有气管7；生长坩埚6顶部设置有生长坩埚盖5；生长坩埚6内部放置有碗状结构的原料坩埚2；原料坩埚2上部设置有挡板1；原料坩埚2底部设置有环状支撑的原料坩埚底脚3；原料坩埚底脚3的直径为原料坩埚2直径的1/8；原料坩埚底脚3上设置有均匀分布的8个～36个气孔4。其中，挡板的直径比原料坩埚的直径大2mm～8mm，可以防止碳化硅粉末随着升华的气体附着到晶体生长表面，造成包裹物或微管缺陷；原料坩埚底脚上设置的气孔使通入的气体由下向上沿着生长坩埚内壁吹淋，吹淋沟槽及吹淋功能可以隔离生长坩埚壁与反应气体，避免生长坩埚中的杂质引入原料气体中，大大降低了晶体中N，B等杂质的背景浓度，也可以避免原料气体附着在坩埚壁上，并与坩埚壁反应；原料坩埚外径比生长坩埚的内径小2mm～10mm；生长坩埚为壁厚在5mm～20mm的石墨材质。

进一步的，原料坩埚2的材质为高纯高密度石墨。

进一步的，原料坩埚2表面设有Nb镀层、Ta镀层中的任一种。

进一步的，挡板1的材质选自多孔石墨、多孔石墨纤维中的一种。其中，选取该材质的挡板使挡板具有良好的渗透过滤作用。

进一步的，挡板1表面设有Nb镀层、Ta镀层中的任一种。

进一步的，气孔4的尺寸为：高1mm～5mm，宽5mm～10mm。

本发明的另一目的是提供一种用于上述的高纯半绝缘碳化硅晶体生长装置的碳化硅晶体生长方法，包括如下步骤：