[发明专利]碳化硅晶体生长方法及生长装置

说明书

本发明提供一种碳化硅晶体生长方法及生长装置，生长装置包括：长晶炉组件、气囊防护组件、操作台、升降机构以及设置在气囊主体上的操作孔组件，其中，气囊防护组件中形成密封操作腔室，操作台上可以放置需要更换的物料，并在操作腔室中进行物料更换等操作。本发明的碳化硅晶体生长方法及生长装置，可以解决碳化硅晶体生长过程中有害气体影响的问题，通过对生长装置进行设计，并基于工艺条件控制，基于气囊形成密封操作腔室，使得使长晶炉主体在开装炉过程中可以免除有害气体对炉膛、石墨保温与坩埚、原料等的污染，以降低长晶过程中排氮的难度，从而提升碳化硅晶体的质量与性能。

技术领域

本发明属于碳化硅晶体生长领域，特别是涉及一种碳化硅晶体生长方法及生长装置。

背景技术

以碳化硅为代表的第三代半导体相比于硅基半导体具有禁带宽、饱和电子迁移率高、击穿电场强度高、热导率高等特点，其具备高频、耐高温、耐化学腐蚀、高效、抗辐射能力强、耐高压等优越的性能，随着碳化硅半导体制备技术的日益成熟，将日益成为智能通讯、新能源汽车、航天航空、物联网、智能交通、智能电网、核能技术、石油勘采等领域核心电子器件的支撑材料。

半绝缘碳化硅是现阶段制备宽禁带固态微波器件的最佳衬底。众所周知，对碳化硅材料而言，实现半绝缘的技术途径有两条：一是通过引入深受主杂质与浅施主补偿实现半绝缘；另一条是通过材料本身的深受主能级与浅施主能级补偿实现半绝缘。而根据相关报道，掺杂半绝缘碳化硅衬底中的深俘获中心影响高频率大功率器件的功率输出，因此制备高性能固态微波器件首选高纯半绝缘碳化硅衬底。其中，N元素作为碳化硅衬底中的浅施主杂质元素，是影响高纯碳化硅半绝缘性能的重要因素。然而，N元素广泛的存在于我们周围的环境中，在原料合成、碳化硅长晶等制备过程中，非常容易进入碳化硅的晶格中，从而影响碳化硅晶体及衬底的半绝缘品质。同理，其他掺杂有害杂质也会明显影响碳化硅晶体质量。因此，如何在碳化硅晶体制备中有效去除有害气体的影响是本领域亟待解决的问题之一。

目前高纯半绝缘碳化硅晶体生长炉的主体结构基本都为下部为炉架，上部为炉膛，开装炉可通过炉膛的上盖或下盖进行。但不管是上部开装还是下部开装，开装炉过程都是在开放的环境中进行。在此过程中，N₂容易吸附于炉膛、石墨坩埚、石墨毡保温以及原料等表面，虽然都在长晶的过程中采用了抽高真空、Ar气洗炉，高温通H₂置换等手段，但N元素依然难以清除，仍是影响高纯半绝缘碳化硅性能的重大困扰。

因此，如何提供一种碳化硅晶体生长方法及生长装置以解决现有上述问题实属必要。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种碳化硅晶体生长方法及生长装置，用于解决现有技术中碳化硅晶体生长容易受环境中有害气体如氮气影响等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种碳化硅晶体生长装置，包括：

长晶炉组件，包括长晶炉外壳、长晶炉下盖以及长晶炉主体，所述长晶炉外壳与所述长晶炉下盖可拆卸连接，所述长晶炉主体设置在所述长晶炉下盖上，用于生长碳化硅晶体；

气囊防护组件，包括气囊主体及气氛控制组件，所述气囊主体套设在所述长晶炉外壳上，且所述气囊主体与所述长晶炉下盖之间密封连接以形成密封操作腔室，所述气氛控制组件包括设置在所述气囊主体上的充气口及抽气口，以进行所述操作腔室内气氛置换；

操作台，设置在所述操作腔室中；

升降机构，与所述长晶炉下盖相连接，所述升降结构通过所述长晶炉下盖带动所述长晶炉主体移动；所述升降机构将所述长晶炉主体降至所述操作腔室中，以在所述操作腔室中进行所述长晶炉主体内物料与所述操作台上的物料进行更换；

操作孔组件，设置在所述气囊主体上，以基于所述操作孔组件在所述操作腔室中作业。

可选地，所述气氛控制组件还包括设置在所述气囊主体上的流量控制装置及压力控制装置。