[发明专利]一种补充气态碳源和硅源的碳化硅晶体生长方法及设备

说明书

本发明提供一种补充气态碳源和硅源的碳化硅晶体生长方法及设备，其设备包括炉体、石墨坩埚加热器、生长槽，石墨坩埚内设置有多孔隔板，多孔隔板将石墨坩埚分为晶体生长腔和气体扩散腔，定义晶体生长腔的高度为M，气体扩散腔的上边缘设置在从距多孔隔板上方1/3M处到多孔隔板水平中心线的区域内，气体扩散腔底部固定连接有进气组件；所述加热器对晶体生长腔均匀加热。本发明的设备包括晶体生长腔以及气体扩散腔，利用补充气态碳源和硅源的方式进行组分调节，使其在晶体生长过程中保持碳化硅晶体附近空间的碳组分和硅组分的平衡，避免碳化硅晶体产生螺旋错位、层错、微管等缺陷，同时提高碳化硅原料的利用率。

技术领域

本发明是一种补充气态碳源和硅源的碳化硅晶体生长方法及设备，属于碳化硅晶体生长技术领域。

背景技术

工业化生长碳化硅晶体主要采用物理气相输运(PVT)法，即在2100℃以上加热使碳化硅原料升华和分解产生的气体输运至籽晶处重新结晶，得到面积较大的碳化硅(SiC)单晶。

但是在高温下，硅(Si)元素和富硅的原子团更容易从原料中逸出，输运到生长室空间里，因此在晶体生长过程中原料内的硅元素比碳(C)元素更加快速地流失，造成原料的碳化(即原料内C含量高于Si含量)，碳化后原料会产生富碳的原子团，沉积在晶体上形成包裹体缺陷，包裹体缺陷会进一步成长为螺旋位错、层错和微管等更大范围的缺陷，严重影响碳化硅的晶体质量，进而影响下游制程如外延制程和器件制程的良率和产品质量；同时由于原料碳化严重时必须停止晶体生长，造成了原料的大量浪费，目前行业内得到的晶体重量和投入的原料重量的比例小于三分之一，原料浪费较为严重。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种补充气态碳源和硅源的碳化硅晶体生长方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了实现上述平衡碳化硅原料中硅组分和碳组分比例的目的，本发明是通过如下的生长设备来实现，包括：

一种补充气态碳源和硅源的碳化硅晶体生长设备，包括炉体、固定在炉体内的石墨坩埚和加热器、设置在石墨坩埚顶部的生长槽，所述石墨坩埚内水平设置有多孔隔板，多孔隔板将石墨坩埚分为晶体生长腔和气体扩散腔，定义晶体生长腔的高度为M，气体扩散腔的上边缘设置在从距多孔隔板上方1/3M处到多孔隔板水平中心线的区域内，气体扩散腔底部固定连接有进气组件；所述加热器对晶体生长腔均匀加热。气态的碳源和硅源通过进气组件进入到气体扩散腔中，再通过多孔隔板进入到晶体生长腔中，到达碳化硅原料的底部，大部分用于调节碳化硅原料的组分平衡，若还存在剩余的少部分气体则通过碳化硅原料的空隙继续向上移动，直至从生长槽上的出气口逸出到达晶体生长腔外部；在晶体生长前期，由于硅原子团更容易从碳化硅原料中逸出，晶体生长腔内硅元素的比例高于碳元素，这时往晶体生长腔内通入气态碳源，维持硅和碳元素平衡；反之，在晶体生长后期，晶体生长腔内碳元素的比例高于硅元素，往晶体生长腔内通入气态硅源，维持硅和碳元素平衡；通常情况下，碳化硅原料的补充是在碳化硅原料下方放置固态的富硅原料，加热富硅原料，使富硅原料挥发出硅元素并上升至碳化硅原料的位置，对碳化硅原料进行硅元素的补充，但该方法耗费时间长且对富硅原料的消耗大，易造成生产碳化硅晶体的时间成本和原料成本增加；本结构将气体扩散腔设置在晶体生长腔的中下方，根据碳化硅晶体的生长时间和生长状况准确的向气体扩散腔内通入气态碳源或气态硅源，既可以精确地调节晶体生长腔内硅元素和碳元素的比例，维持硅元素和碳元素的组分平衡，避免碳化硅晶体发生螺旋错位、层错、微管等缺陷，同时又可提高碳化硅原料的利用率；气体扩散腔的上表面控制在晶体生长腔高度的下1/3处，既可保证气体扩散腔的气体扩散至晶体生长腔内，又因为气体扩散腔的上表面在晶体生长腔高度的下1/3处，气体扩散腔中通入炉体内的气态碳源和气态硅源可充分从碳化硅原料的下方进入炉体内，补充碳化硅原料中比例不足的元素。

优选的，所述加热器为石墨加热器。

优选的，所述加热器固定在石墨坩埚外周，且加热器在高度方向上覆盖住晶体生长腔。