[发明专利]一种高纯度晶体生长系统及方法

说明书

本发明属于晶体生长技术领域，特别涉及一种高纯度晶体生长系统及方法，其包括：真空腔；反应室，其包括腔体和顶盖；加热组件；第一升降组件，与上述顶盖固定连接，用于驱动上述顶盖升降；供气组件，安装在上述真空腔上，用于使上述真空腔内产生自上向下的气流；控制器，与上述加热组件、上述第一升降组件和上述供气组件电性连接，用于控制上述加热组件升高上述反应室内的温度，还用于在上述反应室内的温度达到除杂温度时，控制上述供气组件产生自上向下的气流和控制上述第一升降组件驱动上述顶盖上升，还用于控制上述加热组件升高上述反应室内的温度至晶体生长温度以进行晶体生长；在晶体生长前先对反应粉料进行除杂，有效地提高晶体的纯度。

技术领域

本发明属于晶体生长技术领域，特别涉及一种高纯度晶体生长系统及方法。

背景技术

碳化硅（SiC）是第三代半导体材料的代表，其具有宽禁带、高击穿电场、高电子饱和迁移率、高热导率等优良的物理和化学特性，因此碳化硅是制备高压、高温、大功率、高频电力电子功率器件的理想材料。

碳化硅晶体生长的主要方法包括高温化学气相沉积法（HTCVD）、液相法（LPE）、物理气相传输法（PVT）。由于物理气相传输法较成熟，因此行业内普遍将物理气相传输法用于碳化硅晶体生长。如图1所示，图1为现有技术中的物理气相传输装置的结构示意图，该装置包括由石墨制成的坩埚、感应线圈、真空腔和进气组件，坩埚位于真空腔内，碳化硅粉料置于坩埚内，籽晶位于坩埚的内顶面，进气组件安装在真空腔的下端面上。该装置的工作流程为：将真空腔抽真空；进气组件通入惰性气体，感应线圈对坩埚进行加热以将碳化硅粉料的温度升高至2200-2500℃并使籽晶的温度比碳化硅粉料的温度低10℃至200℃，碳化硅粉料升华并形成包括Si、Si₂C和SiC₂的气体，由于籽晶与碳化硅粉料升华气体之间的温差，气体在籽晶处凝华从而形成碳化硅晶体。由于碳化硅粉料中存在氮、硼等杂质，这些杂质在温度升高时也会升华并凝华在籽晶上，从而影响到碳化硅晶体的纯度及电阻率等关键性能指标。

因此，现有技术有待改进和发展。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种高纯度晶体生长系统及方法，特别适合用于进行碳化硅晶体生长，在晶体生长前先对反应粉料进行除杂，避免晶体生长时粉料中的杂质凝华在晶体上，从而提高晶体的纯度。

第一方面，本发明提供一种高纯度晶体生长系统，用于晶体生长，其包括：

真空腔；

反应室，安装在上述真空腔内，用于放置反应粉料，其包括腔体和设于上述腔体顶端的顶盖，上述顶盖的下端面用于放置籽晶；

加热组件，设置在上述真空腔外，用于加热上述反应室；

第一升降组件，与上述顶盖固定连接，用于驱动上述顶盖升降；

供气组件，安装在上述真空腔上，用于使上述真空腔内产生自上向下的气流；

控制器，与上述加热组件、上述第一升降组件和上述供气组件电性连接，用于控制上述加热组件升高上述反应室内的温度，还用于在上述反应室内的温度达到除杂温度时，控制上述供气组件产生自上向下的气流和控制上述第一升降组件驱动上述顶盖上升，还用于控制上述加热组件将上述反应室内的温度升高至晶体生长温度以进行晶体生长。

本发明提供的一种高纯度晶体生长系统在晶体生长前先对反应粉料进行除杂，高纯度晶体生长系统对反应粉料进行除杂时，供气组件使真空腔内产生自上向下的气流并利用自上向下的气流将升华的杂质从真空腔下方抽离，避免升华的杂质与籽晶接触，第一升降组件驱动反应室的顶盖上升以增大反应粉料和反应室的顶盖之间的距离并避免加热组件对反应室的顶盖进行加热，从而避免升华的杂质凝华在反应室的顶盖上，有效地提高晶体的纯度。