[发明专利]高效制备高质量碳化硅单晶的生长装置

说明书

本发明公开了一种高效制备高质量碳化硅单晶生长装置，包括第一坩埚、第二坩埚和过滤部；籽晶纵向安装在第一坩埚内，且籽晶初始生长台阶端靠近第一坩埚顶壁；第二坩埚限定出原料腔，原料腔与第一坩埚内部连通；过滤部限定出容纳腔，容纳腔内设置有气氛调节件，气氛调节件包括碳框架和硅颗粒，硅颗粒内置在碳框架内部；过滤部安装在第二坩埚的出气口处，并对第二坩埚出气口形成遮挡，第二坩埚的出气口位于籽晶下方，第二坩埚内的原料升华为气体后经过滤部过滤后进入到第一坩埚内。本发明在长晶过程中能够降低籽晶初始生长台阶端的生长速率，同时能够调节碳化硅气氛中的Si/C原子比，从而降低晶体初期相变发生的概率，提高晶体的品质。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其是涉及一种高效制备高质量碳化硅单晶的生长装置。

背景技术

相关技术中指出，由于现有4H和6H晶型的共存温度较大，晶体容易发生相变，尤其是初期相变是碳化硅晶体生长过程中存在的严重问题之一。引起晶体发生相变的原因通常有以下3点：1)传统的籽晶平行放置，籽晶的继承性错位容易贯穿晶体，容易导致相变的发生。2)籽晶初始生长台阶端的晶体生长速率过快：晶体的生长由籽晶初始生长台阶(生长小面)端开始，若籽晶初始生长台阶端的晶体生长速率过快，则会增加该端原子“错排”的概率，导致籽晶初始生长台阶端发生初期相变的情况，从而导致整个生长过程中相比贯穿晶体，降低了晶体的品质；3)在晶体生长过程中，碳化硅气氛中的Si/C原子比也会导致相变的发生。其中，初期相变多发生于籽晶的初始生长台阶端，因此，如何在长晶初期阶段抑制初始生长台阶端的初期相变的发生成为目前亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明在于提出一种高效制备高质量碳化硅单晶生长装置，在长晶过程中能够降低籽晶初始生长台阶端的生长速率，同时能够调节碳化硅气氛中的Si/C原子比，从而降低晶体初期相变发生的概率，提高晶体的品质。

本发明还提出一种高效制备高质量碳化硅单晶的生长装置，包括第一坩埚、第二坩埚和过滤部；籽晶纵向安装在所述第一坩埚内，且籽晶初始生长台阶端靠近第一坩埚顶壁；所述第二坩埚限定出原料腔，所述原料腔与所述第一坩埚内部连通；所述过滤部限定出容纳腔，所述容纳腔内设置有气氛调节件，所述气氛调节件包括碳框架和硅颗粒，所述硅颗粒内置在所述碳框架内部；所述过滤部安装在所述第二坩埚的出气口处，并对所述第二坩埚出气口形成遮挡，所述第二坩埚的出气口位于籽晶下方，所述第二坩埚内的原料升华为气体后经所述过滤部过滤后进入到所述第一坩埚内。

上述方案中籽晶纵向安装在第一坩埚内，且其初始生长台阶端靠近第一坩埚顶壁，因此，籽晶初始生长台阶端位于上部，而碳化硅气体进入到第一坩埚后，气体在上升的过程中其浓度会逐渐降低，因此，籽晶初始生长台阶端的气体浓度低于籽晶其他部分的气体浓度，从而使籽晶初始生长台阶端的晶体生长速率低于籽晶其他部分的生长速率，降低了籽晶初始生长台阶端的生长速率，该端生长速率降低后Si/C原子堆叠的稳定性更好，即排列更加稳定，有效地降低了原子“错排”等情况，较好地抑制了籽晶初始生长台阶端初期相变的发生，从而降低了晶体整体发生初期相变的概率，提高了晶体的品质。

另外，过滤部内部的气氛调节件可以调节碳化硅气氛中的Si/C原子比，实现了长晶前期和长晶后期气氛的选择性补偿，解决了碳包裹及晶体生长前期富硅、后期富碳的技术问题，进一步降低了晶体发生初期相变的概率，提高了晶体的整体质量。

在一些实施例中，本发明第一坩埚顶壁开设有第一气流通道，用于加快气体的流速，所述第一气流通道的直径为3mm-5mm。本实施例第一气流通道实现了快速疏散第一坩埚内碳化硅气体的目的，防止了多余的气体因扩散速度慢，而导致碳化硅气体在籽晶初始生长台阶端停留并形成晶体，进一步降低了籽晶初始生长台阶端的碳化硅气体浓度，降低了该处晶体的生长速率，从而进一步降低了籽晶初始生长台阶端发生初期相变的几率，进而降低了晶体整体发生初期相变的几率，提高了晶体的整体质量。