碳化硅单晶生长控制装置及控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种碳化硅单晶生长控制装置，壳体内形成有反应腔室，反应腔室内设有碳化硅籽晶置放位；加热装置设于壳体，用以控制反应腔室的内部温度；固态硅坩埚设有第一开口，以向反应腔室内释放硅蒸气，固态碳坩埚设有第二开口，以向反应腔室内通入碳蒸气；两个压力探测器分别位于固态硅坩埚和固态碳坩埚的上方，以分别监控硅蒸气和碳蒸气的的分压；控制器根据两个压力探测器的反馈，调节第一开口与第二开口的开口度。本发明专利技术还提供一种碳化硅单晶生长控制方法。本发明专利技术通过调节和控制硅蒸气和碳蒸气的分压之比，以使SiC单晶生长过程中难以控制的碳硅比例变得可控，从而提升SiC单晶的质量及纯度。质量及纯度。质量及纯度。

【技术实现步骤摘要】
碳化硅单晶生长控制装置及控制方法


[0001]本专利技术涉及碳化硅制备
，尤其涉及一种碳化硅单晶生长控制装置及控制方法。

技术介绍

[0002]碳化硅材料(SiC)具有很多优点：禁带宽，导热性能好，击穿电场高，电子饱和速率高，热稳定性好，化学稳定性强。SiC的禁带宽度大，适合用于发展短波光电子器件；导热性能好，有利于SiC基器件在高温下工作；电子饱和速率高，适合制造高频器件；击穿电场高，有利于制造高功率器件；化学稳定性强，器件可以在腐蚀性环境下工作。因此，高质量SiC晶体/晶片可以说是SiC半导体产业的核心基础，SiC半导体产业环节包含“SiC单晶衬底—外延片—芯片和封装—应用”。各产业环节均对SiC单晶片的杂质含量有较高要求。低质量的SiC单晶片会影响外延薄膜的质量和重复性，也会对器件造成漏电流过大等不良影响，所以高质量的单晶SiC在半导体产业中尤为重要。
[0003]可以使用高温物理气相传输法(High Temperature Physical Vapor Transport，HTPVT)来生长碳化硅单晶，具体是使原料处于高温区，籽晶处于相对低温区，进而处于温度较高处的原料发生分解，不经液相态直接产生气相Si
X
C
y
物质(主要包含Si、Si2C、SiC2等)，这些气相物质在轴向温度梯度的驱动下输运到籽晶处，在籽晶处形核、长大，结晶形成SiC单晶。
[0004]现有技术中，如图1所示，使用HTPVT法生长SiC晶体需要使用SiC原料。目前，市场上销售的SiC原料的杂质含量近百ppm，如此高的杂质含量难以用于生长高纯度SiC晶体。碳化硅粉末在高温下随机形成成分碳化硅分子(Si
X
C
y
物质)，碳化硅晶体结构无法控制，造成碳硅原子成分不匹配，从而造成所生成的碳化硅晶体很多缺陷，无法作为制作SiC基器件的材料。

技术实现思路

[0005]本专利技术的主要目的是提出一种碳化硅单晶生长控制装置，旨在控制碳源和硅源的比例，以此生长高纯度高质量的SiC晶体。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供一种碳化硅单晶生长控制装置，包括：
[0007]壳体，所述壳体内形成有反应腔室，所述反应腔室内设有碳化硅籽晶置放位；
[0008]固态硅坩埚和固态碳坩埚，均设置于所述反应腔室内，所述固态硅坩埚设有第一开口，以向所述反应腔室内释放硅蒸气；所述固态碳坩埚设有第二开口，以向所述反应腔室内释放碳蒸气；
[0009]加热装置，设于所述壳体，用以控制所述反应腔室的内部温度，并加热所述固态硅坩埚和所述固态碳坩埚；
[0010]第一压力探测器和第二压力探测器，均设置于所述反应腔室内，且所述第一压力探测器位于所述固态硅坩埚的上方，用以监控硅蒸气的分压；所述第二压力探测器位于所
述固态碳坩埚的上方，用以监控碳蒸气的分压；以及，
[0011]控制器，第一压力探测器和第二压力探测器均与所述控制器电性连接，当第一压力探测器反馈硅蒸气的分压偏高，则所述控制器调小所述第一开口的开口度；当第二压力探测器反馈碳蒸气的分压偏低，则所述控制器调小所述第二开口的开口度。
[0012]可选地，所述固态硅坩埚和所述固态碳坩埚均为钨坩埚。
[0013]可选地，所述第一开口设有第一盖体，以调节所述第一开口的开口度；所述第二开口设有第二盖体，以调节所述第二开口的开口度。
[0014]可选地，所述第一开口与所述第二开口均朝上设置，所述碳化硅籽晶置放位设置于所述反应腔室的顶壁中心处。
[0015]可选地，所述加热装置为加热线圈，所述加热线圈缠绕设置于所述反应腔室的周侧壁。
[0016]可选地，所述加热线圈包括多个从下到上并排设置的子线圈，多个所述子线圈的发热温度从下到上递减。
[0017]本专利技术还提供一种碳化硅单晶生长控制方法，所述控制方法包括以下步骤：
[0018]将碳化硅籽晶放置于反应腔室内的碳化硅籽晶置放位；
[0019]通过加热装置加热装置控制反应腔室的内部温度，以加热固态硅坩埚和固态碳坩埚，以使所述固态硅坩埚通过第一开口向所述反应腔室内释放硅蒸气，所述固态碳坩埚通过第二开口向所述反应腔室内通入碳蒸气；以及，
[0020]通过第一压力探测器监控硅蒸气的分压，通过第二压力探测器监控碳蒸气的分压；
[0021]当第一压力探测器反馈硅蒸气的分压较大，通过控制器调小所述第一开口的开口度；当第一压力探测器反馈碳蒸气的分压较大，通过控制器调小所述第二开口的开口度。
[0022]进一步地，所述第一开口与所述第二开口均朝上设置，所述加热装置为加热线圈，所述加热线圈缠绕设置于所述反应腔室的周侧壁，所述通过加热装置控制反应腔室的内部温度的步骤具体包括以下步骤：
[0023]控制所述加热线圈的发热温度从下到上递减。
[0024]进一步地，所述通过加热装置控制反应腔室的内部温度的步骤具体还包括以下步骤：
[0025]控制所述固态硅坩埚和固态碳坩埚的加热温度范围为2500～2800℃；
[0026]控制所述碳化硅籽晶置放位处的温度范围为2000℃～2300℃。
[0027]进一步地，所述控制方法还包括以下步骤：
[0028]控制所述反应腔室内的真空度范围为0.2～0.7Pa。
[0029]本专利技术提供一种碳化硅单晶生长控制装置，通过加热固态硅坩埚和固态碳坩埚，以向反应腔室内释放硅蒸气和碳蒸气，并通过压力探测器分别监测硅蒸气和碳蒸气的分压，再反馈至控制器调节固态硅坩埚和固态碳坩埚的开口度，以调节和控制硅蒸气和碳蒸气的分压之比为1:1，以使SiC单晶生长过程中难以控制的碳硅比例变得可控，从而提升所生成的SiC单晶的质量及纯度。
附图说明
[0030]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
[0031]图1为现有技术中一碳化硅晶体制备装置的结构示意图；
[0032]图2为本专利技术一实施例中碳化硅单晶生长控制装置的结构示意图。
[0033]附图标号说明：
[0034]标号名称标号名称100壳体200碳化硅籽晶置放位310固态硅坩埚320固态碳坩埚311第一盖体321第二盖体400加热装置510第一压力探测器520第二压力探测器
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[0035]本专利技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0036]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳化硅单晶生长控制装置，其特征在于，包括：壳体，所述壳体内形成有反应腔室，所述反应腔室内设有碳化硅籽晶置放位；固态硅坩埚和固态碳坩埚，均设置于所述反应腔室内，所述固态硅坩埚设有第一开口，以向所述反应腔室内释放硅蒸气；所述固态碳坩埚设有第二开口，以向所述反应腔室内释放碳蒸气；加热装置，设于所述壳体，用以控制所述反应腔室的内部温度，并加热所述固态硅坩埚和所述固态碳坩埚；第一压力探测器和第二压力探测器，均设置于所述反应腔室内，且所述第一压力探测器位于所述固态硅坩埚的上方，用以监控硅蒸气的分压；所述第二压力探测器位于所述固态碳坩埚的上方，用以监控碳蒸气的分压；以及，控制器，第一压力探测器和第二压力探测器均与所述控制器电性连接，当第一压力探测器反馈硅蒸气的分压偏高，则所述控制器调小所述第一开口的开口度；当第二压力探测器反馈碳蒸气的分压偏低，则所述控制器调小所述第二开口的开口度。2.如权利要求1所述的碳化硅单晶生长控制装置，其特征在于，所述固态硅坩埚和所述固态碳坩埚均为钨坩埚。3.如权利要求2所述的碳化硅单晶生长控制装置，其特征在于，所述第一开口设有第一盖体，以调节所述第一开口的开口度；所述第二开口设有第二盖体，以调节所述第二开口的开口度。4.如权利要求1所述的碳化硅单晶生长控制装置，其特征在于，所述第一开口与所述第二开口均朝上设置，所述碳化硅籽晶置放位设置于所述反应腔室的顶壁中心处。5.如权利要求4所述的碳化硅单晶生长控制装置，其特征在于，所述加热装置为加热线圈，所述加热线圈缠绕设置于所述反应腔室的周侧壁。6.如权利要求5...

【专利技术属性】
技术研发人员：林大野，王治中，蔡钦铭，
申请(专利权)人：广州爱思威科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：