本发明专利技术提供了一种制造高质量碳化硅单晶层的方法及装置，所述的制造高质量碳化硅单晶层的方法包括：（Ⅰ）提供生长腔，在所述生长腔的外周布置第一加热模块与第二加热模块；（Ⅱ）提供碳化硅原料与至少一个目标衬底，将所述目标衬底置于所述生长腔内；（Ⅲ）采用所述第一加热模块与第二加热模块独立地加热所述生长腔内的不同区域，使得碳化硅原料与目标衬底形成温度差，在生长腔内生成含有硅与碳的气氛，所述目标衬底的表面沉积碳化硅原料，以生长获得碳化硅单晶层。本发明专利技术无需使用有毒有害的硅烷等硅源气体，且生长速度快，可达数十至数百微米每小时，提高了生长质量，生长获得碳化硅单晶层的BPD密度低于0.1。层的BPD密度低于0.1。层的BPD密度低于0.1。
【技术实现步骤摘要】
一种制造高质量碳化硅单晶层的方法及装置
[0001]本专利技术属于半导体
，涉及一种制造高质量碳化硅单晶层的方法及装置。
技术介绍
[0002]碳化硅是一种宽禁带半导体材料，以碳化硅单晶衬底制作的器件具有耐高温、耐高压、高频率、大功率、抗辐射以及效率高等优势，在射频、新能源等领域具有重要的应用价值。
[0003]利用碳化硅制造半导体器件的必要工艺之一是：在碳化硅单晶衬底上形成高质量单晶层。目前，形成高质量单晶层的方法主要是化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition，CVD），其工作原理为：在高温环境下，将包括硅源气体和碳源气体在内的混合气体充入反应腔室内，使得硅源气体和碳源气体发生化学反应，以在碳化硅单晶衬底上形成碳化硅单晶薄层。然而，化学气相沉积的生长速度较慢，仅为数微米每小时，降低了工作效率，另外，常用的硅源气体硅烷有刺激性气味和毒性，存在安全隐患。
[0004]因此，提供一个生长速度快，且安全性能高的制造单晶层的方法是非常重要的。
技术实现思路
[0005]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种制造高质量碳化硅单晶层的方法及装置，无需使用有毒有害的硅烷等硅源气体，且生长速度快，可达数十至数百微米每小时，提高了生长效率，具有较高的安全性。
[0006]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供了一种制造高质量碳化硅单晶层的方法，所述的制造高质量碳化硅单晶层的方法包括：（Ⅰ）提供生长腔，在所述生长腔的外周布置第一加热模块与第二加热模块；（Ⅱ）提供碳化硅原料与至少一个目标衬底，将所述目标衬底置于所述生长腔内；（Ⅲ）采用所述第一加热模块与第二加热模块独立地加热所述生长腔内的不同区域，使得碳化硅原料与目标衬底形成温度差，在生长腔内生成含有硅与碳的气氛，所述目标衬底的表面沉积碳化硅原料，以生长获得碳化硅单晶层。
[0007]本专利技术采用第一加热模块与第二加热模块分别加热生长腔内的不同区域，第一加热模块用于加热碳化硅原料，第二加热模块用于加热目标衬底，使得加热温度可控，碳化硅原料与目标衬底形成温度差，以将碳化硅原料输送至目标衬底的表面，以生长获得碳化硅单晶层，生长速度快，无需使用有毒有害的硅烷等硅源气体，具有较高的安全性，同时提高了生长质量，有效降低了碳化硅单晶层的基平面位错密度。
[0008]作为本专利技术一个优选技术方案，所述生长腔的材质为高纯石墨、碳化硅、钽、钨、钼、碳化钽、碳化钨、碳化钼中的任意一种。
[0009]需要说明的是，当生长腔的材质为碳化硅时，无需添加额外的碳化硅原料，可直接以生长腔为碳化硅原料进行碳化硅单晶层的生长。
[0010]所述目标衬底为单晶碳化硅。
[0011]所述目标衬底的晶型为4H、6H或3C。
[0012]所述目标衬底的生长面为Si面或C面。
[0013]所述目标衬底单晶的（0001）面与所述目标衬底的生长面之间的夹角≤8
°
。
[0014]所述生长腔内的温度为1500~2300℃，例如可以是1500℃、1550℃、1600℃、1700℃、1800℃、1900℃、2000℃、2100℃、2200℃或2300℃，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0015]所述生长腔内的气压为10~5000Pa，例如可以是10Pa、100Pa、200Pa、500Pa、1000Pa、1500Pa、2000Pa、2500Pa、3000Pa、3500Pa、4000Pa、4500Pa或5000Pa，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0016]所述温度差为1~50℃，例如可以是1℃、5℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、48℃或50℃，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0017]所述生长速度为1~200μm/h，例如可以是1μm/h、5μm/h、10μm/h、15μm/h、20μm/h、30μm/h、50μm/h、60μm/h、80μm/h、100μm/h、120μm/h、150μm/h、160μm/h、180μm/h或200μm/h，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0018]所述碳化硅单晶层的厚度为1~100μm，例如可以是1μm、5μm、10μm、20μm、30μm、50μm、60μm、80μm、90μm或100μm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0019]所述碳化硅单晶层的基平面位错密度BPD＜0.1/cm
‑2。
[0020]作为本专利技术一个优选技术方案，所述碳化硅单晶层的生长具体包括：采用所述第一加热模块与第二加热模块分别加热所述生长腔与目标衬底，使得所述生长腔的部分内腔壁的温度高于所述目标衬底的温度，以升华所述生长腔的内腔壁的碳化硅原料，沉积在所述目标衬底的表面，生长形成所述碳化硅单晶层，所述生长腔的材质为碳化硅。
[0021]本专利技术中当生长腔采用碳化硅材质时，以生长腔作为碳化硅原料，为目标衬底提供生长碳化硅单晶层所需材料，利用第一加热模块加热生长腔，利用第二加热模块加热目标衬底，分别调控第一加热模块与第二加热模块，使得生长腔与目标衬底形成温度差，生长腔的内腔壁上的碳化硅原料升华，并移动至目标衬底的表面，实现碳化硅单晶层的生长；当生长腔的材质并非碳化硅时，应在生长腔内引入其他碳化硅原料，为目标衬底提供生长碳化硅单晶层所需材料。
[0022]作为本专利技术一个优选技术方案，所述碳化硅单晶层的生长具体包括：提供至少一个源衬底，将所述源衬底置于所述生长腔内；采用所述第一加热模块与第二加热模块分别加热所述源衬底与目标衬底，使得所述源衬底的温度高于所述目标衬底的温度，以升华所述源衬底，并沉积在所述目标衬底的表面，生长形成所述碳化硅单晶层；所述源衬底为单晶碳化硅或多晶碳化硅。
[0023]本专利技术在生长腔内引入其他源衬底，为目标衬底提供生长碳化硅单晶层所需材料，利用第一加热模块加热源衬底，利用第二加热模块加热目标衬底，源衬底与目标衬底分
别对应不同的加热模块进行温度的调控，使得源衬底与目标衬底形成温度差，源衬底升华，并移动至目标衬底的表面，实现碳化硅单晶层的生长。
[0024]作为本专利技术一个优选技术方案，所述碳化硅单晶层的生长还包括：提供至少一个硅源，将所述硅源置于所述生长腔内；调节所述第一加热模块与第二加热模块的加热温度，使所述硅源蒸发，以调控生长腔内的硅与碳的含量。
[0025]本专利技术中通过设置硅源，使其蒸发，以改变生长腔中气氛的硅和碳的原子数量比，进而提升生长速率。由于硅的蒸发温度低于碳化硅，可通过热传导、热辐射获得热量升温至蒸发温度，因此，无需为硅源设置相应的加热组件，在加热生长腔内腔壁的碳化硅原料、碳化硅衬底或目标衬底的过程中，即可实现硅源的蒸发。
[0026]所述制造高质量本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种制造高质量碳化硅单晶层的方法，其特征在于，所述的制造高质量碳化硅单晶层的方法包括：（Ⅰ）提供生长腔，在所述生长腔的外周布置第一加热模块与第二加热模块；（Ⅱ）提供碳化硅原料与至少一个目标衬底，将所述目标衬底置于所述生长腔内；（Ⅲ）采用所述第一加热模块与第二加热模块独立地加热所述生长腔内的不同区域，使得碳化硅原料与目标衬底形成温度差，在生长腔内生成含有硅与碳的气氛，所述目标衬底的表面沉积碳化硅原料，以生长获得碳化硅单晶层。2.根据权利要求1所述的制造高质量碳化硅单晶层的方法，其特征在于，所述生长腔的材质为高纯石墨、碳化硅、钽、钨、钼、碳化钽、碳化钨、碳化钼中的任意一种；所述目标衬底为单晶碳化硅；所述目标衬底的生长面为Si面或C面；所述目标衬底单晶的（0001）面与所述目标衬底的生长面之间的夹角≤8
°
；所述生长腔内的温度为1500~2300℃；所述生长腔内的气压为10~5000Pa；所述温度差为1~50℃；所述生长速度为1~200μm/h；所述碳化硅单晶层的厚度为1~100μm；所述碳化硅单晶层的基平面位错密度BPD＜0.1/cm
‑2。3.根据权利要求2所述的制造高质量碳化硅单晶层的方法，其特征在于，所述碳化硅单晶层的生长具体包括：采用所述第一加热模块与第二加热模块分别加热所述生长腔与目标衬底，使得所述生长腔的部分内腔壁的温度高于所述目标衬底的温度，以升华所述生长腔的内腔壁的碳化硅原料，沉积在所述目标衬底的表面，生长形成所述碳化硅单晶层；所述生长腔的材质为碳化硅；或，所述碳化硅单晶层的生长具体包括：提供至少一个源衬底，将所述源衬底置于所述生长腔内；采用所述第一加热模块与第二加热模块分别加热所述源衬底与目标衬底，使得所述源衬底的温度高于所述目标衬底的温度，以升华所述源衬底，并沉积在所述目标衬底的表面，生长形成所述碳化硅单晶层；所述源衬底为单晶碳化硅或多晶碳化硅。4.根据权利要求1所述的制造高质量碳化硅单晶层的方法，其特征在于，所述碳化硅单晶层的生长还包括：提供至少一个硅源，将所述硅源置于所述生长腔内；调节所述第一加热模块与第二加热模块的加热温度，使所述硅源蒸发，以调控生长腔内的硅与碳的含量；所述制造高质量碳化硅单晶层的方法还包括：提供真空腔室，将所述生长腔置于所述真空腔室的内腔；向所述真空腔室内充入工艺气体的同时对真空腔室进行抽气。5.根据权利要求3所述的制造高质量...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭超，母凤文，
申请(专利权)人：北京青禾晶元半导体科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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