[發明專利]碳化硅單晶生長控制裝置及控制方法

在審

• 申請號: 202110248412.7
• 申請日: 2021-03-05
• 公開（公告）號: CN113026099A
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發明（設計）人: 林大野;王治中;蔡欽銘
• 申請（專利權）人: 廣州愛思威科技股份有限公司
• 主分類號: C30B25/16
• 分類號: C30B25/16;C30B25/14;C30B29/36
• 代理公司: 深圳市世紀恒程知識產權代理事務所 44287
• 代理人: 郝懷慶

本發明提供一種碳化硅單晶生長控制裝置，包括殼體、加熱裝置、硅源氣體管道和碳源氣體管道。殼體內形成有反應腔室，反應腔室內設有碳化硅籽晶置放位；加熱裝置設于殼體，用以控制反應腔室的內部溫度；硅源氣體管道用以向反應腔室內通入硅源氣體，碳源氣體管道用以向反應腔室內通入碳源氣體；硅源氣體管道設有第一質量流量控制器，用以監測和控制硅源氣體的流量；碳源氣體管道設有第二質量流量控制器，用以監測和控制碳源氣體的流量。本發明還提供一種碳化硅單晶生長控制方法。本發明能夠調節和控制硅源氣體流量和碳源氣體流量之比，使得反應腔室內硅源氣體中的Si與碳源氣體中C的比例為1:1，從而能夠制備出高純度高質量的SiC單晶。

技術領域

本發明涉及碳化硅制備技術領域，尤其涉及一種碳化硅單晶生長控制裝置及控制方法。

背景技術

碳化硅材料(SiC)具有很多優點：禁帶寬，導熱性能好，擊穿電場高，電子飽和速率高，熱穩定性好，化學穩定性強。SiC的禁帶寬度大，適合用于發展短波光電子器件；導熱性能好，有利于SiC基器件在高溫下工作；電子飽和速率高，適合制造高頻器件；擊穿電場高，有利于制造高功率器件；化學穩定性強，器件可以在腐蝕性環境下工作。因此，高質量SiC晶體/晶片可以說是SiC半導體產業的核心基礎，SiC半導體產業環節包含“SiC單晶襯底—外延片—芯片和封裝—應用”。各產業環節均對SiC單晶片的雜質含量有較高要求。低質量的SiC單晶片會影響外延薄膜的質量和重復性，也會對器件造成漏電流過大等不良影響，所以高質量的單晶SiC在半導體產業中尤為重要。

SiC的制備主要有三種方法：液相磊晶法(Liquid Phase Epitaxy，LPE)、高溫物理氣相傳輸法(High Temperature Physical Vapor Transport，HTPVT)和高溫化學氣相沉積法(High Temperature Chemical Vapor Deposition，HTCVD)。其中，HTCVD法最重要的優點在于因為特氣純度高、雜質含量低，有利于制備高純度高質量的半絕緣碳化硅晶體，但由于難以控制反應氣體中碳源和硅源的比例，碳多硅少或者硅多碳少，都會在SiC晶體形成很多缺陷，影響SiC晶體的質量和純度，使用HTCVD法來制備SiC也因此受到了限制。

發明內容

本發明的主要目的是提出一種碳化硅單晶生長控制裝置，旨在控制反應氣體中硅源和碳源的比例，以通過HPTVD法來制備高純度高質量的SiC晶體。

為實現上述目的，本發明提供一種碳化硅單晶生長控制裝置，包括：

殼體，所述殼體內形成有反應腔室，所述反應腔室內設有碳化硅籽晶置放位；

加熱裝置，設于所述殼體，用以控制所述反應腔室的內部溫度；以及，

硅源氣體管道和碳源氣體管道，均與所述反應腔室連通，所述硅源氣體管道用以向所述反應腔室內通入硅源氣體，所述碳源氣體管道用以向所述反應腔室內通入碳源氣體；其中，

所述硅源氣體管道設有第一質量流量控制器，所述碳源氣體管道設有第二質量流量控制器，所述第一質量流量控制器用以監測和控制硅源氣體的流量，所述第二質量流量控制器用以監測和控制碳源氣體的流量。

可選地，所述硅源氣體管道與所述碳源氣體管道的氣流方向均由下至上。

可選地，所述碳化硅單晶生長控制裝置還包括氫氣管道，所述氫氣管道與所述反應腔室連通，所述氫氣管道用以向所述反應腔室內通入氫氣；和/或，所述碳化硅單晶生長控制裝置還包括金屬去除劑管道，所述金屬去除劑管道與所述反應腔室連通，所述金屬去除劑管道用以向所述反應腔室內通入金屬去除氣體。

可選地，所述碳化硅籽晶置放位設置于所述反應腔室的頂壁中心處。

可選地，所述加熱裝置為加熱線圈，所述加熱線圈纏繞設置于所述反應腔室的周側壁。