[發(fā)明專利]碳化硅單晶生長控制裝置及控制方法

在審

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• 申請日: 2021-03-05
• 公開（公告）號: CN113026094A
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 林大野;王治中;蔡欽銘
• 申請（專利權(quán)）人: 廣州愛思威科技股份有限公司
• 主分類號: C30B23/00
• 分類號: C30B23/00;C30B29/36
• 代理公司: 深圳市世紀(jì)恒程知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 44287
• 代理人: 郝懷慶

本發(fā)明提供一種碳化硅單晶生長控制裝置，殼體內(nèi)形成有反應(yīng)腔室，反應(yīng)腔室內(nèi)設(shè)有碳化硅籽晶置放位；加熱裝置設(shè)于殼體，用以控制反應(yīng)腔室的內(nèi)部溫度；固態(tài)硅坩堝設(shè)有第一開口，以向反應(yīng)腔室內(nèi)釋放硅蒸氣，固態(tài)碳坩堝設(shè)有第二開口，以向反應(yīng)腔室內(nèi)通入碳蒸氣；兩個(gè)壓力探測器分別位于固態(tài)硅坩堝和固態(tài)碳坩堝的上方，以分別監(jiān)控硅蒸氣和碳蒸氣的的分壓；控制器根據(jù)兩個(gè)壓力探測器的反饋，調(diào)節(jié)第一開口與第二開口的開口度。本發(fā)明還提供一種碳化硅單晶生長控制方法。本發(fā)明通過調(diào)節(jié)和控制硅蒸氣和碳蒸氣的分壓之比，以使SiC單晶生長過程中難以控制的碳硅比例變得可控，從而提升SiC單晶的質(zhì)量及純度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及碳化硅制備技術(shù)領(lǐng)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(shù)

碳化硅材料(SiC)具有很多優(yōu)點(diǎn)：禁帶寬，導(dǎo)熱性能好，擊穿電場高，電子飽和速率高，熱穩(wěn)定性好，化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)。SiC的禁帶寬度大，適合用于發(fā)展短波光電子器件；導(dǎo)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(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)，器件可以在腐蝕性環(huán)境下工作。因此，高質(zhì)量SiC晶體/晶片可以說是SiC半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的核心基礎(chǔ)，SiC半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)環(huán)節(jié)包含“SiC單晶襯底—外延片—芯片和封裝—應(yīng)用”。各產(chǎn)業(yè)環(huán)節(jié)均對SiC單晶片的雜質(zhì)含量有較高要求。低質(zhì)量的SiC單晶片會影響外延薄膜的質(zhì)量和重復(fù)性，也會對器件造成漏電流過大等不良影響，所以高質(zhì)量的單晶SiC在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中尤為重要。

可以使用高溫物理氣相傳輸法(High Temperature Physical Vapor Transport，HTPVT)來生長碳化硅單晶，具體是使原料處于高溫區(qū)，籽晶處于相對低溫區(qū)，進(jìn)而處于溫度較高處的原料發(fā)生分解，不經(jīng)液相態(tài)直接產(chǎn)生氣相Si_XC_y物質(zhì)(主要包含Si、Si₂C、SiC₂等)，這些氣相物質(zhì)在軸向溫度梯度的驅(qū)動下輸運(yùn)到籽晶處，在籽晶處形核、長大，結(jié)晶形成SiC單晶。

現(xiàn)有技術(shù)中，如圖1所示，使用HTPVT法生長SiC晶體需要使用SiC原料。目前，市場上銷售的SiC原料的雜質(zhì)含量近百ppm，如此高的雜質(zhì)含量難以用于生長高純度SiC晶體。碳化硅粉末在高溫下隨機(jī)形成成分碳化硅分子(Si_XC_y物質(zhì))，碳化硅晶體結(jié)構(gòu)無法控制，造成碳硅原子成分不匹配，從而造成所生成的碳化硅晶體很多缺陷，無法作為制作SiC基器件的材料。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的是提出一種碳化硅單晶生長控制裝置，旨在控制碳源和硅源的比例，以此生長高純度高質(zhì)量的SiC晶體。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)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(nèi)形成有反應(yīng)腔室，所述反應(yīng)腔室內(nèi)設(shè)有碳化硅籽晶置放位；

固態(tài)硅坩堝和固態(tài)碳坩堝，均設(shè)置于所述反應(yīng)腔室內(nèi)，所述固態(tài)硅坩堝設(shè)有第一開口，以向所述反應(yīng)腔室內(nèi)釋放硅蒸氣；所述固態(tài)碳坩堝設(shè)有第二開口，以向所述反應(yīng)腔室內(nèi)釋放碳蒸氣；

加熱裝置，設(shè)于所述殼體，用以控制所述反應(yīng)腔室的內(nèi)部溫度，并加熱所述固態(tài)硅坩堝和所述固態(tài)碳坩堝；

第一壓力探測器和第二壓力探測器，均設(shè)置于所述反應(yīng)腔室內(nèi)，且所述第一壓力探測器位于所述固態(tài)硅坩堝的上方，用以監(jiān)控硅蒸氣的分壓；所述第二壓力探測器位于所述固態(tài)碳坩堝的上方，用以監(jiān)控碳蒸氣的分壓；以及，

控制器，第一壓力探測器和第二壓力探測器均與所述控制器電性連接，當(dāng)?shù)谝粔毫μ綔y器反饋硅蒸氣的分壓偏高，則所述控制器調(diào)小所述第一開口的開口度；當(dāng)?shù)诙毫μ綔y器反饋碳蒸氣的分壓偏低，則所述控制器調(diào)小所述第二開口的開口度。

可選地，所述固態(tài)硅坩堝和所述固態(tài)碳坩堝均為鎢坩堝。