[發明專利]晶體生長裝置和晶體生長方法

有效

• 申請號: 202110952925.6
• 申請日: 2021-08-19
• 公開（公告）號: CN113652751B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發明（設計）人: 彭程;張潔;廖弘基;陳華榮
• 申請（專利權）人: 福建北電新材料科技有限公司
• 主分類號: C30B29/36
• 分類號: C30B29/36;C30B23/00
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 劉曾

本發明涉及晶體生長技術領域，具體而言，涉及一種晶體生長裝置和晶體生長方法。晶體生長裝置包括坩堝蓋和坩堝體；坩堝體包括相互配合的側壁和底壁；沿坩堝體的高度，側壁包括多個壁體和多個連接段，壁體和連接段依次錯開連接；坩堝蓋、底壁和壁體均由第一石墨材質制成，連接段由第二石墨材質制成；且第一石墨材質的密度大于第二石墨材質的密度。如此能夠提高坩堝內部的N₂含量，以增加原料及生長器件中吸附更多的N₂，加大參與晶體生長反應的N₂含量，從而減小碳化硅晶片的電阻率。

技術領域

本發明涉及晶體生長技術領域，具體而言，涉及一種晶體生長裝置和晶體生長方法。

背景技術

物理氣相沉積法(PVT)采用中頻感應加熱，高密度石墨坩堝作為發熱體。石墨坩堝底部放置碳化硅粉末，高質量碳化硅籽晶粘貼于石墨坩堝頂部，生長4H-SiC普遍采用C面作為生長面進行晶體生長。碳化硅粉末在2100℃以上溫度與低壓環境下升華成Si、Si₂C、SiC₂等氣體，并沿著軸向溫度梯度從粉料區傳輸到籽晶處沉積結晶成碳化硅單晶。

盡管PVT法在碳化硅生長領域已經很成熟，但對于制備低電阻的導電性碳化硅單晶依然存在著缺陷。目前普遍采用往生長腔室中通入流動的N₂來增加碳化硅單晶中的N離子濃度，同時增加晶體中的摻氮效率是制備低電阻率碳化硅晶片不可避免的問題。

然而現有技術的卻很難有效地將N摻進晶體內部，從而造成了碳化硅晶片電阻率不滿足要求的情況。

發明內容

本發明的目的包括，例如，提供了一種晶體生長裝置和晶體生長方法，其能夠增加原料及生長器件中吸附更多的N₂，以提高坩堝內部的N₂含量，加大參與晶體生長反應的N₂含量，從而減小碳化硅晶片的電阻率。

本發明的實施例可以這樣實現：

第一方面，本發明提供一種晶體生長裝置，包括：

坩堝蓋和坩堝體；

所述坩堝體包括相互配合的側壁和底壁；

沿所述坩堝體的高度，側壁包括多個壁體和多個連接段，所述壁體和所述連接段依次錯開連接；

所述坩堝蓋、所述底壁和所述壁體均由第一石墨材質制成，所述連接段由第二石墨材質制成；且所述第一石墨材質的密度大于第二石墨材質的密度。

現有技術中，隨著坩堝內碳化硅氣體分壓逐步增大，此時普通坩堝由于致密性過高，N₂受到的分子擴散力小于壓差帶來的驅動力，無法有效的進入坩堝內部，造成N₂濃度過低。

本方案的晶體生長裝置通過在壁體上部分采用低密度石墨材質，使得坩堝體中上部各設置有低密度石墨部分，意為增加坩堝內外部N₂滲透的能力。具體的，本方案的坩堝可經由低密度石墨部分有效進入坩堝內部，同時低密度石墨依然能有效的阻止坩堝內部碳化硅氣體跑出同時，這樣的布置方式不會影響坩堝的發熱效率和熱場分布。如此獲得了一種既提高指定邊界位置的滲透系數，又保留高發熱效率坩堝的物理氣相沉積法制備晶體的裝置。

在可選的實施方式中，所述第一石墨材質的密度為1.4～1.8g/cm³。

在可選的實施方式中，所述第二石墨材質的密度為0.9～1.1g/cm³。

在可選的實施方式中，沿坩堝體的高度方向，所述壁體的高度大于所述連接段的高度。

在可選的實施方式中，相鄰的多個所述連接段之間的間距相等。