[发明专利]一种改善碳化硅晶体生长效率的方法

说明书

本发明公开一种改善碳化硅晶体生长效率的方法，包括碳化硅单晶长晶的导边坩埚、感应加热线圈、保温系统、籽晶。透过该发明，当碳化硅长晶时，坩埚边上的导边将挥发1.贴近籽晶处的温度梯度提高。2.引导挥发原子往低温籽晶处。3.减少挥发原子结晶于导边位置。4.提高长晶的晶体长度。

技术领域

本发明属於半导体领域，涉及碳化硅长晶、坩埚设计、长晶炉热场。

背景技术

第三代半导体的碳化硅为高温生长的单晶体，其硬度仅次於金刚石、熔点为2830℃。困难的生长条件，造就昂贵的碳化硅晶体成本。碳化硅晶体制作的碳化硅衬底大量用于电子电力器件与氮化物外延生长，可广泛应用于电动车、混动车、轨道交通、高频器件、微波器件等，经济效益与国防价值非常高。

从硅-碳二元相图得知，碳化硅长晶因熔点太高及没法直接从单一液体固化，仅能靠非剂量碳化硅在1800～2000℃下昇华。因此，学者发展出一套物理气相输运法(PhysicalVapor Transportation,PVT)。该长晶法、将非剂量比的碳化硅分子置於坩埚中，生温至2000℃以上，非剂量碳化硅源昇华并输运至坩埚内部，包括碳化硅籽晶表面，进行结晶。

坩埚中昇华的碳、硅原子输运路径主要受温度梯度影响。一般坩埚设计，籽晶与坩埚上盖皆为平坦设计，坩埚侧壁为垂直结构，因此，在感应加热坩埚时，籽晶周围上盖与坩埚上方周围相对碳化硅源皆为低温处，造成长晶时，籽晶与其周围处容易有昇华原子结晶，进而造成非剂量比的碳化硅源无法有效在籽晶上成长，形成碳化硅源的浪费与长晶后的坩埚、上盖清洁复杂。

发明内容

传统物理气相输运法的温度梯度籽晶与碳化硅源温度梯度相差较大，籽晶与坩埚上放温度梯度较小，导致昇华原子随温度梯度进行输运，结晶于籽晶表面、坩埚上方内侧与坩埚上盖等位置。本发明是将坩埚内侧修整、导角的方式，将坩埚制作出上方较厚、下方较薄的结构。并将上方厚的部份，制作成曲度、平面形状，以匹配感应加热的升温温度，达到籽晶处、导角处、碳化硅源处，三处的温度梯度符合设计需求。就是导角处温度仍较碳化硅源低，但较籽晶处温度高，较传统物理气相输运法的温度差异高，使得籽晶与导角处温度梯度差异较传统物理气相输运法小50％～80％。

附图说明

图1一种带内倾斜加工的坩埚于长晶炉中的系统图

图中1为坩埚的导边处理加厚位置。2为籽晶支撑台。3为籽晶。4为长晶腔体。5磁感应加热线圈。6为坩埚。

具体实施方式

将坩埚内倾斜导角，借由计算机数控技术(CNC)加工方式，制作出内凹的倾斜面，此倾斜面延坩埚上方口内侧整圈围绕方式呈现。倾斜面向坩埚底部方向延伸，以达到坩埚上方璧厚，下方璧薄形式。

内凹倾斜面的导角坩埚，可以是凹面、平面、凸面形式。往坩埚底层延伸长度可以是1/8～7/8坩埚高度。平面式角度在10～35°。凹面、凸面幅度不超过1/8坩埚口径。

借由坩埚内倾斜导角，可以有效减少籽晶与导角处温度梯度差异，相较传统物理气相输运法小50％～80％温差，减少昇华原子附着于坩埚上内侧、上盖处，增加昇华原子于籽晶表面的附着量，增加晶体长度1～5％。