[发明专利]一种调节组分平衡的碳化硅晶体生长方法及设备

说明书

本发明提供一种调节组分平衡的碳化硅晶体生长方法及设备，其设备包括包括腔体、固定在腔体内的石墨坩埚和加热器、生长槽，所述石墨坩埚内水平设置有多孔隔板，多孔隔板将石墨坩埚分为晶体生长腔和辅助腔，晶体生长腔内盛装有碳化硅原料，辅助腔内通过升降组件活动连接有辅助坩埚，辅助坩埚内部盛装有富硅原料；所述加热器对晶体生长腔均匀加热。本发明的设备包括石墨坩埚以及利用升降组件调节的辅助坩埚，随着晶体不断生长，利用升降组件对辅助坩埚的高度进行调节，使其在晶体生长过程中向碳化硅原料中补充硅元素，调节碳化硅原料中碳组分和硅组分的平衡，避免碳化硅晶体发生螺旋错位、层错、微管等缺陷，同时提高碳化硅原料的利用率。

技术领域

本发明是一种调节组分平衡的碳化硅晶体生长方法及设备，属于碳化硅晶体生长技术领域。

背景技术

工业化生长碳化硅晶体主要采用物理气相输运（PVT）法，即在2100℃以上加热使碳化硅原料升华和分解产生的气体输运至籽晶处重新结晶，得到面积较大的碳化硅（SiC）单晶。

但是在高温下，硅（Si）元素和富硅的原子团更容易从原料中逸出，输运到生长室空间里，因此在晶体生长过程中原料内的硅元素比碳（C）元素更加快速地流失，造成原料的碳化（即原料内C含量高于Si含量），碳化后原料会产生富碳的原子团，沉积在晶体上形成包裹体缺陷，包裹体缺陷会进一步成长为螺旋位错、层错和微管等更大范围的缺陷，严重影响碳化硅的晶体质量，进而影响下游制程如外延制程和器件制程的良率和产品质量；同时由于原料碳化严重时必须停止晶体生长，造成了原料的大量浪费，目前行业内得到的晶体重量和投入的原料重量的比例小于三分之一，原料浪费较为严重。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种调节组分平衡的碳化硅晶体生长方法及设备，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了实现上述平衡碳化硅原料中硅组分和碳组分比例的目的，本发明是通过如下的生长设备来实现，包括：

一种调节组分平衡的碳化硅晶体生长设备，包括腔体、固定在腔体内的石墨坩埚和加热器、设置在石墨坩埚顶部的生长槽，所述石墨坩埚内水平设置有多孔隔板，多孔隔板将石墨坩埚分为晶体生长腔和辅助腔，晶体生长腔内盛装有碳化硅原料，辅助腔内通过升降组件活动连接有辅助坩埚，辅助坩埚内部盛装有富硅原料；所述加热器对晶体生长腔均匀加热；石墨坩埚中设置有多孔隔板，多孔隔板一方面将石墨坩埚分为上下两个区域（多孔隔板上层的区域为晶体生长腔，多孔隔板下层的区域为辅助腔），另一方面又能使石墨坩埚的晶体生长腔和辅助腔相连通，保证气体或硅元素的流通；辅助坩埚设置在辅助腔内，且能够在辅助腔内上下移动，在加热器对晶体生长腔均匀加热时，由于辅助腔的每层空间高度距晶体生长腔的距离不同，因此不同空间高度的辅助腔内具有不同的温度，辅助腔内靠近多孔隔板位置处的温度最高，越远离多孔隔板位置处的温度越低，因此根据需要向碳化硅原料中补充的硅元素的含量来改变辅助坩埚在辅助腔内的高度位置。本结构可以使用熔点很低的物质作为富硅原料，如高纯度的硅单质，从而让富硅原料有更多的选择，降低晶体生长的成本。

优选的，所述加热器为石墨加热器。

优选的，所述辅助腔包括锥形板围成的区域以及与锥形板相连的柱形板所围成的区域；所述加热器固定在石墨坩埚外周，将锥形板的垂直高度定义为M，在高度方向上加热器的下边缘设置在从多孔隔板水平中心线平齐处至距多孔隔板水平中心线下方1/8M至1/4M处之间的区域内；即，加热器的下边缘最高设置在与多孔隔板水平中心线平齐的位置、加热器的下边缘最低设置在距多孔隔板水平中心线下方1/4M的位置。

优选的，所述腔体内部由上至下包覆有第一保温层、第二保温层和第三保温层；所述生长槽与石墨坩埚顶部固定连接；所述第三保温层内开设有容纳腔，所述柱形板完全嵌合在容纳腔内。

优选的，所述辅助坩埚底部通过支撑柱固定有升降电机；升降电机带动辅助坩埚上下移动，根据辅助坩埚中装盛的富硅原料种类以及需要向碳化硅原料中补充的硅元素含量来改变辅助坩埚在辅助腔中的位置。