[发明专利]一种大尺寸碳化硅单晶生长方法及装置

说明书

本发明为一种大尺寸碳化硅单晶生长方法及装置，包括保温层、石墨坩埚、第一加热装置、第二加热装置，将石墨坩埚放置在保温层的空腔内，石墨坩埚包括结晶区和原料气化区，石墨坩埚的外表面还设有第一加热装置和第二加热装置，分别对原料气化区和结晶区加热，通过控制装置控制第一加热装置和第二加热装置分别对原料气化区和结晶区进行单独加热，使得原料气化区的第一温度场和结晶区的第二温度场的温度更加容易控制，而且控制的更加精准，并防止籽晶表面的石墨化。其次在保温层的顶部设置多组偏心设置的散热孔，不仅使得保温层内的热量能够有效散失，起到增大轴线温度梯度的作用，而且对籽晶边缘部的散热效果更佳，进一步减小了径向温度梯度。

技术领域

本发明涉及碳化硅单晶生长技术领域，尤其涉及一种大尺寸碳化硅单晶生长方法及装置。

背景技术

碳化硅是典型的宽禁带半导体材料，是继硅、砷化镓之后的第三代半导体材料。与硅、砷化镓相比，碳化硅材料具有高热导率、高击穿场强、高饱和电子漂移速率等优异性能，在高温、高频、高功率及抗辐射器件方面拥有巨大的应用前景。以高纯半绝缘碳化硅为衬底的氮化镓射频器件，主要应用于5G通讯领域；以导电型碳化硅为衬底的高压大电流电力电子器件，可应用于大型变电系统，电动汽车，充电桩等领域。

目前商用碳化硅衬底的生长方法是物理气相传输法（简称PVT）。即将碳化硅粉料放在密闭的石墨坩埚中，在坩埚顶部放置碳化硅籽晶。采用电阻炉或者感应炉加热，合理设计单晶炉热场分布，使粉源区温度高于籽晶区温度，且粉源区达到碳化硅粉源升华温度点。碳化硅粉源升华产生的Si、C、Si2C、SiC2、SiC分子经扩散或对流效应被输运至籽晶区附近。由于籽晶区温度较低，上述气氛形成一定的过冷度并在籽晶表面结晶为SiC晶体。通过相关的实验表明较低的籽晶径向温度梯度可以有效改善晶体的生长形状，而轴向温度梯度则直接控制晶体的生长速率，而满足这两个要求是碳化硅PVT法长晶炉热场设计的首要需求。

发明内容

本发明公开了一种大尺寸碳化硅单晶生长方法及装置，以解决上述背景技术中如何在碳化硅PVT法长晶炉形成符合大尺寸碳化硅生长的热场的问题。

为解决上述技术问题，现提出以下技术方案：

一种大尺寸碳化硅单晶生长装置，包括：

保温层；所述保温层内设有空腔；

石墨坩埚，置于所述空腔内，所述石墨坩埚包括结晶区和原料气化区，所述原料气化区用于放置原料，所述结晶区用于放置籽晶；

第一加热装置，置于所述空腔内，且设置在与所述原理气化区对应的位置，用于使所述原料气化区形成第一温度场；

第二加热装置，置于所述空腔内，且设置在与所述结晶区对应的位置，用于使所述结晶区形成第二温度场；

控制装置，与所述第一加热装置和所述第二加热装置电连接，用于控制第一加热装置和第二加热装置的加热温度，使所述原料气化区内原料气化生成的热质向所述结晶区运输，并在在所述籽晶上生成晶锭结晶；

其中，所述保温层设有散热孔，所述散热孔偏心设置在所述保温层的顶端。

作为优选，还包括第一温度传感器和第二温度传感器，所述第一温度传感器用于检测所述原料气化区的第一温度场的温度信息，所述第二温度传感器用于检测所述结晶区的第二温度场的温度信息，所述第一温度传感器和所述第二温度传感器与所述控制装置电连接。。

作为优选，通过所述控制装置控制第一加热装置和第二加热装置，使得所述第一温度场和所述第二温度场的温差恒定。

作为优选，所述第二加热装置内还设有冷却介质，通过调节第二加热装置内冷却介质的流速形成冷阱，以消散所述晶锭结晶的潜热。

作为优选，还包括真空装置，用于使所述石墨坩埚处于真空环境中。

还公开了一种大尺寸碳化硅单晶生长方法，应用上述任一项所述的大尺寸碳化硅单晶生长装置，包括：

将原料放置在所述原料气化区内，并将籽晶安装在所述结晶区；