[发明专利]一种碳化硅晶体生长装置及生长方法

说明书

本发明公开了一种碳化硅晶体生长装置及生长方法，所述生长装置包括：生长坩埚，所述坩埚内部设置有聚焦反应腔，所述聚焦反应腔与所述生长坩埚之间形成原料腔，聚焦反应腔内附有耐高温层；发热体，设置在所述生长坩埚的四周；保温层，设置在所述发热体的外侧；气体管路，设置所述保温层的底部，且位于所述聚焦反应腔的下方；传导单元，设置在所述气体管路的两侧；微波发生单元和激光发生单元，设置在所述保温层的外侧，与所述传导单元连接；电磁感应单元，设置在所述保温层上，并允许所述电磁感应单元在所述保温层上移动。通过本发明提供的一种碳化硅晶体生长装置及生长方法，提高碳化硅晶体的掺杂质量和良率。

技术领域

本发明涉及碳化硅合成领域，特别涉及到一种碳化硅晶体生长装置及生长方法。

背景技术

碳化硅(SiC)作为第三代半导体技术的代表，具有宽禁带、高导热率、高电子饱和迁移速率、高击穿电场等性质，被广泛应用于制造电力电子、射频器件、光电子器件等领域。随着半导体器件发展的需求，其中6英寸碳化硅不可避免向更厚的方向发展。一般来说SiC单晶的生长方法主要有物理气相传输法(physical vapor transportmethod，PVT)、高温化学气相沉积法和溶液法等。目其中PVT法因具有较高的生长速率、较为稳定的生长工艺和成本优势基本成为SiC单晶生长的标准方法。

由于碳化硅在半导体器件设计中的要求不同，制备出的衬底可分为半绝缘型和导电型。而导电型碳化硅衬底可根据使用的掺杂元素被分为N型和P型。其中N型碳化硅衬底常使用的掺杂元素为氮，掺杂方式一般为在晶体生长过程中气氛中加入一定分压的氮气，用氮原子取代晶格上的碳原子，通过引入一个自由电子来降低电阻率。采用PVT法促使晶体长大时，加热装置设于坩埚外周时，形成坩埚内径向上由外向内逐渐降低的温度梯度，测温孔设于坩埚上方并用于散热时，形成坩埚内轴向上由下至上逐渐降低的温度梯度。且碳化硅晶体内的掺氮量受到温度高低、径向温度梯度以及轴向温度梯度的影响，形成的N型碳化硅晶体的质量较低。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种碳化硅晶体生长装置及生长方法，能够提高碳化硅晶体的掺杂质量，提高生长的碳化硅晶体的良率和均匀性。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明采用如下技术方案。

本发明提供一种碳化硅晶体生长装置，包括：

生长坩埚，所述坩埚内部设置有聚焦反应腔，所述聚焦反应腔与所述生长坩埚之间形成原料腔，聚焦反应腔内附有耐高温层；

发热体，设置在所述生长坩埚的四周；

保温层，设置在所述发热体的外侧；

气体管路，设置所述保温层的底部，且位于所述聚焦反应腔的下方；

传导单元，设置在所述气体管路的两侧；

微波发生单元和激光发生单元，设置在所述保温层的外侧，与所述传导单元连接；以及

电磁感应单元，设置在所述保温层上，并允许所述电磁感应单元在所述保温层上移动。

在本发明一实施例中，所述聚焦反应腔的顶部为抛物线，所述抛物线的焦点到所述聚焦反应腔的顶部的距离为1mm～100mm，所述聚焦反应腔的直径为125mm～220mm，高度为150mm～300mm。

在本发明一实施例中，所述聚焦反应腔的顶部上设置有1～10个气孔，所述气孔直径0.1mm～5mm，所述气孔的方向与所述抛物线的对称轴成0.5°～44.5°夹角。

在本发明一实施例中，所述耐高温层为金属钨、金属钼、金属钽、金属铌、碳化钨、碳化钼、碳化钽或碳化铌中的一种。