制备高质量碳化硅晶体的生长方法及设备技术

本发明专利技术公开一种制备高质量碳化硅晶体的生长方法及设备，方法采用两个长晶阶段，第一长晶阶段采用提拉法对碳化硅籽晶进行长晶，将碳化硅籽晶浸润在碳化硅熔液中，消除籽晶中的微管缺陷位错；第二阶段采用气相法对消除微管缺陷后的碳化硅籽晶进行长晶。设备采用内外双坩埚设计，将内坩埚设置在熔融室内，首先籽晶在内坩埚内的碳化硅熔液中进行第一长晶阶段，对碳化硅籽晶的微管缺陷及位错进行修复，修复后，旋转升降轴带动籽晶上升，在上升过程中，通过传动装置缓慢闭合盖体和导流装置，直至籽晶上升至预设位置，盖体和导流装置完全闭合，开始第二长晶阶段，由于第一长晶阶段已经对籽晶缺陷进行修复，后续长晶过程中无缺陷可继承，提高晶体的品质。提高晶体的品质。提高晶体的品质。

【技术实现步骤摘要】
制备高质量碳化硅晶体的生长方法及设备


[0001]本专利技术涉及半导体
，尤其是涉及一种制备高质量碳化硅晶体生长方法及设备。

技术介绍

[0002]相关技术中指出，PVT法是碳化硅晶体生长最常用的方法之一，在使用PVT法进行生长的过程中，晶体中容易出现位错以及微管等微观缺陷，由于位错以及微管等缺陷可以在晶体生长过程中遗传，直接导致了晶体品质的下降。

技术实现思路

[0003]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术在于提出一种制备高质量碳化硅晶体的生长方法，能够降低晶体中的位错及微管等缺陷，提高晶体的品质。
[0004]本专利技术还提出一种基于上述制备高质量碳化硅晶体的生长方法的生长设备。
[0005]根据本专利技术第一方面的制备高质量碳化硅晶体的生长方法，包括
[0006]1)第一长晶阶段，所述第一长晶阶段采用提拉法对碳化硅籽晶进行长晶，将碳化硅籽晶浸润在碳化硅熔液中，消除籽晶中的微管缺陷；
[0007]2)第二长晶阶段，所述第二阶段采用气相法对步骤1)获得的碳化硅籽晶进行长晶。
[0008]上述方案采用两个长晶阶段，所述第一长晶阶段将碳化硅籽晶浸润在碳化硅熔液中，并采用提拉法对碳化硅籽晶进行长晶；消除籽晶中的微管缺陷及位错；所述第二阶段采用气相法对消除微管缺陷后的碳化硅籽晶进行长晶。通过此种方法有效地减少了籽晶中遗传的位错，从而提升了晶体质量。
[0009]根据本专利技术第二方面的制备高质量碳化硅晶体的生长设备，包括外坩埚、熔融室、内坩埚、导流装置、旋转升降轴、籽晶托和传动装置；所述外坩埚顶部密封有坩埚盖，所述外坩埚限定出第一空间；所述熔融室设置在所述外坩埚内部底壁，所述熔融室上部具有开口；所述盖体安装在所述熔融室顶部；所述内坩埚安装在所述熔融室内；所述导流装置连接在所述外坩埚内壁；所述旋转升降轴顶端位于所述外坩埚外部与外部旋转升降装置相连，所述旋转升降轴底端位于所述外坩埚内部，所述旋转升降轴与所述内坩埚同轴设置；所述籽晶托安装在所述旋转升降轴底部，其下表面安装有籽晶；所述传动装置通过连接部件与所述旋转升降轴相连，所述传动装置随着所述旋转升降轴的上升控制所述盖体闭合，所述传动装置随着所述旋转升降轴的上升控制所述导流装置闭合，所述导流装置闭合后将所述第一空间分隔成生长空间和原料空间。
[0010]上述方案中，本专利技术采用双坩埚设计，内坩埚用于装载Si
‑
C源，外坩埚用于装载碳化硅粉料，长晶前，首先将碳化硅籽晶置于内坩埚内部，本专利技术初始状态为：将内坩埚固定在熔融室内预设位置，导流装置为打开状态，旋转升降轴穿过导流装置，将碳化硅籽晶置于
内坩埚内部；首先进行第一长晶阶段的，利用熔融态的Si
‑
C熔液对籽晶上的位错和微管缺陷进行修复，修复完成后，再通过旋转升降轴逐渐升起籽晶，在籽晶上升过程中，传动装置随旋转升降轴的上升带动盖体和导流装置缓慢闭合，当碳化硅籽晶随着旋转升降轴上升至预设位置时，盖体和导流装置完全闭合，此时，晶体进入第二长晶阶段，由于碳化硅籽晶的微管及位错等缺陷已经被修复了，因此，晶体后续生长过程中不会再出现微管及位错等缺陷，有效地的提高了碳化硅晶体的品质。
[0011]另外，由于导流装置闭合以及内坩埚下降的唯一动力源是旋转升降轴的上升，有效地保证了生长空间内没有过多的扰动，从而进一步保证了碳化硅晶体的质量。
[0012]在一些实施例中，本专利技术导流装置包括环形导流台和导流板，所述环形导流台连接在所述外坩埚内壁，所述环形导流台中部限定出导流孔，且所述籽晶托能够随着所述旋转升降轴的升降穿过所述导流孔；所述导流板通过第一转轴连接在所述环形导流台上，所第一转轴能够在所述传动装置的作用下带动所述导流板转动并对所述导流孔形成遮挡，以闭合所述导流装置。
[0013]在一些实施例中，本专利技术导流板由4块1/4圆的多孔板组成，每块所述多孔板均通过第一转轴连接在所述环形导流台上，所述第一转轴通过所述传动装置与所述旋转升降轴连接，当旋转升降轴上升至预设位置时，传动转轴通过第一转轴带动所述多孔板旋转闭合成所述导流板，对所述导流孔形成遮挡，以闭合所述导流装置。本实施例通过旋转升降轴控制传动装置动作，再通过传动装置带动第一转轴转动，从而使多孔板旋转闭合成导流板，以闭合导流装置，这种控制方式不会对碳化硅气体造成任何干扰，因此，避免了对碳化硅晶体的品质造成影响，且多孔板遮挡导流孔后，碳化硅气体经过多孔板以后，进入到生长空间的碳化硅气体更加均匀了，有利于提高晶体的生长品质。
[0014]在一些实施例中，本专利技术盖体为由两块盖板组成的双开门结构，每块门板均通过铰链与所述熔融室侧壁相连；所述内坩埚通过所述可伸缩支撑架固定在所述熔融室内部底壁，所述内坩埚在传动装置的拉动下，随着所述旋转升降轴的上升而下降至所述熔融室内；本实施例当旋转升降轴上升时带动传动装置动作，传动装置又带动内坩埚下降，当内坩埚下降时，盖体在铰链和自身重力的作用下，自动闭合，从而实现了通过纯机械方式控制内坩埚下降至熔融室内，同时自动闭合盖体，避免了对晶体的质量造成影响。
[0015]在一些实施例中，本专利技术传动装置包括第一牵引线和第二牵引线，每根所述第一牵引线的一端连接在所述连接部件，另一端依次穿过所述坩埚盖以及所述外坩埚的侧壁和底壁固定在所述内坩埚底部，所述第一牵引线随着所述旋转升降轴的上升拉动所述内坩埚下降；每根所述第二牵引线一端均与所述连接部件相连，另一端均依次穿过所述坩埚盖、所述外坩埚侧壁以及所述环形导流台侧壁同向缠绕在所述第一转轴下部；所述第二牵引线随着所述旋转升降轴的上升通过第一转轴带动所述多孔板旋转闭合成所述导流板；所述第一牵引线和所述第二牵引线的数量均设置有四根，且在周向上均匀间隔排布。本实施例通过牵引线控制多孔板闭合，以关闭导流装置，同时通过牵引线控制内坩埚下降至熔融室内，以关闭盖体，控制方式简单便捷，且成本低。
[0016]在一些实施例中，本专利技术传动装置还包括牵引线传动通道，所述牵引线传动通道主要由第一牵引线传动通道、第二牵引线传动通道和第三牵引线传动通道组成；所述第一牵引线传动通道限定在所述坩埚盖内，所述第二牵引线传动通道限定在所述外坩埚壁内
部，所述第三牵引线传动通道限定在所述环形导流台侧壁内部；其中，所述第一牵引线传动通道的一端与所述旋转升降轴的轴孔连通，另一端与所述第二牵引线传动通道的一端连通，所述第二牵引线传动通道的另一端与所述熔融室底部连通，所述第三牵引线传动通道的一端与所述第一转轴的轴孔连通，另一端与所述第二牵引线传动通道连通；所述牵引线传动通道共设置有四个，所述牵引线传动通道在周向上均匀间隔排布，每个所述第一转轴的轴孔均对应一条所述牵引线传动通道；所述第一牵引线一端连接在所述内坩埚底部，另一端依次穿过所述第二牵引线传动通道、所述第一牵引线传动通道与所述连接部件相连；所述第二牵引线一端缠绕在所述第一转轴上，另一端依次穿过所述第三牵引线传动通道、所述第二牵引线传动通道、所述第一牵引线传动通道与所述连接部件相连。本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备高质量碳化硅晶体的生长方法，其特征在于，包括1)第一长晶阶段：将碳化硅籽晶浸润在碳化硅熔液中，并采用提拉法对碳化硅籽晶进行长晶；2)第二长晶阶段：采用气相法对步骤1)获得的碳化硅籽晶进行长晶。2.一种制备高质量碳化硅晶体的生长设备，其特征在于，包括外坩埚，所述外坩埚顶部密封有坩埚盖，所述外坩埚限定出第一空间；熔融室，所述熔融室设置在所述外坩埚内侧底壁，所述熔融室上部具有开口；盖体，所述盖体安装在所述熔融室顶部；内坩埚，所述内坩埚安装在所述熔融室内；导流装置，所述导流装置连接在所述外坩埚内壁；旋转升降轴，所述旋转升降轴顶端位于所述外坩埚外部与外部旋转升降装置相连，所述旋转升降轴底端位于所述外坩埚内部，所述旋转升降轴与所述内坩埚同轴设置；籽晶托，所述籽晶托安装在所述旋转升降轴底部，其下表面安装有籽晶；传动装置，所述传动装置通过连接部件与所述旋转升降轴相连，所述传动装置随着所述旋转升降轴的上升控制所述盖体闭合，所述传动装置随着所述旋转升降轴的上升控制所述导流装置闭合，所述导流装置闭合后将所述第一空间分隔成生长空间和原料空间。3.根据权利要求2所述的一种制备高质量他那还贵晶体的生长设备，其特征在于，所述导流装置包括环形导流台，所述环形导流台连接在所述外坩埚内壁，所述环形导流台中部限定出导流孔，且所述籽晶托能够随着所述旋转升降轴的升降穿过所述导流孔；导流板，所述导流板通过第一转轴连接在所述环形导流台上，所述第一转轴通过所述传动装置与所述旋转升降轴的连接部件相连，且随着所述旋转升降轴的上升，所述第一转轴能够在所述传动装置的作用下带动所述导流板转动对所述导流孔形成遮挡，以闭合所述导流装置。4.根据权利要求3所述的一种制备高质量碳化硅晶体的生长设备，其特征在于，所述导流板由4块1/4圆的多孔板组成，每块所述多孔板均通过第一转轴连接在所述环形导流台上，所述第一转轴通过所述传动装置与所述旋转升降轴连接，当旋转升降轴上升至预设位置时，传动装置通过第一转轴带动所述多孔板旋转闭合成所述导流板，对所述导流孔形成遮挡，以闭合所述导流装置。5.根据权利要求4所述的一种制备高质量碳化硅晶体的生长设备，其特征在于，所述盖体为由两块盖板组成的双开门结构，每块门板均通过铰链与所述熔融室侧壁相连；所述内坩埚通过所述可伸缩支撑架固定在所述熔融室内部底壁，所述内坩埚在传动装置的带动下，随着所述旋转升降轴的上升而下降至所述熔融室内。6.根据权利要求5所述的一种制备高质量碳化硅晶体的生长设备，其特征在于，所述传动装置包括第一牵引线，每根所述第一牵引线的一端连接在所述连接部件，另一端依次穿过所述坩埚盖以及所述外坩埚的侧壁和底壁固定在所述内坩埚底部，所述第一牵引线随着所述旋转升降轴的上升拉动所述内坩埚下降；第二牵引线，每根所述第二牵引线一端均与所述连接部件相连，另一端均依次穿过所
述坩埚盖、所述外坩埚侧壁以及所述环形导流台侧壁同向缠绕在所述第一转轴下部；所述第二牵引线随着所述旋转升降轴的上升通过第一转轴带动所述多孔板旋转闭合成所述导流板；所述第一牵引线和所述第二牵引线的数量均设置有四根，且在周向上均匀间隔排布。7.根据权利要求6所述的一种制备高质量碳化硅晶体的生长设备，其特征在于，还包括牵引线传动通道，所述牵引线传动通道主要由第一牵引线传动通道、第二牵引线传动通道和第三牵引线传动通道组成；所述第一牵引线传动通道限定在所述坩埚盖内，所述第二牵引线传动通道限定在所述外坩埚壁内部，所述第三牵引线传动通道限定在所述环形导流台侧壁内部；其中，所述第一牵引线传动通道的一端与所述旋转升降轴的轴孔连通，另一端与所述第二牵引线传动通道的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：许成凯，
申请(专利权)人：江苏集芯半导体硅材料研究院有限公司，
类型：发明
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