【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及碳化硅半导体，尤其涉及一种碳化硅单晶生长设备及其制备工艺。
技术介绍
1、碳化硅（sic）单晶作为一种重要的第三代宽禁带半导体材料，因其具备宽带隙、高热导率、高临界击穿电场和高电子饱和迁移速率等优点，在高频、大功率、抗辐射、耐腐蚀、耐高温等极端条件下使用的功率电子器件中具有广泛的应用前景。
2、物理气相输运法（pvt法）是碳化硅单晶生长的常用方法，其主要是将碳化硅多晶原料装在筒状石墨坩埚本体底部，用石墨坩埚盖将石墨坩埚本体盖上，形成一个密闭空间，石墨坩埚盖下表面安装有碳化硅籽晶，通过对石墨坩埚本体、石墨坩埚盖组成的系统进行加热，使石墨坩埚本体内的碳化硅多晶原料升华，并维持碳化硅多晶原料与碳化硅籽晶间具有合适的温度梯度，升华后的碳化硅粒子就会在碳化硅籽晶上沉积生长，从而获得碳化硅单晶。
3、由于碳化硅单晶的生长受温差影响特别大，对于长晶区域温度的控制要求十分严格，需要确保同一高度分享界面的温度要趋于一致，控制在极小的温差范围内；尤其是对于大尺寸碳化硅单晶而言，坩埚内部空间尺寸较大，导致靠近坩埚中心区域的碳化硅气体温度要低于靠近坩埚壁区域的碳化硅气体温度，致使各区域在籽晶上的结晶不同步，使得碳化硅单晶质量难以保证。
4、在碳化硅单晶生长设备中构造合理的热场结构是制备高质量碳化硅单晶的重要条件。它直接影响到晶体的质量、尺寸以及最终的器件性能。不同的热场结构会产生不同的温度分布，从而影响碳化硅晶体的径向均匀性和轴向温度梯度。现有的碳化硅单晶生长设备通常包括两种热场结构：单坩埚感应加热热场
5、现有技术中单坩埚感应加热的碳化硅单晶生长设备通常包括设置在炉体内的保温层、设置在保温层内的坩埚本体和坩埚盖、设置在保温层外的感应线圈，坩埚盖下表面设有碳化硅籽晶，坩埚本体内放置有碳化硅多晶原料；通过给感应线圈施加高频交流电，使得感应线圈产生交变磁场，从而在坩埚本体上产生涡流，坩埚本体加热碳化硅多晶原料使其升华，并在碳化硅籽晶上进行再沉积结晶，得到碳化硅单晶。但这种设备和制备方法无法实现多区控温，而碳化硅单晶生长对温度场的变化特别敏感，不能均匀控制中大尺寸工作区的温度分布，使得坩埚内部的温度分布不均匀，容易产生烧结结块和过度碳化的现象，影响碳化硅单晶的质量和性能。
6、相对于单坩埚感应加热的碳化硅单晶生长设备而言，单坩埚电阻加热碳化硅单晶生长设备可以实现多区控温。具体地，单坩埚电阻加热碳化硅单晶生长设备主要包括设置在炉体内的保温层、位于保温层内的坩埚，设置在保温层和坩埚之间的电阻加热器，通过电阻加热器加热坩埚，坩埚均匀受热后熔化内部的碳化硅源粉，使其升华并在位于坩埚上盖底部的碳化硅籽晶处再结晶，从而获得碳化硅单晶。其中电阻加热器通常设置在坩埚四周，包括侧面、顶面和底面，以保证坩埚均匀受热。
7、由于碳化硅单晶生长对温度场的变化特别敏感，而在坩埚内的密闭空间中中心区域相对于坩埚壁附近区域距离加热器较远，致使中心区域气相碳化硅的温度略低于坩埚壁附近区域气相碳化硅的温度，容易形成温度梯度，气相碳化硅在籽晶处的结晶速度不一致，从而影响碳化硅单晶的质量，尤其是大尺寸的碳化硅单晶生长。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是针对于现有技术中碳化硅单晶生长设备中坩埚内部空间各区域的碳化硅气体受热不均匀导致碳化硅单晶质量难以保证的问题，提供一种能够对坩埚内部空间各区域的碳化硅气体均匀加热的碳化硅单晶生长设备。
2、本专利技术该技术问题的技术方案是：构造一种碳化硅单晶生长设备，包括炉体、保温层、设置在所述保温层内的坩埚和电阻加热器，所述坩埚包括上坩埚和下坩埚，所述上下坩埚之间设有连通的气相输送管，所述上坩埚包括上坩埚本体和上坩埚盖，所述下坩埚包括下坩埚本体和下坩埚盖，所述气相输送管连通设置在所述上坩埚本体和下坩埚盖之间。
3、更进一步地，所述电阻加热器包括设置在所述上坩埚四周的上加热体、设置在所述下坩埚四周的下加热体和设置在所述气相输送管四周的中间加热体；进一步保证气相输送管和上下坩埚内的温度维持在一致范围内。
4、更进一步地，所述下坩埚本体底部设有坩埚升降装置，所述坩埚升降装置包括所述下坩埚本体底部设置的穿过所述保温层和所述炉体的第一升降导杆、设置在所述炉体底部的第一驱动电机、由所述第一驱动电机驱动的第一丝杆、套设在所述第一丝杆上的第一滑块，所述第一滑块固定在所述第一升降导杆的底端；通过第一驱动电机驱动第一丝杆转动，使得第一滑块沿第一丝杆升降，从而带动第一升降导杆上下滑动，使得坩埚能根据需要上下移动，以保证坩埚定位在电阻加热器产生热场内的合适位置。
5、更进一步地，还包括控制系统，所述控制系统与所述第一驱动电机电连接，所述控制系统控制所述第一驱动电机驱动所述第一升降导杆按照预设速度升降；从而可以根据预设的长晶界面位置变化而自动控制第一升降导杆，以控制籽晶的长晶界面始终位于坩埚内符合工艺温度的竖向位置，进一步保证碳化硅单晶的生长质量。
6、更进一步地，所述上坩埚盖的正上方设有晶体换热装置，所述上坩埚盖的正上方设有晶体换热装置，所述晶体换热装置包括与所述上坩埚盖顶面相匹配的换热板、穿过所述保温层和所述炉体并与所述换热板连接的第二升降导杆、设置在所述炉体顶部的第二驱动电机、由所述第二驱动电机驱动的第二丝杆、套设在所述第二丝杆上的第二滑块，所述第二滑块固定在所述第二升降导杆的顶端；通过第二驱动电机驱动第二丝杆转动，使得第二滑块沿第二丝杆升降，从而带动第二升降导杆上下滑动，而第二升降导杆带动换热板升降，使得换热板接触或脱离上坩埚盖顶面，及时降低固定在上坩埚盖底面的籽晶温度，控制籽晶温度符合工艺要求。
7、更进一步地，所述晶体换热装置还包括能够检测上坩埚盖温度的测温装置，所述测温装置包括所述第二升降导杆顶部设置的具有检测头的红外测温仪、所述第二升降导杆内设置在测温通道，所述测温通道一端穿过所述换热板正对所述上坩埚盖的顶面而另一端与所述红外测温仪相匹配；及时通过红外测温仪的检测头透过测温通道检测到的上坩埚盖顶面的温度，能够确定籽晶的温度。
8、更进一步地，还包括控制系统，所述控制系统与所述第二驱动电机和所述红外测温仪电连接，所述控制系统根据所述红外测温仪检测到的上坩埚盖顶面的温度控制所述第二驱动电机驱动所述第二丝杆转动，以带动所述换热板升降；通过控制系统能够自动根据红外测温仪检测到的温度控制换热板接触或脱离上坩埚盖顶面，实现对籽晶温度的自动调节。
9、更进一步地，所述保温层包括上活动保温块，所述上活动保温块固定在所述第二升降导杆和所述换热板四周；使得该上活动保温块能够随换热板一起升降，既保证了保温层内部空间的热密封，又不影响换热板的升降活动。
10、本专利技术要解决的另一技术问题是针对于现有技术中碳化硅单晶制备工艺中因碳化硅气体受热不均匀导致碳化硅单晶质量难以保证的问题，提供一种碳化硅单晶的制备工艺。
11、本专利技术该技术问题的技术方案是：构造一本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种碳化硅单晶生长设备，包括炉体、保温层、设置在所述保温层内的坩埚和电阻加热器，其特征在于，所述坩埚包括上坩埚和下坩埚，所述上坩埚和下坩埚之间设有连通的气相输送管，所述上坩埚包括上坩埚本体和上坩埚盖，所述下坩埚包括下坩埚本体和下坩埚盖，所述气相输送管连通设置在所述上坩埚本体和下坩埚盖之间；所述电阻加热器包括设置在所述上坩埚四周的上加热体、设置在所述下坩埚四周的下加热体和设置在所述气相输送管四周的中间加热体。
2.根据权利要求1所述碳化硅单晶生长设备，其特征在于，所述下坩埚本体底部设有坩埚升降装置，所述坩埚升降装置包括所述下坩埚本体底部设置的穿过所述保温层和所述炉体的第一升降导杆、设置在所述炉体底部的第一驱动电机、由所述第一驱动电机驱动的第一丝杆、套设在所述第一丝杆上的第一滑块，所述第一滑块固定在所述第一升降导杆的底端。
3.根据权利要求2所述碳化硅单晶生长设备，其特征在于，还包括控制系统，所述控制系统与所述第一驱动电机电连接，所述控制系统控制所述第一驱动电机驱动所述第一升降导杆按照预设速度升降。
4.根据权利要求1所述碳化硅单晶生长设备，其
5.根据权利要求4所述碳化硅单晶生长设备，其特征在于，所述晶体换热装置还包括能够检测上坩埚盖温度的测温装置，所述测温装置包括所述第二升降导杆顶部设置的具有检测头的红外测温仪、所述第二升降导杆内设置在测温通道，所述测温通道一端穿过所述换热板正对所述上坩埚盖的顶面而另一端与所述红外测温仪相匹配。
6.根据权利要求5所述碳化硅单晶生长设备，其特征在于，还包括控制系统，所述控制系统与所述第二驱动电机和所述红外测温仪电连接，所述控制系统根据所述红外测温仪检测到的上坩埚盖顶面的温度控制所述第二丝杆转动，以带动所述换热板升降。
7.根据权利要求4所述碳化硅单晶生长设备，其特征在于，所述保温层包括上活动保温块，所述上活动保温块固定在所述第二升降导杆四周且套设在所述换热板顶部。
8.一种碳化硅单晶制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种碳化硅单晶生长设备，包括炉体、保温层、设置在所述保温层内的坩埚和电阻加热器，其特征在于，所述坩埚包括上坩埚和下坩埚，所述上坩埚和下坩埚之间设有连通的气相输送管，所述上坩埚包括上坩埚本体和上坩埚盖，所述下坩埚包括下坩埚本体和下坩埚盖，所述气相输送管连通设置在所述上坩埚本体和下坩埚盖之间；所述电阻加热器包括设置在所述上坩埚四周的上加热体、设置在所述下坩埚四周的下加热体和设置在所述气相输送管四周的中间加热体。
2.根据权利要求1所述碳化硅单晶生长设备，其特征在于，所述下坩埚本体底部设有坩埚升降装置，所述坩埚升降装置包括所述下坩埚本体底部设置的穿过所述保温层和所述炉体的第一升降导杆、设置在所述炉体底部的第一驱动电机、由所述第一驱动电机驱动的第一丝杆、套设在所述第一丝杆上的第一滑块，所述第一滑块固定在所述第一升降导杆的底端。
3.根据权利要求2所述碳化硅单晶生长设备，其特征在于，还包括控制系统，所述控制系统与所述第一驱动电机电连接，所述控制系统控制所述第一驱动电机驱动所述第一升降导杆按照预设速度升降。
4.根据权利要求1所述碳化硅单晶生长设备，其特征在于，所述上坩埚盖的正上方设有晶体换热...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡高健，胡祥龙，戴煜，谌雷，田金钢，谭时雨，刘琦，
申请(专利权)人：湖南顶立科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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