4H-SiC晶体生长设备及方法与流程

本发明属于晶体生长技术领域，具体涉及4h-sic晶体生长设备及方法。

背景技术：

在现有技术中，4h-sic晶体的生长方法主要有tsm(travelingsolventmethod，移动溶剂法)、sct(slowcoolingtechnique，降温法)、vls(vaporliquidsolid，气液固生长法)及tssg(topseededsolutiongrowth，顶部籽晶体拉法)。

tssg法生长4h-sic晶体的设备如图1所示，包括晶体生长炉10；支撑架11，位于所述晶体生长炉10内，且位于所述晶体生长炉10的底部；石墨坩埚12，位于所述晶体生长炉10内，且位于所述支撑架11的顶部；基座15，位于所述晶体生长炉10内，且位于所述石墨坩埚12的外围；隔热层16，位于所述晶体生长炉10内，且位于所述基座15的外围；加热器17，位于所述晶体生长炉10内，且位于所述隔热层16的外围。使用上述设备采用tssg法生长4h-sic时，将籽晶13置于所述石墨坩埚12的底部，并将碳源及硅源14置于所述石墨坩埚12内，使用所述加热器17加热使得所述碳源及硅源14熔化为液体，当温度适合时，4h-sic晶体在所述籽晶13的表面形成。采用上述设备采用tssg法进行4h-sic晶体生长的过程中，由于所述碳源及硅源14置于所述石墨坩埚12内，石墨坩埚12可以提供4h-sic晶体生长所需的碳源，使得碳源在4h-sic晶体生长的过程中得以持续供应，但4h-sic晶体生长所需的硅源非常有限，随着4h-sic晶体的生长硅源会出现缺乏从而影响晶体的生长。

针对上述设备存在的问题，一种改进设备如图2所示，图2中所示的设备在图1中的设备的基础上增设了碳源及硅源补充容器18，所述碳源及硅源补充容器18放置有补充碳源及硅源19，在4h-sic晶体生长的过程中，所述碳源及硅源补充容器18持续向所述石墨坩埚12中加入所述补充碳源及硅源19，以确保所述4h-sic晶体生长所需的碳源及硅源。但如图2所示的设备中增设提供所述补充碳源及硅源19的碳源及硅源补充容器18之后，在4h-sic晶体生长的过程中，所述补充碳源及硅源19的持续加入会使得所述石墨坩埚12中的熔化的所述碳源及硅源14的温度降低，从而使得生长的4h-sic晶体中产生缺陷。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提供一种4h-sic晶体生长设备及方法，用于解决现有技术中的4h-sic晶体生长设备无法持续补充4h-sic晶体生长所需的硅源的问题，以及4h-sic晶体生长过程中向石墨坩埚中持续加入补充碳源及硅源而导致的晶体生长所需的碳源及硅源溶液降低，从而使得生长的4h-sic晶体内存在缺陷的问题。

为了实现上述目的及其他相关目标，本发明提供一种4h-sic晶体生长设备，所述4h-sic晶体生长设备包括：

晶体生长炉；

石墨坩埚，位于所述晶体生长炉内；所述石墨坩埚适于放置4h-sic晶体生长所需的碳源及硅源；

碳源及硅源供给系统，包括气体源及输气管；所述输气管一端与所述气体源相连接，另一端自所述晶体生长炉的顶部延伸至所述石墨坩埚内的碳源及硅源上方；所述碳源及硅源供给系统适于在晶体生长过程中向所述晶体生长炉内通入碳源气体及硅源气体，以在所述碳源及硅源表面形成sic；

加热器，位于所述晶体生长炉内，且位于所述石墨坩埚的外围，适于在晶体生长过程中为所述石墨坩埚内的所述碳源及硅源加热以使其熔化，并为所述碳源气体及所述硅源气体提供反应所需的温度。

作为本发明的4h-sic晶体生长设备的一种优选方案，所述碳源气体为含碳化合物。

作为本发明的4h-sic晶体生长设备的一种优选方案，所述碳源气体为cnhn+2，其中，n≥1。

作为本发明的4h-sic晶体生长设备的一种优选方案，所述硅源气体包括sih4、si2h6、sih2cl2、sihcl3、sicl4、si2cl6。

作为本发明的4h-sic晶体生长设备的一种优选方案，所述4h-sic晶体生长设备还包括第一排气孔，所述第一排气孔位于所述晶体生长炉的底部。

作为本发明的4h-sic晶体生长设备的一种优选方案，所述石墨坩埚包括坩埚主体及盖体；所述盖体扣置于所述坩埚主体顶部，所述碳源及所述硅源位于所述坩埚主体内，所述输气管穿过所述盖体延伸至所述坩埚主体内；所述盖体内设有上下贯通的第二排气孔。

作为本发明的4h-sic晶体生长设备的一种优选方案，所述加热器包括rf加热器、电阻加热器或ir加热器中的至少一种。

作为本发明的4h-sic晶体生长设备的一种优选方案，所述4h-sic晶体生长设备还包括冷却壁，所述冷却壁位于所述晶体生长炉内，且位于所述加热器与所述石墨坩埚之间。

作为本发明的4h-sic晶体生长设备的一种优选方案，所述4h-sic晶体生长设备还包括支撑架，所述支撑架位于所述晶体生长炉内，所述石墨坩埚位于所述支撑架的顶部。

本发明还提供一种4h-sic晶体的生长方法，在生长4h-sic晶体的同时向晶体生长炉内通入碳源气体及硅源气体，以在用于生长4h-sic晶体的碳源及硅源表面形成sic。

作为本发明的4h-sic晶体的生长方法的一种优选方案，采用顶部籽晶提拉法生长所述4h-sic晶体。

作为本发明的4h-sic晶体的生长方法的一种优选方案，所述碳源气体与所述硅源气体反应形成形成所述sic的温度为1000℃～1800℃。

本发明的4h-sic晶体生长设备及方法具有如下有益效果：本发明的4h-sic晶体生长设备通过增设碳源及硅源供给系统，可以在4h-sic晶体生长过程中为其提供充足的碳源及硅源补给；同时，由于补充的碳源及硅源以sic的形式形成于碳源及硅源溶液的表面，不会对碳源及硅源溶液的温度造成不良影响，生长的4h-sic晶体中不会产生缺陷。

附图说明

图1及图2显示为现有技术中提供的4h-sic晶体生长设备的结构示意图。

图3显示为本发明的4h-sic晶体生长设备的结构示意图。

图4显示为本发明的4h-sic晶体生长设备在晶体生长过程中其内部的温度分布示意图。

元件标号说明

10晶体生长炉

11支撑架

12石墨坩埚

13籽晶

14碳源及硅源

15基座

16隔热层

17加热器

18碳源及硅源补充容器

19补充碳源及硅源

20晶体生长炉

21支撑架

22石墨坩埚

221坩埚主体

222盖体

2221第二排气孔

23输气管

24碳源及硅源

25加热器

26第一排气孔

27冷却壁

28籽晶

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图3～图4。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。

实施例一

请参阅图3，本发明提供一种4h-sic晶体生长设备，所述4h-sic晶体生长设备包括：晶体生长炉20；石墨坩埚22，所述石墨坩埚22位于所述晶体生长炉20内；所述石墨坩埚22适于放置4h-sic晶体生长所需的碳源及硅源24；碳源及硅源供给系统，所述碳源及硅源供给系统包括气体源(未示出)及输气管23；所述输气管23一端与所述气体源相连接，另一端自所述晶体生长炉20的顶部延伸至所述晶体生长炉20的内部，并延伸至所述石墨坩埚22内的所述碳源及硅源24上方；所述碳源及硅源供给系统适于在晶体生长过程中向所述晶体生长炉20内通入碳源气体及硅源气体，以在所述碳源及硅源24表面形成sic；加热器25，所述加热器25位于所述晶体生长炉20内，且位于所述石墨坩埚22的外围，适于在晶体生长过程中为所述石墨坩埚22内的所述碳源及硅源24加热以使其熔化，并为所述碳源气体及所述硅源气体提供反应所需的温度，以确保通入到所述晶体生长炉20内的所述碳源气体及硅源气体可以反应生成sic。通过增设所述碳源及硅源供给系统，可以在4h-sic晶体生长过程中向所述晶体生长炉20内提供充足的所述4h-sic晶体生长所需的碳源及硅源补给；同时，由于通入的所述碳源气体及硅源气体反应生成sic的形式形成于熔化的所述碳源及硅源24的表面，不会对融化的碳源及硅源24的温度造成不良影响，生长的4h-sic晶体中不会产生缺陷。

作为示例，所述碳源气体可以为所有的含碳化合物。优选地，本实施例中，所述碳源气体为cnhn+2，其中，n≥1。

作为示例，所述硅源气体包括sih4、si2h6、sih2cl2、sihcl3、sicl4、si2cl6，及所述硅源气体可以为sih4、si2h6、sih2cl2、sihcl3、sicl4、si2cl6中的任意一种、任意两种或两种以上的组合。

作为示例，所述4h-sic晶体生长设备还包括第一排气孔26，所述第一排气孔26位于所述晶体生长炉20的底部；所述第一排气孔26适于排出多余的碳源气体、硅源气体及二者的反应生成气体，以减小所述晶体生长炉20内的压力，从而减小通入所述碳源气体及硅源气体后对所述4h-sic晶体生长的不良影响。

作为示例，所述石墨坩埚22包括坩埚主体221及盖体222；所述盖体222扣置于所述坩埚主体221的顶部，所述碳源及所述硅源24位于所述坩埚主体221内，所述输气管23穿过所述盖体222延伸至所述坩埚主体221内；所述盖体222内设有上下贯通的第二排气孔2221；所述第二排气孔2221适于将多余的碳源气体、硅源气体及二者的反应生成气体排出所述石墨坩埚22，并经由所述第一排气孔26排出所述晶体生长炉20，以减小所述晶体生长炉20内的压力，从而减小通入所述碳源气体及硅源气体后对所述4h-sic晶体生长的不良影响。

作为示例，所述加热器25包括rf(射频)加热器、电阻加热器或ir(红外)加热器中的至少一种；即所述加热器25可以为rf加热器；也可以为电阻加热器；也可以为ir加热器；还可以为rf加热器与电阻加热器的组合，电阻加热器与ir加热器的组合，rf加热器与ir加热器的组合，rf加热器、电阻加热器与ir加热器的组合。

作为示例，所述4h-sic晶体生长设备还包括冷却壁27，所述冷却壁27位于所述晶体生长炉20内，且位于所述加热器25与所述石墨坩埚22之间。

作为示例，所述4h-sic晶体生长设备还包括支撑架21，所述支撑架21位于所述晶体生长炉20内，所述支撑架21用于支持所述石墨坩埚22，即所述石墨坩埚22位于所述支撑架21的顶部。

本发明的4h-sic晶体生长设备的工作原理为：将籽晶28与所述碳源及硅源24置于所述石墨坩埚22内，并将装有所述籽晶28、所述碳源及硅源24的所述石墨坩埚22置于所述晶体生长炉20内，使用所述加热器25加热使得所述碳源及硅源24熔化，当温度适合时，所述4h-sic晶体在所述籽晶28的表面形成；所述碳源及硅源供给系统可以在所述4h-sic晶体开始生长时即向所述晶体生长炉20内通入所述碳源气体及所述硅源气体，也可以在所述4h-sic晶体生长一段时间后向所述晶体生长炉20内通入所述碳源气体及所述硅源气体。在所述4h-sic晶体生长过程中，所述晶体生长炉20内的温度如图4所示，由图4可知，所述石墨坩埚20内的最大温度也可以达到1800℃，而所述碳源与所述硅源反应生成所述sic所需的温度为1000℃～1800℃，由此可知，在所述4h-sic晶体生长过程中，所述加热器25可以提供所述碳源与所述硅源反应所需的温度。

实施例二

本发明还提供一种4h-sic晶体的生长方法，在生长4h-sic晶体的同时向晶体生长炉内通入碳源气体及硅源气体，以在用于生长4h-sic晶体的碳源及硅源表面形成sic。所述4h-sic晶体的生长方法在实施例一中所述的4h-sic晶体生长设备中进行，所述4h-sic晶体生长设备的具体结构及工作原理请参阅实施例一，此处不再累述。

作为示例，采用顶部籽晶提拉法(tssg)生长所述4h-sic晶体。

作为示例，所述碳源气体与所述硅源气体反应形成形成所述sic的温度为1000℃～1800℃。

综上所述，本发明提供一种4h-sic晶体生长设备及方法，所述4h-sic晶体生长设备包括：晶体生长炉；石墨坩埚，位于所述晶体生长炉内；所述石墨坩埚适于放置4h-sic晶体生长所需的碳源及硅源；碳源及硅源供给系统，包括气体源及输气管；所述输气管一端与所述气体源相连接，另一端自所述晶体生长炉的顶部延伸至所述石墨坩埚内的碳源及硅源上方；所述碳源及硅源供给系统适于在晶体生长过程中向所述晶体生长炉内通入碳源气体及硅源气体，以在所述碳源及硅源表面形成sic；加热器，位于所述晶体生长炉内，且位于所述石墨坩埚的外围，适于在晶体生长过程中为所述石墨坩埚内的所述碳源及硅源加热以使其熔化，并为所述碳源气体及所述硅源气体提供反应所需的温度。本发明的4h-sic晶体生长设备通过增设碳源及硅源供给系统，可以在4h-sic晶体生长过程中为其提供充足的碳源及硅源补给；同时，由于补充的碳源及硅源以sic的形式形成于碳源及硅源溶液的表面，不会对碳源及硅源溶液的温度造成不良影响，生长的4h-sic晶体中不会产生缺陷。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。