碳化硅晶体生长装置、方法及碳化硅晶体与流程

本发明涉及碳化硅晶体生长领域，具体而言，涉及一种碳化硅晶体生长装置、方法及碳化硅晶体。

背景技术：

1、碳化硅作为第三代半导体材料的代表，因具有禁带宽度大、饱和电子迁移率高、击穿场强大、热导率高等优异性质，而被广泛应用于电力电子、射频器件、光电子器件等领域。

2、目前，碳化硅晶体生长装置的加热方式主要有感应加热和电阻加热两种。其中，电阻加热是利用电流流过加热器的焦耳效应产生的热能对物体进行的加热。由于加热器不直接接触坩埚，加热效果更加均匀，晶体生长径向温梯明显小于感应加热的方式。

3、但是，现有的碳化硅生长装置对加热器的控制方式比较单一，导致碳化硅晶体的生长速率变化过快，影响碳化硅晶体的生长质量。

技术实现思路

1、本发明的目的包括，例如，提供了一种碳化硅晶体生长装置、方法和碳化硅晶体，其能够提高碳化硅晶体的生长质量。

2、本发明的实施例可以这样实现：

3、第一方面，本发明提供一种碳化硅晶体生长装置，包括：

4、坩埚，所述坩埚的顶壁内侧设置有供碳化硅晶体生长的籽晶；

5、顶加热器，所述顶加热器设置于所述坩埚的顶壁上方；

6、多个主加热器，所述多个主加热器设置于所述坩埚的外侧且沿所述坩埚的轴向间隔排布；

7、图像检测模块，所述图像检测模块设置于所述坩埚的外侧，用于检测所述碳化硅晶体的生长图像；

8、温度检测模块，所述温度检测模块设置于所述坩埚的外侧，用于检测所述坩埚侧壁的预设部位的温度，所述预设部位为与所述碳化硅晶体的生长面等高的部位；

9、控制模块，所述控制模块同时与所述图像检测模块、所述温度检测模块、所述顶加热器以及所述多个主加热器通信，用于在开启所述顶加热器和最高处的所述主加热器以使碳化硅晶体开始生长，并使所述碳化硅晶体的生长速率达到目标速率，所述预设部位的温度达到目标温度后，根据所述碳化硅晶体的生长图像计算所述碳化硅晶体的生长速率，并根据所述碳化硅晶体的生长速率或者所述预设部位的温度控制所述顶加热器和所述多个主加热器的工况，以使所述预设部位的温度和所述碳化硅晶体的生长速率始终处于目标范围内，直至所述碳化硅晶体生长结束。

10、在可选的实施方式中，所述图像检测模块包括分别设置于所述坩埚相对的两侧的x光机和检测器。

11、在可选的实施方式中，所述温度检测模块为红外测温计，所述红外测温计可转动地安装于所述坩埚的外侧，用于在所述控制模块的控制下转动，以射向所述预设部位从而检测所述预设部位的温度。

12、第二方面，本发明提供一种碳化硅晶体生长方法，基于前述实施方式所述的碳化硅晶体生长装置，包括：

13、开启所述顶加热器和最高处的所述主加热器以使碳化硅晶体开始生长，并使所述碳化硅晶体的生长速率达到目标速率，所述预设部位的温度达到目标温度；

14、获取所述碳化硅晶体的生长图像以计算所述碳化硅晶体的生长速率，以及获取所述预设部位的温度；

15、根据所述碳化硅晶体的生长速率或者所述预设部位的温度控制所述顶加热器和所述多个主加热器的工况，以使所述碳化硅晶体的生长速率和所述预设部位的温度始终处于目标范围内，直至所述碳化硅晶体生长结束。

16、在可选的实施方式中，所述目标速率为50～300μm/h，所述目标温度为1900-2400℃。

17、在可选的实施方式中，所述根据所述碳化硅晶体的生长速率或者所述预设部位的温度控制所述顶加热器和所述多个主加热器的工况的步骤具体包括：

18、在所述碳化硅晶体的生长速率没有降低至预设比例或者在所述预设部位的温度没有升高预设温度的情况下，控制所述顶加热器的功率逐渐降低，同时控制所述最高处的主加热器的功率逐渐升高。

19、在可选的实施方式中，所述根据所述碳化硅晶体的生长速率或者所述预设部位的温度控制所述顶加热器和所述多个主加热器的工况的步骤具体包括：

20、在所述碳化硅晶体的生长速率降低至预设比例或者所述预设部位的温度升高预设温度的情况下，控制所述顶加热器的功率不变，控制最高处的所述主加热器的功率逐渐降低，控制次高处的所述主加热器开启，以使所述碳化硅晶体的生长速率重新升高至所述目标速率以及使所述预设部位的温度重新降低至所述目标温度。

21、在可选的实施方式中，在所述碳化硅晶体的生长速率重新升高至所述目标速率以及使所述预设部位的温度重新降低至所述目标温度后，还包括：

22、在所述碳化硅晶体的生长速率没有重新降低至所述目标速率的预设比例或者所述预设部位的温度没有重新升高预设温度的情况下，控制次高处的所述主加热器的功率逐渐升高；

23、在所述碳化硅晶体的生长速率重新降低至所述目标速率的预设比例或者所述预设部位的温度重新升高预设温度的情况下，控制次高处的所述主加热器的功率逐渐降低，并从上到下依次开启次高处的所述主加热器下方的所述主加热器，直至所述碳化硅晶体生长结束。

24、在可选的实施方式中，所述预设比例为30％-90％，所述预设温度为1-20℃。

25、第三方面，本发明提供一种碳化硅晶体，采用前述实施方式所述的碳化硅晶体生长方法制备而成。

26、本发明实施例的有益效果包括，例如：

27、本碳化硅晶体生长装置及方法在开启顶加热器和最高处的主加热器以使碳化硅晶体开始生长后，通过检测碳化硅晶体的生长图像计算碳化硅晶体的生长速率，并检测坩埚侧壁上与碳化硅晶体的生长面等高的预设部位的温度，根据碳化硅晶体的生长速率或者预设部位的温度调节顶加热器和多个主加热器的工况，以使所述预设部位的温度和所述碳化硅晶体的生长速率始终处于目标范围内，直至所述碳化硅晶体生长结束。这样就可以使得碳化硅晶体的生长速率以及预设部位的温度(即碳化硅晶体的生长面的温度)始终处于较为理想的目标范围内，从而减少碳化硅晶体生长过程中产生的缺陷，提高碳化硅晶体的生长质量。

技术特征：

1.一种碳化硅晶体生长装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的碳化硅晶体生长装置，其特征在于，所述图像检测模块(400)包括分别设置于所述坩埚(100)相对的两侧的x光机(410)和检测器(420)。

3.根据权利要求1所述的碳化硅晶体生长装置，其特征在于，所述温度检测模块(500)为红外测温计，所述红外测温计可转动地安装于所述坩埚(100)的外侧，用于在所述控制模块(600)的控制下转动，以射向所述预设部位从而检测所述预设部位的温度。

4.一种碳化硅晶体生长方法，其特征在于，基于权利要求1-3任一项所述的碳化硅晶体生长装置，包括：

5.根据权利要求4所述的碳化硅晶体生长方法，其特征在于，所述目标速率为50～300μm/h，所述目标温度为1900-2400℃。

6.根据权利要求4所述的碳化硅晶体生长方法，其特征在于，所述根据所述碳化硅晶体的生长速率或者所述预设部位的温度控制所述顶加热器(200)和所述多个主加热器(300)的工况的步骤具体包括：

7.根据权利要求4所述的碳化硅晶体生长方法，其特征在于，所述根据所述碳化硅晶体的生长速率或者所述预设部位的温度控制所述顶加热器(200)和所述多个主加热器(300)的工况的步骤具体包括：

8.根据权利要求7所述的碳化硅晶体生长方法，其特征在于，在所述碳化硅晶体的生长速率重新升高至所述目标速率以及使所述预设部位的温度重新降低至所述目标温度后，还包括：

9.根据权利要求6-8任一项所述的碳化硅晶体生长方法，其特征在于，所述预设比例为30％-90％，所述预设温度为1-20℃。

10.一种碳化硅晶体，其特征在于，采用权利要求4-9任一项所述的碳化硅晶体生长方法制备而成。

技术总结
本发明的实施例提供了一种碳化硅晶体生长装置、方法及碳化硅晶体，涉及碳化硅晶体生长领域，本装置及方法在开启顶加热器和最高处的主加热器以使碳化硅晶体开始生长后，通过检测碳化硅晶体的生长图像计算碳化硅晶体的生长速率，并检测坩埚侧壁上与碳化硅晶体的生长面等高的预设部位的温度，根据碳化硅晶体的生长速率或者预设部位的温度调节顶加热器和多个主加热器的工况，以使预设部位的温度和碳化硅晶体的生长速率始终处于目标范围内，直至碳化硅晶体生长结束。这样就可以使得碳化硅晶体的生长速率以及预设部位的温度始终处于较为理想的目标范围内，从而提高碳化硅晶体的生长质量。

技术研发人员：林育仪,廖建成,陈增强,余明轩
受保护的技术使用者：通威微电子有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15