本發(fā)明涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，具體而言，涉及一種電場輔助晶體生長裝置和方法。

背景技術(shù)：

1、pvt物理氣相傳輸法是一種用于生長高質(zhì)量晶體的材料合成技術(shù)，特別是對于生長寬禁帶半導(dǎo)體材料如碳化硅(sic)和氮化鎵(gan)等非常有效。pvt法利用了材料在高溫下的升化和冷凝過程，來控制晶體的生長。

2、在傳統(tǒng)的碳化硅晶體生長工藝中，一般采用長晶爐對碳化硅粉末加熱長晶的方法，具體的，對長晶爐進行加熱，碳化硅粉末在長晶爐中受熱升化為氣態(tài)，此時，碳化硅氣相組分在高溫環(huán)境下處于分子極擾動狀態(tài)，并到達長晶爐內(nèi)的長晶區(qū)，形成碳化硅晶體。但是，擾動狀態(tài)下的碳化硅氣相組分在長晶區(qū)成核、形成碳化硅晶體的過程中，氣氛分布不均勻，容易形成缺陷。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的包括，例如，提供了一種電場輔助晶體生長裝置，其通過電場輔助能夠使氣氛以更加均勻的徑向分布傳輸至長晶區(qū)沉積，從而可以提高長晶的質(zhì)量。

2、本發(fā)明的實施例可以這樣實現(xiàn)：

3、一種電場輔助晶體生長裝置，所述電場輔助晶體生長裝置包括坩堝和平行板電容器；

4、所述坩堝為絕緣坩堝，且所述坩堝內(nèi)的底部為用于裝載碳化硅粉末的裝粉區(qū)，所述坩堝內(nèi)的頂部為長晶區(qū)，所述裝粉區(qū)與所述長晶區(qū)之間為升化區(qū)；

5、所述平行板電容器包括陽極板和陰極板，所述陽極板設(shè)置在所述升化區(qū)的下方，所述陰極板設(shè)置在所述升化區(qū)的上方，所述陽極板和陰極板之間可形成電場以使所述升化區(qū)內(nèi)的碳化硅氣氛電離而帶正電，并可讓帶電的所述碳化硅氣氛在預(yù)生長階段和主長晶階段在電場力和溫度梯度的共同作用下向上傳輸至所述長晶區(qū)沉積。

6、在可選的實施方式中，所述陽極板設(shè)置于所述坩堝的外側(cè)，且與所述坩堝的底壁對應(yīng)同軸，所述陰極板設(shè)置于所述坩堝的外側(cè)，且與所述坩堝的頂壁對應(yīng)同軸。

7、在可選的實施方式中，所述陽極板和所述陰極板為石墨板或金屬板。

8、在可選的實施方式中，在所述預(yù)生長階段，所述陽極板和所述陰極板之間的電勢差的取值范圍為400v至2000v；

9、在所述主長晶階段，所述陽極板和所述陰極板之間的電勢差的取值范圍為480v至2400v；

10、所述主長晶階段所述陽極板與所述陰極板之間的電勢差的取值大于預(yù)生長階段所述陽極板與所述陰極板之間的電勢差的取值。

11、在可選的實施方式中，所述陽極板和所述陰極板均設(shè)置于所述坩堝內(nèi)，且所述陽極板設(shè)置于所述裝粉區(qū)和所述升化區(qū)之間，所述陰極板設(shè)置于所述升化區(qū)與所述長晶區(qū)之間，以使所述陽極板與陰極板之間形成的電場位于所述升化區(qū)，所述陽極板和所述陰極板上均設(shè)置有對應(yīng)且均勻的過流孔，過流孔可使碳化硅氣氛穿過

12、在所述預(yù)生長階段所述陽極板和所述陰極板之間的電勢差的取值范圍為100v至500v，在所述主長晶階段，所述陽極板和所述陰極板之間的電勢差的取值范圍為120v至600v，且所述主長晶階段所述陽極板與所述陰極板之間的電勢差的取值大于預(yù)生長階段所述陽極板與所述陰極板之間的電勢差的取值。

13、在可選的實施方式中，所述陽極板設(shè)置于所述坩堝內(nèi)，且位于所述裝粉區(qū)和所述升化區(qū)之間，所述陰極板設(shè)置于所述長晶區(qū)的上方，以使所述陽極板與陰極板之間形成的電場位于所述升化區(qū)和所述長晶區(qū)，所述陽極板設(shè)置有過流孔，可使碳化硅氣氛由所述過流孔進入所述升化區(qū)；

14、在所述預(yù)生長階段所述陽極板和所述陰極板之間的電勢差的取值范圍為200v至1000v，在所述主長晶階段，所述陽極板和所述陰極板之間的電勢差的取值范圍為240v至1200v，且所述主長晶階段所述陽極板與所述陰極板之間的電勢差的取值大于預(yù)生長階段所述陽極板與所述陰極板之間的電勢差的取值。

15、在可選的實施方式中，所述陽極板和所述陰極板均為石墨網(wǎng)。

16、在可選的實施方式中，所述坩堝由氮化硼陶瓷材料制備。

17、第二方面，本申請還提供一種長晶方法，應(yīng)用于上述可選的實施方式所述的電場輔助晶體生長裝置，所述方法包括：

18、s1、預(yù)熱處理，將坩堝內(nèi)溫度加熱到第一預(yù)設(shè)溫度，對所述坩堝進行抽真空處理，使所述坩堝內(nèi)的壓力達到第一預(yù)設(shè)壓力。

19、s2、預(yù)生長階段，使坩堝內(nèi)溫度保持第一預(yù)設(shè)溫度，壓力保持在第一預(yù)設(shè)壓力，且對所述陽極板和所述陰極板施加第一預(yù)設(shè)電勢差，使電離帶電的碳化硅氣氛在電場力的作用下向長晶區(qū)傳輸以進行沉積，并保持第一預(yù)設(shè)時間。

20、s3、主長晶階段，降低坩堝內(nèi)的壓力，使坩堝內(nèi)的壓力維持在第二預(yù)設(shè)壓力，并使坩堝內(nèi)部形成軸向溫度梯度，且增大所述陽極板與所述陰極板之間的電勢差使電勢差維持在第二預(yù)設(shè)電勢差，以讓電離帶電的碳化硅氣氛在電場力和溫度梯度的共同作用下向長晶區(qū)傳輸以進行沉積，并保持第二預(yù)設(shè)時間。

21、s4、退火階段，提高坩堝內(nèi)的壓力，使坩堝內(nèi)的壓力維持在第三預(yù)設(shè)壓力，并降低坩堝內(nèi)的溫度，且使所述陽極板與所述陰極板之間的電勢差為0，并維持第三預(yù)設(shè)時間。

22、其中，所述第一預(yù)設(shè)溫度取值范圍為2000℃至2300℃，所述第一預(yù)設(shè)壓力的取值為102至104pa，所述第一預(yù)設(shè)時間的取值范圍為3h－5h，所述第二預(yù)設(shè)壓力的取值范圍為1pa至3000pa，所述第二預(yù)設(shè)時間的取值范圍50h至200h，第三預(yù)設(shè)壓力的取值為102pa至104pa，所述第三預(yù)設(shè)時間取值范圍為5h至20h。

23、本發(fā)明實施例的提供的電場輔助晶體生長裝置和方法的有益效果包括，例如：

24、本申請通過在升化區(qū)的上方設(shè)置陰極板，而在升化區(qū)的下方設(shè)置陽極板，在長晶過程中，利用陽極板和陰極板在升化區(qū)就可形成均勻電場，由于碳化硅氣氛為氣態(tài)相對裝粉區(qū)的粉末更容易在高溫情況下電離失去電子帶正電，從而可以相對容易的使碳化硅氣相組分中的分子和原子被電離而帶電。而在均勻的電場中，帶正電的分子和原子團均會受到垂直向上的電場力，相比于沒有外加電場輔助的情況下，本發(fā)明裝置中的氣相能夠更加快速地傳輸至生長區(qū)，其在水平方向的位移受到電場力的約束會更小，因此升化區(qū)的氣相的徑向分布會更加均勻，從而可以提高晶體質(zhì)量。

技術(shù)特征：

1.一種電場輔助晶體生長裝置，其特征在于，所述電場輔助晶體生長裝置包括坩堝(110)和平行板電容器(130)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電場輔助晶體生長裝置，其特征在于，所述陽極板(131)設(shè)置于所述坩堝(110)的外側(cè)，且與所述坩堝(110)的底壁對應(yīng)同軸，所述陰極板(133)設(shè)置于所述坩堝(110)的外側(cè)，且與所述坩堝(110)的頂壁對應(yīng)同軸。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電場輔助晶體生長裝置，其特征在于，所述陽極板(131)和所述陰極板(133)為石墨板或金屬板。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電場輔助晶體生長裝置，其特征在于，在所述預(yù)生長階段，所述陽極板(131)和所述陰極板(133)之間的電勢差的取值范圍為400v至2000v；

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電場輔助晶體生長裝置，其特征在于，所述陽極板(131)和所述陰極板(133)均設(shè)置于所述坩堝(110)內(nèi)，且所述陽極板(131)設(shè)置于所述裝粉區(qū)(111)和所述升化區(qū)(113)之間，所述陰極板(133)設(shè)置于所述升化區(qū)(113)與所述長晶區(qū)(115)之間，以使所述陽極板(131)與陰極板(133)之間形成的電場位于所述升化區(qū)(113)，所述陽極板(131)和所述陰極板(133)上均設(shè)置有對應(yīng)且均勻的若干過流孔(135)，過流孔(135)可使碳化硅氣氛穿過；

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電場輔助晶體生長裝置，其特征在于，所述陽極板(131)設(shè)置于所述坩堝(110)內(nèi)，且位于所述裝粉區(qū)(111)和所述升化區(qū)(113)之間，所述陰極板(133)設(shè)置于所述長晶區(qū)(115)的上方，以使所述陽極板(131)與陰極板(133)之間形成的電場位于所述升化區(qū)(113)和所述長晶區(qū)(115)，所述陽極板(131)設(shè)置有若干過流孔(135)，可使碳化硅氣氛由所述過流孔(135)進入所述升化區(qū)(113)；

7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的電場輔助晶體生長裝置，其特征在于，所述陽極板(131)和所述陰極板(133)均為石墨網(wǎng)。

8.根據(jù)權(quán)利要求1－6中任一項所述的電場輔助晶體生長裝置，其特征在于，所述坩堝(110)由氮化硼陶瓷材料制備或?qū)κ釄暹M行絕緣處理。

9.一種長晶方法，應(yīng)用于權(quán)利要求1－8中任一項所述的電場輔助晶體生長裝置，其特征在于，所述方法包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明的實施例提供了一種電場輔助晶體生長裝置和方法，涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域。一種電場輔助晶體生長裝置，電場輔助晶體生長裝置包括坩堝和平行板電容器。坩堝絕緣，且坩堝內(nèi)的底部為用于裝載碳化硅粉末的裝粉區(qū)，坩堝內(nèi)的頂部為長晶區(qū)，裝粉區(qū)與長晶區(qū)之間為升化區(qū)。平行板電容器包括陽極板和陰極板，陽極板設(shè)置在升化區(qū)的下方，陰極板設(shè)置在升化區(qū)的上方，陽極板和陰極板之間可形成電場以使升化區(qū)內(nèi)的碳化硅氣氛電離而帶正電，并可讓帶電的碳化硅氣氛在預(yù)生長階段和主長晶階段在電場力和溫度梯度的共同作用下向上傳輸至長晶區(qū)沉積。其能夠使氣氛以更加均勻的徑向分布傳輸至長晶區(qū)沉積，從而可以提高長晶的質(zhì)量。

技術(shù)研發(fā)人員：張忠輝
受保護的技術(shù)使用者：通威微電子有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10