CN114395799A - 一种同时制造碳化硅单晶及碳化硅多晶的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种同时制造碳化硅单晶及碳化硅多晶的装置及方法，其属于半导体制造技术领域，同时制造碳化硅单晶及碳化硅多晶的装置包括腔室、感应线圈、坩埚及晶杆组件；坩埚设于腔室内，用于容置助溶剂；晶杆组件包括晶杆及连接于晶杆一端并位于坩埚内的晶托，晶杆的另一端位于腔室外；坩埚为石墨坩埚，晶托连接籽晶，石墨坩埚的底部内壁能生长碳化硅多晶，籽晶未连接晶托的表面能生长碳化硅单晶；或者坩埚的底部内壁设有籽晶块，晶托为石墨托，籽晶块上能生长碳化硅单晶，石墨托未连接晶杆的表面能生长碳化硅多晶。本发明能够在一次制造过程中，同时得到碳化硅单晶和碳化硅多晶，无需分次制造或采用两个制造装置制造，具有较高的效率和较低的成本。

Description

一种同时制造碳化硅单晶及碳化硅多晶的装置及方法

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种同时制造碳化硅单晶及碳化硅多晶的装置及方法。

背景技术

碳化硅是一种宽禁带半导体材料，以碳化硅衬底制作的器件具有耐高温、耐高压、高频、大功率、抗辐射、效率高等优势，在射频、新能源汽车等领域均具有重要的应用价值。

碳化硅包括碳化硅单晶和碳化硅多晶。现有技术中，碳化硅单晶通常通过溶液法制得，具体步骤为：将含硅助熔剂置于坩埚中，利用感应加热的方式熔化助熔剂，坩埚中的碳溶解到助熔剂中；然后将碳化硅籽晶置于助熔剂的液面，由于籽晶处的过冷，碳在籽晶的固液界面上析出，并和助熔剂中的硅结合形成碳化硅单晶。而碳化硅多晶通常再用物理气相传输法制得，导致现有技术中的制造装置只能制造碳化硅单晶或碳化硅多晶，同时需要碳化硅单晶和碳化硅多晶时，需要分次制造或采用两个制造装置进行制造，具有较低的效率和较高的成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种同时制造碳化硅单晶及碳化硅多晶的装置及方法，能够在一次制造过程中，同时得到碳化硅单晶和碳化硅多晶，无需分次制造或采用两个制造装置制造，具有较高的效率和较低的成本。

如上构思，本发明所采用的技术方案是：

一种同时制造碳化硅单晶及碳化硅多晶的装置，包括：

腔室；

感应线圈，设于所述腔室内；

坩埚，设于所述腔室内，所述坩埚用于容置助溶剂；

晶杆组件，包括晶杆及连接于所述晶杆一端并位于所述坩埚内的晶托，所述晶杆的另一端位于所述腔室外；

所述坩埚为石墨坩埚，所述晶托连接籽晶，所述石墨坩埚的底部内壁能生长碳化硅多晶，所述籽晶未连接所述晶托的表面能生长碳化硅单晶；或者

所述坩埚的底部内壁设有籽晶块，所述晶托为石墨托，所述籽晶块上能生长碳化硅单晶，所述石墨托未连接所述晶杆的表面能生长碳化硅多晶。

可选地，所述石墨坩埚的底部内壁具有第一碳膜层，所述第一碳膜层上生长所述碳化硅多晶；

所述石墨托未连接所述晶杆的表面具有第二碳膜层，所述第二碳膜层上生长所述碳化硅多晶。

可选地，所述第一碳膜层的厚度为1～1000微米，且所述第一碳膜层通过化学气相沉积、物理气相沉积、磁控溅射、电子束蒸发、涂覆石墨胶及糖胶后高温固化中的一种或多种方式制备；

第二碳膜层的厚度为1～1000微米，所述第二碳膜层通过化学气相沉积、物理气相沉积、磁控溅射、电子束蒸发、涂覆石墨胶及糖胶后高温固化中的一种或多种方式制备。

可选地，所述晶杆为空心结构，且所述晶杆组件还包括设于所述晶杆内的第一冷却管，所述第一冷却管的外壁与所述晶杆的内壁之间形成第一流道，所述第一冷却管与所述第一流道连通并形成第一冷却流道，且第一冷却流道内的冷却流体均用于冷却所述晶托。

可选地，所述第一冷却管悬空置于所述晶杆中，且所述晶杆能相对于所述第一冷却管转动。

可选地，还包括坩埚托及第二冷却管，所述坩埚托的一端固接于所述坩埚的底壁，所述坩埚托的另一端位于所述腔室外，所述第二冷却管设于所述坩埚托内且与所述坩埚托的内壁之间形成第二流道，所述第二冷却管与所述第二流道连通并形成第二冷却流道，且所述第二冷却流道内的冷却流体均用于冷却所述坩埚，所述坩埚托能相对于所述第二冷却管转动。

一种同时制造碳化硅单晶及碳化硅多晶的方法，应用于上述的同时制造碳化硅单晶及碳化硅多晶的装置，包括如下步骤：

S1、向坩埚内放入助溶剂，所述助溶剂的成分包括Si元素；

S2、通过感应线圈加热所述助溶剂，以使所述助溶剂熔化；

S3、通过晶杆带动晶托靠近所述助溶剂移动，以使晶托的下表面与所述助溶剂的液面平齐或间距小于预设间距；

S4、控制所述晶杆带动晶托远离所述助溶剂移动，使在所述晶托下表面形成的晶体的底面始终与所述助溶剂的液面平齐或间距小于预设间距，以在所述晶托上生长碳化硅多晶和碳化硅单晶两种中的一种，同时在坩埚的底部内壁生长碳化硅多晶和碳化硅单晶两种中的另一种。

可选地，所述同时制造碳化硅单晶及碳化硅多晶的装置还包括坩埚托和第二冷却管，所述晶杆组件还包括第一冷却管；

在步骤S4中，同时控制所述第一冷却流道中的冷却流体的流量和所述第二冷却流道中的冷却流体的流量，从而控制所述晶托和所述坩埚附近的温度梯度，进而控制碳化硅多晶的生长速度和质量，以及碳化硅单晶的生长速度和质量。

可选地，在步骤S4中，控制所述感应线圈的感应加热功率，以控制所述助溶剂的温度，进而控制所述晶体的生长速度和质量。

可选地，所述同时制造碳化硅单晶及碳化硅多晶的方法还包括：

向所述腔室内充入氦气，所述助溶剂还包括Cr元素和Al元素，在所述晶托上及所述坩埚底壁上结晶，得到一块p型碳化硅单晶及一块p型碳化硅多晶；或者

向所述腔室内充入氦气及氮气，所述助溶剂还包括Cr元素，在所述晶托上及所述坩埚底壁上结晶，得到一块n型碳化硅单晶及一块n型碳化硅多晶。

本发明至少具有如下有益效果：

本发明提供的同时制造碳化硅单晶及碳化硅多晶的装置，通过将坩埚设置为石墨坩埚，能够在石墨坩埚的底部内壁生长碳化硅多晶，通过将籽晶连接在晶托上，能够在籽晶上生长碳化硅单晶，使得坩埚及籽晶上可以同时结晶，实现了采用溶液法同时制造碳化硅多晶和碳化硅单晶，无需分次制造或采用两个制造装置制造，具有较高的效率和较低的成本。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的同时制造碳化硅单晶及碳化硅多晶的装置的结构示意图；

图2是本发明实施例一提供的未显示腔室及感应线圈的同时制造碳化硅单晶及碳化硅多晶的装置的结构示意图；

图3是本发明实施例一提供的晶杆组件的结构示意图；

图4是本发明实施例一提供的坩埚、坩埚托、第二冷却管及第二流道的结构示意图；

图5是本发明实施例三提供的同时制造碳化硅单晶及碳化硅多晶的方法的流程图。

图中：

1、腔室；2、感应线圈；3、坩埚；4、晶杆组件；41、晶杆；42、籽晶；43、晶托；44、第一冷却管；45、第一流道；5、第一碳膜层；6、坩埚托；7、第二冷却管；8、第二流道；9、隔热套；10、碳化硅单晶；20、碳化硅多晶；100、助溶剂。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

实施例一

本实施例提供了一种同时制造碳化硅单晶及碳化硅多晶的装置，能够在一次制造过程中，同时得到碳化硅单晶10和碳化硅多晶20，同时需要碳化硅单晶10和碳化硅多晶20时，无需分次制造或采用两个制造装置制造，具有较高的效率和较低的成本。

如图1所示，同时制造碳化硅单晶及碳化硅多晶的装置包括腔室1、感应线圈2、坩埚3及晶杆组件4。

其中，腔体1用于为晶体的生长提供相对密封的空间，且腔室1具有至少一个抽气口，通过抽气口能对腔室1抽真空。在一些实施例中，抽气口与真空装置连接，使得真空装置能够通过抽气口对腔室1进行抽气，以将腔室1内的气压降低至所需的数值。需要说明的是，腔室1还连接至少一个真空计，真空计用于测量腔室1内的压力。本实施例中，腔体1还具有至少一个充气口，通过充气口可以向腔室1内充入氮气、氩气、氦气或其他惰性气体，以使得晶体能够在惰性气体环境下生长。本实施例中，碳化硅多晶20和碳化硅单晶10统称为晶体。

感应线圈2和坩埚3分别设于腔室1内，且坩埚3用于容置助溶剂。感应线圈2用于对坩埚3内的助溶剂100进行感应加热，使得坩埚3中的助溶剂100熔融。在一些实施例中，感应线圈2有多个匝，围绕坩埚3间隔设置，以实现均匀加热。感应线圈2的电流频率为1～100kHz，且感应线圈2是中空结构的，能够通水冷却。感应线圈2感应加热的原理可以参见现有技术，本实施例在此不做介绍。

如图2所示，晶杆组件4包括晶杆41及连接于晶杆41一端并位于坩埚3内的晶托43，晶杆41的另一端位于腔室1外。晶杆41能够带动晶托43相对于坩埚3移动，如带动晶托43旋转或沿图2中的上下方向移动。在一些实施例中，晶杆41的另一端连接有驱动件，驱动件能够向晶杆41提供驱动力。驱动件可以为电机及气缸的组合结构。

本实施例中，坩埚3为石墨坩埚，也即是，坩埚3的材质为石墨，使得坩埚3中的碳能够溶解在助溶剂100中，坩埚3为石墨坩埚时，感应线圈2对助溶剂100加热，能够通过溶液法在石墨坩埚的底部内壁生长碳化硅多晶20。并且，晶托43连接籽晶42，其中，籽晶42是具有和所需晶体相同晶型的小晶体，是生长单晶的种子。籽晶42未连接晶托43的表面能生长碳化硅单晶10，具体地，籽晶42未连接晶托43的表面与助溶剂100的液面接触或两者距离小于预设距离，进而能够通过溶液法制造得到碳化硅单晶10。

本实施例提供的同时制造碳化硅单晶及碳化硅多晶的装置，通过将坩埚3设置为石墨坩埚，能够在石墨坩埚的底部内壁生长碳化硅多晶20，通过将籽晶42连接在晶托43上，能够在籽晶42上生长碳化硅单晶10，使得坩埚3及籽晶42上可以同时结晶，实现了采用溶液法同时制造碳化硅多晶20和碳化硅单晶10，无需分次制造或采用两个制造装置制造，具有较高的效率和较低的成本。

可选地，石墨坩埚的底部内壁具有第一碳膜层5，且第一碳膜层5上生长碳化硅多晶20。第一碳膜层5的设置能够减小结晶过程的应力，避免生长的碳化硅多晶20出现开裂的情况，同时，还能够便于碳化硅多晶20与石墨坩埚的分离，避免因碳化硅多晶20与石墨坩埚之间粘接过于牢固而发生破坏性分离，保证了碳化硅多晶20的质量。需要说明的是，第一碳膜层5能够完全覆盖石墨坩埚的底部内壁，以保证碳化硅多晶20的生长均匀性及生长面积。在一些实施例中，石墨坩埚的内侧壁也可以设有第一碳膜层5，以便于碳化硅多晶20与石墨坩埚的内侧壁的分离。

进一步地，第一碳膜层5的厚度为1～1000微米，优选地，碳膜层6的厚度为10～100微米。并且，第一碳膜层5通过化学气相沉积、物理气相沉积、磁控溅射、电子束蒸发、涂覆石墨胶及糖胶后高温固化中的一种或多种方式制备，本实施例对此不作限定。碳膜呈5的材质为碳。

请继续参见图3，晶杆41为空心结构，且晶杆组件4还包括设于晶杆41内的第一冷却管44。第一冷却管44的外壁与晶杆41的内壁之间形成第一流道45，第一冷却管44与第一流道45连通并形成第一冷却流道，且第一冷却流道内的冷却流体均用于冷却晶托43。本实施例中，如图3的箭头所示，冷却流体可以由第一冷却管44流入第一流道45，或者，冷却流体还可以由第一流道45流入第一冷却管44中。

由于在碳化硅单晶10形成的过程中，需要晶托43处的过冷，使得助溶剂100中的碳在晶托43及助溶剂100的固液界面上析出，并与助溶剂100中的硅结合形成碳化硅单晶10，因此，为了保证晶托43处具有达到要求的过冷，可以设置第一冷却流道，通过第一冷却流道带走晶托43上的热量，使得晶托43处于过冷状态。在一些实施例中，如图3所示，晶杆41未连接晶托43的一端为开口端。

进一步地，在第一冷却流道中流动的冷却流体可以为氦气，本实施例中，可以控制第一冷却流道中氦气的流量，进而控制晶托43附近的温度梯度，从而达到控制晶托43上碳化硅单晶10的生长速度和质量的目的，使得得到的碳化硅单晶10满足要求。

在一些实施例中，第一冷却管44靠近晶杆41一端的第一端为开口端，即第一冷却管44悬空置于晶杆41中，且第一冷却管44的第一端与晶杆41的一端间隔设置，使得第一冷却管44中的冷却流体能够由第一冷却管44的第一端流出并进入第一流道45，晶杆41的一端为封口端或开口端，当晶杆41的一端为开口端时，晶杆41与晶托43密封连接。在另外一些实施例中，第一冷却管44靠近晶杆41一端的第一端为封口端。并且，第一冷却管44的第一端的管壁设有通孔，第一冷却管44中的冷却流体能够通过通孔流入第一流道45。

需要说明的是，晶杆41能相对于第一冷却管44转动，具体地，在需要带动晶托43旋转时，可以直接驱动晶杆41转动，而第一冷却管44能保持静止。本实施例中，第一冷却管44可以与冷却流体供给装置连通，使得冷却流体供给装置向第一冷却管44泵入冷却流体。

可选地，如图4所示，同时制造碳化硅单晶及碳化硅多晶的装置还包括坩埚托6及第二冷却管7。其中，坩埚托6的一端固接于坩埚3的底壁，坩埚托6的另一端位于腔室1外，第二冷却管7设于坩埚托6内且与坩埚托6的内壁之间形成第二流道8，第二冷却管7与第二流道8连通并形成第二冷却流道，且第二冷却流道内的冷却流体均用于冷却坩埚3。本实施例中，如图4的箭头所示，冷却流体可以由第二冷却管7流入第二流道8，或者，冷却流体还可以由第二流道8流入第二冷却管7中。

由于在碳化硅多晶20形成的过程中，需要石墨坩埚处的过冷，使得助溶剂100中的碳在石墨坩埚的底壁及助溶剂100的固液界面上析出，并与助溶剂100中的硅结合形成碳化硅多晶20，因此，为了保证石墨坩埚处具有达到要求的过冷，可以设置第二冷却流道，通过第二冷却流道带走石墨坩埚上的热量，使得石墨坩埚处于过冷状态。在一些实施例中，如图4所示，坩埚托6未连接石墨坩埚的一端为开口端。

进一步地，在第二冷却流道中流动的冷却流体可以为氦气，本实施例中，可以控制第二冷却流道中氦气的流量，进而控制石墨坩埚附近的温度梯度，从而达到控制石墨坩埚上碳化硅多晶20的生长速度和质量的目的，使得得到的碳化硅多晶20满足要求。

在一些实施例中，第二冷却管7靠近坩埚托6一端的第二端为开口端，即第二冷却管7悬空置于坩埚托6中，且第二冷却管7的第二端与坩埚托6的一端间隔设置，使得第二冷却管7中的冷却流体能够由第二冷却管7的第二端流出并进入第二流道8，坩埚托6的一端为封口端或开口端，当坩埚托6的一端为开口端时，坩埚托6与坩埚3密封连接。在另外一些实施例中，第二冷却管7靠近坩埚托6一端的第二端为封口端。并且，第二冷却管7的第二端的管壁设有通孔，第二冷却管7中的冷却流体能够通过通孔流入第二流道8。

需要说明的是，坩埚托6能相对于第二冷却管7转动，具体地，在需要带动坩埚托6旋转时，可以直接驱动坩埚托6转动，而第二冷却管7能保持静止。本实施例中，第二冷却管7可以与冷却流体供给装置连通，使得冷却流体供给装置向第二冷却管7泵入冷却流体。

如图1所示，同时制造碳化硅单晶及碳化硅多晶的装置还包括隔热套9，坩埚3设置于隔热套9内，感应线圈2位于隔热套9外，坩埚托6及晶杆41分别穿设于隔热套9，隔热套9采用隔热材质制成，并用于坩埚3的保温隔热。

实施例二

本实施例与实施例一的区别在于生长碳化硅单晶10和碳化硅多晶20的位置不同。

具体的，本实施例中，坩埚3的底部内壁设有籽晶块，籽晶块为由籽晶形成的块体。晶托43为石墨托，也即是，晶托43的材料为石墨。晶托43上无需连接籽晶。并且，籽晶块上能生长碳化硅单晶10，石墨托未连接晶杆41的表面能生长碳化硅多晶20，以实现在一个装置中一次性得到碳化硅单晶10和碳化硅多晶20。

本实施例提供的同时制造碳化硅单晶及碳化硅多晶的装置，在坩埚3的底部设置籽晶块，能够在坩埚3中生长碳化硅单晶10，通过将石墨托固定在晶杆41上，能够在石墨托上生长碳化硅多晶20，使得坩埚3及晶托43上可以同时结晶，实现了采用溶液法同时制造碳化硅多晶20和碳化硅单晶10，无需分次制造或采用两个制造装置制造，具有较高的效率和较低的成本。

可选地，石墨托未连接晶杆41的表面具有第二碳膜层，第二碳膜层上生长碳化硅多晶20。

进一步地，第二碳膜层的厚度为1～1000微米，第二碳膜层通过化学气相沉积、物理气相沉积、磁控溅射、电子束蒸发、涂覆石墨胶及糖胶后高温固化中的一种或多种方式制备。

本实施例中的其他结构均与实施例一中的相应结构相同且具有相同的有益效果，本实施例在此不做赘述。

实施例三

本实施例提供了一种同时制造碳化硅单晶及碳化硅多晶的方法，应用于实施例一或实施例二中的同时制造碳化硅单晶及碳化硅多晶的装置，如图5所示，同时制造碳化硅单晶及碳化硅多晶的方法包括如下步骤：

S1、向坩埚3内放入助溶剂，助溶剂的成分包括Si元素；

需要说明的是，本实施例中的助溶剂100为含硅元素的助溶剂，以使得助溶剂100中的硅能与碳形成碳化硅多晶20。可以理解的是，除了硅之外，助溶剂100还可以包括钛Ti、铬Cr、钪Sc、镍Ni、铝Al、钴Co、锰Mn、镁Mg、锗Ge、砷As、硼P、氮N、氧O、硼B、镝Dy、钇Y、铌Nb、钕Nd、铁Fe中的一种或多种元素。

S2、通过感应线圈2加热助溶剂，以使助溶剂熔化。

在步骤S2中，往感应线圈2通电，使感应线圈2加热并熔化助溶剂100，使得助溶剂100呈液态。

S3、通过晶杆41带动晶托43靠近助溶剂移动，以使晶托43的下表面与助溶剂的液面平齐或间距小于预设间距。

晶托43的下表面与助溶剂100的液面平齐是指晶托43的下表面刚好与助溶剂100的液面接触。预设间距最大为5毫米，以保证顺利生长碳化硅单晶10或碳化硅多晶20。需要说明的是，当晶托43的下表面连接有籽晶42时，控制籽晶42的下表面与助溶剂100的液面平齐或间距小于预设间距。当晶托43的下表面设有第二碳膜层时，控制第二碳膜层的下表面与助溶剂100的液面平齐或间距小于预设间距。

S4、控制晶杆41带动晶托43远离助溶剂移动，使在晶托43下表面形成的晶体的底面始终与助溶剂的液面平齐或间距小于预设间距，以在晶托43上生长碳化硅单晶10和碳化硅多晶20两种中的一种，同时在坩埚3的底部内壁生长碳化硅多晶20和碳化硅单晶10两种中的另一种。

随着碳晶体的生长，需要控制晶体的底面始终与助溶剂的液面平齐或间距小于预设间距，进而保证晶体生长一定的厚度。

本实施例提供的同时制造碳化硅单晶及碳化硅多晶的方法，通过将坩埚3设置为石墨坩埚，能够在石墨坩埚的底部内壁生长碳化硅多晶20，通过将籽晶42固定在晶托43上，能够在籽晶42上生长碳化硅单晶10，使得坩埚3及晶托43上可以同时结晶，实现了采用溶液法同时制造碳化硅多晶20和碳化硅单晶10，无需分次制造或采用两个制造装置制造，具有较高的效率和较低的成本。

可选地，当同时制造碳化硅单晶及碳化硅多晶的装置包括坩埚托6和第二冷却管7，晶杆组件4还包括第一冷却管44时，在步骤S4中，同时控制第一冷却流道中的冷却流体的流量和第二冷却流道中的冷却流体的流量，从而控制晶托43和坩埚3附近的温度梯度，进而控制碳化硅多晶20的生长速度和质量，以及碳化硅单晶10的生长速度和质量。

在另外一些实施例中，还可以控制晶体的生长气氛及腔室1内的压强，以控制晶体的生长速度和质量。在其他一些实施例中，还可以控制感应线圈2感应加热功率，以控制助溶剂100的温度，进而控制晶体的生长速度和质量。

可选地，本实施例中，可以同时制造p型碳化硅单晶及p型碳化硅多晶，具体地，向腔室1内充入氦气，也即是，晶体的生长气氛为氦气，使得腔室1内的气体压强为0.5-1个大气压，并且，调节助溶剂100包括Si元素、Cr元素和Al元素，且通过感应线圈2控制助溶剂100的温度为1800℃。在步骤S4中，控制晶杆41带动晶托43远离助溶剂100移动的同时带动晶托43旋转，可选地，晶杆41的提拉速度为0.1-1毫米/小时，并且，控制坩埚3以相反于晶托43旋转方向的方向旋转，以同时在晶托43上形成单晶，并在坩埚3的第一碳膜层5上内形成多晶，得到一块p型碳化硅单晶及一块p型碳化硅多晶。本实施例中得到的p型碳化硅多晶的电阻率及p型碳化硅单晶的电阻率均低于30mΩ·cm(毫欧姆·厘米)。

本实施例中，还可以同时制造n型碳化硅单晶及n型碳化硅多晶，具体地，向腔室1内充入氦气及氮气。需要说明的是，氮气以固定的流量充入腔室1内，碳化硅多晶20的主要生长气氛为氦气。并控制腔室1内的气体压强为0.5-1个大气压，助溶剂包括Si元素和Cr元素，且助溶剂100的温度为2000℃。在步骤S4中，控制晶杆41带动晶托43远离助溶剂移动的同时带动晶托43旋转，可选地，晶杆41的提拉速度为0.1-1毫米/小时，并且，控制坩埚3以相反于晶托43旋转方向的方向旋转，以同时在晶托43上形成单晶，并在坩埚3的第一碳膜层5上内形成多晶，得到一块n型碳化硅单晶及一块n型碳化硅多晶。本实施例中得到的n型碳化硅多晶的电阻率及n型碳化硅单晶的电阻率均低于30mΩ·cm(毫欧姆·厘米)。

以上实施方式只是阐述了本发明的基本原理和特性，本发明不受上述实施方式限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种同时制造碳化硅单晶及碳化硅多晶的装置，其特征在于，包括：

腔室(1)；

感应线圈(2)，设于所述腔室(1)内；

坩埚(3)，设于所述腔室(1)内，所述坩埚(3)用于容置助溶剂；

晶杆组件(4)，包括晶杆(41)及连接于所述晶杆(41)一端并位于所述坩埚(3)内的晶托(43)，所述晶杆(41)的另一端位于所述腔室(1)外；

所述坩埚(3)为石墨坩埚，所述晶托(43)连接籽晶(42)，所述石墨坩埚的底部内壁能生长碳化硅多晶，所述籽晶(42)未连接所述晶托(43)的表面能生长碳化硅单晶；或者

所述坩埚(3)的底部内壁设有籽晶块，所述晶托(43)为石墨托，所述籽晶块上能生长碳化硅单晶，所述石墨托未连接所述晶杆(41)的表面能生长碳化硅多晶。

2.根据权利要求1所述的同时制造碳化硅单晶及碳化硅多晶的装置，其特征在于，所述石墨坩埚的底部内壁具有第一碳膜层(5)，所述第一碳膜层(5)上生长所述碳化硅多晶；

所述石墨托未连接所述晶杆(41)的表面具有第二碳膜层，所述第二碳膜层上生长所述碳化硅多晶。

3.根据权利要求2所述的同时制造碳化硅单晶及碳化硅多晶的装置，其特征在于，所述第一碳膜层(5)的厚度为1～1000微米，且所述第一碳膜层(5)通过化学气相沉积、物理气相沉积、磁控溅射、电子束蒸发、涂覆石墨胶及糖胶后高温固化中的一种或多种方式制备；

第二碳膜层的厚度为1～1000微米，所述第二碳膜层通过化学气相沉积、物理气相沉积、磁控溅射、电子束蒸发、涂覆石墨胶及糖胶后高温固化中的一种或多种方式制备。

4.根据权利要求1-3任一项所述的同时制造碳化硅单晶及碳化硅多晶的装置，其特征在于，所述晶杆(41)为空心结构，且所述晶杆组件(4)还包括设于所述晶杆(41)内的第一冷却管(44)，所述第一冷却管(44)的外壁与所述晶杆(41)的内壁之间形成第一流道(45)，所述第一冷却管(44)与所述第一流道(45)连通并形成第一冷却流道，且第一冷却流道内的冷却流体均用于冷却所述晶托(43)。

5.根据权利要求4所述的同时制造碳化硅单晶及碳化硅多晶的装置，其特征在于，所述第一冷却管(44)悬空置于所述晶杆(41)中，且所述晶杆(41)能相对于所述第一冷却管(44)转动。

6.根据权利要求1所述的同时制造碳化硅单晶及碳化硅多晶的装置，其特征在于，还包括坩埚托(6)及第二冷却管(7)，所述坩埚托(6)的一端固接于所述坩埚(3)的底壁，所述坩埚托(6)的另一端位于所述腔室(1)外，所述第二冷却管(7)设于所述坩埚托(6)内且与所述坩埚托(6)的内壁之间形成第二流道(8)，所述第二冷却管(7)与所述第二流道(8)连通并形成第二冷却流道，且所述第二冷却流道内的冷却流体均用于冷却所述坩埚(3)，所述坩埚托(6)能相对于所述第二冷却管(7)转动。

7.一种同时制造碳化硅单晶及碳化硅多晶的方法，应用于权利要求1-6任一项所述的同时制造碳化硅单晶及碳化硅多晶的装置，其特征在于，包括如下步骤：

S1、向坩埚(3)内放入助溶剂，所述助溶剂的成分包括Si元素；

S2、通过感应线圈(2)加热所述助溶剂，以使所述助溶剂熔化；

S3、通过晶杆(41)带动晶托(43)靠近所述助溶剂移动，以使所述晶托(43)的下表面与所述助溶剂的液面平齐或间距小于预设间距；

S4、控制所述晶杆(41)带动晶托(43)远离所述助溶剂移动，使在所述晶托(43)下表面形成的晶体的底面始终与所述助溶剂的液面平齐或间距小于预设间距，以在所述晶托(43)上生长碳化硅多晶和碳化硅单晶两种中的一种，同时在坩埚(3)的底部内壁生长碳化硅多晶和碳化硅单晶两种中的另一种。

8.根据权利要求7所述的同时制造碳化硅单晶及碳化硅多晶的方法，其特征在于，所述同时制造碳化硅单晶及碳化硅多晶的装置还包括坩埚托(6)和第二冷却管(7)，所述晶杆组件(4)还包括第一冷却管(44)；

在步骤S4中，同时控制所述第一冷却流道中的冷却流体的流量和所述第二冷却流道中的冷却流体的流量，从而控制所述晶托(43)和所述坩埚(3)附近的温度梯度，进而控制碳化硅多晶的生长速度和质量，以及碳化硅单晶的生长速度和质量。

9.根据权利要求7所述的同时制造碳化硅单晶及碳化硅多晶的方法，其特征在于，在步骤S4中，控制所述感应线圈(2)的感应加热功率，以控制所述助溶剂的温度，进而控制所述晶体的生长速度和质量。

10.根据权利要求7所述的同时制造碳化硅单晶及碳化硅多晶的方法，其特征在于，所述同时制造碳化硅单晶及碳化硅多晶的方法还包括：

向所述腔室(1)内充入氦气，所述助溶剂还包括Cr元素和Al元素，在所述晶托(43)上及所述坩埚(3)底壁上结晶，得到一块p型碳化硅单晶及一块p型碳化硅多晶；或者

向所述腔室(1)内充入氦气及氮气，所述助溶剂还包括Cr元素，在所述晶托(43)上及所述坩埚(3)底壁上结晶，得到一块n型碳化硅单晶及一块n型碳化硅多晶。

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