[發明專利]一種持續供料的SiC單晶生長系統

在審

• 申請號: 201711465087.X
• 申請日: 2017-12-28
• 公開（公告）號: CN107955969A
• 公開（公告）日: 2018-04-24
• 發明（設計）人: 劉新輝;楊昆;路亞娟;牛曉龍;鄭清超
• 申請（專利權）人: 河北同光晶體有限公司
• 主分類號: C30B29/36
• 分類號: C30B29/36;C30B23/00
• 代理公司: 北京連城創新知識產權代理有限公司11254
• 代理人: 劉伍堂

技術領域

本發明屬于SiC單晶生長技術領域，具體涉及一種持續供料的SiC單晶生長系統。

背景技術

SiC作為寬帶隙半導體材料以其高的禁帶寬度（為Si的3倍），高的擊穿臨界場強（約為Si的9倍），高電子飽和漂移速度（為Si的2倍）和高熱導率（約為Si的3倍），小的介電常數，以及抗輻射能力強，結實耐磨損等特性而成為制作高頻、大功率、耐高溫和抗輻射器件的理想材料。因而成為當前廣泛研究的材料之一。在SiC單晶生長技術方面，目前國際上主要采用物理氣相輸運（PVT）生長SiC單晶，其主要原理是Si-C體系在高溫下的升華和再結晶。在對Si-C體系中氣相物種的熱力學平衡過程進行研究發現，SiC生長體系中的主要物種為Si，Si₂C，SiC₂，在一定的晶體生長所需溫度范圍內，3個物種的分壓按Si-SiC₂-Si₂C順序遞減，Si的分壓最大。由于粉料質量是一定的，Si物質流傳輸會隨著生長過程的增加不斷衰減，即Si會過早的升華，剩余的粉料會過早的發生碳化。加上坩堝內粉料溫度的差異，坩堝壁處溫度過熱，會加劇這一過程，使得在SiC生長的中后期，大量粉料中的C顆粒被攜帶到晶體表面，晶體中的C包裹物增多。同時由于C包裹物的影響，SiC單晶后期結晶質量變差，衍生出許多微管，位錯等缺陷，甚至出現多晶。這也導致了PVT法生長的SiC晶體不能生長的很厚，影響了產率，增加了成本。而現有技術大部分使用如鉭等的碳吸收劑，吸收坩堝邊緣等處的碳化粉料，降低粉料碳化程度，從而減少包裹物源的產生，或者在生長腔內使用多孔石墨網來阻擋碳顆粒的輸運，減少到達晶體生長面的碳顆粒濃度，從而減少包裹物的生成，但是存在以下缺點：鉭等金屬價格比較昂貴，做成坩堝涂層等增加額外的工藝過程，造成成本增加，另外環境引入額外雜質，對晶體成晶質量造成隱患；生長腔內的多孔石墨網處會有SiC晶體結晶，阻擋了粉料中SiC氣相組分的向上輸運，生長速率大大降低，影響了產率，增加了成本。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明采取的技術方案為：

本發明提出了一種持續供料的SiC單晶生長系統，包括：生長爐、坩堝和傳動裝置，其中，所述坩堝包括：上坩堝和下坩堝，其中，所述上坩堝固定于爐腔的上部，在所述上坩堝內的頂部固定有籽晶；所述下坩堝位于爐腔的下部，在所述下坩堝內設有SiC粉料，且多個所述下坩堝分別設置于所述傳動裝置上，通過所述傳動裝置將所述多個下坩堝交替上升至爐腔的上部與所述上坩堝連接，進行所述SiC粉料的持續替換。

進一步的，所述傳動裝置包括：傳動機、傳動桿和支撐板，其中，所述傳動桿一端伸入爐體與所述支撐板相連，所述下坩堝設置于所述支撐板上，所述傳動桿的另一端位于爐外且與所述傳動機相連。

進一步的，所述傳動桿與爐體的連接處采用密封件進行密封。

進一步的，所述上坩堝和下坩堝進行卡接。

進一步的，還包括：設置于爐腔的隔熱層和感應線圈，其中，所述坩堝設置于所述隔熱層內，所述感應線圈設置于所述隔熱層的外部。

進一步的，所述隔熱層的底部為開口，所述支撐板通過所述開口上升，將所述開口進行密封。

進一步的，所述支撐板與隔熱層的材質相同。

進一步的，所述隔熱層的頂部設有測溫孔。

進一步的，所述爐體上還設有氣體入口，用于調節爐腔內的壓力。

在本發明的另一方面，提出了一種利用前面所述的SiC單晶生長系統生長單晶的方法，包括以下步驟：

（1） 將SiC粉料放置下坩堝內，將籽晶固定于上坩堝內的頂部；

（2）通過傳動裝置將下坩堝升至爐腔的上部與所述上坩堝連接；

（3）向爐腔內充入氣體，使爐腔內維持一定的壓力，感應加熱使得上部爐腔內的溫度升高；

（4）降低爐腔內壓力，使SiC粉料開始升華，晶體開始生長；

（5）生長一定時間后，升高爐腔內壓力，使得晶體停止生長；

（6）通過傳動裝置把盛有消耗過SiC粉料的下坩堝降下，把盛有新SiC粉料的另外一個下坩堝升到爐腔上部，與上坩堝連接，感應加熱一段時間；

（7）重復所述步驟（4）-（6），直至多個下坩堝內的新SiC粉料都消耗完畢；

（8）降低溫度，取出生長完畢的晶體。