[實用新型]一種碳化硅晶體的生長裝置

有效

• 申請號: 201821245929.0
• 申請日: 2018-08-03
• 公開（公告）號: CN208649506U
• 公開（公告）日: 2019-03-26
• 發明（設計）人: 陳華榮;張潔;廖弘基;蔡如騰
• 申請（專利權）人: 福建北電新材料科技有限公司
• 主分類號: C30B29/36
• 分類號: C30B29/36;C30B23/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本實用新型提供了一種碳化硅晶體的生長裝置，用于通過物理氣相沉積法生長碳化硅晶體，包括坩堝蓋、盛放碳化硅原料的坩堝，坩堝蓋上設置有籽晶夾持器，籽晶夾持器在碳化硅晶體生長過程中通過夾爪固定碳化硅籽晶，籽晶夾持器包括導氣孔或導氣槽或兩者兼有，導通反應時的氣流，避免氣流在夾持器內凝結。

技術領域

本實用新型涉及一種晶體的生長裝置，尤其涉及一種碳化硅晶體的生長裝置。

背景技術

碳化硅單晶材料屬于第三代寬帶隙半導體材料的代表，具有寬禁帶、高熱導率、高擊穿電場、高抗輻射能力等特點，SiC器件可用于人造衛星、火箭、雷達與通訊、空天飛行器、海洋勘探、地震預報、石油鉆井、機械加工以及汽車電子化等重要領域。此外，六方SiC與GaN晶格和熱膨脹相匹配，目前是制造高亮度GaN發光和激光二極管的理想襯底材料。

目前碳化硅單晶生長以物理氣相沉積法（PVT）為主要生長方式，已經被證明是生長SiC晶體最成熟的方法。將SiC粉料加熱到2200～2500 ℃，在一定保護氣氛下，使其升華到冷端籽晶上，結晶成為塊狀晶體。這種方法的關鍵技術有兩點，第一是建立一個合適的溫場，形成穩定的氣相SiC從高溫到低溫的輸運流，第二是使得氣相SiC可以在籽晶上形成良好的生長界面生長。同時，在生長過程中還需要控制生長室內氣體的壓力。

物理氣相沉積法（PVT）生長碳化硅單晶中籽晶的固定方式中大多采用用膠粘貼籽晶方式，但用膠粘貼籽晶方式制作時間長成本高,能承受該溫度的膠昂貴，且粘膠后需要高真空或惰性氣氛下1800-2300℃高溫處理，成本高昂且耗時長，越需要1-4天周期，導致該方法成本高昂。目前市場對碳化硅襯底基片要求越來越高，尤其是對位錯密度要求越來越高，該固定方法容易導致缺陷，膠的高溫膨脹系數與籽晶高溫膨脹系數不匹配將會導致大量的位錯缺陷產生，將對晶體質量有很大影響。另外已知的籽晶夾持方式或者固定方式只針對平面六邊缺陷，未針對和解決邊緣或者未徹底解決邊緣多晶問題及制約了晶體生長中的有效擴徑，現在已知已經通過工藝手段基本解決平面六角缺陷，更確切的說通過過濾方法將原料蒸氣中的雜質顆粒帶走并使得蒸氣到達籽晶片均勻解決了因為被雜質顆粒嵌入及蒸氣不均勻造成的平面六邊缺陷，現在的主要問題是有效控制位錯密度及邊緣多晶，并能有效地晶體進行擴徑。

目前物理氣相沉積法（PVT）籽晶以膠粘貼在坩堝蓋上進行生長，但存在四個問題：1.掉片率高。一般的膠無法承受如此高的溫度，導致掉片率非常高；2.成本高。能承受該溫度的膠昂貴，且粘膠后需要高真空或惰性氣氛下1800-2300℃高溫處理，成本高昂且耗時長，需要高溫爐或者需要大量惰性氣體及1-4天周期處理周期，導致該方法成本高昂。3.容易導致缺陷，現在已經通過工藝手段基本解決平面六角缺陷，更確切的說通過過濾方法將原料蒸氣中的雜質顆粒帶走并使得蒸氣到達籽晶片均勻解決了因為被雜質顆粒嵌入及蒸氣不均勻造成的平面六邊缺陷。但市場對碳化硅襯底基片要求越來越高，尤其是對位錯密度要求越來越高，膠的高溫膨脹系數與籽晶高溫膨脹系數不匹配將會導致大量的位錯缺陷產生，將對晶體質量有很大影響。4.已知的籽晶夾持未解決邊緣或者未徹底解決邊緣多晶問題及制約了晶體生長中的有效擴徑。

發明內容

針對上述問題，本實用新型提出了一種碳化硅晶體的生長裝置，將針對物理氣相沉積法（PVT）的碳化硅單晶生長裝置進行改進，設計出了免粘貼的籽晶夾持器，杜絕了掉片及因膠的熱膨脹不匹配而導致的晶體缺陷，另外在原料頂部增加一層多孔的、復合碳纖維結構或多孔石墨過濾層過濾碳顆粒和雜質，減少雜質裹入晶體，從而提高晶體質量。

本實用新型解決上述問題的技術方案為：一種碳化硅晶體的生長裝置，用于通過物理氣相沉積法生長碳化硅晶體，包括坩堝蓋、盛放碳化硅原料的坩堝，所述坩堝蓋上設置有籽晶夾持器，所述籽晶夾持器在碳化硅晶體生長過程中通過夾爪等支撐部件固定碳化硅籽晶，所述籽晶夾持器包括導氣孔或導氣槽或兩者兼有，導通反應時的氣流，避免氣流在夾持器內凝結。

優選地，所述導氣孔的數目為4~16個，均分在籽晶夾持器上。