[實(shí)用新型]大尺寸碳化硅晶體生長裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201822198340.6
• 申請(qǐng)日: 2018-12-25
• 公開（公告）號(hào): CN209522952U
• 公開（公告）日: 2019-10-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 戚祖強(qiáng);肖錦先;李海軍;盧萬佳;黃金平;劉勇;汪志超
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 戚祖強(qiáng)
• 主分類號(hào): C30B23/00
• 分類號(hào): C30B23/00;C30B29/36
• 代理公司: 深圳市明日今典知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 44343
• 代理人: 王杰輝;梁悄

本實(shí)用新型提供一種大尺寸碳化硅晶體生長裝置，包括真空腔室、感應(yīng)線圈和坩堝；真空腔室位于感應(yīng)線圈內(nèi)的中央位置；坩堝位于真空腔室中心位置；坩堝包括坩堝體和坩堝上蓋，坩堝上蓋蓋合于坩堝體頂部；坩堝上蓋下方設(shè)置有上蓋籽晶托；感應(yīng)線圈用于加熱坩堝，感應(yīng)線圈在碳化硅晶體生長過程中根據(jù)碳化硅粉料量的變化控制坩堝縱向上的溫度梯度。通過可根據(jù)碳化硅粉料量的變化控制坩堝縱向上的溫度梯度的感應(yīng)線圈的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)碳化硅粉料和籽晶之間溫度梯度的控制，有助于降低碳化硅晶體的內(nèi)應(yīng)力、減少碳化硅晶體的缺陷、提高碳化硅晶體質(zhì)量及生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)大尺寸、高有效厚度的碳化硅晶體的生長。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及晶體生長設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種大尺寸碳化硅晶體生長裝置。

背景技術(shù)

第三代半導(dǎo)體材料碳化硅晶體也被稱為寬禁帶半導(dǎo)體，主要具有以下優(yōu)點(diǎn)：1.高禁帶寬度，2.高擊穿場強(qiáng)，3.高飽和電子漂移速率，4.高熱導(dǎo)率。

因此，在高電壓、高功率、高頻率及高溫場景應(yīng)用中具有顯著優(yōu)勢，主要應(yīng)用于功率半導(dǎo)體器件、微波射頻高頻器件。SiC器件在節(jié)能降耗方面有顯著的優(yōu)勢，可以提高太陽能和風(fēng)力發(fā)電轉(zhuǎn)換效率10％以上，降低高鐵能耗20％左右，延長新能源汽車?yán)锍?0％-20％以上，還可以減少功率模塊的體積、重量，滿足電力傳輸、軌道交通、新能源汽車、通信、現(xiàn)代國防武器裝備等重大戰(zhàn)略領(lǐng)域?qū)Ω咝阅?、大功率器件的迫切需求。因此，SiC器件被譽(yù)為帶動(dòng)“新能源革命”的綠色器件。

比較成熟的碳化硅晶體生長技術(shù)為物理氣相傳輸(PVT)法。PVT法使用中頻電源為感應(yīng)線圈供電，感應(yīng)線圈在中頻交變電流作用下，周圍產(chǎn)生交變磁場。交變磁場的電磁感應(yīng)作用使置于感應(yīng)線圈中的高密度石墨坩堝表層產(chǎn)生封閉的感應(yīng)電流即渦流，石墨坩堝表面在渦流作用下產(chǎn)生的高密度電流的電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，使坩堝表層溫度升高，并向坩堝?nèi)部傳導(dǎo)，加熱置于坩堝底部的碳化硅原料，并通過熱輻射加熱石墨坩堝內(nèi)部的氣體，包括碳化硅原料升華、分解產(chǎn)生的Si、SiC、Si₂C、SiC₂等氣相組分。碳化硅籽晶置于坩堝頂部，處于相對(duì)低溫區(qū)，碳化硅粉料置于高溫區(qū)。氣相組分在溫度梯度的驅(qū)動(dòng)下向低溫區(qū)傳輸，在碳化硅籽晶表面沉積生長為碳化硅晶體。(溫度梯度是碳化硅晶體生長的驅(qū)動(dòng)力。)

現(xiàn)有技術(shù)方案所使用的線圈排布均勻，碳化硅粉料位于加熱線圈中，感應(yīng)線圈產(chǎn)生的渦流直接加熱碳化硅粉料所處區(qū)域的石墨坩堝，石墨坩堝通過熱傳導(dǎo)直接加熱碳化硅粉料；籽晶位于加熱線圈上部，主要通過石墨坩堝的熱輻射被加熱，籽晶處于相對(duì)的低溫區(qū)。因此，籽晶與碳化硅粉料之間的溫度梯度是由感應(yīng)線圈與碳化硅粉料和籽晶的相對(duì)位置所決定的。在晶體生長過程中，碳化硅粉料不斷被消耗，碳化硅粉料頂部與籽晶之間的高度差在不斷變化，籽晶與碳化硅粉料之間的溫度梯度也隨之改變，碳化硅粉料升華后，碳化硅不能在籽晶處獲得穩(wěn)定的溫度生長結(jié)晶，不利于大尺寸碳化硅晶體的生長。因此，有必要提供一種碳化硅生長裝置，改變其熱場結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，優(yōu)化碳化硅粉料與籽晶之間的溫度梯度，實(shí)現(xiàn)大尺寸、高有效厚度的碳化硅晶體的生長。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種大尺寸碳化硅晶體生長裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)中碳化硅晶體生長裝置不能滿足生長大尺寸、高有效厚度的碳化硅晶體的問題。

為解決上述問題，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案：

一種大尺寸碳化硅晶體生長裝置，包括真空腔室、感應(yīng)線圈和坩堝；真空腔室位于感應(yīng)線圈內(nèi)的中央位置；坩堝位于真空腔室中心位置；坩堝包括坩堝體和坩堝上蓋，坩堝上蓋蓋合于坩堝體頂部；坩堝上蓋下方設(shè)置有上蓋籽晶托，上蓋籽晶托位于坩堝體和坩堝上蓋蓋合的范圍內(nèi)，上蓋籽晶托位于坩堝體的頂部；感應(yīng)線圈用于加熱坩堝，感應(yīng)線圈在碳化硅晶體生長過程中根據(jù)碳化硅粉料量的變化控制坩堝縱向上的溫度梯度。

進(jìn)一步地，感應(yīng)線圈為螺旋形感應(yīng)線圈，螺旋形感應(yīng)線圈各相鄰兩匝的間距從下到上逐漸增大。