[發(fā)明專(zhuān)利]碳化硅單晶的制備裝置及其應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911032080.8
• 申請(qǐng)日: 2019-10-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110904508B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-01-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 方帥;高超;高宇晗;王路平;王宗玉;張九陽(yáng);潘亞妮;寧秀秀;李霞;舒天宇;許曉林;薛傳藝
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 山東天岳先進(jìn)科技股份有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): C30B29/36
• 分類(lèi)號(hào): C30B29/36;C30B23/00
• 代理公司: 北京君慧知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11716
• 代理人: 王寬

本申請(qǐng)公開(kāi)了一種碳化硅單晶的制備裝置及其應(yīng)用，屬于單晶的制備領(lǐng)域。該碳化硅單晶的制備裝置，其包括坩堝、裝料桶和旋轉(zhuǎn)升降單元；坩堝包括上部坩堝和下部坩堝；裝料桶包括桶身和開(kāi)口部，桶身設(shè)置在下部坩堝內(nèi)，開(kāi)口部與上部坩堝轉(zhuǎn)動(dòng)連接，裝料桶和上部坩堝形成物理氣相傳輸法制備碳化硅單晶的生長(zhǎng)腔；裝料桶與下部坩堝之間形成隔離空腔；旋轉(zhuǎn)升降單元驅(qū)動(dòng)裝料桶相對(duì)于籽晶旋轉(zhuǎn)升降。該制備裝置其裝料桶在旋轉(zhuǎn)升降的過(guò)程中精確、穩(wěn)定的處于作為發(fā)熱體的坩堝的中心位置，裝料桶截面的各個(gè)方向的溫度一致使其內(nèi)部受熱均勻，進(jìn)而避免了制得的碳化硅單晶內(nèi)產(chǎn)生碳包裹體等缺陷，提高了制得的碳化硅單晶的質(zhì)量。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)涉及一種碳化硅單晶的制備裝置及其應(yīng)用，屬于單晶的制備領(lǐng)域。

背景技術(shù)

碳化硅是繼硅、砷化鎵之后的第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料之一，因其具有禁帶寬度大、飽和電子遷移率高、擊穿場(chǎng)強(qiáng)大、熱導(dǎo)率高等優(yōu)異性質(zhì)，而被廣泛應(yīng)用于電力電子、射頻器件、光電子器件等領(lǐng)域。高質(zhì)量晶體是半導(dǎo)體和信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基石，它的制備水平制約了下游器件的制備與性能。盡管近幾年物理氣象傳輸法(PVT)生長(zhǎng)碳化硅晶體取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但其生長(zhǎng)晶體的穩(wěn)定性仍需要進(jìn)一步研究。比如保溫和坩堝損耗造成其使用次數(shù)的下降和長(zhǎng)晶穩(wěn)定性的波動(dòng)。并且碳化硅晶體尺寸的擴(kuò)大能大幅降低功率器件、電子電力器件的成本。

目前所應(yīng)用的坩堝大部分與原料直接接觸，造成坩堝被侵蝕，降低壽命增加成本，降低長(zhǎng)晶的穩(wěn)定性，并且其造成的石墨化會(huì)影響晶體質(zhì)量。特別是大尺寸碳化硅(大于等于6英寸)晶體的生長(zhǎng)，更需要長(zhǎng)晶的穩(wěn)定性。任何一點(diǎn)波動(dòng)都可能導(dǎo)致晶體缺陷。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問(wèn)題，提供了一種碳化硅單晶的制備裝置及其應(yīng)用，該制備裝置其裝料桶在旋轉(zhuǎn)升降的過(guò)程中精確、穩(wěn)定的處于作為發(fā)熱體的坩堝的中心位置制得高質(zhì)量的碳化硅單晶；該碳化硅單晶的制備裝置的使用方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中坩堝內(nèi)的徑向溫度在長(zhǎng)晶過(guò)程中無(wú)法實(shí)時(shí)檢測(cè)的盲點(diǎn)；該制備方法制得的碳化硅單晶的質(zhì)量高，缺陷少，尤其是可以制得高質(zhì)量的大于等于6英寸的碳化硅單晶。

根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)方面，提供了一種碳化硅單晶的制備裝置，該制備裝置其裝料桶在旋轉(zhuǎn)升降的過(guò)程中精確、穩(wěn)定的處于作為發(fā)熱體的坩堝中心位置，減緩了原料碳化不均勻，并且坩堝內(nèi)的徑向溫度梯度小，減少了制得的碳化硅單晶的殘余內(nèi)應(yīng)力過(guò)大、碳包裹體、晶體厚度不均勻等問(wèn)題，提高了制得的碳化硅單晶的質(zhì)量。

該碳化硅單晶的制備裝置，其包括加熱單元、保溫結(jié)構(gòu)和坩堝，還包括裝料桶和旋轉(zhuǎn)升降單元；

所述坩堝包括上部坩堝和下部坩堝，所述上部坩堝的坩堝蓋內(nèi)側(cè)面設(shè)置籽晶；

所述裝料桶包括桶身和開(kāi)口部，所述桶身設(shè)置在所述下部坩堝內(nèi)，所述桶身與所述下部坩堝之間形成隔離空腔，所述開(kāi)口部與所述上部坩堝轉(zhuǎn)動(dòng)連接；所述裝料桶和所述上部坩堝形成物理氣相傳輸法制備碳化硅單晶的生長(zhǎng)腔，所述生長(zhǎng)腔包括氣相傳輸區(qū)和所述裝料桶內(nèi)的原料區(qū)；

所述旋轉(zhuǎn)升降單元驅(qū)動(dòng)所述裝料桶相對(duì)于所述上部坩堝旋轉(zhuǎn)升降。

可選地，所述生長(zhǎng)腔為密封結(jié)構(gòu)。

可選地，所述轉(zhuǎn)動(dòng)連接包括通過(guò)螺紋結(jié)構(gòu)連接。

可選地，所述上部坩堝的內(nèi)徑小于所述下部坩堝的內(nèi)徑。

優(yōu)選地，所述裝料桶的開(kāi)口部的內(nèi)徑小于或等于所述桶身內(nèi)徑。

所述加熱單元包括電阻加熱體組和感應(yīng)加熱線圈；和

所述電阻加熱體組直接加熱所述上部坩堝，所述感應(yīng)加熱線圈感應(yīng)加熱所述下部坩堝。

可選地，所述保溫結(jié)構(gòu)包括保溫側(cè)壁，所述電阻加熱體組設(shè)置在所述上部坩堝與所述保溫側(cè)壁之間，所述保溫側(cè)壁設(shè)置在所述感應(yīng)線圈和所述下部坩堝之間。

可選地，所述上部坩堝對(duì)應(yīng)的上部保溫側(cè)壁沿籽晶至原料的方向設(shè)置多個(gè)側(cè)部測(cè)溫孔。