[發明專利]一種晶體生長的裝置及方法

有效

• 申請號: 201911229012.0
• 申請日: 2019-12-04
• 公開（公告）號: CN111041553B
• 公開（公告）日: 2021-01-08
• 發明（設計）人: 張虎;劉圓圓;周敏;鄭榮慶;高立志;劉偉;周國順
• 申請（專利權）人: 山東天岳先進科技股份有限公司
• 主分類號: C30B23/00
• 分類號: C30B23/00;C30B29/36
• 代理公司: 北京君慧知識產權代理事務所(普通合伙) 11716
• 代理人: 王寬

本發明提供了一種晶體生長的裝置及方法，該裝置包括：上坩堝，其用于晶體的生長，上坩堝的底部設置有多個上篩孔；下坩堝，其位于上坩堝的下方，下坩堝的底部封閉，頂部設置有多個下篩孔，下篩孔與上篩孔錯位設置；升降裝置，包括控制上坩堝移動的第一升降裝置及控制下坩堝移動的第二升降裝置。本發明裝置能保證粉料碳化均勻徹底，還能隨時收集碳化后的粉料，大大減少了包裹體、微管、位錯等缺陷。本發明方法通過控制上坩堝的升降，使上坩堝和下坩堝貼合對接，達到晶體生長用粉料碳化均勻徹底，晶體生長缺陷少；且通過控制下坩堝的升降，使上坩堝和下坩堝分離，下坩堝收集碳化后的粉料，達到上下篩孔的定時開關、閉合，實現高品質晶體生長。

技術領域

本發明涉及一種晶體生長裝置及方法，屬于晶體生長的技術領域。

背景技術

碳化硅(SiC)單晶具有高導熱率、高擊穿電壓、載流子遷移率極高、化學穩定性很高等優良的半導體物理性質，可以制作成在高溫、強輻射條件下工作的高頻、高功率電子器件和光電子器件，在國防、高科技、工業生產、供電、變電領域有巨大的應用價值，被看作是極具發展前景的第三代寬禁帶半導體材料。

PVT法生長碳化硅單晶的生長過程是在密閉的石墨坩堝中進行，因此在高溫下生長環境處于富碳氣氛下。晶體生長初期，由于硅組分的蒸氣分壓較高，因此晶體生長界面處于硅組分和碳組分相對平衡的狀態。隨著晶體生長的進行，碳化硅原料中的硅組分不斷地升華減少，硅的流失將逐漸嚴重，粉料逐漸碳化，導致生長腔室內的氣相組分逐漸失衡成為富碳狀態。在富碳的生長環境下，晶體生長的前沿界面會有碳的富集并形成碳包裹體缺陷。包裹體缺陷會誘生微管、位錯、層錯等缺陷，嚴重影響碳化硅單晶質量。因此，如何在碳化硅單晶生長過程中，阻止中后期粉料中的碳顆粒進入晶體中，減少單晶中的碳包覆體，是目前碳化硅單晶生長過程中急需解決的一個技術難題。

CN207498521U公開了一種提升質量的碳化硅單晶生長裝置，包括石墨坩堝、石墨蓋和石墨軟氈保溫層，所述石墨蓋位于石墨坩堝頂部封閉所述石墨坩堝，所述石墨蓋內側中心突出區域粘合有籽晶片，所述石墨軟氈保溫層包覆所述石墨坩堝的周圍、頂部、底部，所述石墨坩堝內放置有碳化硅粉末，所述石墨坩堝內碳化硅粉末與籽晶片之間的區域架設石墨支撐環，所述石墨支撐環上安裝有導流筒，所述導流筒內固定一層或多層的金屬過濾片，所述金屬過濾片內均勻分布有通孔。該專利在坩堝內原料與籽晶之間的空間裝設耐高溫的金屬過濾片與導流筒，可以有效過過濾掉碳雜質，避免在晶體生長過程中形成碳包裹物；但該專利的裝置過濾碳雜質又進入坩堝原料中，粉料將不斷碳化，碳化粉料會隨著坩堝原料再次升華，影響了長晶效率和晶體的質量。

CN107059130B公開了一種減少碳化硅單晶中包裹體的新型坩堝及利用坩堝生長單晶的方法，包括外坩堝和坩堝蓋，在外坩堝內設置有內坩堝，所述的內坩堝包括底部和側壁，側壁為雙層側壁，雙層側壁包括內壁和外壁，內壁上設置有貫穿內壁的小孔，雙層側壁上端口設置有密封內壁與外壁之間夾層的環形端蓋。該發明的內坩堝將處于高溫位置容易碳化的SiC粉料封閉于內坩堝的內壁與外壁之間的夾層中，粉料碳化后的微小碳顆粒不能輸運到籽晶表面，同時內腔中的粉料對夾層中熱解的氣相起到過濾作用，避免了碳顆粒傳輸到SiC單晶表面，從而大大減少SiC單晶中的碳包裹體。但是該專利只能阻止坩堝側壁碳化后的微小碳顆粒不能輸運到籽晶表面，坩堝底部也有大量碳化后的粉料生成，不能阻止坩堝底部碳化后的微小碳顆粒不能輸運到籽晶表面，且該專利SiC粉料在該裝置內不同位置的溫度差非常大，碳化不均勻，導致氣相組分中成分不均勻，也會影響長晶的質量。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提供了一種晶體生長裝置及長晶方法，通過設置上坩堝和下坩堝，上坩堝底部設置篩孔，將碳化后的粉料從晶體生長原料中過濾掉，且通過設置升降裝置使得長晶過程中晶體生長原料碳化均勻，避免碳包裹體的缺陷。

本申請采用的技術方案如下：

本發明提供了一種晶體生長的裝置，所述裝置包括：

上坩堝，其用于晶體的生長，上坩堝的底部設置有多個上篩孔；