[發(fā)明專利]一種利用長晶組件制備碳化硅單晶的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011257241.6
• 申請日: 2020-11-11
• 公開（公告）號: CN112481700B
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王宗玉;高超;寧秀秀;李霞;潘亞妮;高宇晗;方帥;趙樹春;楊曉俐;張九陽
• 申請（專利權(quán)）人: 山東天岳先進科技股份有限公司
• 主分類號: C30B29/36
• 分類號: C30B29/36;C30B23/00
• 代理公司: 北京君慧知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11716
• 代理人: 劉曉佳

本申請?zhí)峁┝艘环N用于PVT法制備單晶的長晶組件，包括：坩堝和位于坩堝上方的加熱裝置；加熱裝置設(shè)有多個同心設(shè)置的環(huán)形加熱溫區(qū)，以使得在制備單晶的加熱和/或長晶階段，通過控制多個同心設(shè)置的環(huán)形加熱溫區(qū)的整體加熱溫度調(diào)節(jié)坩堝內(nèi)的軸向溫梯，通過控制多個同心設(shè)置的環(huán)形加熱溫區(qū)中各個環(huán)形加熱溫區(qū)的加熱溫度調(diào)節(jié)坩堝內(nèi)的徑向溫梯。本申請?zhí)峁┑闹苽涮蓟鑶尉У难b置，能夠控制坩堝內(nèi)溫場的軸向溫梯和徑向溫梯，以提高晶體的生長速率，并保證晶體的生長環(huán)境穩(wěn)定，維持較大的晶體邊緣徑梯，提高邊緣質(zhì)量，同時獲得更大尺寸的碳化硅單晶。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請屬于單晶制備裝置技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于PVT法制備單晶的長晶組件。

背景技術(shù)

在利用PVT法制備碳化硅單晶時，碳化硅籽晶被固定在坩堝蓋的內(nèi)側(cè)頂部不動，坩堝內(nèi)裝有碳化硅長晶原料，長晶原料升華后分解的氣相在籽晶處凝結(jié)成晶體。

然而，隨著晶體的生長，原料氣相傳輸距離逐漸縮短，晶體生長界面與原料界面間的溫差逐漸減小，生長界面置于高溫區(qū)域，使得生長界面的溫度有所升高，此時氣相區(qū)在z軸方向上的溫度梯度，即軸向溫梯逐漸減小，而軸向溫梯的減小，一方面會導(dǎo)致氣氛傳輸變慢，晶錠在厚度上難以長厚；另一方面，緊鄰生長界面區(qū)域中氣象組分Si_mC_m的濃度增大，相互作用的概率也會增大，嚴(yán)重時會因氣氛的過飽和度降低而產(chǎn)生多型。

與此同時，在碳化硅長晶過程中，隨著晶體邊緣尺寸的生長，其徑向溫梯也逐漸減小，進而導(dǎo)致晶體的邊緣區(qū)域生長速率加快，一方面，由此容易產(chǎn)生微管、多型、邊緣多晶等缺陷，另一方面，籽晶的擴徑直徑也難以進一步增加。

因此，在利用PVT法制備碳化硅單晶時，特別是在長晶階段，軸向溫梯和徑向溫梯的不穩(wěn)定性，限制了碳化硅單晶的質(zhì)量和尺寸的提升。專利CN211497869U提供了一種晶體的退火處理裝置，通過在坩堝上方、下方以及四周設(shè)置加熱器，從而消除晶體內(nèi)部的應(yīng)力，降低晶體開裂的幾率，然而該裝置是針對已經(jīng)長好的晶體的后處理，無法增加晶體尺寸，也無法起到改善晶錠質(zhì)量的作用。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問題，制備獲得尺寸增大且質(zhì)量顯著提升的碳化硅單晶，一方面，本申請?zhí)峁┝艘环N用于PVT法制備單晶的長晶組件，所述長晶組件包括：

坩堝，和位于所述坩堝上方的加熱裝置；

所述加熱裝置設(shè)有多個同心設(shè)置的環(huán)形加熱溫區(qū)，以使得在制備單晶的加熱和/或長晶階段，通過控制所述多個同心設(shè)置的環(huán)形加熱溫區(qū)的整體加熱溫度調(diào)節(jié)所述坩堝內(nèi)的軸向溫梯，通過控制所述多個同心設(shè)置的環(huán)形加熱溫區(qū)中各個環(huán)形加熱溫區(qū)的加熱溫度調(diào)節(jié)所述坩堝內(nèi)的徑向溫梯。

本申請?zhí)峁┑挠糜赑VT法制備單晶的長晶組件，通過在坩堝的上方位置設(shè)置加熱裝置，以使得在坩堝上方能夠形成多個沿徑向套接的環(huán)形加熱溫區(qū)。一方面，將加熱裝置設(shè)置在坩堝的上方，使得在使用時，通過調(diào)節(jié)所有環(huán)形加熱溫區(qū)整體的溫度，能夠控制坩堝內(nèi)部熱場內(nèi)軸向溫梯，以提高晶體的生長速率，并保證晶體的生長環(huán)境穩(wěn)定，既能夠促使晶錠厚度的增長，又能夠避免因氣氛傳輸不足而產(chǎn)生多型；另一方面，各個環(huán)形加熱溫區(qū)還可以分別獨立的控制，在長晶后期，可以控制每個加熱環(huán)各自的溫度，而同心環(huán)形的設(shè)置更便于控制坩堝內(nèi)溫場在徑向上形成一定的溫度差值，例如使沿由圓心向外側(cè)方向的加熱環(huán)的溫度依次遞減，進而控制熱場中特別是晶體生長界面處的徑向溫梯，使其能夠維持穩(wěn)定的晶體邊緣徑梯，進而擴大晶體的直徑，同時提高單晶邊緣處的質(zhì)量，最終獲得高質(zhì)量、大尺寸的碳化硅晶體。

進一步地，所述多個同心設(shè)置的環(huán)形加熱溫區(qū)的圓心位于所述坩堝的中軸線上；和/或，所述多個同心設(shè)置的環(huán)形加熱溫區(qū)中，位于最外側(cè)的環(huán)形加熱溫區(qū)的外徑不小于所述坩堝的最大直徑。

如此設(shè)置以使得在環(huán)形加熱溫區(qū)處形成的溫區(qū)結(jié)構(gòu)與坩堝內(nèi)需求的溫場結(jié)構(gòu)相匹配，并且加熱面積能夠覆蓋坩堝的最大截面積。

進一步地，每個環(huán)形加熱溫區(qū)中均設(shè)置有環(huán)形加熱器，各環(huán)形加熱器彼此之間等間隔設(shè)置且具有相同的環(huán)寬。