[發(fā)明專利]一種碳化硅蒸汽制備裝置

在審

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• 申請日: 2021-04-19
• 公開（公告）號: CN113005513A
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 葉宏倫;蔡斯元;蔡期開;洪天河;鐘其龍;劉崇志
• 申請（專利權(quán)）人: 芯璨半導(dǎo)體科技（山東）有限公司
• 主分類號: C30B23/00
• 分類號: C30B23/00;C30B29/36
• 代理公司: 泉州市文華專利代理有限公司 35205
• 代理人: 陳雪瑩

本發(fā)明涉及一種碳化硅蒸汽制備裝置，包括進料機構(gòu)、分離機構(gòu)和氣相輸運機構(gòu)；進料機構(gòu)設(shè)置在分離機構(gòu)的上端，氣相輸運機構(gòu)設(shè)置在分離機構(gòu)的側(cè)部。進料機構(gòu)包括料槽、臺柱、蓋板和激光模塊；料槽和臺柱配合形成進料通道。本發(fā)明通過進料通道進行投料，通過脈沖激光束對投料照射，使得源料快速升華出氣相物質(zhì)，形成碳化硅蒸汽，之后通過載氣輸送并沿石墨通道輸送至晶錠生長裝置。本發(fā)明通過載氣對氣相物質(zhì)進行輸運，而暫未升華的源料掉落回收槽，進而實現(xiàn)固氣分離，因為加熱升華的加熱點固定，而源料連續(xù)替換，源料不會發(fā)生石墨陶瓷化的現(xiàn)象。而未被完全利用的源料經(jīng)過簡單的除碳處理即可重新利用，源料的綜合利用率更高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及碳化硅晶錠生長設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種碳化硅蒸汽制備裝置。

背景技術(shù)

目前碳化硅單晶錠主要量產(chǎn)技術(shù)為籽晶升華法，也被稱為物理氣相輸運生長法PVT。籽晶升華法是在真空環(huán)境下，對碳化硅源料加熱，使碳化硅源料升華為氣相物質(zhì)，碳化硅源料升華的主要氣相物質(zhì)是Si、Si₂C、SC₂。之后載氣把氣相物質(zhì)輸運到籽晶位置上以凝固的方式生長單晶錠。晶錠生長過程中，長時間使用高純度的載氣如氬Ar或氦He。碳化硅源料放置在石墨坩堝內(nèi)，一般是通過射頻感應(yīng)或電阻加熱至2300-2400℃，籽晶溫度設(shè)定在比蒸發(fā)源溫度低約100℃，這樣使得升華的碳化硅SiC物質(zhì)可以在籽晶結(jié)晶，如圖1所示。

生長溫度在2300-2400℃時，從碳化硅源料輸運到籽晶的主要物質(zhì)是Si、C、SiC、Si₂C、SiC₂。由于碳化硅SiC源料中硅Si的優(yōu)先蒸發(fā)，使得在升華法生長過程中，發(fā)生源料的石墨化。同時在源料中富碳顆粒與石墨顆粒陶瓷體會發(fā)生繞結(jié)，并形成由底部向上并朝縱軸向上匯聚的孔道，底部生成的氣相組成分沿著這些孔道向氣相區(qū)輸運。生長源料是沒辦法充份的利用，生長時間越長，源料石墨化會越重，陶瓷顆粒加大，并把縱軸向上匯聚的孔道堵塞，使底部生成的氣相物質(zhì)成分無法向上輸運。源料石墨陶瓷化會造成源料氣相物質(zhì)枯竭，晶錠生速率在很大程度上受限制，同時還使得籽晶升華法難以制備大尺寸碳化硅單晶錠。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種碳化硅蒸汽制備裝置，其能夠杜絕生長源料發(fā)生石墨陶瓷化現(xiàn)象。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種碳化硅蒸汽制備裝置，其包括進料機構(gòu)、分離機構(gòu)和氣相輸運機構(gòu)；所述進料機構(gòu)設(shè)置在分離機構(gòu)的上端，所述氣相輸運機構(gòu)設(shè)置在分離機構(gòu)的側(cè)部；

所述進料機構(gòu)包括料槽、臺柱、蓋板和激光模塊；所述料槽和臺柱配合形成一橫截面為新月狀、截面大小自上而下遞減且傾斜的進料通道；所述蓋板可拆卸地封堵進料通道上端的進料口；所述激光模塊發(fā)射的激光照射到進料通道下端的出料孔；

所述分離機構(gòu)包括封閉的腔體，所述出料孔連通該腔體；所述腔體的一側(cè)設(shè)有用于通載氣的若干進氣口，腔體相對的另一側(cè)設(shè)有出氣口，腔體的底部設(shè)有回收槽；

所述氣相輸運機構(gòu)包括石墨通道以及對石墨通道加熱的加熱部件；所述石墨通道與出氣口連通。

優(yōu)選地，所述料槽的底面低于臺柱的底面形成錯位的出料孔，臺柱的底部邊角設(shè)為圓角。

優(yōu)選地，所述進料機構(gòu)還包括用于對所述進料通道產(chǎn)生振動的超聲波振蕩機。

優(yōu)選地，所述蓋板上設(shè)有一連通進料通道的用于通載氣的第一進氣孔。

優(yōu)選地，所述臺柱上設(shè)有貫穿其的通氣管，該通氣管用于通載氣，通氣管的出口靠近所述出料孔設(shè)置；所述通氣管的進口設(shè)置在立柱的側(cè)邊或頂面，通氣管設(shè)置在立柱的頂面時，所述蓋板還封蓋立柱的頂部，在蓋板上設(shè)有與通氣管配合的第二進氣孔。

優(yōu)選地，所述料槽與蓋板通過法蘭連接。

優(yōu)選地，所述臺柱的下端設(shè)有用于固定激光模塊的溝槽。