[發明專利]一種采用PVT法制備碳化硅單晶的生長裝置

在審

• 申請號: 202110550421.1
• 申請日: 2021-05-20
• 公開（公告）號: CN113106549A
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發明（設計）人: 劉鵬;徐文立;潘建棟;袁曉蕓
• 申請（專利權）人: 寧波恒普真空技術有限公司
• 主分類號: C30B29/36
• 分類號: C30B29/36;C30B23/00
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 張德才

本發明公開一種采用PVT法制備碳化硅單晶的生長裝置，涉及碳化硅單晶的制備及晶體生長技術領域，包括密封腔、加熱結構、保溫結構、測溫機構、旋轉機構和升降機構；保溫結構設于密封腔內；加熱結構設于保溫結構內，測溫機構設于密封腔上；坩堝設于保溫結構內，籽晶托設于坩堝內；旋轉機構用于驅動坩堝的旋轉，升降機構用于驅動坩堝的升降，或，所述旋轉機構用于驅動所述籽晶托的旋轉，所述升降機構用于驅動所述籽晶托的升降。加熱結構能實現對坩堝的底部、四周和頂部的分別加熱，并能夠通過調整單個加熱電阻的功率實現徑向溫度梯度和軸向溫度梯度的調節，使坩堝周圍的徑向溫度梯度和軸向溫度梯度處于最合適的狀態，能更好的促進晶體的生長。

技術領域

本發明涉及碳化硅單晶的制備及晶體生長技術領域，特別是涉及一種采用PVT法制備碳化硅單晶的生長裝置。

背景技術

碳化硅是一種優質的寬帶隙半導體材料，具有寬禁帶、高擊穿電場、高熱導率、高飽和電子漂移速率等優點，可以滿足高溫、大功率、低損耗大直徑器件的需求。碳化硅單晶無法經過熔融法形成，而基于改進型Lely法的升華生長技術——物理氣相傳輸法是獲得碳化硅單晶的常用方法。PVT法制備碳化硅單晶的生長原理是：高純碳化硅粉源在高溫下分解形成氣態物質(主要為Si、SiC₂、Si₂C等)，這些氣態物質在過飽和度的驅動下，升華至冷端的籽晶處進行生長。過飽和度是由籽晶與粉源之間的溫度梯度引起的。

對于現有技術的生長裝置，加熱方式多采用單線圈中頻感應加熱，晶體生長過程中，感應線圈通過調整線圈的功率和線圈與坩堝的相對位置來進行溫度的控制，使坩堝中碳化硅源料處和籽晶處產生適當的溫度梯度，使晶體能持續生長，感應線圈加熱的溫度調節的靈活性非常局限，當感應線圈進行軸向移動時，一方面可以調整軸向溫度，同時，徑向的溫度梯度也會隨之改變，感應線圈在調節溫度時有一定的聯動性，在生長中溫度的控制不夠準確，這樣會影響晶體的生長質量和生長速度，不利于大尺寸高質量晶體的生長，而石墨加熱的方式則可以解決這一問題。

發明內容

為解決以上技術問題，本發明提供一種采用PVT法制備碳化硅單晶的生長裝置，使用石墨電阻加熱，使晶體生長的溫度調節更加靈活可控，更加簡單精確地控制坩堝達到適宜的軸向和徑向溫度梯度；可有效降低晶體生長的缺陷，保證了晶體的質量。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

本發明提供一種采用PVT法制備碳化硅單晶的生長裝置，包括密封腔、加熱結構、保溫結構、測溫機構、旋轉機構和升降機構；所述保溫結構設置于所述密封腔內；所述加熱結構設置于所述保溫結構內，所述測溫機構設置于所述密封腔上；坩堝設置于所述保溫結構內，籽晶托設置于所述坩堝內；

所述旋轉機構用于驅動所述坩堝的旋轉，所述升降機構用于驅動所述坩堝的升降，或，所述旋轉機構用于驅動所述籽晶托的旋轉，所述升降機構用于驅動所述籽晶托的升降。

可選的，所述旋轉升降機構設置于所述坩堝的底部或頂部；或，所述旋轉升降機構設置于所述坩堝內上部，所述籽晶托設置于所述旋轉升降機構底部。

可選的，所述密封腔包括腔體、上法蘭和下法蘭，所述上法蘭可開啟的設置于所述腔體頂部，所述下法蘭可開啟的設置于所述腔體底部；所述腔體上設置有抽氣口。

可選的，所述加熱結構包括上部加熱區域、下部加熱區域和中部加熱區域；所述上部加熱區域、所述下部加熱區域和所述中部加熱區域獨立運行或組合運行；所述上部加熱區域設置于所述保溫結構內上部；所述下部加熱區域設置于坩堝的底部；所述中部加熱區域設置于所述坩堝的四周。

可選的，所述上部加熱區域、所述下部加熱區域和所述中部加熱區域均包括多個獨立運行或組合運行的加熱電阻。

可選的，所述測溫機構包括上部測溫設備、下部測溫設備和中部測溫設備，所述上部測溫設備和所述下部測溫設備分別設置于所述密封腔頂部和底部，所述中部測溫設備位于密封腔的中部。