[發明專利]具有生長氣氛中碳硅比例調節功能的碳化硅單晶生長設備

有效

• 申請號: 202110608165.7
• 申請日: 2021-06-01
• 公開（公告）號: CN113337893B
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發明（設計）人: 陳啟生;許學仁
• 申請（專利權）人: 中科匯通（內蒙古）投資控股有限公司
• 主分類號: C30B29/36
• 分類號: C30B29/36;C30B23/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明申請公開了一種具有生長氣氛中碳硅比例調節功能的碳化硅單晶生長設備，包括石英管、感應線圈和石墨坩堝，所述石墨坩堝包括碳化硅粉末加熱區、生長腔室和籽晶托，所述碳化硅粉末加熱區與所述生長腔室之間還設有第二蓋板和第三蓋板，所述碳化硅粉末加熱區底部設有穿過碳化硅粉末的豎直氣管。本發明申請的技術方案采用石墨坩堝底部結構和多蓋板相配合的結構，實現了對碳化硅粉末加熱區的多空間分隔，改變了碳化硅粉末升華后氣體組分的輸出路徑，使得升華氣體多次通過碳化硅粉末并形成持續大循環，使得碳化硅粉末得到多次重復加熱，協調富硅組分和富碳組分氣體的升華速度，進而獲得高質量的碳化硅單晶。

技術領域

本發明涉及碳化硅單晶生長領域，更具體地，涉及一種具有生長氣氛中碳硅比例調節功能的碳化硅單晶生長設備。

背景技術

碳化硅是第三代半導體材料的典型代表，目前碳化硅的生長技術主要以物理氣相輸運(PVT)為主，其原理是通過加熱線圈感應方式使石墨坩堝整體發熱，坩堝底部碳化硅粉末溫度高，頂部籽晶溫度低，使坩堝內部形成軸向溫度梯度，碳化硅粉末在坩堝底部受熱升華后在籽晶生長面上實現碳化硅單晶的生長。

碳化硅單晶生長初期，硅組分會在坩堝內優先升華，使得碳化硅粉末中的相對硅含量越來越低，導致在碳化硅晶體生長中后期，碳化硅粉末中剩余的未升華的碳化硅粉末變得越來越富含碳，進而在生長氣氛中出現碳硅比例大幅超過1：1，在籽晶生長面處造成硅流量偏低，生長表面出現碳化問題，并由此導致碳化硅單晶內部缺陷增多的問題。

因此，設計一種新型結構的石墨坩堝，使得在碳化硅單晶生長的初期和中后期，生長氣氛中的碳硅比例都能處于合理的比例范圍，將有助于獲得低缺陷高質量的碳化硅單晶。

發明內容

就上述現有技術存在的問題，本發明申請通過對石墨坩堝的碳化硅粉末存放區結構進行優化設計，采用多蓋板分隔的方式形成多個空間，利用空間結構實現碳化硅粉末升華氣體組分輸送通道路徑的改變，使得碳化硅粉末中氣相碳和氣相硅組分的揮發速度和揮發量得到合理匹配，從而調節生長氣氛中的碳硅比例，進而獲得高質量的碳化硅單晶。

為實現上述目的，本發明申請提出了一種具有生長氣氛中碳硅比例調節功能的碳化硅單晶生長設備，其采用的主要技術方案如下：

包括石英管、感應線圈和石墨坩堝，所述石墨坩堝包括碳化硅粉末加熱區、生長腔室和籽晶托，所述碳化硅粉末加熱區由第一蓋板和石墨坩堝底部構成，所述碳化硅粉末加熱區與所述生長腔室之間還設有第二蓋板和第三蓋板，所述碳化硅粉末加熱區底部設有穿過碳化硅粉末的豎直氣管，所述碳化硅粉末加熱區與石墨坩堝內壁之間至少設有一條氣體通道與所述豎直氣管的底部相通，所述氣體通道的上端與第一蓋板及第二蓋板之間的半密閉空間相連通。

本發明申請還包括如下附屬的技術方案：

第一蓋板和石墨坩堝底部構成半密閉空間，所述碳化硅粉末加熱區在裝填完碳化硅粉末后仍留有空間。

所述豎直氣管的頂部超過所述碳化硅粉末的上表面。

所述第三蓋板位于所述第二蓋板的上方，所述第三蓋板和第二蓋板之間構成半密閉空間。

所述第一蓋板、第二蓋板和第三蓋板的直徑依次增大。

所述石墨坩堝的內壁包括第一蓋板固定塊、第二蓋板固定塊和第三蓋板固定塊。由于第一蓋板固定塊、第二蓋板固定塊和第三蓋板固定塊都是具有一定寬度的環形條，因此當第一蓋板、第二蓋板和第三蓋板安裝到位后，會利用各自的重力作用于各個蓋板固定塊之間形成密封配合。

所述豎直氣管的底部設有與所述氣體通道相通的進氣口，所述豎直氣管的下部1/3高度范圍的外表面存在貫通的第一氣孔，所述豎直氣管超過碳化硅粉末上表面的上部外表面存在貫通的第二氣孔，豎直氣管第一氣孔所在橫截面內的氣孔數量多于第二氣孔所在橫截面內的氣孔數量，第二氣孔的存在可以使得豎直氣管內的氣體形成循環驅動力。