[發明專利]一種具有雙生長腔室的翻轉式SiC單晶生長裝置

在審

• 申請號: 202110608171.2
• 申請日: 2021-06-01
• 公開（公告）號: CN113293438A
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 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雙生長腔室的翻轉式SiC單晶生長裝置，包括加熱線圈、翻轉裝置和組合坩堝；所述組合坩堝包括第一石墨坩堝和第二石墨坩堝，所述第一石墨坩堝和第二石墨坩堝分別具有獨立的供SiC單晶生長的生長腔室；所述翻轉裝置作用下所述組合坩堝可在豎直平面內繞其中部對稱旋轉。本發明申請通過采用雙石墨坩堝對稱組合設置，并引入翻轉裝置，在碳化硅單晶生長過程中進行180度間斷式翻轉，使得碳化硅原粉可以在加熱升華一段時間后實現上部粉末和下部粉末的倒置，實現粉末的及時有效混合和充分利用，從而解決碳化硅原粉加熱升華一段時間后的富碳問題，確保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，涉及一種具有雙生長腔室的翻轉式SiC單晶生長裝置。

背景技術

作為第三代半導體材料的典型代表，碳化硅具有禁帶寬度大、擊穿電場高、熱導率大、化學穩定性高以及抗輻射能力強等優異性能，是激光器、高鐵、探測器等領域的耐高溫、抗輻射以及大功率半導體器件的適用材料。

目前碳化硅的生長技術主要以物理氣相輸運(PVT)為主，其原理是通過中頻感應方式使線圈內部的石墨坩堝整體發熱，使坩堝內部形成軸向溫度梯度，即坩堝底部碳化硅粉體原料（簡稱碳化硅原粉）溫度高，頂部籽晶溫度低，碳化硅原粉在坩堝底部受熱升華后產生大量的如Si、Si₂C、SiC₂等氣相組分，從而在溫度梯度和濃度梯度的作用下，在籽晶生長面上實現碳化硅單晶的生長。這個過程中，由于原粉中硅氣體在坩堝內優先升華，因此在晶體生長中后期，碳化硅原粉中剩余的未升華的碳化硅粉末變得越來越富含碳，使得生長腔室內的碳硅比例失調，造成碳化硅籽晶表面硅流量偏低，生長表面出現碳化問題，導致碳化硅單晶中缺陷增多。

因此，如何在生長過程中及時調整碳化硅原粉中的成分，使得碳硅比例不出現失調，有效解決生長中后期碳化硅原粉的富碳問題，對碳化硅單晶生長質量的控制非常的重要。

發明內容

就上述現有技術存在的問題，本發明申請通過采用雙石墨坩堝對稱組合設置，并引入翻轉裝置實現生長裝置在生長過程中間斷式翻轉，使得碳化硅原粉可以在加熱升華一段時間后實現上部粉末和下部粉末的倒置，實現粉末的及時有效混合和充分利用，從而解決碳化硅原粉加熱升華一段時間后的富碳問題，確保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雙生長腔室的翻轉式SiC單晶生長裝置，其采用的主要技術方案如下：

包括加熱線圈、翻轉裝置和組合坩堝；所述組合坩堝包括第一石墨坩堝和第二石墨坩堝，所述第一石墨坩堝的底部和第二石墨坩堝的底部相鄰固定，所述第一石墨坩堝和第二石墨坩堝分別具有獨立的供SiC單晶生長的生長腔室；所述加熱線圈分別獨立置于所述第一石墨坩堝和第二石墨坩堝外側；所述翻轉裝置通過支撐桿分別與所述組合坩堝的中部和端部連接，所述翻轉裝置作用下所述組合坩堝可在豎直平面內繞其中部對稱旋轉。

本發明申請還包括如下附屬的技術方案：

所述第一石墨坩堝和第二石墨坩堝的底部分別設有可供裝填碳化硅原粉的第一石墨底蓋和第二石墨底蓋。

所述第一石墨坩堝包括第一原粉腔室、第一生長腔室和第一籽晶托，所述第一原粉腔室和第一籽晶托分別位于所述第一石墨坩堝的兩端；所述第二石墨坩堝包括第二原粉腔室、第二生長腔室和第二籽晶托，所述第二原粉腔室和第二籽晶托分別位于所述第二石墨坩堝的兩端。

所述第一原粉腔室和所述第二原粉腔室對稱設置，均位于所述組合坩堝的中部。

所述第一石墨底蓋和所述第二石墨底蓋之間設有可控制連通或關閉的石墨隔板。該石墨隔板打開后，只要同時打開所述第一石墨底蓋和所述第二石墨底蓋，所述第一原粉腔室和第二原粉腔室之間就可以實現連通，彼此之間裝填的碳化硅原粉可實現混合；該石墨隔板關閉后，所述第一石墨底蓋和所述第二石墨底蓋之間被隔離。