[發明專利]碳化硅晶體生長裝置、系統及方法

在審

• 申請號: 202210981679.1
• 申請日: 2022-08-16
• 公開（公告）號: CN115182038A
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發明（設計）人: 周榮國;鄒路;劉鵬
• 申請（專利權）人: 寧波恒普真空科技股份有限公司
• 主分類號: C30B23/00
• 分類號: C30B23/00;C30B28/12;C30B29/36
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 孫玲

本發明公開一種碳化硅晶體生長裝置，涉及碳化硅晶體生長技術領域，在坩堝組件內設置有筒狀的過濾組件，過濾組件的外壁與坩堝組件的內壁之間形成有用于放置碳化硅原料的環形原料腔；本發明中環形原料腔靠近坩堝組件內壁設置，保證原料區域溫度的均勻性，避免碳化硅原料在傳質過程中產生重結晶；而且過濾組件能對石墨化顆粒進行阻擋，減少碳包裹物的產生；導流環的材質為石墨，且其下表面形成有平面阻擋區，在碳化硅晶體生長初期，富硅氣相組分與導流環下表面接觸時，反應生成氣相組分SiC，減小富硅氣氛帶來的不良影響。本發明還公開一種碳化硅晶體生長方法，通過升溫?保溫?降溫的方式對碳化硅原料進行預處理，提高生成的碳化硅晶體的質量。

技術領域

本發明涉及碳化硅晶體生長技術領域，特別是涉及一種碳化硅晶體生長裝置、系統及方法。

背景技術

碳化硅作為碳和硅穩定的化合物，因為其特殊的物理結構性質，不同型體的電學性能與光學性能，使其成為高頻、大功率、耐高溫的半導體器件優選材料，從而推動了相關設備制造行業的技術發展。目前，碳化硅主要的制備方法有液相外延法(LPE，Liquid PhaseEpitaxy)、化學氣相沉積法(CVD，Chemical Vapor Deposition)、物理氣相傳輸法(PVT，Physical VaporTransport)。現在商用碳化硅生長最成熟的方法是PVT法，此方法在晶體生長容器高溫區中，將碳硅化合物原料置于其中，通過控制生長容器中的溫度，將碳硅化合物原料不斷加熱至升華溫度，升華的碳硅化合物原料上升至溫度較低的碳化硅籽晶上冷凝沉積；在不斷升華條件下，反應不間斷的進行，在碳化硅籽晶上不斷累積結晶形成一塊完整的碳化硅結晶體。

如圖1所示，現有的晶體生長容器隨著坩堝直徑的增加，感應加熱的趨膚效應(感應加熱的最大電流密度出現在被加熱體橫截面的表層，并以指數函數的規律向心部衰減，這種現象稱之為趨膚效應，表現為表面發熱量大、溫度高，心部發熱量少、溫度低，造成區域溫差大)將體現的愈加明顯，原料區域的溫度差異將進一步放大，導致原料區域要做到溫度均勻是非常困難的，電阻加熱方式也存在類似的問題。

而區域溫度差異必然造成原料蒸發速度的差異，隨著晶體生長時間的推移，坩堝內側表層與中心區域的碳化硅原料蒸發量差異不斷放大，表現為坩堝內側表層粉體不斷趨于石墨化，中心區域粉體不斷趨于重結晶(碳化硅重結晶后體積密度提高)，如圖2所示。由于石墨與重結晶碳化硅存在較大的熱導率差異，使得溫場不斷地進行重新分布，也就是說，在晶體生長過程中原料區域的溫場分布處于一個動態的變化過程，這又增加了不同區域、不同長晶階段的碳化硅分解氣相組分的不確定性；此外，低溫區的重結晶有很大概率使得碳化硅氣相組分的傳輸通道堵塞。這些無疑使得在不同的生長界面，其氣相組分和擴散通量處于失控狀態，大大增加了工藝的難度，并降低了晶體生長的良率。

發明內容

本發明的目的之一是提供一種碳化硅晶體生長裝置，能夠保證原料區域內溫度的均勻性，有效避免碳化硅原料在傳質過程中產生重結晶，而且能夠減少在碳化硅晶體中產生碳包裹物，并減少碳化硅晶體生長初期富硅氣氛帶來的不良影響。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

本發明提供一種碳化硅晶體生長裝置，包括坩堝組件，所述坩堝組件內設置有籽晶組件；所述坩堝組件內還設置有筒狀的過濾組件，所述過濾組件的外壁與所述坩堝組件的內壁之間形成有用于放置碳化硅原料的環形原料腔，所述環形原料腔的頂部設置有防止碳化硅氣相組分泄漏的密封組件；所述過濾組件能夠對所述碳化硅原料進行阻擋，并允許所述碳化硅原料加熱后產生的碳化硅氣相組分穿過；所述密封組件上設置有導流環，所述導流環的頂部設置有所述籽晶組件，底部搭接于所述密封組件上，所述導流環的內壁向內凸出所述過濾組件的內壁，所述導流環的下表面形成有平面阻擋區，其中，所述導流環為石墨導流環。

優選的，所述過濾組件為圓筒狀的過濾網，所述坩堝組件為圓筒狀的坩堝組件，所述過濾網與所述坩堝組件同軸設置，且所述過濾網的底部與所述坩堝組件的底部密封抵接。