The invention discloses a kind of aluminum nitride single crystal growth device and process without seed crystal bonding technology, and relates to the semiconductor manufacturing technology. The growth device includes a heating system, infrared temperature measurement system, seed, growth crucible, crucible separator and double nested in the outer crucible; heating system; crucible bottom and top with the temperature difference in the heat preservation material; crucible; seed placed at the bottom of the crucible; double layer nested partitions placed vertically in the crucible crucible on the side, including the inner and outer crucible crucible; the inner layer and the outer layer of the wall of the crucible height remains the same; high purity aluminum nitride powder is filled between the inner and outer side wall of the crucible. The invention can reduce aluminum nitride crystal impurity doping, improve its crystal quality, crystal and increase the usable area, easy to use, is conducive to the realization of aluminum nitride crystal low cost preparation, can avoid the use of adhesive seed technology and influence of aluminum nitride crystal growth.
【技术实现步骤摘要】
一种无需籽晶粘接技术的氮化铝单晶生长装置及方法
本专利技术涉及半导体制造装置及工艺,尤其涉及一种无需籽晶粘接技术的氮化铝(AlN)单晶生长装置及工艺方法。
技术介绍
第三代半导体材料的禁带宽度一般大于3.0电子伏,因此又被称为宽禁带半导体,氮化铝材料就属于其中,它具有高热导率、高击穿场强、高饱和电子漂移速率和高键合能等优异性能,在高温、高频、高功率及抗辐射器件方面拥有巨大的应用前景,对于氮化铝单晶材料的研究和开发已经成为了半导体领域的一个热点。目前,主要采用物理气相输运(PVT)的办法来制备氮化铝单晶,物理气相输运方法指的是利用保温系统在各处厚度的不同人为设置高温区和低温区,固态原料在高温区蒸发,沿温度梯度利用蒸气的扩散和气相的输运在低温区生长为晶体,使用该方法可以利用晶体原料自发成核生长出单晶,但自发形核只能得到毫米级小晶粒。1英寸以上单晶体则必须利用籽晶沉积而获得。物理气相输运法具有生长速率快、结晶完整性好等特点,大量的研究表明,物理气相输运法是制备大尺寸氮化铝单晶的最有效途径之一。在使用物理气相输运方法的过程之中,现有传统的装置及工艺一般将坩埚顶部设置为低温区,底部设置为高温区,将籽晶粘接在坩埚顶盖上。但与碳化硅单晶生长相比,在氮化铝单晶生长过程中使用籽晶粘接技术则存在着巨大困难:(一)籽晶粘接技术需用到高温粘接剂(耐温高达2300℃以上),能达到如此高温的粘接剂主要含碳成分,碳(C)是AlN单晶主要的杂质来源,对其晶体质量有严重危害,同时还对钨坩埚钨加热器组件有腐蚀和脆化作为。但是非含碳高温粘接剂种类很少,价格昂贵且粘接效果明显不如含碳粘接剂;(二 ...
【技术保护点】
一种无需籽晶粘接技术的氮化铝单晶生长装置,包括:加热系统、红外测温系统、籽晶、生长坩埚、坩埚隔板和双层嵌套式坩埚;加热系统置于所述生长装置的最外侧,加热系统由感应线圈和石墨构成;加热系统的顶部保温材料厚度大于底部保温材料,使得底部保温性能弱于顶部,温度梯度倒置,坩埚底部与顶部具有温度差;坩埚置于保温材料内,坩埚底部正中设有下开口;红外测温系统通过下开口进行红外测温;在坩埚的底部放置籽晶;坩埚隔板的中间设有一个大圆孔,在坩埚隔板上均匀分布多个小圆孔;双层嵌套式坩埚竖直放置在坩埚隔板的上侧,包括内层坩埚和外层坩埚;内层坩埚只有侧壁,中空无底;内层坩埚的侧壁与外层坩埚的壁的高度保持相同;内层坩埚的侧壁与外层坩埚的侧壁之间填充高纯氮化铝粉。
【技术特征摘要】
1.一种无需籽晶粘接技术的氮化铝单晶生长装置,包括:加热系统、红外测温系统、籽晶、生长坩埚、坩埚隔板和双层嵌套式坩埚;加热系统置于所述生长装置的最外侧,加热系统由感应线圈和石墨构成;加热系统的顶部保温材料厚度大于底部保温材料,使得底部保温性能弱于顶部,温度梯度倒置,坩埚底部与顶部具有温度差;坩埚置于保温材料内,坩埚底部正中设有下开口;红外测温系统通过下开口进行红外测温;在坩埚的底部放置籽晶;坩埚隔板的中间设有一个大圆孔,在坩埚隔板上均匀分布多个小圆孔;双层嵌套式坩埚竖直放置在坩埚隔板的上侧,包括内层坩埚和外层坩埚;内层坩埚只有侧壁,中空无底;内层坩埚的侧壁与外层坩埚的壁的高度保持相同;内层坩埚的侧壁与外层坩埚的侧壁之间填充高纯氮化铝粉。2.如权利要求1所述无需籽晶粘接技术的氮化铝单晶生长装置,其特征是,加热系统的加热方式包括感应加热或电阻加热。3.如权利要求1所述无需籽晶粘接技术的氮化铝单晶生长装置,其特征是,加热系统中,感应线圈通入电流对石墨加热的方式进行加热。4.如权利要求1所述无需籽晶粘接技术的氮化铝单晶生长装置,其特征是,坩埚选取碳化钽粉烧结的碳化钽陶瓷坩埚、金属钽表面碳化的钽坩埚或钨坩埚;坩埚的材料为碳化钽、钽、氮化硼或钨。5.如权利要求1所述无需籽晶粘接技术的氮化铝单晶生长装置,其特征是,坩...
【专利技术属性】
技术研发人员:吴洁君,朱星宇,程玉田,李孟达,韩彤,于彤军,张国义,
申请(专利权)人:北京大学,
类型:发明
国别省市:北京,11
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。