一种高效率的碳化硅长晶方法及装置制造方法及图纸

本申请公开了一种高效率的碳化硅长晶方法及装置，属于晶体制备领域。该碳化硅长晶方法，包括如下步骤：提供坩埚、籽晶托以及驱动籽晶托翻转的驱动机构；将长晶原料放入坩埚底部的原料区，将两个籽晶分别固定在籽晶托的两个面上，并将籽晶托安装在坩埚顶部的长晶区，使第一籽晶的长晶面朝向原料区，组装后放入内部安装保温层的炉体内，在坩埚的顶部与保温层之间设置产品区；升高长晶炉的温度，使长晶原料升华分解后的升华气体沿坩埚的轴向气相传输至第一籽晶的长晶面，进行长晶，一定时间后，驱动机构驱动籽晶托旋转，使第二籽晶的长晶面朝向原料区，继续进行长晶。该长晶方法可以在单炉次中产出两块碳化硅晶体，提高生产效率，降低生产成本。

【技术实现步骤摘要】
一种高效率的碳化硅长晶方法及装置
本申请涉及一种高效率的碳化硅长晶方法及装置，属于晶体制备领域。
技术介绍
碳化硅晶体是目前碳化硅应用的最新技术产品，是继第一代半导体材料和第二代半导体材料砷化镓后发展起来的第三代半导体材料，与硅和砷化镓为代表的传统半导体材料相比，其具有宽带隙、高临界击穿电场、高热导率、低介电常数、高载流子饱和浓度等特点，可应用在航空、航天探测，核能探测及开发，卫星、汽车发动机等高温及抗辐射领域。但无论是哪种碳化硅晶体的制备方法，都存在长晶速度慢、产能小等问题，使得碳化硅晶片的价格极其昂贵，因此如何提高碳化硅晶体的生产效率是降低生产成本的关键。目前，碳化硅晶体最成熟的制备方法是物理气相传输(PVT)法，即在真空或惰性气体气氛保护的坩埚中，在一定的温度和压力下，固态原料碳化硅粉发生分解升华，从温度相对较高的生长原料区向温度相对较低的生长界面区运动，并在碳化硅籽晶上沉积结晶生成碳化硅晶体。PVT法生长碳化硅晶体需要建立一个合适的温场，从而确保从高温到低温形成稳定的气相碳化硅输运流，并确保气相碳化硅能够在籽晶上成核生长。现有的碳化硅长晶装置由于结构的限制，坩埚一次只能放置一个碳化硅籽晶，因此单炉次只能产出一块碳化硅晶体。如何提高单炉次的产出量是提高生产效率、降低生产成本的关键。
技术实现思路
为了解决上述问题，本申请提出了一种高效率的碳化硅长晶方法，该碳化硅长晶方法在单炉次可产出两块晶体，提高了生产效率，节约了生产成本。根据本申请的一个方面，提供了一种高效率的碳化硅长晶方法，其包括如下步骤：1)提供坩埚、籽晶托以及驱动籽晶托翻转的驱动机构；2)将长晶原料放入坩埚底部的原料区，将第一籽晶和第二籽晶分别固定在籽晶托的两个面上，并将籽晶托安装在坩埚顶部的长晶区，使第一籽晶的长晶面朝向原料区，组装后放入内部安装保温层的炉体内，在坩埚的顶部与保温层之间设置产品区；3)升高长晶炉的温度，使得长晶原料升华分解后的升华气体沿坩埚的轴向气相传输至第一籽晶的长晶面，进行长晶，制得第一碳化硅晶体，通过驱动机构驱动籽晶托旋转，使第一碳化硅晶体至产品区，使第二籽晶的长晶面朝向原料区，继续长晶，制得第二碳化硅晶体。优选的，步骤3)具体包括如下步骤：a)除杂：在压力不高于10-5Pa和温度不低于1000℃的条件下，充入惰性气体保持至少1h，气体压力不低于3万Pa；b)长晶：降低气体压力不高于10000Pa，升温至2000-2300℃，持续通入惰性气体，气体压力不高于10000Pa保持不低于40h，在第一籽晶的长晶面上进行长晶，制得第一碳化硅晶体，旋转籽晶托，使第一碳化硅晶体至产品区，使第二籽晶的长晶面朝向原料区，继续长晶，制得第二碳化硅晶体；优选的，步骤3)具体包括如下步骤：a)除杂：用1h将炉腔内的压力抽到10-5Pa，在1h将炉温升到1400-1600℃，通入Ar气，压力是10-5Pa在此温度上保持2h；b)长晶：用2h将压力降为0-10000Pa，炉温升到2000-2200℃，后进入长晶阶段，该阶段持续50-200h，持续通入Ar气，长晶原料升华至第一籽晶的长晶面长晶，在到达预设的生长时间后，驱动装置驱动籽晶托旋转180°，制得的第一碳化硅晶体旋转出坩埚，第二籽晶的长晶面旋转进坩埚内，长晶原料继续升华至第二籽晶的长晶面上长晶，生长阶段结束。优选的，所述步骤3)还包括冷却的步骤，在长晶结束后，10h将电流降到0，自然冷却。到达室温，取出两块碳化硅晶体。优选的，在所述籽晶托的中间设有圆柱形空腔，在所述圆柱形空腔内固定第一籽晶和第二籽晶。优选的，在所述圆柱形空腔内设置阻隔件，所述阻隔件将所述圆柱形空腔分隔成两个籽晶容纳腔，将所述第一籽晶和第二籽晶分别固定在两个籽晶容纳腔内的阻隔件上。优选的，所述阻隔件为圆环形结构，所述阻隔件的直径与所述圆柱形空腔的直径相等。优选的，在所述阻隔件的两个面上分别设置一个圆环形的籽晶固定台，所述籽晶固定台上用于固定第一籽晶或第二籽晶。优选的，所述阻隔件的直径大于所述籽晶固定台的直径。优选的，所述第一籽晶或所述第二籽晶黏贴在所述籽晶固定台上。优选的，所述籽晶托的外侧面与所述坩埚的内侧壁贴合。优选的，所述籽晶托整体呈圆钵型，将与所述籽晶托外侧面贴合的所述坩埚的内侧壁设置成与圆钵型相适配的圆弧面。优选的，所述籽晶托为顶、底直径相同的圆钵型结构。优选的，所述坩埚内部的底部设置成原料区，所述坩埚内部的顶部设置成长晶区。优选的，所述坩埚包括原料筒和坩埚筒，所述坩埚筒包括第一坩埚板和第二坩埚板，所述第一坩埚板和第二坩埚板形成了坩埚的内侧壁，所述原料筒形成所述坩埚的原料区。优选的，所述坩埚筒的内部的上部形成长晶区。优选的，所述原料筒和所述坩埚筒的材质均为石墨。优选的，所述原料筒的壁厚与所述坩埚筒的壁厚相同。优选的，所述第一坩埚板与所述第二坩埚板的底部形成螺纹连接结构，所述第一坩埚板、第二坩埚板与所述原料筒之间螺纹连接。优选的，所述原料筒的顶部设置成内螺纹结构，所述第一坩埚筒的底部、第二坩埚筒的底部均设置成外螺纹结构。优选的，所述驱动机构包括电机和旋转杆，所述旋转杆的一端连接电机，所述旋转杆的另一端穿设所述炉体、保温层及坩埚与所述籽晶托连接。优选的，所述旋转杆包括连接杆和旋转轴，所述旋转轴设置在所述籽晶托的外侧壁上。优选的，所述电机和旋转杆各设置两个。优选的，两个所述电机、旋转杆对称设置。优选的，所述旋转轴向外凸出设置。优选的，所述旋转轴远离籽晶托外侧面的一端上设有供所述连接杆插接的通孔。优选的，所述旋转轴穿设出所述坩埚筒的侧壁。优选的，所述第一坩埚板、第二坩埚板上设有与所述旋转轴相适配的通孔。优选的，所述保温层与所述籽晶托之间设有分隔件，所述分隔件与所述坩埚的顶部形成产品区。优选的，所述分隔件为防尘罩，所述防尘罩与所述坩埚的顶部连接，所述防尘罩内设有空腔结构。优选的，所述防尘罩的壁厚小于所述坩埚的壁厚。优选的，所述防尘罩的底部与所述坩埚的顶部卡接。根据本申请的又一个方面，提供了一种高效率的碳化硅长晶装置，其包括：炉体；加热部，所述加热部设置在所述炉体外侧；保温层，所述保温层设置在所述炉体内；坩埚，所述坩埚设置在所述保温层内部，所述坩埚内包括原料区和长晶区，所述保温层和所述坩埚的顶部形成产品区；籽晶托，所述籽晶托用于固定籽晶，所述籽晶设置在所述长晶区；驱动机构，所述驱动机构用于驱动所述籽晶托旋转，以使所述籽晶的长晶面朝向所述原料区。优选的，所述炉体为石英炉；所述坩埚为石墨坩埚。优选的，所述加热部为感应线圈，所述感应线圈围绕所述炉体的外侧壁设置，所述感应线圈为中频感应线圈。本申请能产生的有益效果包括但不限于：1.本申请所提供的高效率的碳化硅本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高效率的碳化硅长晶方法，其特征在于，包括如下步骤：/n1)提供坩埚、籽晶托以及驱动籽晶托翻转的驱动机构；/n2)将长晶原料放入坩埚底部的原料区，将第一籽晶和第二籽晶分别固定在籽晶托的两个面上，并将籽晶托安装在坩埚顶部的长晶区，使第一籽晶的长晶面朝向原料区，组装后放入内部安装保温层的炉体内，在坩埚的顶部与保温层之间设置产品区；/n3)升高长晶炉的温度，使得长晶原料升华分解后的升华气体沿坩埚的轴向气相传输至第一籽晶的长晶面，进行长晶，制得第一碳化硅晶体，通过驱动机构驱动籽晶托旋转，使第一碳化硅晶体至产品区，使第二籽晶的长晶面朝向原料区，继续长晶，制得第二碳化硅晶体。/n

【技术特征摘要】
1.一种高效率的碳化硅长晶方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)提供坩埚、籽晶托以及驱动籽晶托翻转的驱动机构；
2)将长晶原料放入坩埚底部的原料区，将第一籽晶和第二籽晶分别固定在籽晶托的两个面上，并将籽晶托安装在坩埚顶部的长晶区，使第一籽晶的长晶面朝向原料区，组装后放入内部安装保温层的炉体内，在坩埚的顶部与保温层之间设置产品区；
3)升高长晶炉的温度，使得长晶原料升华分解后的升华气体沿坩埚的轴向气相传输至第一籽晶的长晶面，进行长晶，制得第一碳化硅晶体，通过驱动机构驱动籽晶托旋转，使第一碳化硅晶体至产品区，使第二籽晶的长晶面朝向原料区，继续长晶，制得第二碳化硅晶体。


2.根据权利要求1所述的高效率的碳化硅长晶方法，其特征在于，步骤3)具体包括如下步骤：
a)除杂：在压力不高于10-5Pa和温度不低于1000℃的条件下，充入惰性气体保持至少1h，气体压力不低于3万Pa；
b)长晶：降低气体压力不高于10000Pa，升温至2000-2300℃，持续通入惰性气体，气体压力不高于10000Pa保持不低于40h，在第一籽晶的长晶面上进行长晶，制得第一碳化硅晶体，旋转籽晶托，使第一碳化硅晶体至产品区，使第二籽晶的长晶面朝向原料区，继续长晶，制得第二碳化硅晶体；
优选的，步骤3)具体包括如下步骤：
a)除杂：用1h将炉腔内的压力抽到10-5Pa，再1h将炉温升到1400-1600℃，通入Ar气，压力是10-5Pa在此温度上保持2h；
b)长晶：用2h将压力降为0-10000Pa，炉温升到2000-2200℃，后进入长晶阶段，该阶段持续50-200h，持续通入Ar气，长晶原料升华至第一籽晶的长晶面长晶，在到达预设的生长时间后，驱动装置驱动籽晶托旋转180°，制得的第一碳化硅晶体旋转出坩埚，第二籽晶的长晶面旋转进坩埚内，长晶原料继续升华至第二籽晶的长晶面上长晶，生长阶段结束。


3.根据权利要求1所述的高效率的碳化硅长晶方法，其特征在于，在所述籽晶托的中间设有圆柱形空腔，在所述圆柱形空腔内固...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘星，柏文文，张亮，邱兴鲁，李鹏，徐伟强，
申请(专利权)人：山东天岳先进材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37