一种用于碳化硅晶体生长时提高原料传输效率的装置制造方法及图纸

本申请提供了一种用于碳化硅晶体生长时提高原料传输效率的装置，包括石墨筒和石墨板，其中，石墨筒为中空的筒形结构，用于放置在坩埚的底部；石墨筒的中轴线与坩埚的中轴线重合或近似重合；石墨板用于插置在石墨筒中。利用石墨筒和石墨板，将坩埚的装料区间隔为三个或三个以上的子装料区。通过石墨筒和石墨板的热传导作用，不仅可以减小原料内部径向温度梯度，并且可以阻挡外侧原料向中心传输，从而迫使原料向位于坩埚上部的籽晶处传输，进而可以提高原料传输效率。原料传输效率的提高意味着可以在相同的轴向温度梯度下提高生长速率，从而提高产率，另一方面意味着可以在较小的轴向温度梯下维持相同的生长速率，进而有助于提高碳化硅晶体质量。碳化硅晶体质量。碳化硅晶体质量。

【技术实现步骤摘要】
一种用于碳化硅晶体生长时提高原料传输效率的装置


[0001]本申请涉及于半导体材料制备
，尤其涉及一种用于碳化硅晶体生长时提高原料传输效率的装置。

技术介绍

[0002]碳化硅作为第三代半导体材料的代表，由于其具有带隙大、热导率高、临界击穿场强高、饱和电子漂移速率高等特点，使其在电力传输、轨道交通、电动汽车、5G通信等领域都有巨大应用潜力。
[0003]目前较成熟的生长碳化硅晶体的方法是物理气相传输法(PVT法)，相比于高温化学气相沉积法(HTCVD法)和液相法生长碳化硅晶体，PVT法原理简单、设备成本低、可批量生产。PVT法生长碳化硅的热场原理如图1所示，该方法主要包含三个步骤：SiC源的升华、升华物质的运输、籽晶表面反应和结晶。准密闭的坩埚30采用感应线圈10(或电阻)加热，将作为生长源的固态碳化硅多晶粉料40置于温度较高的坩埚底部，籽晶20固定在温度较低的坩埚顶部。在低压高温下，碳化硅多晶粉料40升华且分解产生气态物质，碳化硅多晶粉料40与籽晶20之间存在轴向温度梯度，因而会形成浓度梯度，这些气态物质被输运到低温的籽晶位置，形成过饱和，晶体在籽晶处开始长大。
[0004]在上述PVT法生长碳化硅晶体过程中，现有技术经常通过增大轴向温度梯度来提高原料传输效率，以提高晶体生长速率。但在较大的轴向温度梯度下生长碳化硅晶体时，会使晶体内部产生较大的应力，应力的存在使晶体容易开裂，影响成品率；并且，应力会使晶体内部位错密度升高，影响晶体质量。

技术实现思路

[0005]为了在较小的轴向温度梯度下提高碳化硅晶体生长速率，本申请提供一种PVT法生长碳化硅晶体时提高原料传输效率的装置。
[0006]本申请实施例提供的用于碳化硅晶体生长时提高原料传输效率的装置，包括石墨筒和石墨板，其中：
[0007]所述石墨筒为中空的筒形结构，用于放置在坩埚的底部；所述石墨筒的中轴线与所述坩埚的中轴线重合或近似重合；
[0008]所述石墨板用于插置在所述石墨筒中；
[0009]利用所述石墨筒和石墨板，将所述坩埚的装料区间隔为三个或三个以上的子装料区。
[0010]可选地，所述装置包括第一石墨筒、一个石墨板，其中：
[0011]所述石墨板将所述第一石墨筒中的原料间隔为第一区域和第二区域，所述第一区域和第二区域的原料重量相等或近似相等。
[0012]可选地，在所述坩埚和所述第一石墨筒之间还设置有第二石墨筒，所述第一石墨筒和第二石墨筒同心或近似同心设置。
[0013]可选地，所述第一石墨筒和坩埚均为圆筒形结构，所述第一石墨筒的内径为所述坩埚内径的6/10～7/10。
[0014]可选地，所述第一石墨筒、第二石墨筒和坩埚均为圆筒形结构，所述第一石墨筒的内径为所述坩埚内径的2/5～3/5，所述第一石墨筒的内径为所述坩埚内径的5/8～7/8。
[0015]可选地，各所述子装料区中所装原料的高度相同或近似形同。
[0016]可选地，所述石墨筒的壁厚为2～5
㎜
。
[0017]可选地，所述石墨筒的高度为所述坩埚高度的2/5～3/5。
[0018]可选地，所述石墨板的厚度为2～5
㎜
。
[0019]可选地，所述石墨板的高度为所述坩埚高度的2/5～3/5。
[0020]本实施例提供的用于碳化硅晶体生长时提高原料传输效率的装置，通过在坩埚内设置石墨筒和石墨板，由于其热传导作用，可以减小原料内部径向温度梯度，并且石墨筒和石墨板可以阻挡外侧原料向中心传输，从而迫使原料向位于坩埚上部的籽晶处传输，进而可以提高原料传输效率。原料传输效率的提高意味着可以在相同的轴向温度梯度下提高生长速率，从而提高产率，另一方面意味着可以在较小的轴向温度梯下维持相同的生长速率，由于较大的轴向温度梯度会增加晶体内部应力，而在较小的轴向温度梯度下生长可以提高碳化硅晶体质量，因此，本实例提供的装置可以在较小的轴向温度梯度下提高碳化硅晶体生长速率，并且有助于提高碳化硅晶体质量。
附图说明
[0021]此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本专利技术的实施例，并与说明书一起用于解释本专利技术的原理。
[0022]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0023]图1为现有技术PVT法生长碳化硅单晶的热场原理；
[0024]图2为现有技术PVT法生长碳化硅单晶时原料分解物的传输路径示意图；
[0025]图3为本申请实施例提供的一种用于碳化硅晶体生长时提高原料传输效率的装置的基本结构示意图；
[0026]图4为图3中装置的剖视图；
[0027]图5为本申请实施例提供的另一种用于碳化硅晶体生长时提高原料传输效率的装置的基本结构示意图。
具体实施方式
[0028]这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本专利技术相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本专利技术的一些方面相一致的装置和方法的例子。
[0029]本申请实施例旨在提供一种PVT法生长碳化硅晶体时提高原料传输效率的装置，此装置与传统PVT法生长碳化硅晶体的装置相比，可以在相同的轴向温度梯度下提高生长
速率，从而提高产率，另一方面讲可以在较小的轴向温度梯下维持相同的生长速率，在较小的轴向温度梯度下生长可以提高碳化硅晶体质量。
[0030]图2为现有技术PVT法生长碳化硅单晶时原料分解物的传输路径示意图。如图2所示，碳化硅籽晶20粘接在坩埚30的上盖上，碳化硅籽晶20可以为4H
‑
SiC或6H
‑
SiC，坩埚30采用石墨制成，碳化硅原料40装在坩埚30的底部，碳化硅原料40的粒径可以在0.5～10mm范围，但并不限于该数值范围。单晶生长时，碳化硅原料40在高温下(约2000℃～
‑
2500℃)分解为气相Si、Si2C、SiC2，上述分解产物一部分在温度梯度和浓度梯度的驱动下向坩埚上部籽晶处传输，并在碳化硅籽晶20表面沉积，进行晶体生长，另一部分向碳化硅原料40的中心处传输，并在原料中心凝结。
[0031]图3为本申请实施例提供的一种用于碳化硅晶体生长时提高原料传输效率的装置的基本结构示意图，图4为图3中装置剖视图。如图3和4所示，本实施例中坩埚30内设有石墨筒50和石墨板60。
[0032]石墨筒50为中空的筒形结构，用于放置在坩埚30的底部；石墨筒50的中轴线与坩埚30的中轴线重合或近似重合；石墨板60插置在石墨筒50中，石墨板60与石墨筒50优选为可拆分的结构，当然也可以为一体成本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于碳化硅晶体生长时提高原料传输效率的装置，其特征在于，所述装置包括石墨筒和石墨板，其中：所述石墨筒为中空的筒形结构，用于放置在坩埚的底部；所述石墨筒的中轴线与所述坩埚的中轴线重合或近似重合；所述石墨板用于插置在所述石墨筒中；利用所述石墨筒和石墨板，将所述坩埚的装料区间隔为三个或三个以上的子装料区。2.根据权利要求1所述的用于碳化硅晶体生长时提高原料传输效率的装置，其特征在于，所述装置包括第一石墨筒、一个石墨板，其中：所述石墨板将所述第一石墨筒中的原料间隔为第一区域和第二区域，所述第一区域和第二区域的原料重量相等或近似相等。3.根据权利要求2所述的用于碳化硅晶体生长时提高原料传输效率的装置，其特征在于，在所述坩埚和所述第一石墨筒之间还设置有第二石墨筒，所述第一石墨筒和第二石墨筒同心或近似同心设置。4.根据权利要求2所述的用于碳化硅晶体生长时提高原料传输效率的装置，其特征在于，所述第一石墨筒和坩埚均为圆筒形结构，所述第一石墨筒的内径为所述坩埚内径的6/10～7/10。5.根据权利要求3所...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊希希，杨祥龙，陈秀芳，于国建，胡小波，王垚浩，
申请(专利权)人：广州南砂晶圆半导体技术有限公司，
类型：发明
国别省市：