一种可调节生长速率的八英寸PVT生长炉制造技术

本实用新型专利技术公开了一种可调节生长速率的八英寸PVT生长炉，包括保温层、坩埚、侧部加热器、底部加热器、石墨气流管道、碳化硅粉源区与八英寸碳化硅籽晶，坩埚设置于所述保温层内部，坩埚底部均匀设有至少8个的进气孔；坩埚顶部相应设有多个出气孔，进气孔和出气孔通过石墨气流管道相连，石墨气流管道贯穿保温层，底部加热器放置于坩埚下方石墨气流管道附近。本实用新型专利技术在晶体生长的过程中，通过调节底部加热器的功率使得坩埚内部的轴向温差增大，确保石墨气流管道内部的气流温度高于坩埚内部，实现坩埚底部

【技术实现步骤摘要】
一种可调节生长速率的八英寸PVT生长炉


[0001]本技术属于碳化硅生长领域，涉及生长炉，尤其涉及一种可调节生长速率的八英寸PVT生长炉。

技术介绍

[0002]随着科学技术的发展，人们对于电子器件的要求也越来越高，高温、高频、抗辐射及大功率成为其最基本的需求。第三代半导体材料具有更宽的禁带宽度、更高的导热率、更高的抗辐射能力、更大的电子饱和漂移速率等特性，在光电子和微电子领域具有重要的应用价值。因为新能源汽车的火热，碳化硅正在以前所未有的速度增长。但受到成本的影响，碳化硅的市场还处于爆发的前夕。从实际情况上看，目前多数碳化硅都采用的4英寸、6英寸晶圆进行生产，而6英寸和8英寸的可用面积大约相差1.78倍，这也就意味着8英寸制造将会在很大程度上降低碳化硅的应用成本，因而，碳化硅何时才能迈进8英寸时代也成为了产业聚焦的热点之一。
[0003]现阶段碳化硅单晶衬底生长的主流方法仍为物理气相输运(PVT
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Physical Vapor Transport)法，其核心方法如图1所示，将一块籽晶放置于坩埚内的一处温度稍低的坩埚盖附近区域，碳化硅粉源放置在圆柱形致密的石墨坩埚底部，然后通过射频感应或者电阻加热至2200℃以上，籽晶的温度设定比粉源温度低约100℃，这样使得碳化硅物质可以在籽晶上凝结并结晶。晶体生长通常选择在低压下进行以加强从源到籽晶的质量输运，并在生长过程中使用高纯Ar(或He)气流。
[0004]现有的碳化硅单晶PVT生长炉在单晶衬底的生长过程中，要解决大尺寸带来的温场不均匀和气相原料分布以及输运效率问题；另外，还要解决应力加大导致的晶体开裂问题。而碳化硅晶体的生长速度也是人们非常关注的一个问题，首先一些商家在设计碳化硅生长工艺时，会在不同的生长阶段设置不同的生长速度来满足生长要求，其次，在保证优质的晶体质量的基础上，生长速度的加快也意味着成本的降低。现阶段，碳化硅单晶PVT生长炉所采用的调节生长速度的方法主要通过控制温度和压强，但是这两种方法无法显著提高对粉料的输运效率，且由于石墨坩埚内部的封闭环境，外部温度和压强的改变需要比较长的时间才能传到内部，因此会导致坩埚内部的物理环境变化迟缓，因此，碳化硅晶体的生长速度的变化也会有比较明显的延时。

技术实现思路

[0005]为了突破性的解决晶体长大、长快、长厚的行业核心需求，本技术提出了一种在生长过程中可调节生长速率，提高粉料输运效率的八英寸PVT生长炉结构。其主要实现方法为，在碳化硅晶体生长坩埚底部开若干条气道作为进气口，而坩埚的顶部也打开若干个与外界相连的气道作为出气口，进气口与出气口之间通过石墨气流管道相连，石墨气流管道贯穿保温层。在碳化硅单晶生长的过程中，可以通过调节底部加热器的功率来增强坩埚内部的气体对流，使得气流实现坩埚底部
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坩埚顶部
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石墨气流管道
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坩埚底部的循环，
增加晶体的生长速率，同时，粉料的输运效率也会显著提升。
[0006]为了实现上述目的，本技术采用以下技术方案：
[0007]一种可调节生长速率的八英寸PVT生长炉，包括保温层、坩埚、侧部加热器、底部加热器、石墨气流管道、碳化硅粉源区与八英寸碳化硅籽晶，所述坩埚设置于所述保温层内部，所述坩埚底部均匀设有至少8个的进气孔；所述坩埚顶部相应设有多个出气孔，所述进气孔和出气孔通过石墨气流管道相连，所述石墨气流管道贯穿保温层，所述底部加热器放置于坩埚下方石墨气流管道附近。
[0008]在本技术中，在坩埚底部设置大于等于8个的进气孔，并在与之相连的石墨硬毡处开孔，放置石墨气流管道；同时，在石墨坩埚的顶部也开了8个孔洞(可以根据实际需求更改孔洞的数量)作为出气孔，进气孔与出气孔之间通过石墨气流管道相连。
[0009]为了保证PVT炉里的气流实现坩埚底部
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坩埚顶部
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石墨气流管道
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坩埚底部的循环，在坩埚下方的石墨气流管道附近放置底部加热器，以确保此处石墨气流管道内部的气流温度高于坩埚内部，同时也能增大坩埚内部的轴向温差(坩埚底部温度高于坩埚顶部)，增大气体对流，让其实现气流循环。
[0010]为了保证PVT炉里的热场尽量保持圆对称，进气孔的数量可以为8个，或者大于8个的偶数。
[0011]作为本技术的一种优选方案，所述进气孔围绕坩埚的轴心呈等角度排布。
[0012]作为本技术的一种优选方案，所述出气孔围绕坩埚的轴心呈等角度排布。
[0013]作为本技术的一种优选方案，所述底部加热器放置于石墨坩埚下方的石墨气流管道附近。
[0014]在本使用新型中，在底部石墨气流管道附近放置加热器是为了确保此处的气流温度高于坩埚内部，实现气流循环。
[0015]作为本技术的一种优选方案，所述进气孔的孔径为5mm。
[0016]作为本技术的一种优选方案，所述出气孔的孔径为5mm。
[0017]作为本技术的一种优选方案，所述八英寸碳化硅籽晶设置于所述坩埚的上端，所述碳化硅粉源区设置于所述坩埚的下部，所述侧部加热器包裹所述坩埚设置于保温层内，所述底部加热器设置于所述坩埚的下方。
[0018]作为本技术的一种优选方案，所述坩埚下部设有气流缓冲室。
[0019]作为本技术的一种优选方案，所述气流缓冲室位于所述碳化硅粉源区的下方
[0020]与现有技术相比，本技术具有以下有益效果：
[0021]1)本技术在晶体生长的过程中，可以通过调节底部加热器的功率使得坩埚内部的轴向温差增大(坩埚底部温度高于坩埚顶部)，确保此处石墨气流管道内部的气流温度高于坩埚内部，同时使得坩埚内部的气体对流增强，从而实现坩埚底部
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坩埚顶部
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石墨气流管道
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坩埚底部的循环。使得碳化硅粉源分解出来的Si2C、SiC2、Si气相化合物的浓度以及浓度梯度增大，使得生长速度增大，同时，碳化硅粉源的输运效率也大大提高。
[0022]2)本技术的结构简单，易于实现。
[0023]3)本技术调节底部加热器的功率，可以迅速调整晶体的生长速度，同时也能大大提高粉料的输运效率。
附图说明
[0024]图1是本技术的一种结构示意图。
[0025]图2是本技术坩埚的仰视图。
[0026]图中，1.保温层；2.坩埚；3.侧部加热器；4.碳化硅粉源区；5.八英寸碳化硅籽晶；6.石墨气流管道；7.底部加热器；8.出气孔；9.进气孔。
具体实施方式
[0027]为进一步了解本技术的内容，结合附图及实施例对本技术作详细描述。
[0028]下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关技术，而非对该技术的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与实用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可调节生长速率的八英寸PVT生长炉，其特征在于，包括保温层、坩埚、侧部加热器、底部加热器、石墨气流管道、碳化硅粉源区与八英寸碳化硅籽晶，所述坩埚设置于所述保温层内部，所述坩埚底部均匀设有至少8个的进气孔；所述坩埚顶部相应设有多个出气孔，所述进气孔和出气孔通过石墨气流管道相连，所述石墨气流管道贯穿保温层。2.根据权利要求1所述的一种可调节生长速率的八英寸PVT生长炉，其特征在于，所述进气孔围绕坩埚的轴心呈等角度排布。3.根据权利要求1所述的一种可调节生长速率的八英寸PVT生长炉，其特征在于，所述出气孔围绕坩埚的轴心呈等角度排布。4.根据权利要求1
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3任一项所述的一种可调节生长速率的八英寸PVT生长炉，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩学峰，许彬杰，皮孝东，杨德仁，
申请(专利权)人：浙江大学杭州国际科创中心，
类型：新型
国别省市：