一种大尺寸低缺陷碳化硅单晶生长装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开一种大尺寸低缺陷碳化硅单晶生长装置，涉及碳化硅生产设备技术领域，包括上部石墨坩埚、下部石墨坩埚、多孔石墨圆筒、多孔石墨筒、籽晶提杆、石墨籽晶盖、保温毡和感应线圈；上部石墨坩埚设置于下部石墨坩埚的顶部，且上部石墨坩埚的底部与下部石墨坩埚相连通；上部石墨坩埚和下部石墨坩埚内分别设置有一多孔石墨圆筒，多孔石墨圆筒内设置有多孔石墨筒；保温毡外侧设置有感应线圈。可先通过PVT法，使用扩径机械装配式石墨盖来减少由于粘接不均导致的六方空洞缺陷，同时可实现晶体的扩径生长，再使用PVT法得到更大的直径籽晶作为LPE法的籽晶。由于有两套加热系统和生长腔室，可在同一块晶体上实现不同类型的掺杂。杂。杂。

【技术实现步骤摘要】
一种大尺寸低缺陷碳化硅单晶生长装置


[0001]本技术涉及碳化硅生产设备
，特别是涉及一种大尺寸低缺陷碳化硅单晶生长装置。

技术介绍

[0002]SiC为代表的第三代半导体材料具有宽带隙、高临界击穿电场、高热导率、高载流子饱和漂移速度等特点，在高温、高频、大功率、光电子及抗辐射等方面具有广阔的应用前景。目前生长大体积SiC晶体的多为改良的Lely法，即物理气相传输(physicalvaportransport，即PVT)法。高温下反应腔室下部的碳化硅固体粉料升华，得到非化学计量的SimCn气体，腔室上部粘有籽晶，设计的反应室具有一定温度梯度，符合条件的气体会在籽晶表面沉积结晶。虽然PVT法具有生长速率快，工艺条件和设备相对简单，但工艺稳定性和结晶质量难以保证。例如，籽晶粘接不稳定易形成六方空洞；粉料随着反应进行易形成富碳气氛进而形成碳包裹、微管甚至多型等晶体缺陷。而液相法(LPE)可以有效愈合碳化硅晶体的微管，但生长速率较慢且由于籽晶尺寸限制难以获得大直径、厚度的晶体，因此成本较高。
[0003]此外，常规PVT法或LPE法制备碳化硅单晶，无法在同一块半导体中生长P型和N型的半导体；碳化硅籽晶是靠胶粘接石墨盖上，由于胶水粘接分布不均，容易形成局部温度梯度，从而在局部区形成六方空洞，大大恶化晶体质量。此外碳化硅升华过程中碳和硅不遵循化学计量比，长晶后期气氛易富碳，引起结晶质量的下降。而LPE法可以提供充足且稳定的硅源，但相对缺碳，因此通过高空隙率的多孔石墨可有效阻隔夹杂同时提供充足且稳定的碳源。并且扩径结构的石墨环设计可以有效扩大晶体直径，为LPE提供更大直径的籽晶。

技术实现思路

[0004]为解决以上技术问题，本技术提供一种大尺寸低缺陷碳化硅单晶生长装置，可先通过PVT法，使用机械装配式石墨盖来减少由于粘接不均导致的六方空洞缺陷，同时扩径式石墨环可实现晶体的扩径生长，再使用PVT法得到更大的直径籽晶作为LPE法的籽晶。由于有两套加热系统和生长腔室，可在同一块晶体上实现不同类型的掺杂。
[0005]为实现上述目的，本技术提供了如下方案：
[0006]本技术提供一种大尺寸低缺陷碳化硅单晶生长装置，包括上部石墨坩埚、下部石墨坩埚、多孔石墨圆筒、多孔石墨筒、籽晶提杆、石墨籽晶盖、保温毡和感应线圈；所述上部石墨坩埚设置于所述下部石墨坩埚的顶部，且所述上部石墨坩埚的底部与所述下部石墨坩埚相连通；所述上部石墨坩埚和所述下部石墨坩埚内分别设置有一所述多孔石墨圆筒，所述多孔石墨圆筒内设置有所述多孔石墨筒；所述多孔石墨圆筒与所述上部石墨坩埚之间用于放置碳化硅粉料和N型掺杂剂混合物；所述多孔石墨圆筒与所述下部石墨坩埚之间用于放置硅、金属和P型掺杂剂的混合物；所述上部石墨坩埚和所述下部石墨坩埚的周围以及所述上部石墨坩埚的上方、所述下部石墨坩埚的底部均设置有所述保温毡；所述保温
毡外侧设置有所述感应线圈。
[0007]可选的，所述感应线圈包括上部感应线圈和下部感应线圈；所述上部感应线圈与所述上部石墨坩埚相对应，所述下部感应线圈与所述下部石墨坩埚相对应；且所述上部感应线圈和所述下部感应线圈独立控制。
[0008]可选的，位于所述下部石墨坩埚底部的所述保温毡底部设置有石墨硬毡托底，所述石墨硬毡托底底部与旋杆相连接。
[0009]可选的，所述上部石墨坩埚顶部设置有上石墨盖，所述上石墨盖中部设置有贯通孔；所述贯通孔内位于所述多孔石墨筒与所述石墨籽晶盖之间设置有扩径石墨环，所述扩径石墨环用于支撑所述石墨籽晶盖底面附着的籽晶并实现晶锭的扩径生长。
[0010]可选的，所述石墨籽晶盖底面设置有环形凹槽，所述扩径石墨环的顶部深入所述环形凹槽内。
[0011]可选的，所述石墨籽晶盖的环形凹槽与一石墨压环可拆卸连接，所述石墨压环包括竖向结构和横向结构，所述竖向结构的内侧与所述石墨籽晶盖的环形凹槽相连接，所述竖向结构的底部与所述横向结构的一端相连接，所述横向结构的另一端向所述竖向结构的内部延伸，所述横向结构的顶面用于支撑所述籽晶。
[0012]可选的，所述扩径石墨环的中上部内壁上设置有横向的承托部，所述承托部用于支撑所述石墨压环。
[0013]可选的，所述承托部与所述石墨压环之间设置有石墨纸。
[0014]可选的，所述石墨纸厚度为0.5
‑
1.5mm。
[0015]本技术相对于现有技术取得了以下技术效果：
[0016](1)两套可单独控制长晶的腔室，将P型半导体与N型半导体制作在同一块半导体晶体上；
[0017](2)机械式籽晶放置方式，避免由于籽晶粘接工艺不稳定带来的晶体缺陷；
[0018](3)两套装料体系和长晶体系，上部通过PVT法获得大直径的晶锭，为下部LPE法制备晶体提供大直径的籽晶；
[0019](4)使用多孔石墨材质(孔隙率40％
‑
60％)为LPE法长晶提供更少夹杂、更充分更稳定的碳源；
[0020](5)利用下部的LPE装置为上部的PVT装置提供更为充足的Si气氛源减少PVT装置长晶过程的富碳，进一步减少由料源富碳带来的晶体缺陷。
附图说明
[0021]为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0022]图1为本技术大尺寸低缺陷碳化硅单晶生长装置的结构示意图；
[0023]图2为本技术大尺寸低缺陷碳化硅单晶生长装置中A处的局部放大的结构示意图。
[0024]附图标记说明：1、籽晶提杆；2、保温毡；3、石墨籽晶盖；4、扩径石墨环；5、石墨压
环；6、上石墨盖；7、上部石墨坩埚；8、籽晶；9、石墨纸；10、多孔石墨圆筒；11、碳化硅粉料和N型掺杂剂混合物；12、硅、金属和P型掺杂剂的混合物；13、上部感应线圈；14、下部感应线圈；15、多孔石墨筒；16、石墨硬毡底托；17、旋杆；18、下部石墨坩埚。
具体实施方式
[0025]下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0026]如图1和2所示，本实施例提供一种大尺寸低缺陷碳化硅单晶生长装置，包括上部石墨坩埚7、下部石墨坩埚18、多孔石墨圆筒10、多孔石墨筒15、籽晶提杆1、石墨籽晶盖3、保温毡2和感应线圈；上部石墨坩埚7设置于下部石墨坩埚18的顶部，且上部石墨坩埚7的底部与下部石墨坩埚18相连通；上部石墨坩埚7和下部石墨坩埚18内分别设置有一多孔石墨圆筒10，多孔石墨圆筒10内设置有多孔石本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大尺寸低缺陷碳化硅单晶生长装置，其特征在于，包括上部石墨坩埚、下部石墨坩埚、多孔石墨圆筒、多孔石墨筒、籽晶提杆、石墨籽晶盖、保温毡和感应线圈；所述上部石墨坩埚设置于所述下部石墨坩埚的顶部，且所述上部石墨坩埚的底部与所述下部石墨坩埚相连通；所述上部石墨坩埚和所述下部石墨坩埚内分别设置有一所述多孔石墨圆筒，所述多孔石墨圆筒内设置有所述多孔石墨筒；所述多孔石墨圆筒与所述上部石墨坩埚之间用于放置碳化硅粉料和N型掺杂剂混合物；所述多孔石墨圆筒与所述下部石墨坩埚之间用于放置硅、金属和P型掺杂剂的混合物；所述上部石墨坩埚和所述下部石墨坩埚的周围以及所述上部石墨坩埚的上方、所述下部石墨坩埚的底部均设置有所述保温毡；所述保温毡外侧设置有所述感应线圈。2.根据权利要求1所述的大尺寸低缺陷碳化硅单晶生长装置，其特征在于，所述感应线圈包括上部感应线圈和下部感应线圈；所述上部感应线圈与所述上部石墨坩埚相对应，所述下部感应线圈与所述下部石墨坩埚相对应；且所述上部感应线圈和所述下部感应线圈独立控制。3.根据权利要求1所述的大尺寸低缺陷碳化硅单晶生长装置，其特征在于，位于所述下部石墨坩埚底部的所述保温毡底部设置有石墨硬毡托底，所述石墨硬毡托底底部与旋杆相连接。4.根据权利要求1所述的大尺寸低缺陷碳化硅单晶生长...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈晶莹，罗烨栋，浩瀚，赵新田，杨弥珺，章宣，都佳豪，
申请(专利权)人：宁波合盛新材料有限公司，
类型：新型
国别省市：