用于解决生长初期籽晶重熔的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于解决生长初期籽晶重熔的装置及方法，该装置包括生长坩埚、冷却机构和测温组件，生长坩埚包括坩埚本体和坩埚盖，坩埚盖能够上下移动地安装在坩埚本体的顶部，且坩埚盖上下移动过程中时刻与坩埚本体连接；坩埚盖的底部装有籽晶；冷却机构设于坩埚盖的上方，冷却机构具有第一工作状态和第二工作状态，在第一工作状态，冷却机构紧靠坩埚盖，以对坩埚盖进行降温；在第二工作状态，冷却机构远离坩埚盖；测温组件正对生长坩埚设置，用于检测生长坩埚顶部和底部的实时温度。本发明专利技术能够抑制籽晶表面石墨化，稳定初始生长条件，消除与严重的微管等缺陷有关的生长中心，提高晶体质量。晶体质量。晶体质量。

【技术实现步骤摘要】
用于解决生长初期籽晶重熔的装置及方法


[0001]本专利技术涉及晶体生长领域，尤其是涉及一种用于解决生长初期籽晶重熔的装置及方法。

技术介绍

[0002]利用物理气相传输法(PVT)实现碳化硅晶体生长过程主要包括：热场的设计及组装、晶体生长工艺的确定、利用惰性气体控制晶体生长合适的压力、利用感应加热线圈选择最佳的晶体生长温度以及晶体生长后的退火等工艺。其中，晶体生长的初始阶段尤为重要。生长的初始阶段，填充惰性气体，同时控制功率使得温度逐渐升至生长温度；在逐渐升温阶段，通常选择较高的压力来抑制粉初始的升华，因为此时籽晶表面气氛物相的流动性不足以引起单晶生长；此外，有部分相关专利及文献指出，可以采用另一种更直接的方法来抑制过早生长，即建立倒置轴向温度梯度，也就是说，通过大幅度移动线圈与热场之间的相对位置，使得籽晶表面温度较高，粉的温度较低，以此实现抑制粉初始的升华，一旦达到生长温度，立刻调节气体流量，并充填掺杂气氛，并通过恢复生长所需的温度梯度或降低压力来实现生长。
[0003]但是，上述两种控制碳化硅晶体生长初期的方法均未解决最本质的问题，具体分析如下：
[0004]若采用第一种方法，即认为，在晶体生长的初始阶段，由于升华气相的浓度问题，认为此时开始结晶的条件尚不成熟，易是相变及缺陷产生的原因之一。因此，通过调节压力，这个重要的生长参数，使得籽晶表面在升华气相浓度未达到最佳条件之前不会发生重结晶，从而控制晶体初始生长的时间点。但此时，在前期升温过程及等待气相浓度达到生长条件的过程中，籽晶温度早已＞2000℃，故将会产生一个非常严重的问题，籽晶生长表面部分重熔，产生局部石墨化，这些区域将会直接导致相变、微管和初期碳包裹的出现。
[0005]若采用第二种方法，通过直接移动线圈与热场之间的相对位置来改变籽晶与粉体之间的温度梯度，即，通过调节温度，这个更为重要的生长参数，使得籽晶表面温度低于粉体端的温度，升华的气相到不了籽晶表面，从而达到控制晶体初始生长的时间点。但是在实际操作过程中，不但上述籽晶表面局部重熔，石墨化问题不能解决；而且短时间内，大范围的移动线圈与热场的相对位置，晶体生长所需的轴向温度梯度混乱，这将导致晶体中心单晶区比例减小，边缘多晶形成，因此，相比于第一种方法，第二种方法更加不可取。
[0006]而对于其它方案，如将盛有粉的坩埚与粘接籽晶的石墨托分离，初始加热阶段，将粘有籽晶的石墨托上移至远离高温区；或增加籽晶与粉体之间的距离来减小籽晶表面的温度。这两个方案基本不可取，因为，若坩埚与石墨托分离，则晶体生长系统无法构成一个密闭空间，升华的粉会大量逃逸而不是参与籽晶表面重结晶过程。相应地，增加籽晶与粉体之间的距离更不可取，因为二者之间的距离是决定晶体生长速率的关键因素之一。
[0007]故，现有PVT法生长碳化硅晶体过程中，还没有人提出一套解决上述问题的热场及方案。而且，国内商业化生产碳化硅晶体的几家公司的晶体生长工艺，一般采取缩短这段升
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生长阶段的过渡期，但，即使缩短了这段时间，在炉腔升温阶段，亦存在非有意的籽晶生长表面的升华。结果导致，由于碳化硅蒸发的非化学计量性(Si先被熔化)，籽晶表面局部重熔，出现石墨化。同时，盲目缩短这段过渡时间，易造成生长控温、控压不稳等严重影响晶体质量的问题。

技术实现思路

[0008]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术在于提出一种用于解决生长初期籽晶重熔的装置，能够抑制籽晶表面石墨化，稳定初始生长条件，消除与严重的微管等缺陷有关的生长中心，提高晶体质量。
[0009]本专利技术还提出一种用于解决生长初期籽晶重熔的方法。
[0010]根据本专利技术实施例中用于解决生长初期籽晶重熔的装置，包括：
[0011]生长坩埚，所述生长坩埚包括坩埚本体和坩埚盖，所述坩埚本体限定出顶部敞开的第一容纳腔，所述坩埚盖能够上下移动地安装在所述坩埚本体的顶部，且所述坩埚盖上下移动过程中时刻与所述坩埚本体连接；所述坩埚盖的底部装有籽晶；
[0012]冷却机构，所述冷却机构设于所述坩埚盖的上方，所述冷却机构具有第一工作状态和第二工作状态，在所述第一工作状态，所述冷却机构紧靠所述坩埚盖，以对所述坩埚盖进行降温；在所述第二工作状态，所述冷却机构远离所述坩埚盖；
[0013]测温组件，所述测温组件正对所述生长坩埚设置，用于检测所述生长坩埚顶部和底部的实时温度。
[0014]根据本专利技术实施例中用于解决生长初期籽晶重熔的装置，可利用冷却机构对坩埚盖进行降温，以实现对坩埚盖上籽晶的降温，可使籽晶处于分解升华所需的极限温度下，能够抑制籽晶表面石墨化，有效解决籽晶的生长面(即C面，碳面)上的局部重熔；保证籽晶表面的Si/C比例不失衡，进而减少微管等缺陷产生。同时，坩埚盖与坩埚本体之间为初步连接的方式，可以有效阻断坩埚本体上的热量以热传导的方式传递到籽晶端；又由于冷却机构可对坩埚盖进行降温，也可阻止热量传递到籽晶处。最终，通过本专利技术的装置，能够有效避免籽晶表面的石墨化，稳定初始生长条件，消除与严重的微管等缺陷有关的生长中心，进而提高晶体质量。
[0015]在本专利技术的一些实施例中，还包括外坩埚和保温层，所述外坩埚限定出顶部敞开的第二容纳腔，所述生长坩埚设于所述第二容纳腔内；所述保温层包裹在所述外坩埚的外部，所述保温层内所述外坩埚的上方限定出与所述第二容纳腔相通的升降通道，以使所述冷却机构可沿升降通道向靠近或远离所述坩埚盖的方向移动。
[0016]在本专利技术的一些实施例中，所述保温层包括：
[0017]第一保温层，所述第一保温层内限定出与所述外坩埚相配合的第三容纳腔，所述外坩埚装于所述第三容纳腔内；所述第一保温层顶部设有与所述第二容纳腔相同的第一通道；
[0018]第二保温层，所述第二保温层设于所述第一保温层的顶部，所述第二保温层内限定出与第一通道连通的第二通道；
[0019]压板，所述压板设于所述第二保温层的顶部，所述压板中心处设有通孔；
[0020]其中，所述第一通道和所述第二通道共同形成所述升降通道。
[0021]在本专利技术的一些实施例中，所述测温组件包括：
[0022]第一红外测温仪，所述第一红外测温仪正对所述坩埚盖的顶部布置，用于测量所述坩埚盖的实时温度；
[0023]第二红外测温仪，所述第二红外测温仪正对所述坩埚本体的底部布置，用于测量所述坩埚本体的实时温度。
[0024]在本专利技术的一些实施例中，所述冷却机构包括：
[0025]进水管，所述进水管竖直布置在所述坩埚盖的上方；
[0026]出水管，所述出水管与所述进水管平行设置；
[0027]冷却部，所述冷却部为圆环状结构，所述冷却部的两端分别与所述进水管的底端、所述出水管的底端连接；
[0028]其中，在所述第一工作状态，所述冷却部套装在所述坩埚盖的外部远离所述坩埚本体的一端，或紧贴所述坩埚盖的顶部正对所述籽晶的位置；在所述第二工作状态，所述冷却部本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于解决生长初期籽晶重熔的装置，其特征在于，包括：生长坩埚，所述生长坩埚包括坩埚本体和坩埚盖，所述坩埚本体限定出顶部敞开的第一容纳腔，所述坩埚盖能够上下移动地安装在所述坩埚本体的顶部，且所述坩埚盖上下移动过程中时刻与所述坩埚本体连接；所述坩埚盖的底部装有籽晶；冷却机构，所述冷却机构设于所述坩埚盖的上方，所述冷却机构具有第一工作状态和第二工作状态，在所述第一工作状态，所述冷却机构紧靠所述坩埚盖，以对所述坩埚盖进行降温；在所述第二工作状态，所述冷却机构远离所述坩埚盖；测温组件，所述测温组件正对所述生长坩埚设置，用于检测所述生长坩埚顶部和底部的实时温度。2.根据权利要求1所述的一种用于解决生长初期籽晶重熔的装置，其特征在于，还包括外坩埚和保温层，所述外坩埚限定出顶部敞开的第二容纳腔，所述生长坩埚设于所述第二容纳腔内；所述保温层包裹在所述外坩埚的外部，所述保温层内所述外坩埚的上方限定出与所述第二容纳腔相通的升降通道，以使所述冷却机构可沿升降通道向靠近或远离所述坩埚盖的方向移动。3.根据权利要求2所述的一种用于解决生长初期籽晶重熔的装置，其特征在于，所述保温层包括：第一保温层，所述第一保温层内限定出与所述外坩埚相配合的第三容纳腔，所述外坩埚装于所述第三容纳腔内；所述第一保温层顶部设有与所述第二容纳腔相同的第一通道；第二保温层，所述第二保温层设于所述第一保温层的顶部，所述第二保温层内限定出与第一通道连通的第二通道；压板，所述压板设于所述第二保温层的顶部，所述压板中心处设有通孔；其中，所述第一通道和所述第二通道共同形成所述升降通道。4.根据权利要求2所述的一种用于解决生长初期籽晶重熔的装置，其特征在于，所述测温组件包括：第一红外测温仪，所述第一红外测温仪正对所述坩埚盖的顶部布置，用于测量所述坩埚盖的实时温度；第二红外测温仪，所述第二红外测温仪正对所述坩埚本体的底部布置，用于测量所述坩埚本体的实时温度。5.根据权利要求1所述的一种用于解决生长初期籽晶重熔的装置，其特征在于，所述冷却机构包括：进水管，所述进水管竖直布置在所述坩埚盖的上方；出水管，所述出水管与所述进水管平行设置；冷却部，所述冷却部为圆环状结构，所述冷却部的两端分别与所述进水管的底端、所述出水管的底端连接；其中，在所述第一工作状态，所述冷却部套装在所述坩埚盖的外部远离所述坩埚本体的一端，或紧贴所述坩埚盖的顶部正对所述籽晶的位置；在所述第二工作状态，所述冷却部...

【专利技术属性】
技术研发人员：李远田，包伟刚，刘留，
申请(专利权)人：江苏集芯半导体硅材料研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：