烧结装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及晶体生长技领域，具体而言，涉及一种烧结装置。烧结装置包括坩埚体；坩埚体形成筒状的烧结室；坩埚盖，坩埚盖盖设于坩埚体；加热器，加热器设置在坩埚体的周侧；以及多个原料载具，原料载具用于承载颗粒状碳化硅原料；沿坩埚体的高度方向，多个原料载具依次层叠地设置在坩埚体的烧结室内。如此能够改善现有碳化硅在晶体生长过程中由于原料中杂质而影响晶体质量的情况，同时能够稳定晶体的电阻率不受原料杂质影响，减少晶体生长过程出现DSSF现象；还能够有效改善底部碳化原料随着原料装填的缝隙中逸出减低碳包裹的产生。原料装填的缝隙中逸出减低碳包裹的产生。原料装填的缝隙中逸出减低碳包裹的产生。

【技术实现步骤摘要】
烧结装置


[0001]本技术涉及晶体生长技领域，具体而言，涉及一种烧结装置。

技术介绍

[0002]碳化硅作为第三代半导体材料的典型代表，具有宽带隙、高临界电场、高热导率、高载流子饱和漂移速度及化学稳定性好等特点，因此其作为制备高频率、大功率、高温、高频耐腐蚀和抗辐照半导体器件广泛的应用于极端环境中，碳化硅单晶在未来具有举足轻重的地位和很好的应用前景。
[0003]因为碳化硅单晶困难的生产工艺，目前主要的方法为物理气相输运法(也叫改进PVT生长法)，化学气相沉积法和液相法，其中发展时间最久，最为成熟的工艺为物理气相输运法，利用了SiC升华，其中包括三个步骤：SiC源的升华；升华物的输运；表面反应和结晶。
[0004]PVT法生长的过程是在一个密闭的石墨坩埚之中，通常在坩埚底部放置多晶SiC原料，在顶部放置籽晶，坩埚内部温度在2000～2300℃之间，并且在反应过程中充入惰性气体，利用原料与籽晶之间存在温度梯度，SiC气体从表面运输至籽晶上。
[0005]传统N型掺杂，是使用Ar和N2的混合气体通入至生长环境中，晶锭中的氮的浓度与晶体生长过程中氮气的分压有关。商用的N型4H
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SiC衬底的典型电阻率范围为0.015
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0.025Ω*cm(氮掺杂浓度范围为6E18
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1.5E19cm
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3)。当SiC衬底中氮掺杂过多，在晶体生产过程中会引发双Shockley堆叠层错(DSSF)，SiC原料中含量的杂质元素将会影响衬底电阻率，并且增加氮气的掺杂浓度，会增加引发DSSF。
[0006]另外，传统晶体生长过程中SiC原料直接装填至坩埚底部，并未对原料进行做处理，在生长过程中，利用原料与籽晶之间存在温度梯度，SiC气体从表面运输至籽晶上，原料会进行升华。由于坩埚底部温度较高，容易碳化使得细小的碳颗粒将从原料装填时的缝隙中逸出，在衬底上形成碳包裹物，衬底中的碳包裹物易在4H
‑
SiC外延层表面诱发表面形貌缺陷，如三角形缺陷、巨型小坑缺陷。

技术实现思路

[0007]本技术的目的包括，例如，提供了一种烧结装置，其能够改善现有碳化硅在晶体生长过程中由于原料中杂质而影响晶体质量的情况，同时能够稳定晶体的电阻率不受原料杂质影响，减少晶体生长过程出现DSSF现象；还能够有效改善底部碳化原料随着原料装填的缝隙中逸出减低碳包裹的产生。
[0008]本技术的实施例可以这样实现：
[0009]第一方面，本技术提供一种烧结装置，包括：
[0010]坩埚体；所述坩埚体形成筒状的烧结室；
[0011]坩埚盖，所述坩埚盖盖设于所述坩埚体；
[0012]加热器，所述加热器设置在所述坩埚体的周侧；
[0013]以及多个原料载具，所述原料载具用于承载颗粒状碳化硅原料；沿所述坩埚体的
高度方向，多个所述原料载具依次层叠地设置在所述坩埚体的烧结室内。
[0014]本方案的烧结装置能够将颗粒状的碳化硅原料放置在原料载具中，再将原料载具放入坩埚体和坩埚盖组成的密闭烧结室内，利用加热器对坩埚体进行加热，以使得碳化硅原料由颗粒状烧结形成饼状原料。在颗粒状碳化硅原料烧结为饼状的过程中，碳化硅原料中包括氮掺杂等杂质在高温烧结反应的过程中被去除。如此实现了除去原料中杂质对晶体生长的影响，稳定晶体的电阻率不受原料杂质影响，减少DSSF的出现，提高晶体品质的效果。另一方面，在烧结过程中，将原料由细小颗粒烧结制成饼状原料，有效改善现有技术中坩埚底部碳化原料随着原料装填的缝隙中逸出而在衬底上形成碳包裹物的情况，从而减低晶体表面碳包裹的产生，进而提高晶体的质量。综上，这样的烧结装置具有结构简单、操作方便，以及能够显著改善现有技术中晶体生长过程出现的DSSF现象和碳包裹物的形成，有利于保障晶体的生长品质。
[0015]在可选的实施方式中，所述烧结装置还包括支柱；
[0016]所述支柱设置在位于最下方的所述原料载具和所述烧结室底部之间。
[0017]在可选的实施方式中，所述加热器包括上加热器和下加热器；
[0018]沿所述坩埚体的轴线方向，所述上加热器和所述下加热器依次布置；
[0019]且所述上加热器和所述下加热器的加热功率不同。
[0020]在可选的实施方式中，所述上加热器的功率为7kw，所述下加热器的功率为9kw。
[0021]在可选的实施方式中，所述原料载具采用石墨材质制成。
[0022]在可选的实施方式中，所述烧结装置还包括导气管、上通气块和下通气块；
[0023]所述上通气块设置在所述坩埚盖上，以连通外界与所述烧结室；
[0024]所述下通气块设置在所述坩埚体的底部，以连通外界与所述烧结室；
[0025]所述导气管设置在所述坩埚的底部，且所述导气管的与所述下通气块连接以使惰性气体通过从所述下通气块进入所述烧结室内，并从所述上通气块排出到所述烧结室外部。
[0026]在可选的实施方式中，所述上通气块的厚度与所述坩埚盖的厚度相同；
[0027]所述下通气块的厚度与所述坩埚体的底部厚度相同。
[0028]在可选的实施方式中，所述上通气块和所述下通气块均具有连通外界与所述烧结室的通气孔。
[0029]在可选的实施方式中，所述通气孔的孔径值为8～15μm。
[0030]在可选的实施方式中，所述上通气块和所述下通气块均采用石墨材料制成，所述通气孔为石墨颗粒之间的孔隙。
[0031]本技术实施例的有益效果包括，例如：
[0032]本方案的烧结装置包括坩埚体、坩埚盖、加热器和多个原料载具。原料载具用于承载颗粒状碳化硅原料；沿坩埚体的高度方向，多个原料载具依次层叠地设置在坩埚体的烧结室内；加热器设置在坩埚体的周侧。坩埚体内部形成烧结室，加热器将烧结室中的原料载具内的颗粒状碳化硅原料烧结为饼状。在这个烧结过程中，碳化硅原料中的各种杂质被去除，如此改善了原料中杂质使晶体生长过程中出现DSSF的情况，避免原料杂质对晶体的电阻率的影响，保证了晶体的品质；同时，改善了现有技术中因坩埚底部的碳化原料随着原料装填的缝隙中逸出而在衬底上形成碳包裹物的情况，提高了晶体的质量。综上，这样的烧结
装置能够对颗粒状碳化硅原料进行预处理，解决了现有碳化硅在晶体生长过程中，由于原料中杂质影响晶体质量，稳定电阻率不受原料杂质影响，减少DSSF的出现；在预处理中将原料由细小颗粒烧结制成饼状原料，有效阻止底部碳化原料随着原料装填的缝隙中逸出减低碳包裹的产生，因此具有出众的经济效益。
附图说明
[0033]为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种烧结装置，其特征在于，包括：坩埚体(100)；所述坩埚体(100)形成筒状的烧结室(101)；坩埚盖(200)，所述坩埚盖(200)盖设于所述坩埚体(100)；加热器(300)，所述加热器(300)设置在所述坩埚体(100)的周侧；以及多个原料载具(400)，所述原料载具(400)用于承载颗粒状碳化硅原料(11)；沿所述坩埚体(100)的高度方向，多个所述原料载具(400)依次层叠地设置在所述坩埚体(100)的烧结室(101)内。2.根据权利要求1所述的烧结装置，其特征在于：所述烧结装置还包括支柱(500)；所述支柱(500)设置在位于最下方的所述原料载具(400)和所述烧结室(101)底部之间。3.根据权利要求1所述的烧结装置，其特征在于：所述加热器(300)包括上加热器(310)和下加热器(320)；沿所述坩埚体(100)的轴线方向，所述上加热器(310)和所述下加热器(320)依次布置；且所述上加热器(310)和所述下加热器(320)的加热功率不同。4.根据权利要求3所述的烧结装置，其特征在于：所述上加热器(310)的功率为7kw，所述下加热器(320)的功率为9kw。5.根据权利要求1所述的烧结装置，其特征在于：所述原料载具(400)采用石墨材质制成。6.中任一项根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨树，张洁，
申请(专利权)人：湖南三安半导体有限责任公司，
类型：新型
国别省市：