本发明专利技术公开了一种液相法单炉多次生长碳化硅晶体的装置及方法，所述装置包括主腔室、副腔室、安装座、石墨坩埚、加热机构、盖板机构、活动保温单元；所述安装座的内部安装有石墨坩埚，所述安装座的顶部设置有若干个盖板机构，且侧壁的两侧分别设置有若干个活动保温单元；所述盖板机构包括左移动盖板、右移动盖板，且左移动盖板与右移动盖板之间的中部设置有贯通的通孔。本发明专利技术通过副腔室实现石墨托的安装以及后续碳化硅晶体的冷却导出，提高了碳化硅晶体的生长效率。本发明专利技术通过若干个盖板机构以及活动保温单元，实现了推石墨坩埚内部纵向以及径向温度梯度的调节，保证了碳化硅晶体的生长质量与效率，具有较好的实用性。具有较好的实用性。具有较好的实用性。
【技术实现步骤摘要】
一种液相法单炉多次生长碳化硅晶体的装置及方法
[0001]本专利技术属于碳化硅晶体生长的
，具体涉及一种液相法单炉多次生长碳化硅晶体的装置及方法。
技术介绍
[0002]液相法碳化硅晶体生长是碳被溶解在硅和助溶剂组成的高温液体中，碳因过饱和而在温度较低的碳化硅籽晶处析出，实现碳化硅晶体的生长。该方法具有生长温度低、结晶质量高、生长速度快、便于扩径和容易获得P型低阻衬底等优势，是一种有较大潜力的碳化硅单晶制备方法。
[0003]现有碳化硅晶体生长一般为一炉一锭，每炉的生长周期约7~10天，石墨坩埚和含硅助溶剂熔液均为单炉消耗品等，单炉产量较低，使得目前碳化硅衬底的价值占整个碳化硅产业链50%左右。温场分布对碳化硅晶体生长具有决定性因素，但现有液相法调节温场手段有限，无法有效调节石墨坩埚到籽晶之间的温度梯度，更难得到适合碳化硅晶体生长的固液界面形貌，工艺控制窗口很窄，造成晶体生长成品率不高，且晶体质量及一致性较差。
[0004]现有技术存在问题如下：1)碳化硅晶体生长周期长（约7~10天），每炉晶体生长所需要的高温升温、稳温时间和出炉前需要降温冷却时间较长，导致碳化硅晶体单炉产量较低；2)每炉次从晶体生长到停炉冷却对保温材料损伤较大，降低了保温材料的使用寿命，使得同功率下每炉温度差异较大，重复性较差，导致晶锭成品率不高，降低了碳化硅晶体的一致性；3)每炉次消耗一个石墨坩埚，且碳化硅晶体厚度不易增加，含硅助溶剂熔液利用率较低，增加了生产成本；4)无法调节温场径向温度梯度和纵向温度梯度，对长晶过程可调节窗口低；并且无法对温场保温情况进行对比和调节，晶体质量及一致性较差。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的在于提供一种液相法单炉多次生长碳化硅晶体的装置及方法，旨在解决上述的问题。本专利技术可实现单炉多次生长碳化硅晶体，提高了晶体生长效率，有效降低碳化硅晶体生产成本；同时，本专利技术可调节温场分布，有助于形成适合碳化硅晶体生长的固液界面形貌，有效提高碳化硅晶体生长质量。
[0006]本专利技术主要通过以下技术方案实现：一种液相法单炉多次生长碳化硅晶体的装置，包括主腔室、副腔室以及设置在主腔室内部的安装座、石墨坩埚、加热机构、盖板机构、活动保温单元；所述主腔室与副腔室连通，且主腔室与副腔室之间设置有移动阀门；所述主腔室与安装座之间的周侧设置有加热机构，所述安装座的内部安装有石墨坩埚，所述安装座的顶部从上至下依次设置有若干个盖板机构，所述安装座的侧壁的两侧分别从上至下依次活动设置有若干个活动保温单元；
所述盖板机构包括左移动盖板、右移动盖板，所述左移动盖板与右移动盖板相对的一侧契合连接，且左移动盖板与右移动盖板之间的中部设置有贯通的通孔。
[0007]为了更好地实现本专利技术，进一步地，所述左移动盖板与右移动盖板相对的一侧左右错位连接。
[0008]为了更好地实现本专利技术，进一步地，靠近石墨坩埚的盖板机构的底侧设置有耐高温致密光滑膜层，以降低挥发物对盖板的侵蚀。
[0009]为了更好地实现本专利技术，进一步地，所述耐高温致密光滑膜层为柔性石墨纸。
[0010]为了更好地实现本专利技术，进一步地，所述安装座与石墨坩埚之间设置有保温材料层，所述保温材料层围设在石墨坩埚的侧壁和底部。
[0011]为了更好地实现本专利技术，进一步地，所述保温材料层为石墨软毡，所述左移动盖板、右移动盖板以及活动保温单元均采用固化毡制备得到。
[0012]为了更好地实现本专利技术，进一步地，所述安装座由保温材料制备得到，所述安装座的顶部对应石墨坩埚设置有安装腔，所述安装腔包围石墨坩埚的侧壁和底部。
[0013]为了更好地实现本专利技术，进一步地，所述副腔室的顶部对应石墨杆设置有安装孔，所述石墨杆的一端通过安装孔伸入副腔室、主腔室；所述副腔室的侧壁可拆卸设置有快拆窗口。
[0014]为了更好地实现本专利技术，进一步地，所述移动阀门的中部对应通孔设置有透明区域，所述副腔室顶部对应设置有测温观察窗。
[0015]为了更好地实现本专利技术，进一步地，所述主腔室的侧壁设置有操作窗口，和/或所述盖板机构还包括直线驱动机构，用于驱使左移动盖板与右移动盖板之间开合。
[0016]本专利技术主要通过以下技术方案实现：一种液相法单炉多次生长碳化硅晶体的方法，采用上述的装置进行，包括以下步骤：步骤S1：装料并在保护气体下加热使含硅助溶剂完全熔化：在石墨坩埚中装入生长若干个碳化硅晶体的含硅助溶剂原料，并将石墨坩埚放入主腔室内部的安装座中；关闭移动阀门，封闭主腔室，并抽真空至1
×
10
‑4~2
×
10
‑4Pa，预加热温场，抽真空保压一定时间后通入惰性气体到工艺所需压力，用加热机构分段升温将含硅助溶剂全部熔化；测量石墨坩埚内部液面温度，根据测量温度进行功率补偿，使达到碳化硅晶体生长所需的稳定温度；步骤S2：安装石墨杆和石墨托：关闭移动阀门，在副腔室内安装石墨杆和粘接好籽晶的石墨托，封闭副腔室，将副腔室抽真空后充入惰性气体至压强跟主腔室一致；打开移动阀门，从上至下交替打开、关闭上下层的盖板机构，直至石墨托下降到石墨坩埚内，将盖板机构全部关闭；步骤S3：碳化硅晶体生长：降低石墨托使石墨托上的籽晶在距离液面1~10 mm处进行旋转预热，预热0.5~2h后，继续降低籽晶进行接液，逐步提拉籽晶进行碳化硅晶体的生长；在生长过程中，通过调整上方若干个盖板机构的开合层数，调整石墨坩埚底部到顶部的纵向温度梯度；通过调整若干个活动保温单元与安装座的距离，调整径向的热传递速度；步骤S4：取出碳化硅晶体：将生长好的碳化硅晶体拉脱液面，从下至上交替打开、关闭上下层的盖板机构，直至将碳化硅晶体移动到副腔室，关闭所有盖板机构以及移动阀门，待碳化硅晶体在副腔室内降到出炉温度后，向副腔室通入惰性气体至大气压，然后，从
副腔室的快拆窗口取出碳化硅晶体；步骤S5：重复步骤S2
‑
S4进行下一个碳化硅籽晶的生长。
[0017]为了更好地实现本专利技术，进一步地，所述步骤S3中，石墨坩埚底部到顶部的纵向温度梯度为5~40℃/cm；固液界面径向温度梯度在5℃/cm以内。
[0018]为了更好地实现本专利技术，进一步地，所述步骤S4中，在取出碳化硅晶体后，通过测温观察窗、移动阀门的透明区域以及通孔观察液面浮晶情况，当液面有明显浮晶时，在石墨杆上安装备用石墨托，然后伸入石墨坩埚内部，通过旋转将浮晶吸附到备用石墨托上，移出备用石墨托至副腔室，冷却后导出。
[0019]本专利技术可实现一次投料，可连续拉制多个碳化硅晶锭，既避免了每炉从装料到晶体生长所需要的漫长升、稳、降温时间，也将保温单元因频繁升降温造成的损害降到最低，且一炉生长多个碳化硅晶锭，极大提高了单炉碳化硅晶体的产量；另外可根据温场情况，调节功率和盖板机构，进而调节温场径向和纵向温度梯度，形成较好的长晶固液界面形貌，提高碳化硅晶体生长的质量。
[0020]本专利技术有益效果如下：1)本专利技术实现了液相法单炉可多次生长碳化硅晶体，缩短了本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种液相法单炉多次生长碳化硅晶体的装置，其特征在于，包括主腔室（1）、副腔室（2）以及设置在主腔室（1）内部的安装座（17）、石墨坩埚（16）、加热机构（12）、盖板机构（4）、活动保温单元（5）；所述主腔室（1）与副腔室（2）连通，且主腔室（1）与副腔室（2）之间设置有移动阀门（3）；所述主腔室（1）与安装座（17）之间的周侧设置有加热机构（12），所述安装座（17）的内部安装有石墨坩埚（16），所述安装座（17）的顶部从上至下依次滑动设置有若干个盖板机构（4），所述安装座（17）的侧壁的两侧分别从上至下依次设置有若干个活动保温单元（5）；所述盖板机构（4）包括左移动盖板、右移动盖板，所述左移动盖板与右移动盖板相对的一侧契合连接，且左移动盖板与右移动盖板之间的中部设置有贯通的通孔。2.根据权利要求1所述的一种液相法单炉多次生长碳化硅晶体的装置，其特征在于，所述左移动盖板与右移动盖板相对的一侧左右错位连接。3.根据权利要求1或2所述的一种液相法单炉多次生长碳化硅晶体的装置，其特征在于，靠近石墨坩埚（16）的盖板机构（4）的底侧设置有耐高温致密光滑膜层，以降低挥发物对盖板的侵蚀。4.根据权利要求3所述的一种液相法单炉多次生长碳化硅晶体的装置，其特征在于，所述耐高温致密光滑膜层为柔性石墨纸。5.根据权利要求1所述的一种液相法单炉多次生长碳化硅晶体的装置，其特征在于，所述安装座（17）与石墨坩埚（16）之间设置有保温材料层，所述保温材料层围设在石墨坩埚（16）的侧壁和底部。6.根据权利要求5所述的一种液相法单炉多次生长碳化硅晶体的装置，其特征在于，所述保温材料层为石墨软毡，所述左移动盖板、右移动盖板以及活动保温单元（5）均采用固化毡制备得到。7.根据权利要求1所述的一种液相法单炉多次生长碳化硅晶体的装置，其特征在于，所述安装座（17）由保温材料制备得到，所述安装座（17）的顶部对应石墨坩埚（16）设置有安装腔，所述安装腔包围石墨坩埚（16）的侧壁和底部。8.根据权利要求1所述的一种液相法单炉多次生长碳化硅晶体的装置，其特征在于，所述副腔室（2）的顶部对应石墨杆（10）设置有安装孔，所述石墨杆（10）的一端通过安装孔伸入副腔室（2）、主腔室（1）；所述副腔室（2）的侧壁可拆卸设置有快拆窗口（6）。9.根据权利要求1或8所述的一种液相法单炉多次生长碳化硅晶体的装置，其特征在于，所述移动阀门（3）的中部对应通孔设置有透明区域，所述副腔室（2）顶部对应设置有测温观察窗（7）。10.根据权利要求1所述的一种液相法单炉多次生长碳化硅晶体的装置，其特征在于，所述主腔室（1）的侧壁设置有操作窗口，和/或所述盖板机构（4）还包括直线驱动机构，用于驱使左移动盖板与右移动盖板之间开合。11.一种液相法单炉多次生长碳化硅晶体的方法，采用权利要求1
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10任一项所...
【专利技术属性】
技术研发人员：林洪峰，李书森，汪愈丰，王程，蔡蔚，
申请(专利权)人：成都天一晶能半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：
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