晶体侧环及晶体生长装置制造方法及图纸

本申请公开了一种晶体侧环及晶体生长装置，晶体侧环包括中空环形的侧壁，以及侧壁下端沿水平方向向内延伸的内环，侧壁界定一用于晶体生长的生长腔；晶体生长装置包括坩埚以及设置在坩埚上方的籽晶托，从而在籽晶托与坩埚之间形成原料腔，还包括设置在籽晶托下方的本申请晶体侧环。本申请的晶体扩径生长装置，能够降低晶体扩径生长时产生的多晶以及碳包裹物，得到高质量大直径的碳化硅晶体。得到高质量大直径的碳化硅晶体。得到高质量大直径的碳化硅晶体。

【技术实现步骤摘要】
晶体侧环及晶体生长装置


[0001]本申请涉及半导体晶体生长
，具体地涉及一种用于晶体生长的侧环及其生长装置。

技术介绍

[0002]第三代半导体材料主要分为碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)，相比于第一、二代半导体，其具有更高的禁带宽度、高击穿电压、电导率和热导率，在高温、高压、高功率和高频领域将替代前两代半导体材料。氮化镓因缺乏大尺寸单晶，第三代半导体材料的主要形式为碳化硅基碳化硅外延器件、碳化硅基氮化镓外延器件，碳化硅应用更为广泛。碳化硅的热导率是氮化镓热导率的约3倍，具有更强的导热能力，器件寿命更长，可靠性更高，系统所需的散热系统更小。
[0003]经过多年的研究，采用物理气相输运法(亦称为“PVT”法)生长SiC晶体的技术日趋成熟。生长SiC晶体通常使用石墨坩埚，将SiC原料置于生长室下部，籽晶固定在生长室顶部的石墨圆板。通过控制生长室的温度和温度梯度、压力条件，使SiC原料从坩埚下部升华，上升至籽晶上进行堆积生长，最终获得SiC单晶。
[0004]目前，碳化硅产业中衬底仍以4
‑
6英寸为主。若将尺寸由6英寸提高至8英寸，SiC的单片面积将增大77.8％，可利用面积大大提高。大直径衬底能够有效降低器件制备成本，以直径6英寸衬底为例，使用直径6英寸衬底相对直径4英寸衬底能够节省大约30％的器件制备成本。因此，如何扩大生长碳化硅晶体的直径，是碳化硅生长技术的一个瓶颈。
[0005]传统晶体生长过程中，碳化硅生长是在石墨坩埚腔体内实现的。晶体生长模块由石墨桶、籽晶与生长原料(碳化硅粉料)、籽晶托、晶体侧环五部分构成，当晶体生长进行扩径时，受到石墨材质的晶体侧环影响，石墨的晶体侧环在富硅环境中提供碳源造成边缘生长过快，并且扩径时边缘蒸汽浓度过高，容易在扩径时产生多晶，现有技术中通常通过加大晶体径向温度梯度来抑制边缘生长速度，减少边缘裂纹，防止大块多晶生长。
[0006]但是径向温度梯度的差异，通常又成为晶体生长应力过大的重要因素之一，晶体生长的应力过大，严重会导致晶体开裂，无法生长为完整的大直径的碳化硅单晶。因此需要解决碳化硅晶体生长过程中晶体应力过大的问题，以得到高质量的大直径碳化硅单晶。

技术实现思路

[0007]本申请的目的在于降低晶体扩径生长时产生的多晶以及碳包裹物。
[0008]为达到以上目的，本申请采用的技术方案为：提供一种用于晶体生长的晶体侧环，包括中空环形的侧壁，以及所述侧壁下端沿水平方向向内延伸的内环，所述侧壁界定一用于晶体生长的生长腔。
[0009]作为一种优选，所述内环的内径小于所述侧壁顶部的内径。
[0010]作为另一种优选，所述侧壁底部的内径大于所述侧壁顶部的内径。
[0011]作为另一种优选，所述侧壁从底部到顶部的内径逐渐减小。
[0012]作为另一种优选，所述侧壁的顶部向内延伸形成一凸台，以使得所述侧壁顶部的内径小于所述侧壁底部的内径。
[0013]作为另一种优选，所述侧壁还设置多个气孔，多个所述气孔间隔地环绕设置在所述侧壁上。
[0014]作为另一种优选，所述侧壁下端沿水平方向向外延伸形成外环，所述外环适于与坩埚的内壁抵接。
[0015]作为另一种优选，所述晶体侧环的材质为钨或钽。
[0016]本申请还提供一种晶体生长装置，包括坩埚以及设置在所述坩埚上方的籽晶托，从而在所述籽晶托与所述坩埚之间形成原料腔，其特征在于，还包括上述任一种晶体侧环，所述晶体侧环设置在所述籽晶托下方。
[0017]进一步优选，所述晶体侧环还包括所述侧壁下端沿水平方向向所述坩埚延伸的外环，所述外环的外径与所述坩埚的内径相等。
[0018]与现有技术相比，本申请的有益效果在于：
[0019](1)通过在晶体侧环上设置气孔，将过度饱和的蒸气导入侧壁的外部，在其外部形成多晶沉积，避免碳化硅晶体沿侧壁边缘生长时生成多晶，能够提高碳化硅晶体的品质；
[0020](2)通过在晶体侧环下端设置水平环，减少原料中碳颗粒进入生长腔，同时避免气孔引出的饱和蒸气扰乱生长原料的升华，降低原料腔碳化硅浓度的变化，使得晶体生长更稳定，提高晶体良品率。
附图说明
[0021]图1为本申请一个实施例的剖面图；
[0022]图2为本申请一个实施例的部分剖面图，其中仅显示晶体侧环部分；
[0023]图3为本申请另一个实施例的剖面图；
[0024]图4为本申请另一个实施例的部分剖面图，其中仅显示晶体侧环部分；
[0025]图中：1、坩埚；2、籽晶托；3、原料腔；4、晶体侧环；41、侧壁；411、凸台；412、气孔；42、水平环；421、内环；422、外环；5、生长腔。
具体实施方式
[0026]下面，结合具体实施方式，对本申请做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
[0027]本申请的说明书和权利要求书中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0028]参照附图1，本申请的一种用于晶体生长的侧环以及晶体生长装置，能够促进碳化硅结晶生长为大直径的晶体。晶体扩径生长装置包括坩埚1，以及设置在坩埚1上方的籽晶托2，坩埚1为朝上敞口的中空结构，籽晶托2使得坩埚1密闭，从而在籽晶托2及坩埚1的底部之间形成原料腔3。晶体生长原料自底部原料腔3向上升华，在籽晶托2底面放置的晶体籽晶处结晶生长。晶体扩径生长装置还包括设置在籽晶托下方的晶体侧环4，晶体侧环4用于限
制碳化硅晶体的生长。
[0029]本申请的晶体扩径生长装置，通过晶体侧环4的设计，避免碳化硅晶体生长扩径时候受到石墨材质的坩埚1影响，降低晶体应力，减少碳化硅晶体边缘的裂纹，防止边缘多晶的生成，从而生长成高质量大直径的碳化硅单晶。
[0030]晶体侧环4包括中空环绕碳化硅籽晶设置的侧壁41，以及侧壁41下端沿水平方向延伸的水平环42，侧壁41的上端与籽晶托2的底面抵持，侧壁41界定一用于晶体生长的生长腔5，水平环42的中空孔道形成原料进入生长腔5的进入通道。
[0031]优选的，水平环42的内径小于侧壁41的顶部内径，以便使得原料腔3中的原料能够迅速地升华后进入所述生长腔5内进行结晶生长，避免晶体生长原料的浪费；同时，若原料蒸汽在原料腔3中反复的混合，易造成原料中硅碳比的失衡，严重影响碳化硅晶体的生长质量。
[0032]参照附图1
‑
2，一些实施例中，侧壁41底部的内径大于其顶部的内径，侧壁41的内径自上而下逐渐增加，有利于逐步且稳定地扩大生长碳化硅晶体的直径。
[0033]参照附图2
‑
3，另一些实施例中，侧壁41顶部向内本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种晶体侧环，其特征在于，包括中空环形的侧壁，以及所述侧壁下端沿水平方向向内延伸的内环，所述侧壁界定一用于晶体生长的生长腔。2.如权利要求1所述的晶体侧环，其特征在于，所述内环的内径小于所述侧壁顶部的内径。3.如权利要求2所述的晶体侧环，其特征在于，所述侧壁底部的内径大于所述侧壁顶部的内径。4.如权利要求1所述的晶体侧环，其特征在于，所述侧壁从底部到顶部的内径逐渐减小。5.如权利要求1所述的晶体侧环，其特征在于，所述侧壁的顶部向内延伸形成一凸台，以使得所述侧壁顶部的内径小于所述侧壁底部的内径。6.如权利要求1所述的晶体侧环，其特征在于，所述侧壁还设置多个气孔，多个所述气孔间隔地环绕设置在所述侧壁上。7.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖青春，浩瀚，赵新田，
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：