[发明专利]一种单晶生长装置

说明书

本发明提供了一种单晶生长装置，涉及晶体生长设备技术领域。该单晶生长装置，包括坩埚和设置在坩埚内部的导热石墨底座、籽晶盖、石墨支柱和多孔石墨盘。坩埚用于装盛碳化硅原料。籽晶盖设置在坩埚顶部。导热石墨底座设置在坩埚底部的中部，且用于传导热量。石墨支柱一端连接导热石墨底座；多孔石墨盘设置在石墨支柱的另一端且遮盖石墨支柱。本发明提供的单晶生长装置可以提高原料的利用率，且提高晶体的品质。

技术领域

本发明涉及晶体生长设备技术领域，具体而言，涉及一种单晶生长装置。

背景技术

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。

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。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。

传统的PVT生长过程中存在许多缺陷，在原料方面，由于SiC粉料中心温度不足，粉料的利用率不足。

在反应过程中，由于SiC源在气相中主要的物质并不是化学计量比的分子，而是Si2C和SiC2分子及原子Si，这是由于SiC源中Si优先蒸发，使得在升华法生长过程中的气相物质是富Si，而未蒸发的源变得越来越富C，从而导致生长过程中发生源的石墨化，石墨化后的微颗粒会沿着温度梯度输运到晶体表面，从而这会增加晶体生长过程中碳包裹物发生的机率，导致晶体良率的降低。

使用PVT法生长6寸SiC单晶，由于坩埚结构尺寸的增大，径向温梯变的稀疏，由于径向温度的稀疏，易造成籽晶中部温度过低，使得晶体存在过凸现象，这会使得晶体生长过程中应力增大，从而造成晶体开裂问题，伴随应力过大，堆垛层错缺陷也随之增加。因此在晶体生长过程中在生长界面上创造一个较小的径向温度梯度有利于提高晶体的质量。

发明内容

本发明的目的包括，提供了一种单晶生长装置，其能够提高原料的利用率，且提高晶体的品质。

本发明的实施例可以这样实现：

本发明的实施例提供了一种单晶生长装置，包括坩埚和设置在所述坩埚内部的导热石墨底座、籽晶盖、石墨支柱和多孔石墨盘；

所述坩埚用于装盛碳化硅原料；

所述籽晶盖设置在所述坩埚顶部；

所述导热石墨底座设置在所述坩埚底部的中部，且用于传导热量；

所述石墨支柱一端连接所述导热石墨底座；所述多孔石墨盘设置在所述石墨支柱的另一端且遮盖所述石墨支柱。

本发明提供的单晶生长装置相对于现有技术的有益效果包括：

在碳化硅原料放置在坩埚底壁进行加热的情况下，由于坩埚底部设置有导热石墨底座和石墨支柱，由此可以通过导热石墨底座和石墨支柱将热量传递至碳化硅原料的中部，便能使得碳化硅原料受热均匀，充分地利用热量，提高碳化硅原料的利用率。另外，在碳化硅气氛流动至多孔石墨盘处时，可以通过多孔石墨盘对碳化硅气氛中的碳颗粒进行吸附，由此减少在籽晶盖上生长形成的晶体中的碳包覆物，以提高石墨的品质。并且，由于多孔石墨盘的二次热辐射，可以在籽晶盖上用于生长晶体的界面上制造出一个较小的径向温度梯度，从而降低晶体的凸度，减少晶体的内部应力的产生，提高晶体的质量。