CN207498521U - 一种提升质量的碳化硅单晶生长装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种提升质量的碳化硅单晶生长装置，包括石墨坩埚、石墨盖和石墨软毡保温层，所述石墨盖位于石墨坩埚顶部封闭所述石墨坩埚，所述石墨盖内侧中心突出区域粘合有籽晶片，所述石墨软毡保温层包覆所述石墨坩埚的周围、顶部、底部，所述石墨坩埚内放置有碳化硅粉末，所述石墨坩埚内碳化硅粉末与籽晶片之间的区域架设石墨支撑环，所述石墨支撑环上安装有导流筒，所述导流筒内固定一层或多层的金属过滤片，所述金属过滤片内均匀分布有通孔。本实用新型在坩埚内原料与籽晶之间的空间装设耐高温的金属过滤片与导流筒，可以有效过滤掉碳杂质，避免在晶体生长过程中形成碳包裹物，进而引发微管、位错等缺陷的产生，生成高质量的碳化硅单晶。
Description
技术领域
本实用新型涉及碳化硅单晶生长设备制造领域，具体为一种提升质量的碳化硅单晶生长装置。
背景技术
碳化硅单晶材料属于第三代宽带隙半导体材料的代表，具有宽禁带、高热导率、高击穿电场、高抗辐射能力等特点，将有望突破第一、二代半导体材料应用技术的发展瓶颈，主要应用在半导体照明、电力电子器件、激光器和探测器以及其他等领域。
目前碳化硅单晶生长以物理气相沉积法(PVT)为主要生长方式，其难度非常高，必须在2100℃以上温度与低压环境下将碳化硅粉末直接升华成Si、 Si2C、SiC2等气体，并沿着温度梯度从高温区传输到较低温度区域的籽晶处沉积结晶。
以物理气相沉积法得到的碳化硅晶体仍然存在碳包裹物、微管、位错、多晶型等缺陷，这些缺陷的存在会影响后续制作碳化硅器件的功能，导致器件漏电流增加等问题发生。近年来，已有许多研究提出各种提升晶体质量的生长装置与方法，并且取得一定程度的成果，持续解决这些缺陷，达到完美晶体量产将是促进整个碳化硅产业发展的关键。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种可以有效过滤掉碳杂质，避免在晶体生长过程中形成碳包裹物，进而引发微管、位错等缺陷的产生，提升质量的碳化硅单晶生长装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种提升质量的碳化硅单晶生长装置，包括石墨坩埚、石墨盖和石墨软毡保温层，所述石墨盖位于石墨坩埚顶部封闭所述石墨坩埚，所述石墨盖内侧中心突出区域粘合有籽晶片，所述石墨软毡保温层包覆所述石墨坩埚的周围、顶部、底部，所述石墨坩埚内放置有碳化硅粉末，所述石墨坩埚内碳化硅粉末与籽晶片之间的区域架设石墨支撑环，所述石墨支撑环上安装有导流筒，所述导流筒内固定一层或多层的金属过滤片，所述金属过滤片内均匀分布有通孔。
优选的，所述石墨软毡保温层设有1-4层，每层厚度为5-10mm。
优选的，所述石墨支撑环架设在离石墨坩埚顶部1/2-1/3石墨坩埚高度的区域。
优选的，所述导流筒为圆柱体，导流筒与石墨支撑环垂直或以1-5度角度朝下方扩大。
优选的，所述导流筒与金属过滤片厚度为0.1-0.5mm。
优选的，所述金属过滤片设有1-5层，层与层的间隙为10-20mm。
优选的，所述通孔的直径、长、宽尺寸为0.1-1mm。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
本实用新型在坩埚内原料与籽晶之间的空间装设耐高温的金属过滤片与导流筒，相对于以多孔性石墨涂布耐高温的碳化物金属的成本便宜许多。在升温过程中，金属过滤片与导流筒将逐渐吸附周围的碳原子，而反应转换成碳化物金属，再利用一个或多个过滤片过滤掉碳杂质，通过过滤的气体分子则沿着导流筒在较低温度区域的籽晶处沉积结晶，可以有效过滤掉碳杂质，有效避免在晶体生长过程中藉着阻挡碳杂质随气流附着在籽晶处，随着气体沉积逐渐形成碳包裹物，进而引发微管、位错等缺陷的产生，生成高质量的碳化硅单晶，能适用于4寸、6寸，甚至更大尺寸的晶体生长。
附图说明
图1为本实用新型的整体结构示意图；
图2为本实用新型的金属过滤片结构示意图。
图中：1、石墨坩埚，2、石墨盖，3、石墨软毡保温层，4、籽晶片，5、碳化硅粉末，6、石墨支撑环，7、导流筒，8、金属过滤片，9、通孔。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
请参阅图1-2，本实用新型提供一种技术方案：一种提升质量的碳化硅单晶生长装置，包括石墨坩埚1、石墨盖2和石墨软毡保温层3，所述石墨软毡保温层3设有1-4层，每层厚度为5-10mm，所述石墨盖2位于石墨坩埚1顶部封闭所述石墨坩埚1，所述石墨盖2内侧中心突出区域粘合有籽晶片4，所述石墨软毡保温层3包覆所述石墨坩埚1的周围、顶部、底部，所述石墨坩埚1内放置有碳化硅粉末5，碳化硅粉末5纯度为5N-6N，所述石墨坩埚1内碳化硅粉末5与籽晶片4之间的区域架设石墨支撑环6，所述石墨支撑环6架设在离石墨坩埚1顶部1/2-1/3石墨坩埚高度的区域，所述石墨支撑环6上安装有导流筒7，所述导流筒7内固定一层或多层的金属过滤片8，所述金属过滤片8内均匀分布有通孔9，所述导流筒7为圆柱体，导流筒7与石墨支撑环6垂直或以1-5度角度朝下方扩大，所述导流筒7与金属过滤片8厚度为0.1-0.5mm，所述金属过滤片8设有1-5层，层与层的间隙为10-20mm，所述通孔9的直径、长、宽尺寸为0.1-1mm。
工作原理：首先抽真空到压力5x10-2mbar以下，充入氩气控制压力在 1-50mbar环境之下，水冷式感应线圈通电，以电磁感应原理加热石墨坩埚1。在加热过程中，钨、钼、钽、铌等材质的金属过滤片8与导流筒7将逐渐吸附周围的碳原子，反应转换成碳化钨、碳化钼、碳化钽、碳化铌等的耐高温材质。当温度达到2100℃以上，碳化硅粉末5开始升华变成Si、Si2C、SiC2等气体，并沿着温度梯度从高温区传输到金属过滤片8区域，随着气体到来的碳颗粒将被吸附捕捉，气体继续通过空孔往下一层金属过滤片8前进，并在下一层再次吸附捕捉遗漏的碳颗粒。通过的气体最后将顺着导流筒7的方向，以均匀的分布方式往低温度区域的籽晶处沉积结晶形成碳化硅单晶，经过5-10天的沉积结晶时间，即可完成碳化硅单晶生长。
本实用新型在坩埚内原料与籽晶之间的空间装设耐高温的金属过滤片与导流筒，相对于以多孔性石墨涂布耐高温的碳化物金属的成本便宜许多。在升温过程中，金属过滤片与导流筒将逐渐吸附周围的碳原子，而反应转换成碳化物金属，再利用一个或多个过滤片过滤掉碳杂质，通过过滤的气体分子则沿着导流筒在较低温度区域的籽晶处沉积结晶，可以有效过滤掉碳杂质，有效避免在晶体生长过程中藉着阻挡碳杂质随气流附着在籽晶处，随着气体沉积逐渐形成碳包裹物，进而引发微管、位错等缺陷的产生，生成高质量的碳化硅单晶，能适用于4寸、6寸，甚至更大尺寸的晶体生长。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“同轴”、“底部”、“一端”、“顶部”、“中部”、“另一端”、“上”、“一侧”、“顶部”、“内”、“前部”、“中央”、“两端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种提升质量的碳化硅单晶生长装置，包括石墨坩埚(1)、石墨盖(2)和石墨软毡保温层(3)，所述石墨盖(2)位于石墨坩埚(1)顶部封闭所述石墨坩埚(1)，所述石墨盖(2)内侧中心突出区域粘合有籽晶片(4)，所述石墨软毡保温层(3)包覆所述石墨坩埚(1)的周围、顶部、底部，所述石墨坩埚(1)内放置有碳化硅粉末(5)，其特征在于：所述石墨坩埚(1)内碳化硅粉末(5)与籽晶片(4)之间的区域架设石墨支撑环(6)，所述石墨支撑环(6)上安装有导流筒(7)，所述导流筒(7)内固定一层或多层的金属过滤片(8)，所述金属过滤片(8)内均匀分布有通孔(9)。
2.根据权利要求1所述的一种提升质量的碳化硅单晶生长装置，其特征在于：所述石墨软毡保温层(3)设有1-4层，每层厚度为5-10mm。
3.根据权利要求1所述的一种提升质量的碳化硅单晶生长装置，其特征在于：所述石墨支撑环(6)架设在离石墨坩埚(1)顶部1/2-1/3石墨坩埚高度的区域。
4.根据权利要求1所述的一种提升质量的碳化硅单晶生长装置，其特征在于：所述导流筒(7)为圆柱体，导流筒(7)与石墨支撑环(6)垂直或以1-5度角度朝下方扩大。
5.根据权利要求1所述的一种提升质量的碳化硅单晶生长装置，其特征在于：所述导流筒(7)与金属过滤片(8)厚度为0.1-0.5mm。
6.根据权利要求1所述的一种提升质量的碳化硅单晶生长装置，其特征在于：所述金属过滤片(8)设有1-5层，层与层的间隙为10-20mm。
7.根据权利要求1所述的一种提升质量的碳化硅单晶生长装置，其特征在于：所述通孔(9)的直径、长、宽尺寸为0.1-1mm。
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