CN208649506U - 一种碳化硅晶体的生长装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种碳化硅晶体的生长装置，用于通过物理气相沉积法生长碳化硅晶体，包括坩埚盖、盛放碳化硅原料的坩埚，坩埚盖上设置有籽晶夹持器，籽晶夹持器在碳化硅晶体生长过程中通过夹爪固定碳化硅籽晶，籽晶夹持器包括导气孔或导气槽或两者兼有，导通反应时的气流，避免气流在夹持器内凝结。

Description

一种碳化硅晶体的生长装置

技术领域

本实用新型涉及一种晶体的生长装置，尤其涉及一种碳化硅晶体的生长装置。

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，SiC器件可用于人造卫星、火箭、雷达与通讯、空天飞行器、海洋勘探、地震预报、石油钻井、机械加工以及汽车电子化等重要领域。此外，六方SiC与GaN晶格和热膨胀相匹配，目前是制造高亮度GaN发光和激光二极管的理想衬底材料。

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，已经被证明是生长SiC晶体最成熟的方法。将SiC粉料加热到2200～2500 ℃，在一定保护气氛下，使其升华到冷端籽晶上，结晶成为块状晶体。这种方法的关键技术有两点，第一是建立一个合适的温场，形成稳定的气相SiC从高温到低温的输运流，第二是使得气相SiC可以在籽晶上形成良好的生长界面生长。同时，在生长过程中还需要控制生长室内气体的压力。

物理气相沉积法（PVT）生长碳化硅单晶中籽晶的固定方式中大多采用用胶粘贴籽晶方式，但用胶粘贴籽晶方式制作时间长成本高,能承受该温度的胶昂贵，且粘胶后需要高真空或惰性气氛下1800-2300℃高温处理，成本高昂且耗时长，越需要1-4天周期，导致该方法成本高昂。目前市场对碳化硅衬底基片要求越来越高，尤其是对位错密度要求越来越高，该固定方法容易导致缺陷，胶的高温膨胀系数与籽晶高温膨胀系数不匹配将会导致大量的位错缺陷产生，将对晶体质量有很大影响。另外已知的籽晶夹持方式或者固定方式只针对平面六边缺陷，未针对和解决边缘或者未彻底解决边缘多晶问题及制约了晶体生长中的有效扩径，现在已知已经通过工艺手段基本解决平面六角缺陷，更确切的说通过过滤方法将原料蒸气中的杂质颗粒带走并使得蒸气到达籽晶片均匀解决了因为被杂质颗粒嵌入及蒸气不均匀造成的平面六边缺陷，现在的主要问题是有效控制位错密度及边缘多晶，并能有效地晶体进行扩径。

目前物理气相沉积法（PVT）籽晶以胶粘贴在坩埚盖上进行生长，但存在四个问题：1.掉片率高。一般的胶无法承受如此高的温度，导致掉片率非常高；2.成本高。能承受该温度的胶昂贵，且粘胶后需要高真空或惰性气氛下1800-2300℃高温处理，成本高昂且耗时长，需要高温炉或者需要大量惰性气体及1-4天周期处理周期，导致该方法成本高昂。3.容易导致缺陷，现在已经通过工艺手段基本解决平面六角缺陷，更确切的说通过过滤方法将原料蒸气中的杂质颗粒带走并使得蒸气到达籽晶片均匀解决了因为被杂质颗粒嵌入及蒸气不均匀造成的平面六边缺陷。但市场对碳化硅衬底基片要求越来越高，尤其是对位错密度要求越来越高，胶的高温膨胀系数与籽晶高温膨胀系数不匹配将会导致大量的位错缺陷产生，将对晶体质量有很大影响。4.已知的籽晶夹持未解决边缘或者未彻底解决边缘多晶问题及制约了晶体生长中的有效扩径。

发明内容

针对上述问题，本实用新型提出了一种碳化硅晶体的生长装置，将针对物理气相沉积法（PVT）的碳化硅单晶生长装置进行改进，设计出了免粘贴的籽晶夹持器，杜绝了掉片及因胶的热膨胀不匹配而导致的晶体缺陷，另外在原料顶部增加一层多孔的、复合碳纤维结构或多孔石墨过滤层过滤碳颗粒和杂质，减少杂质裹入晶体，从而提高晶体质量。

本实用新型解决上述问题的技术方案为：一种碳化硅晶体的生长装置，用于通过物理气相沉积法生长碳化硅晶体，包括坩埚盖、盛放碳化硅原料的坩埚，所述坩埚盖上设置有籽晶夹持器，所述籽晶夹持器在碳化硅晶体生长过程中通过夹爪等支撑部件固定碳化硅籽晶，所述籽晶夹持器包括导气孔或导气槽或两者兼有，导通反应时的气流，避免气流在夹持器内凝结。

优选地，所述导气孔的数目为4~16个，均分在籽晶夹持器上。

优选地，所述导气孔的高度和宽度最少为2mm，以满足导通气流的效果。

优选地，所述籽晶夹持器具有支撑部件，支撑部件固定碳化硅籽晶位置。

优选地，所述支撑部件与碳化硅籽晶的接触区域为离散型的，每个接触区域面积为1~10mm²。

优选地，所述坩埚盖具有凸起的台面，所述碳化硅籽晶通过石墨纸或者多孔碳纤维层与台面连接。

优选地，所述石墨纸的厚度为1~2mm。

优选地，所述籽晶夹持器通过卡扣结构扣在坩埚盖上，方便使用时的操作。

优选地，所述籽晶夹持器至少由两部分组合而成，组装式简化操作。

本实施新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在说明书、附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

图1为一种碳化硅晶体的生长装置的示意图；

图2为籽晶夹持器的局部示意图；

图3为籽晶夹持器的平面示意图；

图4为坩埚台面区域示意图。

图中标号表示如下：1、坩埚盖，11、台面，2、原料，3、坩埚，4、籽晶夹持器，41、导气孔，42、支撑部件，43、卡扣结构，5、籽晶，6、缓冲层。

具体实施方式

为使本实用新型之一种碳化硅晶体的生长装置更易于理解其实质性特点及其所具的实用性，下面便结合附图对本实用新型的若干具体实施例作进一步的详细说明。但以下关于实施例的描述及说明对本发明保护范围不构成任何限制。

实施例

请参看图1到图4，根据本实用新型实施的一种碳化硅晶体的生长装置，用于通过物理气相沉积法生长碳化硅晶体，包括坩埚盖1、盛放碳化硅原料2的坩埚3，坩埚盖1上设置有籽晶夹持器4，籽晶夹持器4在碳化硅晶体生长过程中固定碳化硅籽晶5。

籽晶夹持器4包括导气孔41，导通反应时的气流，避免气流在籽晶夹持器4内凝结。导气孔41的数目为4~16个。导气孔41的高度和宽度最少为2mm。

籽晶夹持器4具有夹爪等支撑部件42，支撑部件42固定碳化硅籽晶5位置。支撑部件42与碳化硅籽晶5的接触区域为离散型的，多个接触区域共同固定碳化硅籽晶5，每个接触区域面积为1~10mm²，坩埚盖具有凸起的台面11，接触区域在坩埚盖台面11边缘的-5到+5mm的位置。

籽晶夹持器4也可以包括导气槽，导通反应时的气流，避免气流在籽晶夹持器4内凝结，导气槽设置4~16个，最大高度2~10mm，最大高度可为2~10mm，宽度可为2-20mm。

籽晶5与台面11的接触及缓冲层6优选使用导热性、软性及耐高温稳定性材质，碳化硅籽晶5通过石墨纸或者多孔碳纤维层与台面11连接，石墨纸的厚度为1~2mm。石墨纸作为籽晶5导热及应力缓冲层，既营造晶体生长籽晶5所需的温度梯度，又避免粘贴热膨胀不匹配等导致的应力缺陷。

籽晶夹持器4通过卡扣结构43扣在坩埚盖1上。籽晶夹持器4至少由两部分组合而成。

很明显地，本实用新型的说明不应理解为仅仅限制在上述实施例，而是包括利用本实用新型构思的所有可能的实施方式。

Claims (9)

1.一种碳化硅晶体的生长装置，用于通过物理气相沉积法生长碳化硅晶体，包括坩埚盖、盛放碳化硅原料的坩埚，其特征在于：所述坩埚盖上设置有籽晶夹持器，所述籽晶夹持器在碳化硅晶体生长过程中通过夹爪固定碳化硅籽晶，所述籽晶夹持器包括导气孔或导气槽或两者兼有，导通反应时的气流，避免气流在夹持器内凝结。

2.根据权利要求1所述的一种碳化硅晶体的生长装置，其特征在于：所述导气孔的数目为4~16个。

3.根据权利要求1所述的一种碳化硅晶体的生长装置，其特征在于：所述导气孔的高度和宽度最少为2mm。

4.根据权利要求1所述的一种碳化硅晶体的生长装置，其特征在于：所述籽晶夹持器具有支撑部件，支撑部件固定碳化硅籽晶位置。

5.根据权利要求4所述的一种碳化硅晶体的生长装置，其特征在于：所述支撑部件与碳化硅籽晶的接触区域为离散型的，每个接触区域面积为1~10mm²。

6.根据权利要求1所述的一种碳化硅晶体的生长装置，其特征在于：所述坩埚盖具有凸起的台面，所述碳化硅籽晶通过石墨纸或者多孔碳纤维层与台面连接。

7.根据权利要求6所述的一种碳化硅晶体的生长装置，其特征在于：所述石墨纸的厚度为1~2mm。

8.根据权利要求1所述的一种碳化硅晶体的生长装置，其特征在于：所述籽晶夹持器通过卡扣结构扣在坩埚盖上。

9.根据权利要求1所述的一种碳化硅晶体的生长装置，其特征在于：所述籽晶夹持器至少由两部分组合而成。