CN210945856U - 一种生长碳化硅多晶体的生长装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种生长碳化硅多晶体的生长装置，包括石墨坩埚桶、石墨坩埚盖、石墨导流筒和圆形石墨纸，石墨坩埚桶的内部设置有上部台阶和下部台阶，石墨坩埚桶内设置有石墨导流筒，石墨导流筒位于上部台阶和下部台阶之间，石墨导流筒上设置有圆形石墨纸，圆形石墨纸通过石墨坩埚盖压在石墨坩埚桶上。本实用新型生长碳化硅多晶体的生长装置，通过物理气相传输法制备高纯度的碳化硅多晶体，然后将多晶体粉碎制备碳化硅粉料，并不断重复上述过程，即“生长多晶，将多晶粉碎，将粉碎后的多晶作为原料继续生长多晶，将多晶粉碎”，来获得更高纯度的碳化硅粉料，解决了现有的自蔓延方法所做的碳化硅粉料纯度最高只能达到6N级别的问题。

Description

一种生长碳化硅多晶体的生长装置

技术领域

本实用新型涉及半导体材料技术领域，具体为一种生长碳化硅多晶体的生长装置。

背景技术

作为第三代宽禁带半导体材料，碳化硅具有禁带宽度大、热导率高、载流子饱和迁移率高等优点，在高温、高频、大功率、微电子器件等方面具有巨大的应用潜力。目前，生产碳化硅单晶的量产方法主要是物理气相传输法，所采用的生产原料是碳化硅粉料。为了获得纯度更高、质量更好的碳化硅单晶，就必须采用纯度更高的碳化硅粉料。所以提纯碳化硅粉料成为碳化硅生产中的一项重要研究课题。

碳化硅粉料的生产方法主要分为三大类，第一类是固相法，包括Acheson法和自蔓延法；第二类是液相法，包括溶胶-凝胶法和聚合物热分解法；第三类是气相法，包括化学气相传输法。比较常用的是Acheson法、自蔓延法和化学气相传输法。Acheson法是利用石英砂和焦炭作为原料，在高温下让原料燃烧，发生碳热还原反应，由此获得碳化硅粉料。这种方法成本低，但是所获得的的碳化硅粉料成分复杂，杂质较多，不能成为生产高纯碳化硅单晶的原料。化学气相传输法是利用硅烷、甲烷等气体为原料，通过外延生长的方法获得碳化硅粉料，这种方法成本极高产量极低，很难实现量产。自蔓延法是这些年来研究最多，进步最快的一种方法，该方法是将Si粉和C粉充分混合，在密闭的高温腔体内触发Si颗粒和C颗粒的燃烧反应，由点及面，不断蔓延以获得碳化硅晶粒。中国专利技术CN102701208A、CN102674357A、CN103708463A、CN101302011A、CN103508454B、CN10541754A均是在自蔓延方法的基础上加以改进，或是采用二次合成(CN101302011A)甚至三次合成(CN103508454B)的自蔓延方法；或是加入预处理工艺(CN102674357A)的自蔓延方法；或是加入反应腔体内真空清洗程序(CN102701208A)的自蔓延方法；或是通过加入高纯氢气抑制氮杂质(CN10541754A)的自蔓延方法等来获取高纯度高质量的碳化硅粉料。但是目前，所有自蔓延方法所做的碳化硅粉料纯度最高只能达到6N级别。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种生长碳化硅多晶体的生长装置，通过物理气相传输法Physical Vapor Transport Method制备高纯度的碳化硅多晶体，然后将多晶体粉碎制备碳化硅粉料，并不断重复上述过程，解决了现有的自蔓延方法所做的碳化硅粉料纯度最高只能达到6N级别的问题，可以解决现有技术中的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种生长碳化硅多晶体的生长装置，包括石墨坩埚桶、石墨坩埚盖、石墨导流筒和圆形石墨纸，所述石墨坩埚桶的内部设置有上部台阶和下部台阶，所述石墨坩埚桶内设置有石墨导流筒，所述石墨导流筒位于上部台阶和下部台阶之间，所述石墨导流筒上设置有圆形石墨纸，所述圆形石墨纸通过石墨坩埚盖压在石墨坩埚桶上。

优选的，所述石墨坩埚桶内设置有碳化硅粉料，碳化硅粉料的料面与石墨坩埚桶的下部台阶平齐。

优选的，所述石墨导流筒的两端分别与上部台阶和下部台阶平齐。

优选的，所述圆形石墨纸的外圆周面搭放在上部台阶上。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

本实用新型生长碳化硅多晶体的生长装置，通过物理气相传输法Physical VaporTransport Method制备高纯度的碳化硅多晶体，然后将多晶体粉碎制备碳化硅粉料，并不断重复上述过程，即“生长多晶，将多晶粉碎，将粉碎后的多晶作为原料继续生长多晶，将多晶粉碎”，来获得更高纯度的碳化硅粉料，解决了现有的自蔓延方法所做的碳化硅粉料纯度最高只能达到6N级别的问题。

附图说明

图1为本实用新型的生长碳化硅多晶体的生长装置示意图；

图2为本实用新型的石墨坩埚桶上设置上部台阶和下部台阶的示意图；

图3为本实用新型的迭代提纯方法示意图。

图中：1、石墨坩埚桶；11、上部台阶；12、下部台阶；2、石墨坩埚盖；3、石墨导流筒；4、圆形石墨纸；5、碳化硅粉料。

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。

参阅图1-3，一种生长碳化硅多晶体的生长装置，包括石墨坩埚桶1、石墨坩埚盖2、石墨导流筒3和圆形石墨纸4，将碳化硅粉料5放入石墨坩埚桶1内，其高度与下部台阶12平齐，置入石墨导流筒3，卡在下部台阶12上，在石墨导流筒3上放置圆形石墨纸4，然后压紧石墨坩埚盖2，待上述装置组装完成后，用石墨毡将该装置包裹，并置于单晶生长炉的密闭腔室内，在后续的多晶生长过程中，首先利用泵组将单晶生长炉的密闭腔室抽至真空状态，并通入惰性气体加以保压，随后逐步升高密闭腔室内的温度至1800℃～2300℃，促使原料升华，并于上部台阶11上放置的圆形石墨纸4上生长纯度高于原粉料的碳化硅多晶体，待生长结束后，取出碳化硅多晶体，并粉碎，将粉碎后的多晶粉体再次置入上述碳化硅多晶体的生长装置内，重复多晶生长过程，通过这样的循环过程，我们可以迭代获取6N级以上的高纯度的碳化硅粉料5，石墨坩埚桶1的内部设置有上部台阶11和下部台阶12，石墨坩埚桶1内设置有碳化硅粉料5，碳化硅粉料5的料面与石墨坩埚桶1的下部台阶12平齐，石墨坩埚桶1内设置有石墨导流筒3，石墨导流筒3位于上部台阶11和下部台阶12之间，石墨导流筒3的两端分别与上部台阶11和下部台阶12平齐，石墨导流筒3上设置有圆形石墨纸4，圆形石墨纸4的外圆周面搭放在上部台阶11上，圆形石墨纸4通过石墨坩埚盖2压在石墨坩埚桶1上。

工作原理：将碳化硅粉料5放入石墨坩埚桶1内，其高度与下部台阶12平齐，置入石墨导流筒3，卡在下部台阶12上，在石墨导流筒3上放置圆形石墨纸4，然后压紧石墨坩埚盖2，待上述装置组装完成后，用石墨毡将该装置包裹，并置于单晶生长炉的密闭腔室内，在后续的多晶生长过程中，首先利用泵组将单晶生长炉的密闭腔室抽至真空状态，并通入惰性气体加以保压，随后逐步升高密闭腔室内的温度至1800℃～2300℃，促使原料升华，并于上部台阶11上放置的圆形石墨纸4上生长纯度高于原粉料的碳化硅多晶体，待生长结束后，取出碳化硅多晶体，并粉碎，将粉碎后的多晶粉体再次置入上述碳化硅多晶体的生长装置内，重复多晶生长过程，通过这样的循环过程，我们可以迭代获取6N级以上的高纯度的碳化硅粉料5。

综上所述，本实用新型生长碳化硅多晶体的生长装置，通过物理气相传输法Physical Vapor Transport Method制备高纯度的碳化硅多晶体，然后将多晶体粉碎制备碳化硅粉料5，并不断重复上述过程，即“生长多晶，将多晶粉碎，将粉碎后的多晶作为原料继续生长多晶，将多晶粉碎”，来获得更高纯度的碳化硅粉料5，解决了现有的自蔓延方法所做的碳化硅粉料5纯度最高只能达到6N级别的问题。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

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 (4)

1.一种生长碳化硅多晶体的生长装置，包括石墨坩埚桶(1)、石墨坩埚盖(2)、石墨导流筒(3)和圆形石墨纸(4)，其特征在于：所述石墨坩埚桶(1)的内部设置有上部台阶(11)和下部台阶(12)，所述石墨坩埚桶(1)内设置有石墨导流筒(3)，所述石墨导流筒(3)位于上部台阶(11)和下部台阶(12)之间，所述石墨导流筒(3)上设置有圆形石墨纸(4)，所述圆形石墨纸(4)通过石墨坩埚盖(2)压在石墨坩埚桶(1)上。

2.根据权利要求1所述的一种生长碳化硅多晶体的生长装置，其特征在于：所述石墨坩埚桶(1)内设置有碳化硅粉料(5)，碳化硅粉料(5)的料面与石墨坩埚桶(1)的下部台阶(12)平齐。

3.根据权利要求1所述的一种生长碳化硅多晶体的生长装置，其特征在于：所述石墨导流筒(3)的两端分别与上部台阶(11)和下部台阶(12)平齐。

4.根据权利要求1所述的一种生长碳化硅多晶体的生长装置，其特征在于：所述圆形石墨纸(4)的外圆周面搭放在上部台阶(11)上。

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