CN216514253U

CN216514253U - 碳化硅晶体生长装置

Info

Publication number: CN216514253U
Application number: CN202123076753.5U
Authority: CN
Inventors: 洪棋典; 蔡文必; 廖弘基; 袁文博
Original assignee: Fujian Norstel Material Technologies Co ltd
Current assignee: Fujian Norstel Material Technologies Co ltd
Priority date: 2021-12-09
Filing date: 2021-12-09
Publication date: 2022-05-13
Anticipated expiration: 2031-12-09

Abstract

本实用新型涉及半导体技术领域，具体而言，涉及一种碳化硅晶体生长装置；碳化硅晶体生长装置包括坩埚和分隔组件，分隔组件设置于坩埚内，以将坩埚的内腔分为第一腔室和第二腔室；分隔组件包括分隔件和过滤件，分隔件和过滤件两者中的一者设置有装配区域，装配区域贯穿第一腔室和第二腔室；分隔件和过滤件两者中的另一者嵌设于装配区域。本实用新型的碳化硅晶体生长装置能够有效地减少进入第二腔室的杂质，有利于制备出高质量的碳化硅单晶晶体。

Description

碳化硅晶体生长装置

技术领域

本实用新型涉及半导体技术领域，具体而言，涉及一种碳化硅晶体生长装置。

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。

相关技术中，碳化硅单晶生长以物理气相沉积法(PVT)为主要生长方式，在2100℃以上温度与低压环境下将碳化硅粉末直接升华成气体，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；该过程不仅需要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，以使气相SiC可以在籽晶上形成良好的生长界面生长；同时，还需要避免杂质掺入，例如来自原料、坩埚的碳颗粒以及坩埚、原料本身杂质AL、B等；建立一个良好的晶体生长环境，有利于产出高质量碳化硅晶体。

但是，相关技术提供的碳化硅晶体生长装置不容易产出高质量的碳化硅单晶晶体。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种碳化硅晶体生长装置，其能够有效地减少杂质，有利于制备出高质量的碳化硅单晶晶体。

本实用新型的实施例是这样实现的：

第一方面，本实用新型提供一种碳化硅晶体生长装置，包括：

坩埚；

分隔组件，分隔组件设置于坩埚内，以将坩埚的内腔分为第一腔室和第二腔室；分隔组件包括分隔件和过滤件，分隔件和过滤件两者中的一者设置有装配区域，装配区域贯穿第一腔室和第二腔室；分隔件和过滤件两者中的另一者嵌设于装配区域。

在可选的实施方式中，过滤件包括层叠设置的第一过滤层和第二过滤层。

在可选的实施方式中，第一过滤层为多孔石墨层，第二过滤层为金属碳化物颗粒层。

在可选的实施方式中，金属碳化物颗粒层包括碳化钽和碳化铌中的至少一种。

在可选的实施方式中，多孔石墨层靠近第一腔室，金属碳化物颗粒层靠近第二腔室。

在可选的实施方式中，多孔石墨层的孔隙率为40％-50％。

在可选的实施方式中，分隔件设置有装配区域，过滤件嵌设于装配区域内。

在可选的实施方式中，碳化硅晶体生长装置还包括导流件，导流件设置于第二腔室内。

在可选的实施方式中，导流件设置有导流通道，从靠近第一腔室至远离第一腔室的方向，导流通道的口径逐渐减小。

在可选的实施方式中，导流件的材料为碳化钽和碳化铌中的至少一者。

在可选的实施方式中，导流件靠近第一腔室的一端与分隔组件抵接。

在可选的实施方式中，分隔件为金属碳化物层。

在可选的实施方式中，金属碳化物层的制备材料为碳化钽和碳化铌中的至少一者。

本实用新型实施例的碳化硅晶体生长装置的有益效果包括：本实用新型实施例提供的碳化硅晶体生长装置包括坩埚和分隔组件，分隔组件设置于坩埚内，以将坩埚的内腔分为第一腔室和第二腔室；分隔组件包括分隔件和过滤件，分隔件和过滤件两者中的一者设置有装配区域，装配区域贯穿第一腔室和第二腔室；分隔件和过滤件两者中的另一者嵌设于装配区域；这样一来，在使用碳化硅晶体生长装置制备碳化硅单晶时，可以利用分隔件以及过滤件有效地减少从第一腔室进入第二腔室的杂质，进而有利于制备出高质量的碳化硅单晶。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型实施例中碳化硅晶体生长装置的剖视图。

图标：010-碳化硅晶体生长装置；100-坩埚；101-第一腔室；102-第二腔室；110-坩埚盖；120-分隔件；130-多孔石墨层；140-金属碳化物颗粒层；150-导流件；160-过滤件；200-碳化硅原料；210-籽晶。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”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，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

请参照图1，本实施例提供一种碳化硅晶体生长装置010，其包括坩埚100和坩埚盖110，坩埚100用于盛放碳化硅原料200，坩埚盖110用于放置籽晶210；坩埚盖110设置于坩埚100，在2100℃以上温度与低压环境下，使得碳化硅原料200能够升华移动至籽晶210处，以制备碳化硅单晶。

坩埚100可以根据需要选择，在一些实施例中个，坩埚100可以采用壁厚为8-15mm的石墨生长坩埚，在此不作具体限定。

请继续参照图1，碳化硅晶体生长装置010还包括分隔组件，分隔组件设置于坩埚100内，以将坩埚100的内腔分为第一腔室101和第二腔室102；分隔组件包括分隔件120和过滤件160，可选地，分隔件120和过滤件160两者中的一者设置有装配区域，装配区域贯穿第一腔室101和第二腔室102；分隔件120和过滤件160两者中的另一者嵌设于装配区域。这样一来，在用碳化硅晶体生长装置010制备碳化硅单晶时，将碳化硅原料200放置于分隔组件下方的第一腔室101内，使得碳化硅气化进入第二腔室102内，在籽晶210生长出碳化硅单晶；由于第一腔室101和第二腔室102之间设置有分隔件120和过滤件160，故能够利用分隔件120以及过滤件160有效地减少从第一腔室101进入第二腔室102的杂质，进而有利于制备出高质量的碳化硅单晶。

本实施例中，分隔件120呈环形结构，其设置有用于设置过滤件160的通孔，该通孔为装配区域，过滤件160嵌设于通孔内；在其他实施例中，分隔件120设置有环形空腔，过滤件160设置于环形空腔内；或者，过滤件160呈环形结构，具有通孔，分隔件120设置于通孔内。

进一步地，分隔件120为金属碳化物层；碳化硅原料200与坩埚100接触的地方在生长过程中受到热传导的影响导致原料严重的碳化，会形成大量的碳颗粒，并在气流带动下朝向第二腔室102移动，呈环形的金属碳化物层能够有效地阻挡原料碳化形成的碳包裹，进而有效地确保制备出高质量的碳化硅晶体。

分隔件120的制备材料包括碳化钽和碳化铌等公知的致密耐高温材料中的至少一者，以便于利用分隔件120有效地阻挡碳包裹进入第二腔室102，进而有效地确保碳化硅晶体的质量。

分隔件120的厚度可以根据需要选择，在一些实施方式中，分隔件120的厚度可以是10-20mm，例如：分隔件120的厚度为10mm、12mm、15mm、17mm、20mm；这样一来，可以确保有效地过滤杂质。

过滤件160可以根据需要选择；过滤件160包括第一过滤层和第二过滤层中的至少一者，其中，第一过滤层为多孔石墨层130，第二过滤层为金属碳化物颗粒层140，即过滤件160包括多孔石墨层130和金属碳化物颗粒层140中的至少一者；多孔石墨层130和金属碳化物颗粒层140中的至少一者设置于通孔内。其中，多孔石墨层130能够减少原料中升华出来的铝(Al)、硼(B)等杂质进入第二腔室102，进而有利于制备高质量的碳化硅单晶；金属碳化物颗粒层140主要用于对气相进行二次过滤，以进一步减少杂质进入第二腔室102，进而有利于制备出高质量的碳化硅单晶。

本实施例中，过滤件160包括层叠设置的多孔石墨层130和金属碳化物颗粒层140，且多孔石墨层130靠近第一腔室101，金属碳化物颗粒层140靠近第二腔室102；这样一来，在利用过滤件160过滤时，金属碳化物颗粒层140主要对气相进行二次过滤，并能够阻挡多孔石墨层130被腐蚀后形成的碳颗粒，进而有利于确保高质量的碳化硅单晶的制备。

多孔石墨层130的孔隙率可以根据需要选择；在一些实施方式中，多孔石墨层130的孔隙率为40％-50％；例如：多孔石墨层130的孔隙率为40％、42％、45％、50％等，以确保利用多孔石墨层130不影响气相流通，且能够有效地过滤Al、B等杂质。

多孔石墨层130的厚度可以根据需要选择；在一些实施方式中，多孔石墨层130的厚度为3-5mm；例如：3mm、4mm、5mm；这样一来，即可以确保利用多孔石墨层130不影响气相流通，且能够有效地过滤Al、B等杂质。

金属碳化物颗粒层140包括但不限于碳化钽和碳化铌等现有材料，即金属碳化物颗粒层包括碳化钽和碳化铌中的至少一种。

金属碳化物颗粒层140中的颗粒的粒径可以根据需要选择；在一些实施方式中，金属碳化物颗粒层140中的颗粒的粒径小于或等于1mm；例如：金属碳化物颗粒的粒径为1mm、0.8mm等。这样一来，即可以有效地对气相进行二次过滤，以阻挡多孔石墨层130被腐蚀形成的碳颗粒，又能确保气相的有效流通。

本实施例的碳化硅晶体生长装置010还包括导流件150，导流件150设置于第二腔室102内；在第二腔室102内设置导流件150可以阻挡坩埚100腐蚀形成碳颗粒、以及阻挡坩埚100自身的Al、B等杂质，进而有利于制备高质量的碳化硅单晶。

导流件150靠近第一腔室101的一端与分隔组件抵接；如此，可以在第二腔室102内充分利用导流件150阻挡坩埚100腐蚀形成碳颗粒、以及阻挡坩埚100自身的Al、B等杂质，进而有利于制备高质量的碳化硅单晶。当然，在其他实施例中，导流件150靠近第一腔室101的一端与分隔组件间隔设置。

需要说明的是，在第二腔室102内设置导流件150，还能将第二腔室102对应部位的坩埚100隔离开来，改善第二腔室102对应部位的坩埚100容易被腐蚀的问题，一方面改善坩埚100自身的杂质对制备的碳化硅单晶造成不良影响，进而确保制备出高质量的碳化硅单晶；另一方面还能提高晶体扩径能力。

导流件150的制备材料包括碳化钽和碳化铌等公知致密耐高温材料中的至少一种，以使导流件150具备良好的保温效果，且导流件150的致密性能够有效地阻挡碳颗粒、Al、B等杂质的流动，以制备高质量的碳化硅单晶。

进一步地，导流件150设置有导流通道，从靠近第一腔室101至远离第一腔室101的方向，导流通道的口径逐渐减小，即导流件150为变径导流筒；以确保良好的晶体结晶率和扩径能力。

在其他实施例中，导流件150还可以是设置于坩埚内的导流罩。

本实施例的碳化硅晶体生长装置010的使用包括：将碳化硅原料200盛装于坩埚100内，将分隔件120装配于坩埚100内，并使碳化硅原料200分布于坩埚100下部的第一腔室101内，将多孔石墨层130和金属碳化物颗粒层140设置于分隔件120的通孔，将导流件150设置于分隔件120上方的第二腔室102内；将设置有籽晶210的坩埚盖110放置于坩埚100上。综上所述，本实用新型提供的碳化硅晶体生长装置010能够利用分隔件120将碳颗粒阻挡在第一腔室101，原料中间为较冷区域原料会结晶但不会影响气相的流通，通过分隔件120的阻隔气相流通并不会有碳颗粒；多孔石墨层130作为气相流通通道，还能够过降低原料中Al、B等杂质，而多孔石墨层130上方的金属碳化物颗粒层140能够对气相进行二次过滤，以及阻挡多孔石墨层130腐蚀形成的碳颗粒，以进一步减少进入第二腔室102的杂质；导流件150有效地隔绝了气相成分与坩埚100接触，避免坩埚100杂质包括碳颗粒、Al、B等杂质进入第二腔室102室内，且通过变径导流件150的导流作用可以加大晶体结晶率及扩径能力。

以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种碳化硅晶体生长装置，其特征在于，包括：

坩埚；

分隔组件，所述分隔组件设置于所述坩埚内，以将所述坩埚的内腔分为第一腔室和第二腔室；所述分隔组件包括分隔件和过滤件，所述分隔件和所述过滤件两者中的一者设置有装配区域，所述装配区域贯穿所述第一腔室和所述第二腔室；所述分隔件和所述过滤件两者中的另一者嵌设于所述装配区域。

2.根据权利要求1所述的碳化硅晶体生长装置，其特征在于，所述过滤件包括层叠设置的第一过滤层和第二过滤层。

3.根据权利要求2所述的碳化硅晶体生长装置，其特征在于，所述第一过滤层为多孔石墨层，所述第二过滤层为金属碳化物颗粒层。

4.根据权利要求3所述的碳化硅晶体生长装置，其特征在于，所述金属碳化物颗粒层为碳化钽和碳化铌中的一种。

5.根据权利要求3所述的碳化硅晶体生长装置，其特征在于，所述多孔石墨层靠近所述第一腔室，所述金属碳化物颗粒层靠近所述第二腔室。

6.根据权利要求3所述的碳化硅晶体生长装置，其特征在于，所述多孔石墨层的孔隙率为40％-50％。

7.根据权利要求1-6任一项所述的碳化硅晶体生长装置，其特征在于，所述分隔件设置有所述装配区域，所述过滤件嵌设于所述装配区域内。

8.根据权利要求1-6任一项所述的碳化硅晶体生长装置，其特征在于，所述碳化硅晶体生长装置还包括导流件，所述导流件设置于所述第二腔室内。

9.根据权利要求8所述的碳化硅晶体生长装置，其特征在于，所述导流件设置有导流通道，从靠近所述第一腔室至远离所述第一腔室的方向，所述导流通道的口径逐渐减小。

10.根据权利要求9所述的碳化硅晶体生长装置，其特征在于，所述导流件的材料为碳化钽和碳化铌中的一者。

11.根据权利要求8所述的碳化硅晶体生长装置，其特征在于，所述导流件靠近所述第一腔室的一端与所述分隔组件抵接。