CN218175203U - 一种可调节热场的八英寸pvt生长炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可调节热场的八英寸PVT生长炉，包括保温层、坩埚、侧边加热器、碳化硅粉源区与八英寸碳化硅籽晶，坩埚的顶部设有可分离的顶部加热器，所述顶部加热器从里至外分成四层，每一层包括N个加热器，N为偶数且大于等于4，同一层上的加热器大小相同。本实用新型利用电动传控装置，移动单晶生长装置顶端的可分离，可移动的石墨加热器，在单晶生长的过程中，将石墨加热器移动至最佳位置，优化碳化硅单晶生长过程中的热场，使得在整个生长过程中，随碳化硅单晶逐渐变厚，始终能处于最优的热场中，在实现轴向温度和径向温度分离控制的基础上，仍可以在碳化硅单晶生长的过程中随时调节顶部加热器的结构，在生长过程中优化热场。

Description

一种可调节热场的八英寸PVT生长炉

技术领域

本实用新型属于碳化硅生长领域，涉及生长炉，尤其涉及一种可调节热场的八英寸PVT生长炉。

背景技术

随着科学技术的发展，人们对于电子器件的要求也越来越高，高温、高频、抗辐射及大功率成为其最基本的需求。第三代半导体材料具有更宽的禁带宽度、更高的导热率、更高的抗辐射能力、更大的电子饱和漂移速率等特性，在光电子和微电子领域具有重要的应用价值。因为新能源汽车的火热，碳化硅正在以前所未有的速度增长。但受到成本的影响，碳化硅的市场还处于爆发的前夕。从实际情况上看，目前多数碳化硅都采用的4英寸、6英寸晶圆进行生产，而6英寸和8英寸的可用面积大约相差1.78倍，这也就意味着8英寸制造将会在很大程度上降低碳化硅的应用成本，因而，碳化硅何时才能迈进8英寸时代也成为了产业聚焦的热点之一。

现阶段碳化硅单晶衬底生长的主流方法仍为物理气相输运（PVT- PhysicalVapor Transport）法，其核心方法包括，将一块籽晶放置于坩埚内的一处温度稍低的坩埚盖附近区域，碳化硅粉源放置在圆柱形致密的石墨坩埚底部，然后通过射频感应或者电阻加热至2200℃以上，籽晶的温度设定比粉源温度低约100℃，这样使得碳化硅物质可以在籽晶上凝结并结晶。晶体生长通常选择在低压下进行以加强从源到籽晶的质量输运，并在生长过程中使用高纯Ar（或He）气流。

现有的碳化硅单晶PVT生长炉在单晶衬底的生长过程中，要解决大尺寸带来的温场不均匀和气相原料分布和输运效率问题；另外，还要解决应力加大导致晶体开裂问题。而碳化硅晶体生长速度也是人们非常关注的一个问题，首先一些商家在设计碳化硅生长工艺时，会在不同的生长阶段设置不同的生长速度来满足生长要求，其次，在保证优质的晶体质量的基础上，生长速度的加快也意味着成本的降低。现阶段，碳化硅单晶PVT生长炉所采用的调节生长速度的方法主要通过控制温度和压强，但是这两种方法无法显著提高对粉料的输运效率，且由于石墨坩埚内部的封闭环境，外部温度和压强的改变需要比较长的时间才能传到内部，因此会导致坩埚内部的物理环境变化迟缓，因此，碳化硅晶体的生长速度的变化也会有比较明显的延时。

实用新型内容

为了突破性的解决晶体长大、长快、长厚的行业核心需求，本实用新型提供了一种可调节热场的八英寸PVT生长炉，在单晶生长装置的顶端，安装一组可分离，可移动的石墨加热器，在单晶生长的过程中，通过事先的模拟计算，可得知在晶体相应的厚度，如何调整加热器的位置，从而使得单晶生长的热场处于最佳状态，然后通过电动传控装置将加热器调整至该位置。这样，在整个八英寸单晶衬底的生长过程中，可以保证其一直处于最优的热场里，大大提高单晶的质量。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种可调节热场的八英寸PVT生长炉，包括保温层、坩埚、侧边加热器、碳化硅粉源区与八英寸碳化硅籽晶，所述坩埚的顶部设有可分离的顶部加热器，所述顶部加热器从里至外分成四层，每一层包括 N 个加热器，N 为偶数且大于等于4，同一层上的加热器大小相同。

在本实用新型中，碳化硅八英寸时代的到来，随着坩埚的直径增长，感应线圈只能加热坩埚的表面，不同位置的径向温度梯度都会随之增大，这对于大直径的晶体生长是不利的参数变化，对于原料分解，晶体面型，热应力带来的复杂缺陷的调节，都面临挑战。因此，本实用新型中生长装置采用电阻加热方式，并分别在顶部和侧边放置了两组加热器，以实现轴向和径向温度的分离控制。然而，仅仅只是放置两组加热器的话，随着单晶的生长，其热场会产生变化，而除了调节功率，长晶者无法通过调整单晶炉的结构来优化热场。

因此，本实用新型利用电动传控装置，移动单晶生长装置顶端的可分离，可移动的石墨加热器，在单晶生长的过程中，将石墨加热器移动至最佳位置，优化碳化硅单晶生长过程中的热场，使得在整个生长过程中，随着碳化硅单晶逐渐变厚，其始终能处于最优的热场中。

每一块石墨加热器都通过金属杆与细长导轨相连，通过电动传控装置的操作，能够随着金属固定杆沿着导轨移动。这样，就能根据碳化硅晶体在生长的不同时间段所需要的不同热场而调整各石墨加热器在导轨上滑动的距离。

作为本实用新型的一种优选方案，还包括与加热器固定的连接杆以及多条导轨，所述导轨安装于保温层的内侧，所述加热器通过连接杆沿导轨移动。

作为本实用新型的一种优选方案，所述导轨的条数为N。

作为本实用新型的一种优选方案，单条所述导轨上固定4个加热器。

作为本实用新型的一种优选方案，所述N为8。

作为本实用新型的一种优选方案，所述八英寸碳化硅籽晶设置于所述坩埚的上端，所述碳化硅粉源区设置于所述坩埚的下部。

作为本实用新型的一种优选方案，所述坩埚设置于所述侧边加热器内部，所述侧边加热器设置于所述保温层内部。

作为本实用新型的一种优选方案，还包括用于驱动加热器的电动传控装置。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1）本实用新型的结构简单，经过简单改造即可实现。

2）本实用新型通过导轨和金属固定杆的设计，使得顶部的石墨加热器可以在单晶生长过程中沿着导轨滑动，从而改变石墨坩埚内的热场。

3）本实用新型在实现轴向温度和径向温度分离控制的基础上，仍可以在碳化硅单晶生长的过程中随时调节顶部加热器的结构，并在生长过程中优化热场。

附图说明

图1是本实用新型的一种结构示意图。

图2是本实用新型顶部加热器未分离的示意图。

图3是本实用新型顶部加热器轻微分离的示意图。

图4是本实用新型顶部加热器完全分离的示意图。

图中，1.保温层；2.坩埚；3.侧边加热器；4.顶部加热器；5.碳化硅粉源区；6.八英寸碳化硅籽晶；7.导轨；8.连接杆。

具体实施方式

为进一步了解本实用新型的内容，结合附图及实施例对本实用新型作详细描述。

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关实用新型，而非对该实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与实用新型相关的部分。本实用新型中所述的第一、第二等词语，是为了描述本实用新型的技术方案方便而设置，并没有特定的限定作用，均为泛指，对本实用新型的技术方案不构成限定作用。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“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。同一实施例中的多个技术方案，以及不同实施例的多个技术方案之间，可进行排列组合形成新的不存在矛盾或冲突的技术方案，均在本实用新型要求保护的范围内。

实施例1

参见图1，本实施例提供的一种可调节热场的八英寸PVT生长炉，包括保温层1、坩埚2、侧边加热器3、碳化硅粉源区5与八英寸碳化硅籽晶6，坩埚2放置于侧边加热器3内部，侧边加热器3放置于保温层1内部，碳化硅粉源区5设置于坩埚2的下部，八英寸碳化硅籽晶6设置于坩埚2的上端。

坩埚2的顶部设有可分离的顶部加热器4，顶部加热器4从里至外分成四层，每一层包括 N 个加热器，N 为偶数且大于等于4，同一层上的加热器大小相同，本实用新型中的加热器为石墨加热器。

参见图2，图3与图4，加热器上固定有连接杆8，连接杆8与导轨7连接，在本实施例中，顶部加热器4的每一层具有8个加热器，导轨7的数量也为8条，每一条导轨7上连接有4个加热器。

导轨7安装在保温层的内部，并处于坩埚2的上方，与外接的电动传控装置（图中未示出，该电动传控装置为现有技术，在此不做赘述）相连，通过电动传控装置控制导轨上的加热器沿导轨长度方向的移动。

图2是顶部加热器未分离的示意图，图3是顶部加热器轻微分离的示意图，图4是顶部加热器完全分离的示意图。

具体使用时：

将八英寸碳化硅籽晶固定在石墨坩埚顶部。

将碳化硅粉源放置于石墨坩埚底部。

对生长室进行抽气，调节各石墨加热器功率进行升温，升温至一定温度时，逐渐向生长室冲入一定量的氩气，升压至一定的压强后，再升温至适合碳化硅单晶生长的温度，然后再逐渐降低压强至适合单晶生长的大小，最后保持该压强大小不变，进行长晶。

根据事先模拟计算的结果，可得知晶体在生长至不同的厚度时的热场，此时，可以通过电动传控装置控制顶部石墨加热器在导轨上滑动的距离来改变石墨坩埚中的热场，从而使得在晶体生长的整个过程中，都能得到最有利于碳化硅单晶生长的热场。

以上示意性的对本实用新型及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种可调节热场的八英寸PVT生长炉，其特征在于，包括保温层、坩埚、侧边加热器、碳化硅粉源区与八英寸碳化硅籽晶，所述坩埚的顶部设有可分离的顶部加热器，所述顶部加热器从里至外分成四层，每一层包括 N 个加热器，N 为偶数且大于等于4，同一层上的加热器大小相同。

2.根据权利要求1所述的一种可调节热场的八英寸PVT生长炉，其特征在于，还包括与加热器固定的连接杆以及多条导轨，所述导轨安装于保温层的内侧，所述加热器通过连接杆沿导轨移动。

3.根据权利要求2所述的一种可调节热场的八英寸PVT生长炉，其特征在于，所述导轨条数为N。

4.根据权利要求2所述的一种可调节热场的八英寸PVT生长炉，其特征在于，单条所述导轨上固定4个加热器。

5.根据权利要求1所述的一种可调节热场的八英寸PVT生长炉，其特征在于，所述N为8。

6.根据权利要求1所述的一种可调节热场的八英寸PVT生长炉，其特征在于，所述八英寸碳化硅籽晶设置于所述坩埚的上端，所述碳化硅粉源区设置于所述坩埚的下部。

7.根据权利要求1所述的一种可调节热场的八英寸PVT生长炉，其特征在于，所述坩埚设置于所述侧边加热器内部，所述侧边加热器设置于所述保温层内部。

8.根据权利要求1所述的一种可调节热场的八英寸PVT生长炉，其特征在于，还包括用于驱动加热器的电动传控装置。

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