CN218436031U - 一种碳化硅单晶生长装料装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种碳化硅单晶生长装料装置，涉及半导体生产设备技术领域，主要结构包括支撑平台、固定机构、加料机构、垂直压料机构、夹紧机构和震动机构；支撑平台用于支撑固定机构，固定机构内底部设置有用于盛放碳化硅原料的石墨坩埚；加料机构设置于固定机构顶部，且加料机构的底部出口延伸至石墨坩埚的上方；垂直压料机构设置于固定机构上且位于石墨坩埚正上方；夹紧机构设置于固定机构侧部，夹紧机构用于固定石墨坩埚；震动机构设置于固定机构底部。通过震动和气动压紧，装料量由之前的2000g‑3000g之间的浮动，调整到目前的3150±50g，有效控制了装料的震实密度。

Description

一种碳化硅单晶生长装料装置

技术领域

本实用新型涉及半导体生产设备技术领域，特别是涉及一种碳化硅单晶生长装料装置。

背景技术

半导体芯片结构分为衬底、外延和器件结构。衬底通常起支撑作用，外延为器件所需的特定薄膜，器件结构即利用光刻刻蚀等工序加工出具有一定电路图形的拓扑结构。第三代半导体材料主要分为碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)，相比于第一、二代半导体，其具有更高的禁带宽度、高击穿电压、电导率和热导率，在高温、高压、高功率和高频领域将替代前两代半导体材料。氮化镓因缺乏大尺寸单晶，第三代半导体材料的主要形式为碳化硅基碳化硅外延器件、碳化硅基氮化镓外延器件，碳化硅应用更为广泛。碳化硅的热导率是氮化镓热导率的约3倍，具有更强的导热能力，器件寿命更长，可靠性更高，系统所需的散热系统更小。

长晶过程中，碳化硅生长时在石墨坩埚墙体内实现的。晶体生长模块由石墨坩埚、籽晶与碳化硅粉料三部分构成，在一定的温度和压力条件下，碳化硅颗粒发生分解升华，生产各种形式的气相组分，同时碳化硅粉体内部发生烧结，形成含有大量孔道的陶瓷体，气相组分通过陶瓷体向生长面输运，并在界面上沉积、结晶，使得生长界面逐渐向生长原料区推移，最终生产碳化硅晶体。

晶体生长升华生长的一个明显的障碍是装料量的限制：碳化硅源中的Si优先蒸发，在升华法生长过程中的气相物质通常时富硅的，因此，未蒸发的源变得越来越富C，使得生长后期的碳硅比越来越高，越来越偏离碳化硅的化学计量比，同时，生长后期坩埚的石墨化，致使C元素随着碳化硅气流沉积到生长界面，产生“碳包裹”缺陷；同时，现装料均为人工手动操作，装料的重量、密实程度均无法稳定控制，密实程度，对于长晶料的挥发速度，硅碳比，都有较明显的影响。

发明内容

为解决以上技术问题，本实用新型提供一种碳化硅单晶生长装料装置，可大大增加装料量，同时稳定每一块晶锭的装料重量，使装料误差控制在±50g内，增加了工艺的稳定性。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：

本实用新型提供一种碳化硅单晶生长装料装置，包括支撑平台、固定机构、加料机构、垂直压料机构、夹紧机构和震动机构；所述支撑平台用于支撑所述固定机构，所述固定机构内底部设置有用于盛放碳化硅原料的石墨坩埚；所述加料机构设置于所述固定机构顶部，且所述加料机构的底部出口延伸至所述石墨坩埚的上方；所述垂直压料机构设置于所述固定机构上且位于所述石墨坩埚正上方；所述夹紧机构设置于所述固定机构侧部，所述夹紧机构用于固定所述石墨坩埚；所述震动机构设置于所述固定机构底部。

可选的，所述支撑平台与所述固定机构之间设置有减震机构。

可选的，所述减震机构包括弹簧。

可选的，所述垂直压料机构包括碳化硅压块、垂直压杆和垂直驱动部件；所述垂直驱动部件设置于所述固定机构顶部，所述垂直压杆的上部与所述垂直驱动部件传动连接；所述碳化硅压块设置于所述垂直压杆底部；所述碳化硅压块的外径小于或等于所述石墨坩埚的内径。

可选的，所述夹紧机构包括夹紧板、夹紧杆和夹紧驱动部件；所述夹紧驱动部件设置于所述固定机构的侧部，所述夹紧杆的一端与所述夹紧驱动部件传动连接，所述夹紧板设置于所述夹紧杆另一端。

可选的，所述加料机构包括加料漏斗和导料管；所述加料漏斗设置于所述固定机构顶部，所述导料管一端与所述加料漏斗的底部相连通，所述导料管另一端延伸至所述石墨坩埚正上方。

可选的，所述震动机构包括震动电机，所述震动电机设置于所述固定机构的外底面上。

本实用新型相对于现有技术取得了以下技术效果：

本实用新型中的碳化硅单晶生长装料装置，主要结构包括支撑平台、固定机构、加料机构、垂直压料机构、夹紧机构和震动机构；通过震动和气动压紧，装料量由之前的2000g-3000g之间的浮动，调整到目前的3150±50g，有效控制了装料的震实密度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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的附图。

图1为本实用新型碳化硅单晶生长装料装置的结构示意图。

附图标记说明：1、加料机构；2、垂直压杆；3、碳化硅压块；4、碳化硅原料；5、石墨坩埚；6、夹紧机构；7、夹紧驱动部件；8、垂直驱动部件；9、震动电机；10、弹簧；11、支撑平台；12、固定机构。

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。

如图1所示，本实施例提供一种碳化硅单晶生长装料装置，包括支撑平台11、固定机构12、加料机构1、垂直压料机构、夹紧机构6和震动机构；支撑平台11用于支撑固定机构12，固定机构12内底部设置有用于盛放碳化硅原料4的石墨坩埚5；加料机构1设置于固定机构12顶部，且加料机构1的底部出口延伸至石墨坩埚5的上方；垂直压料机构设置于固定机构12上且位于石墨坩埚5正上方；夹紧机构6设置于固定机构12侧部，夹紧机构6用于固定石墨坩埚5；震动机构设置于固定机构12底部。

通过加料机构1将碳化硅原料4添加到石墨坩埚5内，通过夹紧机构6对石墨坩埚5进行夹紧固定，防止石墨坩埚5移动影响压料过程，通过垂直压料机构对石墨坩埚5内的碳化硅原料4进行压紧，保证料面的平整和密度均匀性；震动机构能够提高装料的密度均匀性，进一步提高装料量和密度均匀性。

于本具体实施例中，支撑平台11与固定机构12之间设置有减震机构。减震机构包括弹簧10。弹簧10能够降低震动机构对支撑平台11的影响，增加装置的稳定性。

垂直压料机构包括碳化硅压块3、垂直压杆2和垂直驱动部件8；垂直驱动部件8设置于固定机构12顶部，垂直压杆2的上部与垂直驱动部件8传动连接；碳化硅压块3设置于垂直压杆2底部；碳化硅压块3的外径小于或等于石墨坩埚5的内径。

夹紧机构6包括夹紧板、夹紧杆和夹紧驱动部件7；夹紧驱动部件7设置于固定机构12的侧部，夹紧杆的一端与夹紧驱动部件7传动连接，夹紧板设置于夹紧杆另一端。

垂直驱动部件8和夹紧驱动部件7均采用气动装置，并同步启动，即，在垂直驱动部件8启动时，夹紧驱动部件7同时启动对石墨坩埚5进行夹紧固定；垂直驱动部件8和夹紧驱动部件7可以采用气缸。

加料机构1包括加料漏斗和导料管；加料漏斗设置于固定机构12顶部，导料管一端与加料漏斗的底部相连通，导料管另一端延伸至石墨坩埚5正上方。

震动机构包括震动电机9，震动电机9设置于固定机构12的外底面上。

加料漏斗与导料管之间为固定连接，导料管采用硬管，不易变形，在加料之前，通过转动加料漏斗使导料管的另一端转动到石墨坩埚5之外的区域，提升垂直压杆2提高碳化硅压块3的高度，使碳化硅压块3高于导料管另一端的高度，再转动加料漏斗使导料管的另一端位于石墨坩埚5正上方，开始进行加料，同时开启震动电机9，使碳化硅原料4在石墨坩埚5内均匀分布，加料完成后，转动加料漏斗使导料管另一端转动到石墨坩埚5之外的区域，启动垂直驱动部件8和夹紧驱动部件7，由垂直压杆2带动碳化硅压块3对石墨坩埚5内的碳化硅原料4进行压紧。

以下为改前装料量对比：装料方法，坩埚放在转盘上面，用勺子装料20-40目1600g，100mm直径的压块进行手动捶打30分钟，压实压平，8-20目加料到台阶位置，添加晶型稳定剂，进行手动捶打30分钟，压实压平。

此装料方法：装料量难以控制，直接影响工艺验证的重复性和稳定性。

案例1，晶体编号：G216-220521，同型号坩埚装料重量：3442.8g；

案例2，晶体编号：G319-220507，同型号坩埚装料重量：2805.8g；

案例3，晶体编号：G231-220115，同型号坩埚装料重量：2856g；

案例4，晶体编号：G314220428，同型号坩埚装料重量：2940g；

案例5，晶体编号：G213220421，同型号坩埚装料重量：3022.7g；

以下为本实施例中的碳化硅单晶生长装料装置的装料量：石墨坩埚5放在固定装置中间，自动居中夹紧，称20-40目1600g倒入加料机构1中自动加料，加料完毕后落下之直径的176mm碳化硅压块3，开启震动模式4000转/分，运行五分钟，加料机构1加入8-20目料，加料完毕后添加晶型稳定剂，落下之直径的176mm碳化硅压块3，开启震动模式4000转/分，运行五分钟即可。

此装料方法：保障了实装振压密度，装料量有效地控制在3200±50g，增加了重复性及稳定性，有效提高了装料的效率。

案例1，晶体编号：G307-220622，同型号坩埚装料重量：3206g；

案例2，晶体编号：G202-220622，同型号坩埚装料重量：3230g；

案例3，晶体编号：G210-220622，同型号坩埚装料重量：3196.9g；

案例4，晶体编号：G306-220621，同型号坩埚装料重量：3160g；

案例5，晶体编号：G214-220620，同型号坩埚装料重量：3233g。

需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

本说明书中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (7)

1.一种碳化硅单晶生长装料装置，其特征在于，包括支撑平台、固定机构、加料机构、垂直压料机构、夹紧机构和震动机构；所述支撑平台用于支撑所述固定机构，所述固定机构内底部设置有用于盛放碳化硅原料的石墨坩埚；所述加料机构设置于所述固定机构顶部，且所述加料机构的底部出口延伸至所述石墨坩埚的上方；所述垂直压料机构设置于所述固定机构上且位于所述石墨坩埚正上方；所述夹紧机构设置于所述固定机构侧部，所述夹紧机构用于固定所述石墨坩埚；所述震动机构设置于所述固定机构底部。

2.根据权利要求1所述的碳化硅单晶生长装料装置，其特征在于，所述支撑平台与所述固定机构之间设置有减震机构。

3.根据权利要求2所述的碳化硅单晶生长装料装置，其特征在于，所述减震机构包括弹簧。

4.根据权利要求1所述的碳化硅单晶生长装料装置，其特征在于，所述垂直压料机构包括碳化硅压块、垂直压杆和垂直驱动部件；所述垂直驱动部件设置于所述固定机构顶部，所述垂直压杆的上部与所述垂直驱动部件传动连接；所述碳化硅压块设置于所述垂直压杆底部；所述碳化硅压块的外径小于或等于所述石墨坩埚的内径。

5.根据权利要求1所述的碳化硅单晶生长装料装置，其特征在于，所述夹紧机构包括夹紧板、夹紧杆和夹紧驱动部件；所述夹紧驱动部件设置于所述固定机构的侧部，所述夹紧杆的一端与所述夹紧驱动部件传动连接，所述夹紧板设置于所述夹紧杆另一端。

6.根据权利要求1所述的碳化硅单晶生长装料装置，其特征在于，所述加料机构包括加料漏斗和导料管；所述加料漏斗设置于所述固定机构顶部，所述导料管一端与所述加料漏斗的底部相连通，所述导料管另一端延伸至所述石墨坩埚正上方。

7.根据权利要求1所述的碳化硅单晶生长装料装置，其特征在于，所述震动机构包括震动电机，所述震动电机设置于所述固定机构的外底面上。

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