CN221254769U - 简易的液相电阻法增加碳化硅单晶生长速度的结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于半导体材料生长技术领域，具体涉及一种简易的液相电阻法增加碳化硅单晶生长速度的结构，包括：坩埚、石墨套筒、籽晶杆和石墨头；所述石墨头的顶面与所述籽晶杆的一端连接，所述石墨头伸入所述坩埚内；所述籽晶杆的另一端伸出所述坩埚；所述石墨套筒设置在所述石墨头的顶面上，所述石墨套筒环绕所述籽晶杆设置；所述坩埚内适于盛放物料，所述石墨头适于漂浮在物料融化后的溶液表面，并在石墨头的底面设置有籽晶头；实现了单晶生长部分液面更加稳定，避免了生长不够稳定的情况；增加了轴向梯度，大大提高了单晶生长的速率，可重复使用大大降低使用成本。

Description

简易的液相电阻法增加碳化硅单晶生长速度的结构

技术领域

本实用新型属于半导体材料生长技术领域，具体涉及一种简易的液相电阻法增加碳化硅单晶生长速度的结构。

背景技术

碳化硅作为第三代半导体高压领域理想材料的代表，它具有高能隙、高热导率、高电子饱和漂移速率等优异物理特性的第三代半导体材料，其在禁带宽度、热导率、介电常数、电子漂移速度方面的特性使其适合制作高温、高压、高功率、高频、抗辐射、高密度的集成电路，且应用广泛。然而，碳化硅也面临着一些挑战，如晶圆制造、器件制造、应用推广等方面也是目前晶体生产技术和器件制造水平最成熟，作为应用最广泛的宽禁带半导体材料之一，目前已经形成了全球的材料、器件和应用产业链。

目前SiC单晶的生长方法主要包括以下三种：物理气相传输法、高温化学气相沉积法、液相法；前两种方法已经开始了产业化应用，液相法目前还不成熟，但是随着液相法生长SiC晶体技术的不断成熟，未来其对整个SiC行业的推进将表现出巨大潜力，很可能是SiC晶体生长的新突破点。

碳化硅液相法生长单晶的过程中，首先需要对固体炉料熔融成液相，而炉料则需要放在坩埚内部，一般选择石墨坩埚，可以作为碳源持续进行熔碳，炉料从固态液态的化料过程中碳不断被溶解到溶液当中，形成碳硅饱和溶液，等待籽晶接触，在正向梯度的条件下，遇冷析出在籽晶表面，在籽晶表面有序排列。这一过程作为生长过程需要比较高的稳定性，而长时间维持一个稳定快速的生长界面至关重要。

因此在液相法中维持稳定快速的生长界面意义重大，在炉料充分供应的前提下，需要通过增加轴向梯度，缩小溶液径向梯度的情况下，才能实现长时间稳定快速的生长状态，在保证晶体质量情况下，以提高生长速度。

因此基于上述技术问题需要设计一种新的简易的液相电阻法增加碳化硅单晶生长速度的结构。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种简易的液相电阻法增加碳化硅单晶生长速度的结构，以解决单晶生长速度慢的技术问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种简易的液相电阻法增加碳化硅单晶生长速度的结构，包括：

坩埚、石墨套筒、籽晶杆和石墨头；

所述石墨头的顶面与所述籽晶杆的一端连接，所述石墨头伸入所述坩埚内；

所述籽晶杆的另一端伸出所述坩埚；

所述石墨套筒设置在所述石墨头的顶面上，所述石墨套筒环绕所述籽晶杆设置；

所述坩埚内适于盛放物料，所述石墨头适于漂浮在物料融化后的溶液表面，并在石墨头的底面设置有籽晶头。

进一步，所述石墨套筒的底面上设置有若干石墨套筒卡扣。

进一步，所述石墨头的顶面上设置有若干石墨头卡槽，所述石墨头卡槽与所述石墨套筒卡扣对应且适配。

进一步，所述石墨套筒卡扣和所述石墨头卡槽上均开设有螺纹孔。

进一步，通过石墨紧固螺栓穿过石墨头卡槽和石墨套筒卡扣上的螺纹孔将石墨套筒与石墨头连接。

进一步，所述石墨套筒的内壁上设置有石墨硬毡套筒，所述石墨硬毡套筒的底面与所述石墨头的顶面接触；

所述石墨硬毡套筒的外壁与所述石墨套筒的内壁接触。

进一步，所述籽晶杆上轴向开设有通孔。

进一步，所述石墨套筒的外壁上设置有隔热环，所述隔热环靠近所述石墨套筒的顶端设置。

进一步，所述坩埚上方设置有上保温硬毡，所述上保温硬毡设置在所述隔热环下方。

进一步，所述坩埚外设置有电阻加热器，所述电阻加热器设置在所述上保温硬毡下方。

本实用新型的有益效果是，本实用新型通过坩埚、石墨套筒、籽晶杆和石墨头；所述石墨头的顶面与所述籽晶杆的一端连接，所述石墨头伸入所述坩埚内；所述籽晶杆的另一端伸出所述坩埚；所述石墨套筒设置在所述石墨头的顶面上，所述石墨套筒环绕所述籽晶杆设置；所述坩埚内适于盛放物料，所述石墨头适于漂浮在物料融化后的溶液表面，并在石墨头的底面设置籽晶头；实现了单晶生长部分液面更加稳定，避免了生长不够稳定的情况；增加了轴向梯度，大大提高了单晶生长的速率，可重复使用大大降低使用成本。

本实用新型的其他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，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点在说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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是本实用新型的一种简易的液相电阻法增加碳化硅单晶生长速度的结构示意图；

图2是本实用新型的石墨套筒的结构示意图；

图3是本实用新型的石墨头的结构示意图。

图中：

1上保温硬毡、2隔热环、3石墨硬毡套筒、4籽晶杆、41通孔、5石墨套筒、51石墨套筒卡扣、6坩埚、7电阻加热器、8石墨头、81石墨头卡槽、9籽晶头、10溶液、11石墨紧固螺栓。

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，下面将结合附图对本实用新型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。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至图3所示，本实施例提供了一种简易的液相电阻法增加碳化硅单晶生长速度的结构，包括：坩埚6、石墨套筒5、籽晶杆4和石墨头8；所述石墨头8的顶面与所述籽晶杆4的一端连接，所述石墨头8伸入所述坩埚6内；所述籽晶杆4的另一端伸出所述坩埚6；所述石墨套筒5设置在所述石墨头8的顶面上，所述石墨套筒5环绕所述籽晶杆4设置；所述坩埚6内适于盛放物料，所述石墨头8适于漂浮在物料融化后的溶液10表面，并在石墨头8的底面生长籽晶头9；实现了单晶生长部分液面更加稳定，避免了生长不够稳定的情况；增加了轴向梯度，大大提高了单晶生长的速率，石墨套筒5、籽晶杆4和石墨头8结构部分可重复使用大大降低使用成本。

在本实施例中，将物料放置在坩埚6中，物料高度为H1，随着电阻加热器7的加热物料开始融化，物料高度H1随之降低，此时籽晶杆4位置也会逐渐降低，籽晶杆4上部的石墨套筒5和石墨硬毡套筒3一同降低，进一步压缩了热区空间，减小热量辐射损失对溶液10的径向梯度的影响，而隔热环2隔绝了大部分辐射热量，使籽晶杆4内部的直接散热加强，增加了轴向梯度；在单晶生长过程中，石墨硬毡套筒3内壁和籽晶杆4外壁之间的间隙，避免了直接辐射受热，加强了直接散热效果。

在本实施例中，所述石墨套筒5的底面上设置有若干石墨套筒卡扣51。

在本实施例中，所述石墨头8的顶面上设置有若干石墨头卡槽81，所述石墨头卡槽81与所述石墨套筒卡扣51对应且适配。

在本实施例中，所述石墨套筒卡扣51和所述石墨头卡槽81上均开设有螺纹孔。

在本实施例中，通过石墨紧固螺栓11穿过石墨头卡槽81和石墨套筒卡扣51上的螺纹孔将石墨套筒5与石墨头8连接；可以牢固的将石墨套筒5与石墨头8进行连接；将石墨硬毡套筒3放置于石墨头8上的石墨头卡槽81上，用石墨套筒5紧固螺栓将石墨套筒卡扣51和石墨头卡槽81紧密配合。

在本实施例中，所述石墨套筒5的内壁上设置有石墨硬毡套筒3，所述石墨硬毡套筒3的底面与所述石墨头8的顶面接触；所述石墨硬毡套筒3的外壁与所述石墨套筒5的内壁接触；采用籽晶杆4、石墨套筒5和石墨硬毡套筒3对籽晶杆4隔热及增加散热，来增加轴向梯度，缩小液面径向梯度。并且主要针对4英寸、6英寸等籽晶，石墨套筒5和石墨硬毡套筒3的尺寸和大小更好控制，且在籽晶头9旋转过程中更加稳定，且相对间隙较大，可以大大增加籽晶杆4的直接散热，有比较高的轴向梯度和相对稳定性，可以更好的维持一个稳定快速的生长状态。石墨套筒5和石墨硬毡套筒3结合在籽晶头9上，石墨硬毡套筒3内径与籽晶头9直径相同，采用石墨连接件连接，籽晶头9开槽相互键合和方式，固定外部，同时内部采用石墨硬毡套筒3，紧密配合石墨套筒5，石墨硬毡套筒3内壁和籽晶杆4外壁之间的间隙，作为直接散热，而外部石墨套筒5隔绝辐射热量传递，增加籽晶头9的轴向梯度。另外石墨套筒5外径与上保温硬毡1孔径配合，通过增加上保温硬毡1的厚度，进一步调节轴向梯度，使得单晶生长部分液面更加稳定，避免了生长不够稳定的情况；增加了轴向梯度，大大提高了单晶生长的速率，此结构部分可重复使用大大降低使用成本；

在本实施例中，所述籽晶杆4上轴向开设有通孔41，便于进行散热。

在本实施例中，所述石墨套筒5的外壁上设置有隔热环2，所述隔热环2靠近所述石墨套筒5的顶端设置。

在本实施例中，所述坩埚6上方设置有上保温硬毡1，所述上保温硬毡1设置在所述隔热环2下方。

在本实施例中，所述坩埚6外设置有电阻加热器7，所述电阻加热器7设置在所述上保温硬毡1下方，电阻式加热器不会对籽晶杆4、石墨套筒5进行感应加热，且隔热环2和石墨硬毡套筒3结构还能有效隔绝部分辐射热量传递，间接增加直接散热，使其籽晶头9的轴向梯度大大提高，缩小溶液10径向梯度。

采用石墨套筒5和石墨硬毡套筒3为主体，配合籽晶杆4，和调节上部硬毡厚度的热场结构，以在单晶生长期间，增加轴向梯度，缩小溶液10径向梯度，来提高生长速率和生长稳定性，结构简单，工艺操作简单，安全系数高；石墨套筒5和石墨硬毡套筒3双层结构，一方面可以有效的隔绝电阻式加热时热量辐射，且通过导流增强散热；另一方面可以保护石墨硬毡套筒3，让其可以长时间重复使用；上保温硬毡1通过调节厚度进一步调节轴向梯度及保温效果。石墨套筒5外径与上保温硬毡1孔径间隙配合，减小了溶液10热量损失，缩小了径向梯度，使其在生长过程中更加稳定，且重复性和可控性大大提高。

综上所述，本实用新型通过坩埚6、石墨套筒5、籽晶杆4和石墨头8；所述石墨头8的顶面与所述籽晶杆4的一端连接，所述石墨头8伸入所述坩埚6内；所述籽晶杆4的另一端伸出所述坩埚6；所述石墨套筒5设置在所述石墨头8的顶面上，所述石墨套筒5环绕所述籽晶杆4设置；所述坩埚6内适于盛放物料，所述石墨头8适于漂浮在物料融化后的溶液10表面，并在石墨头8的底面设置籽晶头9；实现了单晶生长部分液面更加稳定，避免了生长不够稳定的情况；增加了轴向梯度，大大提高了单晶生长的速率，可重复使用大大降低使用成本。

本申请中选用的各个器件(未说明具体结构的部件)均为通用标准件或本领域技术人员知晓的部件，其结构和原理都为本技术人员均可通过技术手册得知或通过常规实验方法获知。

在本实用新型实施例的描述中，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。

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。

以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种简易的液相电阻法增加碳化硅单晶生长速度的结构，其特征在于，包括：

坩埚、石墨套筒、籽晶杆和石墨头；

所述石墨头的顶面与所述籽晶杆的一端连接，所述石墨头伸入所述坩埚内；

所述籽晶杆的另一端伸出所述坩埚；

所述石墨套筒设置在所述石墨头的顶面上，所述石墨套筒环绕所述籽晶杆设置；

所述坩埚内适于盛放物料，所述石墨头适于漂浮在物料融化后的溶液表面，并在石墨头的底面设置有籽晶头。

2.如权利要求1所述的简易的液相电阻法增加碳化硅单晶生长速度的结构，其特征在于，

所述石墨套筒的底面上设置有若干石墨套筒卡扣。

3.如权利要求2所述的简易的液相电阻法增加碳化硅单晶生长速度的结构，其特征在于，

所述石墨头的顶面上设置有若干石墨头卡槽，所述石墨头卡槽与所述石墨套筒卡扣对应且适配。

4.如权利要求3所述的简易的液相电阻法增加碳化硅单晶生长速度的结构，其特征在于，

所述石墨套筒卡扣和所述石墨头卡槽上均开设有螺纹孔。

5.如权利要求4所述的简易的液相电阻法增加碳化硅单晶生长速度的结构，其特征在于，

通过石墨紧固螺栓穿过石墨头卡槽和石墨套筒卡扣上的螺纹孔将石墨套筒与石墨头连接。

6.如权利要求1所述的简易的液相电阻法增加碳化硅单晶生长速度的结构，其特征在于，

所述石墨套筒的内壁上设置有石墨硬毡套筒，所述石墨硬毡套筒的底面与所述石墨头的顶面接触；

所述石墨硬毡套筒的外壁与所述石墨套筒的内壁接触。

7.如权利要求1所述的简易的液相电阻法增加碳化硅单晶生长速度的结构，其特征在于，

所述籽晶杆上轴向开设有通孔。

8.如权利要求1所述的简易的液相电阻法增加碳化硅单晶生长速度的结构，其特征在于，

所述石墨套筒的外壁上设置有隔热环，所述隔热环靠近所述石墨套筒的顶端设置。

9.如权利要求8所述的简易的液相电阻法增加碳化硅单晶生长速度的结构，其特征在于，

所述坩埚上方设置有上保温硬毡，所述上保温硬毡设置在所述隔热环下方。

10.如权利要求9所述的简易的液相电阻法增加碳化硅单晶生长速度的结构，其特征在于，

所述坩埚外设置有电阻加热器，所述电阻加热器设置在所述上保温硬毡下方。