RU2811875C1 - Method and device for synchronous growth of silicon carbide crystals in multiple crucibles - Google Patents
Method and device for synchronous growth of silicon carbide crystals in multiple crucibles Download PDFInfo
- Publication number
- RU2811875C1 RU2811875C1 RU2023100727A RU2023100727A RU2811875C1 RU 2811875 C1 RU2811875 C1 RU 2811875C1 RU 2023100727 A RU2023100727 A RU 2023100727A RU 2023100727 A RU2023100727 A RU 2023100727A RU 2811875 C1 RU2811875 C1 RU 2811875C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- graphite crucible
- chamber
- growth
- silicon carbide
- heater
- Prior art date
Links
- 239000013078 crystal Substances 0.000 title claims abstract description 107
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 94
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 86
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 title claims abstract description 17
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 34
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 145
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims abstract description 145
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 144
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 43
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims abstract description 38
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 7
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 5
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 claims abstract description 4
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 claims abstract description 4
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims abstract description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 9
- 239000007858 starting material Substances 0.000 claims description 8
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 4
- 238000005336 cracking Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 2
- 230000008030 elimination Effects 0.000 abstract 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 abstract 1
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 9
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 6
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 3
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
Abstract
Description
Перекрестная ссылка на родственную заявкуCross reference to related application
[0001] По настоящей заявке испрашивается приоритет патентной заявки КНР №202111349816.1, озаглавленной «Способ и устройство для синхронного роста кристаллов карбида кремния во множестве тиглей» и поданной 15 ноября 2021 года, полное содержание которой включено в настоящий документ посредством ссылки.[0001] This application claims priority to PRC Patent Application No. 202111349816.1, entitled “Method and apparatus for synchronous growth of silicon carbide crystals in multiple crucibles” and filed on November 15, 2021, the entire contents of which are incorporated herein by reference.
Область техники, к которой относится настоящее изобретениеField of technology to which the present invention relates
[0002] Настоящая заявка относится к способу и устройству для синхронного роста кристаллов карбида кремния во множестве тиглей и принадлежит к области техники кристаллов карбида кремния.[0002] The present application relates to a method and apparatus for synchronously growing silicon carbide crystals in a plurality of crucibles and belongs to the field of silicon carbide crystal technology.
Предшествующий уровень техники настоящего изобретенияBACKGROUND OF THE INVENTION
[0003] Кристаллический карбид кремния представляет собой полупроводниковый материал третьего поколения с широкой запрещенной зоной и превосходными эксплуатационными характеристиками. Его характеризуют широкая запрещенная зона, высокая концентрация насыщения носителей, высокое критическое пробивное электрическое поле, высокая теплопроводность и высокая химическая устойчивость, и, таким образом, он представляет собой наилучший материал для изготовления интегрированных электронных устройств, имеющих высокую частоту, высокую мощность, высокую плотность, высокотемпературную и радиационную устойчивость, а также другие характеристики. Однако вследствие жестких условий роста, низкой скорости роста и высокой стоимости выращивания кристаллов карбида кремния, кристаллический карбид кремния может находить применение только в электронных компонентах, имеющих высокую добавленную стоимость.[0003] Crystalline silicon carbide is a third generation semiconductor material with wide bandgap and excellent performance characteristics. It is characterized by wide bandgap, high carrier saturation concentration, high critical breakdown electric field, high thermal conductivity and high chemical stability, and thus is the best material for manufacturing integrated electronic devices having high frequency, high power, high density, high temperature and radiation resistance, as well as other characteristics. However, due to the harsh growth conditions, low growth rate and high cost of growing silicon carbide crystals, crystalline silicon carbide can only find application in electronic components with high added value.
[0004] Рост кристаллов карбида кремния в промышленном масштабе осуществляют, используя, главным образом, способ физического переноса из паровой фазы (PVT). Этот способ включает стадии нагревания исходного материала карбида кремния, содержащегося в графитовом тигле, при температуре, превышающей 2100°С, для сублимации, разложения и переноса образующегося газа в точки, где содержится затравочный кристалл, для перекристаллизации, таким образом, чтобы получать монокристаллы карбида кремния (SiC) больших размеров.[0004] The growth of silicon carbide crystals on an industrial scale is carried out using mainly the physical vapor transfer (PVT) method. This method includes the steps of heating silicon carbide starting material contained in a graphite crucible at a temperature exceeding 2100°C to sublimate, decompose and transfer the resulting gas to points where the seed crystal is contained for recrystallization, so as to obtain single crystals of silicon carbide (SiC) large sizes.
[0005] В настоящее время способ PVT, включающий индукционное нагревание, находит широкое промышленное применение для выращивания кристаллов карбида кремния. Индукционная катушка заставляет графитовый тигель генерировать вихревой ток для непосредственного нагревания. Вихревой ток сосредоточен, главным образом, на поверхности графитового тигля, и результате этого создается высокий радиальный градиент температуры в тигле. В результате этого радиальный градиент температуры в тигле является высоким в течение роста кристаллов, что вызывает растрескивание кристаллов вследствие чрезмерного внутреннего напряжения. В частности, для выращивания крупных кристаллов выход кристаллов в ходе роста является низким. Кроме того, в традиционном устройстве для выращивания способом PVT предусмотрена установка тигля в полости, и только один кристалл карбида кремния может быть выращен в течение определенного периода времени. Однако вследствие роста кристаллов карбида кремния в таких условиях, как высокая температура, низкая скорость роста, высокая стоимость оборудования и т.д., стоимость выращиваемых кристаллов карбида кремния оказывается существенно выше, чем стоимость кристаллов кремния, что в значительной мере ограничивает применение кристаллов карбида кремния.[0005] Currently, the PVT method including induction heating is widely used industrially for growing silicon carbide crystals. The induction coil causes the graphite crucible to generate eddy current to heat directly. The eddy current is concentrated mainly on the surface of the graphite crucible, and as a result, a high radial temperature gradient is created in the crucible. As a result, the radial temperature gradient in the crucible is high during crystal growth, which causes cracking of the crystals due to excessive internal stress. Particularly for growing large crystals, the crystal yield during growth is low. In addition, in the conventional PVT growth apparatus, a crucible is installed in a cavity, and only one silicon carbide crystal can be grown for a certain period of time. However, due to the growth of silicon carbide crystals under conditions such as high temperature, low growth rate, high cost of equipment, etc., the cost of grown silicon carbide crystals turns out to be significantly higher than the cost of silicon crystals, which significantly limits the use of silicon carbide crystals .
Краткое раскрытие настоящего изобретенияBrief Disclosure of the Present Invention
[0006] С учетом недостатков родственных технологий, одна из целей настоящей заявки заключается в том, чтобы предложить способ и устройство для синхронного роста кристаллов карбида кремния во множестве тиглей в целях решения описанных выше проблем предшествующего уровня техники.[0006] In view of the shortcomings of related technologies, one of the objectives of the present application is to provide a method and apparatus for synchronously growing silicon carbide crystals in multiple crucibles in order to solve the problems of the prior art described above.
[0007] Для достижения первой цели, которая указана выше, предложено устройство для синхронного роста кристаллов карбида кремния во множестве тиглей, и в настоящей заявке реализовано следующее техническое решение.[0007] To achieve the first object, which is stated above, a device for synchronous growth of silicon carbide crystals in a plurality of crucibles is proposed, and the following technical solution is implemented in the present application.
[0008] Устройство для синхронного роста кристаллов карбида кремния во множестве тиглей содержит камеру и изоляционный слоевой блок, расположенный вблизи внутренних стенок камеры, причем множество нагревательных компонентов расположено с интервалами внутри изоляционного слоевого блока, в результате чего камера разделена на множество независимых ростовых полостей, и каждая из ростовых полостей содержит независимый ростовой блок; и при этом независимый ростовой блок содержит графитовый тигель и лоток для затравочного кристалла, расположенный поверх графитового тигля. В такой конфигурации внутреннее пространство камеры полностью окружено теплоизоляционным слоевым блоком, и внутреннее пространство, окруженное изоляционным слоевым блоком, разделено на множество независимых ростовых полостей, которые не взаимодействуют друг с другом вследствие множества нагревательных компонентов, расположенных с интервалами внутри изоляционного слоевого блока, в результате чего может быть реализован синхронный рост кристаллов карбида кремния, и может быть повышена эффективность выращивания кристаллов карбида кремния.[0008] An apparatus for synchronously growing silicon carbide crystals in a plurality of crucibles comprises a chamber and an insulating layer block located adjacent the inner walls of the chamber, a plurality of heating components located at intervals within the insulating layer block such that the chamber is divided into a plurality of independent growth cavities, and each of the growth cavities contains an independent growth block; and wherein the independent growth unit comprises a graphite crucible and a seed crystal tray located on top of the graphite crucible. In such a configuration, the interior of the chamber is completely surrounded by the insulating layer block, and the interior space surrounded by the insulating layer block is divided into a plurality of independent growth cavities that do not interact with each other due to a plurality of heating components located at intervals within the insulating layer block, resulting in The synchronous growth of silicon carbide crystals can be realized, and the efficiency of growing silicon carbide crystals can be improved.
[0009] Необязательно ростовая полость имеет круглое горизонтальное поперечное сечение.[0009] Optionally, the growth cavity has a circular horizontal cross-section.
[0010] Необязательно ростовая полость имеет симметричное многоугольное горизонтальное поперечное сечение с числом сторон не менее четырех.[0010] Optionally, the growth cavity has a symmetrical polygonal horizontal cross-section with at least four sides.
[0011] Необязательно графитовый тигель соединяется с приводным блоком в нижней части, и приводной блок используется для перемещения графитового тигля при его движении в ростовой полости.[0011] Optionally, the graphite crucible is connected to a drive block at the bottom, and the drive block is used to move the graphite crucible as it moves in the growth cavity.
[0012] Необязательно приводной блок содержит подъемный механизм и поворотный механизм. Подъемный механизм содержит полый подъемный стержень, соединенный с дном графитового тигля скользящим образом, и подъемный двигатель, прикрепленный в нижней части камеры и соединенный с нижним концом полого подъемного стержня. Поворотный механизм содержит шаговый двигатель, прикрепленный внутри полого подъемного стержня, и поворотный стержень, коаксиальный и фиксированно соединенный с выходным валом шагового двигателя, причем поворотный стержень фиксированно соединяется с дном графитового тигля. Поворотный механизм установлен внутри подъемного механизма, и они не взаимодействуют друг с другом, когда они работают, таким образом, что обеспечивается точность приводного блока в регулировании положения графитового тигля, а также обеспечивается простое и удобное независимое регулирование высоты и угла наклона графитового тигля.[0012] Optionally, the drive unit includes a lifting mechanism and a rotating mechanism. The lifting mechanism includes a hollow lifting rod slidingly connected to the bottom of the graphite crucible, and a lifting motor attached to the bottom of the chamber and connected to the lower end of the hollow lifting rod. The rotary mechanism includes a stepper motor attached inside the hollow lifting rod, and a rotary rod coaxial and fixedly connected to the output shaft of the stepper motor, the rotary rod being fixedly connected to the bottom of the graphite crucible. The rotating mechanism is installed inside the lifting mechanism, and they do not interact with each other when they are operating, so that the driving unit can be accurately adjusted in adjusting the position of the graphite crucible, and the height and inclination angle of the graphite crucible can be adjusted independently and easily and conveniently.
[0013] Необязательно полый подъемный стержень проникает через дно камеры.[0013] Optionally, the hollow lift rod penetrates through the bottom of the chamber.
[0014] Необязательно графитовый тигель содержит кольцевой желоб на нижнем конце, и полый подъемный стержень содержит скользящий ролик, входящий в кольцевой желоб на верхнем конце.[0014] Optionally, the graphite crucible includes an annular groove at the lower end, and the hollow lifting rod includes a sliding roller that engages the annular groove at the upper end.
[0015] Необязательно нагревательные компоненты представляют собой первый нагреватель и второй нагреватель, расположенные вокруг периферии графитового тигля, и третий нагреватель, прикрепленный к дну графитового тигля.[0015] Optionally, the heating components are a first heater and a second heater located around the periphery of the graphite crucible, and a third heater attached to the bottom of the graphite crucible.
[0016] Необязательно графитовый тигель определяется как имеющий высоту М, первый нагреватель и второй нагреватель расположены вокруг периферии графитового тигля, причем первый нагреватель занимает положение от верхнего края графитового тигля до высоты 1/4М от верхнего края графитового тигля, второй нагреватель занимает положение от нижнего края графитового тигля до высоты 3/4М от верхнего края графитового тигля, и второй нагреватель имеет высоту, которая не превышает высоту исходного материала карбида кремния.[0016] Optionally, the graphite crucible is defined as having a height M, the first heater and the second heater are located around the periphery of the graphite crucible, the first heater occupying a position from the top edge of the graphite crucible to a height of 1/4M from the top edge of the graphite crucible, the second heater occupying a position from the bottom edge of the graphite crucible to a height of 3/4M from the top edge of the graphite crucible, and the second heater has a height that does not exceed the height of the silicon carbide starting material.
[0017] Для достижения второй цели, которая указана выше, предложен способ синхронного роста кристаллов карбида кремния во множестве тиглей, и в настоящей заявке реализовано следующее техническое решение.[0017] To achieve the second objective, which is stated above, a method for synchronously growing silicon carbide crystals in multiple crucibles is proposed, and the following technical solution is implemented in the present application.
[0018] В способе синхронного роста кристаллов карбида кремния во множестве тиглей используется описанное выше устройство для синхронного роста кристаллов карбида кремния, и способ включает следующие стадии:[0018] In the method for synchronously growing silicon carbide crystals in multiple crucibles, the above-described apparatus for synchronously growing silicon carbide crystals is used, and the method includes the following steps:
S1 (стадия предварительного нагревания), на которой после установления графитового тигля, приводного блока и исходного материала карбида кремния проверяют воздухонепроницаемость камеры, вакуумируют камеру до внутреннего давления в диапазоне от 0,1 до 5 Па, дополнительно вакуумируют камеру до внутреннего давления в диапазоне от 10-5 до 10-2 Па, увеличивают мощность нагревательных компонентов для установления температуры внутри камеры в диапазоне от 500 до 700°С, наполняют камеру смешанным газом, содержащим азот/водород и инертный газ, регулируют давление внутри камеры для поддержания его в диапазоне от 10000 до 70000 Па после определения того, что температура внутри камеры составляет более чем 1500°С, и дополнительно увеличивают мощность нагревательных компонентов для достижения температуры графитового тигля, составляющей 2000°С;S1 (preheating stage), in which, after installing the graphite crucible, drive unit and silicon carbide starting material, the air tightness of the chamber is checked, the chamber is evacuated to an internal pressure in the range of 0.1 to 5 Pa, the chamber is additionally evacuated to an internal pressure in the range of 10 -5 to 10 -2 Pa, increase the power of the heating components to set the temperature inside the chamber in the range from 500 to 700 ° C, fill the chamber with mixed gas containing nitrogen/hydrogen and inert gas, regulate the pressure inside the chamber to maintain it in the range from 10000 to 70,000 Pa after determining that the temperature inside the chamber is more than 1500°C, and further increase the power of the heating components to achieve a graphite crucible temperature of 2000°C;
S2 (стадия кристаллизации), на которой регулируют соотношение мощности нагревательных компонентов таким образом, что температура на дне графитового тигля составляет на 10-100°С выше, чем температура в верхней части графитового тигля, регулируют положение графитового тигля через приводной блок таким образом, что температура исходного материала карбида кремния в графитовом тигле составляет на 15-80°С выше, чем температура затравочного кристалла, и снижают давление внутри камеры для поддержания его в диапазоне от 50 до 2500 Па на стадии роста кристалла;S2 (crystallization stage), in which the power ratio of the heating components is adjusted so that the temperature at the bottom of the graphite crucible is 10-100°C higher than the temperature at the top of the graphite crucible, the position of the graphite crucible is adjusted through the drive unit so that the temperature of the silicon carbide source material in the graphite crucible is 15-80°C higher than the temperature of the seed crystal, and the pressure inside the chamber is reduced to maintain it in the range from 50 to 2500 Pa at the crystal growth stage;
S3 (стадия заключительной обработки), на которой после завершения стадии роста кристалла регулируют давление внутри камеры для поддержания его в диапазоне от 2500 до 10000 Па, уменьшают мощность нагревательных компонентов таким образом, чтобы уменьшить разность температур между дном графитового тигля и верхней частью графитового тигля и установить ее в пределах 20°С, и дополнительно медленно уменьшают мощность нагревательных компонентов до установления нулевой мощности.S3 (finishing stage), in which, after the crystal growth stage is completed, the pressure inside the chamber is adjusted to maintain it in the range from 2500 to 10000 Pa, the power of the heating components is reduced so as to reduce the temperature difference between the bottom of the graphite crucible and the top of the graphite crucible, and set it within 20°C, and additionally slowly reduce the power of the heating components until zero power is established.
[0019] Для достижения первой цели, которая указана выше, предложено устройство для синхронного роста кристаллов карбида кремния во множестве тиглей, и в настоящей заявке реализовано следующее техническое решение.[0019] To achieve the first object as stated above, a device for synchronous growth of silicon carbide crystals in a plurality of crucibles is proposed, and the following technical solution is implemented in the present application.
[0020] Устройство для синхронного роста кристаллов карбида кремния во множестве тиглей содержит камеру и изоляционный слоевой блок, расположенный вблизи внутренних стенок камеры, причем изоляционный слоевой блок используется для разделения камеры на множество независимых ростовых полостей, и каждая из ростовых полостей содержит независимый ростовой блок; и при этом независимый ростовой блок содержит графитовый тигель, лоток для затравочного кристалла, расположенный поверх графитового тигля, и нагревательные компоненты, расположенные вокруг периферии графитового тигля. В такой конфигурации внутреннее пространство камеры полностью окружено теплоизоляционным слоевым блоком и разделено на множество независимых ростовых полостей, которые не взаимодействуют друг с другом вследствие теплоизоляционного слоевого блока, в результате чего может быть реализован синхронный рост кристаллов карбида кремния, и может быть повышена эффективность выращивания кристаллов карбида кремния.[0020] A device for synchronously growing silicon carbide crystals in a plurality of crucibles includes a chamber and an insulating layer block located near the inner walls of the chamber, the insulating layer block being used to divide the chamber into a plurality of independent growth cavities, and each of the growth cavities contains an independent growth block; and wherein the independent growth unit comprises a graphite crucible, a seed crystal tray located on top of the graphite crucible, and heating components located around the periphery of the graphite crucible. In this configuration, the interior of the chamber is completely surrounded by a thermal insulation layer block and divided into a plurality of independent growth cavities that do not interact with each other due to the thermal insulation layer block, as a result of which the synchronous growth of silicon carbide crystals can be realized, and the growth efficiency of carbide crystals can be improved silicon
[0021] Необязательно ростовая полость имеет круглое горизонтальное поперечное сечение.[0021] Optionally, the growth cavity has a circular horizontal cross-section.
[0022] Необязательно ростовая полость имеет симметричное многоугольное горизонтальное поперечное сечение с числом сторон не менее четырех.[0022] Optionally, the growth cavity has a symmetrical polygonal horizontal cross-section with at least four sides.
[0023] Необязательно графитовый тигель соединяется с приводным блоком в нижней части, и приводной блок используется для перемещения графитового тигля при его движении в ростовой полости.[0023] Optionally, the graphite crucible is connected to a drive block at the bottom, and the drive block is used to move the graphite crucible as it moves in the growth cavity.
[0024] Необязательно приводной блок содержит подъемный механизм и поворотный механизм. Подъемный механизм содержит полый подъемный стержень, соединенный с дном графитового тигля скользящим образом, и подъемный двигатель, прикрепленный в нижней части камеры и соединенный с нижним концом полого подъемного стержня. Поворотный механизм содержит шаговый двигатель, прикрепленный внутри полого подъемного стержня, и поворотный стержень, коаксиальный и фиксированно соединенный с выходным валом шагового двигателя, причем поворотный стержень фиксированно соединяется с дном графитового тигля. Поворотный механизм установлен внутри подъемного механизма, и они не взаимодействуют друг с другом, когда они работают, таким образом, что обеспечивается точность приводного блока в регулировании положения графитового тигля, а также обеспечивается простое и удобное независимое регулирование высоты и угла наклона графитового тигля.[0024] Optionally, the drive unit includes a lifting mechanism and a rotating mechanism. The lifting mechanism includes a hollow lifting rod slidingly connected to the bottom of the graphite crucible, and a lifting motor attached to the bottom of the chamber and connected to the lower end of the hollow lifting rod. The rotary mechanism includes a stepper motor attached inside the hollow lifting rod, and a rotary rod coaxial and fixedly connected to the output shaft of the stepper motor, the rotary rod being fixedly connected to the bottom of the graphite crucible. The rotary mechanism is installed inside the lifting mechanism, and they do not interact with each other when they are operating, so that the driving unit can ensure precision in adjusting the position of the graphite crucible, and also ensure that the height and inclination angle of the graphite crucible can be easily and conveniently adjusted independently.
[0025] Необязательно полый подъемный стержень проникает через дно камеры.[0025] Optionally, the hollow lift rod penetrates through the bottom of the chamber.
[0026] Необязательно графитовый тигель содержит кольцевой желоб на нижнем конце, и полый подъемный стержень содержит скользящий ролик, входящий в кольцевой желоб на верхнем конце.[0026] Optionally, the graphite crucible includes an annular groove at the lower end, and the hollow lifting rod includes a sliding roller that engages the annular groove at the upper end.
[0027] Необязательно нагревательные компоненты представляют собой первый нагреватель и второй нагреватель, расположенные вокруг периферии графитового тигля, и третий нагреватель, прикрепленный к дну графитового тигля.[0027] Optionally, the heating components are a first heater and a second heater located around the periphery of the graphite crucible, and a third heater attached to the bottom of the graphite crucible.
[0028] Необязательно графитовый тигель определяется как имеющий высоту М, первый нагреватель и второй нагреватель расположены вокруг периферии графитового тигля, причем первый нагреватель занимает положение от верхнего края графитового тигля до высоты 1/4М от верхнего края графитового тигля, второй нагреватель занимает положение от нижнего края графитового тигля до высоты 3/4М от верхнего края графитового тигля, и второй нагреватель имеет высоту, которая не превышает высоту исходного материала карбида кремния.[0028] Optionally, the graphite crucible is defined as having a height M, the first heater and the second heater are located around the periphery of the graphite crucible, the first heater occupying a position from the top edge of the graphite crucible to a height of 1/4M from the top edge of the graphite crucible, the second heater occupying a position from the bottom edge of the graphite crucible to a height of 3/4M from the top edge of the graphite crucible, and the second heater has a height that does not exceed the height of the silicon carbide starting material.
Полезные эффекты настоящей заявкиBenefits of this application
[0029] (1) Настоящая заявка относится к устройству для синхронного роста кристаллов карбида кремния во множестве тиглей, в котором многосегментный независимо регулируемый графитовый нагреватель используется для нагревания вместо традиционного индукционного способа нагревания, и в котором можно с большей точностью регулировать радиальный и продольный температурный градиент тигля, в результате чего увеличивается скорость роста кристаллов, и уменьшается внутреннее напряжение кристаллов.[0029] (1) This application relates to a device for synchronously growing silicon carbide crystals in multiple crucibles, in which a multi-segment independently adjustable graphite heater is used for heating instead of the traditional induction heating method, and in which the radial and longitudinal temperature gradient can be controlled more accurately crucible, as a result of which the crystal growth rate increases and the internal stress of the crystals decreases.
[0030] (2) Настоящая заявка относится к устройству для синхронного роста кристаллов карбида кремния во множестве тиглей, в котором каждый тигель расположен в независимом пространстве, и образуется среда для роста кристаллов, аналогичная традиционному однотигельному оборудованию, в результате чего предотвращается взаимное влияние различных кристаллов в процессе их роста, и обеспечивается качество кристаллов, которое не является ниже качества кристаллов, получаемых в процессе роста в одном тигле.[0030] (2) This application relates to an apparatus for synchronously growing silicon carbide crystals in multiple crucibles, in which each crucible is located in an independent space, and a crystal growth environment similar to the traditional single-crucible equipment is formed, thereby preventing the mutual interference of different crystals during their growth, and the quality of the crystals is ensured, which is not lower than the quality of the crystals obtained during the growth process in one crucible.
[0031] (3) Настоящая заявка относится к устройству для синхронного роста кристаллов карбида кремния во множестве тиглей, в котором каждый тигель содержит независимый подъемный и поворотный механизм, который может с большей точностью регулировать радиальный и продольный температурный градиент для каждого тигля, а также может регулировать различные температурные градиенты, которые имеют отдельные тигли, в результате чего ускоряются исследования и разработки процесса роста кристаллов, и снижается стоимость этих исследований и разработок.[0031] (3) This application relates to an apparatus for synchronously growing silicon carbide crystals in multiple crucibles, in which each crucible includes an independent lifting and rotating mechanism that can more accurately control the radial and longitudinal temperature gradient for each crucible, and can also regulate the different temperature gradients that individual crucibles have, resulting in faster research and development of the crystal growth process and reduced cost of that research and development.
[0032] (4) Настоящая заявка относится к устройству для синхронного роста кристаллов карбида кремния во множестве тиглей, в котором нагревательные компоненты представляют собой первый нагреватель, второй нагреватель и третий нагреватель, независимо расположенные без взаимодействия, причем второй нагреватель и третий нагреватель используются для регулирования температуры исходного материала карбида кремния, и, в частности, второй нагреватель может обеспечивать регулирование достижения желательной температуры исходного материала карбида кремния и предотвращение воздействия на затравочный кристалл карбида кремния в лотке для затравочного кристалла, таким образом, что достигается цель регулирования температур исходного материала карбида кремния и затравочного кристалла карбида кремния, соответственно.[0032] (4) This application relates to an apparatus for synchronously growing silicon carbide crystals in a plurality of crucibles, in which the heating components are a first heater, a second heater and a third heater independently arranged without interaction, wherein the second heater and the third heater are used for control temperature of the silicon carbide raw material, and in particular, the second heater can control the achievement of a desired temperature of the silicon carbide raw material and prevent the silicon carbide seed crystal in the seed crystal tray from being affected, so that the purpose of controlling the temperatures of the silicon carbide raw material and silicon carbide seed crystal, respectively.
[0033] (5) Настоящая заявка относится к способу синхронного роста кристаллов карбида кремния во множестве тиглей, в котором различные тигли могут быть использованы для выращивания кристаллов карбида кремния, имеющих различные диаметры. Например, четырехдюймовые, шестидюймовые и восьмидюймовые кристаллы можно выращивать синхронно в одном устройстве для выполнения производственных задач.[0033] (5) The present application relates to a method for synchronously growing silicon carbide crystals in multiple crucibles, in which different crucibles can be used to grow silicon carbide crystals having different diameters. For example, four-inch, six-inch and eight-inch crystals can be grown synchronously in a single device to meet production needs.
[0034] (6) Настоящая заявка относится к способу синхронного роста кристаллов карбида кремния во множестве тиглей, в котором множество тиглей может быть использовано для синхронного роста, и множество кристаллов может быть выращено в одной печи, в результате чего значительно увеличивается производительность единой печи, уменьшаются затраты энергии и расходы на оборудование и персонал, а также уменьшается отличие в стоимости от монокристаллического кремния, что может не только значительно уменьшить стоимость выращивания кристаллов карбида кремния, но также обеспечить внутреннее качество монокристаллических слитков и расширить область применения кристаллов карбида кремния.[0034] (6) The present application relates to a method for synchronously growing silicon carbide crystals in multiple crucibles, in which multiple crucibles can be used for synchronous growth, and multiple crystals can be grown in a single furnace, thereby greatly increasing the productivity of a single furnace, energy consumption and equipment and personnel costs are reduced, and the cost difference from monocrystalline silicon is reduced, which can not only greatly reduce the cost of growing silicon carbide crystals, but also ensure the internal quality of monocrystalline ingots and expand the application range of silicon carbide crystals.
Краткое описание фигурBrief description of the figures
[0035] При рассмотрении следующих фигур, на которых подробно представлены неограничительные варианты осуществления и другие признаки, становятся более очевидными цели и преимущества настоящей заявки.[0035] Upon consideration of the following figures, which detail non-limiting embodiments and other features, the objectives and advantages of the present application become more apparent.
[0036] На фиг. 1 представлено схематическое изображение сверху конструкции устройства для синхронного роста кристаллов карбида кремния во множестве тиглей согласно варианту осуществления настоящей заявки.[0036] In FIG. 1 is a schematic top view of a structure of a device for synchronously growing silicon carbide crystals in a plurality of crucibles according to an embodiment of the present application.
[0037] На фиг. 2 представлено схематическое изображение спереди конструкции устройства для синхронного роста кристаллов карбида кремния во множестве тиглей согласно варианту осуществления настоящей заявки.[0037] In FIG. 2 is a schematic front view of a structure of a device for synchronously growing silicon carbide crystals in a plurality of crucibles according to an embodiment of the present application.
[0038] На фиг. 3 представлено увеличенное схематическое изображение фрагмента А, указанного на фиг. 2 настоящей заявки.[0038] In FIG. 3 is an enlarged schematic representation of fragment A shown in FIG. 2 of this application.
[0039] На фиг. 4 представлено схематическое изображение сверху конструкции устройства для синхронного роста кристаллов карбида кремния во множестве тиглей согласно другому варианту осуществления настоящей заявки.[0039] In FIG. 4 is a schematic top view of the structure of a device for synchronously growing silicon carbide crystals in a plurality of crucibles according to another embodiment of the present application.
[0040] На фиг. 5 представлено схематическое изображение спереди конструкции устройства для синхронного роста кристаллов карбида кремния во множестве тиглей согласно другому варианту осуществления настоящей заявки.[0040] In FIG. 5 is a schematic front view of a structure of a device for synchronously growing silicon carbide crystals in a plurality of crucibles according to another embodiment of the present application.
[0041] На описанных выше фигурах: 1 - камера, 2 - ростовая полость, 3 - графитовый тигель, 4 - лоток для затравочного кристалла, 5 - подъемный механизм, 6 - поворотный механизм, 7 - полый подъемный стержень, 8 - подъемный двигатель, 9 - кольцевой желоб, 10 - скользящий ролик, 11 - шаговый двигатель, 12 - поворотный стержень, 13 - первый нагреватель, 14 - второй нагреватель, 15 - третий нагреватель, 16 - первый изоляционный слой, 17 - второй изоляционный слой, 18 - третий изоляционный слой, 19 - первый электрод, 20 - второй электрод, 21 - третий электрод, 22 - исходный материал карбида кремния, 23 - затравочный кристалл карбида кремния.[0041] In the figures described above: 1 - chamber, 2 - growth cavity, 3 - graphite crucible, 4 - seed crystal tray, 5 - lifting mechanism, 6 - rotating mechanism, 7 - hollow lifting rod, 8 - lifting motor, 9 - ring groove, 10 - sliding roller, 11 - stepper motor, 12 - rotary rod, 13 - first heater, 14 - second heater, 15 - third heater, 16 - first insulating layer, 17 - second insulating layer, 18 - third insulating layer, 19 - first electrode, 20 - second electrode, 21 - third electrode, 22 - silicon carbide source material, 23 - silicon carbide seed crystal.
Подробное раскрытие вариантов осуществления настоящего изобретенияDetailed Disclosure of Embodiments of the Present Invention
[0042] Чтобы легко понять технические средства, творческие признаки, цели и эффекты, достигаемые в настоящей заявке, ее дальнейшее описание сопровождается представлением конкретных вариантов осуществления.[0042] In order to easily understand the technical means, creative features, objectives and effects achieved in the present application, its further description is accompanied by the presentation of specific embodiments.
Пример 1Example 1
[0043] Как представлено на фиг. 1 и 2, предложено устройство для синхронного роста кристаллов карбида кремния во множестве тиглей, которое содержит камеру 1 и изоляционный слоевой блок, расположенный вблизи внутренних стенок камеры, причем изоляционный слоевой блок содержит первый изоляционный слой 16, второй изоляционный слой 17 и третий изоляционный слой 18, которые расположены вблизи внутренних стенок камеры сверху вниз; множество нагревательных компонентов расположены с интервалами внутри изоляционного слоевого блока, в результате чего камера разделена на множество независимых ростовых полостей 2, и каждая из ростовых полостей 2 содержит независимый ростовой блок; и при этом независимый ростовой блок содержит графитовый тигель 3, лоток 4 для затравочного кристалла, расположенный поверх графитового тигля 3, и приводной блок, расположенный на дне графитового тигля 3; нагревательные компоненты представляют собой первый нагреватель 13 и второй нагреватель 14, расположенные вокруг периферии графитового тигля 3, и третий нагреватель 15, прикрепленный к дну графитового тигля 3. Графитовый тигель 3 определяется как имеющий высоту М. Согласно этому варианту осуществления исходный материал карбида кремния загружается до 1/2М высоты графитового тигля 3. Первый нагреватель 13 и второй нагреватель 14 расположены вокруг периферии графитового тигля 3, причем первый нагреватель 13 занимает положение от верхнего края графитового тигля 3 до высоты 1/2М от верхнего края графитового тигля 3, второй нагреватель 14 занимает положение от нижнего края графитового тигля 3 до высоты 1/2М от верхнего края графитового тигля 3, и второй нагреватель 14 имеет высоту, которая не превышает высоту исходного материала карбида кремния. Первый электрод 19 прикреплен на каждый первый нагреватель 13, второй электрод 20 прикреплен на каждый второй нагреватель 14, и третий электрод 21 прикреплен на каждый третий нагреватель 15. Первый электрод 19, второй электрод 20 и третий электрод 21 выходят наружу из камеры 1 и находятся в электрическом соединении с регулятором. Соответственно, первый электрод 19 внедрен между первым изоляционным слоем 16 и вторым изоляционным слоем 17, второй электрод 20 внедрен между вторым изолирующим слоем 17 и третьим изолирующим слоем 18, и третий электрод 21 проникает через третий изолирующий слой 18.[0043] As shown in FIG. 1 and 2, a device is proposed for the synchronous growth of silicon carbide crystals in a plurality of crucibles, which contains a chamber 1 and an insulating layer block located near the inner walls of the chamber, and the insulating layer block contains a first insulating layer 16, a second insulating layer 17 and a third insulating layer 18 , which are located near the inner walls of the chamber from top to bottom; a plurality of heating components are arranged at intervals within the insulating layer block, whereby the chamber is divided into a plurality of independent growth cavities 2, and each of the growth cavities 2 contains an independent growth block; and wherein the independent growth unit comprises a graphite crucible 3, a seed crystal tray 4 located on top of the graphite crucible 3, and a drive unit located on the bottom of the graphite crucible 3; The heating components are a first heater 13 and a second heater 14 located around the periphery of the graphite crucible 3, and a third heater 15 attached to the bottom of the graphite crucible 3. The graphite crucible 3 is defined as having a height of M. According to this embodiment, the silicon carbide raw material is loaded to 1/2M of the height of the graphite crucible 3. The first heater 13 and the second heater 14 are located around the periphery of the graphite crucible 3, and the first heater 13 occupies a position from the upper edge of the graphite crucible 3 to a height of 1/2M from the upper edge of the graphite crucible 3, the second heater 14 occupies a position from the lower edge of the graphite crucible 3 to a height of 1/2M from the upper edge of the graphite crucible 3, and the second heater 14 has a height that is not higher than the height of the silicon carbide raw material. A first electrode 19 is attached to each first heater 13, a second electrode 20 is attached to each second heater 14, and a third electrode 21 is attached to each third heater 15. The first electrode 19, the second electrode 20, and the third electrode 21 extend outward from the chamber 1 and are located in electrical connection to the regulator. Accordingly, the first electrode 19 is embedded between the first insulating layer 16 and the second insulating layer 17, the second electrode 20 is embedded between the second insulating layer 17 and the third insulating layer 18, and the third electrode 21 penetrates through the third insulating layer 18.
[0044] В этом примере ростовая полость 2 имеет круглое горизонтальное поперечное сечение.[0044] In this example, the growth cavity 2 has a circular horizontal cross-section.
[0045] Графитовый тигель 3 соединяется с приводным блоком в нижней части, и приводной блок используется для перемещения графитового тигля при движении в его ростовой полости 2.[0045] The graphite crucible 3 is connected to the drive block at the bottom, and the drive block is used to move the graphite crucible while moving in its growth cavity 2.
[0046] Приводной блок содержит подъемный механизм 5 и поворотный механизм 6. Подъемный механизм 5 содержит полый подъемный стержень 7, соединенный с дном графитового тигля 3 скользящим образом, и подъемный двигатель 8, прикрепленный в нижней части камеры 1 и соединенный с нижним концом полого подъемного стержня 7, и полый подъемный стержень 7 проникает через дно камеры 1. Как представлено на фиг. 3, графитовый тигель 3 содержит кольцевой желоб 9 на нижнем конце, и полый подъемный стержень 7 содержит скользящий ролик 10, входящий в кольцевой желоб 9 на верхнем конце. Поворотный механизм 6 содержит шаговый двигатель 11, прикрепленный внутри полого подъемного стержня 7, и поворотный стержень 12, коаксиальный и фиксированно соединенный с выходным валом шагового двигателя 11, и при этом поворотный стержень 12 фиксированно соединяется с дном графитового тигля 3.[0046] The drive unit includes a lifting mechanism 5 and a rotary mechanism 6. The lifting mechanism 5 includes a hollow lifting rod 7 connected to the bottom of the graphite crucible 3 in a sliding manner, and a lifting motor 8 attached to the bottom of the chamber 1 and connected to the lower end of the hollow lifting rod. rod 7, and the hollow lifting rod 7 penetrates through the bottom of the chamber 1. As shown in FIG. 3, the graphite crucible 3 includes an annular groove 9 at the lower end, and the hollow lifting rod 7 includes a sliding roller 10 included in the annular groove 9 at the upper end. The rotary mechanism 6 includes a stepper motor 11 attached inside the hollow lifting rod 7, and a rotary rod 12 coaxial and fixedly connected to the output shaft of the stepper motor 11, and wherein the rotary rod 12 is fixedly connected to the bottom of the graphite crucible 3.
[0047] В итоге рабочий принцип и способ эксплуатации согласно настоящей заявке может быть описан следующим образом. Графитовый тигель 3 внутри каждой ростовой полостью 2 заполняют исходным материалом карбида кремния 22 и прикрепляют затравочный кристалл карбида кремния 23 на лоток 4 для затравочного кристалла. Проверяют воздухонепроницаемость камеры 1, осуществляют вакуумирование и нагревание до тех пор, пока камера 1 и графитовый тигель 3 не достигают желательных значений давления и температуры. Осуществляют синхронный рост кристаллов карбида кремния. В течение процесса роста раздельно регулируют нагревательные компоненты и подъемный механизм 5 и поворотный механизм 6 внутри каждого отдельного ростового блока, а также регулируют температуру графитового тигля 3 и его положение в ростовой полости 2.[0047] In summary, the working principle and method of operation according to the present application can be described as follows. The graphite crucible 3 inside each growth cavity 2 is filled with the silicon carbide starting material 22, and the silicon carbide seed crystal 23 is attached to the seed crystal tray 4. The airtightness of chamber 1 is checked, vacuuming and heating are carried out until chamber 1 and graphite crucible 3 reach the desired pressure and temperature values. Synchronous growth of silicon carbide crystals is carried out. During the growth process, the heating components and the lifting mechanism 5 and the rotating mechanism 6 inside each individual growth block are separately adjusted, and the temperature of the graphite crucible 3 and its position in the growth cavity 2 are also adjusted.
Пример 2Example 2
[0048] Пример 2 является таким же, как пример 1, за исключением того, что ростовая полость имеет восьмиугольное горизонтальное поперечное сечение.[0048] Example 2 is the same as Example 1 except that the growth cavity has an octagonal horizontal cross-section.
Пример 3Example 3
[0049] В способе синхронного роста кристаллов карбида кремния во множестве тиглей используется описанное выше в примере 1 устройство для синхронного роста кристаллов карбида кремния, и способ включает следующие стадии:[0049] In the method for synchronously growing silicon carbide crystals in multiple crucibles, the device for synchronously growing silicon carbide crystals described in Example 1 above is used, and the method includes the following steps:
S1 (стадия предварительного нагревания)S1 (preheating stage)
После установления графитового тигля 3, приводного блока и исходного материала карбида кремния проверяют воздухонепроницаемость камеры 1, вакуумируют до достижения давления внутри камеры 1, составляющего приблизительно 5 Па, дополнительно вакуумируют до достижения давления внутри камеры, составляющего приблизительно 10-5 Па. Существующий молекулярный насос или сухой вихревой насос может быть использован в качестве насосное устройство для вакуумного откачивания. Насосное устройство присоединяется к камере 1 через вакуумную трубку, которая не представлена на иллюстрациях. Включают поворотный двигатель, прикрепленный к дну устройства для синхронного роста. Увеличивают мощность нагревательных компонентов до достижения температуры внутри камеры, составляющей 500°С, заполняют камеру 1 смешанным газом, содержащим азот и аргон, регулируют давление внутри камеры 1 для его поддержания на уровне, составляющем приблизительно 10000 Па, и дополнительно увеличивают мощность нагревательных компонентов для достижения температуры графитового тигля 3, составляющей 2100°С.After installing the graphite crucible 3, the drive unit and the silicon carbide source material, the air tightness of the chamber 1 is checked, the chamber 1 is evacuated until the pressure inside the chamber 1 is approximately 5 Pa, and the pressure inside the chamber is further vacuumed until the pressure inside the chamber is approximately 10 -5 Pa. An existing molecular pump or dry vortex pump can be used as a pumping device for vacuum pumping. The pumping device is connected to chamber 1 through a vacuum tube, which is not shown in the illustrations. A rotary motor attached to the bottom of the synchronous growth device is turned on. The power of the heating components is increased until the temperature inside the chamber reaches 500°C, the chamber 1 is filled with a mixed gas containing nitrogen and argon, the pressure inside the chamber 1 is adjusted to maintain it at a level of approximately 10,000 Pa, and the power of the heating components is further increased to achieve temperature of the graphite crucible 3, amounting to 2100°C.
S2 (стадия кристаллизации)S2 (crystallization stage)
Регулируют соотношение мощности нагревательных компонентов таким образом, что температура на дне графитового тигля 3 составляет на 10°С выше, чем температура в верхней части графитового тигля 3, регулируют положение графитового тигля 3 через приводной блок таким образом, что температура исходного материала карбида кремния в графитовом тигле 3 составляет на 15°С выше, чем температура затравочного кристалла, и снижают давление внутри камеры 1 для его поддержания на уровне, составляющем приблизительно 50 Па, на стадии роста кристаллов проводящего кристаллического карбида кремния.The power ratio of the heating components is adjusted so that the temperature at the bottom of the graphite crucible 3 is 10°C higher than the temperature at the top of the graphite crucible 3, the position of the graphite crucible 3 is adjusted through the drive unit so that the temperature of the silicon carbide source material in the graphite crucible 3 is 15° C. higher than the temperature of the seed crystal, and the pressure inside the chamber 1 is reduced to maintain it at a level of approximately 50 Pa during the crystal growth stage of the conductive crystalline silicon carbide.
S3 (стадия заключительной обработки)S3 (finishing stage)
После завершения стадии роста кристалла регулируют давление внутри камеры 1 для его поддержания на уровне, составляющем приблизительно 10000 Па, уменьшают мощность нагревательных компонентов таким образом, чтобы уменьшить разность температур между дном графитового тигля 3 и верхней частью графитового тигля 3 в пределах 20°С, и дополнительно медленно уменьшают мощность нагревательных компонентов до нулевого уровня.After completion of the crystal growth stage, adjust the pressure inside the chamber 1 to maintain it at a level of approximately 10,000 Pa, reduce the power of the heating components so as to reduce the temperature difference between the bottom of the graphite crucible 3 and the top of the graphite crucible 3 within 20°C, and additionally slowly reduce the power of the heating components to zero level.
Пример 4Example 4
[0050] В способе синхронного роста кристаллов карбида кремния во множестве тиглей используется описанное выше в примере 2 устройство для синхронного роста кристаллов карбида кремния, за исключением того, что ростовая полость 2 имеет иное горизонтальное поперечное сечение.[0050] The method for synchronously growing silicon carbide crystals in multiple crucibles uses the device for synchronously growing silicon carbide crystals described above in Example 2, except that the growth cavity 2 has a different horizontal cross-section.
Пример 5Example 5
[0051] В способе синхронного роста кристаллов карбида кремния во множестве тиглей используется описанное выше в примере 1 устройство для синхронного роста кристаллов карбида кремния, причем способ является таким же, как в примере 3, за исключением того, что на стадии S1 используется смешанный газ, содержащий водород и аргон, для выращивания полуизолирующих кристаллов карбида кремния.[0051] In the method for synchronously growing silicon carbide crystals in multiple crucibles, the device for synchronously growing silicon carbide crystals described in Example 1 above is used, and the method is the same as in Example 3 except that a mixed gas is used in step S1, containing hydrogen and argon, for growing semi-insulating silicon carbide crystals.
Пример 6Example 6
[0052] Предложен способ синхронного роста кристаллов карбида кремния во множестве тиглей, в котором на стадии S1 смешанный газ, содержащий водород и аргон, используется для выращивания полуизолирующих кристаллов карбида кремния. Пример 6 отличается от примера 5 тем, что в нем используется описанное выше в примере 2 устройство для синхронного роста кристаллов карбида кремния, и ростовая полость 2 имеет восьмиугольное горизонтальное поперечное сечение.[0052] A method is proposed for synchronously growing silicon carbide crystals in multiple crucibles, in which, in step S1, a mixed gas containing hydrogen and argon is used to grow semi-insulating silicon carbide crystals. Example 6 differs from Example 5 in that it uses the device for synchronous growth of silicon carbide crystals described in Example 2 above, and the growth cavity 2 has an octagonal horizontal cross-section.
Пример 7Example 7
[0053] Как представлено на фиг. 4 и 5, устройство для синхронного роста кристаллов карбида кремния во множестве тиглей содержит камеру 1 и изоляционный слоевой блок, расположенный вблизи внутренних стенок камеры 1, причем изоляционный слоевой блок содержит первый изоляционный слой 16, второй изоляционный слой 17 и третий изоляционный слой 18, которые расположены вблизи внутренних стенок камеры сверху вниз; изоляционный слоевой блок используется для разделения камеры 1 на множество независимых ростовых полостей 2, и каждая из ростовых полостей 2 содержит независимый ростовой блок; и при этом независимый ростовой блок содержит графитовый тигель 3, лоток 4 для затравочного кристалла, расположенный поверх графитового тигля 3, нагревательные компоненты, расположенные вокруг периферии графитового тигля 3, и приводной блок, расположенный на дне графитового тигля 3. Нагревательные компоненты представляют собой первый нагреватель 13 и второй нагреватель 14, расположенные вокруг периферии графитового тигля 3, и третий нагреватель 15, прикрепленный к дну графитового тигля 3. Графитовый тигель 3 определяется как имеющий высоту М. Согласно этому варианту осуществления исходный материал карбида кремния загружают до 1/2М высоты графитового тигля 3. Первый нагреватель 13 и второй нагреватель 14 расположены вокруг периферии графитового тигля 3, причем первый нагреватель 13 занимает положение от верхнего края графитового тигля 3 до высоты 1/2М от верхнего края графитового тигля 3, второй нагреватель 14 занимает положение от нижнего края графитового тигля 3 до высоты 1/2М от верхнего края графитового тигля 3, и при этом второй нагреватель 14 имеет высоту, которая не превышает высоту исходного материала карбида кремния. Первый электрод 19 прикреплен на каждый первый нагреватель 13, второй электрод 20 прикреплен на каждый второй нагреватель 14, и третий электрод 21 прикреплен на каждый третий нагреватель 15. Первый электрод 19, второй электрод 20 и третий электрод 21 выходят наружу из камеры 1 и находятся в электрическом соединении с регулятором. Соответственно, первый электрод 19 внедрен между первым изоляционным слоем 16 и вторым изоляционным слоем 17, второй электрод 20 внедрен между вторым изолирующим слоем 17 и третьим изолирующим слоем 18, и третий электрод 21 проникает через третий изолирующий слой 18.[0053] As shown in FIG. 4 and 5, a device for synchronously growing silicon carbide crystals in a plurality of crucibles includes a chamber 1 and an insulating layer block located adjacent the inner walls of the chamber 1, the insulating layer block comprising a first insulating layer 16, a second insulating layer 17 and a third insulating layer 18, which located near the inner walls of the chamber from top to bottom; an insulating layer block is used to divide the chamber 1 into a plurality of independent growth cavities 2, and each of the growth cavities 2 contains an independent growth block; and wherein the independent growth unit comprises a graphite crucible 3, a seed crystal tray 4 located on top of the graphite crucible 3, heating components located around the periphery of the graphite crucible 3, and a drive unit located on the bottom of the graphite crucible 3. The heating components constitute a first heater 13 and a second heater 14 located around the periphery of the graphite crucible 3, and a third heater 15 attached to the bottom of the graphite crucible 3. The graphite crucible 3 is defined as having a height of M. According to this embodiment, the silicon carbide raw material is loaded to 1/2M of the height of the graphite crucible. 3. The first heater 13 and the second heater 14 are located around the periphery of the graphite crucible 3, and the first heater 13 occupies a position from the upper edge of the graphite crucible 3 to a height of 1/2M from the upper edge of the graphite crucible 3, the second heater 14 occupies a position from the lower edge of the graphite crucible 3 to a height of 1/2M from the top edge of the graphite crucible 3, and the second heater 14 has a height that does not exceed the height of the silicon carbide starting material. A first electrode 19 is attached to each first heater 13, a second electrode 20 is attached to each second heater 14, and a third electrode 21 is attached to each third heater 15. The first electrode 19, the second electrode 20, and the third electrode 21 extend outward from the chamber 1 and are located in electrical connection to the regulator. Accordingly, the first electrode 19 is embedded between the first insulating layer 16 and the second insulating layer 17, the second electrode 20 is embedded between the second insulating layer 17 and the third insulating layer 18, and the third electrode 21 penetrates through the third insulating layer 18.
[0054] В этом примере ростовая полость 2 имеет круглое горизонтальное поперечное сечение.[0054] In this example, the growth cavity 2 has a circular horizontal cross-section.
[0055] Графитовый тигель 3 соединяется с приводным блоком в нижней части, и приводной блок используется для перемещения графитового тигля при движении в ростовой полости 2.[0055] The graphite crucible 3 is connected to a driving block at the bottom, and the driving block is used to move the graphite crucible while moving in the growth cavity 2.
[0056] Приводной блок содержит подъемный механизм 5 и поворотный механизм 6. Подъемный механизм 5 содержит полый подъемный стержень 7, соединенный с дном графитового тигля 3 скользящим образом, и подъемный двигатель 8, прикрепленный в нижней части камеры 1 и соединенный с нижним концом полого подъемного стержня 7, и при этом полый подъемный стержень 7 проникает через дно камеры 1. Как представлено на фиг. 3, графитовый тигель 3 содержит кольцевой желоб 9 на нижнем конце, и полый подъемный стержень 7 содержит скользящий ролик 10, входящий в кольцевой желоб 9 на верхнем конце. Поворотный механизм 6 содержит шаговый двигатель 11, прикрепленный внутри полого подъемного стержня 7, и поворотный стержень 12, коаксиальный и фиксированно соединенный с выходным валом шагового двигателя 11, причем поворотный стержень 12 фиксированно соединяется с дном графитового тигля 3.[0056] The drive unit includes a lifting mechanism 5 and a rotating mechanism 6. The lifting mechanism 5 includes a hollow lifting rod 7 connected to the bottom of the graphite crucible 3 in a sliding manner, and a lifting motor 8 attached to the bottom of the chamber 1 and connected to the lower end of the hollow lifting rod. rod 7, and the hollow lifting rod 7 penetrates through the bottom of the chamber 1. As shown in FIG. 3, the graphite crucible 3 includes an annular groove 9 at the lower end, and the hollow lifting rod 7 includes a sliding roller 10 included in the annular groove 9 at the upper end. The rotary mechanism 6 includes a stepper motor 11 attached inside the hollow lifting rod 7, and a rotary rod 12 coaxial and fixedly connected to the output shaft of the stepper motor 11, and the rotary rod 12 is fixedly connected to the bottom of the graphite crucible 3.
[0057] В итоге рабочий принцип и способ эксплуатации согласно настоящей заявке может быть описан следующим образом. Графитовый тигель 3 внутри каждой из ростовых полостей 2 заполняют исходным материалом карбида кремния 22 и прикрепляют затравочный кристалл карбида кремния 23 на лоток 4 для затравочного кристалла. Проверяют воздухонепроницаемость камеры 1, осуществляют вакуумирование и нагревание до тех пор, пока камера 1 и графитовый тигель 3 не достигают желательных значений давления и температуры. Осуществляют синхронный рост кристаллов карбида кремния. В течение процесса роста раздельно регулируют нагревательные компоненты и подъемный механизм 5 и поворотный механизм 6 внутри каждого отдельного ростового блока, а также регулируют температуру графитового тигля 3 и его положение в ростовой полости 2.[0057] In summary, the working principle and method of operation according to the present application can be described as follows. The graphite crucible 3 inside each of the growth cavities 2 is filled with the silicon carbide starting material 22, and the silicon carbide seed crystal 23 is attached to the seed crystal tray 4. The airtightness of chamber 1 is checked, vacuuming and heating are carried out until chamber 1 and graphite crucible 3 reach the desired pressure and temperature values. Synchronous growth of silicon carbide crystals is carried out. During the growth process, the heating components and the lifting mechanism 5 and the rotating mechanism 6 inside each individual growth block are separately adjusted, and the temperature of the graphite crucible 3 and its position in the growth cavity 2 are also adjusted.
Сравнительный пример 1Comparative example 1
[0058] Были использованы устройство для выращивания монокристаллов и соответствующий способ выращивания, которые описаны в патентной заявке КНР №CN 110129880 А.[0058] A single crystal growth device and corresponding growth method were used, which are described in PRC Patent Application No. CN 110129880 A.
Сравнительный пример 2Comparative example 2
[0059] Были использованы устройство для выращивания монокристаллов и соответствующий способ выращивания, которые описаны в патентной заявке КНР №CN 104364428 А.[0059] A single crystal growth device and corresponding growth method were used, which are described in PRC Patent Application No. CN 104364428 A.
Результат исследования 1Study Result 1
[0060] Результат исследования 1 был использован, чтобы представить рост кристаллов карбида кремния, которые были получены, посредством наблюдения и статистического сопоставления со способом выращивания, описанным в примерах 3-6, по сравнению с устройством для выращивания монокристаллов и способом выращивания в сравнительных примерах 1 и 2.[0060] The result of Study 1 was used to present the growth of silicon carbide crystals that were obtained through observation and statistical comparison with the growth method described in Examples 3 to 6 compared with the single crystal growth apparatus and growth method in Comparative Examples 1 and 2.
Здесь ○ представляет высокую эффективность выращивания кристаллического карбида кремния; □ представляет удовлетворительную эффективность выращивания кристаллического карбида кремния; и x представляет неудовлетворительную эффективность выращивания кристаллического карбида кремния.Here, ○ represents the high efficiency of growing crystalline silicon carbide; □ represents satisfactory growth efficiency of crystalline silicon carbide; and x represents the unsatisfactory growth efficiency of crystalline silicon carbide.
Результат исследования 2Study Result 2
[0061] Результат исследования 2 был использован, чтобы представить морфологию кристаллов карбида кремния, которые были получены, посредством наблюдения и статистического сопоставления со способом выращивания, описанным в примерах 3-6, по сравнению с устройством для выращивания монокристаллов и способом выращивания в сравнительных примерах 1 и 2.[0061] The result of Study 2 was used to present the morphology of silicon carbide crystals that were obtained through observation and statistical comparison with the growth method described in Examples 3 to 6, compared with the single crystal growth apparatus and growth method in Comparative Examples 1 and 2.
Здесь ○ представляет, что кристаллический карбид кремния имеет интегральную морфологию, и его поверхность является гладкой; □ представляет, что кристаллический карбид кремния имеет интегральную морфологию и трещины на поверхности; и х представляет, что кристаллический карбид кремния имеет неудовлетворительную морфологию.Here, ○ represents that the crystalline silicon carbide has an integral morphology and its surface is smooth; □ represents that crystalline silicon carbide has an integral morphology and cracks on the surface; and x represents that the crystalline silicon carbide has an unsatisfactory morphology.
[0062] Приведенные выше результаты кратко представлены ниже в следующей таблице.[0062] The above results are summarized below in the following table.
[0063] Посредством сравнения результатов исследований в примерах 3-6 можно видеть, что монокристаллы карбида кремния, полученные с применением данного устройства и способа выращивания, имеют более гладкую и чистую поверхность, пониженное внутреннее напряжение, значительно уменьшенный коэффициент растрескивания и значительно повышенный выход кристаллов по сравнению с монокристаллами карбида кремния, выращенными с применением существующих распространенных способов.[0063] By comparing the research results in Examples 3-6, it can be seen that silicon carbide single crystals obtained using this device and growth method have a smoother and cleaner surface, reduced internal stress, significantly reduced cracking coefficient, and significantly increased crystal yield. compared to silicon carbide single crystals grown using existing common methods.
[0064] Выше представлены и описаны основные принципы и главные признаки настоящей заявки и преимущества настоящей заявки. Для специалистов в данной области техники является очевидным, что настоящая заявка не ограничивается подробностями представленных выше примерных вариантов осуществления, и настоящая заявка может быть реализована в других конкретных формах без отклонения от идеи или основных признаков настоящей заявки. Таким образом, с любой точки зрения, варианты осуществления следует рассматривать как примерные и неограничительные. Объем настоящей заявки определяется прилагаемой формулой изобретения, а не представленным выше описанием. Таким образом, предусмотрено, что в него входят все изменения в пределах значения и объема эквивалентных элементов формулы изобретения в настоящей заявке.[0064] The above has presented and described the basic principles and main features of the present application and the advantages of the present application. It will be apparent to those skilled in the art that the present application is not limited to the details of the exemplary embodiments presented above, and the present application may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or essential features of the present application. Thus, from any point of view, the embodiments should be considered as exemplary and non-restrictive. The scope of this application is determined by the appended claims and not by the above description. Thus, it is intended that all modifications be made within the meaning and scope of the equivalent elements of the claims in this application.
[0065] Кроме того, следует понимать, что хотя настоящее описание представлено согласно вариантам осуществления, не в каждом варианте осуществления содержится только независимое техническое решение. Настоящее описание представлено исключительно в целях ясности. Специалистам в данной области техники следует рассматривать настоящее описание в целом, и технические решения в каждом варианте осуществления также могут быть надлежащим образом объединены с образованием других вариантов осуществления, которые могут быть понятными для специалистов в данной области техники.[0065] In addition, it should be understood that although the present description is presented in accordance with embodiments, not every embodiment contains only an independent technical solution. This description is presented for clarity purposes only. Those skilled in the art should consider the present disclosure as a whole, and the technical solutions in each embodiment may also be suitably combined to form other embodiments that may be understood by those skilled in the art.
Claims (30)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111349816.1 | 2021-11-15 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2811875C1 true RU2811875C1 (en) | 2024-01-18 |
Family
ID=
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2155829C2 (en) * | 1994-12-01 | 2000-09-10 | Сименс АГ | Process and gear for production of monocrystals of silicon carbide by way of sublimation growing |
| US20130320275A1 (en) * | 2012-05-24 | 2013-12-05 | Ii-Vi Incorporated | Vanadium Compensated, SI SiC Single Crystals of NU and PI Type and the Crystal Growth Process Thereof |
| US20150361580A1 (en) * | 2014-06-16 | 2015-12-17 | Usi Optronics Corporation | Device and method for producing multi silicon carbide crystals |
| CN110129880A (en) * | 2019-04-26 | 2019-08-16 | 河北同光晶体有限公司 | A kind of grower and growing method of low-carbon wrappage density SiC single crystal |
| CN210194036U (en) * | 2019-08-07 | 2020-03-27 | 哈尔滨科友半导体产业装备与技术研究院有限公司 | Planetary multi-crucible PVT method crystal deposition reaction furnace |
| CN210287583U (en) * | 2019-07-22 | 2020-04-10 | 江苏星特亮科技有限公司 | Multi-station silicon carbide crystal growing device |
| CN111624460A (en) * | 2020-06-28 | 2020-09-04 | 西安奕斯伟硅片技术有限公司 | Method for detecting defect distribution area of monocrystalline silicon |
| CN113502541A (en) * | 2021-06-21 | 2021-10-15 | 苏州优晶光电科技有限公司 | Silicon carbide crystal growth method and equipment for supplementing gaseous carbon source and silicon source |
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2155829C2 (en) * | 1994-12-01 | 2000-09-10 | Сименс АГ | Process and gear for production of monocrystals of silicon carbide by way of sublimation growing |
| US20130320275A1 (en) * | 2012-05-24 | 2013-12-05 | Ii-Vi Incorporated | Vanadium Compensated, SI SiC Single Crystals of NU and PI Type and the Crystal Growth Process Thereof |
| US20150361580A1 (en) * | 2014-06-16 | 2015-12-17 | Usi Optronics Corporation | Device and method for producing multi silicon carbide crystals |
| CN110129880A (en) * | 2019-04-26 | 2019-08-16 | 河北同光晶体有限公司 | A kind of grower and growing method of low-carbon wrappage density SiC single crystal |
| CN210287583U (en) * | 2019-07-22 | 2020-04-10 | 江苏星特亮科技有限公司 | Multi-station silicon carbide crystal growing device |
| CN210194036U (en) * | 2019-08-07 | 2020-03-27 | 哈尔滨科友半导体产业装备与技术研究院有限公司 | Planetary multi-crucible PVT method crystal deposition reaction furnace |
| CN111624460A (en) * | 2020-06-28 | 2020-09-04 | 西安奕斯伟硅片技术有限公司 | Method for detecting defect distribution area of monocrystalline silicon |
| CN113502541A (en) * | 2021-06-21 | 2021-10-15 | 苏州优晶光电科技有限公司 | Silicon carbide crystal growth method and equipment for supplementing gaseous carbon source and silicon source |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| WO2023082913A1 (en) | Synchronous growth method and device for multi-crucible silicon carbide crystal | |
| CN102534805B (en) | Silicon carbide crystal annealing process | |
| TWI723579B (en) | Large-size and high-purity silicon carbide single crystal, base material, and preparation method and device for preparation thereof | |
| CN111074348B (en) | Annealing treatment method and device for reducing internal stress of crystal | |
| CN206204482U (en) | A kind of device of the reduction InP crystal twins based on VGF methods | |
| CN101323978A (en) | Large size sapphire crystal preparing technology and growing apparatus thereof | |
| CN113005511B (en) | Method and device for growing high-quality silicon carbide crystals | |
| CN108277534A (en) | A kind of graphite resistance heating SiC crystal growth furnace | |
| CN106906515A (en) | A kind of SiC single crystal grower that can realize temperature field real-time adjustment and the method that SiC single crystal is grown using the device | |
| CN111074340B (en) | Silicon carbide single crystal, substrate and preparation method thereof | |
| CN105442038A (en) | Crucible rotating-type silicon carbide single crystal growth method | |
| CN208151525U (en) | A kind of graphite resistance heating SiC crystal growth furnace | |
| CN108707966A (en) | A kind of low nitrogen content SiC single crystal grower and its application | |
| RU2811875C1 (en) | Method and device for synchronous growth of silicon carbide crystals in multiple crucibles | |
| JP2016052961A (en) | Silicon carbide single crystal and production method thereof | |
| CN117051471B (en) | Device and method for growing silicon carbide crystal by liquid phase method | |
| TWI625431B (en) | Method for producing single crystal germanium | |
| CN219099384U (en) | Silicon carbide crystal growth device | |
| CN218175203U (en) | Eight-inch PVT growth furnace with adjustable thermal field | |
| CN211420368U (en) | Apparatus for growing large diameter silicon carbide crystals | |
| CN110306238B (en) | Crystal growth device and crystal growth method | |
| CN218989473U (en) | Multi-temperature-zone induction heating silicon carbide single crystal growth device in vacuum environment | |
| CN205313716U (en) | Independent rotary mechanism of crucible in siC growth of single crystal equipment | |
| US20230151511A1 (en) | Method and apparatus for synchronous growth of silicon carbide crystals in multiple crucibles | |
| CN105442044A (en) | Crucible independent rotating mechanism of SiC single crystal growth equipment |