一種碳化硅晶體生長裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于新材料加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種帶有冷卻功能的碳化硅晶體生長裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]碳化硅(SiC)是一種半寬禁帶半導(dǎo)體材料，其在禁帶寬度、熱導(dǎo)率、臨界擊穿場強(qiáng)、飽和電子漂移速率等方面具有明顯的優(yōu)勢。由于其優(yōu)異的物理性能，使用SiC器件，有望大幅削減電力轉(zhuǎn)換器的損失和體積。目前SiC器件已經(jīng)開始在汽車、鐵路和家用電器等領(lǐng)域中得到應(yīng)用。
[0003]溶液法因其生長過程處于近平衡狀態(tài)，是一種生長高品質(zhì)的SiC晶體的理想方法，而受到了越來越多的關(guān)注和研宄。通過溶液法生長，可以消除PVT法生長SiC晶體過程中難以避免的微管等缺陷。
[0004]在溶液法生長SiC晶體過程中，晶體生長爐的生長腔由包括坩禍、溶液、籽晶軸、籽晶和石墨氈等幾部分構(gòu)成，坩禍為高純石墨坩禍，通過感應(yīng)加熱把坩禍中的高純多晶硅熔化，形成熔融的硅，通過熔融的硅對石墨坩禍的腐蝕，向熔融的硅中提供碳源，進(jìn)而形成S1-C體系的溶液；籽晶粘貼在籽晶桿上，生長時浸入溶液的過飽和區(qū)中進(jìn)行生長；晶體生長的動力是溶液中的溫度梯度形成的飽和度差，通過調(diào)整坩禍與感應(yīng)線圈的相對位置，使溶液中形成穩(wěn)定的溫度和溫度梯度；晶體的生長速度取決于溫度梯度的大小。
[0005]單純的提高溶液中的溫度梯度，可以達(dá)到提高晶體生長速度的目的，但過高的溫度梯度，使得液面附近形成過多的雜晶。雜晶的存在會干擾正常的晶體生長，導(dǎo)致晶體生長界面混入雜晶，引起多型的變化和包裹體等缺陷的產(chǎn)生。
[0006]除了在溶液中形成溫度梯度之外，研宄人員還嘗試增加對籽晶的冷卻效果，來提高晶體生長的驅(qū)動力。專利CN 103620094A中提供了一種新型的籽晶軸方案，通過在籽晶軸內(nèi)部通入冷卻氣體，對籽晶軸進(jìn)行高效的冷卻。但這種方法，對籽晶軸的制造工藝要求高，工藝復(fù)雜，成本增加。專利CN102057083A中提供了一種在籽晶和籽晶軸之間增加高導(dǎo)熱性疊層碳片的方法，增加了溫度梯度，使得晶體生長速度增加，但是這種方法同樣增加了工藝步驟，又增加了成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對現(xiàn)有溶液法生長SiC晶體存在的不足之處，本實(shí)用新型的發(fā)明人提供了一種新型碳化硅晶體生長裝置，該裝置包括生長腔體，腔體內(nèi)設(shè)置有保溫桶，保溫桶外側(cè)設(shè)置有感應(yīng)線圈，保溫桶內(nèi)設(shè)置有坩禍，生長腔體上側(cè)設(shè)置有籽晶軸升降旋轉(zhuǎn)裝置，該裝置下端設(shè)置有伸入坩禍內(nèi)的籽晶軸，所述籽晶軸側(cè)面設(shè)置有惰性氣體管道；采用這種結(jié)構(gòu)的生長裝置，在整個生長過程中，惰性氣體通過惰性氣體管道通入腔體內(nèi)，且直接對籽晶軸進(jìn)行冷卻，促使籽晶軸周圍產(chǎn)生更大的溫度梯度，提高晶體生長速度的同時又實(shí)現(xiàn)了惰性氣體作為保護(hù)氣體起到保護(hù)晶體，維持高純度SiC晶體的目的。
[0008]本實(shí)用新型的具體技術(shù)方案是:
[0009]一種碳化硅晶體生長裝置，該裝置包括生長腔體，腔體內(nèi)設(shè)置有保溫桶，保溫桶外側(cè)設(shè)置有感應(yīng)線圈，保溫桶內(nèi)設(shè)置有坩禍，生長腔體上側(cè)設(shè)置有籽晶軸升降旋轉(zhuǎn)裝置，該裝置下端設(shè)置有伸入坩禍內(nèi)的籽晶軸，所述籽晶軸側(cè)面設(shè)置有至少一條惰性氣體管道，所述惰性氣體管道一端穿出生長腔體與惰性氣體氣源連接，一端設(shè)置有開口，且開口正對籽晶軸；
[0010]所述的生長腔體下部設(shè)置有惰性氣體出口 ；所述的生長腔體為雙層水冷腔體；
[0011]其中所述的保溫桶下部連接有保溫桶軸，保溫桶軸穿出生長腔體與生長腔體外部的保溫桶軸旋轉(zhuǎn)裝置連接；
[0012]所述的籽晶軸為中空結(jié)構(gòu)，且籽晶軸下部連接有籽晶；
[0013]采用這種結(jié)構(gòu)的碳化硅晶體生長裝置，使用時惰性氣體通過惰性氣體管道進(jìn)入生長腔體內(nèi)，由于惰性氣體管道開口正對籽晶軸，噴出的惰性氣體對籽晶軸直接進(jìn)行冷卻，從而在籽晶軸周圍產(chǎn)生更大的溫度梯度，提高晶體生長速度同時實(shí)現(xiàn)了惰性氣體充滿生長腔體內(nèi)，作為保護(hù)氣體起到保護(hù)SiC晶體、維持其高純度的目的；
[0014]所述的坩禍采用高純石墨制成，用于收納原料多晶硅及熔化后形成的溶液；坩禍既是盛放溶液的容器，又為SiC晶體生長提供碳源。多晶硅熔化后形成熔融的Si，腐蝕石墨坩禍，形成SiC溶液。坩禍還可以使用其他材質(zhì)，如陶瓷、鉭(Ta)等，這種情況下，生長時需向坩禍加入石墨原料或者通入含C的氣體(如C3H8等)，來提供碳源，故此優(yōu)選采用石墨材質(zhì)。
[0015]所述的籽晶軸為中空結(jié)構(gòu)，可進(jìn)一步增強(qiáng)冷卻的效果；而通過設(shè)置的保溫桶軸旋轉(zhuǎn)裝置和籽晶軸升降旋轉(zhuǎn)裝置可以實(shí)現(xiàn)坩禍和籽晶軸的轉(zhuǎn)動，同時還可以實(shí)現(xiàn)其垂直方向的移動，方便對籽晶的位置進(jìn)行調(diào)節(jié)，也方便實(shí)現(xiàn)坩禍內(nèi)不同位置的均勻加熱，也可以使籽晶軸周圍更好的產(chǎn)生溫度梯度，利于晶體生長。
[0016]當(dāng)惰性氣體管道設(shè)置多條時，應(yīng)使惰性氣體管道均勻的分布在籽晶軸周圍，同時通過設(shè)置在生長腔體外的分流器對氣體進(jìn)行平均分流，避免對籽晶不同位置冷卻效果不均衡造成晶體生長的不均衡。
[0017]同時還可以通過調(diào)節(jié)惰性氣體流量的大小，調(diào)節(jié)冷卻效果；
[0018]所述的惰性氣體選自Ar、He等常見惰性氣體。
[0019]綜上所述，采用這種結(jié)構(gòu)的生長裝置在整個生長過程中，惰性氣體通過惰性氣體管道通入腔體內(nèi)，且直接對籽晶軸進(jìn)行冷卻，促使籽晶軸周圍產(chǎn)生更大的溫度梯度，提高晶體生長速度同時實(shí)現(xiàn)了惰性氣體作為保護(hù)氣體起到保護(hù)SiC晶體，維持高純度的目的。
【附圖說明】
[0020]圖1為本實(shí)用新型所述生長裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖中I為生長腔體，2為感應(yīng)線圈，3為保溫桶，4為籽晶，5為籽晶軸，6為惰性氣體管道，7為籽晶軸升降旋轉(zhuǎn)裝置，8為溶液，9為坩禍，10為惰性氣體出口，11為保溫桶軸，12為保溫桶軸旋轉(zhuǎn)裝置。
【具體實(shí)施方式】
[0022]一種碳化硅晶體生長裝置，該裝置包括生長腔體1，生長腔體I內(nèi)設(shè)置有保溫桶3，保溫桶3外側(cè)設(shè)置有感應(yīng)線圈2，保溫桶3內(nèi)設(shè)置有坩鍋9，生長腔體I上側(cè)設(shè)置有籽晶軸升降旋轉(zhuǎn)裝置7，該裝置下端設(shè)置有伸入坩禍內(nèi)的籽晶軸5，所述籽晶軸5側(cè)面設(shè)置有至少一條惰性氣體管道6，所述惰性氣體管道6 —端穿出生長腔體I與惰性氣體氣源連接，一端設(shè)置有開口，且開口正對籽晶軸5 ；
[0023]所述的生長腔體I下部設(shè)置有惰性氣體出口 10 ;所述的生長腔體I為雙層水冷腔體；
[0024]其中所述的保溫桶3下部連接有保溫桶軸11，保溫桶軸11穿出生長腔體I與生長腔體外部的保溫桶軸旋轉(zhuǎn)裝置12連接；
[0025]所述的籽晶軸5為中空結(jié)構(gòu)，且籽晶軸5下部連接有籽晶4 ；
[0026]當(dāng)惰性氣體管道設(shè)置多條時，惰性氣體管道均勻的分布在籽晶軸周圍，同時通過設(shè)置在生長腔體外的分流器對氣體進(jìn)行平均分流。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種碳化硅晶體生長裝置，包括生長腔體(I)，生長腔體(I)內(nèi)設(shè)置有保溫桶(3)，保溫桶⑶外側(cè)設(shè)置有感應(yīng)線圈(2)，保溫桶(3)內(nèi)設(shè)置有坩鍋(9)，生長腔體⑴上側(cè)設(shè)置有籽晶軸升降旋轉(zhuǎn)裝置(7)，該裝置下端設(shè)置有伸入坩禍內(nèi)的籽晶軸(5)，其特征在于:所述籽晶軸(5)側(cè)面設(shè)置有至少一條惰性氣體管道￠)，所述惰性氣體管道(6) —端穿出生長腔體(I)與惰性氣體氣源連接，一端設(shè)置有開口，且開口正對籽晶軸(5)； 所述的生長腔體(I)下部設(shè)置有惰性氣體出口(10)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生長裝置，其特征在于:所述的保溫桶(3)下部連接有保溫桶軸(11)，保溫桶軸(11)穿出生長腔體(I)與生長腔體外部的保溫桶軸旋轉(zhuǎn)裝置(12)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生長裝置，其特征在于:所述的籽晶軸(5)為中空結(jié)構(gòu)，且籽晶軸(5)下部連接有籽晶⑷。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的裝置，其特征在于:當(dāng)惰性氣體管道(6)設(shè)置多條時，所述惰性氣體管道均勻的分布在籽晶軸(5)周圍。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于:所述的生長腔體(I)為雙層水冷腔體。
【專利摘要】本實(shí)用新型屬于新材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種新型碳化硅晶體生長裝置，該裝置包括生長腔體，腔體內(nèi)設(shè)置有保溫桶，保溫桶外側(cè)設(shè)置有感應(yīng)線圈，保溫桶內(nèi)設(shè)置有坩堝，生長腔體上側(cè)設(shè)置有籽晶軸升降旋轉(zhuǎn)裝置，該裝置下端設(shè)置有伸入坩堝內(nèi)的籽晶軸，所述籽晶軸側(cè)面設(shè)置有惰性氣體管道；采用這種結(jié)構(gòu)的生長裝置，在整個生長過程中，惰性氣體通過惰性氣體管道通入腔體內(nèi)，且直接對籽晶軸進(jìn)行冷卻，促使籽晶軸周圍產(chǎn)生更大的溫度梯度，提高晶體生長速度同時實(shí)現(xiàn)了惰性氣體作為保護(hù)氣體起到保護(hù)晶體的目的。
【IPC分類】C30B27-00, C30B29-36
【公開號】CN204417644
【申請?zhí)枴緾N201520047326
【發(fā)明人】朱燦, 王希杰, 宗艷民, 劉瑩, 張志海
【申請人】山東天岳晶體材料有限公司
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2015年1月23日