[实用新型]一种外保温可旋转的碳化硅单晶生长装置

说明书

本申请涉及一种外保温可旋转的碳化硅单晶生长装置，包括：单晶生长装置、设在单晶生长装置外的保温装置、与单晶生长装置相连的保护气装置，其特征在于，所述单晶生长装置固定设置，所述保温装置可围绕单晶生长装置进行旋转。本申请所提供的碳化硅单晶生长装置简单，自动化程度高，整体费用低，经济效益高，该方法制备的碳化硅晶体内部应力小，基本上没有晶格错位现象的发生。

技术领域

本申请涉及一种外保温可旋转的碳化硅单晶生长装置，属于电子工业和半导体材料技术领域。

背景技术

碳化硅单晶是最重要的第三代半导体材料之一，因其具有禁带宽度大、饱和电子迁移率高、击穿场强大、热导率高等优异性质，而被广泛应用于电力电子、射频器件、光电子器件等领域。目前主流的碳化硅单晶生长技术是物理气相输运(PVT)法，即在高温下使碳化硅原料升华产生的气相源输运至籽晶处重新结晶而成。

PVT法生长碳化硅单晶的生长过程在密闭的石墨坩埚中进行，坩埚上部、下部及外部一般利用石墨毡材料进行保温，且会重复利用。在高温环境下，保温材料不断发生石墨化而发生质量损失，而由于加热线圈几何位置等因素，外保温碳化后往往厚度不均匀、而且坩埚本身也会在高温下发生损失，由于坩埚本身的不均匀性以及受热的不均匀性，都会导致石墨坩埚的温度场分布极其不均匀，最终导致得到的碳化硅晶体结构不均匀，内部应力分布不均，影响碳化硅的单晶晶圆质量。

为了克服碳化硅单晶生长过程中温度场不均匀的问题，CN105442038A公开了一种SiC单晶生长设备中坩埚独立旋转机构，包括下法兰盘，在下法兰盘的顶面上固定设置有外保温支撑架，在外保温支撑架上固定设置有坩埚的外保温层，在外保温层中活动设置有桶型坩埚，在桶型坩埚的顶面上设置有上保温层，在桶型坩埚的下底面上设置有下保温层，在下保温层的下底面上连接有桶型坩埚支架，在下法兰盘上设置有电机，在电机的输出轴上连接有主动齿轮，在桶型坩埚支架上设置有环形齿条，主动齿轮与环形齿条啮合在一起的；在电机的输出轴上设置有磁流体；该专利实质上是利用坩埚独立于外保温层、感应线圈旋转，使其旋转速率可调，有效地提升了温场结构对称性，提高碳化硅单晶对称性和晶体质量。CN 105970285A公开了一种调节碳化硅单晶生长温度的方法，它包括使籽晶与坩埚同轴，且使籽晶与坩埚沿相反放线旋转；通过控制晶体转速和坩埚转速，控制熔体温度场和温度分布；使感应线圈固定不动；通过坩埚升降，调节碳化硅升华的平面始终处于感应线圈磁场的最高点，该专利实质上通过固定感应线圈，感应线圈的磁场固定在原来区域，外部环境保持原样，然后通过升降坩埚，调节碳化硅升华的平面始终处于感应线圈磁场的最高点，确保碳化硅从粉料的最上层有规则升华，通过精确控制晶体和坩埚转速，形成熔体温度场和温度分布，从而控制单晶硅中的氧分布和掺杂元素分布的均匀性，使产品质量有效提高，本方法中温度变化平稳，操作安全性高。上述两个专利都利用到了坩埚的旋转，其之所以采用该种方式，主要是因为在加热过程中，若进行坩埚的旋转，理论上起到均衡内部物料的作用，因此从理论上来讲能够提高元素分布的均衡性；相对而言，温度场的调节实质上也是为了提高元素分布的均衡性。综上，在本领域技术人员看来，坩埚旋转有利于温度分布以及元素分布的稳定性。