[发明专利]晶体生长炉

说明书

本发明提供一种晶体生长炉，包括腔室、坩埚及通气结构，坩埚设置于腔室内，通气结构包括通气管路和设置在腔室中的汇流室；通气管路的进气口开设于腔室的底壁上，通气管路穿过腔室的底壁，与汇流室相连通；汇流室设置于坩埚的下方，与坩埚的底壁固定连接，用以将通气管路内的工艺气体汇聚至坩埚的底壁。应用本申请，提升了参与反应的工艺气体的均匀性，从而提高了工艺结果的重复性和稳定性，且可以满足通气操作的实时性，提升了设备调试窗口的确定性。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体地，涉及一种晶体生长炉。

背景技术

目前，物理气相传输法(PVT)为制备碳化硅(SiC)晶体的主流方法之一。PVT法生长SiC单晶，通常将SiC晶体作为籽晶放置在坩埚的顶部，将SiC粉末作为料源放置在坩埚的底部，然后将坩埚放置在生长炉内，通过环绕生长炉设置的感应线圈将坩埚感应加热，坩埚内部温度达到2300℃左右，并且控制生长温度梯度，通入氩气来控制生长炉内气压。在晶体生长过程中，籽晶温度较低，料源温度较高，两者之间存在一定的温度梯度。晶体生长过程中料源升华并在冷端的籽晶上结晶，就获得了SiC单晶。

SiC的标准PVT生长工艺中，主要生长保护气体为氩气，同时掺入少量氢气。氢气与SiC反应产生氢化硅(SiH)与乙炔(C₂H₂)，增强了SiC单晶生长界面上C的组分，提高C/Si的比值，有利于4H-SiC晶型稳定。

现有技术中使用的工艺设备是将氢气管路安装到炉体顶端或底端，使用金属管路直接由外界通入炉腔内，氢气在炉腔中产生气流场，通过原子热运动渗透到坩埚中，与坩埚中SiC原料反应。但是，采用该结构通入的氢气常常不能直接有效的作用于SiC原料，导致工艺结果重复性降低，增加调试窗口的不确定性等。原因在于：第一，炉腔空间较大容易导致参与反应的氢气气流分布不均匀，气流不均则会导致与坩埚内部不同位置SiC原料反应的氢气的量不稳定。第二，炉腔空间较大，氢气热运动没有固定的路径，导致氢气由炉腔进气口运动到坩埚外壁所需要的时间较长。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种晶体生长炉，能够将工艺气体直接输送至坩埚的底部，提高了工艺结果的重复性和稳定性。

为实现本发明的目的，提供一种晶体生长炉，包括腔室、坩埚及通气结构，所述坩埚设置于所述腔室内；

所述通气结构包括通气管路和设置在所述腔室中的汇流室；所述通气管路的进气口开设于所述腔室的底壁上，所述通气管路穿过所述腔室的底壁，与所述汇流室相连通；所述汇流室设置于所述坩埚的下方，与所述坩埚的底壁固定连接，用以将所述通气管路内的工艺气体汇聚至所述坩埚的底壁。

可选地，所述汇流室包括底壁和侧壁，所述侧壁固定设置于所述坩埚的底壁上；所述底壁和侧壁与所述坩埚的底壁围合成用于容纳所述工艺气体的空间。

可选地，所述汇流室的底壁上开设有通孔，所述通孔与所述通气管路相连通。

可选地，所述坩埚包括坩埚侧壁和设置于所述坩埚下部、且与所述坩埚侧壁连接的隔挡件，所述隔挡件与所述坩埚的底壁为同一部件。

可选地，所述隔挡件与所述坩埚侧壁之间螺纹连接。

可选地，所述隔挡件的底面上开设有多个凹槽，用于增加所述工艺气体与所述隔挡件的接触面积；所述凹槽的槽口向下，朝向所述汇流室。

可选地，所述隔挡件为圆形挡板，所述凹槽为圆形槽。

可选地，多个所述凹槽均布于所述隔挡件的底面上，且每个所述凹槽的底面圆心与所述隔挡件的圆心之间距离相同。

可选地，所述隔挡件的厚度小于所述坩埚侧壁的厚度。

可选地，所述工艺气体为氢气，所述坩埚为石墨坩埚，且所述隔挡件为石墨材质。