[发明专利]一种大尺寸半导体单晶生长系统

说明书

一种大尺寸半导体单晶生长系统，属于单晶制备领域，具体涉及晶体生长装置，特别涉及大尺寸尤其是超长长度晶体的生长系统。系统包括2个或2个以上的主体立柱，设置在主体立柱之间的主炉体，主炉体为开放的圆筒，系统还包括与主炉体配合的晶体生长空间的控制装置以及设置在隔板上的原料注入装置。采用本装置，炉体随着晶体的长大而伸长，减小热场对流对晶体质量的影响；原料注入装置可以实现对承载注入系统的冷却，可以在较小的坩埚内通过原料注入实现连续合成进行晶体生长，节约能源和相关的耗材。

技术领域

本发明属于单晶制备领域，具体涉及晶体生长装置，特别涉及大尺寸尤其是超长长度晶体的生长系统。

背景技术

作为半导体材料，单晶的生长需要高温高压环境。目前晶体的生长在一个密闭的固定空间内完成。

大尺寸、长单晶能够尽可能的制备出更多的大尺寸半导体单晶衬底，这样会大幅降低后续器件的成本，目前几乎所有的半导体单晶都在向着大尺寸、长单晶方向发展。

当需要生长制作大尺寸晶体，尤其是对长度有要求时，需要增大密闭空间体积，尤其是在纵向需要增加空间的长度。

由于密闭空间内温度场分布不均匀，空间增大会造成热场内对流大，进行大容量合成及生长高品质、大尺寸、长单晶非常困难。

如生长InP时，由于磷的离解压高，热场内对流大，进行大容量合成及生长高品质、大尺寸、长单晶非常困难。目前未见有解决方案。

另外，当生长制作大尺寸晶体时，需要的原料相应增加。增加原料的一种手段是增大坩埚容积，带来的问题是坩埚内的温度场难以控制。

针对这一问题，目前有两种解决方案：多坩埚供料，炉体外增加供料装置。

中国专利200310108634.0披露了一种熔料补充生长晶体的装置和方法，使用多个连通的坩埚以增加原料的供应，这种方式会大大增加炉体的体积。

中国专利201621248917.4披露了可实现连续生产的晶体生长炉，多个坩埚组件经过水平移动机构和垂直提升机构依次移动到炉体内，这种方式有可能会中断晶体的生长过程，影响晶体质量。

中国专利201720922581.3采用另外一种技术路线，披露了物料供给设备与晶体生长系统，其公开的物料供给设备，从外部向炉体内部的坩埚中供给物料。由于是两种设备连接，增加了设备控制的复杂度；从炉体外供料，有可能造成供料过程中材料的污染。

发明内容

针对上述问题，提出了本发明。

为实现发明目的，本发明采用的技术方案是：一种大尺寸半导体单晶生长系统，包括2个或2个以上的主体立柱，设置在主体立柱之间、位于支撑台上的主炉体，主炉体内部有坩埚及坩埚加热、支撑结构，坩埚上方有籽晶杆及籽晶杆驱动装置。

关键在于：主炉体为开放的圆筒，通过主炉体驱动电机和主驱动臂定位在主体立柱上；主炉体内部中间设置有隔板。

系统还包括与主炉体配合的晶体生长空间的控制装置以及设置在隔板上的原料注入装置。

进一步地，所述晶体生长空间的控制装置包括设置在主炉体内侧或外侧的1-4个可移动炉体，可移动炉体通过驱动电机和驱动臂设置在主体立柱上；最内侧或最外侧的可移动炉体顶部密封，其它可移动炉体为开放的圆筒，籽晶杆及籽晶杆驱动装置设置在顶部密封的可移动炉体上。

进一步地，所述原料注入装置包括环形原料水冷盘和原料承载注入系统。

原料水冷盘上均匀设置原料槽，在原料水冷盘内侧，每个原料槽配套设置注入管槽；所述注入管槽长度大于原料水冷盘高度的4/5；所述原料水冷盘还包括原料水冷盘盖。

原料承载注入系统包括原料承载器、设置在原料承载器周围的电阻丝、连通原料承载器的原料注入管、原料承载器上盖。