[实用新型]一种碳化硅单晶生长装置

说明书

本实用新型提供一种碳化硅单晶生长装置，具体涉及碳化硅晶体生长领域。所述碳化硅单晶生长装置包括：坩埚、籽晶托盘、至少一层惰性金属结构和底盘；所述坩埚内设有用于放置碳化硅原料的第一区域；设置于所述坩埚的顶部并与所述坩埚可拆卸地连接；所述至少一层惰性金属结构通过电极杆设置于所述第一区域与所述籽晶托盘之间，且所述电极杆与第一电源电连接；所述底盘设置在所述坩埚的下方，所述底盘与第二电源连通。本实用新型的碳化硅单晶生长装置在碳化硅单晶生长过程中将碳化硅原料分解产生的碳颗粒在电场力的作用下收集起来，避免碳颗粒进入到碳化硅晶体中形成碳包裹物，提高了碳化硅晶体的质量。

技术领域

本实用新型涉及碳化硅晶体生长领域，具体涉及一种碳化硅单晶生长装置。

背景技术

目前国内外在碳化硅(SiC)基半导体器件研究方面取得了重大进展，其中6英寸碳化硅不可避免向更厚的方向发展。一般来说SiC单晶的生长方法主要有物理气相传输法(physical vapor transportmethod，PVT)、高温化学气相沉积法、溶液法。PVT法因其较高的生长速率、较为稳定的生长工艺和成本优势成为SiC单晶生长的标准方法。PVT法的生长过程主要概括为多晶SiC在高温低压的条件下升华，产生的气相组分(主要为Si，Si₂C，SiC₂)在温度梯度的驱动下到达位于较低温度的籽晶处，产生过饱和度而在籽晶上结晶不断生长单晶。。

随着晶体厚度不断增加，硅元素消耗殆尽，原料粉化，碳颗粒由于自然对流、热泳力等作用向结晶界面上升并有一定概率被界面吞入，造成包裹物缺陷。针对此类缺陷，国内各生产厂家也采用了各种技术手段，如CN112746316B，依靠将原料碳化区域布置在远离结晶界面的位置，防止包裹物飘入晶体；CN102965733A，利用氢气与石墨颗粒发生化学反应以消除晶体内的包裹物；CN113445121A，通过多孔石墨过滤作用，以降低晶体内的碳包裹物；CN114990696A，将石墨阻隔盘放入坩埚内，缓解自然对流同时有过滤作用，来减少包裹物；CN11748843B，采用过量的硅粉中和碳的方式，降低包裹物。

上述方案虽然能在一定程度上减少包裹物的产生，但氢气在消耗碳颗粒的同时，也会大量降低保温材料的寿命，造成热场消耗加快，温场变形等；多孔石墨或石墨盘，在长晶时不可避免的被腐蚀粉化，产生一些碳颗粒；而PVT法温度远高于硅的熔点，其蒸发速度难以与长晶压力平衡；增加坩埚外径，中心的原料不用，则成本增加过多，不适合量产。

实用新型内容

鉴于以上现有技术的缺点，本实用新型提供一种碳化硅单晶生长装置，以改善碳化硅晶体生长过程中容易形成碳包裹物、原料利用率低、成本高的问题。

为实现上述目的及其它相关目的，本实用新型提供一种碳化硅单晶生长装置，包括坩埚、籽晶托盘、至少一层惰性金属结构和底盘；所述坩埚包括用于放置碳化硅原料的第一区域；所述籽晶托盘设置于所述坩埚的顶部并与所述坩埚可拆卸地连接；所述至少一层惰性金属结构通过电极杆设置于所述第一区域与所述籽晶托盘之间，且所述电极杆与第一电源电连接；所述底盘设置在所述坩埚的下方，所述底盘与第二电源电连接。

在本实用新型一示例中，所述惰性金属结构包括第一惰性金属结构和第二惰性金属结构，所述第一惰性金属结构通过所述电极杆与所述第一电源的正极电连接，所述第二惰性金属结构通过所述电极杆与所述第一电源的负极电连接。

在本实用新型一示例中，所述第一惰性金属结构为梳状结构，所述第一惰性金属结构包括若干根环形阵列分布的梳齿，所述第二惰性金属结构上设置与所述梳齿相对应的沟槽，所述第一惰性金属结构设置在所述第二惰性金属结构的所述沟槽内，且所述第一惰性金属结构与所述第二惰性金属结构不接触。

在本实用新型一示例中，所述惰性金属结构与籽晶下表面的间距为5～85mm，所述惰性金属结构与所述碳化硅原料上表面的间距为0.5～75mm；所述惰性金属结构的直径为145～250mm，所述第一惰性金属结构与所述第二惰性金属结构的最小间距为0.1～25mm。