[实用新型]一种碳化硅晶体生长装置

说明书

技术领域

本实用新型属于碳化硅晶体生长技术领域，具体涉及一种碳化硅晶体生长装置。

背景技术

碳化硅单晶材料是第三代宽带隙半导体材料的代表，具有宽禁带、高热导率、高电子饱和迁移速率、高击穿电场等性质，与以硅为代表的第一代半导体材料和以GaAs为代表的第二代半导体材料相比，有着明显的优越性，被认为是制造光电子器件、高频大功率器件和高温电子器件等理想的半导体材料。在白光照明、光存储、屏幕显示、航天航空、高温辐射环境、石油勘探、自动化、雷达与通信、汽车电子化以及电力电子等方面有广泛应用。

目前，碳化硅生长过程中普遍存在以下问题：

1、碳化硅升华过程中很容易碳化产生微小的C颗粒，C颗粒会沿着温度梯度输运并最终在碳化硅单晶中形成包裹物，影响最终碳化硅单晶质量；

2、SiC晶体生长时，碳化硅气体会大量的从坩埚与坩埚盖之间的空隙中逸出，使包围在坩埚外围的保温层内部结晶，导致保温性能的严重恶化；

3、籽晶和籽晶托之间一般通过碳粘合剂或者含碳的有机物烧结固化来实现连结，但在烧结的过程中，胶的固化时间不统一，边缘部位的气体排出路径较短，比较容易的排出，但中心部位的气体排出路径相对较长，比较难以排出。如果籽晶边缘的胶先固化后，会堵塞中心部位气体的排出通道，造成边缘粘结牢固，但中间有气泡的现象。这种有气泡的籽晶在生长过程中，由于空气存在于籽晶和籽晶托之间，会出现热膨胀，导致籽晶脱落或者应力过大导致晶体开裂。

发明内容

针对上述问题，本实用新型一种碳化硅晶体生长装置。

本实用新型采用以下技术方案：一种碳化硅晶体生长装置，包括坩埚，坩埚上设有坩埚盖，坩埚盖下部设有籽晶托，籽晶托上粘有籽晶，坩埚壁顶部设有至少一个凹槽I，坩埚盖上设有至少一个与凹槽I相适应的凸起，凹槽I和相应凸起之间形成曲折通道；坩埚内部套有与坩埚同轴且顶端低于坩埚顶端的内筒，所述的内筒由石墨滤网围绕而成；内筒顶端外沿与坩埚内壁之间设有挡板；所述的石墨滤网两侧表面均涂有耐高温金属化合物涂层；所述的籽晶托为真空结构且粘贴籽晶的面上设有凹槽II；所述的籽晶托与内筒同轴且其直径与内筒内径相同。

使用时，首先将籽晶固定于籽晶托上，并将坩埚与内筒之间充满碳化硅粉料并压实，固定好内筒顶端外沿与生长室内壁之间的挡板。

使用感应线圈对坩埚进行加热，当温度达到碳化硅粉料升华温度时，碳化硅粉料开始升华，产生碳化硅升华气体；同时，碳化硅粉料开始碳化，产生碳颗粒，碳化硅升华气体与碳颗粒均沿着温度梯度向上移动。上升过程中，由于石墨滤网的阻碍，固态的碳颗粒无法通过石墨滤网到达坩埚的顶部，而气态的碳化硅升华气体可以通过由石墨滤网围绕而成的内筒，然后经内筒通道到达坩埚的顶部，进而在籽晶上进行凝结，进行碳化硅单晶的生长。在碳化硅升华气体由内筒通道到达坩埚的顶部过程中，由于没有任何阻碍，上升速度加快，从而加快了碳化硅单晶的生长。

采用上述结构，坩埚和坩埚盖之间，即凹槽I和凸起之间会形成一条弯折的通道。在碳化硅的生长过程中，通过公差的配合，可以保证这条弯折的通道足够的小。或者完全不要求公差配合，只要有一个这样弯折的通道，在碳化硅的生长过程中，硅蒸汽挥发，在通过折弯通道的过程中会逐渐冷却，并在通道内凝结，在凝结过程中与石墨反应生成碳化硅，将折弯通道封堵，使硅蒸汽不能通过坩埚和坩埚盖之间的空隙泄漏到保温层中。进而保证了高纯保温层的使用寿命，降低了生产成本。

所述的籽晶托为真空结构且粘贴籽晶的面上设有凹槽II。将碳粘合剂或者含碳的有机物均匀涂抹于粘贴籽晶的面上时，要保证只有粘贴籽晶的面上贴有碳粘合剂或者含碳的有机物，而凹槽II内没有碳粘合剂或者含碳的有机物。将籽晶粘贴在籽晶托的贴付面上，使之贴合紧密；对籽晶托进行烧结，将碳粘合剂或者含碳的有机物烧结固化。由于有凹槽II的存在，碳粘合剂或者含碳的有机物中的气体可以沿着这些流通通道不受限制的排出，使碳粘合剂或者含碳的有机物固化均匀，防止了籽晶脱落或者因为应力过大导致晶体开裂，有效的提高了粘贴籽晶的合格率，有利于籽晶更好的生长，保证了生产，降低了加工生产成本。所述的凹槽II深度为1-5mm，宽度为0.1-2mm。所述的凹槽II呈米字型排布或平行排布。

所述的籽晶托与内筒同轴且其直径与内筒内径相同，保证了通过内筒体上升的碳化硅气体均匀分布于籽晶上并在籽晶上结晶，保证了晶体质量的均匀性。