[发明专利]一种大尺寸晶体生长单晶炉

说明书

本发明涉及半导体制备装置领域，更具体而言，涉及一种大尺寸晶体生长单晶炉，包括PBN坩埚、石英管、加热器，其中加热器包括底部加热器和侧壁加热器；通过坩埚底部玻璃棒提供热流失通道；通过多组加热器实现对炉芯及坩埚炉、石英管的热辐射加热，多组加热器独立运作，实现不同部位不同温度的加热；通过底部加热器温度调整，控制晶体的引晶及放肩过程。晶体生长引晶阶段通过对螺旋加热器的功率微调整达到控制PBN坩埚内锥形温度梯度的控制，进行引晶并实现晶体放肩。放肩完成后，长体阶段通降低圆锥外围加热器的功率的大幅调整，增大晶体头部的温度梯度，进而实现对热散失途径的控制，实现微凸的晶体生长液面，达到长大直径长尺寸晶体的目的。

技术领域

本发明涉及半导体制备装置领域，更具体而言，涉及一种大尺寸晶体生长单晶炉。

背景技术

现有的VGF或者VB晶体生长炉的加热器都是采用一组或多组圆柱形外围排布，通过对保温材料的调整及结构实现对熔体及晶体生长温度的调整。最终达到实现控制晶体生长的目的。但是由于保温材料的保温性能在晶体生长的过程中一直处于基本恒定状态，在整个晶体生长的过程中晶体的温度梯度场调整只能通过圆柱外围排布的加热器进行调整来达到调整温度场的目的。调整圆柱外围加热器的这种方法很难实现长晶过程中对晶体头部部分的大幅度调整及精确控制，故生长6寸及以上高质量大尺寸半绝缘砷化镓/磷化铟等材料比较困难。

发明内容

为了克服现有技术中所存在的不足，本发明提供一种大尺寸晶体生长单晶炉，解决现有大尺寸晶体生长成品率低，质量差等问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：

一种大尺寸晶体生长单晶炉，包括PBN坩埚、石英管、加热器，所述加热器包括底部加热器和侧壁加热器；所述PBN坩埚设置在石英管内，所述石英管上部设置有石英帽，石英管放置在炉芯上，所述石英管与炉芯之间设置有底部加热器，炉芯在石英管石英嘴相应位置开设有架设孔，架设孔下部设置有玻璃棒；所述PBN坩埚与石英管设置在保温装置内，所述保温装置为下部开口的中空筒状结构，所述保温装置内壁镶嵌有侧壁加热器。

进一步地，所述底部加热器和侧壁加热器分别独立加热。

进一步地，所述底部加热器包括保温套与螺旋加热器，所述保温套为顶部与底部开口的倒圆台形状，所述螺旋加热器螺旋缠绕在保温套外部。

进一步地，所述保温套采用刚玉材料。

进一步地，所述保温套母线与中心轴夹角与石英管锥角相适应。

进一步地，所述保温套底面内直径大于石英管籽晶区直径，保温套底面外直径大于架设孔直径；保温套顶面内直径大于石英管管体直径，保温套顶面外直径小于保温装置内径。

进一步地，所述侧壁加热器自上而下设置为4-10组。

进一步地，所述侧壁加热器分别独立运作。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：

本发明提供了一种大尺寸晶体生长单晶炉，通过坩埚底部玻璃棒提供热流失通道；通过多组加热器实现对炉芯及坩埚炉、石英管的热辐射加热，多组加热器独立运作，实现不同部位不同温度的加热；通过底部加热器温度调整，控制晶体的引晶及放肩过程。晶体生长引晶阶段通过对螺旋加热器的功率微调整达到控制PBN坩埚内锥形温度梯度的控制，进行引晶并实现晶体放肩。放肩完成后，长体阶段通降低圆锥外围加热器的功率的大幅调整，增大晶体头部的温度梯度，进而实现对热散失途径的控制，实现微凸的晶体生长液面，达到长大直径长尺寸晶体的目的。采用晶体生长单晶炉，6英寸半绝缘砷化镓晶体平均有效长度由原来100mm增长到240mm；改变晶体材料的电学均匀性，电阻均匀性由原来的80%提高到90%。本发明提供的大尺寸晶体生长单晶炉可应用于磷化铟等其他采用VGF或VB工艺生长的晶体材料。

附图说明