[发明专利]碳化硅单晶生长装置

说明书

本发明公开了一种碳化硅单晶生长装置，包括：石墨坩埚，所述石墨坩埚用于盛装碳化硅粉料，并通过对所述碳化硅粉料进行加热，以使所述碳化硅粉料升华分解为气相组分；籽晶托，用于盛装能够生长碳化硅单晶的籽晶；导热容器，包括容器壁和空腔，所述导热容器设置于所述石墨坩埚内，所述空腔用于容纳含硅粉料，所述容器壁用于将所述石墨坩埚的热量传导至所述空腔中，以使所述纳含硅粉料在吸收热量后产生的气相组分能够缓释到所述石墨坩埚里的所述碳化硅粉料中。实现在碳化硅单晶生长过程中补充气相硅组分，减少碳化硅粉料碳化的同时，保持晶体生长区域的碳、硅组分比不变，减少碳化硅单晶中的碳包裹物缺陷，提高碳化硅单晶生长质量。

技术领域

本发明涉及半导体设备技术领域，更具体地，涉及一种碳化硅单晶生长装置。

背景技术

碳化硅SiC属于第三代半导体材料，具有宽禁带、高热导率、高临界击穿场度、高电子饱和漂移速率等特性，是制备高温、高频、大功率器件的热门材料，在电动汽车、高铁、通信、航空航天等领域具有广阔前景。

目前碳化硅单晶生长技术主要包括物理气相输运(PVT)、液相外延(LPE)和化学气相沉积(CVD)。其中PVT技术已获得广泛应用，其原理是通过中频感应加热方式使放置于线圈内的石墨坩埚发热，且在石墨坩埚的竖直方向上形成轴向温度梯度，温度梯度为坩埚底部高、而顶部低；当加热达到一定温度时(如2100℃)，石墨坩埚里的碳化硅粉料升华形成晶体生长的气态环境，包括Si、Si₂C、SiC₂等气相组分；由于坩埚顶部温度低，这些升华组分输运到顶部的籽晶表面，在碳化硅单晶区结晶从而进行碳化硅单晶生长。

在现有的碳化硅单晶生长装置中，在碳化硅粉料分解升华的三种主要气相组分中，Si组分的分压高于Si₂C和SiC₂两种含碳气相组分，使得升华法生长过程中的气相物质通常是富Si的，进而使得未蒸发的碳化硅粉料变得越来越富C，未蒸发的碳化硅粉料会变得越来越富碳，导致生长过程中发生粉料的碳化。碳化的固态碳颗粒被输运到生长面上，在碳化硅晶体内会形成碳包裹物。此外，生长后期籽晶表面的硅流量较低时，生长表面会发生碳化；籽晶表面的气相组分发生改变，也会导致微观缺陷的产生。

同时，随着晶体尺寸的增加，坩埚直径不断增大，由于中频感应加热存在趋肤效应，发热区位于坩埚壁，沿坩埚壁到坩埚中心的径向温度梯度会随坩埚直径增加而变大。坩埚的径向传热不均匀易导致热场分布不均匀，从而引起气相组分分布不均匀，使得籽晶表面径向分布上各组分浓度不同，不利于制备高质量的碳化硅晶体。

发明内容

本发明的目的是提出一种碳化硅单晶生长装置，实现在碳化硅单晶生长过程中补充气相硅组分，减少碳化硅粉料碳化的同时，保持晶体生长区域的碳、硅组分比不变，从而减少碳化硅单晶中的碳包裹物缺陷，提高碳化硅单晶生长质量。

为实现上述目的，本发明提出了一种碳化硅单晶生长装置，包括：

石墨坩埚，所述石墨坩埚用于盛装碳化硅粉料，并通过对所述碳化硅粉料进行加热，以使所述碳化硅粉料升华分解为气相组分；

籽晶托，用于盛装能够生长碳化硅单晶的籽晶；

导热容器，包括容器壁和空腔，所述导热容器设置于所述石墨坩埚内，所述空腔用于容纳含硅粉料，所述容器壁用于将所述石墨坩埚的热量传导至所述空腔中，以使所述纳含硅粉料在吸收热量后产生的气相组分能够缓释到所述石墨坩埚里的所述碳化硅粉料中。

可选地，所述导热容器设置于所述石墨坩埚的底壁上，且所述容器壁的底面与所述石墨坩埚的底壁相连接；

所述容器壁包含侧壁，所述空腔由所述侧壁与所述石墨坩埚的底壁围合而成；或者，所述容器壁包含侧壁和底壁，所述空腔由所述侧壁和底壁围合而成。

可选地，所述导热容器为多墨材质的空心圆锥。