[发明专利]具有生长气氛中碳硅比例调节功能的碳化硅单晶生长设备

说明书

本发明申请公开了一种具有生长气氛中碳硅比例调节功能的碳化硅单晶生长设备，包括石英管、感应线圈和石墨坩埚，所述石墨坩埚包括碳化硅粉末加热区、生长腔室和籽晶托，所述碳化硅粉末加热区与所述生长腔室之间还设有第二盖板和第三盖板，所述碳化硅粉末加热区底部设有穿过碳化硅粉末的竖直气管。本发明申请的技术方案采用石墨坩埚底部结构和多盖板相配合的结构，实现了对碳化硅粉末加热区的多空间分隔，改变了碳化硅粉末升华后气体组分的输出路径，使得升华气体多次通过碳化硅粉末并形成持续大循环，使得碳化硅粉末得到多次重复加热，协调富硅组分和富碳组分气体的升华速度，进而获得高质量的碳化硅单晶。

技术领域

本发明涉及碳化硅单晶生长领域，更具体地，涉及一种具有生长气氛中碳硅比例调节功能的碳化硅单晶生长设备。

背景技术

碳化硅是第三代半导体材料的典型代表，目前碳化硅的生长技术主要以物理气相输运(PVT)为主，其原理是通过加热线圈感应方式使石墨坩埚整体发热，坩埚底部碳化硅粉末温度高，顶部籽晶温度低，使坩埚内部形成轴向温度梯度，碳化硅粉末在坩埚底部受热升华后在籽晶生长面上实现碳化硅单晶的生长。

碳化硅单晶生长初期，硅组分会在坩埚内优先升华，使得碳化硅粉末中的相对硅含量越来越低，导致在碳化硅晶体生长中后期，碳化硅粉末中剩余的未升华的碳化硅粉末变得越来越富含碳，进而在生长气氛中出现碳硅比例大幅超过1：1，在籽晶生长面处造成硅流量偏低，生长表面出现碳化问题，并由此导致碳化硅单晶内部缺陷增多的问题。

因此，设计一种新型结构的石墨坩埚，使得在碳化硅单晶生长的初期和中后期，生长气氛中的碳硅比例都能处于合理的比例范围，将有助于获得低缺陷高质量的碳化硅单晶。

发明内容

就上述现有技术存在的问题，本发明申请通过对石墨坩埚的碳化硅粉末存放区结构进行优化设计，采用多盖板分隔的方式形成多个空间，利用空间结构实现碳化硅粉末升华气体组分输送通道路径的改变，使得碳化硅粉末中气相碳和气相硅组分的挥发速度和挥发量得到合理匹配，从而调节生长气氛中的碳硅比例，进而获得高质量的碳化硅单晶。

为实现上述目的，本发明申请提出了一种具有生长气氛中碳硅比例调节功能的碳化硅单晶生长设备，其采用的主要技术方案如下：

包括石英管、感应线圈和石墨坩埚，所述石墨坩埚包括碳化硅粉末加热区、生长腔室和籽晶托，所述碳化硅粉末加热区由第一盖板和石墨坩埚底部构成，所述碳化硅粉末加热区与所述生长腔室之间还设有第二盖板和第三盖板，所述碳化硅粉末加热区底部设有穿过碳化硅粉末的竖直气管，所述碳化硅粉末加热区与石墨坩埚内壁之间至少设有一条气体通道与所述竖直气管的底部相通，所述气体通道的上端与第一盖板及第二盖板之间的半密闭空间相连通。

本发明申请还包括如下附属的技术方案：

第一盖板和石墨坩埚底部构成半密闭空间，所述碳化硅粉末加热区在装填完碳化硅粉末后仍留有空间。

所述竖直气管的顶部超过所述碳化硅粉末的上表面。

所述第三盖板位于所述第二盖板的上方，所述第三盖板和第二盖板之间构成半密闭空间。

所述第一盖板、第二盖板和第三盖板的直径依次增大。

所述石墨坩埚的内壁包括第一盖板固定块、第二盖板固定块和第三盖板固定块。由于第一盖板固定块、第二盖板固定块和第三盖板固定块都是具有一定宽度的环形条，因此当第一盖板、第二盖板和第三盖板安装到位后，会利用各自的重力作用于各个盖板固定块之间形成密封配合。

所述竖直气管的底部设有与所述气体通道相通的进气口，所述竖直气管的下部1/3高度范围的外表面存在贯通的第一气孔，所述竖直气管超过碳化硅粉末上表面的上部外表面存在贯通的第二气孔，竖直气管第一气孔所在横截面内的气孔数量多于第二气孔所在横截面内的气孔数量，第二气孔的存在可以使得竖直气管内的气体形成循环驱动力。