[发明专利]一种碳化硅生长装置及其坩埚保温结构

说明书

本发明属于碳化硅新材料技术领域，具体涉及一种碳化硅生长装置及其坩埚保温结构，其中，保温结构包括保温垫、保温筒和保温盖，其中，保温垫置于坩埚的下方，适于放置坩埚；保温筒两端开口，并包括沿其轴向布设的第一保温部和第二保温部，第一保温部的端部座设于保温垫上，并与坩埚下部的外壁贴合，第二保温部与坩埚上部的外壁形成上宽下窄的空腔；保温盖封堵于保温筒的上方，且底面与坩埚的顶面接触连接。上述结构既能提升坩埚的轴向温度差，提高碳化硅原料的升华及长晶速率，快速推动生长过程，又能在碳化硅原料凝华部分只通过气相热传导进行热量交换，气相分子平稳有序上升，重新梳理整合径向温度梯度差，进而提高整体碳化硅单晶生长质量。

技术领域

本发明属于碳化硅新材料技术领域，具体涉及一种碳化硅生长装置及其坩埚保温结构。

背景技术

相较于以第二代半导体材料硅为基础的硅基-氧化物等半导体场效应晶体管只能应用于1000V以下的场合(实际应用多集中在600-900V之间)，碳化硅以材料本身的物理特性优良、进而具有可降低能量损耗、在高压下工作稳定、耐高温、容易实现小型化等优势成为第三代半导体材料的代表之一。

目前，碳化硅器件局限性来源于晶体生长技术上的瓶颈。生长碳化硅普遍采用物理气相运输法(PVT)，即原料在热场加热升华成气相物质，在温度梯度的作用下向上运动直到碰到温度较低、晶格适配的籽晶表面，从而在籽晶表面上结晶生长晶体，因此温度梯度以及气体压强对碳化硅长晶质量影响较大。

PVT法虽然为目前工业上大多碳化硅单晶的制备方法，但同样存在着诸多缺陷。一方面，碳化硅长晶所需温度为2000℃以上，普通的加热方式难以实现，因此需要通过电磁感应生成焦耳热的方式进行加热，环形感应线圈套装于坩埚的外侧，并通入50-100KHZ的交流电，依据楞次定律，该电流能够使被感应线圈环绕的坩埚感生出传导电流，在欧姆电阻的作用下感应电流产生的焦耳热在坩埚内直接提供单晶生长所需热能。但是环形线圈具有趋肤效应，当交流电通过线圈导体时，电流在导体内会产生不均匀的分布状态，因此也会导致坩埚内加热不均匀，特别是碳化硅粉末与坩埚盖之间的径向温度梯度，会随着加热过程的推进而变得愈发变大，这很大程度上会影响单晶的生长质量。另一方面，碳化硅单晶生长过程中会伴随着碳化硅粉料的不断碳化，会导致坩埚内慢慢过渡为富碳气氛，富碳气氛上升到一定程度会导致碳化硅单晶停止生长，长晶阶段提前停止。又一方面，PVT工艺是在长晶炉内密闭空间下进行的，而且生长条件是高温充气，气相热辐射极易对生长质量产生影响，进而影响碳化硅晶体的生长。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碳化硅生长装置及其坩埚保温结构，以解决现有技术中至少一个上述问题。

本发明第一方面提供了一种碳化硅生长装置的坩埚保温结构，包括：

保温垫，所述保温垫置于坩埚的下方，适于放置所述坩埚；

保温筒，所述保温筒两端开口，所述保温筒沿其轴向包括第一保温部和第二保温部，所述第一保温部的端部座设于所述保温垫上，并与所述坩埚下部的外壁贴合，所述第二保温部与所述坩埚上部的外壁形成上宽下窄的空腔；

保温盖，所述保温盖封堵于所述保温筒的上方，且底面与所述坩埚的上端面接触连接。