本技術(shù)涉及碳化硅，具體為一種碳化硅單晶生長裝置。

背景技術(shù)：

1、半導(dǎo)體材料的發(fā)展與進(jìn)步，是核心關(guān)鍵技術(shù)。作為第三代半導(dǎo)體材料重要代表之一，碳化硅單晶材料以其禁帶寬度大、飽和電子遷移率高、擊穿場強(qiáng)大、熱導(dǎo)率高等特性，成為未來半導(dǎo)體材料的一大熱門。良好的碳化硅單晶生長設(shè)備是獲得高品質(zhì)碳化硅晶體的基礎(chǔ)，同時(shí)直接影響單一晶體的有效厚度，決定了襯底成本；單晶生長熱場是獲得高品質(zhì)碳化硅晶圓的關(guān)鍵，直接影響碳化硅器件的性能；碳化硅粉料的填裝是影響晶體生長的重要因素，并且貫穿晶體生長的始終。碳化硅單晶生長設(shè)備和生長熱場的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)會直接影響到晶錠生長質(zhì)量(如缺陷密度，晶界和微管等)，因此生長晶體所需的生長設(shè)備和碳化硅生長熱場的結(jié)構(gòu)成為保證單晶品質(zhì)的重要環(huán)節(jié)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有碳化硅單晶生長裝置生長的單晶質(zhì)量不高以及厚度有限的問題，提供了一種碳化硅單晶生長裝置。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供了一種碳化硅單晶生長裝置，包括：

3、加熱結(jié)構(gòu)；

4、位于所述加熱結(jié)構(gòu)內(nèi)部的坩堝結(jié)構(gòu)；

5、其中，所述坩堝結(jié)構(gòu)包括開口相對設(shè)置的下坩堝和上坩堝，所述上坩堝和所述下坩堝通過側(cè)壁滑動連接；所述下坩堝的內(nèi)底面用于放置碳化硅粉料，所述上坩堝的內(nèi)頂面用于固定碳化硅籽晶。

6、作為一種可實(shí)施方式，所述加熱結(jié)構(gòu)包括主加熱區(qū)和位于所述主加熱區(qū)上方和/或下方的輔助加熱區(qū)，所述主加熱區(qū)和所述輔助加熱區(qū)分別通過不同的加熱器進(jìn)行加熱，所述主加熱區(qū)內(nèi)部和所述輔助加熱區(qū)內(nèi)部相連通；所述主加熱區(qū)和所述輔助加熱區(qū)的交界處具有環(huán)繞設(shè)置于側(cè)壁內(nèi)表面且朝向所述加熱結(jié)構(gòu)內(nèi)部延伸的第一突起部；所述加熱結(jié)構(gòu)還包括上升降座和/或下升降座，所述上升降座用于連接所述上坩堝的外頂面，所述下升降座用于連接所述下坩堝的外底面；所述上升降座和/或所述下升降座的外側(cè)具有環(huán)繞設(shè)置并和所述第一突起部相對應(yīng)的第二突起部；

7、當(dāng)未拉伸所述上坩堝和/或所述下坩堝，所述坩堝結(jié)構(gòu)位于所述主加熱區(qū)內(nèi)部，且所述第一突起部和對應(yīng)的所述第二突起部相卡合；當(dāng)拉伸所述上坩堝和/或所述下坩堝使得所述上坩堝和所述下坩堝發(fā)生滑移，所述第一突起部和對應(yīng)的所述第二突起部分離，所述坩堝結(jié)構(gòu)從位于所述主加熱區(qū)移動到同時(shí)位于所述主加熱區(qū)和所述輔助加熱區(qū)。

8、作為一種可實(shí)施方式，所述主加熱區(qū)的側(cè)壁內(nèi)表面具有環(huán)繞設(shè)置的至少一層第一加熱器；所述輔助加熱區(qū)的側(cè)壁內(nèi)表面具有環(huán)繞設(shè)置的至少一層第二加熱器。

9、作為一種可實(shí)施方式，所述主加熱區(qū)在對應(yīng)每層第一加熱器的位置還包括環(huán)繞設(shè)置于側(cè)壁的至少兩個(gè)第一通孔，至少兩個(gè)第一通孔等間隔分布，至少兩個(gè)第一測溫計(jì)分別穿過對應(yīng)的所述第一通孔，且所述第一測溫計(jì)和對應(yīng)層的所述第一加熱器之間具有間隔；所述輔助加熱區(qū)在對應(yīng)每層第二加熱器的位置還包括環(huán)繞設(shè)置于側(cè)壁的至少兩個(gè)第二通孔，至少兩個(gè)第二通孔等間隔分布，至少兩個(gè)第二測溫計(jì)分別穿過對應(yīng)的所述第二通孔，所述第二測溫計(jì)和對應(yīng)層的所述第二加熱器之間具有間隔。

10、作為一種可實(shí)施方式，所述加熱結(jié)構(gòu)還包括下加熱盤和上加熱盤，所述下加熱盤位于所述下升降座和所述下坩堝之間，所述上加熱盤位于所述上升降座和所述上坩堝之間。

11、作為一種可實(shí)施方式，所述加熱結(jié)構(gòu)的頂部設(shè)有第三通孔，所述上加熱盤、所述上升降座分別設(shè)有和所述第三通孔在同一豎直線上的第一穿孔和第二穿孔，第三測溫計(jì)通過所述第三通孔、所述第一穿孔、所述第二穿孔和所述上坩堝的外頂面相接觸；

12、所述加熱結(jié)構(gòu)的底部設(shè)有第四通孔，所述下加熱盤、所述下升降座分別設(shè)有和所述第四通孔在同一豎直線上的第三穿孔和第四穿孔，第四測溫計(jì)通過所述第三通孔、所述第三穿孔、所述第四穿孔和所述下坩堝的外底面相接觸。

13、作為一種可實(shí)施方式，所述下坩堝的內(nèi)底面上還設(shè)有多孔石墨結(jié)構(gòu)，所述多孔石墨結(jié)構(gòu)包括至少一個(gè)多孔石墨環(huán)狀板，且當(dāng)多孔石墨環(huán)狀板為至少兩個(gè)時(shí)，至少兩個(gè)多孔石墨環(huán)狀板同軸設(shè)置且直徑依次變大，至少一個(gè)所述多孔石墨環(huán)狀板用于分隔碳化硅粉料為多層碳化硅粉料層，其中，最外側(cè)一層碳化硅粉料層中還均勻混合有碳粉。

14、作為一種可實(shí)施方式，所述多孔石墨結(jié)構(gòu)具有底板，所述底板為朝向所述多孔石墨環(huán)狀板凸起的凸板。

15、作為一種可實(shí)施方式，所述多孔石墨結(jié)構(gòu)和所述下坩堝為可拆卸連接或固定連接或一體形成。

16、作為一種可實(shí)施方式，所述上坩堝和所述下坩堝通過側(cè)壁滑動連接包括：所述下坩堝的側(cè)壁外表面和所述上坩堝的側(cè)壁內(nèi)表面滑動連接。

17、作為一種可實(shí)施方式，所述上坩堝的側(cè)壁內(nèi)表面和所述下坩堝的側(cè)壁外表面包覆有涂層，所述涂層的材料為金屬鉭、金屬鉿、金屬鈮、金屬鋯、碳化鉭、碳化鉿、碳化鈮、碳化鋯涂層其中的至少一種。

18、本實(shí)用新型的有益效果：本實(shí)用新型提供了一種碳化硅單晶生長裝置，通過設(shè)置坩堝結(jié)構(gòu)包括開口相對設(shè)置的下坩堝和上坩堝，所述上坩堝和所述下坩堝通過側(cè)壁滑動連接；一方面，使得可以充分利用上坩堝和下坩堝之間的生長空間，進(jìn)一步提高長晶厚度，而且上坩堝與下坩堝之間的組合也更有利于生長空間的穩(wěn)定性；另一方面，上坩堝和下坩堝通過側(cè)壁滑移連接，可以通過動態(tài)拉伸保持碳化硅單晶生長界面和碳化硅粉料界面的距離來控制軸向溫度梯度的動態(tài)平衡，保持在生長過程中的生長界面的穩(wěn)定，降低位錯(cuò)等缺陷。

19、本實(shí)用新型提供了一種碳化硅單晶生長裝置，通過將加熱結(jié)構(gòu)分為主加熱區(qū)和輔助加熱區(qū)，在單晶生長初期，僅通過主加熱區(qū)對所述坩堝結(jié)構(gòu)進(jìn)行加熱，達(dá)到節(jié)能的目的，且通過第一突起部和對應(yīng)的第二突起部相卡合，降低熱量的流失，從而降低能耗，也能讓主加熱區(qū)環(huán)境溫度穩(wěn)定。

20、本實(shí)用新型提供了一種碳化硅單晶生長裝置，通過設(shè)置第一加熱器和第二加熱器層數(shù)和每層加熱器的高度可以自由調(diào)節(jié)長晶的生長空間。

21、本實(shí)用新型提供了一種碳化硅單晶生長裝置，通過上加熱盤和下加熱盤的使用更加有利于上部籽晶徑向溫度梯度的控制和下部粉料的充分升華。

22、本實(shí)用新型提供了一種碳化硅單晶生長裝置，通過多孔石墨結(jié)構(gòu)進(jìn)行填裝碳化硅粉料，使用多孔石墨環(huán)狀板對碳化硅粉料進(jìn)行分層，調(diào)整最外側(cè)一層碳化硅粉料層的摻雜比例，同時(shí)將粉料下部位置的通過多孔石墨結(jié)構(gòu)的底部凸起架空出來，一方面減少了底部粉料的因利用率低造成的浪費(fèi)，一方面通過多孔石墨使得粉料的溫度分布更加均勻。

23、本實(shí)用新型提供了一種碳化硅單晶生長裝置，通過在所述上坩堝的側(cè)壁內(nèi)表面和所述下坩堝的側(cè)壁外表面包覆涂層，涂層材料為金屬鉭、金屬鉿、金屬鈮、金屬鋯、碳化鉭、碳化鉿、碳化鈮或碳化鋯涂層，降低生長氣氛對坩堝腐蝕的同時(shí)，減小坩堝拉伸過程中的阻力，能夠保持機(jī)械穩(wěn)定性。

技術(shù)特征：

1.一種碳化硅單晶生長裝置，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化硅單晶生長裝置，其特征在于，所述加熱結(jié)構(gòu)包括主加熱區(qū)和位于所述主加熱區(qū)上方和/或下方的輔助加熱區(qū)，所述主加熱區(qū)和所述輔助加熱區(qū)分別通過不同的加熱器進(jìn)行加熱，所述主加熱區(qū)內(nèi)部和所述輔助加熱區(qū)內(nèi)部相連通；所述主加熱區(qū)和所述輔助加熱區(qū)的交界處具有環(huán)繞設(shè)置于側(cè)壁內(nèi)表面且朝向所述加熱結(jié)構(gòu)內(nèi)部延伸的第一突起部；所述加熱結(jié)構(gòu)還包括上升降座和/或下升降座，所述上升降座用于連接所述上坩堝的外頂面，所述下升降座用于連接所述下坩堝的外底面；所述上升降座和/或所述下升降座的外側(cè)具有環(huán)繞設(shè)置并和所述第一突起部相對應(yīng)的第二突起部；

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的碳化硅單晶生長裝置，其特征在于，所述主加熱區(qū)的側(cè)壁內(nèi)表面具有環(huán)繞設(shè)置的至少一層第一加熱器；所述輔助加熱區(qū)的側(cè)壁內(nèi)表面具有環(huán)繞設(shè)置的至少一層第二加熱器。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的碳化硅單晶生長裝置，其特征在于，所述主加熱區(qū)在對應(yīng)每層第一加熱器的位置還包括環(huán)繞設(shè)置于側(cè)壁的至少兩個(gè)第一通孔，至少兩個(gè)第一通孔等間隔分布，至少兩個(gè)第一測溫計(jì)分別穿過對應(yīng)的所述第一通孔，且所述第一測溫計(jì)和對應(yīng)層的所述第一加熱器之間具有間隔；所述輔助加熱區(qū)在對應(yīng)每層第二加熱器的位置還包括環(huán)繞設(shè)置于側(cè)壁的至少兩個(gè)第二通孔，至少兩個(gè)第二通孔等間隔分布，至少兩個(gè)第二測溫計(jì)分別穿過對應(yīng)的所述第二通孔，所述第二測溫計(jì)和對應(yīng)層的所述第二加熱器之間具有間隔。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的碳化硅單晶生長裝置，其特征在于，所述加熱結(jié)構(gòu)還包括下加熱盤和上加熱盤，所述下加熱盤位于所述下升降座和所述下坩堝之間，所述上加熱盤位于所述上升降座和所述上坩堝之間。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的碳化硅單晶生長裝置，其特征在于，所述加熱結(jié)構(gòu)的頂部設(shè)有第三通孔，所述上加熱盤、所述上升降座分別設(shè)有和所述第三通孔在同一豎直線上的第一穿孔和第二穿孔，第三測溫計(jì)通過所述第三通孔、所述第一穿孔、所述第二穿孔和所述上坩堝的外頂面相接觸；

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化硅單晶生長裝置，其特征在于，所述下坩堝的內(nèi)底面上還設(shè)有多孔石墨結(jié)構(gòu)，所述多孔石墨結(jié)構(gòu)包括至少一個(gè)多孔石墨環(huán)狀板，且當(dāng)多孔石墨環(huán)狀板為至少兩個(gè)時(shí)，至少兩個(gè)多孔石墨環(huán)狀板同軸設(shè)置且直徑依次變大，至少一個(gè)所述多孔石墨環(huán)狀板用于分隔碳化硅粉料為多層碳化硅粉料層，其中，最外側(cè)一層碳化硅粉料層中還均勻混合有碳粉。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的碳化硅單晶生長裝置，其特征在于，所述多孔石墨結(jié)構(gòu)具有底板，所述底板為朝向所述多孔石墨環(huán)狀板凸起的凸板。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的碳化硅單晶生長裝置，其特征在于，所述多孔石墨結(jié)構(gòu)和所述下坩堝為可拆卸連接或固定連接或一體形成。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化硅單晶生長裝置，其特征在于，所述上坩堝和所述下坩堝通過側(cè)壁滑動連接包括：所述下坩堝的側(cè)壁外表面和所述上坩堝的側(cè)壁內(nèi)表面滑動連接。

11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的碳化硅單晶生長裝置，其特征在于，所述上坩堝的側(cè)壁內(nèi)表面和所述下坩堝的側(cè)壁外表面包覆有涂層，所述涂層的材料為金屬鉭、金屬鉿、金屬鈮、金屬鋯、碳化鉭、碳化鉿、碳化鈮、碳化鋯涂層其中的一種。

技術(shù)總結(jié)
本技術(shù)提供了一種碳化硅單晶生長裝置，通過設(shè)置坩堝結(jié)構(gòu)包括開口相對設(shè)置的下坩堝和上坩堝，所述上坩堝和所述下坩堝通過側(cè)壁滑動連接；一方面，使得可以充分利用上坩堝和下坩堝之間的生長空間，進(jìn)一步提高長晶厚度，而且上坩堝與下坩堝之間的組合也更有利于生長空間的穩(wěn)定性；另一方面，上坩堝和下坩堝通過側(cè)壁滑移連接，可以通過動態(tài)拉伸保持碳化硅單晶生長界面和碳化硅粉料界面的距離來控制軸向溫度梯度的動態(tài)平衡，保持在生長過程中的生長界面的穩(wěn)定，降低位錯(cuò)等缺陷。

技術(shù)研發(fā)人員：宋天糧,鄭先明,徐所成,王明華,李長春
受保護(hù)的技術(shù)使用者：浙江材孜科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：20240319
技術(shù)公布日：2024/12/19