本發(fā)明涉及半導(dǎo)體，具體而言，涉及一種降低發(fā)熱體打火的碳化硅單晶生長(zhǎng)裝置和碳化硅單晶的生長(zhǎng)方法。

背景技術(shù)：

1、碳化硅是一種優(yōu)質(zhì)的寬帶隙半導(dǎo)體材料，其具有寬禁帶、高擊穿電場(chǎng)、高熱導(dǎo)率、高飽和電子漂移速率等優(yōu)點(diǎn)，可以滿足高溫、大功率、低損耗大直徑器件的需求。pvt法(物理氣相傳輸法)是獲得碳化硅單晶的常用方法。pvt法制備碳化硅單晶的生長(zhǎng)原理是：使高純碳化硅原料在高溫下分解形成氣態(tài)物質(zhì)，這些氣態(tài)物質(zhì)在過飽和度的驅(qū)動(dòng)下，升華至冷端的籽晶處即可生長(zhǎng)形成碳化硅單晶。

2、相關(guān)技術(shù)中采用電阻加熱的方式對(duì)石墨坩堝進(jìn)行加熱，且在加熱制備碳化硅單晶的過程中，需要向具有石墨發(fā)熱體的爐體中通入氮?dú)夂蜌鍤獾?，同時(shí)還要通過調(diào)整石墨發(fā)熱體的功率來控制溫度，并使其通過熱輻射的方式將置于其內(nèi)部的石墨坩堝及碳化硅原料加熱升溫。

3、在晶體生長(zhǎng)過程中，石墨發(fā)熱體中的電壓會(huì)與石墨坩堝形成壓差，導(dǎo)致晶體生長(zhǎng)中揮發(fā)出的si、c、sixcy原子團(tuán)、碳化硅原料、以及石墨坩堝中產(chǎn)生的碳顆粒等都成為導(dǎo)電介質(zhì)；石墨發(fā)熱體的電流通過這些介質(zhì)擊穿到石墨坩堝上，則會(huì)發(fā)生打火現(xiàn)象。

4、在晶體生長(zhǎng)期間發(fā)生打火現(xiàn)象會(huì)使?fàn)t體內(nèi)部的壓強(qiáng)、溫度等發(fā)生波動(dòng)，破壞晶體生長(zhǎng)過程中的氛圍穩(wěn)定性，導(dǎo)致晶體內(nèi)部的缺陷增多，從而使晶體質(zhì)量下降；而且，打火現(xiàn)象還會(huì)導(dǎo)致石墨發(fā)熱體和石墨坩堝被燒蝕，從而使發(fā)熱體和坩堝的使用壽命下降。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種降低發(fā)熱體打火的碳化硅單晶生長(zhǎng)裝置和碳化硅單晶的生長(zhǎng)方法，該降低發(fā)熱體打火的碳化硅單晶生長(zhǎng)裝置用于生長(zhǎng)碳化硅單晶時(shí)，能夠利用絕緣隔擋件的絕緣特性，阻止電流從發(fā)熱體擊穿到坩堝，而產(chǎn)生的打火現(xiàn)象，并通過減少打火現(xiàn)象確保爐體內(nèi)的壓強(qiáng)、溫度的穩(wěn)定性，確保晶體生長(zhǎng)過程中的氛圍穩(wěn)定性，減少晶體內(nèi)部的缺陷，提高晶體質(zhì)量，而且，還能夠因減少打火現(xiàn)象改善發(fā)熱體和坩堝被燒蝕的問題，有利于延長(zhǎng)發(fā)熱體和坩堝的使用壽命。

2、本發(fā)明的實(shí)施例是這樣實(shí)現(xiàn)的：

3、第一方面，本發(fā)明提供一種降低發(fā)熱體打火的碳化硅單晶生長(zhǎng)裝置，包括：

4、爐體，爐體具有容納腔；

5、坩堝，坩堝設(shè)置于容納腔內(nèi)，且坩堝具有空腔，空腔用于填裝碳化硅原料、氣相輸送和晶體生長(zhǎng)；

6、坩堝蓋，坩堝蓋可拆卸地設(shè)置于坩堝的上方，且位于空腔的開口處，坩堝蓋用于固定籽晶；

7、發(fā)熱體，發(fā)熱體設(shè)置于容納腔內(nèi)，且發(fā)熱體圍繞于坩堝的外周；以及，

8、絕緣隔擋件，絕緣隔擋件設(shè)置于容納腔內(nèi)，且分隔在發(fā)熱體的內(nèi)壁和坩堝的外壁之間。

9、在可選的實(shí)施方式中，空腔包括相互連通的高溫區(qū)和生長(zhǎng)區(qū)，高溫區(qū)位于生長(zhǎng)區(qū)的下方，高溫區(qū)用于填裝碳化硅原料，絕緣隔擋件至少圍繞在高溫區(qū)的外部；

10、絕緣隔擋件的材料為氮化硼陶瓷；

11、發(fā)熱體的內(nèi)壁與坩堝的外壁的間距為5mm-30mm。

12、在可選的實(shí)施方式中，沿坩堝的軸向，絕緣隔擋件的高度為發(fā)熱體的高度的10%-40%。

13、在可選的實(shí)施方式中，絕緣隔擋件的內(nèi)壁和坩堝的外壁之間間隔分布，以形成氣流通道。

14、在可選的實(shí)施方式中，沿坩堝的軸向，容納腔具有進(jìn)氣端和出氣端；氣流通道的寬度從進(jìn)氣端到出氣端逐漸減小。

15、在可選的實(shí)施方式中，絕緣隔擋件的內(nèi)壁與坩堝的軸線之間的夾角角度為2°-23°。

16、在可選的實(shí)施方式中，絕緣隔擋件的外壁與發(fā)熱體的內(nèi)壁貼合或間隔分布。

17、在可選的實(shí)施方式中，絕緣隔擋件朝向坩堝的一側(cè)設(shè)置有凸起。

18、在可選的實(shí)施方式中，絕緣隔擋件朝向坩堝的一側(cè)設(shè)置有多個(gè)凸起，多個(gè)凸起的面積占絕緣隔擋件朝向坩堝的一側(cè)側(cè)壁的面積的5%-60%。

19、第二方面，本發(fā)明還提供一種碳化硅單晶的生長(zhǎng)方法，包括前述的降低發(fā)熱體打火的碳化硅單晶生長(zhǎng)裝置生長(zhǎng)碳化硅單晶；

20、碳化硅單晶的生長(zhǎng)方法包括：

21、在空腔內(nèi)填充碳化硅原料；

22、在坩堝蓋上固定籽晶，并將坩堝蓋設(shè)置于坩堝的上方，以使籽晶朝向空腔分布；

23、向容納腔內(nèi)通入氮?dú)夂蜌鍤猓铱刂频獨(dú)獾牧髁繛?.04~0.07l/h，控制氬氣的流量為0.7l/h~0.9l/h；

24、控制容納腔內(nèi)的壓強(qiáng)為200~1000pa；

25、控制坩堝的溫度為2100℃~2300℃。

26、本發(fā)明實(shí)施例的降低發(fā)熱體打火的碳化硅單晶生長(zhǎng)裝置的有益效果包括：在本發(fā)明實(shí)施例提供的降低發(fā)熱體打火的碳化硅單晶生長(zhǎng)裝置用于生長(zhǎng)碳化硅單晶時(shí)，能夠利用分隔在發(fā)熱體和坩堝之間的絕緣隔擋件的絕緣特性，且通過將發(fā)熱體的熱量傳遞到絕緣隔擋件，以通過絕緣隔擋件的輻射加熱坩堝代替導(dǎo)電性的電阻發(fā)熱體直接加熱坩堝，從而阻止電流從發(fā)熱體擊穿到坩堝，而產(chǎn)生的打火現(xiàn)象，并通過減少打火現(xiàn)象確保爐體內(nèi)的壓強(qiáng)、溫度的穩(wěn)定性，確保晶體生長(zhǎng)過程中的氛圍穩(wěn)定性，減少晶體內(nèi)部的缺陷，提高晶體質(zhì)量，而且，還能夠因減少打火現(xiàn)象改善發(fā)熱體和坩堝被燒蝕的問題，有利于延長(zhǎng)發(fā)熱體和坩堝的使用壽命。

27、本發(fā)明實(shí)施例的碳化硅單晶的生長(zhǎng)方法用前述的降低發(fā)熱體打火的碳化硅單晶生長(zhǎng)裝置生長(zhǎng)碳化硅單晶，能夠在晶體的生長(zhǎng)過程中，利用分隔在發(fā)熱體和坩堝之間的絕緣隔擋件的絕緣特性，阻止電流從發(fā)熱體擊穿到坩堝，而產(chǎn)生的打火現(xiàn)象，并通過減少打火現(xiàn)象確保爐體內(nèi)的壓強(qiáng)、溫度的穩(wěn)定性，確保晶體生長(zhǎng)過程中的氛圍穩(wěn)定性，減少晶體內(nèi)部的缺陷，提高晶體質(zhì)量。

技術(shù)特征：

1.一種降低發(fā)熱體打火的碳化硅單晶生長(zhǎng)裝置，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低發(fā)熱體打火的碳化硅單晶生長(zhǎng)裝置，其特征在于，所述空腔（310）包括相互連通的高溫區(qū)（311）和生長(zhǎng)區(qū)（312），所述高溫區(qū)（311）位于所述生長(zhǎng)區(qū)（312）的下方，所述高溫區(qū)（311）用于填裝碳化硅原料（500），所述絕緣隔擋件（400）至少圍繞在所述高溫區(qū)（311）的外部；

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的降低發(fā)熱體打火的碳化硅單晶生長(zhǎng)裝置，其特征在于，沿所述坩堝（300）的軸向，所述絕緣隔擋件（400）的高度為所述發(fā)熱體（200）的高度的10%-40%。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低發(fā)熱體打火的碳化硅單晶生長(zhǎng)裝置，其特征在于，所述絕緣隔擋件（400）的內(nèi)壁和所述坩堝（300）的外壁之間間隔分布，以形成氣流通道（410）。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的降低發(fā)熱體打火的碳化硅單晶生長(zhǎng)裝置，其特征在于，沿所述坩堝（300）的軸向，所述容納腔（110）具有進(jìn)氣端（111）和出氣端（112）；所述氣流通道（410）的寬度從所述進(jìn)氣端（111）到所述出氣端（112）逐漸減小。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的降低發(fā)熱體打火的碳化硅單晶生長(zhǎng)裝置，其特征在于，所述絕緣隔擋件（400）的內(nèi)壁與所述坩堝（300）的軸線之間的夾角角度為2°-23°。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的降低發(fā)熱體打火的碳化硅單晶生長(zhǎng)裝置，其特征在于，所述絕緣隔擋件（400）的外壁與所述發(fā)熱體（200）的內(nèi)壁貼合或間隔分布。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低發(fā)熱體打火的碳化硅單晶生長(zhǎng)裝置，其特征在于，所述絕緣隔擋件（400）朝向所述坩堝（300）的一側(cè)設(shè)置有凸起（420）。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的降低發(fā)熱體打火的碳化硅單晶生長(zhǎng)裝置，其特征在于，所述絕緣隔擋件（400）朝向所述坩堝（300）的一側(cè)設(shè)置有多個(gè)所述凸起（420），多個(gè)所述凸起（420）的面積占所述絕緣隔擋件（400）朝向所述坩堝（300）的一側(cè)側(cè)壁的面積的5%-60%。

10.一種碳化硅單晶的生長(zhǎng)方法，其特征在于，包括用權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的降低發(fā)熱體打火的碳化硅單晶生長(zhǎng)裝置生長(zhǎng)碳化硅單晶；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種降低發(fā)熱體打火的碳化硅單晶生長(zhǎng)裝置和碳化硅單晶的生長(zhǎng)方法；降低發(fā)熱體打火的碳化硅單晶生長(zhǎng)裝置能夠用于生長(zhǎng)碳化硅單晶，其包括爐體、發(fā)熱體、坩堝、坩堝蓋和絕緣隔擋件，爐體具有容納腔；坩堝設(shè)置于容納腔內(nèi)，且坩堝具有空腔，空腔用于填裝碳化硅原料；坩堝蓋可拆卸地設(shè)置于坩堝的上方，且位于空腔的開口處，坩堝蓋用于固定籽晶；發(fā)熱體設(shè)置于容納腔內(nèi)，且發(fā)熱體圍繞于坩堝的外周；絕緣隔擋件設(shè)置于容納腔內(nèi)，且分隔在發(fā)熱體的內(nèi)壁和坩堝的外壁之間。該生長(zhǎng)裝置能夠利用絕緣隔擋件減少打火現(xiàn)象確保爐體內(nèi)的壓強(qiáng)、溫度的穩(wěn)定性，提高生長(zhǎng)的晶體質(zhì)量，還能延長(zhǎng)發(fā)熱體和坩堝的使用壽命。

技術(shù)研發(fā)人員：趙文超,陳建明,張江濤,楊洪雨,范子龍
受保護(hù)的技術(shù)使用者：蘇州優(yōu)晶半導(dǎo)體科技股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/9/9