一種采用升華法高速制造碳化硅晶體的裝置及方法制造方法及圖紙

本發(fā)明專利技術提供了一種采用升華法高速制造碳化硅晶體的裝置及方法，屬于機械技術領域。它解決了如何提高碳化硅晶體生長速度的問題。本裝置包括供外部氣體和/或液體輸入的管道，管道能夠輸出氣體到坩堝的內(nèi)腔，坩堝內(nèi)腔的底部設置有與上述管道相連通的供氣裝置，坩堝內(nèi)腔的上部設置有用于安裝籽晶的籽晶固定器，籽晶固定器能夠轉(zhuǎn)動，且籽晶固定器具有相對水平方向傾斜的安裝面。本制造裝置通過設置管道、供氣裝置、將籽晶保持傾斜狀態(tài)、設置驅(qū)動結構、以及能夠產(chǎn)生不同溫度的加熱器，通過以上結構再配以制造方法和制造原料，能夠制造出生長速度快且高品質(zhì)的碳化硅晶體，提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本，從而有助于推動整個碳化硅產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術屬于機械
，涉及一種采用升華法高速制造碳化硅晶體的裝置及方法。
技術介紹
近年來，碳化硅基板已經(jīng)被開始用于制造半導體器件。碳化硅半導體是一種化合物半導體，也是繼第一代元素半導體材料硅和第二代化合物半導體材料砷化鎵，磷化鎵，磷化銦等之后發(fā)展起來的第三代寬帶隙半導體材料的代表。與前兩代半導體材料相比，碳化硅具有寬帶隙、高熱導率、高臨界擊穿電場、高載流子飽和漂移速度以及極好的化學穩(wěn)定性等特點，因此非常適合用于高溫、大功率電子器件領域。碳化硅晶體的合成技術至今已經(jīng)有100多年的歷史。目前普遍采用的升華法是由前蘇聯(lián)科學家Tairov和Tsvetkov于1978年在Lely法的基礎上進行了改進，采用籽晶來控制晶體生長的構型，解決了Lely法自發(fā)成核生長的問題，可得到單一構型的碳化硅單晶。目前升華法已被證實是能夠生長大尺寸碳化硅單晶最有效的標準方法。升華法一般采用中頻感應加熱方式，碳化硅晶體生長室由石墨坩堝蓋和石墨坩堝體組成。坩堝蓋的作用是放置籽晶，坩堝體的作用是放置碳化硅粉料，通過加熱使碳化硅粉料氣化，加熱后的碳化硅氣體上升到籽晶處結晶形成碳化硅單晶體。然而現(xiàn)有技術中，碳化硅會無熔融地在2800℃附近直接升華，但由于升華的碳化硅類的濃度低，要抑制多晶的發(fā)生非常困難，加上是在高溫中進行，高品質(zhì)的碳化硅晶體高速生長非常困難。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術的目的是針對現(xiàn)有的技術存在上述問題，提出了一種采用升華法高速制造碳化硅晶體的裝置及方法，本專利技術解決的技術問題是如何提高碳化硅晶體的生長速度。本專利技術的目的可通過下列技術方案來實現(xiàn)：一種采用升華法高速制造碳化硅晶體的裝置，包括供外部氣體和/或液體輸入的管道，所述管道能夠輸出氣體到坩堝的內(nèi)腔。管道的數(shù)量可以為一根或者一根以上，由于坩堝使用時處在高溫狀態(tài)，當管道內(nèi)輸入有液體時，液體會氣化或者分解成氣體從管道輸出。在上述的采用升華法高速制造碳化硅晶體的裝置中，所述管道內(nèi)輸入的氣體或者液體能夠通過預加熱裝置進行預加熱。預加熱裝置為電熱絲、線圈等，預加熱既可以提高氣體或者液體的溫度，防止對坩堝內(nèi)部溫度的影響，又能夠使氣體或者液體分解，產(chǎn)生管道所需要輸出的氣體。采用升華法制造碳化硅晶體的坩堝一般設置在真空容器內(nèi)，本裝置通過設置管道，本管道能夠?qū)⒄婵杖萜魍獾臍怏w和/或液體以氣態(tài)的方式由坩堝的底部輸出到坩堝內(nèi)腔中，使位于坩堝內(nèi)部的碳化硅粉末原料漂浮或者移動，以此增大碳化硅粉末之間的間隙，使碳化硅粉末更加分散地分布在坩堝內(nèi)，從而使得碳化硅粉末增加受熱面積，能夠快速升華，同時帶動蒸發(fā)的碳化硅氣體向籽晶處富集，提高碳化硅晶體的生長速度。在上述的采用升華法高速制造碳化硅晶體的裝置中，所述管道內(nèi)輸出的氣體為載流氣體、蝕刻氣體、碳源氣體、硅源氣體或者以上幾種氣體的混合氣體。載流氣體可以選用氫氣、氬氣、氦氣、氮氣等氣體或者混合惰性氣體，可以用來帶動碳化硅粉末升華過程中產(chǎn)生的碳化硅粉末和/或氣體；蝕刻氣體可以選用氯氣、氯化氫，或者三氯乙酸、三氯乙烯等含氯氣體或者幾種氣體的混合氣體，可以用來腐蝕除掉一部分的雜質(zhì)，也可以用來腐蝕除掉已經(jīng)生長在籽晶上的碳化硅，使生長中的碳化硅晶體表面保持光滑，減少結晶缺陷，有利于提高碳化硅晶體生長的品質(zhì)；碳源氣體可以選用如乙烯等含碳的碳氫化合物氣體，用來補充碳化硅在升華過程中碳元素的不足；硅源氣體可以選用如硅烷等含硅元素的烷類氣體，用來補充碳化硅在升華過程中硅元素的不足。當然，以上蝕刻氣體、碳源氣體、硅源氣體除了各自具備的作用以外，均具備載流氣體的作用。在生產(chǎn)碳化硅晶體時，有時候按照半導體特性的不同，故意加入摻雜氣體，使其成為N型或者P型半導體。例如加入含氮的氣體可以使碳化硅具有N型半導體的特性，而加入含硼的物質(zhì)，可以使碳化硅具有P型半導體的特性。其中氮氣既能夠作為載流氣體，也可以在制造N型碳化硅晶體時，作為摻雜氣體使用。并且加入氮氣，可以提高碳化硅晶體結晶的質(zhì)量。在上述的采用升華法高速制造碳化硅晶體的裝置中，所述管道連通有一個或一個以上的支管，所述支管上連有用于控制支管流通量的流量控制器。支管可以通入一種或多種上述氣體，并通過設置流量控制器能夠根據(jù)碳化硅晶體的生長需要控制流入每根直管的氣體和/或液體流量，達到提高碳化硅晶體的生長速度的目的。在上述的采用升華法高速制造碳化硅晶體的裝置中，其特征在于，所述流量控制器為手動流量控制閥、MFC或者浮子流量計。在上述的采用升華法高速制造碳化硅晶體的裝置中，所述坩堝內(nèi)腔的底部設置有與上述管道相連通的供氣裝置，所述供氣裝置能夠吹出氣體使坩堝內(nèi)的碳化硅粉末原料浮游或移動。供氣裝置能夠?qū)⒊练e在坩堝底部的碳化硅粉末吹起，使碳化硅粉末處于漂浮狀態(tài)，以此增大碳化硅粉末之間的間隙，使碳化硅粉末更加分散地分布在坩堝內(nèi)，從而使得碳化硅粉末能夠快速升華，并將升華后的碳化硅氣體進一步向上吹起，使得坩堝的上部形成高濃度的碳化硅氣體，進而提高了碳化硅晶體的生長速度。在上述的采用升華法高速制造碳化硅晶體的裝置中，所述坩堝內(nèi)腔的上部設置有用于安裝籽晶的籽晶固定器，所述籽晶固定器能夠轉(zhuǎn)動。在上述的采用升華法高速制造碳化硅晶體的裝置中，所述籽晶固定器能夠在驅(qū)動結構的帶動下自轉(zhuǎn)的同時公轉(zhuǎn)。當供氣裝置將高濃度的碳化硅氣體供給到籽晶或者已經(jīng)在籽晶上生長的碳化硅晶體表面上時，通過設置驅(qū)動結構帶動籽晶固定器轉(zhuǎn)動，使得籽晶表面或者已經(jīng)在籽晶上生長的碳化硅晶體表面上總是伴有新鮮的且具有流速的碳化硅氣體，使得碳化硅氣體能夠與籽晶均勻接觸，從而提高了碳化硅晶體的生長速度；同時，通過本籽晶固定器自轉(zhuǎn)加公轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動方式，能夠使籽晶或者已經(jīng)在籽晶上生長的碳化硅晶體表面與碳化硅氣體接觸更加均勻充分，有利于提高碳化硅晶體的結晶速度。在上述的采用升華法高速制造碳化硅晶體的裝置中，所述籽晶固定器具有相對水平方向傾斜的安裝面。本碳化硅晶體的制造裝置通過將籽晶固定器傾斜設置形成傾斜的安裝面，或在籽晶固定器上設置斜面以形成傾斜的安裝面，亦或者，籽晶固定器的安裝面也可水平設置，將籽晶做成具有傾斜面的楔形，從而達到使籽晶保持傾斜狀態(tài)的目的，以此使籽晶表面或者已經(jīng)在籽晶上生長的碳化硅晶體表面能夠形成不同的熱梯度以及碳化硅氣體的濃度差，再結合供氣裝置和籽晶自轉(zhuǎn)加公轉(zhuǎn)的特殊轉(zhuǎn)動方式，進一本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
一種采用升華法高速制造碳化硅晶體的裝置，其特征在于，包括供外部氣體和/或液體輸入的管道(G)，所述管道(G)能夠輸出氣體到坩堝(1)的內(nèi)腔。

【技術特征摘要】
1.一種采用升華法高速制造碳化硅晶體的裝置，其特征在于，
包括供外部氣體和/或液體輸入的管道(G)，所述管道(G)能夠
輸出氣體到坩堝(1)的內(nèi)腔。
2.根據(jù)權利要求1所述的采用升華法高速制造碳化硅晶體的
裝置，其特征在于，所述管道(G)內(nèi)輸入的氣體或者液體能夠
通過預加熱裝置進行預加熱。
3.根據(jù)權利要求1所述的采用升華法高速制造碳化硅晶體的
裝置，其特征在于，所述管道(G)內(nèi)輸出的氣體為載流氣體、
蝕刻氣體、碳源氣體、硅源氣體或者以上幾種氣體的混合氣體。
4.根據(jù)權利要求1所述的采用升華法高速制造碳化硅晶體的
裝置，其特征在于，所述管道(G)連通有一個或一個以上的支
管(G1)，所述支管(G1)上連有用于控制支管(G1)流通量的
流量控制器(G2)。
5.根據(jù)權利要求4所述的采用升華法高速制造碳化硅晶體的
裝置，其特征在于，所述流量控制器(G2)為手動流量控制閥、
MFC或者浮子流量計。
6.根據(jù)權利要求1至5中任意一項所述的采用升華法高速制
造碳化硅晶體的裝置，其特征在于，所述坩堝(1)內(nèi)腔的底部設
置有與上述管道(G)相連通的供氣裝置，所述供氣裝置能夠吹
出氣體使坩堝(1)內(nèi)的碳化硅粉末原料浮游或移動。
7.根據(jù)權利要求1至5中任意一項所述的采用升華法高速制
造碳化硅晶體的裝置，其特征在于，所述坩堝(1)內(nèi)腔的上部設
置有用于安裝籽晶的籽晶固定器(2)，所述籽晶固定器(2)能夠
轉(zhuǎn)動。
8.根據(jù)權利要求7所述的采用升華法高速制造碳化硅晶體的
裝置，其特征在于，所述籽晶固定器(2)能夠在驅(qū)動結構的帶動
下自轉(zhuǎn)的同時公轉(zhuǎn)。
9.根據(jù)權利要求8所述的采用升華法高速制造碳化硅晶體的

\t裝置，其特征在于，所述籽晶固定器(2)具有相對水平方向傾斜
的安裝面(3)。
10.根據(jù)權利要求6所述的采用升華法高速制造碳化硅晶體
的裝置，其特征在于，所述供氣裝置能夠在驅(qū)動件的作用下自轉(zhuǎn)
和/或移動。
11.根據(jù)權利要求6所述的采用升華法高速制造碳化硅晶體
的裝置，其特征在于，所述供氣裝置包括底板(4)，所述底板(4)
內(nèi)具有供氣通道(5)，所述底板(4)的底部具有與供氣通道(5)
相通且穿設在坩堝(1)底部的供氣管(6)，所述供氣管(6)與
上述管道(G)相連通，所述底板(4)上具有與供氣通道(5)
相通的出氣口(8)。
12.根據(jù)權利要求11所述的采用升華法高速制造碳化硅晶體
的裝置，其特征在于，所述底板(4)包括位于底板(4)上部的
噴管(7)，所述出氣口(8)位于噴管(7)的外周壁上。
13.根據(jù)權利要求12所述的采用升華法高速制造碳化硅晶體
的裝置，其特征在于，所述噴管(7)的外周壁上具有若干個徑向
支管(9)，所述徑向支管(9)與出氣口(8)相通。
14.根據(jù)權利要求12所述的采用升華法高速制造碳化硅晶體
的裝置，其特征在于，所述噴管(7)的頂部具有呈傘狀的防塵部
(10)。
15.根據(jù)權利要求11所述的采用升華法高速制造碳化硅晶體
的裝置，其特征在于，所述供氣裝置能夠在驅(qū)動件的作用下自轉(zhuǎn)
和/或移動，所述驅(qū)動件能夠驅(qū)動底板(4)自轉(zhuǎn)和/或移動。
16.根據(jù)權利要求6所述的采用升華法高速制造碳化硅晶體
的裝置，其特征在于，所述供氣裝置能夠在驅(qū)動件的作用下自轉(zhuǎn)
和/或移動，所述供氣裝置包括穿設在坩堝(1)底部的通氣管柱，
所述通氣管柱與上述管道(G)相連通，所述通氣管柱的外周具
有噴氣口，所述驅(qū)動件能夠驅(qū)動通氣管柱自轉(zhuǎn)和/或移動。
17.根據(jù)權利要求1至5中任意一項所述的采用升華法高速
制造碳化硅晶體的裝置，其特征在于，所述坩堝(1)的外周設置
有由一個或一個以上加熱器(11)形成的加熱系統(tǒng)。
18.根據(jù)權利要求17所述的采用升華法高速制造碳化硅晶體
的裝置，其特征在于，所述加熱系統(tǒng)能夠分別以不同的溫度對坩
堝(1)中的三個區(qū)域進行加熱，區(qū)域一(14)為分布有固態(tài)碳化
硅原料的坩堝(1)內(nèi)腔的下部，區(qū)域二(13)為分布有固態(tài)碳化
硅原料和氣態(tài)碳化硅的坩堝(1)內(nèi)腔的中部，區(qū)域三(12)為分
布有氣態(tài)碳化硅和籽晶的坩堝(1)內(nèi)腔的上部。
19.根據(jù)權利要求17所述的采用升華法高速制造碳化硅晶體
的裝置，其特征在于，所述加熱系統(tǒng)能夠?qū)ψ丫нM行周期性地加
熱。
20.根據(jù)權利要求1至5中任意一項所述的采用升華法高速
制造碳化硅晶體的裝置，其特征在于，所述坩堝(1)的上部具有
縮口(1a)。
21.根據(jù)權利要求1至5中任意一項所述的采用升華法高速
制造碳化硅晶體的裝置，其特征在于，所述坩堝(1)具有用于添
加碳化硅原料的加料口。
22.根據(jù)權利要求7所述的采用升華法高速制造碳化硅晶體
的裝置，其特征在于，所述籽晶固定器(2)具有一個或一個以上。
23.根據(jù)權利要求22所述的采用升華法高速制造碳化硅晶體
的裝置，其特征在于，所述坩堝(1)包括堝蓋(15)和堝體(16)，
多個所述籽晶固定器(2)設置在堝蓋(15)的頂部和/或側壁上。
24.根據(jù)權利要求9所述的采用升華法高速制造碳化硅晶體
的裝置，其特征在于，所述坩堝(1)上具有連通外界和坩堝(1)
內(nèi)腔的出氣通道(17)。
25.根據(jù)權利要求24所述的采用升華法高速制造碳化硅晶體
的裝置，其特征在于，所述出氣通道(17)位于安裝面(3)的傾

\t斜方向或垂直方向上。
26.根據(jù)權利要求8所述的采用升華法高速制造碳化硅晶體
的裝置，其特征在于，所述驅(qū)動結構包括位于坩堝(1)頂部的貫
穿孔(18)，所述貫穿孔(18)內(nèi)穿設有轉(zhuǎn)動軸(19)，所述轉(zhuǎn)動
軸(19)上具有太陽輪(20)，所述太陽輪(20)的外周設置有齒
圈(21)，所述齒圈(21)固定在坩堝(1)上，所述太陽輪(20)
和齒圈(21)之間嚙合連接有至少一個行星輪(22)，所述轉(zhuǎn)動軸
(19)能夠帶動太陽輪(20)轉(zhuǎn)動使行星輪(22)自轉(zhuǎn)的同時繞
著太陽輪(20)公轉(zhuǎn)，所述籽晶固定器(2)固定在行星輪(22)
上。
27.根據(jù)權利要求8所述的采用升華法高速制造碳化硅晶體
的裝置，其特征在于，所述驅(qū)動結構包括位于坩堝(1)頂部的貫
穿孔(18)，所述貫穿孔(18)內(nèi)穿設有公轉(zhuǎn)軸(23)，所述公轉(zhuǎn)
軸(23)上固定有連接架(24)，所述連接架(24)上轉(zhuǎn)動連接有
至少一個齒輪一(25)，所述坩堝(1)上固定有齒輪二(26)，所
述齒輪一(25)能夠在公轉(zhuǎn)軸(23)的帶動下繞著齒輪二(26)
公轉(zhuǎn)的同時自轉(zhuǎn)，所述籽晶固定器(2)固定在齒輪一(25)上。
28.一種采用升華法高速制造碳化硅晶體的裝置中使用的坩
堝，其特征在于，所述坩堝(1)內(nèi)腔的底部設置有，所述供氣裝
置能夠吹出氣體使坩堝(1)內(nèi)的碳化硅粉末原料浮游或移動。
29.根據(jù)權利要求28所述的采用升華法高速制造碳化硅晶體
的裝置，其特征在于，所述坩堝(1)內(nèi)腔的上部設置有用于安裝
籽晶的籽晶固定器(2)，所述籽晶固定器(2)能夠轉(zhuǎn)動。
30.根據(jù)權利要求29所述的采用升華法高速制造碳化硅晶體
的裝置，其特征在于，所述籽晶固定器(2)能夠在驅(qū)動結構的帶
動下自轉(zhuǎn)的同時公轉(zhuǎn)。
31.根據(jù)...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：星野政宏，張樂年，
申請(專利權)人：臺州市一能科技有限公司，星野政宏，
類型：發(fā)明
國別省市：浙江;33