一种PVT法生长碳化硅单晶改善气氛流向的装置的制作方法

一种pvt法生长碳化硅单晶改善气氛流向的装置
技术领域
1.本实用新型涉及碳化硅单晶生长装置领域，具体涉及一种pvt法生长碳化硅单晶改善气氛流向的装置。


背景技术：

2.半导体材料的发展与进步，是关乎国家命运，国际影响力的核心关键技术。作为第三代半导体材料重要代表之一，碳化硅单晶材料以其禁带宽度大、饱和电子迁移率高、击穿场强大、热导率高等特性，成为未来半导体材料的一大热门；品质优异的碳化硅单晶材料生长是一大核心技术，因此，生长腔体内气氛流向的控制能够直接影响碳化硅单晶的品质，是生长控制工艺中的核心一环。
3.目前普遍采用的pvt法碳化硅单晶生长热场结构，普遍存在粉料外围升华速率快、中心重结晶等现象，导致生长的碳化硅单晶体产生边缘沉积较多、中心沉积较少、容易形成品质较低的单晶体等问题。


技术实现要素：

4.本实用新型针对现有技术中的缺点，提供了一种pvt法生长碳化硅单晶改善气氛流向的装置。
5.一种pvt法生长碳化硅单晶改善气氛流向的装置，包括：外保温结构、石墨坩埚及石墨盖，所述石墨盖位于石墨坩埚顶部并密封石墨坩埚，所述石墨盖内侧设有籽晶，所述石墨坩埚内填充碳化硅粉料，所述外保温结构覆盖石墨坩埚和石墨盖的周围，还包括石墨导流环；
6.所述石墨导流环设置在石墨坩埚内部且设置在碳化硅粉料和籽晶之间，且所述石墨导流环具有中心通孔使得碳化硅气氛通过中心通孔优先传输到籽晶的中心位置。本实用新型通过增加所述石墨导流环，有利于改善装置内气氛流向，在籽晶中心优先结晶，提升晶体的品质，且石墨导流环在升温过程中将热量传导至中心，提高了粉料表面中心处的温度，降低了重结晶现象。
7.进一步的，所述石墨导流环中心为圆形通孔。
8.进一步的，所述圆形通孔直径为50mm～150mm。圆形通孔的直径与晶体的凸度呈相反的关系，圆形通孔直径越小，晶体的凸度就越大；反之，圆形通孔直径越大，晶体的凸度越小。
9.进一步的，所述石墨导流环的厚度从边缘到中心逐步减小。石墨导流环的厚度从边缘到中心逐步减小，使得碳化硅气氛易于从边缘向中心聚集，从而通过中心通孔，使得碳化硅气氛通过中心通孔优先传输到籽晶的中心位置。
10.进一步的，所述石墨导流环外边缘厚度为5mm～50mm。
11.进一步的，所述石墨导流环内边缘厚度为1mm～8mm。通过不同通孔直径和内外边缘厚度调节中心晶体的凸度以控制晶体形状。
12.进一步的，所述石墨导流环的圆形通孔的位置与石墨盖内侧设置的籽晶的中心位置上下对应。圆形通孔的位置与籽晶的位置上下对应有利于将升华的气氛优先运输至籽晶中心表面。
13.进一步的，所述石墨导流环设置在靠近碳化硅粉料的上方。由于石墨导流环内外温度一致，通过将石墨导流环设置在靠近碳化硅粉料的位置，增大了粉料表面中心的温度，使得粉料中心升华速率慢的问题得到了改善，有利于晶体形状的控制及晶体品质的提升。
14.进一步的，所述石墨导流环为多孔石墨制成的石墨导流环。多孔石墨制成的石墨导流环除了主要在中心通孔进行气氛运输，部分可以通过石墨导流环上的石墨微孔直接向上运输碳化硅气氛，调节籽晶中心和边缘的沉积速率，从而控制晶体形状。
15.本实用新型由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：石墨导流环有效控制粉料生化后气氛流向，增大了中心气氛运输速率，有效改善籽晶边缘沉积较多，中心沉积较少的现象；另外增大了粉料表面中心的温度，有利于晶体形状的控制及晶体品质的提升。
附图说明
16.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1是本实用新型的装置具体结构示意图；
18.图2是本实用新型装置中的石墨导流环结构示意图。
19.附图中的标号说明：
20.1、外保温结构；2、石墨坩埚；3、石墨盖；4、籽晶；5、石墨导流环；6、碳化硅粉料。
具体实施方式
21.下面结合实施例对本实用新型做进一步的详细说明，以下实施例是对本实用新型的解释而本实用新型并不局限于以下实施例。
22.实施例1：
23.一种pvt法生长碳化硅单晶改善气氛流向的装置，如图1-2所示，包括：外保温结构1、石墨坩埚2及石墨盖3，所述石墨盖3位于石墨坩埚2顶部并密封石墨坩埚2，所述石墨盖3内侧设有籽晶4，所述石墨坩埚2内填充碳化硅粉料6，所述外保温结构1覆盖石墨坩埚2和石墨盖3的周围，还包括石墨导流环5；
24.所述石墨导流环5设置在石墨坩埚2内部且设置碳化硅粉料6和籽晶4之间，且所述石墨导流环具有中心通孔使得碳化硅气氛通过中心通孔优先传输到籽晶的中心位置。本实用新型通过增加所述石墨导流环，有利于改善装置内气氛流向，在籽晶中心优先结晶，提升晶体的品质。
25.在一个实施例中，石墨导流环5中心为圆形通孔。石墨导流环5中心圆形通孔直径为50mm～150mm，圆形通孔的直径在这个范围内达到最优的效果。圆形通孔的直径与晶体的凸度呈相反的关系，圆形通孔直径越小，晶体的凸度就越大；反之，圆形通孔直径越大，晶体的凸度越小。在其他实施例中，所述中心通孔也可以为其他形状。
26.所述石墨导流环5的厚度从边缘到中心逐步减小，且靠近碳化硅粉料的一侧具有一个从边缘到中心倾斜的坡度。石墨导流环5的厚度从边缘到中心逐步减小，使得碳化硅气氛易于从边缘向中心聚集，从而通过中心通孔，使得碳化硅气氛通过中心通孔优先传输到籽晶的中心位置。
27.所述石墨导流环5的圆形通孔的位置与石墨盖内侧设置的籽晶4的中心位置上下对应。圆形通孔的位置与籽晶的位置上下对应有利于将升华的气氛优先运输至籽晶中心表面。
28.在一个实施例中，所述石墨导流环5设置在靠近碳化硅粉料6的上方。由于石墨导流环内外温度一致，通过将石墨导流环设置在靠近碳化硅粉料的位置，增大了粉料表面中心的温度，使得粉料中心升华速率慢的问题得到了改善，有利于晶体形状的控制及晶体品质的提升。
29.在其他实施例中，所述石墨导流环5与碳化硅粉料6上表面的距离为5cm～10cm。
30.在本实施例中，石墨导流环5的材料为表面光滑的石墨。
31.在另一个实施例中，石墨导流环5为多孔石墨制成的石墨导流环，多孔石墨制成的石墨导流环除了主要在中心通孔进行气氛运输，部分可以通过石墨导流环上的石墨微孔直接向上运输碳化硅气氛，调节籽晶中心和边缘的沉积速率，从而控制晶体形状。
32.石墨导流环5的厚度从边缘到中心逐步减小。在一个实施例中，石墨导流环5外边缘厚度为5mm～50mm，石墨导流环5外边缘厚度在这个范围内达到最优的效果。
33.在另一个实施例中，石墨导流环5内边缘厚度为1mm～8mm，石墨导流环5内边缘厚度在这个范围内达到最优的效果。通过不同通孔直径和内外边缘厚度能够调节中心晶体的凸度以控制晶体形状。
34.晶体生长时，对石墨坩埚2进行加热，加热方式不受限定，当达到一定温度时，碳化硅粉料6受热升华变成si、si2c、sic2等气体，这些气体在轴向温度梯度的驱动下输运到石墨导流环5，石墨导流环5中心圆形通孔直径为100mm，外边缘厚度为30mm，内边缘厚度5mm。石墨导流环5将加热坩埚壁的热量传导至中心，提高粉料表面中心处的温度，石墨导流环5将外围升华的气氛向中心聚集后有效阻止中心气流的反向运输并向低温度区的籽晶4表面运输沉积结晶形成碳化硅单晶，石墨导流环5的中心圆形通孔引起气流聚集在籽晶4中心，中心气流高外围气流低，所形成的碳化硅单晶中心沉积多，边缘沉积少呈现凸型，经过一段沉积结晶时间，即可完成碳化硅单晶生长，产生高品质单晶体。
35.本实用新型在石墨坩埚2内碳化硅粉料6与籽晶4之间设置耐高温的石墨导流环5，首先在升温过程中将热量传导至中心，提高了粉料表面中心处的温度，降低了重结晶现象；其次石墨导流环5的设置，将碳化硅粉料6外围升华的气氛向中心聚集后向籽晶4表面运输，有效阻止了中心气流的反向运输，进一步降低粉料表面中心处的重结晶现象；最后，设置石墨导流环5有利于石墨腔内碳化硅粉料6升华的流动传输的控制，提升中心气氛的运输速度，使形成的碳化硅单晶呈现凸型，提高了碳化硅晶体的品质。
36.此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同。凡依本实用新型专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本实用新型专利的保护范围内。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本实用新型
的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。