降低发热体打火的碳化硅单晶生长装置和碳化硅单晶的生长方法与流程

本发明涉及半导体，具体而言，涉及一种降低发热体打火的碳化硅单晶生长装置和碳化硅单晶的生长方法。

背景技术：

1、碳化硅是一种优质的宽带隙半导体材料，其具有宽禁带、高击穿电场、高热导率、高饱和电子漂移速率等优点，可以满足高温、大功率、低损耗大直径器件的需求。pvt法(物理气相传输法)是获得碳化硅单晶的常用方法。pvt法制备碳化硅单晶的生长原理是：使高纯碳化硅原料在高温下分解形成气态物质，这些气态物质在过饱和度的驱动下，升华至冷端的籽晶处即可生长形成碳化硅单晶。

2、相关技术中采用电阻加热的方式对石墨坩埚进行加热，且在加热制备碳化硅单晶的过程中，需要向具有石墨发热体的炉体中通入氮气和氩气等，同时还要通过调整石墨发热体的功率来控制温度，并使其通过热辐射的方式将置于其内部的石墨坩埚及碳化硅原料加热升温。

3、在晶体生长过程中，石墨发热体中的电压会与石墨坩埚形成压差，导致晶体生长中挥发出的si、c、sixcy原子团、碳化硅原料、以及石墨坩埚中产生的碳颗粒等都成为导电介质；石墨发热体的电流通过这些介质击穿到石墨坩埚上，则会发生打火现象。

4、在晶体生长期间发生打火现象会使炉体内部的压强、温度等发生波动，破坏晶体生长过程中的氛围稳定性，导致晶体内部的缺陷增多，从而使晶体质量下降；而且，打火现象还会导致石墨发热体和石墨坩埚被烧蚀，从而使发热体和坩埚的使用寿命下降。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种降低发热体打火的碳化硅单晶生长装置和碳化硅单晶的生长方法，该降低发热体打火的碳化硅单晶生长装置用于生长碳化硅单晶时，能够利用绝缘隔挡件的绝缘特性，阻止电流从发热体击穿到坩埚，而产生的打火现象，并通过减少打火现象确保炉体内的压强、温度的稳定性，确保晶体生长过程中的氛围稳定性，减少晶体内部的缺陷，提高晶体质量，而且，还能够因减少打火现象改善发热体和坩埚被烧蚀的问题，有利于延长发热体和坩埚的使用寿命。

2、本发明的实施例是这样实现的：

3、第一方面，本发明提供一种降低发热体打火的碳化硅单晶生长装置，包括：

4、炉体，炉体具有容纳腔；

5、坩埚，坩埚设置于容纳腔内，且坩埚具有空腔，空腔用于填装碳化硅原料、气相输送和晶体生长；

6、坩埚盖，坩埚盖可拆卸地设置于坩埚的上方，且位于空腔的开口处，坩埚盖用于固定籽晶；

7、发热体，发热体设置于容纳腔内，且发热体围绕于坩埚的外周；以及，

8、绝缘隔挡件，绝缘隔挡件设置于容纳腔内，且分隔在发热体的内壁和坩埚的外壁之间。

9、在可选的实施方式中，空腔包括相互连通的高温区和生长区，高温区位于生长区的下方，高温区用于填装碳化硅原料，绝缘隔挡件至少围绕在高温区的外部；

10、绝缘隔挡件的材料为氮化硼陶瓷；

11、发热体的内壁与坩埚的外壁的间距为5mm-30mm。

12、在可选的实施方式中，沿坩埚的轴向，绝缘隔挡件的高度为发热体的高度的10%-40%。

13、在可选的实施方式中，绝缘隔挡件的内壁和坩埚的外壁之间间隔分布，以形成气流通道。

14、在可选的实施方式中，沿坩埚的轴向，容纳腔具有进气端和出气端；气流通道的宽度从进气端到出气端逐渐减小。

15、在可选的实施方式中，绝缘隔挡件的内壁与坩埚的轴线之间的夹角角度为2°-23°。

16、在可选的实施方式中，绝缘隔挡件的外壁与发热体的内壁贴合或间隔分布。

17、在可选的实施方式中，绝缘隔挡件朝向坩埚的一侧设置有凸起。

18、在可选的实施方式中，绝缘隔挡件朝向坩埚的一侧设置有多个凸起，多个凸起的面积占绝缘隔挡件朝向坩埚的一侧侧壁的面积的5%-60%。

19、第二方面，本发明还提供一种碳化硅单晶的生长方法，包括前述的降低发热体打火的碳化硅单晶生长装置生长碳化硅单晶；

20、碳化硅单晶的生长方法包括：

21、在空腔内填充碳化硅原料；

22、在坩埚盖上固定籽晶，并将坩埚盖设置于坩埚的上方，以使籽晶朝向空腔分布；

23、向容纳腔内通入氮气和氩气，且控制氮气的流量为0.04~0.07l/h，控制氩气的流量为0.7l/h~0.9l/h；

24、控制容纳腔内的压强为200~1000pa；

25、控制坩埚的温度为2100℃~2300℃。

26、本发明实施例的降低发热体打火的碳化硅单晶生长装置的有益效果包括：在本发明实施例提供的降低发热体打火的碳化硅单晶生长装置用于生长碳化硅单晶时，能够利用分隔在发热体和坩埚之间的绝缘隔挡件的绝缘特性，且通过将发热体的热量传递到绝缘隔挡件，以通过绝缘隔挡件的辐射加热坩埚代替导电性的电阻发热体直接加热坩埚，从而阻止电流从发热体击穿到坩埚，而产生的打火现象，并通过减少打火现象确保炉体内的压强、温度的稳定性，确保晶体生长过程中的氛围稳定性，减少晶体内部的缺陷，提高晶体质量，而且，还能够因减少打火现象改善发热体和坩埚被烧蚀的问题，有利于延长发热体和坩埚的使用寿命。

27、本发明实施例的碳化硅单晶的生长方法用前述的降低发热体打火的碳化硅单晶生长装置生长碳化硅单晶，能够在晶体的生长过程中，利用分隔在发热体和坩埚之间的绝缘隔挡件的绝缘特性，阻止电流从发热体击穿到坩埚，而产生的打火现象，并通过减少打火现象确保炉体内的压强、温度的稳定性，确保晶体生长过程中的氛围稳定性，减少晶体内部的缺陷，提高晶体质量。

技术特征：

1.一种降低发热体打火的碳化硅单晶生长装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的降低发热体打火的碳化硅单晶生长装置，其特征在于，所述空腔（310）包括相互连通的高温区（311）和生长区（312），所述高温区（311）位于所述生长区（312）的下方，所述高温区（311）用于填装碳化硅原料（500），所述绝缘隔挡件（400）至少围绕在所述高温区（311）的外部；

3.根据权利要求2所述的降低发热体打火的碳化硅单晶生长装置，其特征在于，沿所述坩埚（300）的轴向，所述绝缘隔挡件（400）的高度为所述发热体（200）的高度的10%-40%。

4.根据权利要求1所述的降低发热体打火的碳化硅单晶生长装置，其特征在于，所述绝缘隔挡件（400）的内壁和所述坩埚（300）的外壁之间间隔分布，以形成气流通道（410）。

5.根据权利要求4所述的降低发热体打火的碳化硅单晶生长装置，其特征在于，沿所述坩埚（300）的轴向，所述容纳腔（110）具有进气端（111）和出气端（112）；所述气流通道（410）的宽度从所述进气端（111）到所述出气端（112）逐渐减小。

6.根据权利要求5所述的降低发热体打火的碳化硅单晶生长装置，其特征在于，所述绝缘隔挡件（400）的内壁与所述坩埚（300）的轴线之间的夹角角度为2°-23°。

7.根据权利要求4所述的降低发热体打火的碳化硅单晶生长装置，其特征在于，所述绝缘隔挡件（400）的外壁与所述发热体（200）的内壁贴合或间隔分布。

8.根据权利要求1所述的降低发热体打火的碳化硅单晶生长装置，其特征在于，所述绝缘隔挡件（400）朝向所述坩埚（300）的一侧设置有凸起（420）。

9.根据权利要求8所述的降低发热体打火的碳化硅单晶生长装置，其特征在于，所述绝缘隔挡件（400）朝向所述坩埚（300）的一侧设置有多个所述凸起（420），多个所述凸起（420）的面积占所述绝缘隔挡件（400）朝向所述坩埚（300）的一侧侧壁的面积的5%-60%。

10.一种碳化硅单晶的生长方法，其特征在于，包括用权利要求1-9任一项所述的降低发热体打火的碳化硅单晶生长装置生长碳化硅单晶；

技术总结本发明涉及半导体技术领域，具体而言，涉及一种降低发热体打火的碳化硅单晶生长装置和碳化硅单晶的生长方法；降低发热体打火的碳化硅单晶生长装置能够用于生长碳化硅单晶，其包括炉体、发热体、坩埚、坩埚盖和绝缘隔挡件，炉体具有容纳腔；坩埚设置于容纳腔内，且坩埚具有空腔，空腔用于填装碳化硅原料；坩埚盖可拆卸地设置于坩埚的上方，且位于空腔的开口处，坩埚盖用于固定籽晶；发热体设置于容纳腔内，且发热体围绕于坩埚的外周；绝缘隔挡件设置于容纳腔内，且分隔在发热体的内壁和坩埚的外壁之间。该生长装置能够利用绝缘隔挡件减少打火现象确保炉体内的压强、温度的稳定性，提高生长的晶体质量，还能延长发热体和坩埚的使用寿命。技术研发人员：赵文超,陈建明,张江涛,杨洪雨,范子龙受保护的技术使用者：苏州优晶半导体科技股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/9