碳化硅晶体生长装置的制作方法

本发明涉及半导体设备，尤其是涉及一种碳化硅晶体生长装置。

背景技术：

1、相关技术中指出，物气相传输法(physical vapor transport；pvt)是目前碳化硅长晶最常用的方法，pvt法是通过加热碳化硅粉源形成气相碳化硅，并利用空间上的温度梯度使气相碳化硅向籽晶方向传输，最终在籽晶上沉积、生长，从而得到碳化硅晶体。pvt法法受空间热流影响较大，热场内气相压不均容易导致碳化硅晶体局部区域生长过快或者局部区域生长过缓的现象，界面生长速度不一致最终导致晶体中产生位错、微管等缺陷，影响到碳化硅晶体的品质。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明在于提出一种碳化硅晶体生长装置，能够避免因碳化硅局部区域生长过快或过缓而导致的晶体中产生位错、微管等缺陷，从而提高碳化硅晶体的品质。

2、根据本发明的一种碳化硅晶体生长装置包括坩埚、晶体生长腔室和摆动导流结构，所述坩埚限定出粉源区；所述晶体生长腔室限定出晶体生长区，所述晶体生长腔室设置在坩埚内，其顶壁通过活动轴安装在所述坩埚顶壁，所述晶体生长腔室顶壁为籽晶装载板，用于安装碳化硅籽晶，所述晶体生长腔室底壁为多孔板，所述多孔板的导流孔以所述多孔板中心位置的所述导流孔为原点向边缘依次排开；所述摆动导流结构设置在所述导流孔下边缘，且能够相对于导流孔摆动，用于对所述导流孔形成遮挡，所述导流孔与其两侧的摆动导流结构共同限定出导流通道。

3、优选地，在一些实施例中，本发明导流孔的数量从所述多孔板中心向边缘依次递增，且从所述多孔板中心向边缘第n层所述导流孔的数量为6n-6，其中，n≥2，第一层所述导流孔数量为1。

4、在一些实施例中，本发明摆动导流结构为导流片，所述导流片通过转轴连接在每个所述导流孔下边缘靠近所述多孔板中心的一侧，所述导流片关于所述多孔板中心对称，且每个所述导流片均关于该导流片圆弧所对应的圆心与所述多孔板中心连接线对称。

5、长晶过程中，碳化硅粉受热升华形成碳化硅蒸气，在温度梯度的驱使下传输进入晶体生长腔室，并在籽晶生长界面沉积，使籽晶生长形成晶体，而在气相传输过程中由于碳化硅蒸气可能会受到热流或气压影响，导致籽晶生长界面某区域生长快于其他区域，此时，生长较快的区域受重量影响，打破了晶体在水平面上的平衡状态，整个碳化硅晶体在重力和活动轴的作用下，向生长较快的区域偏移或倾斜，碳化硅晶体的偏移或倾斜带动晶体生长腔室整体偏移或倾斜，此时，导流片在转轴和重力作用下仍处于竖直向下的状态，因此，生长较快的区域对应的导流片由于多孔板向下倾斜的原因会对其所对应的导流孔形成不完全遮挡，从而阻挡了一部分碳化硅蒸气通过导流孔，限制了碳化硅蒸气通过该区域对应的导流孔的流量，从而降低了该区域的碳化硅晶体的生长速度；反之，其他区域对应的导流孔未被导流片遮挡，因此，碳化硅蒸气通过其他区域对应的导流孔的流量并未减少，此区域的晶体仍然按照正常速度生长。由于本装置对于晶体生长过快的区域进行了“限速”，而其他区域的晶体生长速度正常(相当于“提速”)，随着时间的推移，碳化硅晶体各区域的生长速度会逐渐趋于平衡，从而使碳化硅晶体在水平面上快速回归到平衡状态，有效地避免了碳化硅晶体生长界面生长速度不一致，而导致碳化硅晶体中产生位错、微管等缺陷，提高了碳化硅晶体的品质。

6、在一些实施例中，本发明导流片呈圆弧状，由于导流片的圆弧太长或高度太高会限制碳化硅蒸气的传输，而导流片圆弧太短或高度太低，又起不到导流或平衡气相传输的作用，因此，本实施例导流片圆弧弧长为所述导流孔周长的1/4-1/2，导流片的高度为所述导流孔直径的1-2倍，所述导流片圆弧所对应的圆的直径或半径与所述导流孔的直径或半径相等。

7、在一些实施例中，本发明晶体生长区的侧壁和底壁的夹角≤90°，便于碳化硅蒸气向籽晶方向流动，有利于碳化硅晶体的生长。

8、在一些实施例中，本发明活动轴包括球轴以及壳体，所述壳体具有上部开口，所述上部开口的直径小于所述球轴直径；所述球轴置于所述壳体内部，且能够在所述壳体内自由活动，所述球轴上部通过第一连接轴连接在所述坩埚顶壁，所述壳体下部通过第二连接轴连接在所述晶体生长腔室顶壁。

9、在一些实施例中，本发明晶体生长腔室和所述籽晶装载板均由耐高温材料制作而成，该耐高温材料的熔点≥3500℃。优选地，在一些实施例中，耐高温材料可以是钨、碳化钨、铌或碳化铌其中一种。

10、在一些实施例中，本发明籽晶装载板的平整度≤50μm，便于生长出高质量的碳化硅晶体。

11、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种碳化硅晶体生长装置，其特征在于，包括

2.根据权利要求1所述的一种碳化硅晶体生长装置，其特征在于，所述导流孔的数量从所述多孔板中心向边缘依次递增，且从所述多孔板中心向边缘第n层所述导流孔的数量为6n-6，其中，n≥2，第一层所述导流孔数量为1。

3.根据权利要求2所述的一种碳化硅晶体生长装置，其特征在于，所述摆动导流结构为导流片，所述导流片通过转轴连接在每个所述导流孔下边缘靠近所述多孔板中心的一侧，所述导流片关于所述多孔板中心对称，且每个所述导流片均关于该导流片圆弧所对应的圆心与所述多孔板中心连接线对称。

4.根据权利要求3所述的一种碳化硅晶体生长装置，其特征在于，所述导流片呈圆弧状，所述导流片圆弧弧长为所述导流孔周长的1/4-1/2，所述导流片的高度为所述导流孔直径的1-2倍，所述导流片圆弧所对应的圆的直径或半径与所述导流孔的直径或半径相等。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种碳化硅晶体生长装置，其特征在于，所述晶体生长区的侧壁与底壁的夹角≤90°。

6.根据权利要求5所述的一种碳化硅晶体生长装置，其特征在于，所述活动轴包括球轴以及壳体，所述壳体具有上部开口，所述上部开口的直径小于所述球轴直径；所述球轴置于所述壳体内部，且能够在所述壳体内自由活动，所述球轴上部通过第一连接轴连接在所述坩埚顶壁，所述壳体下部通过第二连接轴连接在所述晶体生长腔室顶壁。

7.根据权利要求6所述的一种碳化硅晶体生长装置，其特征在于，所述晶体生长腔室和所述籽晶装载板均由耐高温材料制作而成，该耐高温材料的熔点≥3500℃。

8.根据权利要求7所述的一种碳化硅晶体生长装置，其特征在于，所述耐高温材料为钨、碳化钨、铌或碳化铌其中一种。

9.根据权利要求1所述的一种碳化硅晶体生长装置，其特征在于，所述籽晶装载板的平整度≤50μm。

技术总结本发明公开一种碳化硅晶体生长装置，包括坩埚、晶体生长腔室和摆动导流结构，坩埚限定出粉源区；晶体生长腔室限定出晶体生长区，晶体生长腔室设置在坩埚内，其顶壁通过活动轴安装在坩埚顶壁，晶体生长腔室顶壁为籽晶装载板，用于安装碳化硅籽晶，晶体生长腔室底壁为多孔板，多孔板的导流孔以多孔板中心位置的导流孔为原点向边缘依次排开；摆动导流结构设置在导流孔下边缘，且能够相对于导流孔摆动，用于对导流孔形成遮挡，导流孔与其两侧的摆动导流结构共同限定出导流通道。本发明能够避免因碳化硅局部区域生长过快或过缓而导致的晶体中产生位错、微管等缺陷，从而提高碳化硅晶体的品质。技术研发人员：燕靖受保护的技术使用者：江苏集芯先进材料有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/29