碳化硅生长装置的制作方法

1.本实用新型涉及半导体技术领域，具体而言，涉及一种碳化硅生长装置。


背景技术：

2.碳化硅单晶(sic晶体)材料因其自身宽禁带、高热导率、高击穿电场、高抗辐射能力等特点，其制成的半导体器件能够满足对当今对高功率和强辐射器件的需求，是制备高温、高频、高功率和抗辐射器件的理想衬底材料，并在混合动力汽车、高压输电、led照明和航天航空等领域崭露头角，而生长高质量的sic晶体则是实现这些sic基器件的优异性能的基础。
3.sic晶体不会出现在大自然中，只能通过合成的方法来获得sic晶体。目前碳化硅单晶的方法主要有物理气相传输法、高温化学气相沉积法、液相外延法等。其中，物理气相沉积法(pvt)采用中频感应加热，高密度石墨坩埚作为发热体。sic粉料放置在石墨坩埚底部，sic籽晶处于石墨坩埚顶部，生长4h
‑
sic普遍采用c面作为生长面进行晶体生长。通过调节坩埚外部的保温层使得sic原料区处温度较高，而顶部坩埚盖籽晶处温度较低。然后必须在2100℃以上温度与低压环境下将碳化硅粉末直接升华成si、si2c、sic2等气体，并沿着温度梯度从高温区传输到较低温度区域的籽晶处沉积结晶成碳化硅单晶。相关技术中，在碳化硅晶体生长过程中，在坩埚内的温度必须要满足两个条件才能使位于坩埚底部的碳化硅原料升华到顶部的籽晶上形成碳化硅晶体。两个必要条件是：1、加热碳化硅原料的温度要达到升华点以上，才能保证碳化硅原材料由固态变成气态；2、相对于坩埚顶部的籽晶温度，底部碳化硅原料的温度要高，并且形成一定的温度梯度，这样气态的碳化硅才能在温度梯度的驱动下由低端输运到顶端。
4.但是，相关技术提供给的碳化硅生长方法容易形成碳包裹物，降低碳化硅衬底的质量。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种碳化硅生长装置，其能够减少晶体中的碳包裹物，提高制备出的碳化硅衬底的质量。
6.本实用新型的实施例是这样实现的：
7.本实用新型提供一种碳化硅生长装置，包括：
8.坩埚；
9.过滤组件，过滤组件设置于坩埚内，且过滤组件将坩埚的内部划分为沿上下方向分布的第一腔体和第二腔体；其中，过滤组件包括第一孔板和铺设于第一孔板上的碳化硅颗粒层，且碳化硅颗粒层位于第二腔体内。
10.在可选的实施方式中，过滤组件还包括第二孔板，碳化硅颗粒层夹设于第一孔板和第二孔板之间。
11.在可选的实施方式中，第二孔板为石墨板。
12.在可选的实施方式中，第二孔板的厚度为1
‑
5mm。
13.在可选的实施方式中，沿碳化硅颗粒层的厚度方向，碳化硅颗粒层的碳化硅颗粒的粒径从靠近第一孔板的一端至远离第一孔板的一端逐渐减小。
14.在可选的实施方式中，第一孔板设置有圆孔、方孔、三角形孔和长孔中的至少一种。
15.在可选的实施方式中，第一孔板的厚度为1
‑
5mm。
16.在可选的实施方式中，第一孔板为石墨板。
17.在可选的实施方式中，坩埚包括相互连接的第一坩埚筒体和第二坩埚筒体，其中，第一坩埚筒体的内径大于第二坩埚筒体的内径，第一坩埚筒体和第二坩埚筒体的连接处形成台阶面，第一孔板搭接于台阶面。
18.在可选的实施方式中，碳化硅生长装置还包括籽晶盖，坩埚具有敞口，籽晶盖与坩埚可拆卸地连接，用于封闭或打开敞口，且籽晶盖用于设置籽晶。
19.本实用新型实施例的碳化硅生长装置的有益效果包括：
20.本实用新型实施例提供的碳化硅生长装置包括坩埚和过滤组件，过滤组件设置于所述坩埚内，且所述过滤组件将所述坩埚的内部划分为沿上下方向分布的第一腔体和第二腔体；其中，所述过滤组件包括第一孔板和铺设于所述第一孔板上的碳化硅颗粒层，且碳化硅颗粒层位于第二腔体内。这样一来，在用碳化硅生长装置制备碳化硅晶体时，可以将碳化硅原料盛装于第一腔体内，以使从第一腔体高温升华出的碳化硅气体经过过滤组件扩散至第二腔体内生长出碳化硅晶体，而过滤组件的碳化硅颗粒层能将经过其中的碳化硅气体内的碳颗粒(碳微粉)吸附，使得进入第二腔体的碳化硅气体中的碳颗粒(碳微粉)减少或被除去，即可减少晶体中的碳包裹物，提高制备出的碳化硅衬底的质量。
附图说明
21.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
22.图1为本实用新型实施例中碳化硅生长装置的剖视图；
23.图2为本实用新型实施例中碳化硅生长装置的局部结构剖视图一；
24.图3为本实用新型实施例中碳化硅生长装置的局部结构剖视图二；
25.图4为本实用新型实施例中第一种第一孔板的局部结构示意图；
26.图5为本实用新型实施例中第二种第一孔板的局部结构示意图；
27.图6为本实用新型实施例中第三种第一孔板的局部结构示意图；
28.图7为本实用新型实施例中第四种第一孔板的局部结构示意图；
29.图8为本实用新型实施例中第五种第一孔板的局部结构示意图。
30.图标：010
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碳化硅生长装置；100
‑
坩埚；101
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容纳腔；102
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敞口；110
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第一腔体；120
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第二腔体；131
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第一坩埚筒体；132
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第二坩埚筒体；133
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台阶面；140
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籽晶盖；200
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过滤组件；210
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第一孔板；220
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碳化硅颗粒层；230
‑
第二孔板。
具体实施方式
31.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
32.因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
33.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
34.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
35.在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
36.请参照图1，本实施例提供一种碳化硅生长装置010，其可以用于制备碳化硅晶体。
37.请参照图1，碳化硅生长装置010包括坩埚100和籽晶盖140，坩埚100具有容纳腔101和与容纳腔101连通的敞口102，籽晶盖140与坩埚100可拆卸地连接，用于封闭或打开敞口102，且籽晶盖140用于设置籽晶。
38.本实施例的碳化硅生长装置010在使用时，可以将碳化硅原料盛放于坩埚100的容纳腔101内，并将籽晶设置于籽晶盖140，且将设置有籽晶的籽晶盖140与坩埚100连接，封闭坩埚100的敞口102，使得籽晶与碳化硅原料相对。对坩埚100加热使得容纳腔101内的碳化硅原料升华，即可使升华的碳化硅气体移动至籽晶，以制得碳化硅晶体。
39.需要说明的是，籽晶盖140与坩埚100的连接方式与相关技术类似，例如：扣合、卡接等，在此不作具体限定。
40.请参照图2，本实施例的碳化硅生长装置010还包括过滤组件200，过滤组件200设置于坩埚100内，将坩埚100的容纳腔101划分为沿上下方向分布的第一腔体110和第二腔体120，第二腔体120位于第一腔体110的上方；其中，过滤组件200包括第一孔板210和铺设于第一孔板210上的碳化硅颗粒层220，且碳化硅颗粒层220位于第二腔体120内。
41.需要说明的是，坩埚100的敞口102与第二腔体120连通。
42.在用碳化硅生长装置010制备碳化硅晶体时，可以将碳化硅原料盛装于第一腔体110内，以使从第一腔体110高温升华出的碳化硅气体经过过滤组件200扩散至第二腔体120
内生长出碳化硅晶体，而过滤组件200的碳化硅颗粒层220能将经过其中的碳化硅气体内的碳颗粒(碳微粉)吸附，使得进入第二腔体120的碳化硅气体中的碳颗粒(碳微粉)减少或被除去，即可减少晶体中的碳包裹物，提高制备出的碳化硅衬底的质量。
43.请参照图3，本实施例的过滤组件200还包括第二孔板230，碳化硅颗粒层220夹设于第一孔板210和第二孔板230之间；如此设置，一方面可以确保碳化硅颗粒层220设置于坩埚100内的稳定性，另一方面能够提高碳包裹物杂质的吸附、去除率。
44.本实施例的第一孔板210和第二孔板230均为石墨板；如此设置，还能够进一步地利用第一孔板210和第二孔板230吸附碳化硅气体中的碳微粉，进而减少籽晶的碳包裹物，提高制备的碳化硅晶体的质量，减少碳化硅由于碳包裹物造成的器件击穿、电阻电压不稳定的问题。
45.应当理解，在其他实施例中，可以仅设置第一孔板210，不设置第二孔板230。
46.第二孔板230的厚度可以根据需要选择，例如：第二孔板230的厚度可以是1
‑
5mm。
47.进一步地，第二孔板230设置有多个通孔，通孔的孔径可以根据需要选择，在较优的实施方式中，第二孔板230的通孔的孔径小于2nm。
48.第二孔板230的通孔可以是圆孔、方形孔、三角形孔和长孔中的至少一种。
49.进一步地，本实施例的第二孔板230的通孔全部为圆孔。
50.应当理解，在其他实施例中，第二孔板230的多个通孔还可以既包括圆孔又包括方形孔、三角形孔和长孔中的至少一种，在此不作具体限定。
51.本实施例的第二孔板230开设的多个通孔均匀分布。当然，在其他实施例中，第二孔板230开设的多个通孔还可以是不均匀分布的。
52.第一孔板210的厚度可以根据需要选择，例如：第二孔板230的厚度可以是1
‑
5mm。
53.请参照图4
‑
图8，进一步地，第一孔板210设置有圆孔、方孔、三角形孔和长孔中的至少一种；其中，方孔可以是指正方形孔或长方形孔。
54.需要说明的是，当第一孔板210开设有圆孔、正方形孔、长方形孔或三角形孔时，上述各种形状的孔对应的外接圆的直径可以为0.2
‑
2mm。当第一孔板210开设有长孔时，长孔的宽度可以是0.2
‑
2mm，且长孔的长度可以大于或等于2mm。
55.本实施例中，碳化硅颗粒层220由多个碳化硅颗粒填充于第一孔板210形成；沿碳化硅颗粒层220的厚度方向，碳化硅颗粒层220的碳化硅颗粒的粒径从靠近第一孔板210的一端至远离第一孔板210的一端逐渐减小。如此设置，能够有效地利用碳化硅颗粒层220的碳化硅颗粒吸附混杂在碳化硅气体中的碳微粉，减少晶体的碳包裹物。
56.需要说明的是，第一孔板210和第二孔板230均为石墨板，第一孔板210和第二孔板230之间设置有碳化硅颗粒堆填形成的碳化硅颗粒层220，能够在第一容纳腔101内的碳化硅原料在高温升华流向过滤组件200时，可以利用第一孔板210和第二孔板230对升华出来的气源进行选择性的通过，减少碳化硅气体中混杂的碳微粉进入第二腔体120，且还能够利用第一孔板210和第二孔板230之间的碳化硅颗粒有效地吸附碳化硅气体中的碳微粉，减少籽晶盖140上籽晶的碳包裹物。
57.碳化硅颗粒层220的碳化硅颗粒的粒径可以根据需要选择，靠近第一孔板210的碳化硅颗粒的粒径应当大于第一孔板210上的开孔的孔径；碳化硅颗粒层220的碳化硅颗粒的粒径可以在0.1
‑
2mm。
58.在较优的实施方式中，碳化硅颗粒层220的碳化硅颗粒可以在250
‑
1200℃，氧气氛围下处理2
‑
4h，以使碳化硅颗粒层220的碳化硅颗粒具有更好的吸附碳微粉的作用。
59.请参照图1，本实施例的坩埚100包括相互连接的第一坩埚筒体131和第二坩埚筒体132，其中，第一坩埚筒体131的内径大于第二坩埚筒体132的内径，第一坩埚筒体131和第二坩埚筒体132的连接处形成台阶面133，第一孔板210搭接于台阶面133；其中，第一坩埚筒体131具有第一腔体110，第二坩埚筒体132具有第二腔体120和敞口102。如此设置，便于通过第一孔板210和台阶面133的搭接，简化了过滤组件200的装配。
60.需要说明的是，第一坩埚筒体131和第二坩埚筒体132的连接方式可以根据需要选择，例如：一体成型或粘接等，在此不作具体限定。
61.用本实施例提供的碳化硅生长装置010生长4英寸半绝缘碳化硅晶体，晶体生长高度在18
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30mm，无碳包裹物产生。用本实施例的碳化硅生长装置010生长6英寸导电型碳化硅晶体，晶体生长高度在18
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38mm，无碳包裹物产生。
62.本实施例的碳化硅生长装置010的装配过程包括：将碳化硅原料填充于第一腔体110内；将第一孔板210搭接于台阶面133，在第一孔板210上填充碳化硅颗粒，以形成碳化硅颗粒层220；再将第二孔板230盖在碳化硅颗粒层220上；再将设置有籽晶的籽晶盖140设置于第二坩埚筒体132，封闭敞口102。
63.综上所述，本实用新型提供的碳化硅生长装置010在制备碳化硅晶体时，可以将碳化硅原料盛装于第一腔体110内，以使从第一腔体110高温升华出的碳化硅气体经过过滤组件200扩散至第二腔体120内生长出碳化硅晶体，而过滤组件200的碳化硅颗粒层220能将经过其中的碳化硅气体内的碳颗粒(碳微粉)吸附，使得进入第二腔体120的碳化硅气体中的碳颗粒(碳微粉)减少或被除去，即可减少晶体中的碳包裹物，提高制备出的碳化硅衬底的质量。
64.以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。