【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于碳化硅晶体生长领域，具体涉及一种碳化硅晶体的生长坩埚、生长装置及生长方法。
技术介绍
1、4h型碳化硅(4h-sic)具有宽禁带、高击穿电场、高热导率和高饱和电子漂移速度特性，在高功率、高频、高温半导体电子器件制造上性能远超硅晶体，有巨大潜力。物理气相传输法(pvt法)的专利技术使大直径碳化硅晶片商业化。
2、目前pvt法生长碳化硅晶体是工业中最常见的工艺方法，其采用的生长坩埚如图1所示，籽晶被固定在圆柱形石墨坩埚的顶部，碳化硅原料(多数为碳化硅粉末或者多晶碳化硅)被置于石墨坩埚的下方，从石墨坩埚的顶部到底部有较大距离，方便构建温度梯度。底部碳化硅原料处于高温区域(2300℃左右)，发生非化学计量比的升华分解，生成气相组分simcn，而后气相组分simcn通过输运，从轴向气温高的底部区域去往位于低温端(2100-2200℃)的籽晶，从生长原料区向生长界面输运，在籽晶的生长界面上凝华反应并结晶，使生长界面逐渐向碳化硅原料区域推进，最终生长碳化硅晶体。
3、晶体生长初期的界面形状调控极其重要，凸面生长可以有效保持4h晶型铺满整个籽晶面，并连续重复生长，而当以凹面或边缘生长过快时，易导致生长台阶发生碰撞，出现6h或15r等多形体，界面间产生大量微管，从而降低晶体利用率。传统pvt法生长碳化硅晶体的坩埚结构调整籽晶面温度，通常以调整坩埚的相对位置、保温棉结构与数量等方法为主，但保温棉的保温效果使此类方法调节窗口较小，而线圈或加热器与坩埚的相对位置有限，且调整位置将同时影响轴向温度分布。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种碳化硅晶体的生长坩埚、生长装置及生长方法。本专利技术提供的生长坩埚中，在坩埚盖的上表面开设环形通孔，可侧面阻挡边缘散热，使籽晶背部由边缘至中心散热逐渐增快，由此保证晶体生长界面以凸形生长；其次，根据石墨环不同外径尺寸对传热的影响，限定石墨环的外径尺寸沿远离坩埚盖的轴向方向逐渐增加，可有效调整长晶区温度梯度，防止晶体凸度增加，或者将石墨环中的支撑槽与坩埚盖上设置的支撑耳装配，进而使得石墨环对上坩埚外围在竖直方向覆盖范围随螺纹旋紧增加，通过控制其速度调控籽晶的生长速度；因此，借助上坩埚的轴向滑动，可实现料面距随晶体厚度增加保持不变，从而保持生长界面的稳定性以及碳化硅原料升华至晶体的气流均匀性。综上，本专利技术提供的生长坩埚配合合适的加热装置可有效增加碳化硅原料的利用率，增加晶体厚度，提高晶体质量，节约生产成本。
2、为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、第一方面，本专利技术提供一种碳化硅晶体的生长坩埚，所述生长坩埚包括下坩埚、上坩埚、坩埚盖和石墨环；
4、所述下坩埚套设在所述上坩埚的内围，用于放置碳化硅原料；所述下坩埚和上坩埚之间留有间隔，用于所述上坩埚的轴向滑动；
5、所述上坩埚的上开口处装配有籽晶托，用于固定籽晶；
6、所述坩埚盖的上表面中心设有凹槽，用于嵌入中空旋杆；所述坩埚盖的上表面沿远离所述凹槽的径向方向设置有环形通孔；
7、所述坩埚盖为倒u型结构或圆板结构；
8、当所述坩埚盖为倒u型结构时，所述上坩埚的上部套设在所述坩埚盖的下部内侧，且所述上坩埚与所述坩埚盖螺纹连接；所述坩埚盖的下部外壁和所述石墨环螺纹连接；所述石墨环的外径尺寸沿远离坩埚盖的轴向方向逐渐增加；所述下坩埚同轴放置于底座上，且所述底座连接位移装置，用于所述上坩埚的位移需求；
9、当所述坩埚盖为圆板结构时，所述坩埚盖的周向外围设置有多个间隔分布的支撑耳，所述石墨环的上部内侧水平周向上开设有多个支撑槽，用于装配所述支撑耳，所述石墨环的下部内壁与所述上坩埚的上部外壁螺纹连接；所述下坩埚同轴放置于底座上，且所述底座连接转动装置，用于上坩埚、石墨环和下坩埚的同步转动。
10、本专利技术提供的生长坩埚中，在坩埚盖的上表面开设环形通孔，可侧面阻挡边缘散热，使籽晶背部由边缘至中心散热逐渐增快，由此保证晶体生长界面以凸形生长；其次，根据石墨环不同外径尺寸对传热的影响，限定石墨环的外径尺寸沿远离坩埚盖的轴向方向逐渐增加，可有效调整长晶区温度梯度，防止晶体凸度增加，或者将石墨环中的支撑槽与坩埚盖上设置的支撑耳装配，进而使得石墨环对上坩埚外围在竖直方向覆盖范围随螺纹旋紧增加，通过控制其速度调控籽晶的生长速度；因此，借助上坩埚的轴向滑动，可实现料面距随晶体厚度增加保持不变，从而保持生长界面的稳定性以及碳化硅原料升华至晶体的气流均匀性。
11、综上，本专利技术提供的生长坩埚可以随生长过程调整料面距，从而保持生长界面的形状在长晶过程中变化保持在较小的范围内，另外可有效避免因料面距减小气流传递不均匀的情况，无需另设导流装置。其配合合适的加热装置可有效增加碳化硅原料的利用率，增加晶体厚度，提高晶体质量，节约生产成本。
12、优选地，所述下坩埚的上开口处呈倒l型，所述下坩埚的下开口处呈倒l型，二者上下适配。该设计可防止因误造成坩埚掉落。
13、优选地，所述籽晶托的材质包括石墨。
14、优选地，所述环形通孔的圆心分布在所述坩埚盖径向方向的1/3-2/3处，例如可以是1/3、1/2等。
15、本专利技术中，若环形通孔的圆心距离凹槽的径向长度过小，则中心区域散热易过快，晶体凸度过大；若环形通孔的圆心距离凹槽的径向长度过大，则边缘区域散热加快，晶体易翘边。
16、优选地，所述环形通孔的直径为所述坩埚盖上表面直径的1/5-1/7，例如可以是1/5、1/6或1/7等。
17、本专利技术中，若环形通孔的直径过小，则散热效果差，难以拉大轴向梯度，晶体长速较慢；若环形通孔的直径过大，则散热较快，轴向温差增大，晶体长速易过快，造成晶体缺陷增加。
18、优选地，所述坩埚盖与所述中空旋杆螺纹连接；所述中空旋杆的上部连接升降装置和测温装置。
19、优选地，当所述坩埚盖为倒u型结构时，所述石墨环的最大外径尺寸和最小外径尺寸的差值为5-30mm，例如可以是5mm、10mm、15mm、20mm、25mm、25mm或30mm等；所述石墨环的厚度为5-15mm，例如可以是5mm、10mm或15mm等。
20、本专利技术中，上述石墨环的设计有助于提高坩埚的隔绝加热效果，使得籽晶沿径向温度分布均匀，避免籽晶中心处与边缘处由于存在较大温差而出现较明显的生长速率不均的情况，以调整晶体生长界面形状。
21、优选地，当所述坩埚盖为圆板结构时，所述石墨环的内侧沿竖直方向从上至下依次设置第一环形区域和第二环形区域，所述支撑槽开设在所述第二环形区域。
22、优选地，所述第一环形区域在水平方向上的截面直径为d1，所述第二环形区域在水平方向上的截面直径为d2，所述支撑槽在水平方向上的截面直径为d3，d1≥d3≥d2。...
【技术保护点】
1.一种碳化硅晶体的生长坩埚，其特征在于，所述生长坩埚包括下坩埚、上坩埚、坩埚盖和石墨环；
2.根据权利要求1所述的生长坩埚，其特征在于，所述下坩埚的上开口处呈倒L型，所述下坩埚的下开口处呈倒L型，二者上下适配；
3.根据权利要求1所述的生长坩埚，其特征在于，当所述坩埚盖为倒U型结构时，所述石墨环的最大外径尺寸和最小外径尺寸的差值为5-30mm，所述石墨环的厚度为5-15mm。
4.根据权利要求1所述的生长坩埚，其特征在于，当所述坩埚盖为圆板结构时，所述石墨环的内侧沿竖直方向从上至下依次设置第一环形区域和第二环形区域，所述支撑槽开设在所述第二环形区域；
5.根据权利要求4所述的生长坩埚，其特征在于，每个所述支撑槽在竖直方向上均对应设置有开口，用于所述支撑耳进入对应的支撑槽；相邻的所述支撑槽不连通；
6.一种碳化硅晶体的生长装置，其特征在于，所述生长装置包括加热装置和如权利要求1-5任一项所述的生长坩埚，所述加热装置设置在所述生长坩埚的外侧。
7.一种碳化硅晶体的生长方法，其特征在于，所述生长方法采用如权利要求
8.根据权利要求7所述的生长方法，其特征在于，所述上坩埚沿下坩埚轴向向上滑动的方式为方式一或方式二；
9.根据权利要求7所述的生长方法，其特征在于，所述第一设定温度为1500-1700℃；
10.根据权利要求7所述的生长方法，其特征在于，所述生长方法包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种碳化硅晶体的生长坩埚，其特征在于，所述生长坩埚包括下坩埚、上坩埚、坩埚盖和石墨环；
2.根据权利要求1所述的生长坩埚，其特征在于，所述下坩埚的上开口处呈倒l型，所述下坩埚的下开口处呈倒l型，二者上下适配；
3.根据权利要求1所述的生长坩埚，其特征在于，当所述坩埚盖为倒u型结构时，所述石墨环的最大外径尺寸和最小外径尺寸的差值为5-30mm，所述石墨环的厚度为5-15mm。
4.根据权利要求1所述的生长坩埚，其特征在于，当所述坩埚盖为圆板结构时，所述石墨环的内侧沿竖直方向从上至下依次设置第一环形区域和第二环形区域，所述支撑槽开设在所述第二环形区域；
5.根据权利要求4所述的生长坩埚，其特征在于，每个所述支撑槽在竖直...
【专利技术属性】
技术研发人员：请求不公布姓名，袁振洲，刘欣宇，
申请(专利权)人：江苏超芯星半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：
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