CN105442044A - 一种SiC单晶生长设备中坩埚独立旋转机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种SiC单晶生长设备中坩埚独立旋转机构，解决了SiC单晶形貌、质量不均匀的问题。包括下法兰盘（9），在下法兰盘（9）的顶面上固定设置有外保温支撑架（6），在外保温支撑架（6）上固定设置有坩埚的外保温层（7），在外保温层（7）中活动设置有桶型坩埚（11），在桶型坩埚（11）的顶面上设置有上保温层（8），在桶型坩埚（11）的下底面上设置有下保温层（10），在下保温层（10）的下底面上连接有桶型坩埚支架（5），在下法兰盘（9）上设置有电机（1），在电机（1）的输出轴上连接有主动齿轮（3），在桶型坩埚支架（5）上设置有环形齿条（4），主动齿轮（3）与环形齿条（4）啮合在一起的。有效地提升了温场结构对称性。

Description

一种SiC单晶生长设备中坩埚独立旋转机构

技术领域

本发明涉及一种SiC单晶生长设备中坩埚独立旋转机构，可用于克服SiC单晶生长过程中温度场分布不均匀的问题，从而提高SiC单晶晶体质量，属于电子工业和半导体材料技术领域。

背景技术

新兴电子技术对半导体元器件提出了高密度、高速度、低功耗、大功率、宽工作温度范围、抗辐射和高可靠性的要求。SiC单晶衬底材料可以较好地满足这些要求，被认为是制备微波器件、高频大功率器件、高压电力电子器件的优良衬底材料。碳化硅半导体材料已经成为国际上公认引领电力电子特别是大功率电力电子下一个50年的最佳电子材料，在电力输送与转换领域、汽车电子、风电、智能电网、雷达通信等领域有巨大的应用前景。物理气相传输法（PhysicalVaporTransport-PVT），也称为籽晶升华法，是目前生长大尺寸SiC单晶最成熟的方法，利用PVT法已经可以获得直径6英寸的SiC单晶。该方法是通过感应加热的方式，使石墨坩埚升温至2200℃-2400℃，促使SiC粉体原料发生升华，气相物质在温度梯度的作用下传输到温度较低的SiC籽晶表面，并在籽晶上沉积形成单晶。碳化硅单晶生长周期通常需要5-7天的生长周期，在2200℃-2400℃的高温环境下，保温材料、石墨坩埚在不断石墨化而发生质量损失，同时由于保温材料、加热线圈、坩埚位置等因素几何位置的不对称，往往会导致石墨坩埚内的温度场分布不均匀，从而导致生长的SiC单晶晶体结构不对称，同时内部应力分布不均，影响SiC单晶晶圆的质量。尤其是随着碳化硅单晶生长尺寸的增加，在4-6英寸SiC单晶生长过程中，高质量单晶材料的生长对于温场分布均匀性的要求更加严格。

发明内容

本发明提供了一种SiC单晶生长设备中坩埚独立旋转机构，解决了物理气相传输法生长SiC单晶过程中由于保温材料、石墨坩埚质量损失，保温材料、加热线圈、坩埚位置等因素几何位置不对称，导致的SiC单晶形貌、质量不均匀的技术问题。

本发明是通过以下技术方案解决以上技术问题的：

一种SiC单晶生长设备中坩埚独立旋转机构，包括下法兰盘，在下法兰盘的顶面上固定设置有外保温支撑架，在外保温支撑架上固定设置有坩埚的外保温层，在外保温层中活动设置有桶型坩埚，在桶型坩埚的顶面上设置有上保温层，在桶型坩埚的下底面上设置有下保温层，在下保温层的下底面上连接有桶型坩埚支架，在下法兰盘上设置有电机，在电机的输出轴上连接有主动齿轮，在桶型坩埚支架上设置有环形齿条，主动齿轮与环形齿条啮合在一起的。

在电机的输出轴上设置有磁流体。

本发明结构简单，成本低廉，通过使坩埚独立于外保温层、感应线圈旋转，旋转速率可调，有效地提升了温场结构对称性，提高碳化硅单晶对称性和晶体质量。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细：

一种SiC单晶生长设备中坩埚独立旋转机构，包括下法兰盘9，在下法兰盘9的顶面上固定设置有外保温支撑架6，在外保温支撑架6上固定设置有坩埚的外保温层7，在外保温层7中活动设置有桶型坩埚11，在桶型坩埚11的顶面上设置有上保温层8，在桶型坩埚11的下底面上设置有下保温层10，在下保温层10的下底面上连接有桶型坩埚支架5，在下法兰盘9上设置有电机1，在电机1的输出轴上连接有主动齿轮3，在桶型坩埚支架5上设置有环形齿条4，主动齿轮3与环形齿条4啮合在一起的。

在电机1的输出轴上设置有磁流体2。

主动齿轮3通过磁流体2固定在电机1的输出轴上，伺服电机带动主动齿轮3转动，通过主动齿轮3可以带动环形齿条4转动，环形齿条4带动桶型坩埚支架5转动，通过电机调节旋转齿轮转速可以控制坩埚旋转速率。外保温层、上下保温支撑材质可以是石墨、C-C复合材料等耐高温材料，电机1可以是伺服电机或步进电机。

下法兰盘9通过锁闭机构固定并密封在SiC的生长腔体中，可以进行晶体生长。采用纯度为99.99%的SiC粉料作为原料，采用3英寸4H-SiC晶片为籽晶，将粉料和籽晶放置于桶型坩埚11内，使料到籽晶的距离为30毫米，生长温度控制在2000-2300℃，冲入氩气至100Pa，坩埚以每分钟10转的速率旋转，生长50小时后得到晶体料块。可见晶体对称性在采用旋转机构后有明显提升，采用光学显微镜晶对晶体边缘分析，采用坩埚旋转工艺生长的晶体边缘质量明显优于不旋转生长的单晶，将料块进行滚圆、切割、研磨抛光后进行分析测试，采用旋转工艺生长的晶体半峰宽比较均匀。

Claims (2)

1.一种SiC单晶生长设备中坩埚独立旋转机构，包括下法兰盘（9），在下法兰盘（9）的顶面上固定设置有外保温支撑架（6），在外保温支撑架（6）上固定设置有坩埚的外保温层（7），在外保温层（7）中活动设置有桶型坩埚（11），在桶型坩埚（11）的顶面上设置有上保温层（8），在桶型坩埚（11）的下底面上设置有下保温层（10），其特征在于，在下保温层（10）的下底面上连接有桶型坩埚支架（5），在下法兰盘（9）上设置有电机（1），在电机（1）的输出轴上连接有主动齿轮（3），在桶型坩埚支架（5）上设置有环形齿条（4），主动齿轮（3）与环形齿条（4）啮合在一起的。

2.根据权利要求1所述的一种SiC单晶生长设备中坩埚独立旋转机构，其特征在于，在电机（1）的输出轴上设置有磁流体（2）。