一種SiC單晶生長(zhǎng)設(shè)備中坩堝獨(dú)立旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種SiC單晶生長(zhǎng)設(shè)備中坩禍獨(dú)立旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，可用于克服SiC單晶生長(zhǎng)過(guò)程中溫度場(chǎng)分布不均勻的問(wèn)題，從而提高SiC單晶晶體質(zhì)量，屬于電子工業(yè)和半導(dǎo)體材料技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]新興電子技術(shù)對(duì)半導(dǎo)體元器件提出了高密度、高速度、低功耗、大功率、寬工作溫度范圍、抗輻射和高可靠性的要求。SiC單晶襯底材料可以較好地滿足這些要求，被認(rèn)為是制備微波器件、高頻大功率器件、高壓電力電子器件的優(yōu)良襯底材料。碳化硅半導(dǎo)體材料已經(jīng)成為國(guó)際上公認(rèn)引領(lǐng)電力電子特別是大功率電力電子下一個(gè)50年的最佳電子材料，在電力輸送與轉(zhuǎn)換領(lǐng)域、汽車電子、風(fēng)電、智能電網(wǎng)、雷達(dá)通信等領(lǐng)域有巨大的應(yīng)用前景。物理氣相傳輸法(Physical Vapor Transport-PVT)，也稱為籽晶升華法，是目前生長(zhǎng)大尺寸SiC單晶最成熟的方法，利用PVT法已經(jīng)可以獲得直徑6英寸的SiC單晶。該方法是通過(guò)感應(yīng)加熱的方式，使石墨坩禍升溫至2200°C-2400°C，促使SiC粉體原料發(fā)生升華，氣相物質(zhì)在溫度梯度的作用下傳輸?shù)綔囟容^低的SiC籽晶表面，并在籽晶上沉積形成單晶。碳化硅單晶生長(zhǎng)周期通常需要5-7天的生長(zhǎng)周期，在2200°C_2400°C的高溫環(huán)境下，保溫材料、石墨坩禍在不斷石墨化而發(fā)生質(zhì)量損失，同時(shí)由于保溫材料、加熱線圈、坩禍位置等因素幾何位置的不對(duì)稱，往往會(huì)導(dǎo)致石墨坩禍內(nèi)的溫度場(chǎng)分布不均勻，從而導(dǎo)致生長(zhǎng)的SiC單晶晶體結(jié)構(gòu)不對(duì)稱，同時(shí)內(nèi)部應(yīng)力分布不均，影響SiC單晶晶圓的質(zhì)量。尤其是隨著碳化硅單晶生長(zhǎng)尺寸的增加，在4-6英寸SiC單晶生長(zhǎng)過(guò)程中，高質(zhì)量單晶材料的生長(zhǎng)對(duì)于溫場(chǎng)分布均勻性的要求更加嚴(yán)格。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提供了一種SiC單晶生長(zhǎng)設(shè)備中坩禍獨(dú)立旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，解決了物理氣相傳輸法生長(zhǎng)SiC單晶過(guò)程中由于保溫材料、石墨坩禍質(zhì)量損失，保溫材料、加熱線圈、坩禍位置等因素幾何位置不對(duì)稱，導(dǎo)致的SiC單晶形貌、質(zhì)量不均勻的技術(shù)問(wèn)題。
[0004]本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案解決以上技術(shù)問(wèn)題的:
[0005]—種SiC單晶生長(zhǎng)設(shè)備中坩禍獨(dú)立旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，包括下法蘭盤，在下法蘭盤的頂面上固定設(shè)置有外保溫支撐架，在外保溫支撐架上固定設(shè)置有坩禍的外保溫層，在外保溫層中活動(dòng)設(shè)置有桶型坩禍，在桶型坩禍的頂面上設(shè)置有上保溫層，在桶型坩禍的下底面上設(shè)置有下保溫層，在下保溫層的下底面上連接有桶型坩禍支架，在下法蘭盤上設(shè)置有電機(jī)，在電機(jī)的輸出軸上連接有主動(dòng)齒輪，在桶型坩禍支架上設(shè)置有環(huán)形齒條，主動(dòng)齒輪與環(huán)形齒條嚙合在一起的。
[0006]在電機(jī)的輸出軸上設(shè)置有磁流體。
[0007]本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，通過(guò)使坩禍獨(dú)立于外保溫層、感應(yīng)線圈旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)速率可調(diào)，有效地提升了溫場(chǎng)結(jié)構(gòu)對(duì)稱性，提高碳化硅單晶對(duì)稱性和晶體質(zhì)量。
【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0009 ]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì):
[0010]—種SiC單晶生長(zhǎng)設(shè)備中坩禍獨(dú)立旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，包括下法蘭盤9，在下法蘭盤9的頂面上固定設(shè)置有外保溫支撐架6，在外保溫支撐架6上固定設(shè)置有坩禍的外保溫層7，在外保溫層7中活動(dòng)設(shè)置有桶型坩禍11，在桶型坩禍11的頂面上設(shè)置有上保溫層8，在桶型坩禍11的下底面上設(shè)置有下保溫層10，在下保溫層10的下底面上連接有桶型坩禍支架5，在下法蘭盤9上設(shè)置有電機(jī)I，在電機(jī)I的輸出軸上連接有主動(dòng)齒輪3，在桶型坩禍支架5上設(shè)置有環(huán)形齒條4，主動(dòng)齒輪3與環(huán)形齒條4嚙合在一起的。
[0011]在電機(jī)I的輸出軸上設(shè)置有磁流體2。
[0012]主動(dòng)齒輪3通過(guò)磁流體2固定在電機(jī)I的輸出軸上，伺服電機(jī)帶動(dòng)主動(dòng)齒輪3轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)主動(dòng)齒輪3可以帶動(dòng)環(huán)形齒條4轉(zhuǎn)動(dòng)，環(huán)形齒條4帶動(dòng)桶型坩禍支架5轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)電機(jī)調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)齒輪轉(zhuǎn)速可以控制坩禍旋轉(zhuǎn)速率。外保溫層、上下保溫支撐材質(zhì)可以是石墨、C-C復(fù)合材料等耐高溫材料，電機(jī)I可以是伺服電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)。
[0013]下法蘭盤9通過(guò)鎖閉機(jī)構(gòu)固定并密封在SiC的生長(zhǎng)腔體中，可以進(jìn)行晶體生長(zhǎng)。采用純度為99.99%的SiC粉料作為原料，采用3英寸4H-SiC晶片為籽晶，將粉料和籽晶放置于桶型坩禍11內(nèi)，使料到籽晶的距離為30毫米，生長(zhǎng)溫度控制在2000-2300°C，沖入氬氣至lOOPa，坩禍以每分鐘10轉(zhuǎn)的速率旋轉(zhuǎn)，生長(zhǎng)50小時(shí)后得到晶體料塊。可見(jiàn)晶體對(duì)稱性在采用旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)后有明顯提升，采用光學(xué)顯微鏡晶對(duì)晶體邊緣分析，采用坩禍旋轉(zhuǎn)工藝生長(zhǎng)的晶體邊緣質(zhì)量明顯優(yōu)于不旋轉(zhuǎn)生長(zhǎng)的單晶，將料塊進(jìn)行滾圓、切割、研磨拋光后進(jìn)行分析測(cè)試，采用旋轉(zhuǎn)工藝生長(zhǎng)的晶體半峰寬比較均勻。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種SiC單晶生長(zhǎng)設(shè)備中坩禍獨(dú)立旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，包括下法蘭盤(9)，在下法蘭盤(9)的頂面上固定設(shè)置有外保溫支撐架(6)，在外保溫支撐架(6)上固定設(shè)置有坩禍的外保溫層(7)，在外保溫層(7)中活動(dòng)設(shè)置有桶型坩禍(11)，在桶型坩禍(11)的頂面上設(shè)置有上保溫層(8)，在桶型坩禍(11)的下底面上設(shè)置有下保溫層(10)，其特征在于，在下保溫層(10)的下底面上連接有桶型坩禍支架(5)，在下法蘭盤(9)上設(shè)置有電機(jī)(1)，在電機(jī)(I)的輸出軸上連接有主動(dòng)齒輪(3)，在桶型坩禍支架(5)上設(shè)置有環(huán)形齒條(4)，主動(dòng)齒輪(3)與環(huán)形齒條(4)嚙合在一起的。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種SiC單晶生長(zhǎng)設(shè)備中坩禍獨(dú)立旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，其特征在于，在電機(jī)(I)的輸出軸上設(shè)置有磁流體(2 )。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種SiC單晶生長(zhǎng)設(shè)備中坩堝獨(dú)立旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，解決了SiC單晶形貌、質(zhì)量不均勻的問(wèn)題。包括下法蘭盤（9），在下法蘭盤（9）的頂面上固定設(shè)置有外保溫支撐架（6），在外保溫支撐架（6）上固定設(shè)置有坩堝的外保溫層（7），在外保溫層（7）中活動(dòng)設(shè)置有桶型坩堝（11），在桶型坩堝（11）的頂面上設(shè)置有上保溫層（8），在桶型坩堝（11）的下底面上設(shè)置有下保溫層（10），在下保溫層（10）的下底面上連接有桶型坩堝支架（5），在下法蘭盤（9）上設(shè)置有電機(jī)（1），在電機(jī)（1）的輸出軸上連接有主動(dòng)齒輪（3），在桶型坩堝支架（5）上設(shè)置有環(huán)形齒條（4），主動(dòng)齒輪（3）與環(huán)形齒條（4）嚙合在一起的。有效地提升了溫場(chǎng)結(jié)構(gòu)對(duì)稱性。
【IPC分類】C30B29/36, C30B23/00
【公開號(hào)】CN205313716
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201521060739
【發(fā)明人】毛開禮, 郎鵬, 李斌, 王英民, 周立平, 戴鑫, 侯曉蕊, 王利忠
【申請(qǐng)人】中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二研究所
【公開日】2016年6月15日
【申請(qǐng)日】2015年12月17日