专利基本信息
发明名称：可减少包裹物的碳化硅晶体生长装置
申请人：江苏集芯先进材料有限公司
专利号：CN 119287517 A
技术背景
碳化硅（SiC）：碳化硅是一种重要的宽禁带半导体材料，具有高临界电场、高热导率等优点，广泛应用于高功率、高频电子器件。其单晶衬底的质量对器件性能至关重要。
包裹物问题：在现有的碳化硅单晶生长过程中，由于原料中的杂质、气流中的碳颗粒以及硅的优先升华等因素，碳化硅晶体内部会形成包裹物。这些包裹物会导致晶体质量下降，影响后续器件的性能。
技术挑战：如何减少或消除晶体中的包裹物，提高碳化硅单晶的质量，一直是技术领域中的难题。
技术方案
本发明的技术方案通过优化碳化硅晶体生长装置的结构，设置多个过滤组件和填充层来减少包裹物的产生，具体方案如下：
上坩埚和坩埚本体：上坩埚限定了一个底部敞开的晶体生长室，顶壁设置籽晶。坩埚本体限定了一个顶部敞开的粉料腔，并与上坩埚通过螺纹连接。坩埚内壁设有两个环形台阶，用于安装石墨过滤件。
石墨过滤件：装置包含两个石墨过滤件，分别为第一和第二石墨过滤件。第一石墨过滤件位于下方，第二石墨过滤件位于上方。两者通过环形台阶固定，并在中部分别设有气流过孔。第一气流过孔的直径小于第二气流过孔的直径。
惰性颗粒填充层：第一石墨过滤件和第二石墨过滤件之间铺设了惰性颗粒填充层，这些惰性颗粒能有效吸附和过滤气流中的碳包裹物，减少它们进入晶体生长区域。
钽网：在第一石墨过滤件和坩埚本体的内壁之间还设置了钽网，钽网可以阻挡坩埚本体腐蚀产生的颗粒进入长晶气氛，从而进一步减少包裹物。
创新点
过滤件的设计：通过在上下方向设置第一和第二石墨过滤件，气流经过这些过滤件时会被有效清洁，减少其中的包裹物。
惰性颗粒填充层的作用：填充层使用惰性颗粒，如钽、钨等高温稳定的材料，这些颗粒能够在气流通过时吸附或过滤掉不纯物质，确保进入生长室的气流更为纯净。
气流控制：通过设计不同直径的气流过孔，优化了气流的流动路径，确保过滤效果更加均匀。第一气流过孔较小，有助于阻挡更多包裹物，而第二气流过孔较大，允许气流顺畅通过。
钽网的应用：钽网作为过滤组件，可以有效防止坩埚本体腐蚀颗粒的进入，减少晶体内的杂质含量。
实施效果
减少包裹物：通过上述的多层过滤设计，尤其是惰性颗粒填充层的使用，显著减少了晶体生长过程中包裹物的形成。测试表明，使用该装置生长的碳化硅晶体，包裹物的面积明显低于对比组。
提升晶体质量：实施例中的碳化硅单晶电阻率、微管密度和位错密度都显著改善，表明晶体质量得到了提升。
稳定的生长环境：过滤系统能够有效平稳气流，减少气氛的不均匀性，从而为晶体提供更稳定的生长环境，进一步提高晶体的质量和一致性。
可持续使用：钽网的使用使得装置可以有效阻止坩埚的腐蚀颗粒进入长晶气氛，且钽网耐腐蚀，能够重复使用，降低生产成本。
