本发明涉及半导体，具体涉及一种用于液相法一炉多组碳化硅单晶生长的装置及其方法。
背景技术：
1、碳化硅是典型的宽禁带半导体材料，是继硅、砷化镓之后的第三代半导体材料。与硅、砷化镓相比，碳化硅材料因为其高临界击穿场强、高热导性和化学稳定性等优点在电子器件中扮演着重要角色，适合制作高密度功率的微电子器件和工作环境为高温、高频、高压、大功率等极端条件下的电子器件。以高纯半绝缘碳化硅为衬底的氮化镓射频器件，主要应用于5g通讯领域；以导电型碳化硅为衬底的高压大电流电力电子器件，可应用于大型变电系统，电动汽车，充电桩等领域。
2、顶部籽晶溶液生长（tssg）法碳化硅晶体生长技术作为液相法的代表，其相比于物理气相传输（pvt）法生长温度相对更低，更接近于热力学平衡，是一种具有生长高质量碳化硅单晶潜力的方法，其基本生长原理是利用石墨坩埚作为盛装原料的容器同时作为碳的来源，在晶体生长时，碳在坩埚壁处（高温区）溶解，通过溶液的输运，传输到籽晶处（低温区）与硅结合析出形成碳化硅单晶。
3、但是，目前tssg法碳化硅晶体生长存在生产效率低的问题，一方面单个晶体生长炉单次只生长一个晶锭，另一方面，单个晶体生长炉生长的单个晶锭其有效厚度也不大，溶液内部流动弱可能导致碳输运不足进而引起熔剂夹杂等缺陷，同时溶液蒸发也会使组分偏离最初设计好的理想配比，某些能够抑制台阶聚集的元素的减少也会增大晶体中熔剂夹杂形成的概率，这些都影响了晶体的长厚。
4、以上问题导致液相法生长的碳化硅晶体应用于工业面临巨大的挑战。液相法碳化硅晶体生长具有扩径优势，虽然已报道液相法碳化硅晶体直径可达8英寸，但已报道的利用液相法获得的1英寸的碳化硅单晶厚度在30 mm左右，2-4英寸的碳化硅单晶厚度在15-20mm之间，8英寸的碳化硅单晶的厚度不超过5 mm.
5、因此，为了保持液相法碳化硅晶体生长的扩径优势的同时，提高液相法碳化硅单晶的生产效率，本发明提出了一种用于液相法一炉多组碳化硅单晶生长的装置及其方法。
技术实现思路
1、本发明要解决的技术问题是提供一种液相法一炉多组碳化硅单晶生长的装置及其方法，至少达到提高碳化硅单晶生产效率的目的。
2、为解决以上技术问题，根据本发明的一个方面，提供一种液相法一炉多组碳化硅单晶生长的装置，包括单晶生长炉的炉体，：炉体内部设置有：
3、——坩埚体系，所述坩埚体系包括生长坩埚和坩埚支架，生长坩埚支撑放置于坩埚支架上部，坩埚支架下端穿过炉体底部并与传动装置连接；
4、——籽晶杆体系，所述籽晶杆体系包括主籽晶杆、分籽晶杆固定片、分籽晶杆和籽晶托；所述主籽晶杆上端穿过炉体顶部并与传动装置连接，主籽晶杆下端伸入生长坩埚内部并连接分籽晶杆固定片，分籽晶杆固定片底部连接至少两个分籽晶杆，分籽晶杆下端连接有用于粘接籽晶的籽晶托。
5、进一步地，所述的分籽晶杆固定片包括石墨环形外圈，石墨环形外圈内部设置有石墨支撑架，主籽晶杆连接于石墨支撑架中心，各分籽晶杆均匀布置于石墨支撑架中心的周围。
6、进一步地，所述的分籽晶杆固定片包括石墨圆盘，主籽晶杆连接于石墨圆盘中心，各分籽晶杆均匀布置于石墨圆盘中心的周围。
7、进一步地，所述炉体包括保温层、线圈和石英筒；线圈设置于石英筒外壁，保温层包括上保温层、侧保温层和下保温层，其中，侧保温层设置于石英筒内壁，上保温层和下保温层分别支撑设置于石英筒和侧保温层的顶部和底部。
8、进一步地，所述分籽晶杆固定片的外径为50-700 mm，所述分籽晶杆的长度为50-200 mm，所述籽晶的直径为12-200 mm。
9、进一步地，所述上保温层、下保温层均为固态毡，侧保温层为固态毡或软毡，所述固态毡厚度为20-200 mm，所述软毡采用层铺方式铺设，单层厚度为2-15 mm。
10、进一步地，所述生长坩埚包括坩埚主体和坩埚盖，所述坩埚主体内径为60-800mm，坩埚主体外高为120-420 mm，坩埚主体的壁厚为10-40 mm，坩埚主体底部厚度为10-30mm，所述坩埚盖的厚度为3-10 mm。
11、进一步地，包括用于监测坩埚底部温度的测温仪。
12、根据本发明的另一方面，提供一种液相法一炉多组碳化硅单晶生长的方法，其特征在于，采用以上所述的装置实施，包括：
13、步骤一，对单晶生长炉的炉腔进行抽真空处理，当炉腔内压强到达0.01 pa-10 pa时冲入氩气或氮氩混合气，炉内压力达到0.8-1.3 atm时开始升温；
14、步骤二，通过线圈对生长坩埚进行加热，以5-30 ℃/min的升温速率由室温升至1600-1800 ℃，达到指定温度后恒温20-40 min进行化料，在恒温前将籽晶以150-300 mm/h的速度缓慢下降到预估液面上方5-10 mm的位置，同时使主籽晶杆以1-15 rpm的速度旋转，使生长坩埚以1-10 rpm的速度旋转，主籽晶杆与生长坩埚旋转方向相反；
15、步骤三，恒温化料结束后，继续以0.5-2 ℃/min的升温速率升温，同时使籽晶杆体系下降，设置其下降速度为30-50 mm/h，根据提拉系统重力示数的变化判断籽晶是否接触到液面，直至籽晶到达液面下方5-10 mm的位置开始回熔，回熔时间为10-30 min，回熔过程中将主籽晶杆旋转速度提升到10-50 rpm，将生长坩埚的旋转速度提升到5-20rpm；
16、步骤四，回熔结束后使主籽晶杆以30-50 mm/h的速度提拉直至籽晶到达目标生长位置，回熔及提拉过程温度一直升高，当温度上升到1700-1900 ℃时温度恒定开始晶体生长，生长时间为1-100 h；
17、步骤五，生长结束后，控制主籽晶杆以30-50 mm/h的速度提拉直至晶体脱离液面，关闭旋转系统，设置降温程序，以0.5-10 ℃/min的降温速率降至室温，完成晶体生长。
18、进一步地，碳化硅晶体生长完毕后开炉，取出晶体，用盐酸和氢氟酸对晶体表面进行腐蚀。
19、本发明提供了一种用于液相法一炉多组碳化硅单晶生长的装置及方法，通过在液相法生长炉内的主籽晶提拉杆上使用一个分籽晶杆固定片连接多个分籽晶杆从而粘接多片籽晶实现一炉多组晶体生长，相同的生长时间其生产效率提高数倍。此外，所述分籽晶杆固定片的使用能够减缓溶液组分的蒸发，所述多籽晶杆的搅拌作用能够增强溶液中碳的输运，本发明在实现多晶体生长的同时也能够减小晶体中熔剂夹杂的形成频率，尽可能的增大晶体生长时间，利用本发明所述的装置与方法能够解决液相法碳化硅单晶生产效率较低的问题，达到了降本增效的目的。
1.一种液相法一炉多组碳化硅单晶生长的装置，包括单晶生长炉的炉体，其特征在于：炉体内部设置有：
2.根据权利要求1所述的液相法一炉多组碳化硅单晶生长的装置，其特征在于：所述的分籽晶杆固定片包括石墨环形外圈，石墨环形外圈内部设置有石墨支撑架，主籽晶杆连接于石墨支撑架中心，各分籽晶杆均匀布置于石墨支撑架中心的周围。
3.根据权利要求1所述的液相法一炉多组碳化硅单晶生长的装置，其特征在于：所述的分籽晶杆固定片包括石墨圆盘，主籽晶杆连接于石墨圆盘中心，各分籽晶杆均匀布置于石墨圆盘中心的周围。
4.根据权利要求1、2或3所述的液相法一炉多组碳化硅单晶生长的装置，其特征在于：所述炉体包括保温层、线圈和石英筒；线圈设置于石英筒外壁，保温层包括上保温层、侧保温层和下保温层，其中，侧保温层设置于石英筒内壁，上保温层和下保温层分别支撑设置于石英筒和侧保温层的顶部和底部。
5.根据权利要求4所述的液相法一炉多组碳化硅单晶生长的装置，其特征在于：所述分籽晶杆固定片的外径为50-700 mm，所述分籽晶杆的长度为50-200 mm，所述籽晶的直径为12-200 mm。
6.根据权利要求5所述的液相法一炉多组碳化硅单晶生长的装置，其特征在于：所述上保温层、下保温层均为固态毡，侧保温层为固态毡或软毡，所述固态毡厚度为20-200 mm，所述软毡采用层铺方式铺设，单层厚度为2-15 mm。
7.根据权利要求6所述的液相法一炉多组碳化硅单晶生长的装置，其特征在于：所述生长坩埚包括坩埚主体和坩埚盖，所述坩埚主体内径为60-800 mm，坩埚主体外高为120-420mm，坩埚主体的壁厚为10-40 mm，坩埚主体底部厚度为10-30 mm，所述坩埚盖的厚度为3-10mm。
8.根据权利要求1或7所述的液相法一炉多组碳化硅单晶生长的装置，其特征在于：包括用于监测坩埚底部温度的测温仪。
9.一种液相法一炉多组碳化硅单晶生长的方法，其特征在于，采用权利要求1-8任意一项所述的装置实施，包括：
10.根据权利要求1所述的液相法一炉多组碳化硅单晶生长的方法，其特征在于：碳化硅晶体生长完毕后开炉，取出晶体，用盐酸和氢氟酸对晶体表面进行腐蚀。
