[實(shí)用新型]碳化硅長(zhǎng)晶用坩堝

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201821809442.0
• 申請(qǐng)日: 2018-11-02
• 公開（公告）號(hào): CN209144318U
• 公開（公告）日: 2019-07-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李加林;李宏剛;劉家朋;李長(zhǎng)進(jìn);孫元行;劉鵬飛;高超
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東天岳先進(jìn)材料科技有限公司
• 主分類號(hào): C30B29/36
• 分類號(hào): C30B29/36;C30B23/00
• 代理公司: 濟(jì)南千慧專利事務(wù)所(普通合伙企業(yè)) 37232
• 代理人: 吳紹群

本申請(qǐng)公開了一種碳化硅長(zhǎng)晶用坩堝。該坩堝包括腔室、形成該腔室的腔室壁和與該腔室壁連接的用于密封該腔室的蓋子，該腔室壁包括內(nèi)外兩層，分別為位于內(nèi)層的第一層壁，和位于外層的第二層壁，該第一層壁的外壁和外底與該第二層壁的內(nèi)壁和內(nèi)底之間形成具有一定寬度的空腔；該第一層壁的側(cè)壁上設(shè)有貫穿該第一層壁的第一開孔；該第二層壁的側(cè)壁上設(shè)有貫穿該第二層壁的第二開孔。本實(shí)用新型可以使腔室內(nèi)物料區(qū)域的溫場(chǎng)更加穩(wěn)定有序，為各種氣氛的傳輸提供了通路，消除腔室底部邊角由于熱量集中造成的粉料碳化，從而提高碳化硅單晶連續(xù)生長(zhǎng)質(zhì)量，提高碳化硅粉料質(zhì)量及合成效率，有效降低單晶中的雜質(zhì)含量及缺陷，最終顯著提高碳化硅單晶質(zhì)量。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種碳化硅長(zhǎng)晶用坩堝。

背景技術(shù)

碳化硅是典型的寬禁帶半導(dǎo)體材料，是繼硅、砷化鎵之后的第三代半導(dǎo)體材料代表之一。碳化硅材料具有高熱導(dǎo)率、高擊穿場(chǎng)強(qiáng)、高飽和電子遷移率等優(yōu)異特性，成為制備高溫、高頻、高功率及抗輻射器件的熱門材料之一。

目前，碳化硅生長(zhǎng)的方法主要有物理氣相傳輸法(PVT)、液相外延法(LPE)、化學(xué)氣相沉積法(CVD)等，其中PVT法是應(yīng)用最成熟的方法，也是目前唯一的一種可以提供商用碳化硅襯底需求的生長(zhǎng)方法。PVT法生長(zhǎng)碳化硅單晶的生長(zhǎng)爐一般都采用感應(yīng)加熱的方式，即在感應(yīng)線圈中通中頻交流電，通過坩堝的感應(yīng)發(fā)熱對(duì)生長(zhǎng)室內(nèi)的碳化硅粉料進(jìn)行加熱，使粉料分解，在溫度較低的籽晶處結(jié)晶生長(zhǎng)，從而實(shí)現(xiàn)單晶的生長(zhǎng)。

感應(yīng)加熱的優(yōu)點(diǎn)是加熱速度快，效率較高，但是其劣勢(shì)也比較明顯。由于加熱存在趨膚效應(yīng)，發(fā)熱區(qū)僅位于生長(zhǎng)室的表面，加熱不夠均勻；當(dāng)生長(zhǎng)室尺寸不斷擴(kuò)大時(shí)，由于發(fā)熱區(qū)與生長(zhǎng)室中心距離較遠(yuǎn)，將產(chǎn)生過大的徑向的溫度梯度。最重要的是，坩堝內(nèi)投放的碳化硅粉料料量固定，單晶生長(zhǎng)過程中伴隨著碳化硅粉料的不斷碳化，硅蒸氣分壓逐漸降低導(dǎo)致坩堝內(nèi)慢慢過渡為富碳?xì)夥铡８惶細(xì)夥者_(dá)到一定程度將會(huì)導(dǎo)致碳化硅單晶停止生長(zhǎng)，生長(zhǎng)過程無法連續(xù)；且低硅蒸氣分壓會(huì)造成碳化硅單晶生長(zhǎng)界面碳硅比失衡，次生多型、包裹體等缺陷，降低碳化硅單晶質(zhì)量。

另外，碳化硅襯底中的雜質(zhì)是制約碳化硅半導(dǎo)體器件性能的關(guān)鍵因素之一，因此制備高純碳化硅粉料成為控制碳化硅襯底雜質(zhì)的一大核心技術(shù)。目前，碳化硅粉料制備主要采用高溫自蔓延合成法實(shí)現(xiàn)，通過碳粉和硅粉直接接觸發(fā)生反應(yīng)獲得碳化硅粉料。為獲得高純碳化硅粉料，高溫自蔓延合成法被不斷優(yōu)化并獲得相對(duì)純度較高的碳化硅粉料。中國(guó)專利CN102674357A公開了利用高純碳粉和硅粉通過預(yù)處理后高溫合成獲得高純碳化硅粉料的技術(shù)。中國(guó)專利CN103508454B公開了三步合成高純碳化硅粉料的方法，先通過高溫合成碳化硅粉料，然后壓碎高溫氧化形成二次碳化硅，最后通過高溫真空脫氣，形成三次碳化硅粉料。中國(guó)專利CN105417541A提出通過反應(yīng)前洗爐處理及反應(yīng)過程中通入高純氫氣從而大大提高合成環(huán)境的純度，獲得高純碳化硅粉料。以上所述專利方法中均為高純碳粉和高純硅粉混合后在高溫環(huán)境下反應(yīng)得到碳化硅粉料，而高純碳粉和高純硅粉的粒度均相對(duì)較小，混合堆積過程中不可避免會(huì)夾雜雜質(zhì)氣體，在合成過程中碳粉和硅粉中夾雜的氣體很難被完全抽走，因而碳化硅粉料純度會(huì)受到較大影響；且工序相對(duì)復(fù)雜，碳化硅粉料制備成本較高。最重要的是，高溫下合成的碳化硅粉料往往碳化嚴(yán)重，極大的降低了碳化硅粉料合成的效率，變向的大幅拉升碳化硅粉料合成的成本。

實(shí)用新型內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本實(shí)用新型的目的在于提供一種碳化硅長(zhǎng)晶用坩堝，其內(nèi)外雙層腔室壁設(shè)計(jì)、雙層腔室壁側(cè)壁的開孔設(shè)計(jì)以及腔室壁底角的圓弧形設(shè)計(jì)，可以使腔室內(nèi)物料區(qū)域的溫場(chǎng)更加穩(wěn)定有序，為各種氣氛的傳輸提供了通路，消除腔室底部邊角由于熱量集中造成的粉料碳化，從而提高碳化硅單晶連續(xù)生長(zhǎng)質(zhì)量，提高碳化硅粉料質(zhì)量及合成效率，有效降低單晶中的雜質(zhì)含量及缺陷，最終顯著提高碳化硅單晶質(zhì)量。

為達(dá)到以上目的，本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案是：