[發明專利]一種可調節碳化硅單晶生長體系氣氛的生長坩堝和方法

有效

• 申請號: 202011041383.9
• 申請日: 2020-09-28
• 公開（公告）號: CN112160028B
• 公開（公告）日: 2021-08-13
• 發明（設計）人: 馬遠;陳豆;薛衛明
• 申請（專利權）人: 中電化合物半導體有限公司
• 主分類號: C30B29/36
• 分類號: C30B29/36;C30B23/00
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙) 31219
• 代理人: 夏苗苗

本發明公開了一種可調節碳化硅單晶生長體系氣氛的生長坩堝和方法。所述可調節碳化硅單晶生長體系氣氛的生長坩堝包括：坩堝主體；原料腔，位于所述坩堝主體內，用于裝填碳化硅單晶的生長原料；生長腔，位于所述坩堝主體內，并位于所述原料腔的上方，用于生長籽晶而獲得碳化硅單晶；疏氣腔，位于所述坩堝主體內，并位于所述原料腔的下方，所述疏氣腔內具有疏氣組件，用于向所述原料腔內釋放鹵素氣體，以調節所述碳化硅單晶生長體系氣氛。基于本發明可在晶體生長初期將鹵素氣體釋放進入生長氛圍，達到消耗晶體生長初期多余硅的目的，進而調節碳化硅單晶生長氣氛的化學組成，提高碳化硅單晶質量以及減少對石墨坩堝的腐蝕。

技術領域

本發明涉及到碳化硅晶體生長領域，具體涉及一種可調節碳化硅單晶生長體系氣氛的生長坩堝和方法。

背景技術

智能通訊、智能汽車、航天航空、核能技術、萬物互聯技術的發展，對賴以依靠的電子器件提出了更嚴苛的要求，碳化硅半導體作為新型半導體具有寬禁帶(≧3.0eV)、高導熱率(≧4.9W/(cm·K))、高擊穿電場、高飽和電子遷移速率(2×107cm/s)的特點，具有導熱效率高、能耗小、耐高壓、耐高溫、耐化學腐蝕等其它半導體器件無可比擬的優點，在高頻、高壓、高溫、大功率器件和極端環境具有不可替代的優勢。隨著我國大力推進5G通訊、數據中心、新能源汽車、物聯網等“新基建”，碳化硅半導體具備更加廣闊的應用空間。

碳化硅單晶的制備是關鍵。目前，制備碳化硅單晶的方法有物理氣相傳輸法(PVT法)、高溫化學氣相沉積法(HTCVD)、液相外延法(LPE)，其中物理氣相傳輸法是生長大尺寸、高質量SiC單晶的最好的方法，即是將碳化硅原料在高溫下發生分解-升華反應，分解產生的氣相組分在合適溫度場中軸向溫度梯度驅動下輸送至溫度降低的冷凝區，經形核、長大后成為碳化硅晶體。該方法具備成本低、溫度場調節靈活的優點。

然而，碳化硅相對較高的熱穩定性為塊狀晶體的生長帶來了重大的技術難題。在大氣壓下，由于碳化硅熔化前即會發生分解-升華，碳化硅晶體不能從其熔體中生長出來，在高溫下(≧1800℃)，原料升華并大部分分解為Si、SiC2、Si2C，導致在晶體生長初期，低的升華溫度下，蒸氣富硅導致蒸氣非化學計量比過高。富硅蒸氣在軸向溫度梯度作用下輸送至溫度較低的結晶區域，氣相硅飽和蒸氣壓降低，導致在晶體生長表面形成硅液滴，從而導致晶體內部的結晶缺陷形成。與此同時，富硅蒸氣在高溫下會與石墨坩堝內表面發生反應，對石墨坩堝有腐蝕作用。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的之一在于提供一種可調節碳化硅單晶生長體系氣氛的生長坩堝，其可以在晶體生長初期使得吸附于特定物質的鹵素氣體脫附，進入生長氛圍，達到消耗晶體生長初期多余硅的目的，進而調節碳化硅單晶生長氣氛的化學組成，安全易行，反應程度可控的特點。

本發明的另一個目的在于，提供一種碳化硅單晶的生長方法。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種調節碳化硅單晶生長體系氣氛的生長坩堝，其包括：坩堝主體；原料腔，位于所述坩堝主體內，用于裝填碳化硅單晶的生長原料；生長腔，位于所述坩堝主體內，并位于所述原料腔的上方，用于生長籽晶而獲得碳化硅單晶；疏氣腔，位于所述坩堝主體內，并位于所述原料腔的下方，所述疏氣腔內具有疏氣組件，用于向所述原料腔內釋放鹵素氣體，以調節所述碳化硅單晶生長體系氣氛。

在一實施例中，所述疏氣組件包括：至少一個帶石墨托盤的石墨桿，動密封于所述坩堝主體上，并沿軸向運動，所述石墨托盤位于所述疏氣腔內，安置吸附所述鹵素氣體的物質；復合擋板，位于所述帶石墨托盤的石墨桿的上方，并與所述坩堝主體的直徑相適應，所述復合擋板通過多個定滑輪和石墨線連接所述帶石墨托盤的石墨桿；石墨蓋板，位于所述復合擋板的上方；其中，所述復合擋板通過所述多個定滑輪和石墨線的牽引，隨所述帶石墨托盤的石墨桿的軸向運動而同步進行打開、閉合。

在一實施例中，所述動密封選自填料密封、填料函密封、波紋管密封中任意一種。