[發明專利]一種異形PBN和石英組合坩堝

在審

• 申請號: 202011048268.4
• 申請日: 2020-09-29
• 公開（公告）號: CN112195506A
• 公開（公告）日: 2021-01-08
• 發明（設計）人: 羅福敏;胡昌勇
• 申請（專利權）人: 威科賽樂微電子股份有限公司
• 主分類號: C30B11/00
• 分類號: C30B11/00;C30B15/12;C30B29/42;C30B29/40
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 張晨

本發明涉及半導體材料生產技術領域，公開了一種異形PBN和石英組合坩堝，包括石英坩堝、PBN坩堝和石英帽，所述石英坩堝包括包覆腔和石英坩堝籽晶腔，所述PBN坩堝包括原料腔和PBN坩堝籽晶腔，所述PBN坩堝和石英帽均設置于石英坩堝的內腔中，所述石英帽設置在靠近石英坩堝的開口一端，且所述石英帽的開口朝向PBN坩堝；所述石英坩堝籽晶腔包括第一籽晶腔段和第二籽晶腔段，所述第二籽晶腔段與PBN坩堝籽晶腔的外壁緊密貼合，所述石英坩堝的第一籽晶腔段和包覆腔與PBN坩堝之間設置有間隔區。本發明能夠使得半導體材料獲得平坦的生長界面且有效改善晶體熱應力集中現象，獲得大尺寸、低位錯密度高、均勻性好的晶體。

技術領域

本發明涉及半導體材料生產技術領域，尤其涉及一種異形PBN和石英組合坩堝。

背景技術

垂直溫度梯度凝固法(VGF)和垂直布里奇曼法(VB)是目前市場上生產化合物半導體砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)材料最主要的生產方式，經過長期的發展，目前的生產工藝中要使用到PBN坩堝和石英坩堝，PBN坩堝沿坩堝壁的方向熱導率為62.8W/(m·K)^-1，高的熱導率導致PBN坩堝和石英坩堝之間的間隙對溫場的熱傳導產生很大的影響。

當PBN坩堝和石英坩堝兩者的形狀相似，貼合緊密時,大量的熱流通過PBN坩堝壁和石英坩堝導走，產生了較大的徑向熱流，從而導致半導體材料較凹的生長界面形狀。半導體材料凹陷的生長界面易于在邊緣產生細小孿晶，不利于生長出大尺寸的晶體；另外，同一水平面晶體獲得的襯底雜質濃度呈同心圓分布，均勻性差，而且PBN坩堝與石英坩堝籽晶腔到錐形部位的拐點位置產生較大的熱應力，晶棒和加工出的襯底容易開裂、碎片，熱應力的集中容易產生多晶，且位錯密度高；當兩者完全分離時，相變潛熱成為影響生長界面形狀的主要因素，生長界面也呈現凹向熔體形狀，但PBN坩堝與石英坩堝完全分離，整體熱應力較為平均；當PBN坩堝和石英坩堝籽晶腔位置貼合緊密，錐角和等徑位置分離時，生長界面趨于平坦，有利于得到低位錯密度、高均勻性的大尺寸晶體，但在籽晶腔與錐角位置的應力集中問題仍難易解決。

而目前市場上GaAs和InP材料的工業大批量生產中對于PBN坩堝和石英坩堝之間的間隙問題未得到重視，兩者的形狀基本類似，兩者間隙不能得到很好的控制。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的是提供一種異形PBN和石英組合坩堝，通過異形的石英坩堝和PBN坩堝的組合，化合物半導體晶體生長過程中，在初始籽晶熔接開始到晶體生長結束位置周圍塑造一個真空區，能夠使得半導體材料獲得平坦的生長界面且有效改善晶體熱應力集中現象，獲得大尺寸、低位錯密度高、均勻性好的晶體。

本發明通過以下技術手段解決上述技術問題：

一種異形PBN和石英組合坩堝，包括石英坩堝、PBN坩堝和石英帽，所述石英坩堝包括包覆腔和石英坩堝籽晶腔，所述PBN坩堝包括原料腔和PBN坩堝籽晶腔，所述PBN坩堝和石英帽均設置于石英坩堝的內腔中，所述石英帽設置在靠近石英坩堝的開口一端，且所述石英帽的開口朝向PBN坩堝；所述石英坩堝籽晶腔包括第一籽晶腔段和第二籽晶腔段，所述第二籽晶腔段與PBN坩堝籽晶腔的外壁緊密貼合，所述石英坩堝的第一籽晶腔段和包覆腔與PBN坩堝之間設置有間隔區。

本發明的第二籽晶腔段的內壁與PBN坩堝籽晶腔的外壁緊密貼合，能夠將晶體生長過程中的相變潛熱及時導走，塑造合適的溫度梯度，熔種深度在PBN坩堝籽晶腔與石英坩堝的第一籽晶腔段相對的位置內，石英坩堝的第一籽晶腔段和包覆腔與PBN坩堝之間設置有間隔區，在抽真空后，間隔區位置的石英坩堝與PBN坩堝之間為真空狀態，保證在籽晶熔接過程中初始生長界面到生長結束徑向的熱量交換以熱輻射為主，熱量交換少，熱傳導效率低；熱量主要在軸向方向形成以熔體→生長界面→晶體→籽晶→單晶爐底部低溫區為主導的熱量交換系統，保證生長過程中生長界面平坦，整體熱應力平均的狀態，能夠獲得大尺寸、低位錯密度高、均勻性好，且熱應力平均的半導體材料晶體。