[發明專利]無應力碳化硅籽晶固定裝置、坩堝及碳化硅籽晶固定方法

在審

• 申請號: 202011619910.X
• 申請日: 2020-12-30
• 公開（公告）號: CN114686984A
• 公開（公告）日: 2022-07-01
• 發明（設計）人: 胡小波;徐南;張木青;楊祥龍;于國建;陳秀芳;王垚浩;徐現剛
• 申請（專利權）人: 廣州南砂晶圓半導體技術有限公司
• 主分類號: C30B29/36
• 分類號: C30B29/36;C30B23/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本申請提供了一種無應力碳化硅籽晶固定裝置、坩堝及碳化硅籽晶固定方法，該碳化硅籽晶固定裝置包括籽晶托和籽晶蓋。籽晶托為中部掏空的環形結構，并且沿其中軸線方向依次包括籽晶支撐部、籽晶容納部、籽晶蓋容納部。同時，籽晶支撐部的內周形狀與籽晶的外周形狀相同，籽晶支撐部的內徑小于籽晶的外徑，籽晶容納部的內徑大于籽晶的外徑，籽晶容納部的高度大于籽晶的厚度。利用上述結構和尺寸設計，將籽晶裝入籽晶托，并將籽晶蓋裝入籽晶托后，僅籽晶的邊緣依靠自身的重力與籽晶支撐部相接觸，進而在單晶生長過程中，籽晶與籽晶固定裝置之間不存在熱膨脹系數不匹配導致的應力問題，可以消除籽晶受到的外加機械應力，有利于高質量SiC單晶生長。

技術領域

本申請涉及碳化硅單晶生長技術領域，尤其涉及一種無應力碳化硅籽晶固定裝置、坩堝及碳化硅籽晶固定方法。

背景技術

SiC是第三代半導體材料的典型代表，與第一代Si和第二代GaAs半導體材料相比，具有熱導率高、禁帶寬度寬、化學穩定性高、抗輻射能力強等優異的綜合性能。這使SiC半導體材料被用于制備高功率電力電子器件和微波器件，并已在高壓電力傳輸、5G通信、電動汽車等領域獲得廣泛應用。

物理氣相傳輸法是目前生長SiC晶體的主流方法。在進行單晶生長時，通常將SiC籽晶(簡稱籽晶)粘貼在坩堝蓋或石墨坩堝頂部，石墨坩堝內裝有作為生長原料的SiC多晶粉末，生長溫度控制在2000～2300℃之間，SiC多晶粉料處于高溫區，籽晶處于低溫區。在高溫區，SiC多晶粉料分解為含有Si、C組分的氣相，通過對流或擴散，傳輸到處于低溫區的籽晶表面，并結晶成SiC單晶材料。

在上述生長過程中，SiC籽晶處于坩堝生長腔體的頂部，如何固定籽晶對單晶質量有重要影響。在已經公開發表的論文或專利中，一般將籽晶用膠粘在石墨坩堝蓋的下表面，或粘在石墨片上再固定在坩堝頂部。但是上述籽晶固定方法，在單晶生長升溫過程中，由于SiC的熱膨脹系數大于石墨的熱膨脹系數，導致在高溫下，SiC籽晶與石墨的接觸面受到壓應力、而其生長面受到張應力。同時，這種應力會傳到后續生長的晶體，導致晶體中的位錯增殖，影響SiC單晶質量。

發明內容

為解決上述技術難題，本申請設計了一種無應力碳化硅籽晶固定裝置、坩堝及碳化硅籽晶固定方法，采用這種新型的籽晶固定方法，籽晶不受到任何的外應力，所生長的SiC單晶質量高。

根據本申請實施例的第一方面，提供了一種無應力碳化硅籽晶固定裝置，包括籽晶托和籽晶蓋，其中：

所述籽晶托為中部掏空的環形結構，沿其中軸線方向依次包括籽晶支撐部、籽晶容納部、籽晶蓋容納部；

所述籽晶支撐部的內周形狀與籽晶的外周形狀相同，所述籽晶支撐部的中心至其小邊的距離小于所述籽晶的中心至其小邊的距離，所述籽晶支撐部的中心至其大邊的距離小于所述籽晶的中心至其大邊的距離，所述籽晶支撐部的內徑小于所述籽晶的外徑；

所述籽晶容納部的內徑大于所述籽晶的外徑，所述籽晶容納部的高度大于所述籽晶的厚度；

所述籽晶蓋容納部的內徑與所述籽晶蓋的外徑相匹配，所述籽晶蓋可以可拆卸裝入所述籽晶蓋容納部。

根據本申請實施例的第二方面，提供了一種坩堝，所述坩堝的內壁上設置有支撐件，所述支撐件用于支撐本申請實施例第一方面所述的無應力碳化硅籽晶固定裝置。

根據本申請實施例的第三方面，提供了一種碳化硅籽晶固定方法，利用申請實施例第一方面所述的無應力碳化硅籽晶固定裝置，該方法包括：

在籽晶的背部制備一層保護層；

將所述籽晶裝入籽晶托的籽晶容納部中，其中，所述籽晶和所述保護層的厚度之和小于所述籽晶容納部的高度；

將籽晶蓋裝入所述籽晶托的籽晶蓋容納部。