[實用新型]一種大尺寸公斤級碳化硅單晶生長用坩堝

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202020782967.0
• 申請日: 2020-05-12
• 公開（公告）號: CN212895082U
• 公開（公告）日: 2021-04-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉欣宇;袁振洲
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇超芯星半導(dǎo)體有限公司
• 主分類號: C30B23/00
• 分類號: C30B23/00;C30B25/00;C30B29/36
• 代理公司: 北京輕創(chuàng)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11212
• 代理人: 王佳妹

本實用新型公開了一種大尺寸公斤級碳化硅單晶生長用坩堝，包括坩堝蓋和坩堝體，所述坩堝蓋與籽晶連接，坩堝體為碳化硅單晶生長腔體。針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本實用新型的目的在于傳統(tǒng)碳化硅晶體生長用坩堝不能同時解決大尺寸、公斤級、高質(zhì)量的問題，提供一種新型圓臺裝側(cè)壁開孔坩堝。

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及碳化硅單晶制備領(lǐng)域，具體涉及一種大尺寸公斤級碳化硅單晶生長用坩堝。

背景技術(shù)

碳化硅單晶具有禁帶寬度大、擊穿電場高、熱導(dǎo)率大和介電常數(shù)小及物理和化學(xué)性能穩(wěn)定等獨特的性能，被認(rèn)為是制造高溫、高壓、高頻大功率器件等理想的半導(dǎo)體材料。由于碳化硅晶體成本過高，嚴(yán)重限制了其實際應(yīng)用，降低晶體成本的有效途徑是擴大晶體的尺寸和長度。

目前商業(yè)上所使用的碳化硅單晶生長方法主要分為物理氣相傳輸法(PVT) 和高溫化學(xué)氣相沉積法(HTCVD)兩種,均采用圓柱型坩堝。

物理氣相傳輸法(PVT)采用密閉的圓柱型坩堝。固態(tài)的碳化硅粉料作為原料，將定量的粉料置于密閉的坩堝內(nèi)，然后將圓柱型坩堝置于高溫真空加熱腔體內(nèi)進行生長。由于粉料的量固定，并且在生長過程中無法向坩堝內(nèi)加料，導(dǎo)致PVT 生長碳化硅晶體的長度受限。

高溫化學(xué)氣相沉積法(HTCVD)采用上下開孔的圓柱型坩堝。氣體作為原料從圓柱型坩堝底部開孔進入，在特定的生長溫度和壓強下，在籽晶表面沉積而進行晶體生長，殘余氣體通過圓柱型坩堝頂部的孔隙流出。雖然該方法可在生長過程中向坩堝內(nèi)連續(xù)不斷的加料，但是由于其坩堝的出氣孔在頂部晶體生長位置，由于buoyancy效應(yīng)，生長過程中所有氣體包括剩余未完全反應(yīng)的氣體、化學(xué)反應(yīng)后產(chǎn)生的氫氣、載流氣體，都經(jīng)過頂部氣孔即晶體旁邊排出坩堝，對晶體生長界面造成擾動，尤其是化學(xué)反應(yīng)過程中刻蝕性氣體(如氫氣)，在高溫環(huán)境下對生長的碳化硅晶體刻蝕，尤其是氣體流速最大的晶體邊緣有很強的刻蝕效應(yīng)，最終導(dǎo)致生長后的晶體的直徑小于籽晶的直徑，即難于實現(xiàn)大尺寸碳化硅晶體生長。

現(xiàn)有圓柱型坩堝，無論是封閉的，還是上下開孔的，均無法同時滿足大尺寸、公斤級碳化硅晶體的生長。如何在實際生產(chǎn)中設(shè)計可制備大尺寸、公斤級碳化硅晶體的坩堝，增大產(chǎn)出、降低成本，是本技術(shù)領(lǐng)域急需解決的技術(shù)問題。

實用新型內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本實用新型的目的在于提供一種全新的圓臺型側(cè)壁開孔坩堝，可有效解決碳化硅晶體的生長不能同時達(dá)到大尺寸、公斤級、高質(zhì)量的技術(shù)問題。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供了大尺寸公斤級碳化硅單晶用坩堝，其中，該坩堝包括坩堝蓋和坩堝體，所述坩堝蓋與籽晶連接，坩堝體為碳化硅單晶生長腔體。

進一步，所述坩堝蓋無開孔，厚5～40mm，與坩堝體連接方式為螺紋、卡槽、螺母。

進一步，所述坩堝體為圓臺狀，中空。

進一步，所述坩堝體側(cè)壁厚5～30mm，底厚5～40mm

進一步，所述坩堝側(cè)壁與底部的夾角為45～85°。

進一步，所述坩堝底部中心開孔，尺寸5～30mm。

進一步，所述坩堝上側(cè)壁留有氣孔，所述氣孔的位置距離坩堝體上邊緣 1～10mm。

進一步，所述側(cè)壁氣孔的直徑為0.5～10mm。

進一步，所述側(cè)壁氣孔的排數(shù)為1～10排，每排之間的間距為1～10mm，每排氣孔的數(shù)量為1～10個，每排氣孔的分布為均勻軸對稱。

進一步，所述坩堝的排氣孔鍍有耐高溫耐腐蝕涂層，包括碳化鉭、碳化鎢，涂層厚度為1～500μm。