[實用新型]PVT法生長碳化硅晶體的坩堝

有效

• 申請號: 202022105111.2
• 申請日: 2020-09-23
• 公開（公告）號: CN213172679U
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發明（設計）人: 陳豆;馬遠;薛衛明;潘堯波
• 申請（專利權）人: 中電化合物半導體有限公司
• 主分類號: C30B23/00
• 分類號: C30B23/00;C30B29/36
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙) 31219
• 代理人: 賀妮妮

本實用新型提供一種PVT法生長碳化硅晶體的坩堝，該坩堝包括：石墨坩堝體，包括底壁以及側壁，由底壁和側壁圍成容納腔；蓋合于石墨坩堝體上的石墨坩堝蓋；設置于石墨坩堝體內的多孔石墨板及疏氣裝置；疏氣裝置為由內而外依次同橫軸交替設置的空心多孔石墨管及石墨軟氈層疊而成。該坩堝，可有效控制含氯氣體釋放速率與均勻性，避免氣相硅在晶體表面凝結而形成結晶缺陷；另外，多孔石墨塊的安置可以使通入的多余含氯氣體以及懸浮于生長氣氛中碳顆粒的逸散，一定程度減少晶體中碳包裹物缺陷，提高碳化硅晶體的質量。

技術領域

本實用新型涉及碳化硅晶體制備技術領域，特別是涉及一種PVT法生長碳化硅晶體的坩堝。

背景技術

以碳化硅為代表的第三代半導體相比于硅基半導體具有禁帶寬、飽和電子遷移率高、擊穿電場強度高、熱導率高等特點，其具備高頻、耐高溫、耐化學腐蝕、高效、抗輻射能力強、耐高壓等優越的性能，隨著碳化硅半導體制備技術的日益成熟，將日益成為智能通訊、新能源汽車、航天航空、物聯網、智能交通、智能電網、核能技術、石油勘采等領域核心電子器件的支撐材料。

碳化硅晶體制備方法有高溫化學氣相沉積法(High Temperature ChemicalVapor Deposition，HTCVD)、液相外延法(Liquid phase epitaxy)和物理氣相傳輸法(Physical Vapor Transport，PVT)。目前常用的晶體制備方法是PVT法。PVT法即改良Lely法，如圖1所示，即是將碳化硅原料102在高溫區升華，在軸向溫度梯度驅動下氣相輸送至溫度較低的碳化硅籽晶100處成為飽和蒸氣，經冷凝形核、長大，重結晶為碳化硅晶體。PVT法具有成本低，溫度場調節靈活的優點，可通過改變保溫設計，顯著提高晶體生長質量。采用PVT法制備碳化硅晶體時，隨溫度升至1800℃，碳化硅原料發生分解升華，其分解反應方程式如下：

上述式中，是反應方程n的平衡常量；P_i是i組元的平衡分壓，v_i是i組元的方程系數。由平衡常量的熱力學公式：

式中，h_i0和s_i0是i組元的理想氣體摩爾焓常數和摩爾熵常數；c_pi是i組元的理想氣體定壓摩爾熱容量。由平衡常數計算得到SiC₂、Si、Si₂C的平衡分壓。由文獻(兵器材料科學與工程，2013，36(6):72-74)可知，Si的平衡分壓遠大于Si₂C和SiC₂，因此在晶體生長初期，生長氣氛中富含氣相硅。在軸向溫度梯度作用下，蒸氣輸送至低溫度的籽晶區域，富硅氣相飽和蒸氣壓降低，凝結成液相硅，造成晶體結晶缺陷。

硅蒸氣在高溫下具有高的化學活性，可與鹵素、鹵化氫反應生成鹵化物，也可與碳、氮、氧等非金屬發生反應生成硅化物。可采用向生長氛圍中通入氯氣、氯化氫氣體的方式，消耗晶體生長初期的多余硅蒸氣。高溫下，硅蒸氣與氯氣、氯化氫反應方程式如下：

Si(g)+Cl₂(g)→SiCl₄(g)

Si(g)+HCl(g)→SiHCl₃(g)+H₂(g)

但通過向碳化硅原料中通入上述高溫下可與硅蒸氣反應的氣體后形成的碳化硅晶體還是存在結晶缺陷，碳化硅晶體質量較低的問題。

實用新型內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本實用新型的目的在于提供一種PVT法生長碳化硅晶體的坩堝，用于解決現有技術中采用PVT法形成碳化硅晶體時，富硅氣相沉積在晶體表面凝結成硅液滴而形成結晶缺陷，導致碳化硅晶體生長質量較低等的問題。