一种大尺寸公斤级碳化硅单晶生长用坩埚制造技术

本实用新型专利技术公开了一种大尺寸公斤级碳化硅单晶生长用坩埚，包括坩埚盖和坩埚体，所述坩埚盖与籽晶连接，坩埚体为碳化硅单晶生长腔体。针对现有技术中存在的问题，本实用新型专利技术的目的在于传统碳化硅晶体生长用坩埚不能同时解决大尺寸、公斤级、高质量的问题，提供一种新型圆台装侧壁开孔坩埚。

【技术实现步骤摘要】
一种大尺寸公斤级碳化硅单晶生长用坩埚
本技术涉及碳化硅单晶制备领域，具体涉及一种大尺寸公斤级碳化硅单晶生长用坩埚。
技术介绍
碳化硅单晶具有禁带宽度大、击穿电场高、热导率大和介电常数小及物理和化学性能稳定等独特的性能，被认为是制造高温、高压、高频大功率器件等理想的半导体材料。由于碳化硅晶体成本过高，严重限制了其实际应用，降低晶体成本的有效途径是扩大晶体的尺寸和长度。目前商业上所使用的碳化硅单晶生长方法主要分为物理气相传输法(PVT)和高温化学气相沉积法(HTCVD)两种,均采用圆柱型坩埚。物理气相传输法(PVT)采用密闭的圆柱型坩埚。固态的碳化硅粉料作为原料，将定量的粉料置于密闭的坩埚内，然后将圆柱型坩埚置于高温真空加热腔体内进行生长。由于粉料的量固定，并且在生长过程中无法向坩埚内加料，导致PVT生长碳化硅晶体的长度受限。高温化学气相沉积法(HTCVD)采用上下开孔的圆柱型坩埚。气体作为原料从圆柱型坩埚底部开孔进入，在特定的生长温度和压强下，在籽晶表面沉积而进行晶体生长，残余气体通过圆柱型坩埚顶部的孔隙流出。虽然该方法可在生长过程中向坩埚内连续不断的加料，但是由于其坩埚的出气孔在顶部晶体生长位置，由于buoyancy效应，生长过程中所有气体包括剩余未完全反应的气体、化学反应后产生的氢气、载流气体，都经过顶部气孔即晶体旁边排出坩埚，对晶体生长界面造成扰动，尤其是化学反应过程中刻蚀性气体(如氢气)，在高温环境下对生长的碳化硅晶体刻蚀，尤其是气体流速最大的晶体边缘有很强的刻蚀效应，最终导致生长后的晶体的直径小于籽晶的直径，即难于实现大尺寸碳化硅晶体生长。现有圆柱型坩埚，无论是封闭的，还是上下开孔的，均无法同时满足大尺寸、公斤级碳化硅晶体的生长。如何在实际生产中设计可制备大尺寸、公斤级碳化硅晶体的坩埚，增大产出、降低成本，是本
急需解决的技术问题。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本技术的目的在于提供一种全新的圆台型侧壁开孔坩埚，可有效解决碳化硅晶体的生长不能同时达到大尺寸、公斤级、高质量的技术问题。为实现上述目的，本技术提供了大尺寸公斤级碳化硅单晶用坩埚，其中，该坩埚包括坩埚盖和坩埚体，所述坩埚盖与籽晶连接，坩埚体为碳化硅单晶生长腔体。进一步，所述坩埚盖无开孔，厚5～40mm，与坩埚体连接方式为螺纹、卡槽、螺母。进一步，所述坩埚体为圆台状，中空。进一步，所述坩埚体侧壁厚5～30mm，底厚5～40mm进一步，所述坩埚侧壁与底部的夹角为45～85°。进一步，所述坩埚底部中心开孔，尺寸5～30mm。进一步，所述坩埚上侧壁留有气孔，所述气孔的位置距离坩埚体上边缘1～10mm。进一步，所述侧壁气孔的直径为0.5～10mm。进一步，所述侧壁气孔的排数为1～10排，每排之间的间距为1～10mm，每排气孔的数量为1～10个，每排气孔的分布为均匀轴对称。进一步，所述坩埚的排气孔镀有耐高温耐腐蚀涂层，包括碳化钽、碳化钨，涂层厚度为1～500μm。本技术，通过圆台型坩埚底部开孔，可在晶体生长过程中持续的供应采气体原料，保证了公斤级碳化硅晶体生长的可能；为了解决刻蚀气体对晶体生长的刻蚀，本技术将排气孔开在石墨坩埚的侧壁而不是顶部，可通过不同大小、数量、间隙避免气体对晶体的刻蚀；并且坩埚结构设计为圆台状使得晶体扩径生长，解决了晶体生长后直径难以大于籽晶直径的难题，满足大尺寸、公斤级碳化硅晶体生长使用。附图说明图1是本技术的坩埚结构及晶体生长示意图附图标记说明1.石英管2.感应线圈3.坩埚盖4.籽晶5.保温毡6.坩埚侧壁的排气孔7.生长后的晶体8.圆锥状坩埚9.坩埚底10.坩埚进气口具体实施方式本技术中，“上、下、左、右”是指以坩埚的主视图为基准的方向。如图1所示，本技术中，提供了大尺寸公斤级碳化硅单晶用坩埚，其中，该坩埚包括坩埚盖和坩埚体，所述坩埚盖与籽晶连接，坩埚体为碳化硅单晶生长腔体。本技术中所述坩埚盖无开孔，厚5～40mm，与坩埚体连接方式为螺纹、卡槽、螺母。在使用过程中所述坩埚盖上固定籽晶，所述籽晶为为高质量碳化硅衬底，固定方式有粘接或卡环；传统粘接方式需要热处理导致准备过程长、成本高，并在晶体生长完成后取晶体过程繁琐、有损坏晶体的风险；优选地，卡环固定具有优势。本技术中，所述坩埚体为圆台状，中空，坩埚体侧壁厚5～30mm，底厚5～40mm，所述坩埚侧壁与底部的夹角为45～85°。坩埚材质一般为石墨或碳化钽，选用石墨坩埚时为防止晶体生长过程中坩埚内壁腐蚀，优选地，坩埚内壁镀有耐高温涂层，包括碳化钽、碳化钨。本技术中，所述坩埚底部中心开孔，尺寸5～30mm。在晶体生长过程中，从所述坩埚底部开孔通入原料气体和载流子气体；所述原料气体为SiH4和CmHn，纯度为4N～7N；优选氢气(H2)或氦气(He)气体作为载流子气体，分子量小且不参与化学反应，纯度为4N～7N；进一步，优选氦气(He)，氦气无刻蚀性，相比氢气(H2)有较好的效果。本技术中，所述坩埚上侧壁留有气孔，所述气孔的位置距离坩埚体上边缘1～10mm。所述侧壁气孔的直径为0.5～10mm。所述侧壁气孔的排数为1～10排，每排之间的间距为1～10mm，每排气孔的数量为1～10个，每排气孔的分布为均匀轴对称。在晶体生长过程中，反应副产物气体和未完全反应的原料气体在载流子气体的载动下通过所述的坩埚侧壁的排气孔排出。为防止气体腐蚀排气孔，所述排气孔镀有耐高温耐腐蚀涂层，包括碳化钽、碳化钨，涂层厚度为1～500μm。本技术中，所述坩埚在晶体生长过程中使用，使用过程中所述坩埚外壁包裹保温材料，所述保温材料耐高温不低于2600℃，优选地，碳化硅晶体制备选用石墨毡。本技术中，所述坩埚在晶体生长过程中使用，优选地，将所述坩埚置于单晶炉内，所述单晶炉为中频感应加热系统，进一步优选内置石英管作为反应腔体。以上详细描述了本技术的优选实施方式，但是，本技术并不限于此。在本技术的技术构思范围内，可以对本技术的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本技术所公开的内容，均属于本技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.大尺寸公斤级碳化硅单晶生长用坩埚，其特征在于，该坩埚包括坩埚盖和坩埚体，所述坩埚盖与籽晶连接，所述坩埚底部中心开孔，所述坩埚上侧壁留有气孔，坩埚体为碳化硅单晶生长腔体。/n

【技术特征摘要】
1.大尺寸公斤级碳化硅单晶生长用坩埚，其特征在于，该坩埚包括坩埚盖和坩埚体，所述坩埚盖与籽晶连接，所述坩埚底部中心开孔，所述坩埚上侧壁留有气孔，坩埚体为碳化硅单晶生长腔体。


2.根据权利要求1所述的大尺寸公斤级碳化硅单晶生长用坩埚，其特征在于，所述坩埚盖无开孔，厚5~40mm，与坩埚体连接方式为螺纹、卡槽或螺母。


3.根据权利要求1所述的大尺寸公斤级碳化硅单晶生长用坩埚，其特征在于，所述坩埚体为圆台状，中空。


4.根据权利要求1所述的大尺寸公斤级碳化硅单晶生长用坩埚，其特征在于，所述坩埚体侧壁厚5~30mm，底厚5~40mm。


5.根据权利要求1所述的大尺寸公斤级碳化硅单晶生长用坩埚，其特征在于，所述坩埚侧壁与底部的夹角为45~85°。


6.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘欣宇，袁振洲，
申请(专利权)人：江苏超芯星半导体有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32