一种用于制备碳化硅单晶的坩埚结构制造技术

本技术提供了一种用于制备碳化硅单晶的坩埚结构，包括：坩埚主体；所述坩埚主体包括原料腔与生长腔；所述原料腔与生长腔通过石墨过滤件分开；所述石墨过滤件设置有贯穿的、上窄下宽的锥形孔洞；所述原料腔与生长腔通过锥形孔洞相连通。与现有技术相比，本技术提供的坩埚结构中的石墨过滤结构可有效阻挡来自生长初期石墨被侵蚀产生的石墨颗粒和后期原料中的碳颗粒，在保证气流能够顺利通过的情况下，有效地提高了晶体生长全阶段的包裹质量；并且本技术通过石墨过滤件在气体传输区域对气流进行过滤，可在不减少装料量、不影响温场的情况下，有效减少晶体生长过程中产生的包裹，提高晶体生长质量。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于碳化硅单晶，尤其涉及一种用于制备碳化硅单晶的坩埚结构。

技术介绍

1、碳化硅作为第三代半导体材料，因为其宽禁带和良好物理化学性质，得到了市场的青睐。目前市场上的碳化硅产品主要分为半绝缘型和导电型。其中导电型因为拥有良好的导电性而被广泛的应用于功率型器件。

2、目前，工业上主要使用pvt物理气相传输法用于生长碳化硅单晶。pvt法多使用感应或电阻加热石墨坩埚，原料位于坩埚底部，籽晶位于坩埚顶部，碳化硅原料在底部高温区被气化，由于温度梯度和压力的驱动力下，气体从高温区上升到籽晶所在的低温区重新结晶生成碳化硅晶体。

3、碳化硅晶体生长主要原料为硅粉和碳粉所合成的碳化硅多晶，由于硅熔点低于碳的特性，使得碳化硅原料在升温的过程中硅蒸气先一步逸出，造成晶体生长腔内初期处于富硅状态，增加了晶体生长初期硅滴产生的可能性。因为硅蒸气具有腐蚀性，能够蚀刻所接触的内部石墨结构，被腐蚀的石墨粉尘易被气流带至籽晶表面从而形成碳包裹。另一方面随着温度的上升，原料的进一步分解，原料中呈现富碳现象，细小的碳颗粒易会随着气流被带至晶体生长界面，导致晶体生长后期碳包裹增加。而碳包裹是晶体中常见的缺陷之一，也是一种危害性较强的缺陷，其可能会导致晶体产生微管，位错密集从而影响晶片可用面积与良率。

4、公开号为cn110129885a的中国专利公开了使用螺旋叶片制成螺旋隔板用来减少碳化硅生长过程中的包裹，控制气流方向。该方法可有效阻挡碳包裹的上升，但缺乏可操作性，在原料内加入叶片增加装料难度，减少了装料量，增加了温场调控的难度。

5、公开号为cn113789572a的中国专利公开了在料内垂直放置打孔的螺旋管，可以有效的过滤原料蒸发过程中带出的碳包裹，但是同样面临装料难度大，减少了装料量等问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本技术要解决的技术问题在于提供一种用于制备碳化硅单晶的坩埚结构，该坩埚结构用于生长碳化硅单晶可减少晶体碳包裹，提高碳化硅质量。

2、本技术提供了一种用于制备碳化硅单晶的坩埚结构，包括：

3、坩埚主体；

4、所述坩埚主体包括原料腔与生长腔；

5、所述原料腔与生长腔通过石墨过滤件分开；

6、所述石墨过滤件设置有贯穿的、上窄下宽的锥形孔洞；所述原料腔与生长腔通过锥形孔洞相连通。

7、优选的，所述锥形孔洞靠近原料腔的直径为1～15mm；所述锥形孔洞靠近生长腔的直径1～10mm。

8、优选的，所述石墨过滤件的厚度为2～30mm；所述锥形孔洞的侧壁为不光滑表面。

9、优选的，所述锥形孔洞的侧壁设置有螺纹或台阶结构；所述锥形孔洞的螺纹圈数或台阶结构的个数为1～15。

10、优选的，所述石墨过滤件的锥形孔洞的设置密度为0.5～10孔/cm2。

11、优选的，所述石墨过滤件中内圈区域的锥形孔洞的设置密度为0.5～4孔/cm2，除内圈区域外其他区域的锥形孔洞的设置密度为1～5孔/cm2；所述内圈区域为以石墨过滤件的中心为中心点至离中心点距离为r之间的区域；r为石墨过滤件半径的1/4～2/3。

12、优选的，所述石墨过滤件的表面和/或锥形孔洞的侧壁设置有难熔金属碳化物镀层；所述难熔金属碳化物镀层的厚度为5～50μm。

13、优选的，还包括坩埚盖，用以封闭坩埚主体的生长腔；所述坩埚盖面对生长腔的一侧设置有籽晶托；所述坩埚盖与坩埚主体通过螺纹或卡扣方式连接。

14、优选的，所述石墨过滤件、原料腔与生长腔之间通过螺纹或卡扣的方式连接。

15、优选的，所述石墨过滤件与原料腔中原料上表面之间的距离为2～50mm。

16、本技术提供了一种用于制备碳化硅单晶的坩埚结构，包括：坩埚主体；所述坩埚主体包括原料腔与生长腔；所述原料腔与生长腔通过石墨过滤件分开；所述石墨过滤件设置有贯穿的、上窄下宽的锥形孔洞；所述原料腔与生长腔通过锥形孔洞相连通。与现有技术相比，本技术提供的坩埚结构中的石墨过滤结构可有效阻挡来自生长初期石墨被侵蚀产生的石墨颗粒和后期原料中的碳颗粒，在保证气流能够顺利通过的情况下，有效地提高了晶体生长全阶段的包裹质量；并且本技术通过石墨过滤件在气体传输区域对气流进行过滤，可在不减少装料量、不影响温场的情况下，有效减少晶体生长过程中产生的包裹，提高晶体生长质量。

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【技术保护点】

1.一种用于制备碳化硅单晶的坩埚结构，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的坩埚结构，其特征在于，所述锥形孔洞靠近原料腔的直径为1～15mm；所述锥形孔洞靠近生长腔的直径1～10mm。

3.根据权利要求1所述的坩埚结构，其特征在于，所述石墨过滤件的厚度为2～30mm；所述锥形孔洞的侧壁为不光滑表面。

4.根据权利要求1所述的坩埚结构，其特征在于，所述锥形孔洞的侧壁设置有螺纹或台阶结构；所述锥形孔洞的螺纹圈数或台阶结构的个数为1～15。

5.根据权利要求1所述的坩埚结构，其特征在于，所述石墨过滤件的锥形孔洞的设置密度为0.5～10孔/cm2。

6.根据权利要求1所述的坩埚结构，其特征在于，所述石墨过滤件中内圈区域的锥形孔洞的设置密度为0.5～4孔/cm2，除内圈区域外其他区域的锥形孔洞的设置密度为1～5孔/cm2；所述内圈区域为以石墨过滤件的中心为中心点至离中心点距离为r之间的区域；r为石墨过滤件半径的1/4～2/3。

7.根据权利要求1所述的坩埚结构，其特征在于，所述石墨过滤件的表面和/或锥形孔洞的侧壁设置有难熔金属碳化物镀层；所述难熔金属碳化物镀层的厚度为5～50μm。

8.根据权利要求1所述的坩埚结构，其特征在于，还包括坩埚盖，用以封闭坩埚主体的生长腔；所述坩埚盖面对生长腔的一侧设置有籽晶托；所述坩埚盖与坩埚主体通过螺纹或卡扣方式连接。

9.根据权利要求1所述的坩埚结构，其特征在于，所述石墨过滤件、原料腔与生长腔之间通过螺纹或卡扣的方式连接。

10.根据权利要求1所述的坩埚结构，其特征在于，所述石墨过滤件与原料腔中原料上表面之间的距离为2～50mm。

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【技术特征摘要】

1.一种用于制备碳化硅单晶的坩埚结构，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的坩埚结构，其特征在于，所述锥形孔洞靠近原料腔的直径为1～15mm；所述锥形孔洞靠近生长腔的直径1～10mm。

3.根据权利要求1所述的坩埚结构，其特征在于，所述石墨过滤件的厚度为2～30mm；所述锥形孔洞的侧壁为不光滑表面。

4.根据权利要求1所述的坩埚结构，其特征在于，所述锥形孔洞的侧壁设置有螺纹或台阶结构；所述锥形孔洞的螺纹圈数或台阶结构的个数为1～15。

5.根据权利要求1所述的坩埚结构，其特征在于，所述石墨过滤件的锥形孔洞的设置密度为0.5～10孔/cm2。

6.根据权利要求1所述的坩埚结构，其特征在于，所述石墨过滤件中内圈区域的锥形孔洞的设置密度为0.5～4孔/cm2，除内圈区域外其他区...

【专利技术属性】
技术研发人员：张雪霞，娄艳芳，刘春俊，姚静，刘强，彭同华，杨建，
申请(专利权)人：北京天科合达半导体股份有限公司，
类型：新型
国别省市：