一种用于减少碳化硅单晶中的碳包裹体的坩埚的制作方法

[0001]
本申请涉及碳化硅晶体制备技术领域，尤其涉及用于减少碳化硅单晶中的碳包裹体的坩埚。


背景技术：

[0002]
碳化硅(sic)是第三代半导体材料的典型代表，与第一代si和第二代gaas半导体材料相比，具有热导率高、禁带宽度宽、化学稳定性高、抗辐射能力强等优异的综合性能。这使sic半导体材料被用于制备高功率电力电子器件和微波器件，并已在高压电力传输、5g通信、电动汽车等领域获得广泛应用，sic半导体材料和器件目前已成为各国争相发展的产业。
[0003]
物理气相传输法是目前生长sic晶体的主流方法。图1为一种常用的坩埚的基本结构示意图。如图1所示，该坩埚采用石墨材料制成，并由坩埚盖10和坩埚体20两部分组成，其中，坩埚盖10扣合在坩埚体20上。在晶体生长时，将sic籽晶30粘贴在坩埚盖10上，坩埚体20内装有作为生长原料的sic多晶料40，sic多晶料40处于高温区，sic籽晶30处于低温区。在高温区，sic多晶料40分解为含有si、c组分的气相，升华的si、c组分向上传输到达sic籽晶30表面，并结晶成sic单晶材料。
[0004]
上述结构存在的问题是，向上传输的气氛携带大量碳化硅分解后产生的细小碳颗粒，成为晶体中的碳包裹体，特别是在生长的中后期，边缘碳化严重区域的碳颗粒随斯蒂芬流输运到结晶界面，成为中后期包裹体的重要来源之一。


技术实现要素：

[0005]
针对上述问题，本实用新型实施例中提供了一种用于减少碳化硅单晶中的碳包裹体的坩埚。
[0006]
本申请实施例提供的用于减少碳化硅单晶中的碳包裹体的坩埚，主要包括坩埚体、设置在所述坩埚体中的气流匀化件和盖板，其中：
[0007]
所述盖板的中心开设有通孔，所述盖板的外周与所述坩埚体的内壁相接触；
[0008]
所述气流匀化件设置在所述盖板与所述坩埚体中的sic多晶料之间；
[0009]
所述气流匀化件包括平板、设置在所述平板上的密封盖，所述密封盖设置在所述平板中靠近所述盖板的一侧；
[0010]
所述平板的外周与所述坩埚体的内壁相接触，所述平板的中心开设有通孔；
[0011]
所述密封盖包括底壁以及从所述底壁延伸出的侧壁，所述侧壁上开设有多个通孔，所述密封盖通过其侧壁扣合在所述平板的通孔上。
[0012]
可选地，所述气流匀化件的数目大于2且小于或等于5。
[0013]
可选地，所述坩埚体内设有两组或两组以上的所述气流匀化件，其中：
[0014]
从所述坩埚体的底部至顶部方向，各所述气流匀化件中平板以及密封盖的侧壁上所开设的通孔的直径均依次增加。
[0015]
可选地，所述盖板上的通孔的直径小于或等于所述密封盖的直径。
[0016]
可选地，所述气流匀化件和盖板采用石墨、钽或钨中的一种或多种材料制成。
[0017]
由上述实施例可见，本实施例提供的用于减少碳化硅单晶中的碳包裹体的坩埚，通过坩埚体的sic多晶料上方依次设置气流匀化件和盖板。其中，气流匀化件包括平板、设置在平板上的密封盖，密封盖设置在平板中靠近盖板的一侧；平板的外周与坩埚体的内壁相接触，平板的中心开设有通孔；密封盖包括底壁以及从底壁延伸出的侧壁，侧壁上开设有多个通孔，密封盖通过其侧壁扣合在平板的通孔上。这样，在单晶生长时，sic多晶料分解产生的气流经过平板和密封盖上的通孔后，气流的传输从原来的以对流为主的模式变成以扩散为主的模式，由于扩散模式气流传输速度相比于对流模式慢，而碳颗粒有一定的自重，只有当气流速度达到一定程度的时候才会被气流裹挟，因此，如果气流速度低，则由于碳颗粒自重作用，所以碳颗粒会沉积下来，进而可以有效减少碳化硅单晶中的碳包裹体。另外，通过在气流匀化件的上方设置中心开孔的盖板，可以约束气氛，使其气相组分只能通过中心的孔洞向上传输，而不能沿坩埚体侧壁向上传输。
附图说明
[0018]
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本实用新型的实施例，并与说明书一起用于解释本实用新型的原理。
[0019]
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020]
图1为现有技术中一种常用的坩埚的基本结构示意图；
[0021]
图2为本申请实施例提供的一种坩埚的基本结构示意图；
[0022]
图3为本申请实施例提供的一种气流匀化件的基本结构示意图；
[0023]
图4为本申请实施例提供的另一种坩埚的基本结构示意图。
具体实施方式
[0024]
为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型中的技术方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。
[0025]
针对现有技术中的坩埚，在碳化硅单晶生长的过程中，向籽晶方向传输的气氛携带大量碳化硅分解后产生的细小碳颗粒，成为晶体中的碳包裹体的问题。本实施例提供了一种坩埚，通过控制气流速度，来制备高质量的sic晶体。
[0026]
实施例一
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图2为本申请实施例提供的一种坩埚的基本结构示意图。如图2所示，本实施例提供的用于减少碳化硅单晶中的碳包裹体的坩埚，主要包括坩埚盖10、坩埚体20、气流匀化件50和盖板60。
[0028]
坩埚盖10和坩埚体20可以采用石墨制成。在碳化硅单晶生长前，坩埚盖10上设置
碳化硅籽晶30，将sic多晶料40放入坩埚体20中，然后，依次将气流匀化件50和盖板60放入坩埚体20中，并置于sic多晶料40的上方，即装配后，气流匀化件50设置在盖板60与坩埚体中的sic多晶料40之间.当然，在其它实施例中，气流匀化件50和盖板60也可以是一体结构。
[0029]
图3为本申请实施例提供的一种气流匀化件的基本结构示意图。如图3所示，气流匀化件包括平板51和设置在平板上的密封盖52，并且，密封盖52设置在平板51中靠近盖板的一侧。其中，平板51和密封盖52可以为一体结构也可以为独立的结构。另外，由于平板51和密封盖52需要在碳化硅单晶生长的温度下稳定存在，因此，平板51和密封盖52可以由石墨、钽、钨等耐高温材料制成，当然，也可以是上述两种或多种材料混合制成。
[0030]
平板51的外周与坩埚体20的内壁相接触，平板51的中心开设有通孔512。平板51可以通过设置在坩埚体20内壁的固定件实现安装定位，也可以通过过盈配合的方式实现安装定位，本实施例在此不做具体限定。密封盖52包括底壁以及从底壁延伸出的侧壁，侧壁上开设有多个通孔521，并且，密封盖52通过其侧壁扣合在平板51的通孔512上。
[0031]
进一步的，盖板60的中心也开设有通孔601，盖板60的外周也与坩埚体20的内壁相接触。盖板60可以通过设置在坩埚体20内壁的固定件实现安装定位，也可以通过过盈配合的方式实现安装定位，本实施例在此不做具体限定。
[0032]
另外，通过在气流匀化件50的上方设置中心开孔的盖板60，可以约束气氛，使其气相组分只能通过盖板60中心的通孔向上传输，而不能沿坩埚体20侧壁向上传输，以保证气流可以运输至碳化硅籽晶30的表面。其中，为了实现对气流的更好的约束，盖板60上的通孔601的直径可以小于或等于密封盖52的直径。另外，为了保证单晶生长质量，盖板60上的通孔601的直径可以大于或等于碳化硅籽晶30的直径。
[0033]
通过上述配置，在单晶生长时，sic多晶料40分解产生的气流经过气流匀化件50中平板51和密封盖52上的通孔后，气流的传输从现有技术坩埚的以对流为主的模式变成以扩散为主的模式，由于扩散模式气流传输速度相比于对流模式慢，而碳颗粒有一定的自重，只有当气流速度达到一定程度的时候才会被气流裹挟，因此，如果气流速度低，则由于碳颗粒自重作用，所以碳颗粒会沉积下来，进而可以有效减少碳化硅单晶中的碳包裹体。
[0034]
实施例二
[0035]
图4为本申请实施例提供的另一种坩埚的基本结构示意图。如图4所示，本实例提供的坩埚与上述坩埚的主要区别为，本实施例在坩埚体内设置有两组气流匀化件，本实施例称其为第一气流匀化件501和第二气流匀化件502。
[0036]
其中，第一气流匀化件501靠近sic多晶料40设置，第二气流匀化件502设置在第一气流匀化件501和盖板60之间。这样，在单晶生长时，sic多晶料40分解产生的气流要依次经过第一气流匀化件501和第二气流匀化件502上的通孔后，进而，与设置一组气流匀化件相比，可以进一步减低气流扩散速度，进而，可以使更多的碳颗粒会沉积下来，进而可以更为有效减少碳化硅单晶中的碳包裹体。
[0037]
为了减小气流匀化件的设置对单晶生长速率的影响，本实施例设置第一气流匀化件501上所开设通孔的直径小于第二气流匀化件502上所开设通孔的直径。即从坩埚体20的底部至顶部方向，各气流匀化件中平板以及密封盖的侧壁上所开设的通孔的直径均依次增加。本实施例将坩埚体20中靠近坩埚盖的方向为顶部、远离坩埚盖的方向为底部。
[0038]
当然，需要说明的是，在其它实施例中还可以设置三组、五组等其它数目的气流匀
化件。另外，由于设置气流匀化件层数过多，会影响单晶生长速率，所以，优选地，气流匀化件的数目小于或等于5组。
[0039]
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
[0040]
以上仅是本实用新型的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。