无应力碳化硅籽晶固定装置及坩埚制造方法及图纸

本申请提供了一种无应力碳化硅籽晶固定装置及坩埚，该碳化硅籽晶固定装置包括籽晶托和籽晶盖。籽晶托设计为中部掏空的环形结构，并且沿其中轴线方向依次包括籽晶支撑部、籽晶容纳部、籽晶盖容纳部。同时，设置籽晶支撑部的内周形状与籽晶的外周形状相同，在尺寸上，籽晶支撑部的内径小于籽晶的外径，籽晶容纳部的内径大于籽晶的外径，籽晶容纳部的高度大于籽晶的厚度。利用上述结构和尺寸设计，将籽晶装入籽晶托，并将籽晶盖装入籽晶托后，仅籽晶的边缘依靠自身的重力与籽晶支撑部相接触，进而在单晶生长过程中，籽晶与籽晶固定装置之间不存在热膨胀系数不匹配导致的应力问题，可以消除籽晶受到的外加机械应力，有利于高质量SiC单晶生长。单晶生长。单晶生长。

【技术实现步骤摘要】
无应力碳化硅籽晶固定装置及坩埚


[0001]本申请涉及碳化硅单晶生长
，尤其涉及一种无应力碳化硅籽晶固定装置及坩埚。

技术介绍

[0002]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。
[0003]物理气相传输法是目前生长SiC晶体的主流方法。在进行单晶生长时，通常将SiC籽晶(简称籽晶)粘贴在坩埚盖或石墨坩埚顶部，石墨坩埚内装有作为生长原料的SiC多晶粉末，生长温度控制在2000～2300℃之间，SiC多晶粉料处于高温区，籽晶处于低温区。在高温区，SiC多晶粉料分解为含有Si、C组分的气相，通过对流或扩散，传输到处于低温区的籽晶表面，并结晶成SiC单晶材料。
[0004]在上述生长过程中，SiC籽晶处于坩埚生长腔体的顶部，如何固定籽晶对单晶质量有重要影响。在已经公开发表的论文或专利中，一般将籽晶用胶粘在石墨坩埚盖的下表面，或粘在石墨片上再固定在坩埚顶部。但是上述籽晶固定方法，在单晶生长升温过程中，由于SiC的热膨胀系数大于石墨的热膨胀系数，导致在高温下，SiC籽晶与石墨的接触面受到压应力、而其生长面受到张应力。同时，这种应力会传到后续生长的晶体，导致晶体中的位错增殖，影响SiC单晶质量。

技术实现思路

[0005]为解决上述技术难题，本申请设计了一种无应力碳化硅籽晶固定装置及坩埚，采用这种新型的籽晶固定方法，籽晶不受到任何的外应力，所生长的SiC单晶质量高。
[0006]根据本申请实施例的第一方面，提供了一种无应力碳化硅籽晶固定装置，包括籽晶托和籽晶盖，其中：
[0007]所述籽晶托为中部掏空的环形结构，沿其中轴线方向依次包括籽晶支撑部、籽晶容纳部、籽晶盖容纳部；
[0008]所述籽晶支撑部的内周形状与籽晶的外周形状相同，所述籽晶支撑部的中心至其小边的距离小于所述籽晶的中心至其小边的距离，所述籽晶支撑部的中心至其大边的距离小于所述籽晶的中心至其大边的距离，所述籽晶支撑部的内径小于所述籽晶的外径；
[0009]所述籽晶容纳部的内径大于所述籽晶的外径，所述籽晶容纳部的高度大于所述籽晶的厚度；
[0010]所述籽晶盖容纳部的内径与所述籽晶盖的外径相匹配，所述籽晶盖可以可拆卸装入所述籽晶盖容纳部。
[0011]根据本申请实施例的第二方面，提供了一种坩埚，所述坩埚的内壁上设置有支撑
件，所述支撑件用于支撑本申请实施例第一方面所述的无应力碳化硅籽晶固定装置。
[0012]本申请实施例提供的无应力碳化硅籽晶固定装置及坩埚，该碳化硅籽晶固定装置包括籽晶托和籽晶盖。将籽晶托设计为中部掏空的环形结构，并且沿其中轴线方向依次包括籽晶支撑部、籽晶容纳部、籽晶盖容纳部。同时，设置籽晶支撑部的内周形状与籽晶的外周形状相同，在尺寸上，籽晶支撑部的内径小于籽晶的外径，籽晶容纳部的内径大于籽晶的外径，籽晶容纳部的高度大于籽晶的厚度。利用上述结构和尺寸设计，将籽晶装入籽晶托，并将籽晶盖装入籽晶托后，仅籽晶的边缘依靠自身的重力与籽晶支撑部相接触，进而，在单晶生长过程中，籽晶与籽晶固定装置之间不存在热膨胀系数不匹配导致的应力问题，可以消除籽晶受到的外加机械应力，另外，利用籽晶盖和籽晶托的结构设计，可以使籽晶的背面处于一个密封的空间中，进而防止碳化硅粉料分解的气氛漏进籽晶的背面，有效防止籽晶的分解，有利于高质量SiC单晶生长。
附图说明
[0013]此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本技术的实施例，并与说明书一起用于解释本技术的原理。
[0014]为了更清楚地说明本技术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。
[0015]图1a为本申请实施例提供的碳化硅籽晶的硅面朝上时的示意图；
[0016]图1b为本申请实施例提供的碳化硅籽晶的碳面朝上时的示意图；
[0017]图2为本申请实施例提供的籽晶盖的基本结构示意图；
[0018]图3为本申请实施例提供的籽晶托的基本结构示意图；
[0019]图4为本申请实施例提供的籽晶装入籽晶托后的示意图；
[0020]图5为本申请实施例提供的籽晶与碳化硅籽晶固定装置装配后的示意图；
[0021]图6为本申请实施例提供的碳化硅籽晶固定装置与坩埚的装配示意图；
[0022]图7为本申请实施例提供的另一种籽晶托的基本结构示意图。
具体实施方式
[0023]这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本技术相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本技术的一些方面相一致的装置和方法的例子。
[0024]在描述本实施例提供的碳化硅籽晶固定装置之前，先对本实施例提到的SiC籽晶进行描述。
[0025]SiC是一种极性晶体，其(0001)硅面和(000
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1)碳面是不等价的。一般外延生长是在SiC的(0001)硅面上进行，为了区分其硅面和碳面，需要加工两个定位边，即主定位边和次定位边。图1a为本申请实施例提供的碳化硅籽晶的硅面朝上时的示意图，图1b为本申请实施例提供的碳化硅籽晶的碳面朝上时的示意图。如图1a和1b所述，碳化硅籽晶的硅面、碳面朝上时，其次定位边相对于主定位边的位置不同，进而可以实现对硅面和碳面的区分。为
描述籽晶的外形尺寸，本实施例定义了几个参数：晶体的直径(外径)D，其中心点至主定位边的距离S1，其中心点至次定位边的距离S2，籽晶的厚度T。
[0026]目前可以生长成体块SiC的晶型主要有两种类型，分别为4H
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SiC和6H
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SiC。为保持晶型的稳定型，4H
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SiC单晶的生长一般在籽晶的碳面上进行，即碳面朝向碳化硅粉料，相应的将其硅面定义为籽晶的背面；生长6H
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SiC的生长则在籽晶的硅面上进行，即硅面朝向碳化硅粉料，相应的将其碳面定义为籽晶的背面。
[0027]为了描述方便，本实施例首先以适合于4H
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SiC单晶生长的碳化硅籽晶固定装置为例，对其结构进行说明。
[0028]图2为本申请实施例提供的籽晶盖的基本结构示意图，图3为本申请实施例提供的籽晶托的基本结构示意图。如图2和3所示，本实施例提供的包括籽晶盖10和籽晶托20两部分结构组成，其中，籽晶盖10和籽晶托20可以但并不限于用石墨材料制成。
[0029]如图3本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无应力碳化硅籽晶固定装置，其特征在于，包括籽晶托和籽晶盖，其中：所述籽晶托为中部掏空的环形结构，沿其中轴线方向依次包括籽晶支撑部、籽晶容纳部、籽晶盖容纳部；所述籽晶支撑部的内周形状与籽晶的外周形状相同，所述籽晶支撑部的中心至其小边的距离小于所述籽晶的中心至其小边的距离，所述籽晶支撑部的中心至其大边的距离小于所述籽晶的中心至其大边的距离，所述籽晶支撑部的内径小于所述籽晶的外径；所述籽晶容纳部的内径大于所述籽晶的外径，所述籽晶容纳部的高度大于所述籽晶的厚度；所述籽晶盖容纳部的内径与所述籽晶盖的外径相匹配，所述籽晶盖为可拆卸装入所述籽晶盖容纳部。2.根据权利要求1所述的无应力碳化硅籽晶固定装置，其特征在于，所述籽晶容纳部的内周形状与所述籽晶的外周形状相同，所述籽晶容纳部的中心至其小边的距离大于所述籽晶的中心至其小边的距离，所述籽晶容纳部的中心至其大边的距离大于所述籽晶的中心至其大边的距离。3.根据权利要求1所述的无应力碳化硅籽晶固定装置，其特征在于，所述籽晶盖容纳部的高度等于所述籽晶盖的厚度。4.根据权利要求1所述的无应力碳化硅籽晶固定装置，其特征在于，所述籽晶盖容纳部的内径大于所述籽晶容纳部的内径。5.根据权利要求1所述的无应力碳化硅籽晶固定装...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡小波，徐南，张木青，杨祥龙，于国建，陈秀芳，王垚浩，徐现刚，
申请(专利权)人：广州南砂晶圆半导体技术有限公司，
类型：新型
国别省市：