碳化硅单晶生长用坩埚结构和碳化硅单晶的生长方法技术

本发明专利技术公开一种碳化硅单晶生长用坩埚结构和碳化硅单晶的生长方法，坩埚结构包括坩埚主体，设有碳化硅原料腔体和顶部开口；封闭所述顶部开口的坩埚盖，所述坩埚盖底部设置有籽晶；至少布置在碳化硅原料腔体的目标原料位以下的石墨过滤结构，所述石墨过滤结构上开设有多层通气孔，且相邻的两层所述通气孔在竖直方向上错位布置。这样一来，在碳化硅单晶生长过程中，碳化硅原料升华形成的气流会经过石墨过滤结构向上进行输运，在气流向上输运的过程中，气流中的碳颗粒等杂质会因石墨过滤结构的阻挡而过滤掉，而气流可以穿过通气孔，传输不会受到影响，从而阻止碳颗粒等杂质进入碳化硅单晶生长界面而形成包裹物，能够有效减少碳化硅单晶中的包裹物。硅单晶中的包裹物。硅单晶中的包裹物。

【技术实现步骤摘要】
碳化硅单晶生长用坩埚结构和碳化硅单晶的生长方法


[0001]本专利技术涉及碳化硅单晶生长
，更具体地说，涉及一种碳化硅单晶生长用坩埚结构，本专利技术还涉及一种碳化硅单晶的生长方法。

技术介绍

[0002]包裹物是碳化硅单晶中的一类主要缺陷，其存在会对器件的性能、量产时的成品率产生很大的影响。在物理气相传输法生长碳化硅单晶的过程中，一方面由于碳化硅原料中存在有各种各样的杂质，这些杂质在高温下会随着原料升华成气相，在籽晶生长面及晶体中聚集形成杂质颗粒的包裹物；另一方面由于硅组分的低熔点特性，其会优先蒸发及升华，硅的优先蒸发和升华特性会导致碳化硅原料逐渐疏松和碳化，在碳化硅进一步生长过程中，气流会带着这些碳颗粒进入籽晶生长面，从而在碳化硅单晶中形成碳包裹物。
[0003]综上所述，如何减少碳化硅单晶中的包裹物，是目前本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于公开一种碳化硅单晶生长用坩埚结构，以减少碳化硅单晶中的包裹物。
[0005]本专利技术的另一目的在于公开一种碳化硅单晶的生长方法，以减少碳化硅单晶中的包裹物。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术公开如下技术方案：
[0007]一种碳化硅单晶生长用坩埚结构，包括：
[0008]坩埚主体，设置有碳化硅原料腔体和顶部开口；
[0009]封闭所述顶部开口的坩埚盖，所述坩埚盖底部设置有籽晶；
[0010]至少布置在碳化硅原料腔体的目标原料位以下的石墨过滤结构，所述石墨过滤结构上开设有多层通气孔，且相邻的两层所述通气孔在竖直方向上错位布置。
[0011]优选的，上述坩埚结构中，所述过滤结构包括：
[0012]布置在所述目标原料位以下的多根石墨过滤管，所述石墨过滤管为具有管腔和多个弯折的中空管，所述石墨过滤管沿长度方向布置有多个通气孔，且所述通气孔包括供气体进入所述管腔的进气孔和供气体排出所述管腔的出气孔，在竖直方向上相邻的所述进气孔和所述出气孔在竖直方向上错位布置。
[0013]优选的，上述坩埚结构中，所述石墨过滤管为呈螺旋状弯曲的螺旋管。
[0014]优选的，上述坩埚结构中，所述螺旋管的轴线沿竖直方向，相邻两个所述螺旋管的螺旋圈在竖直方向具有部分重叠，所述螺旋管的数量为1
‑
10。
[0015]优选的，上述坩埚结构中，所述螺旋管的匝数为1
‑
10，内径为10
‑
50mm，管壁厚度为1
‑
10mm，螺旋圈外径为10mm
‑
100mm；
[0016]所述螺旋管顶端比所述目标原料位低0
‑
5mm；
[0017]所述通气孔的孔径为5μm
‑
5mm；
[0018]所述通气孔沿所述螺旋管长度方向的孔密度为1
‑
10/cm。
[0019]优选的，上述坩埚结构中，所述石墨过滤管的表面设置有难熔金属的碳化物镀层，所述碳化物镀层的厚度为1
‑
20μm。
[0020]优选的，上述坩埚结构中，所述石墨过滤结构还包括：
[0021]布置在所述目标原料位上方的至少一层石墨过滤片，所述石墨过滤片上设置有多个所述通气孔。
[0022]从上述的技术方案可以看出，本专利技术公开的碳化硅单晶生长用坩埚结构中，坩埚主体的碳化硅原料腔体内设置有至少布置在碳化硅原料腔体的目标原料位以下的石墨过滤结构，石墨过滤结构上开设有多层通气孔，且相邻的两层通气孔在竖直方向上错位布置；这样一来，在碳化硅单晶生长过程中，碳化硅原料升华形成的气流会经过石墨过滤结构向上进行输运，在气流向上输运的过程中，气流中的碳颗粒等杂质会因石墨过滤结构的阻挡而过滤掉，而气流可以穿过通气孔，传输不会受到影响，从而阻止碳颗粒等杂质进入碳化硅单晶生长界面而形成包裹物，能够有效减少碳化硅单晶中的包裹物。
[0023]本专利技术还公开了一种碳化硅单晶的生长方法，采用上述任意一种坩埚结构通过物理气相传输法生长碳化硅单晶。
[0024]优选的，上述生长方法中，所述物理气相传输法具体包括：
[0025]将所述坩埚盖内侧设置的籽晶处温度设置在2100
‑
2300℃之间，所述碳化硅原料腔体内的碳化硅原料处温度设置在2300
‑
2500℃之间，在1000Pa
‑
3000Pa的压力下生长获得碳化硅单晶。
[0026]从上述的技术方案可以看出，本专利技术公开的碳化硅单晶的生长方法采用上述坩埚结构通过物理气相传输法生长碳化硅单晶，坩埚主体的碳化硅原料腔体内设置有至少布置在碳化硅原料腔体的目标原料位以下的石墨过滤结构，石墨过滤结构上开设有多层通气孔，且相邻的两层通气孔在竖直方向上错位布置；在碳化硅单晶生长过程中，碳化硅原料升华形成的气流会经过石墨过滤结构向上进行输运，在气流向上输运的过程中，气流中的碳颗粒等杂质会因石墨过滤结构的阻挡而过滤掉，而气流可以穿过通气孔，传输不会受到影响，从而阻止碳颗粒等杂质进入碳化硅单晶生长界面而形成包裹物，能够有效减少碳化硅单晶中的包裹物。
附图说明
[0027]为了更清楚地说明本专利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，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0028]图1是本专利技术实施例公开的碳化硅单晶生长用坩埚结构的结构示意图；
[0029]图2是本专利技术实施例公开的采用没有石墨过滤管的坩埚结构生长的SiC单晶的显微形貌图像；
[0030]图3是本专利技术实施例公开的采用设置有无镀层石墨过滤管的坩埚结构生长的SiC单晶的显微形貌图像；
[0031]图4是本专利技术实施例公开的采用设置有具有难熔金属碳化物镀层的石墨过滤管的坩埚结构生长的SiC单晶的显微形貌图像。
具体实施方式
[0032]本专利技术实施例公开了一种碳化硅单晶生长用坩埚结构，减少了碳化硅单晶中的包裹物。
[0033]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。
[0034]请参考附图1，本专利技术实施例公开的碳化硅单晶生长用坩埚结构，包括坩埚主体1，设置有碳化硅原料腔体和顶部开口；封闭顶部开口的坩埚盖4，坩埚盖4底部设置有籽晶3；至少布置在碳化硅原料腔体的目标原料位5以下的石墨过滤结构，石墨过滤结构上开设有多层通气孔，且相邻的两层通气孔在竖直方向上错位布置。
[0035]具体的，坩埚盖4通过螺纹连接旋拧在坩本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳化硅单晶生长用坩埚结构，其特征在于，包括：坩埚主体(1)，设置有碳化硅原料腔体和顶部开口；封闭所述顶部开口的坩埚盖(4)，所述坩埚盖(4)底部设置有籽晶(3)；至少布置在碳化硅原料腔体的目标原料位(5)以下的石墨过滤结构，所述石墨过滤结构上开设有多层通气孔，且相邻的两层所述通气孔在竖直方向上错位布置。2.根据权利要求1所述的坩埚结构，其特征在于，所述过滤结构包括：布置在所述目标原料位(5)以下的多根石墨过滤管(2)，所述石墨过滤管(2)为具有管腔和多个弯折的中空管，所述石墨过滤管(2)沿长度方向布置有多个通气孔，且所述通气孔包括供气体进入所述管腔的进气孔和供气体排出所述管腔的出气孔，在竖直方向上相邻的所述进气孔和所述出气孔在竖直方向上错位布置。3.根据权利要求2所述的坩埚结构，其特征在于，所述石墨过滤管(2)为呈螺旋状弯曲的螺旋管。4.根据权利要求3所述的坩埚结构，其特征在于，所述螺旋管的轴线沿竖直方向，相邻两个所述螺旋管的螺旋圈在竖直方向具有部分重叠，所述螺旋管的数量为1
‑
10。5.根据权利要求4所述的坩埚结构，其特征在于，所述螺旋管的匝数为1
‑
10，内径为10
‑
50mm，管壁厚度为1
‑
10m...

【专利技术属性】
技术研发人员：雍庆，娄艳芳，刘春俊，王光明，姚静，张宁，彭同华，杨建，
申请(专利权)人：新疆天科合达蓝光半导体有限公司江苏天科合达半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：