一种PVT法生长SiC晶棒的石墨坩埚制造技术

本申请涉及SiC长晶领域，一种PVT法生长SiC晶棒的石墨坩埚，包括石墨坩埚组件和碳素钢桶，石墨坩埚组件包括坩埚、上盖、结晶座、底座和搁板；底座安装在坩埚底面上，搁板安装在底座上，其中搁板的顶面为凸起，搁板的顶部沿圆周均匀设置有若干加热棒，坩埚的顶部盖装有上盖，籽晶粘贴于坩埚内上盖底部，上盖由螺纹连接结晶座，sic原材料升华至结晶座成核生长成晶棒，结晶座控制晶棒的扩径。碳素钢桶设置在石墨坩埚组件的外侧，碳素钢桶内壁及外侧贴裹石墨碳毡。本申请有利于保证传输通道畅通，防止原材料的再结晶，提高升华速率以及晶棒的生长长度和质量。生长长度和质量。生长长度和质量。

【技术实现步骤摘要】
一种PVT法生长SiC晶棒的石墨坩埚


[0001]本申请涉及SiC长晶领域，尤其是涉及一种PVT法生长SiC晶棒的石墨坩埚。

技术介绍

[0002]目前国内SiC功率器件制造商所采用的衬底片大多数都采用进口，为了加快国内SiC行业的进展，摆脱受制于人的局面，需要产出我们自己的SiC衬底，并且成本要低。但基于当前国内长晶技术，晶棒长度有限。要想降低成本，产量提高，必须长出足够长度的晶棒，这就对长晶的技术提出挑战。
[0003]目前SiC的长晶都是在封闭的石墨坩埚容器中进行，将SiC原材料置于平台上，一定温度下升华传输至籽晶上。1.原材料中的温差对升华运输速率有重大影响，原材料升华对G.R的贡献随原材料中的温差增加而增大。但目前缺乏有效手段监测坩埚中的温场分布。之前的研究都是通过内部温场仿真，移动加热线圈，达到底部原材料的温差设计，而坩埚内部是个黑盒子，温度时刻在变化，即使仿真技术也无法计算出真实的温场分布。2.原理：SiC原材料表面和生长界面处速率决定物质的平衡压力。原材料升华速率小于原材料和籽晶之间的质量传输速率，晶体生长顺利进行。原材料升华速率大于原材料与晶籽晶间的质量传输速率，使SiC蒸汽逐渐积聚在原材料平台上方，平台上方的SiC蒸汽压力增大，严重阻碍了原材料中的质量传输通道，会造成生长中断。另一方面，原材料中较大的温度梯度将导致低温梯度区晶体颗粒的生长，如果SiC原材料的粒径增大，则渗透率降低。原材料的低渗透性不仅降低了升华原材料的质量，而且增加了原材料低温梯度区的SiC蒸汽压。

技术实现思路
/>[0004]为了克服现有技术中存在的问题，本申请提供一种PVT法生长SiC晶棒的石墨坩埚。
[0005]本申请提供的一种PVT法生长SiC晶棒的石墨坩埚采用如下的技术方案：
[0006]一种PVT法生长SiC晶棒的石墨坩埚，包括石墨坩埚组件和碳素钢桶，石墨坩埚组件包括坩埚、上盖、结晶座、底座和搁板；所述底座安装在坩埚底面上，搁板安装在底座上，其中搁板的顶面为凸起，搁板的顶部沿圆周均匀设置有若干加热棒，所述坩埚的顶部盖装有上盖，籽晶粘贴于坩埚内上盖底部，上盖由螺纹连接结晶座，Sic原材料升华至结晶座成核生长成晶棒，结晶座控制晶棒的扩径；所述碳素钢桶设置在石墨坩埚组件的外侧。
[0007]通过采用上述技术方案，在石墨坩埚组件外加碳素钢桶，能够有效的对石墨坩埚内进行保温，保证原材料在坩埚内的稳定分解。石墨坩埚的底座上安装搁板，将原材料在搁板上进行堆积，加热分解之后升华至籽晶，籽晶在上盖底部，分子沉积在结晶座中形成晶棒。将坩埚内放置原材料的搁板设计为凸起结构，利用凸起平台使原材料堆呈现中心高，沿坩埚壁一周较低的分布，能够有效缓解原材料中的温度梯度，降低温差，并且在搁板顶部圆周分布有若干加热棒，能够从中心对搁板上的原材料进行加热，从而保证传输通道的畅通，升华速率高。
[0008]优选的，坩埚的上盖与坩埚螺纹连接，坩埚的顶部开口处设置有切面为“L”型台阶，上盖的四周设置有与之适配的“L”型结构，且坩埚壁厚度为10
‑
15mm,内径为160
‑
200mm。
[0009]通过采用上述技术方案，上盖与坩埚螺纹连接，坩埚顶部开口处设置的“L”型台阶，配合上盖上的“L”型结构，能够将上盖与坩埚顶部连接紧密，并且在上盖和坩埚的连接处加四层石墨纸垫片，并采用特定工具旋紧，保证坩埚的密闭性。
[0010]优选的，搁板的底面为平面，搁板的顶面采用切面为弧形凸起，其中搁板的尺寸与坩埚的内径适配，搁板底部的底座安装在坩埚底面的中心，底座采用圆柱体结构。
[0011]通过采用上述技术方案，搁板底面采用平面与圆柱体结构的底座顶面连接，搁板顶部采用弧形凸起结构，让堆积在搁板上的原材料也形成弧形凸起的堆积结构，让原材料表面的边缘和中心的分解较为同步进行。
[0012]优选的，加热棒的数量为4
‑
6根，并且包括外径相同的实心加热棒或者空心加热棒，其中空心加热棒的内径为2
‑
3mm。
[0013]优选的，碳素钢桶外侧还套装有石英腔，且石英腔外绕装有电磁感应加热线圈。
[0014]通过采用上述技术方案，电磁感应加热线圈通过逆变器的功率输出，磁感线切割石墨坩埚加热，在使用过程中将带有碳素钢桶的石墨坩埚组件提升至石英腔中进行加热，完成之后可以进行分离，方便取出晶棒。
[0015]优选的，石英腔的腔壁采用中空双层石英玻璃层。
[0016]通过采用上述技术方案，中空双层石英玻璃中有18
‑
22度的循环冷却降温，所以石英玻璃的温度不高，其能够构造一个高真空且洁净度高的空间。
[0017]优选的，电磁感应加热线圈的底部距离坩埚底部的距离为4
‑
6cm。
[0018]优选的，碳素钢桶的内壁及外壁贴裹有石墨碳毡。
[0019]优选的，结晶座中心开设有圆锥状的穿孔，其中结晶座的上端开口的内径小于下端开口。
[0020]通过采用上述技术方案，结晶座中心开设有圆锥状的穿孔，结晶座底部的热流能够通过圆锥状的穿孔汇聚，降低了温度梯度，减少了原材料的再结晶，保证籽晶在结晶座之间的沉积形成晶棒。
[0021]综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
[0022]能够有效的缓冲原材料堆中的温度梯度，降低温度，从而保证传输通道畅通，升华速率高，减少原材料再结晶，充分利用原材料，能够长出更长的晶棒；
[0023]能够为后期的衬底片降低成本，该长晶设计为实现长度4cm直径6寸SiC晶棒提供可能性，有效提高晶棒的质量和长度。
附图说明
[0024]图1是一种PVT法生长SiC晶棒的石墨坩埚整体结构示意图。
[0025]附图标记说明：1、石墨坩埚组件；11、坩埚；12、上盖；13、结晶座；14、底座；15、搁板；151、加热棒；16、籽晶；2、碳素钢桶；21、石墨碳毡；3、石英腔；4、电磁感应加热线圈。
具体实施方式
[0026]以下结合附图1对本申请作进一步详细说明。
[0027]本申请实施例公开一种PVT法生长SiC晶棒的石墨坩埚。
[0028]参照图1，一种PVT法生长SiC晶棒的石墨坩埚，包括石墨坩埚组件1和碳素钢桶2，石墨坩埚组件1包括坩埚11、上盖12、结晶座13、底座14和搁板15；所述底座14安装在坩埚11底面上，搁板15安装在底座14上，其中搁板15的顶面为凸起，搁板15的顶部沿圆周均匀设置有若干加热棒151，所述坩埚11的顶部盖装有上盖12，籽晶16粘贴于坩埚11内上盖12底部，上盖12由螺纹连接结晶座13，Sic原材料升华至结晶座13成核生长成晶棒，结晶座13控制晶棒的扩径；所述碳素钢桶2设置在石墨坩埚组件1的外侧，在石墨坩埚组件1外加碳素钢桶2，能够有效的对石墨坩埚11内进行保温，保证原材料在坩埚11内的稳定分解。石墨坩埚11的底座14上安装搁板15，将原材料在搁板15上进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种PVT法生长SiC晶棒的石墨坩埚，包括石墨坩埚组件(1)和碳素钢桶(2)，其特征在于：所述石墨坩埚组件(1)包括坩埚(11)、上盖(12)、结晶座(13)、底座(14)和搁板(15)；所述底座(14)安装在坩埚(11)底面上，搁板(15)安装在底座(14)上，其中搁板(15)的顶面为凸起，搁板(15)的顶部沿圆周均匀设置有若干加热棒(151)，所述坩埚(11)的顶部盖装有上盖(12)，籽晶(16)粘贴于坩埚(11)内上盖(12)底部，上盖(12)由螺纹连接结晶座(13)，Sic原材料升华至结晶座(13)成核生长成晶棒，结晶座(13)控制晶棒的扩径；所述碳素钢桶(2)设置在石墨坩埚组件(1)的外侧。2.根据权利要求1所述的一种PVT法生长SiC晶棒的石墨坩埚，其特征在于：所述坩埚(11)的上盖(12)与坩埚(11)螺纹连接，所述坩埚(11)的顶部开口处设置有切面为“L”型台阶，所述上盖(12)的四周设置有与之适配的“L”型结构，且坩埚(11)壁厚度为10
‑
15mm,内径为160
‑
200mm。3.根据权利要求1所述的一种PVT法生长SiC晶棒的石墨坩埚，其特征在于：所述搁板(15)的底面为平面，搁板(15)的顶面采用切面为弧形凸起，其中搁板(15)的尺寸与坩埚(11)的内径适配，搁板...

【专利技术属性】
技术研发人员：王洁，奚衍罡，李海飞，
申请(专利权)人：南通罡丰科技有限公司，
类型：新型
国别省市：