[实用新型]一种碳化硅单晶生长用双层坩埚

说明书

本申请涉及一种碳化硅单晶生长用双层坩埚，包括外坩埚，所述外坩埚用于产生及辐射热量；内坩埚，所述内坩埚设在外坩埚的腔室内，在内坩埚上设有一坩埚盖，坩埚盖的最高点低于外坩埚侧壁的最高点；所述内坩埚的壁分为卡装部和传热部，所述卡装部设在内坩埚的上部，所述卡装部与外坩埚的内壁密封相连，所述传热部与外坩埚的内壁之间设有间隙。本申请所提供的双层坩埚，将热量发生器(即外坩埚)与原料容器(即内坩埚)独立开来，且双层之间设有封闭空间，能够有效降低原料组份直接渗透至外部对保温材料造成侵蚀损坏提高使用寿命，同时提高内部温场的对称性及均匀性，从而改善晶体的边缘质量。

技术领域

本申请涉及一种碳化硅单晶生长用双层坩埚，属于电子工业和半导体材料技术领域。

背景技术

碳化硅单晶是最重要的第三代半导体材料之一，因其具有禁带宽度大、饱和电子迁移率高、击穿场强大、热导率高等优异性质，而被广泛应用于电力电子、射频器件、光电子器件等领域。

PVT法生长碳化硅单晶的生长过程在密闭的石墨坩埚中进行，因此在高温下生长环境处于富碳气氛下。晶体生长初期，由于硅组分的蒸气分压较高，因此晶体生长界面处于硅组分和碳组分相平衡的状态。随着晶体生长的进行，碳化硅原料中的硅组分不断升华减少，导致生长腔室内的气相组分逐渐失衡成为富碳状态。在富碳的生长环境下，晶体生长的前沿界面会有碳的富集并形成碳包裹体缺陷。包裹体进而会诱生微管、位错、层错等缺陷，严重影响到碳化硅衬底质量进而影响外延层质量和器件性能。目前PVT生长SiC的长晶炉都是采用中频感应加热方式，中频线圈产生的磁场作用于石墨坩埚进行加热，同时石墨坩埚也是SiC生长原料的容器以及结晶室。现有技术有两种解决思路，一种是在坩埚外加圆环作为感应加热发生器，另外一种是在坩埚内部加部分内衬，将原料及坩埚壁隔离开来。但是上述方式对于温度梯度的控制并不是十分有效，在温度梯度控制效果不好的前提下，会导致整体质量可控性变差。因此，现在有一些技术在探究如何控制温度场以减少包裹体的形成。

在CN106929913A中，提供了一种分体式碳化硅晶体生长用坩埚，包括：用于盛放SiC晶体生长用原料的原料腔；相对移动地嵌套于所述原料腔的上部以形成晶体结晶区域的生长腔，所述生长腔具备生长室、和设于所述生长室的顶壁上的籽晶托；所述生长室的侧壁形成为由内筒与外筒构成的双层结构。本发明的坩埚在生长过程中能够调节晶体表面与原料表面的距离，保持温度场的稳定性。在CN107723798A中，公开了一种高效率制备高纯半绝缘碳化硅内坩埚及方法。本方法通过设计带有惰性气体石墨导流管和石墨限流罩结构的碳化硅内坩埚而实现。惰性气体在该结构作用下产生强制对流，石墨坩埚外壁形成强制对流层；当气体对流的流速和流量较大时，可以抑制扩散作用对浓度分布的影响。在本方法中，强制对流层的定向运动可以抑制石墨坩埚外部的氮气分子扩散进入石墨坩埚。因此，保温系统中的吸附氮作为污染源的问题得到了解决。该方法不需要使用惰性气体大气隔离室系统，也不需要进行很长时间的炉体抽真空的除氮气工艺处理。本发明具有高效率、设备简易的两个特点。可在目前本领域的多数碳化硅单晶炉系统中推广使用，该申请在解决上述问题的同时，也采用了双层结构，将热量发生器以及原料容器做了一定程度上的隔离。但是上述技术对于结晶得到的晶体边缘过冷，从而导致质量缺陷的问题并不能得到有效解决，而且上述申请中对于高温情况下，硅从侧壁渗出对于保温层造成的腐蚀并没有有效的处理措施，而此种腐蚀是造成整体设备寿命缩短的重要原因。

实用新型内容

为了解决上述问题，本申请提出了一种碳化硅单晶生长用双层坩埚，该装置结构设计合理，不对外部环境造成腐蚀影响，内部环境可控，可以有效的解决结晶晶体过冷以及硅外渗腐蚀保温层的问题。

本实用新型为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种碳化硅单晶生长用双层坩埚，包括：

外坩埚，所述外坩埚用于产生及辐射热量；

内坩埚，所述内坩埚设在外坩埚的腔室内，在内坩埚上设有一坩埚盖，坩埚盖的最高点低于外坩埚侧壁的最高点；