[发明专利]一种非粘接籽晶式钽坩埚及生长晶体的方法

说明书

一种非粘接籽晶式钽坩埚的设计与应用方法，属于半导体制造和工艺技术领域。本发明解决了目前使用物理气相运输法制备氮化铝单晶晶体时存在的缺陷，本发明包括钽圆片、钽坩埚圆筒、十字钽薄片、石墨保温结构、原料放置区、晶体生长区、氮化铝原料和籽晶，所述钽圆片盖在钽坩埚圆筒的两端，钽坩埚圆筒放置在石墨保温装置内，钽坩埚圆筒两端的内径不同，钽坩埚圆筒的内侧面呈阶梯状，十字钽薄片横架在钽坩埚圆筒中，十字钽薄片与上钽圆片之间形成的区域为晶体生长区，十字钽薄片与下钽圆片之间形成的区域为原料放置区，氮化铝原料放置在原料放置区内，籽晶放置在晶体生长区内。本发明结构简单，代替了以往需要用胶水将籽晶固定在坩埚盖上。

技术领域

本发明涉及一种非粘接籽晶式钽坩埚及生长晶体的方法，属于半导体制造装置和工艺技术领域。

背景技术

氮化铝属于第三代半导体材料之一，它具有高禁带宽度、高击穿场强、高热导率、高饱和电子飘逸速率以及化学稳定性强等优异特性，在高温、高频、高功率、抗辐射器件和深紫外光电击器件等方面均具有广阔的应用前景。

目前，氮化铝单晶晶体的制备只要是使用物理气相运输法。物理气相运输法的基本过程是在一个特定的温度场中，作为生长原料的固态粉体发生分解升华，生成气相组分，在轴向温度梯度驱动下，气相组分向温度相对低的生长界面运动，并在生长界面上吸附、迁移、结晶与脱附，是生长界面稳定地向原料区生长，最终生成晶体。

在使用物理气相运输法制备氮化铝单晶晶体时，普遍应用的装置将氮化铝籽晶固定在位于坩埚顶部的坩埚盖上，而最常用的一种固定方法是在实验前使用胶水将籽晶粘贴在坩埚盖上。这种方法存在以下几种缺陷：

1.这种方法使用的胶水应当是在高温环境下不失效的胶水，这种胶水造价昂贵；

2.使用胶水将籽晶粘贴在坩埚盖上时，粘贴的手续繁琐，容易胶水涂抹不均匀或用量过大造成浪费。

3.粘贴过程中容易在胶水内部形成气泡，影响籽晶与坩埚盖的贴合度。

4.长晶实验结束后难以将得到的晶体与坩埚盖进行分离，需要消耗大量的时间和人力。

5.在使用物理气相运输法制备氮化铝单晶晶体的过程中，试验温度高达2000℃，氮化铝粉料中会分解出铝蒸气，具有很强的活性，能与钽发生反应，缩短钽坩埚的使用寿命。

综上所述，亟需一种非籽晶粘贴式钽坩埚的氮化铝晶体生长装置以及应用方法用来解决以上问题。

发明内容

本发明解决了目前粘贴籽晶式氮化铝生长装置存在的缺陷问题。在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个该书并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。

本发明的技术方案：

一种非粘接籽晶式钽坩埚，包括钽圆片、钽坩埚圆筒、十字钽薄片、石墨保温结构、原料放置区、晶体生长区、氮化铝原料和籽晶，所述钽圆片盖在钽坩埚圆筒的两端，钽坩埚圆筒放置在石墨保温装置内，钽坩埚圆筒两端的内径不同，钽坩埚圆筒的内侧面呈阶梯状，十字钽薄片横架在钽坩埚圆筒中，十字钽薄片与上钽圆片之间形成的区域为晶体生长区，十字钽薄片与下钽圆片之间形成的区域为原料放置区，氮化铝原料放置在原料放置区内，籽晶放置在晶体生长区内。

进一步的，所述钽坩埚圆筒两端的内径差值在1.8mm～2mm范围内。

进一步的，所述十字钽薄片的厚度为1mm～1.5mm范围内。

进一步的，所述十字钽薄片的四处边缘呈圆弧形，四处圆弧的弧度与钽坩埚圆筒内侧面的弧度一致，十字钽薄片的长度稍小于钽坩埚圆筒内径大的一端的内径尺寸，差值在0.6mm～0.8mm内。

一种非粘接籽晶式钽坩埚生长晶体的方法，分为三个步骤：