[实用新型]碳化硅长晶用坩埚

说明书

本申请公开了一种碳化硅长晶用坩埚。该坩埚包括腔室、形成该腔室的腔室壁和与该腔室壁连接的用于密封该腔室的盖子，该腔室壁包括内外两层，分别为位于内层的第一层壁，和位于外层的第二层壁，该第一层壁的外壁和外底与该第二层壁的内壁和内底之间形成具有一定宽度的空腔；该第一层壁的侧壁上设有贯穿该第一层壁的第一开孔；该第二层壁的侧壁上设有贯穿该第二层壁的第二开孔。本实用新型可以使腔室内物料区域的温场更加稳定有序，为各种气氛的传输提供了通路，消除腔室底部边角由于热量集中造成的粉料碳化，从而提高碳化硅单晶连续生长质量，提高碳化硅粉料质量及合成效率，有效降低单晶中的杂质含量及缺陷，最终显著提高碳化硅单晶质量。

技术领域

本实用新型涉及一种碳化硅长晶用坩埚。

背景技术

碳化硅是典型的宽禁带半导体材料，是继硅、砷化镓之后的第三代半导体材料代表之一。碳化硅材料具有高热导率、高击穿场强、高饱和电子迁移率等优异特性，成为制备高温、高频、高功率及抗辐射器件的热门材料之一。

目前，碳化硅生长的方法主要有物理气相传输法(PVT)、液相外延法(LPE)、化学气相沉积法(CVD)等，其中PVT法是应用最成熟的方法，也是目前唯一的一种可以提供商用碳化硅衬底需求的生长方法。PVT法生长碳化硅单晶的生长炉一般都采用感应加热的方式，即在感应线圈中通中频交流电，通过坩埚的感应发热对生长室内的碳化硅粉料进行加热，使粉料分解，在温度较低的籽晶处结晶生长，从而实现单晶的生长。

感应加热的优点是加热速度快，效率较高，但是其劣势也比较明显。由于加热存在趋肤效应，发热区仅位于生长室的表面，加热不够均匀；当生长室尺寸不断扩大时，由于发热区与生长室中心距离较远，将产生过大的径向的温度梯度。最重要的是，坩埚内投放的碳化硅粉料料量固定，单晶生长过程中伴随着碳化硅粉料的不断碳化，硅蒸气分压逐渐降低导致坩埚内慢慢过渡为富碳气氛。富碳气氛达到一定程度将会导致碳化硅单晶停止生长，生长过程无法连续；且低硅蒸气分压会造成碳化硅单晶生长界面碳硅比失衡，次生多型、包裹体等缺陷，降低碳化硅单晶质量。

另外，碳化硅衬底中的杂质是制约碳化硅半导体器件性能的关键因素之一，因此制备高纯碳化硅粉料成为控制碳化硅衬底杂质的一大核心技术。目前，碳化硅粉料制备主要采用高温自蔓延合成法实现，通过碳粉和硅粉直接接触发生反应获得碳化硅粉料。为获得高纯碳化硅粉料，高温自蔓延合成法被不断优化并获得相对纯度较高的碳化硅粉料。中国专利CN102674357A公开了利用高纯碳粉和硅粉通过预处理后高温合成获得高纯碳化硅粉料的技术。中国专利CN103508454B公开了三步合成高纯碳化硅粉料的方法，先通过高温合成碳化硅粉料，然后压碎高温氧化形成二次碳化硅，最后通过高温真空脱气，形成三次碳化硅粉料。中国专利CN105417541A提出通过反应前洗炉处理及反应过程中通入高纯氢气从而大大提高合成环境的纯度，获得高纯碳化硅粉料。以上所述专利方法中均为高纯碳粉和高纯硅粉混合后在高温环境下反应得到碳化硅粉料，而高纯碳粉和高纯硅粉的粒度均相对较小，混合堆积过程中不可避免会夹杂杂质气体，在合成过程中碳粉和硅粉中夹杂的气体很难被完全抽走，因而碳化硅粉料纯度会受到较大影响；且工序相对复杂，碳化硅粉料制备成本较高。最重要的是，高温下合成的碳化硅粉料往往碳化严重，极大的降低了碳化硅粉料合成的效率，变向的大幅拉升碳化硅粉料合成的成本。

实用新型内容

针对现有技术中存在的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种碳化硅长晶用坩埚，其内外双层腔室壁设计、双层腔室壁侧壁的开孔设计以及腔室壁底角的圆弧形设计，可以使腔室内物料区域的温场更加稳定有序，为各种气氛的传输提供了通路，消除腔室底部边角由于热量集中造成的粉料碳化，从而提高碳化硅单晶连续生长质量，提高碳化硅粉料质量及合成效率，有效降低单晶中的杂质含量及缺陷，最终显著提高碳化硅单晶质量。

为达到以上目的，本实用新型采取的技术方案是：