[发明专利]一种坩埚结构

说明书

本发明公开了一种坩埚结构，涉及碳化硅单晶制备装置领域；该坩埚结构包括坩埚本体、第一导流组件和分流组件；坩埚本体的底部用于放置SiC粉料，坩埚本体的顶部具有用于放置SiC籽晶的放置区域；第一导流组件设置于坩埚本体内，与坩埚本体的内侧壁贴合，且第一导流组件包括第一导流环，第一导流环两端均具有正对放置区域的第一开口，且第一导流环在坩埚本体底部至顶部方向上尺寸逐渐减小；分流组件包括盖体，盖体盖设于靠近坩埚本体顶部的第一开口外，且与第一导流环间隔设置并与第一导流环形成用于与第一开口连通的间隙，间隙用于供SiC粉料升华后的气氛流通。该坩埚结构能显著减少碳包裹物产生且能有效地减少晶体生长过程中螺旋错位产生。

技术领域

本发明涉及碳化硅单晶制备装置领域，具体而言，涉及一种坩埚结构。

背景技术

碳化硅单晶材料因其自身宽禁带、高热导率、高击穿电场、高抗辐射能力等特点，其制成的半导体器件能够满足对当今对高功率和强辐射器件的需求，是制备高温、高频、高功率和抗辐射器件的理想衬底材料，并在混合动力汽车、高压输电、LED照明和航天航空等领域崭露头角，而生长高质量的SiC晶体则是实现这些SiC基器件的优异性能的基础。

SiC晶体不会出现在大自然中，只能通过合成的方法来获得SiC晶体。目前碳化硅单晶的方法主要有物理气相传输法、高温化学气相沉积法、液相外延法等。其中物理气相传输法是发展最成熟的，这种方法被世界上绝大多数研究机构和公司所采用。物理气相沉积法(PVT)采用中频感应加热，高密度石墨坩埚作为发热体。SiC粉料放置在石墨坩埚底部，SiC籽晶处于石墨坩埚顶部，生长4H-SiC普遍采用C面作为生长面进行晶体生长，以使得碳化硅粉末直接升华成Si、Si₂C、SiC₂等气体，并传输到籽晶处沉积结晶成碳化硅单晶。

然而，现有技术中，在SIC晶体生长过程中，尽管所用的SiC原料平均颗粒尺寸约200um，但原料的粒度分布范围较宽，最细颗粒直径只有几微米，粗的可达几百微米甚至毫米量级。晶体生长初期，由于此时生长温度相对较低，生长室内气相蒸气压较低，因此生长速度较慢，原料石墨化还未开始。随着生长的进行，生长室内气相蒸气压逐渐增大，细颗粒的原料石墨化也逐渐开始，石墨化后的细颗粒有可能在生长室内气相蒸气的对流作用下带到生长界面，从而在晶体中开始产生包裹物。但由于此时生长刚开始不久，原料刚开始石墨化，石墨颗粒较少，此时包裹物的密度较低。随着生长的进一步进行，原料石墨化严重，大量的石墨颗粒产生，这些细小的石墨颗粒很容易被升华的气流及气相蒸汽的对流带动晶体生长表面，从而形成包裹物。由于生长室内的蒸气压有几百Pa，在温度梯度的作用下生长室内将会产生一定的对流，完全石墨化的细颗粒极有可能在对流的作用下到达生长界面，从而在生长的晶体中产生碳包裹物。

研究发现，微管是SiC晶体中的“杀手型”缺陷，该缺陷的存在将严重影响SiC器件的性能，微管密度已成为SiC晶片最重要的指标参数之一。碳包裹物是晶体中微管的一个来源，观察发现，碳包裹物既能够终止微管，也能够诱导微管的产生。因此要减少微管密度，除了选用高质量籽晶和抑制多型相变的发生外，还要抑制晶体中碳包裹物的产生。

发明内容

本发明的实施例提供了一种能显著减少碳包裹物产生且能有效地减少晶体生长过程中螺旋错位产生的目的坩埚结构。

本发明的实施例可以这样实现：

本发明提供一种坩埚结构，包括：

坩埚本体，坩埚本体的底部用于放置SiC粉料，坩埚本体的顶部具有用于放置SiC籽晶的放置区域；

第一导流组件，第一导流组件设置于坩埚本体内，与坩埚本体的内侧壁贴合，且第一导流组件包括第一导流环，第一导流环两端均具有正对放置区域的第一开口，且第一导流环在坩埚本体底部至顶部方向上尺寸逐渐减小；

分流组件，包括盖体，盖体盖设于靠近坩埚本体顶部的第一开口外，且与第一导流环间隔设置并与第一导流环形成用于与第一开口连通的间隙，间隙用于供SiC粉料升华后的气氛流通。