本發(fā)明涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，尤其是涉及一種可減少碳包裹的碳化硅熱場(chǎng)體系。

背景技術(shù)：

1、碳化硅(sic)單晶材料是目前發(fā)展較為成熟的寬禁帶半導(dǎo)體材料，在高壓、高頻、高功率及耐高溫等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。目前，新能源汽車、光伏逆變、軌道交通、特高壓電網(wǎng)以及5g通訊中采用碳化硅功率器件的占比在逐年增多。在不久的將來，碳化硅單晶材料將成為最重要的電子材料之一。

2、生長(zhǎng)碳化硅單晶最常用的方法是物理氣相傳輸法(physical?vapor?transport；pvt)，該方法是將高純碳化硅粉及籽晶分別固定在石墨坩堝的底部和頂部，通過感應(yīng)線圈加熱坩堝至2000℃以上使碳化硅粉升華成碳化硅蒸氣，由于受到溫度梯度的調(diào)控，碳化硅蒸氣向上傳輸并沉積在籽晶的端面上結(jié)晶、生長(zhǎng)。然而相關(guān)技術(shù)中的碳化硅熱場(chǎng)體系生長(zhǎng)出的碳化硅晶體容易出現(xiàn)碳包裹缺陷，極大地影響碳化硅晶體的品質(zhì)，因此如何減少生長(zhǎng)出的碳化硅晶體的碳包裹缺陷是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、發(fā)明人在實(shí)際研究中發(fā)現(xiàn)：pvt法中通常伴隨的碳包裹產(chǎn)生的原因主要可歸結(jié)于以下兩點(diǎn)：1、晶體生長(zhǎng)后期，碳化硅粉源發(fā)生嚴(yán)重石墨化；2、晶體生長(zhǎng)前中期，發(fā)生非化學(xué)計(jì)量比升華的富硅氣相組分，粉源至籽晶接長(zhǎng)面之間區(qū)域的石墨坩堝內(nèi)壁與非穩(wěn)態(tài)物質(zhì)發(fā)生結(jié)晶，部分碳再次反應(yīng)后形成細(xì)小的顆粒，隨著上浮的氣相摻雜到晶體中。

2、對(duì)于問題1，通?？梢酝ㄟ^增加裝料量及鋪設(shè)過濾層加以消除或抑制，此外，中后期形成的碳包裹對(duì)于晶體結(jié)構(gòu)缺陷(多型及微管)的產(chǎn)生影響不大，對(duì)碳化硅襯底片的切片良率影響較小。但是對(duì)于晶體生長(zhǎng)前中期發(fā)生的問題2型碳包裹，則會(huì)直接導(dǎo)致初期相變及伴生微管的產(chǎn)生。對(duì)于晶體質(zhì)量的影響則是致命性的；

3、對(duì)于問題2型碳包裹，晶體生長(zhǎng)初期，碳化硅粉源發(fā)生非化學(xué)計(jì)量比分解升華，產(chǎn)生的富硅氣相組分(非穩(wěn)態(tài)物質(zhì))通過擴(kuò)散模型自粉源端向晶體生長(zhǎng)端輸運(yùn)，當(dāng)靠近粉源與晶體接長(zhǎng)面區(qū)域內(nèi)的石墨坩堝內(nèi)壁后，由于軸向溫度梯度的存在，石墨坩堝內(nèi)壁溫度較低，這部分非穩(wěn)態(tài)的富硅氣相組分隨之發(fā)生結(jié)晶，即，非穩(wěn)態(tài)的富硅氣相組分在此區(qū)域內(nèi)與石墨壁發(fā)生反應(yīng)，這就導(dǎo)致石墨坩堝內(nèi)壁處的一部分碳分解。

4、由于在此區(qū)域內(nèi)，雖可以部分發(fā)生反應(yīng)，但尚不具備穩(wěn)定的結(jié)晶條件，故，此部分結(jié)晶產(chǎn)物會(huì)陸續(xù)分解，分解的過程中，再次形成富硅氣相組分和脫離的碳，因此，導(dǎo)致石墨坩堝內(nèi)壁中脫離的碳向上輸運(yùn)，摻雜于晶體之內(nèi)。這部分碳包裹通常出現(xiàn)于晶體生長(zhǎng)初期，極易造成因碳包裹造成的多型相變，從而伴生微管或嚴(yán)重的螺旋位錯(cuò)缺陷。因此，對(duì)單晶的生長(zhǎng)是致命性的。

5、本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明在于提出一種可減少碳包裹的碳化硅熱場(chǎng)體系，在長(zhǎng)晶過程中，石墨筒內(nèi)部的弧形段因?yàn)椤摆吥w效應(yīng)”相對(duì)于同橫截面維度上溫度更高，有利于抑制晶體生長(zhǎng)初期由于非穩(wěn)態(tài)的富硅氣相組分在石墨筒內(nèi)壁發(fā)生結(jié)晶情況來減少前中期碳包裹。

6、根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的可減少碳包裹的碳化硅熱場(chǎng)體系，包括：石墨蓋，所述石墨蓋的底部設(shè)有籽晶；石墨筒，所述石墨筒設(shè)于所述石墨蓋的下方，所述石墨筒的頂部與所述石墨蓋可拆卸地相連，所述石墨筒具有氣流通道，所述石墨筒包括弧形段和直管段，所述直管段位于所述弧形段的下方，所述直管段的頂端與所述弧形段的底端相連，所述弧形段的內(nèi)壁呈外凸的圓弧過渡，在從上到下的方向上，所述弧形段的內(nèi)徑逐漸增大；坩堝本體，所述石墨筒的底部與所述坩堝本體可拆卸地相連，所述坩堝本體的底部設(shè)有碳化硅粉源。

7、根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的可減少碳包裹的碳化硅熱場(chǎng)體系，通過使得弧形段的內(nèi)壁呈外凸的圓弧過渡，可以增大弧形段內(nèi)壁的表面積，在長(zhǎng)晶過程中，石墨筒內(nèi)部的弧形段因?yàn)椤摆吥w效應(yīng)”相對(duì)于同橫截面維度上溫度更高，可以使得粉源至晶體接長(zhǎng)面區(qū)域石墨坩堝壁局部溫度升高，有利于抑制晶體生長(zhǎng)初期由于非穩(wěn)態(tài)的富硅氣相組分在石墨筒內(nèi)壁發(fā)生結(jié)晶情況來減少前中期碳包裹，從而提高碳化硅晶體的生長(zhǎng)質(zhì)量。

8、在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述碳化硅熱場(chǎng)體系還包括：石墨紙，所述石墨蓋蓋設(shè)于所述石墨筒上，所述石墨蓋的底部具有第一臺(tái)階槽，所述石墨筒的頂部具有與所述第一臺(tái)階槽相對(duì)的第二臺(tái)階槽，所述石墨紙位于所述第一臺(tái)階槽和所述第二臺(tái)階槽限定出的安裝空間內(nèi)，所述籽晶通過所述石墨紙粘貼至所述石墨蓋。

9、在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述弧形段的高度h為80mm-120mm，所述弧形段的頂端的內(nèi)徑d1為155mm-165mm，所述弧形段的底端的內(nèi)徑d2為175mm-185mm。

10、在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述石墨筒的外徑d3為210mm-220mm，在從上到下的方向上，所述石墨筒的厚度逐步減小。

11、在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述石墨筒的壁厚t為8mm-10mm。

12、在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述石墨筒的內(nèi)壁具有多個(gè)溝槽，多個(gè)所述溝槽在所述石墨筒的周向均勻間隔開排布，每個(gè)溝槽在上下方向延伸且呈彎曲向所述籽晶端延伸。

13、在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述溝槽的橫截面形成為弧形。

14、在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述溝槽的深度w是3mm-4mm。

15、在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述碳化硅熱場(chǎng)體系還包括：過濾層，所述過濾層設(shè)于所述坩堝本體內(nèi)且位于所述碳化硅原料的上方，所述過濾層設(shè)有多個(gè)過濾孔，所述過濾孔的孔徑小于所述碳化硅粉的粒徑。

16、在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述石墨筒的底部具有第一螺紋段，所述坩堝本體具有第二螺紋段，所述第一螺紋段和所述第二螺紋段螺紋配合。

17、本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。

技術(shù)特征：

1.一種可減少碳包裹的碳化硅熱場(chǎng)體系，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可減少碳包裹的碳化硅熱場(chǎng)體系，其特征在于，還包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可減少碳包裹的碳化硅熱場(chǎng)體系，其特征在于，所述弧形段的高度h為80mm-120mm，所述弧形段的頂端的內(nèi)徑d1為155mm-165mm，所述弧形段的底端的內(nèi)徑d2為175mm-185mm。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可減少碳包裹的碳化硅熱場(chǎng)體系，其特征在于，所述石墨筒的外徑d3為210mm-220mm，在從上到下的方向上，所述石墨筒的厚度逐步減小。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可減少碳包裹的碳化硅熱場(chǎng)體系，其特征在于，所述石墨筒的壁厚t為8mm-10mm。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可減少碳包裹的碳化硅熱場(chǎng)體系，其特征在于，所述石墨筒的內(nèi)壁具有多個(gè)溝槽，多個(gè)所述溝槽在所述石墨筒的周向均勻間隔開排布，每個(gè)溝槽在上下方向延伸且呈彎曲向所述籽晶端延伸。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的可減少碳包裹的碳化硅熱場(chǎng)體系，其特征在于，所述溝槽的橫截面形成為弧形。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的可減少碳包裹的碳化硅熱場(chǎng)體系，其特征在于，所述溝槽的深度w是3mm-4mm。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可減少碳包裹的碳化硅熱場(chǎng)體系，其特征在于，還包括：

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可減少碳包裹的碳化硅熱場(chǎng)體系，其特征在于，所述石墨筒的底部具有第一螺紋段，所述坩堝本體具有第二螺紋段，所述第一螺紋段和所述第二螺紋段螺紋配合。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種可減少碳包裹的碳化硅熱場(chǎng)體系，包括：石墨蓋，石墨蓋的底部設(shè)有籽晶；石墨筒，石墨筒設(shè)于石墨蓋的下方，石墨筒的頂部與石墨蓋可拆卸地相連，石墨筒具有氣流通道，石墨筒包括弧形段和直管段，直管段位于弧形段的下方，直管段的頂端與弧形段的底端相連，弧形段的內(nèi)壁呈外凸的圓弧過渡，在從上到下的方向上，弧形段的內(nèi)徑逐漸增大；坩堝本體，石墨筒的底部與坩堝本體可拆卸地相連，坩堝本體的底部設(shè)有碳化硅粉源。根據(jù)本發(fā)明的碳化硅熱場(chǎng)體系，在長(zhǎng)晶過程中，石墨筒內(nèi)部的弧形段因?yàn)椤摆吥w效應(yīng)”相對(duì)于同橫截面維度上溫度更高，有利于抑制晶體生長(zhǎng)初期由于非穩(wěn)態(tài)的富硅氣相組分在石墨筒內(nèi)壁發(fā)生結(jié)晶情況來減少前中期碳包裹。

技術(shù)研發(fā)人員：李遠(yuǎn)田,吳建
受保護(hù)的技術(shù)使用者：江蘇集芯先進(jìn)材料有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/9/9