[发明专利]消除碳化硅单晶生长过程中硅对石墨体腐蚀的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及碳化硅生长技术领域，特别是一种消除碳化硅单晶生长过程中硅对石墨体腐蚀的方法，及其装置。

背景技术

以第三代半导体中技术最为成熟的就是SiC（碳化硅）。SiC作为间接带隙半导体，其特点主要有带隙宽、热导率高、击穿强度高、化学性能好、抗辐射能力强等，在半导体应用领域具有非常明显的优势。

目前生长大直径碳化硅单晶的主流方法是物理气相输运法(PVT法)。典型的生长结构组成包括坩埚和坩埚盖两大部分，生长机理是将SiC粉源放置在坩埚中，籽晶固定在粉源上部盖子上，进行生长。PVT法SiC单晶生长的基本过程分别为：原料分解升华、质量传输和在籽晶上结晶。在原料的分解传输过程中主要驱动力来自原料间的温度梯度。在原料分解到凝结过程中气相组分主要为Si，Si₂C和SiC2因为在生长温度下Si组分的饱和分压较大，造成Si气氛占据组分比例较大，该组分在传输过程中与石墨坩埚侧壁进行反应如下：

Si(g)+C(s)＝SiC(g)

2Si(g)+C(s)＝Si₂C(g)

Si(g)+2C(s)＝SiC₂(g)

石墨坩埚中C元素参与反应，造成坩埚内表面出现缺失、腐蚀。本发明提供了一种阻断Si组分与石墨坩埚内表面反应造成腐蚀的方法。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的之一在于提供一种消除碳化硅单晶生长过程中硅对石墨体腐蚀的方法，本发明的目的之二在于提供一种消除碳化硅单晶生长过程中硅对石墨体腐蚀的装置。

为实现上述目的本发明消除碳化硅单晶生长过程中硅对石墨体腐蚀的方法，该方法包括如下步骤：

步骤1选取厚度在0.1-1mm范围内的石墨纸或Ta（钽）片；

步骤2将石墨纸或Ta片裁切成高度与石墨坩埚内壁一致，长度于石墨坩埚内周长一致的长条，曲卷放入石墨坩埚内，调整位置使其与石墨坩埚内侧表面贴合；

步骤3将石墨纸或Ta片裁剪成厚度一致、直径与石墨坩埚内底直径一致，将裁剪后的石墨纸或Ta片置于坩埚内底，与坩埚底部贴合；

步骤4将原料放入石墨坩埚中夯实，进行碳化硅单晶生长。

基于上述方法的消除碳化硅单晶生长过程中硅对石墨体腐蚀的装置，该装置包括：石墨坩埚，所述石墨坩埚上扣合有坩埚盖，所述坩埚盖的内侧固定有籽晶，石墨坩埚内装有原料，石墨坩埚的内侧壁和内底壁上贴附有隔离层，所述隔离层为厚度在0.1-1mm范围内的石墨纸或Ta（钽）片。

通过本发明的消除碳化硅单晶生长过程中硅对石墨体腐蚀的方法和装置有效的降低了生长升华过程中气相组分对反应系统石墨内壁的腐蚀。

附图说明

图1为本发明消除碳化硅单晶生长过程中硅对石墨体腐蚀的装置的结构示意图；

其中，1石墨坩埚、2坩埚盖、3籽晶、4原料、5隔离层。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

如图1所示的消除碳化硅单晶生长过程中硅对石墨体腐蚀的装置，该装置包括：石墨坩埚1，石墨坩埚1上扣合有坩埚盖2，坩埚盖2的内侧固定有籽晶3，石墨坩埚1内装有用于碳化硅单晶生长的原料4，石墨坩埚1的内侧壁和内底壁上贴附有隔离层5，隔离层5为厚度在0.1-1mm范围内的石墨纸或Ta（钽）片。

制作上述消除碳化硅单晶生长过程中硅对石墨体腐蚀的装置的方法，该方法包括如下步骤：

步骤1选取厚度在0.1-1mm范围内的石墨纸或Ta（钽）片；

步骤2将石墨纸或Ta片裁切成高度与石墨坩埚1内壁一致，长度于石墨坩埚1内周长一致的长条，曲卷放入石墨坩埚1内，调整位置使其与石墨坩埚1内侧表面贴合；

步骤3将石墨纸或Ta片裁剪成厚度一致、直径与石墨坩埚1内底直径一致，将裁剪后的石墨纸或Ta片置于石墨坩埚1的内底壁上，与石墨坩埚1的内底壁贴合；

步骤4将原料4放入石墨坩埚1中夯实，进行碳化硅单晶生长。

下面选取四组实例说明本发明的效果：

实例1：选用0.1mm的Ta，生长温度2100℃，压力1000pa，生长80小时，结束后坩埚侧壁轻微腐蚀。

实例2：选用0.1mm的石墨纸，生长温度2100℃，压力1000pa，生长80小时，结束后坩埚侧壁腐蚀较多。