[发明专利]一种减少碳化硅晶体包裹物的方法

说明书

本申请公开了一种减少碳化硅晶体包裹物的坩埚结构，包括凸形坩埚(1)、晶体生长原料(2)、籽晶托(3)；凸形坩埚(1)剖视形如“凸”字形，具有圆柱状的底部(11)和圆柱状的上部(12)，原片形顶盖(13)，晶体生长原料(2)基本充满底部(11)；籽晶托(3)的涂覆涂层(31)；涂层材料是钛、钽、钨或其碳化物。还公开一种减少碳化硅晶体中碳包裹物的方法，针对该坩埚结构以实施，包括坯料选用、成型步骤、烧成阶段三个步骤。以及一种碳化硅晶体生长方法，其利用该坩埚结构以实施，包括涂覆和预烧、填装碳化硅生长原料步骤、实际生长步骤。

技术领域

本发明涉及晶体生长的辅助技术领域，尤其涉及一种减少碳化硅晶体包裹物的方法。

背景技术

以碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)为代表的宽禁带半导体材料，是继硅(Si)砷化镓(GaAs)之后的第三代宽禁带半导体。与Si和GaAs为代表的传统半导体材料相比，SiC在工作温度、抗辐射、耐击穿电压等性能方面具有很大优势，作为目前发展最成熟的宽带隙半导体材料，SiC具有高热导率、高击穿场强、高饱和电子漂移速率和高键合能等优点，其优异性能可以满足现代电子技术对高温、高频、高功率以及抗辐射的新要求，在LED照明电能转换雷达通讯等领域有着广阔的应用需求，因而被看作是半导体材料领域最有前景的材料之一。

目前，在碳化硅单晶生长方面，主要是采用籽晶的高温升华法，也叫物理气相传输法(PVT)。这种方法比较特殊，无法像液相提拉法制备硅材料那样精确控制生长参数和采用“缩颈”来控制缺陷，从而导致目前碳化硅晶片的品质不高，而且价格高昂。在PVT方法中，加热碳化硅原料到约2200℃的高温，并在原料和籽晶之间产生一定的温度梯度，处在高温的原料发生分解升华，在低温处的籽晶凝华成单晶。PVT法生长中不可避免地产生很多的含硅气氛，该气体会对石墨件有一定的刻蚀作用且原料由于硅组分的蒸发会产生一定的含碳颗粒，这些都成为碳包裹物可能的来源。碳包裹物的大量存在对晶体生长极为不利，其量较大会导致生长的晶体产生各种各样的缺陷，如微管等，大大影响晶体质量。

现有技术中也有发现碳包裹物的存在会影响晶体质量，但是其采取的方式与本申请大相径庭，最常见的方法是通过在原料和籽晶之间增加一层多孔石墨片的方式来减少碳包裹物。这种方式看似简单，但实际操作后会发现，只在开始阶段产生一定作用，在开始生长一定时间后，多孔石墨片会在硅组分的腐蚀下成为新的碳包裹物来源，反而起到了助长生成碳包裹物的反作用。

发明内容

本发明的第一目的是解决现有技术中碳包裹物的大量存在对晶体生长极为不利的问题，但是本申请处理的方式与现有技术的方式均不同，现有技术一般是通过添加其他构建减少碳包裹物，本申请是利用坩埚的特制形态来解决，而且是仅利用坩埚的形态变化来解决，本申请具体地给出了如何设置和操作的具体方法。

本发明要求保护一种减少碳化硅晶体包裹物的坩埚结构，其特征在于，包括以下部分：凸形坩埚1、晶体生长原料2、籽晶托3。

所述凸形坩埚1剖视形如“凸”字形，具有圆柱状的底部11和圆柱状的上部12，以及上部12顶端的原片形顶盖13组成，所述上部12的外径为底部11外径的60％以下。

所述晶体生长原料2基本充满底部11；所述籽晶托3粘贴在顶盖13下方，且在籽晶托3的裸露部分均涂覆一层涂层31。

所述涂层材料是钛、钽、钨或其碳化物的其中任意一种，涂层厚度在30-100um之间。

所述籽晶托3的俯视面积大于4-8寸碳化硅晶体的平均底面面积。

进一步地，所述上部12的外径为底部11外径的55％；底部11的一圈肩部的下表面均与晶体生长原料2接触；所述涂层材料是碳化钽涂层，涂层厚度约为40um。

进一步地，所述上部12的外径为底部11外径的50％；底部11的一圈肩部的下表面均与晶体生长原料2接触；所述涂层材料是碳化钨涂层，涂层厚度约为30或35um。