本發(fā)明涉及一種可實(shí)現(xiàn)導(dǎo)流的pvt晶體生長坩堝。

背景技術(shù)：

1、隨著技術(shù)的高速發(fā)展，面對新一代電子電子器件更高耐受溫度、更高電壓、更高頻率以及更高功率等要求，作為半導(dǎo)體行業(yè)最基礎(chǔ)、且應(yīng)用最廣泛的材料——硅（si）由于期自身物化性能的限制，越來越難以勝任這些需求。以碳化硅（sic）、氮化鎵（gan）等單晶為代表的第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料的發(fā)現(xiàn)與發(fā)展，為新一代電力電子器件的發(fā)展帶了新的希望。

2、相比于傳統(tǒng)的硅單晶，碳化硅單晶具有更寬帶的隙、更高的飽和電子遷移率、更高的擊穿場強(qiáng)、更高的熱導(dǎo)率、以及更加穩(wěn)定的物理化學(xué)性質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)。此外，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，碳化硅晶體制備技術(shù)相對比較成熟，而且現(xiàn)有化合物半導(dǎo)體材料中唯一能夠通過熱氧化形成二氧化硅絕緣體的單晶，故采用碳化硅單晶制備的電子器件已在多個領(lǐng)域逐步取代硅基器件，以成為國際公認(rèn)的最為重要的第三代半導(dǎo)體材料之一。

3、近年來，隨著碳化硅單晶制備技術(shù)的持續(xù)提升，使得制備的碳化硅單晶尺寸和質(zhì)量不斷提高，在高功率、高溫、高頻電力電子、光電子、以及特種半導(dǎo)體器件領(lǐng)域顯示出無可替代的優(yōu)勢，并已經(jīng)獲得廣泛應(yīng)用。然而，半導(dǎo)體器件的生產(chǎn)效率和制備成本是制約其更廣泛應(yīng)用的核心要素。為此，如何獲取更高質(zhì)量和更大尺寸的碳化硅單晶，已經(jīng)如果提高單晶的制備良率，降低碳化硅單晶的成本是目前碳化硅產(chǎn)業(yè)界面臨共性問題，也是大家共同奮斗的目標(biāo)。

4、目前pvt法是制備碳化硅單晶應(yīng)用最為廣泛和最為成熟的方法。在pvt法制備碳化硅單晶的過程中，由于碳化硅晶體大量同質(zhì)異構(gòu)體的存在，導(dǎo)致生長過程中容易產(chǎn)生多型共生，進(jìn)而導(dǎo)致晶體可利用面積大幅下降。此外，微區(qū)多型的發(fā)生往往會誘發(fā)位錯缺陷的產(chǎn)生，如何進(jìn)一步降低位錯缺陷密度也是近年來碳化硅產(chǎn)業(yè)界不斷追求的研究方向。

5、碳化硅晶體在pvt的生長過程中，其結(jié)構(gòu)信息是來源于生長臺階流的側(cè)壁顯露區(qū)域，在一定的溫度場條件下，驅(qū)使從原料區(qū)升華揮發(fā)的物料沿一定的臺階流特定方向進(jìn)行質(zhì)量輸運(yùn)是維持碳化硅生長過程單一4h多型的必要條件，進(jìn)而也是抑制位錯缺陷在生長界面處成核形成的有效手段。所以對揮發(fā)的物料進(jìn)行導(dǎo)流是高結(jié)晶質(zhì)量碳化硅晶體生長的必要有效手段。

6、pvt生長碳化硅晶體的過程中，由于腔室壓強(qiáng)處于非常低的數(shù)值，通常僅為1~20mbar，其瑞利數(shù)條件遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于對流發(fā)生所需要的閾值。換言之，pvt法碳化硅晶體生長過程中的質(zhì)量輸運(yùn)完全是由熱擴(kuò)散來得以完成的。因此，設(shè)計(jì)合理的物理阻隔擋臺引導(dǎo)結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)質(zhì)量輸運(yùn)過程精準(zhǔn)可控的關(guān)鍵所在，傳統(tǒng)的pvt法生長過程中的均勻升華過程并不能夠?qū)崿F(xiàn)物料輸運(yùn)的精準(zhǔn)可控。物料輸運(yùn)過程存在一定的隨機(jī)性，這也將導(dǎo)致每一爐的生長過程并不能完美重復(fù)理想的工藝條件，對生長晶體的穩(wěn)定性、品質(zhì)以及工藝重復(fù)性都具有一定的負(fù)面影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種可實(shí)現(xiàn)導(dǎo)流的pvt晶體生長坩堝，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種可實(shí)現(xiàn)導(dǎo)流的pvt晶體生長坩堝，包括生長坩堝、感應(yīng)線圈、籽晶托盒導(dǎo)流源裝置，所述的生長坩堝外包裹保溫氈，保溫氈兩側(cè)設(shè)有感應(yīng)線圈，生長坩堝內(nèi)部底部是碳化硅粉料，碳化硅粉料上部設(shè)有多孔石墨過濾板，生長坩堝頂部蓋板上設(shè)有籽晶托后腔導(dǎo)流孔，蓋板下方設(shè)有籽晶托，籽晶托上粘連籽晶，所述的導(dǎo)流源裝置包括多孔石墨過濾板和導(dǎo)流石墨擋板組成。

3、優(yōu)選的，所述多孔石墨過濾板孔隙率為40%~75%，直徑為130mm~250mm，厚度為1mm~3mm，其直徑與相應(yīng)使用的坩堝料區(qū)內(nèi)徑相等。

4、優(yōu)選的，所述導(dǎo)流石墨擋板孔隙率小于35%，直徑為130mm~250mm，厚度為1mm~3mm，下表面距離所述多孔石墨過濾板距離為2~20mm，導(dǎo)流石墨擋板一側(cè)開孔，開孔弧長為導(dǎo)流石墨擋板周長的四分之一至三分之一，開孔內(nèi)側(cè)有垂直與多孔石墨過濾板的石墨擋板，厚度為1mm~3mm，高度為10~50mm，石墨擋板平面至籽晶距離為50~100mm。

5、優(yōu)選的，所述籽晶托后腔導(dǎo)流孔位于所述導(dǎo)流石墨擋板的一側(cè)三分之一周長范圍內(nèi)，開孔形狀可為圓形、正方形、長方形或任意形狀，開孔數(shù)量為1~20個，開孔總通過面積介于10~500mm2。

6、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

7、1、通過特殊的物料輸運(yùn)方向，實(shí)現(xiàn)生長過程的結(jié)構(gòu)信息有效繼承，抑制多型共生缺陷或者微區(qū)多型共生缺陷的發(fā)生。

8、2、物料輸運(yùn)反向的精確可控，防止身體生長過程中的爐間或批次不一致性。

9、3、無聊持續(xù)穩(wěn)定輸運(yùn)，不易發(fā)生過程的突變，對晶體長厚極為有利。

技術(shù)特征：

1.一種可實(shí)現(xiàn)導(dǎo)流的pvt晶體生長坩堝，包括生長坩堝、感應(yīng)線圈、籽晶托和導(dǎo)流源裝置，所述的生長坩堝外包裹保溫氈，保溫氈兩側(cè)設(shè)有感應(yīng)線圈，生長坩堝內(nèi)部底部是碳化硅粉料，碳化硅粉料上部設(shè)有多孔石墨過濾板，生長坩堝頂部蓋板上設(shè)有籽晶托后腔導(dǎo)流孔，蓋板下方設(shè)有籽晶托，籽晶托上粘連籽晶，其特征是：所述的導(dǎo)流源裝置包括多孔石墨過濾板和導(dǎo)流石墨擋板組成。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可實(shí)現(xiàn)導(dǎo)流的pvt晶體生長坩堝，其特征是：所述多孔石墨過濾板孔隙率為40%~75%，直徑為130mm~250mm，厚度為1mm~3mm，其直徑與相應(yīng)使用的坩堝料區(qū)內(nèi)徑相等。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可實(shí)現(xiàn)導(dǎo)流的pvt晶體生長坩堝，其特征是：所述導(dǎo)流石墨擋板孔隙率小于35%，直徑為130mm~250mm，厚度為1mm~3mm，下表面距離所述多孔石墨過濾板距離為2~20mm，導(dǎo)流石墨擋板一側(cè)開孔，開孔弧長為導(dǎo)流石墨擋板周長的四分之一至三分之一，開孔內(nèi)側(cè)有垂直與多孔石墨過濾板的石墨擋板，厚度為1mm~3mm，高度為10~50mm，石墨擋板平面至籽晶距離為50~100mm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可實(shí)現(xiàn)導(dǎo)流的pvt晶體生長坩堝，其特征是：所述籽晶托后腔導(dǎo)流孔位于所述導(dǎo)流石墨擋板的一側(cè)三分之一周長范圍內(nèi)，開孔形狀可為圓形、正方形、長方形或任意形狀，開孔數(shù)量為1~20個，開孔總通過面積介于10~500mm2。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種可實(shí)現(xiàn)導(dǎo)流的PVT晶體生長坩堝，包括生長坩堝、感應(yīng)線圈、籽晶托和導(dǎo)流源裝置，能夠有效通過物理阻隔擋臺結(jié)構(gòu)配合后腔導(dǎo)流及籽晶特殊方向放置，實(shí)現(xiàn)對物料輸運(yùn)路徑的精準(zhǔn)控制，使物料始終沿生長界面臺階流的特定方向進(jìn)行輸運(yùn)，有效提高了晶體生長的穩(wěn)定性、重復(fù)性，提高晶體結(jié)晶質(zhì)量，降低晶體位錯密度。

技術(shù)研發(fā)人員：忻雋,孔海寬,涂小牛,胡陽
受保護(hù)的技術(shù)使用者：安徽微芯長江半導(dǎo)體材料有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2