CN218026454U - 碳化硅余料锭块作返料进行晶体生长的结构件 - Google Patents

Abstract

碳化硅余料锭块作返料进行晶体生长的结构件，涉及碳化硅单晶生长领域。本实用新型包括籽晶托、坩埚、余料锭块和凸台，籽晶托设置有放置籽晶的平面，籽晶托固定在坩埚顶部；凸台设置在坩埚内壁上，余料锭块放置在凸台上；余料锭块下方的坩埚内填充有长晶粉料。本实用新型拆卸方便，能够重复使用，更好的支撑余料锭块，使余料锭块更水平的放置，减小了余料锭块与坩埚之间的间隙，避免了石墨化碳颗粒通过间隙传输进入长晶界面；碳化钽耐受高温，与石墨坩埚紧密贴合，阻止了长晶组分中的硅与石墨坩埚中的碳反应，降低了石墨坩埚的高温腐蚀，还能够改善长晶过程中的组分富碳。

Description

碳化硅余料锭块作返料进行晶体生长的结构件

技术领域

本实用新型涉及碳化硅单晶生长领域，尤其是一种充分利用长晶余料制备碳化硅单晶的碳化硅余料锭块作返料进行晶体生长的结构件。

背景技术

作为第三代半导体材料的重要代表之一，碳化硅单晶材料有禁带宽度大、饱和电子迁移率高、耐击穿场大、热导率高等优越的特性。生长碳化硅单晶广泛使用PVT法，使用该方法生长晶体完成后，坩埚内长晶余料较多。为充分利用长晶余料，对其进行研究分析，余料上部重结晶成较大碳化硅颗粒状致密的圆柱状晶体块，考虑再次使用于下一次长晶过程。

一种高纯石墨坩埚及高质量碳化硅单晶制备方法，专利授权公告号：CN110055587B，通过高纯石墨坩埚、碳化硅粉料和生长工艺相结合使得长晶过程原料表面能形成较大碳化硅结晶圆饼来阻挡坩埚底部原料的碳颗粒输运，简便、高效的降低碳化硅单晶生长过程中的碳粒子包裹体。该专利存在的问题是需要耗费长晶用的粉料制作结晶圆饼（余料锭块），降低了粉料利用率。

一种降低碳化硅单晶内部碳包体缺陷密度的方法，专利申请公布号CN113136623A，将混合了粘合剂的碳化硅颗粒混合物烧结形成碳化硅多晶多孔块体，去除残余碳后将碳化硅多晶多孔块体放置于坩埚中碳化硅粉体上部，使碳化硅粉体和坩埚顶部的碳化硅籽晶相隔离，之后采用物理气相传输法制备碳化硅单 晶。该专利详细描述了多晶多孔块体的制作过程，以及该块体在长晶中的应用和起到的有益效果，但是需要耗费碳化硅粉料。

一种有效降低碳化硅单晶缺陷的生长方法和高质量碳化硅单晶，专利申请公布号：CN110983434A使用晶锭作为隔层，在碳化硅粉料和籽晶之间设置碳化硅晶体块，碳化硅粉料升华后在所述碳化硅晶体块处结晶，生成碳化硅过渡层，碳化硅过渡层升华后在籽晶处结晶，生长得到碳化硅单晶。该方法通过设置碳化硅晶体块，使得碳化硅单晶的生长不直接来源于碳化硅粉料的升华，而来源碳化硅过渡层的气相升华，能够有效消除碳化硅粉料碳化后形成的细小石墨颗粒，随着气流带到晶体中，另外也能够有效地阻止碳化硅粉料中的杂质进入碳化硅单晶内部。还保证了生长腔室内具有更合适的Si/C比例，减少了碳化硅单晶生长过程中产生的包裹物、微管、位错等缺陷，从而获得高质量的碳化硅单晶。该专利较充分的说明了使用晶体块能够达到的有益效果，只是对碳化硅晶体块的来源和制作过程没有更进一步的详述。

发明内容

本实用新型所要解决的就是现有PVT法生长碳化硅单晶后，坩埚内长晶余料多，不能充分利用的问题，提供一种充分利用长晶余料制备碳化硅单晶的碳化硅余料锭块作返料进行晶体生长的结构件。

本实用新型的碳化硅余料锭块作返料进行晶体生长的结构件，其特征在于该结构件包括籽晶托、坩埚、余料锭块和凸台，籽晶托设置有放置籽晶的平面，籽晶托固定在坩埚顶部；凸台设置在坩埚内壁上，余料锭块放置在凸台上；余料锭块下方的坩埚内填充有长晶粉料。

所述籽晶托由高纯石墨制成，放置籽晶的平面呈圆形，直径100mm~200mm。

所述坩埚由高纯石墨制成，直径100mm~200mm、高度150mm~300mm。

所述坩埚配合籽晶托使用，通过粘接或卡扣连接或螺纹连接，形成密闭或半密闭的用于长晶的空间。

所述的凸台为块体状，固定在坩埚内壁上，呈圆周阵列水平分布三至五个；凸台为一层或二层，第一层凸台设置在第二次凸台上方，凸台固定在坩埚内壁上，每层凸台上放置一块余料锭块，每块余料锭块下方的坩埚空间内填充有长晶粉料。

所述的凸台为管状，凸台的外壁固定在坩埚的内壁上，凸台为一至二层，余料锭块为一块或两块，从坩埚底部往上放置，下部的余料锭块放置在下部凸台顶部，上部的余料锭块放置在上部凸台顶部，上部的凸台利用下部的余料锭块表面为支撑，每块余料锭块下方的坩埚空间内填充有长晶粉料。

所述的凸台为管状，由铂、铑、铱、钨、钽单一金属或合金制成，或该耐高温金属的碳化物制成。优选地，使用钽或碳化钽制成。

所述的余料锭块为圆饼状，通过切割或多块拼接而成。

本实用新型的碳化硅余料锭块作返料进行晶体生长的结构件，结构简单，设计科学，特别是钽或碳化钽制成的管状凸台，拆卸方便，能够重复使用，重要的是：一方面，更好的支撑余料锭块，使余料锭块更水平的放置，减小了余料锭块与坩埚之间的间隙，避免了石墨化碳颗粒通过间隙传输进入长晶界面；另一方面，碳化钽耐受高温，与石墨坩埚紧密贴合，阻止了长晶组分中的硅与石墨坩埚中的碳反应，降低了石墨坩埚的高温腐蚀；再一方面，钽制成的凸台，与长晶组分中的碳反应形成碳化钽，与直接使用碳化钽制成凸台有同样的效果，还能够改善长晶过程中的组分富碳。

使用本实用新型结构件，碳化硅余料利用于再次长晶，解决了余料难处理或处理成本高的问题；余料制作的晶体块，起到阻挡并减少粉料石墨化后的碳颗粒向上传输进入所生长单晶，提高生长晶体的品质；补充长晶气氛中的长晶所需组分，减少粉料消耗，降低长晶成本。

附图说明

图1为本实用新型实施例1结构示意图。

图2为本实用新型实施例2结构示意图。

图3为本实用新型实施例3结构示意图。

其中，籽晶托1，坩埚2，余料锭块3，凸台4，长晶粉料5。

具体实施方式

实施例1：一种碳化硅余料锭块作返料进行晶体生长的结构件，包括籽晶托1、坩埚2、余料锭块3和凸台4，包括籽晶托1、坩埚2、余料锭块3和凸台4，籽晶托1设置有放置籽晶的平面，籽晶托1固定在坩埚2顶部；凸台4设置在坩埚2内壁上，余料锭块3放置在凸台4上；余料锭块3下方的坩埚2内填充有长晶粉料5。籽晶托1由高纯石墨制成，放置籽晶的平面呈圆形，直径100mm~200mm。坩埚2由高纯石墨制成，直径100mm~200mm、高度150mm~300mm。坩埚2配合籽晶托1使用，通过粘接或卡扣连接或螺纹连接，形成密闭或半密闭的用于长晶的空间。凸台4为块体状，固定在坩埚2内壁上，呈圆周阵列水平分布三至五个；凸台4为一层，凸台4固定在坩埚2内壁上，凸台4上放置一块余料锭块3，余料锭块3下方的坩埚2空间内填充有长晶粉料5。

余料锭块3是从石墨坩埚2中取出完整的长晶余料，在通风橱内使用抽风机或吹风机清理余料上附着的碳颗粒，使用电阻率达18兆欧的去离子水微波清洗2~3次，使用金刚石带锯截取圆柱状晶体块，根据需要截取5~30mm；截取的晶体块再次使用电阻率达18兆欧的去离子水微波清洗2~3次，使用高纯氮气吹干，放入干燥箱干燥备用。

使用前，为进一步的去除锭块加工过程中引入的有机物或部分金属杂质，考虑对锭块进行灼烧，首先放置余料锭块3于真空炉中，并抽真空到1×10^-4pa，然后通入保护性气体至炉内压力1kpa并恒定压力，炉内升温800℃~1200℃，恒温2h~3h。

实施例2：一种碳化硅余料锭块作返料进行晶体生长的结构件，包括籽晶托1、坩埚2、余料锭块3和凸台4，籽晶托1设置有放置籽晶的平面，籽晶托1固定在坩埚2顶部；凸台4设置在坩埚2内壁上，余料锭块3放置在凸台4上；余料锭块3下方的坩埚2内填充有长晶粉料5。籽晶托1由高纯石墨制成，放置籽晶的平面呈圆形，直径100mm~200mm。坩埚2由高纯石墨制成，直径100mm~200mm、高度150mm~300mm。

坩埚2配合籽晶托1使用，通过粘接或卡扣连接或螺纹连接，形成密闭或半密闭的用于长晶的空间。凸台4为块体状，固定在坩埚2内壁上，呈圆周阵列水平分布五个；凸台4为二层，第一层凸台4设置在第二次凸台4上方，凸台4固定在坩埚2内壁上，每层凸台4上放置一块余料锭块3，每块余料锭块3下方的坩埚2空间内填充有长晶粉料5。其余同实施例1。

实施例3：一种碳化硅余料锭块作返料进行晶体生长的结构件，包括籽晶托1、坩埚2、余料锭块3和凸台4，籽晶托1设置有放置籽晶的平面，籽晶托1固定在坩埚2顶部；凸台4设置在坩埚2内壁上，余料锭块3放置在凸台4上；余料锭块3下方的坩埚2内填充有长晶粉料5。籽晶托1由高纯石墨制成，放置籽晶的平面呈圆形，直径100mm~200mm。坩埚2由高纯石墨制成，直径100mm~200mm、高度150mm~300mm。坩埚2配合籽晶托1使用，通过粘接或卡扣连接或螺纹连接，形成密闭或半密闭的用于长晶的空间。凸台4为管状，凸台4的外壁固定在坩埚2的内壁上，凸台4为二层，余料锭块3为两块，从坩埚2底部往上放置，下部的余料锭块3放置在下部凸台4顶部，上部的余料锭块3放置在上部凸台4顶部，上部的凸台4利用下部的余料锭块3表面为支撑，每块余料锭块3下方的坩埚2空间内填充有长晶粉料5。凸台4由铂、铑、铱、钨、钽单一金属或合金制成，或该耐高温金属的碳化物制成。优选地，使用钽或碳化钽制成。

使用该结构件进行晶体生长时，有以下技术效果：

（1）碳化硅晶体需要较长时间的生长成型，特别是坩埚2内的第一粉料层和第一余料锭块3处在高温区，靠近坩埚2的边缘部分受高温分解升华较明显，第一粉料层首先升华，随着长晶的进行，余料锭块3也出现了升华，补充了长晶组分，节约了粉料用量；

（2）长晶进行到中后期，第一粉料层、余料锭块3、粉料层所处的温度较高，边缘出现较多石墨化碳颗粒，石墨化碳颗粒在长晶组分的带动下向上传输，升华的组分在第二余料锭块3处发生更多的重结晶，能够更好的阻挡石墨化碳颗粒向上传输进入长晶界面；

使用碳化钽或钽做凸台4，一方面，更好的支撑余料锭块3，使余料锭块3更水平的放置，减小了余料锭块3与坩埚2之间的间隙，避免了石墨化碳颗粒通过间隙传输进入长晶界面；另一方面，碳化钽耐受高温，与石墨坩埚2紧密贴合，阻止了长晶组分中的硅与石墨坩埚2中的碳反应，降低了石墨坩埚2的高温腐蚀；再一方面，钽制成的凸台4，与长晶组分中的碳反应形成碳化钽，与直接使用碳化钽制成凸台4有同样的效果，还能够改善长晶过程中的组分富碳。

Claims (4)

1.一种碳化硅余料锭块作返料进行晶体生长的结构件，其特征在于该结构件包括籽晶托（1）、坩埚（2）、余料锭块（3）和凸台（4），籽晶托（1）设置有放置籽晶的平面，籽晶托（1）固定在坩埚（2）顶部；凸台（4）设置在坩埚（2）内壁上，余料锭块（3）放置在凸台（4）上；余料锭块（3）下方的坩埚（2）内填充有长晶粉料（5）。

2.如权利要求1所述的碳化硅余料锭块作返料进行晶体生长的结构件，其特征在于所述的凸台（4）为块体状，固定在坩埚（2）内壁上，呈圆周阵列水平分布三至五个；凸台（4）为一层或二层，第一层凸台（4）设置在第二次凸台（4）上方，凸台（4）固定在坩埚（2）内壁上，每层凸台（4）上放置一块余料锭块（3），每块余料锭块（3）下方的坩埚（2）空间内填充有长晶粉料（5）。

3.如权利要求1所述的碳化硅余料锭块作返料进行晶体生长的结构件，其特征在于所述的凸台（4）为管状，凸台（4）的外壁固定在坩埚（2）的内壁上，凸台（4）为一至二层，余料锭块（3）为一块或两块，从坩埚（2）底部往上放置，下部的余料锭块（3）放置在下部凸台（4）顶部，上部的余料锭块（3）放置在上部凸台（4）顶部，上部的凸台（4）利用下部的余料锭块（3）表面为支撑，每块余料锭块（3）下方的坩埚（2）空间内填充有长晶粉料（5）。

4.如权利要求1所述的碳化硅余料锭块作返料进行晶体生长的结构件，其特征在于所述的余料锭块（3）为圆饼状，通过切割或多块拼接而成。

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