本實(shí)用新型涉及半導(dǎo)體芯片單晶制備
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體地，特別涉及一種提高碳化硅粉源徑向溫度均勻性的石墨坩堝。
背景技術(shù)：
：碳化硅作為一種新型的寬禁帶半導(dǎo)體材料，包含高熔點(diǎn)、高導(dǎo)電性、高導(dǎo)熱性及耐高電壓等特點(diǎn)，成為高頻率和高功率器件的重要材料，廣泛應(yīng)用于航空、航天、火箭及地質(zhì)鉆探等重要領(lǐng)域。目前，生長碳化硅普遍采用物理氣相輸運(yùn)法(PVT法)，將碳化硅籽晶貼在石墨坩堝蓋上，石墨坩堝內(nèi)裝有作為生長原料的碳化硅粉源，粉源被加熱到1800-2500℃，使其升華到冷端籽晶上生成單晶。PVT法生長碳化硅采用中頻電源加熱生長原料和籽晶，石墨坩堝放置于感應(yīng)線圈中央，中頻電源的交流電通過感應(yīng)線圈產(chǎn)生交變磁場，石墨坩堝在交變磁場中產(chǎn)生渦流電，從而加熱粉源和籽晶，且熱量由坩堝壁向粉源傳遞。因此，在靠近坩堝壁位置為高溫區(qū)，越靠近坩堝中心溫度越低，為低溫區(qū)，這就使得粉源具有較大的徑向溫度梯度。高溫區(qū)為反應(yīng)氣氛主要產(chǎn)生的區(qū)域，低溫區(qū)會使反應(yīng)氣氛重新沉積，較大的徑向溫度梯度會使集中在高溫區(qū)的反應(yīng)氣氛中的很大一部分流向低溫區(qū)并重新沉積。此現(xiàn)象會阻礙反應(yīng)氣氛的傳輸，進(jìn)而降低粉源的使用效率，尤其是生長大尺寸單晶時，坩堝的直徑較大，使得粉源的徑向溫度梯度較大，大大降低粉源的使用效率，進(jìn)而降低了單晶的生長速率。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：鑒于以上問題，本實(shí)用新型的目的是提供一種提高碳化硅粉源徑向溫度均勻性的石墨坩堝，以解決碳化硅粉源徑向溫度梯度大而降低粉源使用效率和單晶生長速率的問題，并有利于生長大尺寸單晶。本實(shí)用新型所述提高碳化硅粉源徑向溫度均勻性的石墨坩堝，包括石墨坩堝本體和石墨坩堝蓋，石墨坩堝蓋位于石墨坩堝本體上方封口處，石墨坩堝蓋上固定有碳化硅籽晶，其中，所述石墨坩堝還包括石墨槽，所述石墨槽是空心，無底面的，套在所述石墨坩堝本體內(nèi)，高度低于所述石墨坩堝本體的高度，厚度小于所述石墨坩堝本體的壁面厚度，材質(zhì)與所述石墨坩堝本體的材質(zhì)相同，碳化硅粉源放置于石墨槽內(nèi)以及石墨槽與石墨坩堝本體之間。優(yōu)選的，所述石墨坩堝本體與所述石墨坩堝蓋由高純石墨制成。優(yōu)選的，所述石墨坩堝本體截面制作成圓形。進(jìn)一步地，優(yōu)選的，所述石墨槽截面制作成圓形，且與所述石墨坩堝本體同圓心。進(jìn)一步地，優(yōu)選的，所述石墨槽的直徑為所述石墨坩堝本體直徑的1/3～1/2。優(yōu)選的，所述石墨槽的高度為碳化硅粉源的初始高度的1/3～1/2，不與生長成的單晶接觸，保持一定距離。在生產(chǎn)碳化硅單晶時，在通過感應(yīng)線圈產(chǎn)生的交變磁場中，石墨槽與石墨坩堝本體同時產(chǎn)生渦流電，加熱碳化硅粉源和籽晶。位于石墨槽內(nèi)以及石墨槽與石墨坩堝本體之間的碳化硅粉源同時被加熱，在靠近石墨槽和石墨坩堝本體的壁面處形成高溫區(qū)，而在石墨坩堝中心不會形成低溫區(qū)，因此，避免了粉源出現(xiàn)明顯的冷熱分區(qū)，從而提高了粉源徑向溫度的均勻性，且反應(yīng)氣氛的傳輸不會受到阻礙，進(jìn)而提高了粉源的使用效率，并加快了單晶的生長速率。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有的優(yōu)點(diǎn)和有益效果如下：一、石墨坩堝本體的壁面與石墨槽同時加熱碳化硅粉源，避免出現(xiàn)明顯的冷熱分區(qū)，提高粉源徑向溫度的均勻性；二、石墨坩堝直徑較大時，粉源徑向溫度梯度較大，使用本實(shí)用新型可提高粉源徑向溫度的均勻性，有利于生長大尺寸單晶。附圖說明圖1為本實(shí)用新型所述石墨坩堝的正視剖面圖；圖2為圖1沿A-A線的剖面圖。具體實(shí)施方式現(xiàn)結(jié)合附圖，對本實(shí)用新型做進(jìn)一步的說明。圖1是本實(shí)用新型所述石墨坩堝的正視剖面圖，如圖1所示，本實(shí)用新型所述石墨坩堝包括：石墨坩堝本體1和石墨坩堝蓋2，其中，石墨坩堝蓋2位于石墨坩堝本體1的上部封口處，并且在石墨坩堝蓋2上固定有碳化硅籽晶3；石墨槽4，石墨槽4是空心，無底面的，套在石墨坩堝本體1內(nèi)，高度低于石墨坩堝本體1的高度，厚度小于石墨坩堝本體1的壁面厚度，材質(zhì)與石墨坩堝本體1的材質(zhì)相同，均可以在交變磁場中產(chǎn)生渦流電，加熱碳化硅粉源5和碳化硅籽晶3，其中，碳化硅粉源5位于石墨槽4內(nèi)以及石墨槽4與石墨坩堝本體1之間。此外，石墨坩堝本體1與石墨坩堝蓋2由相同材料的高純石墨制作而成，則石墨槽4也由高純石墨制作而成，其中，高純石墨是指含碳量大于99.99％的石墨。圖2是圖1沿A-A線的剖面圖。由于使用感應(yīng)線圈加熱時，產(chǎn)生的交變磁場截面是圓形的，所以，優(yōu)選的，如圖2所示，石墨坩堝本體1與石墨槽4的截面均制作成圓形的，且兩者同心，以保證經(jīng)過石墨坩堝本體1與石墨槽4的磁場是均勻?qū)ΨQ的。其中，石墨槽4的直徑為石墨坩堝本體1直徑的1/3～1/2，直徑均指外徑，石墨槽4的高度為碳化硅粉源5初始高度的1/3～1/2，與生長成的碳化硅單晶保持一定距離而不相接觸，以減小對碳化硅籽晶3生長時軸向溫度梯度的影響。此外，石墨槽4也可以為方形、矩形或橢圓形等其他形狀。使用感應(yīng)線圈對本實(shí)用新型所述石墨坩堝進(jìn)行加熱時，石墨坩堝本體1和石墨槽4在交變磁場中產(chǎn)生渦流電，渦流電產(chǎn)生熱量使石墨坩堝本體1和石墨槽4同時發(fā)熱，對石墨槽4內(nèi)以及石墨坩堝本體1和石墨槽4之間放置的碳化硅粉源5同時進(jìn)行加熱，從而避免碳化硅粉源5出現(xiàn)較大的徑向溫度梯度，提高了碳化硅粉源5徑向溫度的均勻性，而不會在石墨坩堝內(nèi)出現(xiàn)明顯的冷熱分區(qū)。當(dāng)對碳化硅粉源5加熱到升華溫度時，石墨坩堝中心以及石墨坩堝本體1與石墨槽4之間同時產(chǎn)生大量的反應(yīng)氣氛，且不會阻礙反應(yīng)氣氛的傳輸，從而提高了碳化硅粉源5的使用效率，并加快了碳化硅單晶的生長速率。采用0.5mm厚的籽晶作為生長碳化硅的晶種，使其按照碳化硅晶體生長工藝進(jìn)行生長，碳化硅生長系統(tǒng)中使用無石墨槽的石墨坩堝和本實(shí)用新型所述帶石墨槽的石墨坩堝分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，其中，石墨坩堝頂部溫度控制在2150℃，底部溫度控制在2300℃，進(jìn)行80小時的生長，得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。表1：石墨坩堝種類無石墨槽帶石墨槽碳化硅晶體厚度23mm30mm從表1中可以看出，在碳化硅生長系統(tǒng)中使用本實(shí)用新型所述帶石墨槽的石墨坩堝，得到的碳化硅晶體厚度較大。本實(shí)用新型通過在石墨坩堝本體中設(shè)置石墨槽，對靠近石墨坩堝本體壁面和石墨坩堝中心的碳化硅粉源同時加熱，從而提高了碳化硅粉源徑向溫度的均勻性，進(jìn)而可以加快碳化硅單晶的生長速率。當(dāng)前第1頁1 2 3