一种用于PVT法制备单晶的长晶炉及其应用.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111058088A(43)申请公布日2020.04.24(21)申请号201911347904.0(22)申请日2019.12.24(71)申请人山东天岳先进材料科技有限公司地址250100山东省济南市槐荫区天岳南路99号(72)发明人高超宁秀秀李霞刘家朋宗艳民(74)专利代理机构北京君慧知识产权代理事务所(普通合伙)11716代理人王宽(51)Int.Cl.C30B23/00(2006.01)C30B29/36(2006.01)权利要求书1页说明书8页附图1页(54)发明名称一种用于PVT法制备单晶的长晶炉及其应用(57)摘要本申请公开了一种用于PVT法制备单晶的长晶炉及其应用，属于半导体材料制备领域。该用于PVT法制备单晶的长晶炉，包括由内至外设置的坩埚、保温结构、炉体和加热线圈，还包括设置在坩埚内的籽晶柱；坩埚的侧壁包括夹层，夹层包括内侧壁和外侧壁，内侧壁比外侧壁的孔隙率高，夹层形成原料腔；籽晶柱与坩埚的中轴线的延伸方向大致相同，籽晶柱与内侧壁的内表面之间形成长晶腔；加热线圈感应加热坩埚的侧壁，以使得原料腔内的原料升华后穿过内侧壁，并在长晶腔内沿径向气相传输至籽晶柱表面进行长晶。该长晶炉可以高效、快速的制备极低缺陷密度的碳化硅单晶及其衬底，从而为高质量、低成本碳化硅衬底的大规模商用化奠定技术基础。CN111058088ACN111058088A权利要求书1/1页1.一种用于PVT法制备单晶的长晶炉，包括由内至外设置的坩埚、保温结构、炉体和加热线圈，其特征在于，还包括设置在坩埚内的籽晶柱；所述坩埚的侧壁包括夹层，所述夹层包括内侧壁和外侧壁，所述内侧壁比所述外侧壁的孔隙率高，所述夹层形成原料腔；所述籽晶柱与所述坩埚的中轴线的延伸方向大致相同，所述籽晶柱与所述内侧壁的内表面之间形成长晶腔；所述加热线圈感应加热所述坩埚的侧壁，以使得原料腔内的原料升华后穿过所述内侧壁，和在所述长晶腔内沿径向气相传输至籽晶柱表面进行长晶。2.根据权利要求1所述的长晶炉，其特征在于，所述夹层与所述籽晶柱的高度对应设置，所述籽晶柱与所述坩埚共中轴线。3.根据权利要求2所述的长晶炉，其特征在于，所述内侧壁与所述外侧壁之间的距离D1为50-300mm；所述内侧壁内表面与所述籽晶柱相对的面之间的距离D2为100-300mm。4.根据权利要求1所述的长晶炉，其特征在于，所述籽晶柱为六方晶系籽晶，所述单晶为六方晶系单晶。5.根据权利要求4所述的长晶炉，其特征在于，所述籽晶柱设置为包括六个等价晶面的六方棱柱。6.根据权利要求5所述的长晶炉，其特征在于，所述等价晶面的宽度为5-20mm。7.根据权利要求1-5所述的长晶炉，其特征在于，所述坩埚为石墨坩埚，所述籽晶柱为碳化硅籽晶柱，所述单晶为碳化硅单晶。8.根据权利要求1所述的长晶炉，其特征在于，所述籽晶柱设置为一体式或沿所述籽晶柱的轴向拼接而成。9.根据权利要求1所述的长晶炉，其特征在于，所述籽晶柱的轴向长度不低于100mm，所述单晶的轴向长度不低于100mm。10.权利要求1-9中任一项所述的长晶炉在PVT法制备单晶中的应用；优选地，所述单晶包括碳化硅单晶。2CN111058088A说明书1/8页一种用于PVT法制备单晶的长晶炉及其应用技术领域[0001]本申请涉及一种用于PVT法制备单晶的长晶炉及其应用，属于半导体材料制备领域。背景技术[0002]现有碳化硅制备技术以物理气相传输(简称PVT)方法为主。PVT法通过放置于底部的碳化硅原料升华分解并沿轴向温度梯度传输至籽晶处结晶而成。现有技术中PVT法使用的片状籽晶并置于坩埚顶部，碳化硅单晶生长时沿单晶的某一径向垂直向下生长。[0003]由于碳化硅单晶向下生长时受与单晶生长面与原料面间距离的限制，晶体生长厚度通常在20-50mm范围内，由碳化硅单晶制得的衬底的出片率低。此外，由于碳化硅籽晶中的微管、位错等缺陷多沿<0001>方向贯穿碳化硅单晶及由此制备的籽晶。这些缺陷在单晶生长过程中会继续遗传至新生长的单晶中并继续形成贯穿缺陷，因此单晶及衬底中的缺陷密度控制难度大、成本高，衬底质量改善较为困难。[0004]Nature报道了通过晶体横断面生长来避免微管、位错等缺陷遗传的碳化硅单晶制备方式，但此种方法制备过程繁琐，虽能降低缺陷密度，然成本高昂，不适用于工业化生产过程。发明内容[0005]为了解决上述问题，本申请提出了一种用于PVT法制备单晶的长晶炉及其应用。该长晶炉可以高效、快速的制备极低缺陷密度的单晶及其衬底，从而为高质量、低成本衬底的大规模商用化奠定技术基础，尤其是在制备碳化硅单晶及其衬底中的应用。[0006]根据本申请的一个方面，提供了一种用于PVT法制备单晶的长晶炉，该长晶炉在PV