ТИГЕЛЬ ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО СЛИТКА КАРБИДА КРЕМНИЯ С НИТРИДОМ АЛЮМИНИЯ И ГЕТЕРОСТРУКТУР НА ИХ ОСНОВЕ
CRUCIBLE FOR GROWTH OF MONOCRYSTAL INGOT OF SILICON CARBIDE WITH ALUMINIUM NITRIDE AND HETEROSTRUCTURES ON THEIR BASE

Изобретение относится к устройствам для получения полупроводников и предназначено, в частности, для получения твердых растворов карбида кремния с нитридом алюминия, используемых в производстве силовых, СВЧ- и оптоэлектронных приборов, работающих при высокой температуре и в агрессивных средах.
Известен тигель для эпитаксии карбида кремния (патент RU 2324019), который по своим конструктивным признакам можно выбрать в качестве прототипа. Тигель состоит из корпуса, закрытого сверху крышкой. В центре крышки находится пьедестал, выполненный заодно с крышкой, на котором закреплена подложка - затравка монокристалла. В полость корпуса тигля засыпан гранулированный источник паров. Например, гранулы чистого карбида кремния (SiC) или нитрида алюминия (AlN).
Недостатки приведенного тигля заключаются в том, что его конструкция не позволяет точно измерять температуру подложки и источника паров; не исключает утечку паров источника из-за неплотности прилегания корпуса тигля с крышкой; за один технологический цикл позволяет выращивать только один монокристалл, что снижает производительность. Для выращивания последующего монокристалла приходится менять использованную крышку на новую, что сопряжено с перерасходом материала и повышает себестоимость изделия.
Техническая задача данного изобретения состоит в повышении производительности труда, экономии материала, более точном контроле температуры подложки, получении в одном технологическом цикле и монокристаллического слитка, и гетероструктур.
Для достижения данной цели предложена конструкция тигля, включающая следующие особенности.
В полость корпуса тигля дополнительно помещен съемный контейнер. При этом образуются две полости для засыпки источника паров: в корпусе и в контейнере. На крышке контейнера по окружности установлены подложки (затравки). Контейнер снабжен сквозным цилиндрическим каналом с радиальными отверстиями, сообщающими полость контейнера с полостью корпуса. Применение дополнительного контейнера позволяет в одном технологическом цикле выращивать и монокристаллический слиток, и гетероструктуры (до 10 подложек). Пьедестал для выращивания монокристалла выполнен съемным (с наружной резьбой), вкручиваемым в крышку. По центру пьедестала выполнено глухое отверстие, дно которого находится в незначительном расстоянии от приклеенной к поверхности пьедестала подложки, что позволяет более точно измерить температуру подложки. Для уменьшения утечки потока тепловой энергии из контейнера в окружающее пространство через крышку и дно корпуса, а также для герметизации внутренней полости тигля от утечки паров засыпки применены прокладки из графитовой фольги - графлекса. Остальные детали выполнены из высокоплотного графита, полученного методом изостатического прессования (например, из графита марки МПГ-9Н).
Конструкция тигля приведена на чертеже.
Тигель включает пустотелый графитовый корпус 1 и гайку 2 с внутренней резьбой, накручиваемую на горловину корпуса. В полости корпуса помещен контейнер 3 со сквозным цилиндрическим каналом 4. Канал снабжен радиальными отверстиями 5, сообщающими полость контейнера 3 с полостью корпуса 1. В полость корпуса 1 и контейнера 3 засыпан гранулированный источник паров 7 и 8. Контейнер 3 закрыт матрицей 9 с радиальными отверстиями 10. Каждое отверстие сверху закрыто подложкой 11 (подложка приклеена к поверхности матрицы). Над затравками установлена крышка 12 с центральным резьбовым отверстием, в которую вкручен пьедестал 13 с глухим отверстием 14. Глухое отверстие служит для измерения пирометром температуры подложечного материала. Дно корпуса 1 и крышка 12 снабжены прокладкой 15 и 16 из прессованного графита (графлекса) с низкой теплопроводностью в поперечном направлении. Прокладки предназначены для уменьшения утечки потока тепловой энергии из контейнера 3 в окружающее пространство через крышку 12 и дно корпуса. Прокладка 16 одновременно служит и для герметизации внутренней полости тигля от утечки паров затравки. К пьедесталу 13 приклеен подложечный материал 17 для выращивания монокристаллического слитка.
Монокристалл и гетероструктуры в тигле выращивают следующим образом.
В полость корпуса 1 и контейнера 3 засыпают для сублимации гранулированный поликристаллический материал заданного состава (засыпки 7 и 8). К пьедесталу 13 и матрице 9 приклеивают подложки, поверхности которых подготовлены соответствующим образом. Устанавливают контейнер 3 в полость корпуса 1. Закрывают контейнер матрицей 9. Потом устанавливают прокладку 16 и крышку 12. Накручивают гайку 2 до упора на горловину корпуса. Тигель загерметизирован. После этого собранный тигель помещают внутри нагревателя специализированной установки в зону с известным тепловым полем. При температуре 2000-2300°C происходит испарение (сублимация) поликристаллического источника 7 и 8. Полученный пересыщенный пар осаждается на поверхность подложи 17, где и происходит рост монокристаллического слитка. Одновременно происходит эпитаксиальный рост монокристаллических пленок на подложках 11 для получения гетероструктур. Процесс роста монокристаллических слитков является многоцикличным, т.к. по мере испарения необходимо обновлять источник паров, поэтому после каждого цикла меняется матрица 9 с полученными гетероструктурами, а монокристалл продолжает разращиваться дальше.