CN114108096B - 碳化硅晶体生长装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种碳化硅晶体生长装置，包括：坩埚组件，所述坩埚组件具有容纳腔，所述容纳腔适于放置原料和籽晶，所述坩埚组件具有进气口、出气口和进气通道，所述进气口和所述出气口均与所述容纳腔连通，所述进气通道的进气端位于所述容纳腔外，所述进气通道的出气端埋入所述原料内，所述进气通道适于通入含有气态钒化合物的混合气，所述进气口适于通入含有还原性气体的吹扫气，所述原料受热升华产生的碳化硅气体适于在所述混合气和所述吹扫气的驱动下传输至所述籽晶表面沉积，所述出气口用于排出过剩气体。根据本发明的碳化硅晶体生长装置，可以避免碳化硅晶体纯度下降，并且在长晶过程中，易于控制晶体品质。

Description

碳化硅晶体生长装置

技术领域

本发明涉及碳化硅晶体生长技术领域，尤其是涉及一种碳化硅晶体生长装置。

背景技术

相关技术中指出，引入钒补偿氮、硼是本领域制备半绝缘碳化硅晶体最常用的方法之一，具体操作过程是将少量的固体钒掺入碳化硅粉末中，并通过研磨、搅拌使二者混合均匀。当温度达到2100℃以上时，碳化硅粉末以及金属钒受热升华并在碳化硅籽晶上沉积、生长，从而成功地将钒引入到碳化硅晶体中。但这种钒掺杂的方法存在以下缺陷：高温条件下，碳化硅与金属钒发生化化学反应生成碳化钒从而消耗了碳化硅中的碳原子，使气相中的硅碳原子比过高，生长中的碳化硅晶体中出现形成硅掺杂物，此外，现有的方法也无法实现对气态钒和碳化硅气体的混合比例的有效控制。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明在于提出一种碳化硅晶体生长装置，所述碳化硅晶体生长装置可以在实现利用钒补偿氮、硼制备碳化硅晶体的同时避免晶体中出现硅掺杂物，节约原料。

根据本发明的碳化硅晶体生长装置，包括：坩埚组件，所述坩埚组件具有容纳腔，所述容纳腔适于放置原料和籽晶，所述坩埚组件具有进气口、出气口和进气通道，所述进气口和所述出气口均与所述容纳腔连通，所述进气通道的进气端位于所述容纳腔外，所述进气通道的出气端埋入所述原料内，所述进气通道适于通入含有气态钒化合物的混合气，所述进气口适于通入含有还原性气体的吹扫气，所述原料受热升华产生的碳化硅气体适于在所述混合气和所述吹扫气的驱动下传输至所述籽晶表面沉积，所述出气口用于排出过剩气体。

根据本发明实施例的碳化硅晶体生长装置，与相关技术中将碳化硅原料和金属钒混合，然后使原料和金属钒共同受热来在晶体中掺杂钒的方式相比，避免了碳化硅原料和金属钒在高温下发生化学反应生成碳化钒从而消耗碳化硅中的碳原子，以及由此带来的气相中的硅碳原子比过高，生长中的碳化硅晶体中出现硅掺杂物，导致碳化硅晶体纯度下降，而且，由于通入的是气态钒化合物，在长晶过程中，更容易对气态钒和碳化硅气体的混合比例进行有效控制，从而实现晶体品质可控化。而且这种有序的先混合后还原的方法使得碳化硅气体与气态钒得到均匀的混合，并使得气态钒在从坩埚中溢出后得到充分的还原，从而提高碳化硅晶体中钒掺杂的空间均匀性。

根据本发明的一些实施例，所述混合气包括载气和气态钒化合物，所述吹扫气包括载气和还原性气体，其中，所述载气为惰性气体，所述还原性气体为氢气。

在一些实施例中，所述容纳腔包括：第一腔室，所述第一腔室适于放置所述籽晶；第二腔室，所述第二腔室位于所述第一腔室的内侧，所述第二腔室适于盛放所述原料；所述进气口和所述出气口均形成于所述第一腔室的腔壁且均与所述第一腔室连通，所述进气通道的进气端位于所述第一腔室的外侧，所述进气通道的出气端位于所述第二腔室内并埋入原料。

进一步地，所述坩埚组件包括：生长坩埚，所述进气口和所述出气口均形成于所述生长坩埚；内坩埚，所述内坩埚设于所述生长坩埚的内侧，所述内坩埚包括：埚本体，所述埚本体的外壁与所述生长坩埚的内壁限定出所述第一腔室，所述埚本体的内侧限定出所述第二腔室，所述埚本体的外周壁上形成有连通所述第二腔室和所述第一腔室的连通口；连接轴管，所述连接轴管用于连接所述埚本体和所述生长坩埚，所述连接轴管限定出所述进气通道。

进一步地，所述连接轴管包括：传输部，所述传输部形成为管状，所述进气通道的进气端由所述传输部的位于所述生长坩埚外侧的一端敞开形成，所述传输部的内侧限定出传输通道，扩散部，所述扩散部与所述传输部的另一端相连，所述扩散部适于埋入所述原料，所述扩散部限定出与所述传输通道连通的扩散室，所述进气通道的出气端包括形成于所述扩散部的周壁的多个排气孔，所述传输通道与所述扩散室构成所述进气通道。

更进一步地，所述传输部在参考面内的投影位于所述扩散部在参考面内的投影内，所述参考面垂直于所述连接轴管的中心轴线。

在一些实施例中，生长坩埚、埚本体以及连接轴管为同轴设置，如此，有利于碳化硅气体和还原后的钒单质在第一腔室内均匀分布，从而有利于碳化硅晶体的均匀生长。

在一些实施例中，所述连通口设有多个，多个所述连通口分为多个连通口组，多个连通口组沿所述埚本体的轴向间隔设置，每个所述连通口组包括沿所述埚本体的周向间隔设置的至少两个连通口，在沿所述埚本体的轴向且从上至下的方向上，位于下侧的所述连通口组内的所述连通口的直径大于位于上侧的所述连通口组内的所述连通口的直径。

根据本发明的一些实施例，所述第一腔室包括：气体通道，所述气体通道由所述生长坩埚的内周壁和所述内坩埚的外周壁共同限定出，所述气体通道邻近下端的部分沿所述坩埚组件的轴向向下且向内倾斜延伸；籽晶安置空间，所述籽晶安置空间位于所述气体通道的下侧并与所述气体通道连通，所述籽晶设于所述籽晶安置空间的底部，在所述气体通道的周向方向上，任意一处的所述气体通道的通道内壁的底端的第一参考线和通道外壁的底端的第二参考线分别与所述籽晶上周沿的两个相对位置相交，其中，所述第一参考线为延长线或切线，所述第二参考线为延长线或切线，所述通道外壁由所述生长坩埚的内周壁的至少部分构成，所述通道内壁由所述内坩埚的内周壁的至少部分构成。

进一步地，所述进气口形成于所述生长坩埚的顶壁并与所述气体通道连通，所述出气口形成于所述生长坩埚的底壁且邻近所述籽晶设置，所述连接轴管可转动地穿设于所述生长坩埚的顶壁，所述籽晶适于相对所述生长坩埚转动。

根据本发明的一些实施例，所述碳化硅晶体生长装置还包括：加热装置，所述加热装置用于加热所述容纳腔内的原料以使所述原料升华产生气体；第一供气装置，所述第一供气装置适于向所述进气通道通入含有气态钒化合物的混合气；第二供气装置，所述第二供气装置适于向所述进气口通入含有还原性气体的吹扫气。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是根据本发明实施例的碳化硅晶体生长装置的示意图。

附图标记：

碳化硅晶体生长装置100：

坩埚组件1，容纳腔10，

生长坩埚11，第一腔室111，气体通道1111，籽晶安置空间1112，进气口112，出气口113，内坩埚12，埚本体121，第二腔室1211，连通口122，连接轴管123，传输部1231，扩散部1232，进气通道1233，传输通道1234，扩散室1235，

籽晶200，原料300。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考图1描述根据本发明实施例的碳化硅晶体生长装置100。

如图1所示，根据本发明实施例的碳化硅晶体生长装置100，包括：坩埚组件1。

具体地，坩埚组件1具有容纳腔10，容纳腔10适于放置原料300和籽晶200，例如，原料300和籽晶200间隔可以设置，原料300可以是碳化硅粉，碳化硅原料300在加热装置3的产生的高温环境下受热升华产生碳化硅气体。

坩埚组件1具有进气口112、出气口113和进气通道1233，其中，进气口112和出气口113均与容纳腔10连通，进气通道1233的进气端位于容纳腔10外，进气通道1233的出气端埋入原料300内，进气通道1233适于通入含有气态钒化合物的混合气，进气口112适于通入含有还原性气体的吹扫气，原料300受热升华产生的碳化硅气体适于在混合气和吹扫气的驱动下传输至籽晶200表面沉积、生长，出气口113用于排出过剩气体。在长晶过程中，气态钒化合物先与碳化硅原料300混合，以促进碳化硅原料300受热升华产生的碳化硅气体和气态钒化合物的均匀混合，然后，由吹扫气中的还原性气体将气态钒化合物还原成气态钒单质，钒单质随碳化硅气体迁移到籽晶200表面沉积，而还原反应的产物、过剩的碳化硅气体以及其他气体可以从出气口113排出，由此，实现了利用钒补偿氮、硼制备碳化硅晶体。可以理解的是，这种有序的先混合后还原的方法使得碳化硅气体与气态钒得到均匀的混合，并使得气态钒在从坩埚中溢出后得到充分的还原，从而提高碳化硅晶体中钒掺杂的空间均匀性。

此外，通过将进气通道1233的出气端埋入原料300内，使得碳化硅气体在开始升华时即与气态钒化合物混合，提高了混合的均匀度。

根据本发明实施例的碳化硅晶体生长装置100，与相关技术中将碳化硅原料和金属钒混合，然后使原料和金属钒共同受热来在晶体中掺杂钒的方式相比，避免了碳化硅原料和金属钒在高温下发生化学反应生成碳化钒从而消耗碳化硅中的碳原子，以及由此带来的气相中的硅碳原子比过高，生长中的碳化硅晶体中出现硅掺杂物，导致碳化硅晶体纯度下降，而且，由于通入的是气态钒化合物，在长晶过程中，更容易对气态钒化合物和碳化硅气体的混合比例进行有效控制，从而实现晶体品质可控化。而且这种有序的先混合后还原的方法使得碳化硅气体与气态钒得到均匀的混合，并使得气态钒在从坩埚中溢出后得到充分的还原，从而提高碳化硅晶体中钒掺杂的空间均匀性。

具体地，在本发明的一个示例中，在生长碳化硅晶体的过程中，在碳化硅晶体生长装置100内还掺杂有氮和硼，以用于生长半绝缘碳化硅晶体。

根据本发明的一些实施例，混合气可以包括载气和气态钒化合物，吹扫气可以包括载气和还原性气体，其中，气态钒化合物可以为钒的溴化物，载气为氩气、氦气等惰性气体，还原性气体为氢气，如此，可以确保在实现将气态钒化合物的前提下，尽可能减少杂质气体的生成，避免影响晶体的品质。

在一些实施例中，进气通道1233的直径的取值范围为2mm-10mm，例如，进气通道1233的直径可以为2mm、4mm、5mm、6mm、8mm或10mm，进气通道1233的直径可以根据需要合理选择。和/或，混合气的流速为1sccm-200sccm，例如，混合气的流速可以为1sccm、10sccm、50sccm、100sccm、150sccm或200sccm，混合气的流速可以根据实际需要合理选择，如此，通过控制进气通道1233的直径和/或混合气的流速，更容易实现对气态钒和碳化硅气体的混合比例的控制，进而实现碳化硅晶体的品质可控。

在一些实施例中，容纳腔10可以包括：第一腔室111和第二腔室1211。其中，第二腔室1211位于第一腔室111的内侧，籽晶200放置在第一腔室111内，碳化硅原料300放置在第二腔室1211内，例如，籽晶200可以设于第二腔室1211的下侧，并放置于第一腔室111的底部。进气口112和出气口113均形成于第一腔室111的腔壁，进气口112可以连通第一腔室111和外部的供气装置(例如下文所述的第二供气装置)，出气口113可以连通第一腔室111和外界，进气通道1233的进气端位于第一腔室111的外侧，进气通道1233的出气端位于第二腔室1211内并埋入原料300，如此，可以延长原料300到籽晶200之间的距离，使还原性气体和气态钒化合物具有充足的反应时间，以将气态钒化合物还原成钒单质，从而确保沉积到籽晶200表面的是钒单质和碳化硅，以进一步提高碳化硅晶体的纯度。

此外，将第二腔室1211设于第一腔室111的内侧，使得第二腔室1211的各个方向和各个部位均可以稳定且均匀地接收来自第一腔室111的热量，如此，第二腔室1211内的原料300受热更加均匀，升华效果更好，可以减少了Si₂C、SiC₂的生成。此外，当碳化硅气体从第二腔室1211进入第一腔室111后，由于第一腔室111的通道更加靠近热源，温度更高，可以防止一部分碳化硅气体沉积在第一腔室111的腔壁上，以使更多的碳化硅气体附着到籽晶200上，有助于节约原料300

进一步地，参考图1，坩埚组件1可以包括：生长坩埚11和内坩埚12。其中，进气口112和出气口113均形成于生长坩埚11。内坩埚12设于生长坩埚11的内侧，并且内坩埚12和生长坩埚11间隔开，内坩埚12可以包括：埚本体121和连接轴管123。其中，埚本体121的外壁与生长坩埚11的内壁限定出第一腔室111，埚本体121的内侧限定出第二腔室1211，埚本体121的外周壁上形成有连通第二腔室1211和第一腔室111的连通口122；连接轴管123限定出进气通道1233，连接轴管123用于连接埚本体121和生长坩埚11，如此，含有气态钒化合物的混合气先通过连接轴管123的进气通道1233与碳化硅原料300充分混合，然后与碳化硅原料300受热产生的碳化硅气体共同从第二腔室1211经过连通口122向第一腔室111内的籽晶200处流动，其中，在第二腔室1211阶段，气态钒化合物和碳化硅气体充分且均匀混合，在第一腔室111阶段，由吹扫气中的还原性气体将气态钒化合物还原成气态钒单质，以便于钒单质随碳化硅气体迁移到籽晶200表面沉积，而还原反应的产物、过剩的碳化硅气体以及其他气体可以从出气口113排出，由此，实现了利用钒补偿氮、硼制备碳化硅晶体。

在本发明的一个示例中，连接轴管123穿设于生长坩埚11的顶壁，连接轴管123适于带动埚本体121相对生长坩埚11转动。可以理解的是，连接轴管123通过旋转可以带动埚本体121一起旋转，使埚本体121内的碳化硅气体受热均匀，同时使碳化硅蒸汽与气态钒均匀混合。

进一步地，参考图1，连接轴管123包括：传输部1231和扩散部1232。其中，传输部1231形成为管状，进气通道1233的进气端由传输部1231的位于生长坩埚11外侧的一端敞开形成，例如图1所示，传输部1231的上端形成为敞开的开口，传输部1231的内侧限定出传输通道1234，传输通道1234可以沿上下方向延伸。扩散部1232与传输部1231的另一端(例如图1中所示的传输部1231的下端)相连，扩散部1232适于埋入原料300，扩散部1232限定出扩散室1235，扩散室1235与传输通道1234连通，进气通道1233的出气端包括多个排气孔，每个排气孔沿厚度方向贯穿扩散部1232，多个排气孔在扩散部1232的外壁间隔布置，传输通道1234与扩散室1235共同构成进气通道1233，由此，通过将连接轴管123的扩散部1232设置多个排气孔，可以使得扩散部1232在处于原料300的覆盖时，可以向周围空间排出含有气态钒化合物的混合气，以促使气态钒化合物和原料300充分混合，进而提高气态钒化合物与碳化硅气体混合的均匀性。

更进一步地，参考图1，传输部1231在参考面内的投影位于扩散部1232在参考面内的投影内，参考面垂直于连接轴管123的中心轴线，换言之，扩散部1232在垂直于轴线方向的宽度可以大于传输部1231的直径，例如图1所示，扩散部1232可以形成为球状，扩散部1232的直径远大于传输部1231的直径，这样，可以扩大气态钒化合物在原料300内部的扩散范围，从而有利于从气态钒化合物和原料300的充分混合，当然，本发明不限于此，扩散部1232还可以形成为立方体、圆锥体、圆柱体等形状，扩散部1232的形状可以根据实际需要合理选择。

可选地，连接轴管123与埚本体121一体成型。可选地，连接轴管123为致密、低空隙的石墨材料件，或者连接轴管123为耐高温的难熔金属件，还或者，连接轴管123可以为金属碳化物。

在一些实施例中，参考图1，连通口122设有多个，多个连通口122可以分为多个连通口组，多个连通口组可以沿埚本体121的轴向(例如图1中所示的上下方向)间隔设置，每个连通口组可以包括沿埚本体121的周向间隔设置的至少两个连通口122，如此，通过设置多个连通口122，可以确保第二腔室1211可以稳定地向第一腔室111内供入足量的碳化硅气体以及气态钒化合物，以保证碳化硅晶体的生长速率，此外，部分连通口122沿周向分布，有利于碳化硅气体以及气态钒化合物在第一腔室111内的分布更加均匀，从而使籽晶200表面各处的碳化硅和钒单质沉积更加均匀，有利于提高碳化硅晶体的品质。

可选地，连通口组的数量n的取值范围为n≥2，如此，可以确保第二腔室1211可以稳定地向第一腔室111内供入足量的碳化硅气体以及气态钒化合物，以保证碳化硅晶体的生长速率。

进一步地，参考图1，在沿埚本体121的轴向且从上至下的方向上，位于下侧的连通口组内的连通口122的直径大于位于上侧的连通口组内的连通口122的直径，由于混合气在第二腔室1211内的整体流动方向是自下而上，混合气优先从位于下方的连通口122溢出，如此会导致部分混合气从下方连通口122中溢出后未与氢气反应便直接向籽晶200传输。而当下方连通口122的孔径大于上方连通口122的孔径，根据流体动力学原理，上方连通口122中排出的混合气的流速高于下方连通口122排出的混合气的流速，可以使一部分气体(包括混合气和碳化硅气体)优先从上方连通口122中溢出，使得混合气中的气态钒化合物能与氢气充分反应，有利于避免碳化硅晶体上沉积未被还原的钒化合物等杂质，进而可以提高碳化硅晶体的品质。

根据本发明的一些实施例，参考图1，第一腔室111可以包括：气体通道1111和籽晶安置空间1112。其中，气体通道1111由生长坩埚11的内周壁和内坩埚12的外周壁共同限定出，气体通道1111邻近下端的部分沿坩埚组件1的轴向向下且向内倾斜延伸。籽晶安置空间1112位于气体通道1111的下侧并与气体通道1111连通，籽晶200设于籽晶安置空间1112的底部，在气体通道1111的周向方向上，任意一处的气体通道1111的通道内壁的底端的第一参考线和通道外壁的底端的第二参考线分别与籽晶200上周沿的两个相对位置相交，其中，第一参考线为延长线或切线，第二参考线为延长线或切线，通道外壁由生长坩埚11的内周壁的至少部分构成，通道内壁由内坩埚12的内周壁的至少部分构成。

可以理解的是，在气流通道1111的周向方向上，任意一处的气体通道1111的通道内壁的底端的第一参考线和通道外壁的底端的第二参考线恰好覆盖籽晶200的上表面。需要说明的是，当通道内壁形成为直壁时，第一参考线为延长线；当通道内壁形成为弧形壁时，第一参考线为切线；当通道外壁形成为直壁时，第二参考线为延长线；当通道外壁形成为弧形壁时，第二参考线为切线。

如此，气体通道1111可以将碳化硅气体导向籽晶200的上表面，并且，在气体通道1111中处于相对外侧的碳化硅气体沉积在籽晶200的周沿，而由于气体通道1111具有一定的宽度，使得气体通道1111中的大部分碳化硅气体流向了籽晶200上表面的中间位置，如此，晶体生长时，碳化硅气体从籽晶200上表面的周侧向中间传输，有利于形成平整或微凸的晶体界面，减少界面上出现粗大步阶外观、堆垛层错、外来多型体的夹杂和其它缺陷的风险，可以大大提高晶体的品质。

此外，将籽晶200设置在籽晶安置空间1112的底部，使得籽晶200主要借助自身重力固定在生长坩埚11中，有利于减少籽晶200生长界面的应力，从而减少碳化硅晶体在生长过程中因应力引发的缺陷，整体上提高碳化硅单晶的品质。

例如，当通道内壁和通道外壁形成为平面时，通道外壁的底端的延长线和通道内壁的底端的延长线可以分别和籽晶200的上表面周沿的两个相对位置相交；或者，当通道外壁形成为弧形面，通道内壁形成为平面时，通道外壁的底端的切线和通道内壁底端的延长线分别与籽晶200的上表面周沿的两个相对位置相交；或者，当通道内壁形成为弧形面，通道外壁形成为平面时，通道内壁的底端的切线和通道外壁底端的延长线分别与籽晶200的上表面周沿的两个相对位置相交；或者，当通道内壁和通道外壁形成为弧形面时，通道外壁的底端的切线和通道内壁的底端的切线可以分别和籽晶200的上表面周沿的两个相对位置相交。

进一步地，参考图1，进气口112形成于生长坩埚11的顶壁，进气口112与气体通道1111相连通，出气口113形成于生长坩埚11的底壁，出气口113邻近籽晶200设置，例如，出气口113可以由多个，多个出气口113可以沿籽晶200的周向间隔设置，这样可以方便还原反应的产物、过剩的碳化硅气体以及其他气体及时从出气口113排出。

连接轴管123可转动地穿设于生长坩埚11的顶壁，籽晶200适于相对生长坩埚11转动，如此，既可以进一步促进碳化硅气体以及钒在第一腔室111内的均匀分布，又可以进一步促进碳化硅气体以及钒单质在籽晶200表面的均匀沉积，有利于提高碳化硅晶体的品质。可选地，籽晶200设于生长基座，生长基座适于相对生长坩埚11转动。

可选地，内坩埚12和籽晶200的转动方向相同或者不同，例如，籽晶200和内坩埚12都可以沿顺时针方向转动，或者，籽晶200和内坩埚12都可以沿逆时针方向转动，还或者，籽晶200和内坩埚12中的一个沿逆时针方向转动，另一个沿顺时针方向转动。

可选地，内坩埚12和籽晶200的转动速度可以相同，也可以不同；内坩埚12和籽晶200的转动速率的取值范围为0.1rmp-10rmp，例如内坩埚12和籽晶200的转动速率的取值可以为0.1rmp、0.5rmp、1rmp、3rmp、5rmp、8rmp或10rmp，当然，内坩埚12和籽晶200的转动速率也可以根据实际需要合理选择。

在一些实施例中，碳化硅晶体生长装置100还可以包括：加热装置3、第一供气装置(图未示出)和第二供气装置(图未示出)。其中，加热装置3用于加热第二腔室1211内的原料300以使原料300升华产生气体，第一供气装置适于向进气通道1233通入含有气态钒化合物的混合气，第二供气装置适于向进气口112通入含有还原性气体的吹扫气，这样，第一供气装置既可以提供气态钒化合物与碳化硅气体混合，同时，也可以驱动第二腔室1211内的气体(包括含有气态钒化合物的混合气与碳化硅气体)向第一腔室111内流动，而由于负压效应，第二供气装置既可以驱动第二腔室1211内的气体向第一腔室111内流动，同时又可以提供还原性气体将气态钒化合物还原成钒单质，以便于钒单质随碳化硅气体在籽晶200上沉积、生长。

下面将参考图1描述根据本发明一个具体实施例的碳化硅晶体生长装置100。

实施例一，

如图1所示，本实施例的碳化硅晶体生长装置100，包括：坩埚组件1、加热装置3、生长基座，第一供气装置和第二供气装置。

坩埚组件1可以包括：生长坩埚11和内坩埚12。其中，生长坩埚11的顶壁的形成有多个进气口112，多个进气口112关于生长坩埚11的中心轴线对称，籽晶200设于生长坩埚11的底壁，生长坩埚11的底壁形成有多个出气口113，多个出气口113沿籽晶200的周向均匀间隔设置，内坩埚12设于生长坩埚11的内侧，内坩埚12包括：埚本体121和连接轴管123。埚本体121的外壁与生长坩埚11的内壁共同限定出第一腔室111，埚本体121的内壁限定出第二腔室1211，埚本体121的外周壁上形成有多个连通口122，连通口122可以用于连通第二腔室1211和第一腔室111，多个连通口122分为多个连通口组，多个连通口组可以沿埚本体121的轴向(例如图1中所示的上下方向)间隔设置，每个连通口组可以包括沿埚本体121的周向间隔设置的至少两个连通口122，在沿埚本体121的轴向且从上至下的方向上，位于下侧的连通口组内的连通口122的直径大于位于上侧的连通口组内的连通口122的直径。

连接轴管123限定出进气通道1233，连接轴管123用于连接埚本体121和生长坩埚11，连接轴管123可转动地穿设于生长坩埚11的顶壁，连接轴管123包括：传输部1231和扩散部1232。其中，传输部1231形成为管状，传输部1231的上端形成为敞开的开口，传输部1231的内侧限定出传输通道1234，传输通道1234沿上下方向延伸，扩散部1232与传输部1231的另一端相连，扩散部1232形成为球状，扩散部1232适于埋入原料300，扩散部1232内侧限定出扩散室1235，扩散室1235与传输通道1234连通，进气通道1233的出气端包括多个排气孔，每个排气孔沿厚度方向贯穿扩散部1232，多个排气孔在扩散部1232的外壁间隔布置，传输通道1234与扩散室1235共同构成进气通道1233。

第一腔室111可以包括：气体通道1111和籽晶安置空间1112。其中，气体通道1111由生长坩埚11的内周壁和内坩埚12的外周壁共同限定出，气体通道1111邻近下端的部分沿坩埚组件1的轴向向下且向内倾斜延伸。籽晶安置空间1112位于气体通道1111的下侧并与气体通道1111连通，籽晶200可转动地设于籽晶安置空间1112的底部，在气流通道1111的周向方向上，任意一处的气体通道1111的通道内壁的底端的延长线和通道外壁的底端的延长线分别与籽晶200上周沿的两个相对位置相交，通道外壁由生长坩埚11的内周壁的至少部分构成。

加热装置3用于加热第二腔室1211内的原料300以使原料300升华产生气体，第一供气装置适于向进气通道1233通入含有气态钒化合物的混合气，混合气包括载气和气态钒化合物，第二供气装置适于向进气口112通入含有还原性气体的吹扫气，吹扫气可以包括载气和还原性气体，其中，气态钒化合物可以为钒的溴化物，载气为氩气、氦气等惰性气体，还原性气体为氢气。

在碳化硅晶体生长过程中，气态钒化合物先与碳化硅原料300进行初步混合，然后碳化硅原料300受热升华产生的碳化硅气体和气态钒化合物在第二腔室1211内充分混合，然后混合后的气体进入第一腔室111内并由还原性气体则将气态钒化合物还原成钒单质，钒单质随碳化硅气体在籽晶200表面均匀沉积、生长，而还原反应的产物、过剩的碳化硅气体以及惰性气体可以从出气口113排出。

综上，本实施的碳化硅晶体生长装置100为坩埚组件1设置进气口112和进气通道1233，与相关技术中将原料和金属钒混合，然后使原料和金属钒共同受热来在晶体中掺杂钒的方式相比，可以避免碳化硅和金属钒在高温下发生化学反应生成碳化钒从而消耗碳化硅中的碳原子，以及由此带来的气相中的硅碳原子比过高，生长中的碳化硅晶体中出现硅掺杂物，导致碳化硅晶体纯度下降，而且，由于通入的是气态钒化合物，在长晶过程中，更容易实现对气态钒和碳化硅气体的混合比例进行有效控制，从而实现晶体品质可控化。

此外，将第二腔室1211设于第一腔室111的内侧，使得第二腔室1211的各个方向和各个部位均可以稳定且均匀地接收来自第一腔室111的热量，如此，第二腔室1211内的原料300受热更加均匀，升华效果更好，可以减少了Si₂C、SiC₂的生成，此外，当碳化硅气体从第二腔室1211进入第一腔室111后，由于第一腔室111更加靠近热源，温度更高，可以防止一部分碳化硅气体沉积在第一腔室111的腔壁上，以使更多的碳化硅气体附着到籽晶200上，有助于节约原料300。

实施例二，

本实施例与实施例一的不同之处仅在于：实施例一中的坩埚组件1包括内坩埚12和生长坩埚11，容纳腔10包括第一腔室111和第二腔室1211，而本实施例二中的坩埚组件1仅包括一个坩埚，容纳腔10仅具有一个腔室，原料300和籽晶200均位于容纳腔10内。

实施例三，

本实施例与实施例一的不同之处仅在于：实施例一中的第一腔室111包括气体流道1111和籽晶安置空间1112，而气体通道1111邻近下端的部分沿坩埚组件1的轴向向下且向内倾斜延伸，而本实施例二中的第一腔室111的外腔室壁形成为圆柱形。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种碳化硅晶体生长装置，其特征在于，包括：坩埚组件，所述坩埚组件具有容纳腔，所述容纳腔适于放置原料和籽晶，所述坩埚组件具有进气口、出气口和进气通道，所述进气口和所述出气口均与所述容纳腔连通，所述进气通道的进气端位于所述容纳腔外，所述进气通道的出气端埋入所述原料内，

所述进气通道适于通入含有气态钒化合物的混合气，所述进气口适于通入含有还原性气体的吹扫气，所述原料受热升华产生的碳化硅气体适于在所述混合气和所述吹扫气的驱动下传输至所述籽晶表面沉积，所述出气口用于排出过剩气体；

所述容纳腔包括：

第一腔室，所述第一腔室适于放置所述籽晶；

第二腔室，所述第二腔室位于所述第一腔室的内侧，所述第二腔室适于盛放所述原料；

所述进气口和所述出气口均形成于所述第一腔室的腔壁且均与所述第一腔室连通，所述进气通道的进气端位于所述第一腔室的外侧，所述进气通道的出气端位于所述第二腔室内并埋入原料；

所述坩埚组件包括：

生长坩埚，所述进气口和所述出气口均形成于所述生长坩埚；

内坩埚，所述内坩埚设于所述生长坩埚的内侧，所述内坩埚包括：

埚本体，所述埚本体的外壁与所述生长坩埚的内壁限定出所述第一腔室，所述埚本体的内侧限定出所述第二腔室，所述埚本体的外周壁上形成有连通所述第二腔室和所述第一腔室的连通口；

连接轴管，所述连接轴管用于连接所述埚本体和所述生长坩埚，所述连接轴管限定出所述进气通道；连接轴管穿设于生长坩埚的顶壁，连接轴管适于带动埚本体相对于生长坩埚转动；

所述连通口设有多个，多个所述连通口分为多个连通口组，多个连通口组沿所述埚本体的轴向间隔设置，每个所述连通口组包括沿所述埚本体的周向间隔设置的至少两个连通口，

在沿所述埚本体的轴向且从上至下的方向上，位于下侧的所述连通口组内的所述连通口的直径大于位于上侧的所述连通口组内的所述连通口的直径；

所述第一腔室包括：

气体通道，所述气体通道由所述生长坩埚的内周壁和所述内坩埚的外周壁共同限定出，所述气体通道邻近下端的部分沿所述坩埚组件的轴向向下且向内倾斜延伸；

籽晶安置空间，所述籽晶安置空间位于所述气体通道的下侧并与所述气体通道连通，所述籽晶设于所述籽晶安置空间的底部，

在所述气体通道的周向方向上，任意一处的所述气体通道的通道内壁的底端的第一参考线和通道外壁的底端的第二参考线分别与所述籽晶上周沿的两个相对位置相交，其中，所述第一参考线为延长线或切线，所述第二参考线为延长线或切线，

所述通道外壁由所述生长坩埚的内周壁的至少部分构成，所述通道内壁由所述内坩埚的内周壁的至少部分构成。

2.根据权利要求1所述的碳化硅晶体生长装置，其特征在于，所述混合气包括载气和气态钒化合物，所述吹扫气包括载气和还原性气体，其中，所述载气为惰性气体，所述还原性气体为氢气。

3.根据权利要求1所述的碳化硅晶体生长装置，其特征在于，所述连接轴管包括：

传输部，所述传输部形成为管状，所述进气通道的进气端由所述传输部的位于所述生长坩埚外侧的一端敞开形成，所述传输部的内侧限定出传输通道，

扩散部，所述扩散部与所述传输部的另一端相连，所述扩散部适于埋入所述原料，所述扩散部限定出与所述传输通道连通的扩散室，所述进气通道的出气端包括形成于所述扩散部的周壁的多个排气孔，

所述传输通道与所述扩散室构成所述进气通道。

4.根据权利要求3所述的碳化硅晶体生长装置，其特征在于，所述传输部在参考面内的投影位于所述扩散部在参考面内的投影内，所述参考面垂直于所述连接轴管的中心轴线。

5.根据权利要求1所述的碳化硅晶体生长装置，其特征在于，所述进气口形成于所述生长坩埚的顶壁并与所述气体通道连通，所述出气口形成于所述生长坩埚的底壁且邻近所述籽晶设置，

所述连接轴管可转动地穿设于所述生长坩埚的顶壁，所述籽晶适于相对所述生长坩埚转动。

6.根据权利要求1所述的碳化硅晶体生长装置，其特征在于，还包括：

加热装置，所述加热装置用于加热所述容纳腔内的原料以使所述原料升华产生气体；

第一供气装置，所述第一供气装置适于向所述进气通道通入含有气态钒化合物的混合气；

第二供气装置，所述第二供气装置适于向所述进气口通入含有还原性气体的吹扫气。

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