CN114134571B - 坩埚组件和具有其的单晶生长装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种坩埚组件和具有其的单晶生长装置，坩埚组件具有内外间隔且连通的第一腔室和第二腔室，第二腔室位于第一腔室的内侧，第二腔室用于盛放原料，第一腔室内用于放置籽晶，坩埚组件具有与第一腔室连通的进气口和出气口，进气口适于通入惰性气体以带动第二腔室内的原料受热产生的气体进入第一腔室并在籽晶上沉积，出气口适于将过剩气体排出。根据本发明的坩埚组件，原料受热更加均匀，升华效果更好，此外，当碳化硅气体从第二腔室进入第一腔室后，可以防止部分碳化硅气体沉积在第一腔室的腔壁上，以使更多的碳化硅气体附着到籽晶上，有助于节约原料。

Description

坩埚组件和具有其的单晶生长装置

技术领域

本发明涉及晶体生长技术领域，尤其是涉及一种坩埚组件和具有其的单晶生长装置。

背景技术

相关技术中指出，碳化硅(SiC)单晶材料是目前发展较为成熟的宽禁带半导体材料，在高压、高频、高功率及耐高温等领域应用广泛。目前，新能源汽车、光伏逆变、轨道交通、特高压电网以及5G通讯中采用碳化硅功率器件的占比在逐年增多。在不久的将来，碳化硅单晶材料将成为最重要的电子材料之一。现有碳化硅晶体生长工艺中尚不成熟，现有的碳化硅晶体生长方法存在原料受热不均匀，导致不同部位产生的碳化硅气体的量不同，从而使得晶体表面的生长速度存在差异，最终导致晶体表面出现大量缺陷。

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坩埚组件，所述坩埚组件可以使原料受热均匀，可以提高原料的利用率。

本发明还在于提出一种具有上述坩埚组件的单晶生长装置。

根据本发明第一方面的坩埚组件，所述坩埚组件具有内外间隔且连通的第一腔室和第二腔室，所述第二腔室位于所述第一腔室的内侧，所述第二腔室用于盛放原料，所述第一腔室内适于放置籽晶，所述坩埚组件具有与所述第一腔室连通的进气口和出气口，所述进气口适于通入惰性气体以带动所述第二腔室内的原料受热产生的气体进入所述第一腔室并在所述籽晶上沉积，所述出气口适于将过剩气体排出。

根据本发明实施例的坩埚组件，在加热过程中，由于放置原料的第二腔室设在第一腔室的内侧，即第二腔室在空间内处于第一腔室的包围中，第二腔室整体上都处于稳定的高温环境中，这样，第二腔室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的热量，如此，第二腔室内的原料受热更加均匀，升华效果更好，此外，当碳化硅气体从第二腔室进入第一腔室后，由于第一腔室更加靠近热源，温度更高，可以防止一部分碳化硅气体沉积在第一腔室的腔壁上，以使更多的碳化硅气体沉积到籽晶上，有助于节约原料。

根据本发明的一些实施例，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内，所述内坩埚和所述生长坩埚共同限定出所述第一腔室，所述内坩埚的内侧限定出所述第二腔室，所述内坩埚上形成有至少一个连通口，至少一个所述连通口连通所述第一腔室和所述第二腔室，在所述第一腔室内的气流流动方向上，所述进气口位于所述连通口的上游侧，所述出气口位于所述连通口的下游侧。

进一步地，所述内坩埚和所述生长坩埚间隔设置，和/或，所述内坩埚和所述生长坩埚可拆卸连接。

根据本发明的一些实施例，所述连通口包括多个，多个所述连通口沿所述内坩埚的轴向间隔布置，和/或，多个所述连通口沿所述内坩埚的周向间隔布置。

在一些实施例中，所述连通口形成于所述内坩埚的周壁的上部，所述连通口位于所述内坩埚从上至下的1/3-1/2高度的位置，和/或，所述连通口形成为圆形，所述连通口的直径的取值范围为：4mm-6mm。

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，在气体的流动方向上，所述气体通道的宽度逐渐减小；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。

进一步地，所述生长坩埚的内周壁和所述内坩埚的外周壁的最大间距d₁的取值范围为:14mm≤d₁≤18mm；所述生长坩埚的内周壁和所述内坩埚的外周壁的最小间距d₂的取值范围为:8mm≤d₂≤12mm。

在一些实施例中，所述气体通道的通道外壁的底端的延长线或切线与所述籽晶的上表面的周沿相交，所述通道外壁由所述生长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且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与所述籽晶安置空间连通，在从所述进气口至所述籽晶安置空间的方向上，所述气体通道形成为向外弯曲的弧形。

根据本发明的一些实施例，所述内坩埚可转动地设于所述生长坩埚内，所述内坩埚的转动速率的取值范围为0.1rmp-10rmp；和/或，所述籽晶可转动地设于所述第一腔室，所述籽晶的转动速率的取值范围为0.1rmp-10rmp。

根据本发明第二方面的单晶生长装置，包括：坩埚组件，所述坩埚组件为根据本发明第一方面所述的坩埚组件；加热装置，所述加热装置适于加热所述原料以使原料升华产生气体。

根据本发明第二方面实施例的单晶生长装置，通过设置上述实施例的坩埚组件，可以使原料受热均匀，可以提高原料的利用率。

进一步地，所述单晶生长装置还包括：吹扫装置，所述吹扫装置适于向所述进气口吹入惰性气体，以驱动所述第二腔室内的原料受热产生的气体从所述第二腔室流向所述第一腔室并在所述籽晶上沉积，并驱动过剩气体从所述出气口排出。

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单晶生长装置的示意图。

附图标记：

单晶生长装置100：

坩埚组件1，生长坩埚11，第一腔室111，气体通道112，籽晶安置空间113，进气口114，出气口115，内坩埚12，第二腔室121，连通口122，

加热装置2，第一安装基座3，第一转动轴4，第二安装基座5，第二转动轴6，籽晶7。

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描述根据本发明第一方面实施例的坩埚组件1。

根据本发明第一方面实施例的坩埚组件1，可以用于晶体的生长制备，例如碳化硅单晶的生长制备。具体而言，坩埚组件1具有第一腔室111和第二腔室121，第一腔室111和第二腔室121内外间隔且连通，第二腔室121位于第一腔室111的内侧，第二腔室121可以用于盛放原料，原料可以是碳化硅原料，碳化硅原料在高温环境下升华产生碳化硅气体，第一腔室111内可以用于放置籽晶7，例如籽晶7可以放置在第一腔室111的底部。当然本发明不限于此，原料也可以是其他原料，本实施例的单晶生长装置100也可以用于其他晶体的生长。

坩埚组件1具有进气口114和出气口115，进气口114可以用于连通外部的吹扫装置(例如下文所述的吹扫装置)和第一腔室111，出气口115可以连通第一腔室111和外界环境，进气口114适于通入惰性气体以驱动第二腔室121内的碳化硅气体进入第一腔室111并在籽晶7上沉积，出气口115适于将惰性气体以及过剩的碳化硅气体排出。

例如图1所示，坩埚组件1的第一腔室111位于第二腔室121的外侧，并且，第一腔室111可以在立体空间内环绕第二腔室121布置，进气口114和出气口115均形成于第一腔室111的腔壁上，第二腔室121和第一腔室111连通，如可以在第二腔室121的腔壁上开孔，或者，第二腔室121和第一腔室111可以通过气流管路连通；其中，第二腔室121内可以盛放碳化硅原料，碳化硅原料为高纯碳化硅粉，高纯碳化硅粉的纯度在6N以上，尺寸为0.2mm-1mm。

根据本发明实施例的坩埚组件1，在加热过程中，由于放置原料的第二腔室121设在第一腔室111的内侧，即第二腔室121在空间内处于第一腔室111的包围中，第二腔室121的整体上都处于稳定的高温环境中，这样，第二腔室121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121内的原料受热更加均匀，升华效果更好，此外，当碳化硅气体从第二腔室121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7上，有助于节约原料。

下面以原料为碳化硅原料，晶体为碳化硅单晶为例描述本发明的坩埚组件1。

根据本发明的一些实施例，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114和出气口115均形成于生长坩埚11，内坩埚12设于生长坩埚11的内侧，例如，内坩埚12可以和生长坩埚11可拆卸连接，内坩埚12可以设在生长坩埚11内腔的顶部，即内坩埚12可以和生长坩埚11的顶壁相连。内坩埚12和生长坩埚11共同限定出第一腔室111，即内坩埚12的外壁和生长坩埚11的内壁共同限定出第一腔室111，内坩埚12的内侧限定出第二腔室121，内坩埚12上形成有至少一个连通口122，至少一个连通口122连通第一腔室111和第二腔室121。也就是说，连通口122可以仅设置一个，此时，连通口122可以沿内坩埚12的周向延伸，或者，连通口122也可以设置有多个，多个连通口122可以在内坩埚12的高度方向或者周向均匀间隔排布，由此，可以使内坩埚12内的碳化硅气体在周向上均匀地扩散至第一腔室111内，从而有利于碳化硅气体均匀地附着在籽晶7表面，以提高单晶质量。可以理解地，进气口114位于连通口122的上游侧，出气口115位于连通口122的下游侧，这样，惰性气体在从第一腔室111内且从进气口114向出气口115流动的过程中，在经过连通口122时，根据负压效应，惰性气体可以驱动第二腔室121内的碳化硅气体经过连通口122进入第一腔室111。

可选地，内坩埚12设置在生长坩埚11的中轴线上，如此，可以使得处于第一腔室111的同一高度上的周向各处的碳化硅气体流通面积相同，有利于实现碳化硅气体在第一腔室内的均匀传输，从而有利于在一定程度提高晶体的品质。

可选地，生长坩埚11为石墨材料件，以确保生长坩埚11可以承受较高的温度，生长坩埚11的气体透过率为0.01cm²/sec-0.1cm²/sec，可以防止原料升华产生的碳化硅气体从生长坩埚11的侧壁的孔隙溢出造成原料的浪费和长晶效率的降低。

可选地，内坩埚12为石墨材料件，内坩埚12的密度不大于1.2g/cm³，优选地，内坩埚12的密度不大于1g/cm³，内坩埚12的孔隙率高于50％，优选地，内坩埚12的孔隙率高于60％，如此，第二腔室121内的碳化硅气体不仅可以从连通口122处流向第一腔室111，同时，少量的碳化硅气体也可以从内坩埚12的侧壁的孔隙向第一腔室111内溢出，从而提高碳化硅气体的流通效率，有助于提高长晶效率。

可选地，籽晶7为4吋(英寸)或6吋的高纯碳化硅晶片或导电性碳化硅晶片，电阻率为0.015-0.025Ω·cm，如此，有利于使得晶体形成为高品质的单晶体。

进一步地，内坩埚12和生长坩埚11间隔设置，这样，当内坩埚12相对生长坩埚11转动时，可以防止运动干涉。内坩埚12和生长坩埚11可拆卸连接，这样可以方便内坩埚12和生长坩埚11的装拆，以便于后期的维护。

根据本发明的一些实施例，连通口122可以包括多个，此处，多个是指两个及两个以上，多个连通口122可以沿内坩埚12的周向间隔布置，或者，多个连通口122也可以沿内坩埚12的轴向间隔设置，还或者，多个连通口122可以分成多个连通口组，多个连通口组沿内坩埚12的轴向间隔设置，每个连通口组包括沿内坩埚12的周向间隔设置的至少两个连通口122，如此，可以便于内坩埚12内的碳化硅气体在周向上均匀地扩散至第一腔室111内，从而有利于碳化硅气体均匀地附着在籽晶7表面，以提高单晶质量。

在一些实施例中，参考图1，连通口122形成于内坩埚12的周壁的上部，连通口122可以位于内坩埚12的周壁的从上至下的1/3-1/2高度所对应的区域，由于碳化硅气体的温度较高，高温的碳化硅气体可以从内坩埚12内的原料位置自然上升，将连通口122设在内坩埚12从上至下的1/3-1/2高度的位置，有利于碳化硅气体顺利地从第二腔室121通过连通口122进入第一腔室111。

根据本发明的一些实施例，连通口122可以形成为圆形，连通口122的直径的取值范围为：4mm-6mm，例如，连通口122的直径可以是4mm、4.5mm、5mm、5.5mm或6mm，连通口122的直径可以根据实际需要合理选择，由此，可以便于碳化硅气体顺利地从第二腔室121经过连通口122扩散至第一腔室111内。既避免了连通口122的直径过小例如小于4mm时，碳化硅气体排出不畅或者在第二腔室121内形成涡流，也可以避免连通口122的直径过大例如大于6mm时，碳化硅气体从第一腔室111内倒流回第二腔室121。当然不发明不限于此，连通口122的形状也可以是其他形状，例如椭圆形，长圆形，方形等，连通口122的形状可以根据实际需要合理选择。

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112和籽晶安置空间113。具体而言，气体通道112可以由生长坩埚11的内周壁和内坩埚12的外周壁共同限定出，也就是说，气体通道112可以沿内坩埚12的外周壁延伸；籽晶安置空间113位于气体通道112的下侧，籽晶安置空间113与气体通道112连通，籽晶7设于生长坩埚11的底壁并位于籽晶安置空间113，这样，碳化硅气体从第二腔室121经过连通口122进入第一腔室111后，可以沿着气体通道112向下扩散至籽晶安置空间113，以在籽晶7上沉积，使得碳化硅晶体可以生长。此外，通过将籽晶7设于生长坩埚11的底壁，相比于传统的将籽晶7固定在坩埚顶部的方法，本实施例主要借助籽晶7的自身重力设置在生长坩埚11中，有利于减少籽晶7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。

在一些实施例中，参考图1，在气体的流动方向上，即从进气口至出气口的方向上，气体通道112的宽度可以逐渐减小，也可以为梯度减小，如此，通过将气体通道112设置为收缩型，根据流体动力学，有利于增加碳化硅气体的流速，从而有助于提高晶体的生长效率，同时也避免了碳化硅气体在气体通道112的流道壁(包括上文所述的生长坩埚11的内壁以及内坩埚12的外壁)上沉积。

进一步地，生长坩埚11的内周壁和内坩埚12的外周壁的最大间距d₁的取值范围为:14mm≤d₁≤18mm，也就是说，气体通道112的最宽处的宽度为d₁，例如，d₁的取值可以为14mm、15mm、16mm、17mm或18mm；生长坩埚11的内周壁和内坩埚12的外周壁的最小间距d₂的取值范围为:8mm≤d₂≤12mm，也就是说，气体通道112的最窄处的宽度为d₂，例如，d₂的取值可以是8mm、9mm、10mm、11mm或12mm，如此，使得气体通道112呈收缩型，有利于增加碳化硅气体的流速，从而有助于提高晶体的生长效率，同时也避免了碳化硅气体在气体通道112的流道壁上沉积。

在一些实施例中，参考图1，气体通道112的通道外壁的底端的延长线或切线与籽晶7的上表面的周沿相交，通道外壁由生长坩埚11的内周壁的至少部分构成。例如，当生长坩埚11的部分内壁形成为直壁时，气体通道112的通道外壁的底端的延长线可以和籽晶7的上表面的周沿相交；或者，当生长坩埚11的内壁形成为弧形壁面时，气体通道112的底端的切线与籽晶7的上表面的周沿相交，如此，气体通道112可以将碳化硅气体导向籽晶7的上表面，并且，在气体通道112中处于相对外侧的碳化硅气体沉积在籽晶7的周沿，而由于气体通道112具有一定的宽度，使得气体通道112中的大部分碳化硅气体流向了籽晶7上表面的中间位置，如此，晶体生长时，碳化硅气体从籽晶7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。

进一步地，参考图1，进气口114形成于生长坩埚11的顶壁，进气口114与气体通道112连通，出气口115形成于生长坩埚11的底壁，出气口115与籽晶安置空间113连通，吹扫装置可以设于坩埚组件1的上侧，在从进气口114至籽晶安置空间113的方向上，气体通道112形成为向外弯曲的弧形，此时，气体通道112的底端的切线与籽晶7的上表面的周沿相交。如此，弧形的流道有利于减小风阻，同时也使得整体结构简单，同时可以延长气体通道112，有利于形成温度梯度，以促进碳化硅气体在籽晶7上的沉积。

在一些实施例中，进气口114的直径d₃的取值范围为：2mm≤d₃≤8mm，例如，d₃的取值可以是2mm、4mm、6mm或8mm；出气口115的直径d₄的取值范围为：2mm≤d₄≤8mm，例如，d₄的取值可以是2mm、4mm、6mm或8mm，优选地，出气口115的直径可以小于进气口114的直径，和/或，出气口115的数量可以少于进气口114的数量，这样可以保证碳化硅气体在第一腔室111内具有足够的沉积时间，而不是还未来得及沉积便被排出，从而可以提升原料的利用率，也有利于提高碳化硅晶体的生长速度。

根据本发明的一些实施例，内坩埚12可转动地设于生长坩埚11。具体而言，单晶生长装置100还包括：第一安装基座3，第一安装基座3可转动地设于生长坩埚11的顶部，例如，第一安装基座3通过第一转动轴4和设于生长坩埚11外部的第一驱动装置(图未示出)传动连接，内坩埚12设于第一安装基座3，内坩埚12可以随第一安装基座3转动，这样，可以使碳化硅气体在周向上均匀地传输到第一腔室111内，有利于碳化硅气体在籽晶7表面均匀附着，从而提高碳化硅晶体的品质。

根据本发明的一些实施例，籽晶7可转动地设于第一腔室111。具体而言，单晶生长装置100还可以包括：第二安装基座5，第二安装基座5可转动地设于第一腔室111的底部，例如，第二安装基座5通过第二转动轴6和设于内坩埚12或生长坩埚11外部的第二驱动装置(图未示出)传动连接，籽晶7设于第一安装基座3并可随第二安装基座5转动，这样，可以进一步促使碳化硅气体在籽晶7上均匀沉积，从而得到高品质的碳化硅晶体。

在一些实施例中，内坩埚12可转动地设于生长坩埚11，籽晶7可转动地设于第一腔室111，内坩埚12和籽晶7的转动方向相同或者不同，例如，籽晶7和内坩埚12都可以沿顺时针方向转动，或者，籽晶7和内坩埚12都可以沿逆时针方向转动，还或者，籽晶7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7的转动速度可以相同，也可以不同；内坩埚12和籽晶7的转动速率的取值范围为0.1rmp-10rmp，例如内坩埚12和籽晶7的转动速率的取值可以为0.1rmp、1rmp、4rmp、8rmp或10rmp，当然，内坩埚12和籽晶7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，参考图1，第一腔室111可以包括；气体通道112和籽晶安置空间113。其中，籽晶安置空间113位于气体通道112的下侧；加热装置2环绕设置在生长坩埚11的外周侧，并且加热装置2且与气体通道112内外相对设置，也就是说，加热装置2设置在生长坩埚11的外周侧的上部，这样可以避免籽晶安置空间113被加热，从而在第一腔室111的内部形成温度梯度，以利于碳化硅气体在籽晶7表面的沉积。

下面参考图1描述根据本发明第二方面实施例的单晶生长装置100。

根据本发明实施例的单晶生长装置100，包括：根据本发明上述实施例的坩埚组件1和加热装置2。

具体而言，加热装置2适于加热第二腔室121内的原料以产生碳化硅气体，碳化硅气体适于从第二腔室121扩散至第一腔室111并沉积在籽晶7上。例如，加热装置2可以设于坩埚组件1的外侧，加热装置2可以是环绕坩埚组件1的周壁设置的感应线圈，通过对加热装置2的加热控制使第二腔室121内的碳化硅原料可以在高温下升华产生碳化硅气体，碳化硅气体可以在惰性气体的驱动下从第二腔室121流动到第一腔室111内，最终沉积在籽晶7上并成长为合格的碳化硅晶体。

根据本发明第二方面实施例的单晶生长装置，通过设置上述实施例的坩埚组件1，可以使原料受热均匀，可以提高原料的利用率。

可以理解地，在加热装置2的加热过程中，第一腔室111内的温度呈梯度分布，籽晶7设在温度最低的位置，以便于碳化硅气体沉积在籽晶7上，进而使得晶体可以顺利生长。例如，籽晶7可以设在不与加热装置2相对的位置，并且，不同位置的加热装置2的加热功率可以不同，距离籽晶7越近的位置，加热装置2的功率越低，这样，碳化硅气体在传输路径上温度逐渐降低，在轴向温度梯度和惰性气体的作用下，碳化硅气体在籽晶7上沉积，以使单晶顺利生长，同时有利于节约原料。

进一步地，参考图1，生长坩埚11形成有进气口114和出气口115，进气口114与气体通道112连通，出气口115和籽晶安置空间113连通，单晶生长装置100还可以包括：吹扫装置(图未示出)。吹扫装置适于从进气口114向气体通道112内吹入惰性气体，例如，进气口114可以位于生长坩埚11的顶壁，出气口可以形成于生长坩埚11的底壁，惰性气体可以是氩气，氦气等，以驱动碳化硅气体从连通口122流向籽晶安置空间113，并从出气口115排出，如此，通过设置吹扫装置，可以提高碳化硅气体从连通口122扩散至籽晶7的速率，提高碳化硅晶体的生长速度，也可以避免一部分碳化硅气体附着在生长坩埚11的内壁以及内坩埚12的外壁，提高原料的利用率。此外，吹扫气即惰性气体从进气口114进入到气体通道112，然后从出气口115排出，可以带走一部分富碳、富硅的气体，从而减少碳化硅晶体中富硅或者富碳的沉积，提高碳化硅晶体的质量。

需要说明的是，在本发明的实施例中，一方面高温的碳化硅气体可以自然上升，另一方面碳化硅原料在高温下不断升华产生碳化硅气体，使得第二腔室121的压力增大，进而使得第一腔室111和第二腔室121存在压力差，并且，单晶生长装置100的吹扫装置吹出的吹扫气使得气体通道112内的气流速率增加，会进一步导致第二腔室121与第一腔室111的压力差增大。在压力差的驱动下碳化硅气体从连通口122中溢出，并在吹扫气的带动下朝向籽晶所在位置的方向传输，由此，本实施例的单晶生长装置100的碳化硅气体流通效率得到较大的提高。

下面参考图1描述根据本发明一个具体实施例的单晶生长装置100。

实施例一，

如图1所示，单晶生长装置100为碳化硅单晶生长装置100，该碳化硅单晶生长装置100包括：生长坩埚11、内坩埚12、第一安装基座3、籽晶7及第二安装基座5。

第一安装基座3可转动地设于生长坩埚11内侧并位于生长坩埚11的顶部，第一安装基座3通过第一转动轴4和设于生长坩埚11外部的第一驱动装置(图未示出)传动连接，内坩埚12设于第一安装基座3并随第一安装基座3转动，内坩埚12和生长坩埚11共同限定出第一腔室111，内坩埚12的内侧限定出第二腔室121，内坩埚12上形成有多个连通口122，多个连通口122分别连通第一腔室111和第二腔室121，连通口设在离内坩埚顶部1/2-1/3高度的区域。

第一腔室111可以包括；气体通道112和籽晶安置空间113。其中，籽晶安置空间113位于气体通道112的下侧，籽晶安置空间113与气体通道112连通，第二安装基座5可转动地设于第一腔室111的底壁并处于籽晶安置空间113，第二安装基座5通过第二转动轴6和设于生长坩埚11外部的第二驱动装置(图未示出)传动连接，籽晶7设于第二安装基座5并可随第二安装基座5转动。

生长坩埚11是由致密的高纯石墨制备而成，生长坩埚11为“倒花瓶”的形状，生长坩埚11的内侧壁为圆弧结构且下缘圆弧切线延长线与籽晶7的上表面的周沿相接。

生长坩埚11顶部具有多个进气口114，在生长坩埚11底部具有多个出气口115，进气口114的大小一般为2mm-8mm；出气口115的大小一般为2mm-8mm；在从进气口114至籽晶安置空间113的方向上，气体通道112形成为向外弯曲的弧形，气体通道112具有“上宽下窄”的结构。

高纯碳化硅粉的纯度在6N以上，尺寸为0.2mm-1mm，高纯碳化硅粉装载在内坩埚12中，内坩埚12由密度为0.8g/cm³，孔隙率为80％的石墨制备而成；籽晶7为4吋或6吋的高纯碳化硅晶片或导电性碳化硅晶片，电阻率为0.015-0.025Ω·cm，第一安装基座3和第二安装基座5的转速均为0.1rmp-10rmp，第一安装基座3和第二安装基座5的转速相同，转向相同。其中，6N是指碳化硅粉的纯度为6个9。

在碳化硅晶体生长过程中，生长坩埚11内部温度高于2100℃时，碳化硅粉受热升华成碳化硅碳化硅气体并从内坩埚12侧壁的连通口122中溢入气体通道112内，并由吹扫气引导沿气体通道112流动，最终在籽晶7上均匀沉积；

在碳化硅晶体生长过程，第一安装基座3转动带动内坩埚12转动使坩埚内的碳化硅粉均匀受热，从而能减少气相传输不均匀的情况；第二安装基座5在转动带动籽晶7转动，使碳化硅气体能均匀沉积在籽晶7上，从而能长出高质量的碳化硅晶体；吹扫气从生长坩埚11顶部进入到坩埚中，从生长坩埚11底部出去并带走一部分富碳、富硅的气体，从而减少碳化硅晶体中富硅或者富碳的沉积，提高碳化硅晶体的质量。

下表是本实施例的碳化硅单晶生长装置100与对比例1的单晶生长装置的实验数据表。

下表为根据本实施例的碳化硅单晶生长装置100与对比例1的碳化硅单晶生长装置100在相同加热温度、相同加热时长下所得的碳化硅单晶的数据对比表，其中，对比例1中的碳化硅单晶生长装置的原料室与长晶室沿内外方向间隔且连通，并且，原料室位于长晶室的外侧，对比例2中的碳化硅单晶生长装置的原料和籽晶位于同一个腔室，并且，籽晶位于原料的上侧。

表一 碳化硅晶体的数据表

碳化硅晶体参数	实施例1检测数据	对比例1检测数据	对比例2检测数据
				晶体厚度(mm)	28	17	15
多型	无	3％	无
				电阻率(Ω·cm)	0.021	0.024	0.019
微管密度(个/cm<sup>2</sup>)	0.2	1.8	1.0
				碳颗粒包裹物浓度(个/cm<sup>2</sup>)	0.1	1	0.8
六方空洞(cm<sup>-2</sup>)	≤0.03％	≤1％	≤6％
				位错密度(个/cm<sup>2</sup>)	2500	4500	3000

从上表可以看出，在采用本实施例的碳化硅单晶生长装置100来制取碳化硅单晶时，所得的碳化硅单晶的晶体厚度相较于对比例1以及对比例2中的碳化硅单晶的晶体厚度更厚，说明本申请的单晶生长装置100的长晶速率更高；本实施例的碳化硅单晶生长装置100所得的碳化硅单晶内部无其他晶型杂质，而对比例1中的碳化硅单晶生长装置所得的碳化硅单晶内部的晶型复杂，品质较低；同时，本实施例的碳化硅单晶生长装置100所得的碳化硅单晶的电阻率比对比例1中的碳化硅单晶生长装置所得的碳化硅单晶的电阻率更低；本实施例的碳化硅单晶生长装置100所得的碳化硅单晶的微管密度比对比例1以及对比例2中的碳化硅单晶生长装置所得的碳化硅单晶的微管密度更低，可以降低由本实施例的碳化硅单晶制成的器件的漏电风险，提高击穿电压。此外，本实施例的碳化硅单晶的碳颗粒包裹物浓度、六方空洞、位错密度均相较于对比例1以及对比例2中的碳化硅单晶生长装置所得的碳化硅单晶的碳颗粒包裹物浓度、六方空洞、位错密度更低，说明本实施例的碳化硅单晶生长装置100制取的碳化硅单晶的富碳、富硅的沉积更少，生长界面缺陷更少、品质更好。

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 (9)

1.一种坩埚组件，其特征在于，所述坩埚组件具有内外间隔且连通的第一腔室和第二腔室，所述第二腔室位于所述第一腔室的内侧，所述第二腔室用于盛放原料，所述第一腔室内适于放置籽晶，所述坩埚组件具有与所述第一腔室连通的进气口和出气口，所述进气口适于通入惰性气体以带动所述第二腔室内的原料受热产生的气体进入所述第一腔室并在所述籽晶上沉积，所述出气口适于将过剩气体排出；还包括

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内，所述内坩埚和所述生长坩埚共同限定出所述第一腔室，所述内坩埚的内侧限定出所述第二腔室，所述内坩埚上形成有至少一个连通口，至少一个所述连通口连通所述第一腔室和所述第二腔室，在所述第一腔室内的气流流动方向上，所述进气口位于所述连通口的上游侧，所述出气口位于所述连通口的下游侧；

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，在气体的流动方向上，所述气体通道的宽度逐渐减小；

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；

所述气体通道的通道外壁的底端的延长线或切线与所述籽晶的上表面的周沿相交，所述通道外壁由所述生长坩埚的内周壁的至少部分构成。

2.根据权利要求1所述的坩埚组件，其特征在于，所述内坩埚和所述生长坩埚间隔设置，和/或，所述内坩埚和所述生长坩埚可拆卸连接。

3.根据权利要求2所述的坩埚组件，其特征在于，所述连通口包括多个，多个所述连通口沿所述内坩埚的轴向间隔布置，或多个所述连通口沿所述内坩埚的周向间隔布置。

4.根据权利要求2所述的坩埚组件，其特征在于，所述连通口位于所述内坩埚的周壁的从上至下的1/3-1/2高度的位置，和/或，所述连通口形成为圆形，所述连通口的直径的范围为：4mm-6mm。

5.根据权利要求4所述的坩埚组件，其特征在于，所述生长坩埚的内周壁和所述内坩埚的外周壁的最大间距d₁的取值范围为:14mm≤d₁≤18mm；

所述生长坩埚的内周壁和所述内坩埚的外周壁的最小间距d₂的取值范围为:8mm≤d₂≤12mm。

6.根据权利要求5所述的坩埚组件，其特征在于，所述进气口形成于所述生长坩埚的顶壁且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与所述籽晶安置空间连通，在从所述进气口至所述籽晶安置空间的方向上，所述气体通道形成为向外弯曲的弧形。

7.根据权利要求2所述的坩埚组件，其特征在于，所述内坩埚可转动地设于所述生长坩埚内，所述内坩埚的转动速率的取值范围为0.1rmp-10rmp；和/或，所述籽晶可转动地设于所述第一腔室，所述籽晶的转动速率的取值范围为0.1rmp-10rmp。

8.一种单晶生长装置，其特征在于，包括：

坩埚组件，所述坩埚组件为根据权利要求1-7中任一项所述的坩埚组件；

加热装置，所述加热装置适于加热所述原料以使原料升华产生气体。

9.根据权利要求8所述的单晶生长装置，其特征在于，还包括：吹扫装置，所述吹扫装置适于向所述进气口吹入惰性气体，以驱动所述第二腔室内的原料受热产生的气体从所述第二腔室流向所述第一腔室并在所述籽晶上沉积，并驱动过剩气体从所述出气口排出。

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