CN114574944A - 碳化硅单晶液相生长装置及方法 - Google Patents

碳化硅单晶液相生长装置及方法 Download PDF

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CN114574944A CN202210276362.8A CN202210276362A CN114574944A CN 114574944 A CN114574944 A CN 114574944A CN 202210276362 A CN202210276362 A CN 202210276362A CN 114574944 A CN114574944 A CN 114574944A
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Abstract

本发明提供了一种碳化硅单晶液相生长装置及方法,其中装置包括:长晶炉、顶部设置有开口的坩埚、可容纳坩埚的隔离罩以及通过开口伸入坩埚内部的籽晶杆;籽晶杆位于坩埚外部的一侧连接可进行升降和旋转的驱动机构;长晶炉内设置有加热元件;坩埚和隔离罩之间设置有保温层;隔离罩用于在容纳有坩埚和保温层的隔离罩放置在长晶炉内之后隔离坩埚和加热元件。本方案在碳化硅晶体的液相生长过程中,高温状态使坩埚内原料挥发,挥发物从坩埚顶部开口处外漏,隔离罩外漏至长晶炉内的挥发物和加热元件起到隔离作用,从而减少挥发物对加热元件的附着,进而降低加热元件在相同加热功率下提供的高温环境的温度差,起到稳定温场的作用,从而提高晶体质量。

Description

碳化硅单晶液相生长装置及方法
技术领域
本发明实施例涉及碳化硅生产技术领域,特别涉及一种碳化硅单晶液相生长装置及方法。
背景技术
碳化硅具有大禁带宽度、高临界击穿场强等特性,是制造高频、大功率、抗辐照及光照集成器件的理想材料,目前已广泛应用在新能源汽车、5G通讯、航空航天等领域。
目前,利用液相法生长碳化硅单晶,是通过高温加热方式在石墨坩埚中形成碳硅溶液,将粘在籽晶杆上的籽晶伸入至石墨坩埚的碳硅溶液表面,进行晶体析出。
但是长时间高温对生长系统的温场会造成一定影响,使得利用相同生长系统的晶体质量参差不齐,晶体成品率较低。
发明内容
本发明提供了一种碳化硅单晶液相生长装置及方法,能够稳定温场,提高晶体质量。
第一方面,本发明提供了一种碳化硅晶体液相生长装置,包括:长晶炉、顶部设置有开口的坩埚、可容纳所述坩埚的隔离罩以及通过所述开口伸入所述坩埚内部的籽晶杆;
所述籽晶杆位于所述坩埚外部的一侧连接可进行升降和旋转的驱动机构;
所述长晶炉内设置有加热元件;
所述坩埚和所述隔离罩之间设置有保温层;
所述隔离罩用于在容纳有所述坩埚和所述保温层的隔离罩放置在所述长晶炉内之后隔离所述坩埚和所述加热元件。
优选地,所述长晶炉内设置有卡槽,用于将所述隔离罩固定在相同位置。
优选地,所述坩埚和所述隔离罩之间设置的保温层包裹所述坩埚,且位于所述坩埚上方的保温层设置有与所述开口相对应的通孔,且所述通孔可使所述籽晶杆通过。
优选地,所述隔离罩为顶部设置有开口的容器;所述隔离罩的高度大于所述坩埚的高度。
优选地,所述隔离罩的高度与所述加热元件的高度关系如下:
b≥a tanθ
tanθ=e/(a+c)
其中,b为所述隔离罩的高度与保温层的高度之差,a为所述通孔的位置与所述隔离罩的开口位置的水平距离,c为所述隔离罩的开口位置与所述加热元件的水平距离,e为所述加热元件的高度与保温层的高度之差。
优选地,所述隔离罩为石英罩。
优选地,所述保温层的设置方式使得容纳有所述坩埚和所述保温层的隔离罩放置在所述长晶炉内之后,所述坩埚的中心轴与所述加热元件的中心轴同轴。
第二方面,本发明提供了一种碳化硅晶体液相生长方法,所述方法采用上述任一项所述的碳化硅晶体液相生长装置进行,所述方法包括:
根据预设保温制度和所述隔离罩的内径,在所述坩埚和所述隔离罩之间设置保温层;
将容纳有所述坩埚和保温层的所述隔离罩放置在所述长晶炉内;
利用所述长晶炉内的加热元件进行加热,并利用与籽晶杆连接的驱动机构驱动所述籽晶杆进行升降和旋转运动,以提供长晶环境。
优选地,
在所述根据预设保温制度和所述隔离罩的内径,在所述坩埚和所述隔离罩之间设置保温层之前,还包括:
确定将所述隔离罩放置在所述长晶炉内之后,所述卡槽对所述隔离罩进行固定的第一位置;
所述根据预设保温制度和所述隔离罩的内径,在所述坩埚和所述隔离罩之间设置保温层,包括:
根据所述第一位置确定所述坩埚位于所述隔离罩内的第二位置;其中,不同炉次确定的第二位置相同;
利用保温层将所述坩埚设置在所述隔离罩内的所述第二位置处。
优选地,在所述将容纳有所述坩埚和保温层的所述隔离罩放置在所述长晶炉内之后,所述坩埚的中心轴与所述加热元件的中心轴同轴。
本发明实施例提供了一种碳化硅单晶液相生长装置及方法,通过将坩埚和保温层放置在隔离罩内,将容纳有坩埚和保温层的隔离罩放置在长晶炉内,以利用隔离罩隔离坩埚和加热元件,如此,在碳化硅晶体的液相生长过程中,高温状态使坩埚内原料挥发,挥发物从坩埚顶部开口处外漏,隔离罩外漏至长晶炉内的挥发物和加热元件起到隔离作用,从而减少挥发物对加热元件的附着,进而降低加热元件在相同加热功率下提供的高温环境的温度差,起到稳定温场的作用,从而提高晶体质量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一个实施例提供的碳化硅晶体液相生长装置结构图;
图2是本发明一个实施例提供的参数关系示意图;
图3是本发明一个实施例提供的碳化硅晶体液相生长方法流程图;
图4是实施例2中所使用坩埚的腐蚀程度示意图;
图5是对比例1中所使用坩埚的腐蚀程度示意图;
图中:1:长晶炉;2:坩埚;3:隔离罩;4:籽晶杆;5:保温层;10:加热元件;11卡槽。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例,基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
如前所述,现有技术中,利用相同生长系统生产的碳化硅单晶的质量不同,对该原因进行分析,是由于碳化硅单晶的生长质量与生长温度密切相关,若温场控制不准确,则会影响碳化硅单晶的生长质量,因此,现有技术原因可能是由于温场的改变导致碳化硅单晶的生长质量。而温场不稳定的原因在于,碳化硅单晶在生长过程中,高温状态使得坩埚内原料挥发,挥发物从坩埚顶部开口处外漏至长晶炉内,遇冷凝结成粉状颗粒,进而附着在长晶炉的加热元件上,加热元件上附着物难以清理,且附着物越多,对坩埚内部温度的影响越大。因此,若需要稳定温场,需要减少挥发物对加热元件的附着。可以考虑使用隔离罩将挥发物进行隔离,以达到稳定温场的作用。
第一方面,本发明实施例提供了一种碳化硅晶体液相生长装置,请参考图1,包括:长晶炉1、顶部设置有开口的坩埚2、可容纳所述坩埚2的隔离罩3以及通过所述开口伸入所述坩埚2内部的籽晶杆4;
所述籽晶杆4位于所述坩埚2外部的一侧连接可进行升降和旋转的驱动机构(图中未示出);
所述长晶炉1内设置有加热元件10;
所述坩埚2和所述隔离罩3之间设置有保温层5;
所述隔离罩3用于在容纳有所述坩埚和所述保温层的隔离罩放置在所述长晶炉内之后隔离所述坩埚2和所述加热元件10。
本发明实施例中,通过将坩埚和保温层放置在隔离罩内,将容纳有坩埚和保温层的隔离罩放置在长晶炉内,以利用隔离罩隔离坩埚和加热元件,如此,在碳化硅晶体的液相生长过程中,高温状态使坩埚内原料挥发,挥发物从坩埚顶部开口处外漏,隔离罩外漏至长晶炉内的挥发物和加热元件起到隔离作用,从而减少挥发物对加热元件的附着,进而降低加热元件在相同加热功率下提供的高温环境的温度差,起到稳定温场的作用,从而提高晶体质量。
在将容纳有坩埚和保温层的隔离罩放置在长晶炉内时,若放置位置不同,则坩埚内的长晶温度会不同,即温场稳定性较差,如此生长得到的碳化硅单晶的质量会不同。为进一步提高温场稳定性,请参考图1,在本发明一个实施例中,所述长晶炉内设置有卡槽11,用于将所述隔离罩3固定在相同位置。
由于长晶炉内的卡槽是固定设置的,因此,每次将隔离罩放置在长晶炉内时,卡槽将隔离罩固定后的隔离罩的位置均是相同的,水平方向上和竖直方向上的位置均保持不变。隔离罩固定位置不变,那么使用相同保温层对坩埚包裹后放置在隔离罩内的位置也是固定的。由此可见,使用该生长装置,能够较大程度的还原每次的放置位置,提高可重复性,在相邻两炉次的长晶过程中,坩埚内的长晶温度的温差较小,保证碳化硅晶体的质量。
为实现卡槽将隔离罩固定且每次固定后隔离罩的位置相同的功能,本发明一个实施例中,该卡槽可以固定设置在长晶炉底部,用于承托所述隔离罩,且隔离罩的尺寸与卡槽限定尺寸相对应。
其中,图1所示的卡槽可以为至少两个,该至少两个卡槽均匀设置在周向位置上,从而承托和稳固隔离罩。
作为优选,隔离罩放置在长晶炉内,卡槽将隔离罩固定在中心位置;隔离罩的中心轴与加热元件的中心轴同轴。如此,每次将容纳坩埚和保温层的隔离罩放置在长晶炉内时,无需使用量尺进行尺寸测量,即可快速定位加热元件的中心轴位置,使得隔离罩固定在中心位置处,且可以重复温场,降低放置操作的复杂度。
需要说明的是,图1所示的卡槽结构为一种可实现方式的示意图,除该示意出的卡槽结构以外,其它可以实现上述卡槽功能的结构均属于本发明的保护范围。
由于保温层的作用是对坩埚内的高温环境提供保温效果,使得坩埚内的温度恒定,而保温层的设置不可影响正常的长晶操作,因此,本发明一个实施例中,所述坩埚和所述隔离罩之间设置的保温层包裹所述坩埚,即在坩埚的上方、下方和侧方均设置有保温层,且位于所述坩埚上方的保温层设置有与所述开口相对应的通孔,且所述通孔可使所述籽晶杆通过。该通孔与坩埚的开口位置的对应关系请参考图1。
其中,在坩埚下方设置的保温层的厚度和/或坩埚上方设置的保温层厚度,可以基于实际情况进行设置。
本发明实施例中,保温层可以为保温毡,该保温毡可以选用密度为0.04~0.20g/cm3硬石墨毡,也可以选用密度小于0.04g/cm3的软石墨毡。其中,硬石墨毡为软石墨毡加胶固化所得。
不同厚度的保温毡实现的保温效果不同,因此,一个实施例中,基于预设保温制度,当保温毡选用软石墨毡时,软石墨毡的厚度可以为3~30mm。
与保温层同理,由于隔离罩的作用包括隔离作用和/或重复放置位置作用,因此,隔离罩的结构不能够影响正常的长晶操作。请参考图1,在本发明一个实施例中,所述隔离罩为顶部设置有开口的容器;所述隔离罩的高度大于所述坩埚的高度。其中,隔离罩顶部的开口尺寸为:可容籽晶杆通过,且不大于隔离罩的内径。
隔离罩顶部的开口尺寸越小,对挥发物与加热元件之间起到的隔离效果越好。但需要说明的是,当隔离罩顶部的开口尺寸小于隔离罩的内径时,该隔离罩可以包括隔离容器本体和盖子,盖子上设置该开口,以保证坩埚及保温层能够被放置在隔离罩内。
在本发明一个实施例中,为了更好的隔离挥发物,使得挥发物外泄时无法对加热元件附着,则可以使得所述隔离罩的高度与所述加热元件的高度关系满足如下关系,以保证挥发物外泄后不会接触到加热元件:
b≥a tanθ
tanθ=e/(a+c)
其中,上述关系中的参数请参考图2,b为所述隔离罩的高度与保温层的高度之差,a为所述通孔的位置与所述隔离罩的开口位置的水平距离,c为所述隔离罩的开口位置与所述加热元件的水平距离,e为所述加热元件的高度与保温层的高度之差。
在挥发物通过坩埚的开口以及保温层中间的通孔外泄后,挥发物的挥发范围的缘位置,为沿图2所示箭头方向挥发,因此,通过计算上述参数b,使得b最小为a tanθ,如此可以保证挥发物更多的向长晶炉外挥发,而不会触碰到加热元件,从而防止挥发物对加热元件的附着。
本发明一个实施例中,为保证隔离罩能够在高温环境下不发生形变,所述隔离罩为石英罩。
在一些实施例中,石英罩的直径为100~500mm,高度为500~1000mm,厚度为5~20mm。
本发明一个实施例中,为保证坩埚内提供较优的生长环境,将容纳有坩埚和保温层的隔离罩放置在长晶炉内之后,所述保温层的设置方式使得所述坩埚的中心轴与所述加热元件的中心轴同轴。从而保证坩埚位于加热元件的中间位置,坩埚的四周距离加热元件的距离相等,进一步提高长晶质量。
在一些实施例中,坩埚为石墨坩埚,以为碳化硅单晶的生长提供反应所需的碳源,其中,石墨坩埚的密度大于1.5g/cm3
在一些实施例中,坩埚的壁厚为10~30mm,底厚为15~40mm。
在一些实施例中,籽晶杆包括固定连接的连接杆和籽晶托盘,其中,连接杆长度为100-700mm,连接杆宽度为8~50mm。
在一些实施例中,保温层可分为3个区域,位于坩埚下方的垫底层、位于坩埚侧方的包裹层和位于坩埚上方的覆盖层。其中覆盖层中心设置通孔,通孔直径为10~200mm。
在一些实施例中,保温层包裹坩埚后,其整体直径与位于坩埚下方的垫底层和位于坩埚上方的覆盖层的直径相同。
本发明实施例中,隔离罩的尺寸和长晶炉内卡槽的设置位置是相互匹配的,每次将隔离罩放置在长晶炉内隔离罩的位置均是相同的,另外,在隔离罩和坩埚之间设置的保温层的设置方式确定之后,保温层是可以重复利用的,因此,每个炉次的长晶过程使用的都是同一套装置,从而使得每个炉次的坩埚位置距离加热元件的位置相同,该装置可重复性高,温场稳定性高。
请参考图3,本发明实施例还提供了一种碳化硅晶体液相生长方法,所述方法采用上述实施例中任一项所述的碳化硅晶体液相生长装置进行,所述方法包括:
步骤300,根据预设保温制度和所述隔离罩的内径,在所述坩埚和所述隔离罩之间设置保温层;
步骤302,将容纳有所述坩埚和保温层的所述隔离罩放置在所述长晶炉内;
步骤304,利用所述长晶炉内的加热元件进行加热,并利用与籽晶杆连接的驱动机构驱动所述籽晶杆进行升降和旋转运动,以提供长晶环境。
本发明实施例中,通过将坩埚和保温层放置在隔离罩内,将容纳有坩埚和保温层的隔离罩放置在长晶炉内,以利用隔离罩隔离坩埚和加热元件,如此,在碳化硅晶体的液相生长过程中,高温状态使坩埚内原料挥发,挥发物从坩埚顶部开口处外漏,隔离罩外漏至长晶炉内的挥发物和加热元件起到隔离作用,从而减少挥发物对加热元件的附着,进而降低加热元件在相同加热功率下提供的高温环境的温度差,起到稳定温场的作用,从而提高晶体质量。
若每次将容纳有坩埚和保温层的隔离罩放置在长晶炉内时,随机进行放置,则间隔炉次的放置位置会不同,从而对间隔炉次的温场造成不同影响,无法稳定温场。在本发明一个实施例中,为了实现放置位置对温场的稳定作用,需要保证每次放置的位置相同,具体地,在步骤300之前,还可以包括:确定将所述隔离罩放置在所述长晶炉内之后,所述卡槽对所述隔离罩进行固定的第一位置;
相应地,步骤300,具体包括:根据所述第一位置确定所述坩埚位于所述隔离罩内的第二位置;其中,不同炉次确定的第二位置相同;利用保温层将所述坩埚设置在所述隔离罩内的所述第二位置处。
本实施例中,由于第一位置是固定的,且第二位置是基于第一位置确定的,以及不同炉次确定的第二位置相同,因此,第二位置也是固定的,如此可以保证每次放置时,坩埚的放置位置均是相同的,从而可以重复并稳定温场,提高晶体质量。
优选地,该第二位置均为加热元件的中心位置,即所述隔离罩放置在所述长晶炉内之后,所述坩埚的中心轴与所述加热元件的中心轴同轴。
更优选地,该第一位置也为加热元件的中心位置,即所述隔离罩放置在所述长晶炉内之后,所述隔离罩的中心轴、所述坩埚的中心轴与所述加热元件的中心轴同轴。
本发明实施例中,每个炉次的晶体生长完成后,保温层均需要取出,但下一个炉次中使用相同的保温层,由于保温层相同,因此,保温层放置在隔离罩中并卡在隔离罩与坩埚之间,使得保温层对坩埚的固定位置(第二位置)相同,从而可以实现快速准确的定位。另外,每次定位位置后坩埚位于加热元件的中心位置,且坩埚的中心轴与加热元件的中心轴同轴,如此坩埚在使用过程中内部两侧的温度是相同的,因此坩埚内部两侧的腐蚀程度也是相同的,进而保证不同炉次生长的晶体质量相近。若无隔离罩,则每个炉次放置坩埚和保温层时,均需要使用尺子进行位置测量,人工测量存在误差。且每次放置的坩埚位置均不相同,且与中心位置存在偏差,则使得坩埚内部两侧的腐蚀程度有偏差,如此在利用内部两侧腐蚀程度不同的坩埚进行碳化硅单晶生长时,则会导致内部温度不均匀,侧壁处的温度不同,造成生长出的碳化硅单晶两侧厚度不同,晶体质量较差。
具体地,上述步骤300-302可以为准备阶段,步骤304可以包括如下阶段:
加热阶段:对长晶炉抽真空处理,之后充入特殊气体,比如,氦气、氮气或氩气等,然后开启功率升温,使坩埚内原料熔化,后将底部籽晶托盘上粘有的籽晶插入到溶液中。
长晶阶段:长晶阶段中,控制籽晶杆和坩埚的旋转,使溶液组分均匀,同时控制籽晶杆和坩埚的提拉或下降,保证生长环境合适。
降温阶段:将籽晶拉出溶液,同时降低功率进行降温。
取样阶段:将籽晶杆与长晶炉分开,打开炉盖,取出上层保温层,取出坩埚,拿出晶体。
本实施例可生长得到1-6inch碳化硅晶体。
下文通过举例的方式对本发明进行进一步说明,但是本发明的保护范围不限于这些实施例。
实施例1
S0,确定将石英罩放置在长晶炉内之后,卡槽对石英罩进行固定的第一位置,该第一位置为加热元件的非中心位置。
S1,根据第一位置确定坩埚位于石英罩内的第二位置;该第二位置可使坩埚位于加热元件的中心位置。
S2,在坩埚和石英罩之间设置保温层,以使坩埚位于石英罩内的第二位置处。
S3,将容纳有坩埚和保温层的石英罩放置在长晶炉内。
S4,利用长晶炉内的加热元件进行加热,并利用与籽晶杆连接的驱动机构驱动籽晶杆进行升降和旋转运动,以提供长晶环境。
利用上述实施例1进行多次长晶实验,每次对坩埚内的温度进行测定,无其它条件变动的情况下,间隔炉次温差稳定在15℃以内,极大程度保证温场的重复性,提高晶体质量。
实施例2
实施例2与实施例1基本相同,不同之处在于,第一位置为加热元件的中心位置。
利用上述实施例2进行多次长晶实验,每次对坩埚内的温度进行测定,无其它条件变动的情况下,间隔炉次温差稳定在15℃以内,极大程度保证温场的重复性,提高晶体质量。
对比例1
本对比例1采用的碳化硅晶体液相生长装置与上述实施例1基本相同,不同的是,本对比例1采用的碳化硅晶体液相生长装置不包括石英罩,且长晶炉内不包括用于固定位置的卡槽。
在放置坩埚时,采用量尺对坩埚的放置位置进行对中调整。
利用上述对比例1碳化硅晶体液相生长装置进行多次长晶实验,每次对坩埚内的温度进行测定,无其它条件变动的情况下,由于人为误差以及附着在加热元件上的粉尘增加,间隔炉次温差可达80℃,温场变动大,且重复性较差。
请参考图4和图5,图4是上述实施例2中所使用坩埚的腐蚀程度示意图,图5是上述对比例1中所使用坩埚的腐蚀程度示意图。可见,图4中坩埚两侧的腐蚀程度较对称,表明温场是对称的。而图5中坩埚内部两侧的腐蚀程度不同,左侧腐蚀程度较严重,则表明长晶过程中,坩埚左侧的温度高,右侧的温度低,温场不对称。
需要说明的是,在本文中,诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个…”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同因素。
本领域普通技术人员可以理解:实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成,前述的程序可以存储在计算机可读取的存储介质中,该程序在执行时,执行包括上述方法实施例的步骤;而前述的存储介质包括:ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质中。
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种碳化硅晶体液相生长装置,其特征在于,包括:长晶炉、顶部设置有开口的坩埚、可容纳所述坩埚的隔离罩以及通过所述开口伸入所述坩埚内部的籽晶杆;
所述籽晶杆位于所述坩埚外部的一侧连接可进行升降和旋转的驱动机构;
所述长晶炉内设置有加热元件;
所述坩埚和所述隔离罩之间设置有保温层;
所述隔离罩用于在容纳有所述坩埚和所述保温层的隔离罩放置在所述长晶炉内之后隔离所述坩埚和所述加热元件。
2.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述长晶炉内设置有卡槽,用于将所述隔离罩固定在相同位置。
3.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述坩埚和所述隔离罩之间设置的保温层包裹所述坩埚,且位于所述坩埚上方的保温层设置有与所述开口相对应的通孔,且所述通孔可使所述籽晶杆通过。
4.根据权利要求3所述的装置,其特征在于,所述隔离罩为顶部设置有开口的容器;所述隔离罩的高度大于所述坩埚的高度。
5.根据权利要求4所述的装置,其特征在于,所述隔离罩的高度与所述加热元件的高度关系如下:
b≥a tanθ
tanθ=e/(a+c)
其中,b为所述隔离罩的高度与保温层的高度之差,a为所述通孔的位置与所述隔离罩的开口位置的水平距离,c为所述隔离罩的开口位置与所述加热元件的水平距离,e为所述加热元件的高度与保温层的高度之差。
6.根据权利要求1-5中任一所述的装置,其特征在于,所述隔离罩为石英罩。
7.根据权利要求1-5中任一所述的装置,其特征在于,所述保温层的设置方式使得容纳有所述坩埚和所述保温层的隔离罩放置在所述长晶炉内之后,所述坩埚的中心轴与所述加热元件的中心轴同轴。
8.一种碳化硅晶体液相生长方法,其特征在于,所述方法采用权利要求1-7中任一项所述的碳化硅晶体液相生长装置进行,所述方法包括:
根据预设保温制度和所述隔离罩的内径,在所述坩埚和所述隔离罩之间设置保温层;
将容纳有所述坩埚和保温层的所述隔离罩放置在所述长晶炉内;
利用所述长晶炉内的加热元件进行加热,并利用与籽晶杆连接的驱动机构驱动所述籽晶杆进行升降和旋转运动,以提供长晶环境。
9.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,
在所述根据预设保温制度和所述隔离罩的内径,在所述坩埚和所述隔离罩之间设置保温层之前,还包括:
确定将所述隔离罩放置在所述长晶炉内之后,所述卡槽对所述隔离罩进行固定的第一位置;
所述根据预设保温制度和所述隔离罩的内径,在所述坩埚和所述隔离罩之间设置保温层,包括:
根据所述第一位置确定所述坩埚位于所述隔离罩内的第二位置;其中,不同炉次确定的第二位置相同;
利用保温层将所述坩埚设置在所述隔离罩内的所述第二位置处。
10.根据权利要求9所述的方法,其特征在于,在所述将容纳有所述坩埚和保温层的所述隔离罩放置在所述长晶炉内之后,所述坩埚的中心轴与所述加热元件的中心轴同轴。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115044964A (zh) * 2022-07-19 2022-09-13 眉山博雅新材料股份有限公司 一种晶体制备装置
CN115821391A (zh) * 2022-12-15 2023-03-21 常州臻晶半导体有限公司 一种液相法生长碳化硅热场及其工作方法

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101580961A (zh) * 2009-06-17 2009-11-18 中国科学院上海光学精密机械研究所 还原性气氛泡生法生长晶体的方法
CN105463569A (zh) * 2015-12-03 2016-04-06 河南西格马晶体科技有限公司 一种片状蓝宝石单晶体生长界面温度测量及控制方法
CN107075724A (zh) * 2014-09-11 2017-08-18 国立大学法人名古屋大学 碳化硅的晶体的制造方法以及晶体制造装置
CN207811927U (zh) * 2018-01-30 2018-09-04 宁夏旭樱新能源科技有限公司 设置中间反射层的单晶炉
KR20190114641A (ko) * 2018-03-30 2019-10-10 주식회사 엘지화학 실리콘 카바이드 단결정 성장 장치 및 이를 이용한 단결정 성장 방법
CN110747504A (zh) * 2019-11-26 2020-02-04 中国科学院物理研究所 一种碳化硅单晶的生长方法
CN111074340A (zh) * 2019-12-26 2020-04-28 山东天岳先进材料科技有限公司 一种碳化硅单晶、衬底及其制备方法
CN111315923A (zh) * 2017-11-01 2020-06-19 中央硝子株式会社 碳化硅单晶的制造方法
CN211471638U (zh) * 2019-12-26 2020-09-11 有研光电新材料有限责任公司 一种高纯锗用加热坩埚和直拉提纯装置
CN113322510A (zh) * 2021-05-27 2021-08-31 天津理工大学 SiC单晶生长装置及液相外延SiC单晶生长方法
CN113718337A (zh) * 2021-09-03 2021-11-30 北京晶格领域半导体有限公司 一种液相法生长碳化硅晶体的装置及方法

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101580961A (zh) * 2009-06-17 2009-11-18 中国科学院上海光学精密机械研究所 还原性气氛泡生法生长晶体的方法
CN107075724A (zh) * 2014-09-11 2017-08-18 国立大学法人名古屋大学 碳化硅的晶体的制造方法以及晶体制造装置
CN105463569A (zh) * 2015-12-03 2016-04-06 河南西格马晶体科技有限公司 一种片状蓝宝石单晶体生长界面温度测量及控制方法
CN111315923A (zh) * 2017-11-01 2020-06-19 中央硝子株式会社 碳化硅单晶的制造方法
CN207811927U (zh) * 2018-01-30 2018-09-04 宁夏旭樱新能源科技有限公司 设置中间反射层的单晶炉
KR20190114641A (ko) * 2018-03-30 2019-10-10 주식회사 엘지화학 실리콘 카바이드 단결정 성장 장치 및 이를 이용한 단결정 성장 방법
CN110747504A (zh) * 2019-11-26 2020-02-04 中国科学院物理研究所 一种碳化硅单晶的生长方法
CN111074340A (zh) * 2019-12-26 2020-04-28 山东天岳先进材料科技有限公司 一种碳化硅单晶、衬底及其制备方法
CN211471638U (zh) * 2019-12-26 2020-09-11 有研光电新材料有限责任公司 一种高纯锗用加热坩埚和直拉提纯装置
CN113322510A (zh) * 2021-05-27 2021-08-31 天津理工大学 SiC单晶生长装置及液相外延SiC单晶生长方法
CN113718337A (zh) * 2021-09-03 2021-11-30 北京晶格领域半导体有限公司 一种液相法生长碳化硅晶体的装置及方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115044964A (zh) * 2022-07-19 2022-09-13 眉山博雅新材料股份有限公司 一种晶体制备装置
CN115821391A (zh) * 2022-12-15 2023-03-21 常州臻晶半导体有限公司 一种液相法生长碳化硅热场及其工作方法

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