CN114574968B - 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：转盘组件，转盘组件包括外转盘和内转盘，内转盘设于外转盘且适于相对外转盘运动，至少一个籽晶设于内转盘；加热机构，加热机构包括多个热处理单元，多个所述热处理单元沿转盘组件的周向方向间隔排布，且多个热处理单元均设于外转盘，其中，内转盘适于带动籽晶在多个热处理单元之间移动，以依次通过多个热处理单元对籽晶进行处理。根据本发明的碳化硅晶体生长装置，通过将加热机构分成多个热处理单元，内转盘可以带动籽晶在多个热处理单元之间移动，籽晶可以在不同的热处理单元处进行不同的热处理步骤，从而可以实现碳化硅晶体生长过程的连续性，有利于提高晶体的生长效率。

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

碳化硅单晶生产过程中，籽晶需要多个处理过程(例如籽晶的粘贴、固化及预处理等)，由于多个处理过程之间独立存在，不具有连续性，这就会导致：碳化硅晶体的生产过程效率低下。

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实现碳化硅晶体生长过程的连续性，有利于提升碳化硅晶体的生长效率。

根据本发明的碳化硅晶体生长装置，包括：转盘组件，所述转盘组件包括外转盘和内转盘，所述内转盘设于所述外转盘且适于相对所述外转盘运动，至少一个籽晶设于所述内转盘；加热机构，所述加热机构包括多个热处理单元，多个所述热处理单元沿所述转盘组件的周向方向间隔排布，且多个所述热处理单元均设于所述外转盘，其中，所述内转盘适于带动所述籽晶在多个所述热处理单元之间移动，以依次通过多个所述热处理单元对所述籽晶进行处理。

根据本发明的碳化硅晶体生长装置，通过将加热机构分成多个热处理单元，将籽晶设于内转盘，多个热处理单元设于外转盘，并将内转盘构造成可相对外转盘运动，使得内转盘可以带动籽晶在多个热处理单元之间移动，籽晶可以在不同的热处理单元处进行不同的热处理步骤，从而可以实现碳化硅晶体生长过程的连续性，有利于提高晶体的生长效率。同时也有利于在晶体制备过程中对不同的热处理单元施加不同的控制，来灵活调整每个热处理单元的处理条件，从而克服传统碳化硅生产过程中气氛调节不及时，掺杂气氛混合程度不均匀等缺陷，有利于提高碳化硅晶体的生长品质。

根据本发明的一些实施例，多个所述热处理单元至少包括：第一热处理单元，所述第一热处理单元用于将所述籽晶粘贴固化在所述内转盘上；第二热处理单元，在所述内转盘的转动方向上，所述第二热处理单元位于所述第一热处理单元的下游，所述第二热处理单元适于对所述籽晶进行生长前的预热处理；第三热处理单元，在所述内转盘的转动方向上，所述第三热处理单元位于所述第二热处理单元的下游，所述第三热处理单元为所述籽晶的生长提供碳化硅气氛。

进一步地，所述第一热处理单元包括：第一坩埚，所述第一坩埚的轴向一端与所述外转盘相连，所述第一坩埚限定出安装腔，所述安装腔的靠近所述外转盘的一端形成有第一敞开口，所述内转盘适于转动至封堵所述第一敞开口的第一位置；推盘，所述推盘可移动地设于所述安装腔，所述推盘适于推动所述籽晶与所述内转盘抵接，以使所述籽晶粘贴在所述内转盘上；第一加热装置，所述第一加热装置用于以第一预设温度加热所述安装腔。

根据本发明的一些实施例，所述第二热处理单元包括：第二坩埚，所述第二坩埚的轴向一端与所述外转盘相连，所述第二坩埚限定出预热腔，所述预热腔的靠近所述外转盘的一端形成有第二敞开口，所述内转盘适于带动所述籽晶转动至第二位置，在所述第二位置，所述籽晶与所述第二敞开口正对；第二加热装置，所述第二加热装置适于以第二预设温度加热所述预热腔。

进一步地，所述第二坩埚内还限定出储料腔，所述储料腔和所述预热腔沿所述第二坩埚的轴向布置，所述储料腔设于所述预热腔的远离所述外转盘的一侧，所述储料腔适于存储硅原料或掺杂剂，其中，在所述第二热处理单元对所述籽晶进行生长前的预热处理时，所述预热腔与所述第三热处理单元分隔开，在所述第二热处理单元对所述籽晶进行生长过程中的气氛补偿时，所述预热腔与所述第三热处理单元以及所述储料腔均连通。

在本发明的一些实施例中，所述第二加热装置包括：第一子加热装置，所述第一子加热装置设在所述预热腔的外壁，所述第一子加热装置适于以所述第二预设温度加热所述预热腔；第二子加热装置，所述第二子加热装置与所述第一子加热装置沿所述第二坩埚轴向布置，且所述第二子加热装置与所述储料腔正对，所述第二子加热装置适于以第三预设温度加热所述储料腔，以使所述储料腔内的硅原料或掺杂剂形成补偿气氛。

进一步地，所述第二热处理单元还包括：分隔组件，所述分隔组件设于所述第二坩埚内，所述分隔组件将所述第二坩埚的内腔分隔为位于所述分隔组件上侧的所述预热腔和位于所述分隔组件下侧的所述储料腔，所述分隔组件上形成有连通口，在所述第二热处理单元对所述籽晶进行生长前的预热处理时，所述连通口关闭以使所述储料腔与所述预热腔分隔开，在所述第二热处理单元对所述籽晶进行生长中的气氛补偿时，所述连通口打开以使所述储料腔与所述预热腔连通，所述第二加热装置还适于以第三预设温度加热所述储料腔。

更进一步地，所述第二热处理单元还包括：内坩埚，所述内坩埚沿所述第二坩埚的轴向可移动地设于所述储料腔，所述内坩埚适于在打开所述连通口的第一预设位置和关闭所述连通口的第二预设位置之间移动。

在本发明的一些实施例中，所述分隔组件包括：分隔件，所述分隔件形成为筒状，所述分隔件设于所述第二坩埚内且与所述第二坩埚间隔开，所述分隔件的外侧壁与所述第二坩埚的内侧壁限定出沿所述第二坩埚的轴向延伸的活动通道，所述活动通道的宽度与所述内坩埚的侧壁的厚度适配；连接环板，所述连接环板设于所述活动通道，所述连接环板的内端与所述分隔件的外侧壁相连，所述连接环板的外端与所述第二坩埚的内侧壁相连，所述连通口形成于所述连接环板；所述内坩埚在所述第一预设位置时，所述内坩埚的上端与所述分隔件的底壁在上下方向间隔开以使所述储料腔与所述预热腔连通，所述内坩埚在所述第二预设位置时，所述内坩埚的侧壁嵌入所述活动通道以隔断所述预热腔和所述储料腔。

根据本发明的一些实施例，所述第一预设温度的取值范围为：120℃-550℃，所述第二预设温度的取值范围为：750℃-1300℃，所述第三预设温度的取值范围为：1350℃-1650℃。

在本发明的一些实施例中，所述第三热处理单元包括：第三坩埚，所述第三坩埚的轴向一端与所述外转盘相连，所述第三坩埚限定出生长腔，所述生长腔的靠近所述外转盘的一端形成有第三敞开口，所述生长腔内适于盛放碳化硅原料，所述内转盘适于带动籽晶转动至第三位置，在所述第三位置，所述籽晶与所述第三敞开口正对；第三加热装置，所述第三加热装置用于加热所述生长腔，以使所述原料受热升华产生碳化硅气氛并在所述籽晶的表面生长；其中，所述内转盘适于沿所述外转盘的轴向方向在第三位置和第四位置之间运动，在所述第三位置，所述内转盘打开所述第二敞开口和所述第三敞开口以使所述第二坩埚和所述第三坩埚连通，在所述第四位置时，所述内转盘封堵所述第二敞开口和所述第三敞开口以使所述第二坩埚和所述第三坩埚分隔开。

进一步地，所述籽晶设有多个，所述加热机构包括与所述籽晶一一对应的多个，多个所述加热机构沿所述转盘组件的周向布置。

根据本发明的一些实施例，所述外转盘包括：上转盘；下转盘，所述下转盘和所述上转盘沿上下方向相连，所述上转盘和所述下转盘共同限定出容纳腔，所述内转盘可转动地设于所述容纳腔且适于沿所述容纳腔的轴向运动，所述籽晶设于所述内转盘的朝向所述下转盘的一侧，所述热处理单元均与所述下转盘相连。

进一步地，所述内转盘包括：多个子内转盘，多个所述子内转盘和多个所述热处理单元一一对应，多个所述子内转盘沿周向布置，每个所述子内转盘均适于单独沿所述容纳腔的轴向运动。

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；

图2是图1中所示的碳化硅晶体生长装置的一个角度的截面图；

图3是图1中所示的碳化硅晶体生长装置的另一个角度的示意图；

图4是图1中所示的碳化硅晶体生长装置的又一个角度的示意图；

图5是根据本发明的碳化硅晶体生长装置的爆炸图；

图6是图5中所示的碳化硅晶体生长装置的转盘组件的示意图；

图7是图6中所示的转盘组件的爆炸图；

图8是图7中所示的内转盘的示意图；

图9是根据本发明的内转盘的另一个实施例的示意图；

图10是根据本发明实施例的第一热处理单元的示意图；

图11是根据本发明实施例的第二热处理单元的示意图；

图12是根据本发明实施例的第三热处理单元的示意图。

附图标记：

碳化硅晶体生长装置100：

转盘组件1，外转盘11，上转盘111，坩埚盖1111，第一盘本体1112，第一连接凸台1113，下转盘112，第二盘本体1121，第二连接凸台1122，内转盘12，容置槽121，子内转盘122，转轴13，

加热机构2，

第一热处理单元21，第一坩埚211，第一连接螺纹2111，推盘212，第一加热装置213，

第二热处理单元22，第二坩埚221，第二连接螺纹2211，分隔组件2212，分隔件22121，连接环板22122，预热腔2213，储料腔2214，内坩埚2215，第二加热装置222，

第三热处理单元23，第三坩埚231，第三连接螺纹2311，第三加热装置232。

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-图12描述根据本发明实施例的碳化硅晶体生长装置100。

参考图1-图4，根据本发明实施例的碳化硅晶体生长装置100，包括：转盘组件1和加热机构2。

具体而言，转盘组件1可以包括外转盘11和内转盘12。内转盘12设于外转盘11，内转盘12适于相对外转盘11运动，籽晶设于内转盘12，籽晶可以设有一个，也可以设有多个；加热机构2与籽晶一一对应，加热机构2包括多个热处理单元，多个热处理单元可以沿转盘组件1的周向方向间隔排布，每个热处理单元均设于外转盘11且适于对籽晶进行热处理，内转盘12适于带动籽晶在多个热处理单元之间移动，以依次通过多个热处理单元进行处理，例如，多个热处理单元可以分别对籽晶进行固化、预热以及提供生长气氛等处理，同时各个热处理单元可以分别进行独立的加热控制。

例如图2所示，当外转盘11和内转盘12均设置为圆形时，内转盘12可以相对外转盘11绕自身的中心轴线转动；当外转盘11和内转盘12均设置为方形时，内转盘12可以沿外转盘11的长度方向滑动；外转盘11可以限定出密闭的内腔，内转盘12可以设于外转盘11的内腔。籽晶设于内转盘12，加热机构2的多个热处理单元均设于外转盘11，每个热处理单元均可以对籽晶进行处理，如此，当籽晶随内转盘12运动时，籽晶可以依次经过多个热处理单元，以在每个热处理单元处进行相应的热处理步骤。

根据本发明实施例的碳化硅晶体生长装置100，通过将加热机构2分成多个热处理单元，将籽晶设于内转盘12，多个热处理单元设于外转盘11，并将内转盘12构造成可相对外转盘11运动，使得内转盘12可以带动籽晶在多个热处理单元之间移动，籽晶可以在不同的热处理单元处进行不同的热处理步骤，同时也有利于在制备过程中对不同的热处理单元施加不同的控制，来灵活调整每个热处理单元的处理条件，从而克服传统碳化硅生产过程中气氛调节不及时，掺杂气氛混合程度不均匀等缺陷，实现了碳化硅晶体生长过程的连续性，有利于提高晶体的品质。

根据本发明的一些实施例，参考图2-图4，多个热处理单元至少可以包括：第一热处理单元21、第二热处理单元22和第三热处理单元23。具体而言，第一热处理单元21用于将籽晶粘贴固化在内转盘12上，例如，籽晶和内转盘12之间设置胶粘层，第一热处理单元21可以通过对胶粘层加热，来强化籽晶和内转盘12的连接强度。在内转盘12的转动方向上，第二热处理单元22位于第一热处理单元21的下游侧，第二热处理单元22适于对籽晶进行生长前的预热处理，由于籽晶的生长过程通常会处于高温环境，若直接将常温的籽晶放入高温环境，容易导致籽晶内部产生热应力，因此可以通过第二热处理单元22对籽晶进行生长前的预热处理以避免籽晶产生热应力，同时也有助于消除固化过程中产生的热应力。在内转盘12的转动方向上，第三热处理单元23位于第二热处理单元22的下游侧，第三热处理单元23为籽晶的生长提供碳化硅气氛，例如第三热处理单元23可以加热碳化硅原料，使得碳化硅原料受热升华产生碳化硅气氛，碳化硅气氛迁移并在籽晶的表面生长，以完成碳化硅晶体的制备。

根据本发明的一些实施例，参考图10，第一热处理单元21可以包括：第一坩埚211、推盘212和第一加热装置213。其中，第一坩埚211的轴向一端(例如图10中所示的第一坩埚211的上端)与外转盘11相连，第一坩埚211限定出安装腔，安装腔的靠近外转盘11的一端形成有第一敞开口，内转盘12转动至第一位置时，适于封堵第一敞开口，如此，当籽晶处于第一热处理单元21处时，籽晶可以处于第一坩埚211和内转盘12共同限定出的腔室内。推盘212可移动地设于第一坩埚211的安装腔，其中，在将籽晶粘贴固化至内转盘12上时，可以先将籽晶放置于推盘212上，将粘胶涂覆于内转盘12或籽晶，然后使推盘212朝向内转盘12运动，推盘212推动籽晶运动并使籽晶与内转盘12抵接，如此，推盘212可以对籽晶施加一定的支撑力，以确保籽晶和内转盘12的连接更加稳定；第一加热装置213可以用于以第一预设温度加热第一坩埚211，如此，第一加热装置213可以提供稳定的温度环境，以便于籽晶和内转盘12之间的胶粘层的固化，同时，也可以预先提升籽晶的温度，以为第二热处理单元22中的预热处理做准备。

进一步地，第一热处理单元21还包括：保护层(图未示出)。具体而言，保护层至少覆盖推盘212的朝向籽晶的一侧表面以避免籽晶被污染，或者，保护层也可以整体包裹推盘212，保护层的设置方式可以根据需要合理选择。

在一些实施例中，推盘212与籽晶均形成为圆盘形，推盘212与籽晶的接触面的面积大于籽晶与推盘212的接触面面积。具体地，沿着推盘的径向方向，推盘的外边缘位于籽晶的外侧，且推盘的外边缘与籽晶的外边缘的间距小于0.5mm。由此，可以避免因间距过大，造成加压过程中籽晶与推盘212的相对位移，也可以避免因推盘212过小，造成籽晶应力集中和受力不均匀的问题，也可以避免因压不紧而出现露胶的问题。

在一些实施例中，第一预设温度的取值范围为：120℃-550℃，例如，第一预设温度的取值可以是120℃、200℃、300℃、400℃、450℃或550℃，第一预设温度的取值范围可以根据实际需要合理选择，如此，第一热处理单元21可以实现籽晶的粘贴和固化。优选地，第一预设温度的取值范围为：450℃-550℃。

在一个具体的示例中，参考图10，第一加热装置213可以形成为环绕于第一坩埚211外侧的感应线圈，第一加热装置213的材质可以是石墨电阻加热器，感应线圈可以邻近第一坩埚211的与外转盘11相连的一端设置，如此，有利于提高感应线圈的热量的利用率，同时，也可以避免将整个第一坩埚211的外侧均设置感应线圈时造成的浪费。

根据本发明的一些实施例，参考图5和图10，第一坩埚211的与外转盘11相连的一端形成有第一连接螺纹2111，外转盘11上形成有沿厚度方向贯穿的第一装配孔，第一装配孔可以用于连通外界和外转盘11的内腔，第一装配孔的内壁形成有第一配合螺纹，第一坩埚211的第一敞开口的外壁与外转盘11通过第一连接螺纹2111和第一配合螺纹的配合实现螺纹连接，如此，既可以实现第一热处理单元21和外转盘11的连接，又可以使第一坩埚211与内坩埚2215共同限定出适于容纳籽晶的腔室，此外，整体结构简单，便于制造和装配。

根据本发明的一些实施例，参考图5和图11，第二热处理单元22可以包括：第二坩埚221和第二加热装置222。具体而言，第二坩埚221的轴向一端(例如图11中所示的第二坩埚221的上端)与外转盘11相连，第二坩埚221可以限定出预热腔2213，预热腔2213的顶部敞开以形成第二敞开口，内转盘12转动至第二位置时与第二敞开口正对，并且内转盘12适于封堵预热腔2213，预热腔2213适于为籽晶提供预热环境。第二加热装置222用于在预热处理步骤中以第二预设温度加热第二坩埚221，第二预设温度高于第一预设温度。如此，第二热处理单元22可以对籽晶进行预热处理，以防止籽晶在直接到达第三热处理单元23时因温度突升，导致内部产生热应力，最终导致碳化硅晶体质量较差。

可以理解地，第二预设温度高于第一预设温度。在一个具体的示例中，第二预设温度的取值范围可以是750℃-1300℃，例如，第二预设温度的取值可以是750℃、900℃、1000℃、1100℃、1200℃或1300℃，第二预设温度的取值可以根据实际需要合理设置，如此，可以避免防止籽晶在直接到达第三热处理单元23时因温度突升，导致内部产生热应力。

进一步地，第二热处理单元22还适于对籽晶进行生长中的气氛补偿，换言之，当籽晶在第三热处理单元23处生长时，若第三热处理单元23中的原料需要补充或需要掺杂时，可以通过第二热处理单元22对籽晶进行碳化硅气氛的补偿，或者进行其他气氛的掺杂补偿，第二热处理单元22在籽晶需要气氛补偿时适于与第三热处理单元23连通，这样，第二热处理单元22中的碳化硅气氛或掺杂气氛可以从第二热处理单元22到达第三热处理单元23并与第三热处理单元23内的碳化硅气氛混合。

再进一步地，参考图11，第二坩埚221内还限定出储料腔2214，储料腔2214适于存储硅原料或掺杂剂，预热腔2213和储料腔2214沿第二坩埚221的轴向布置，储料腔2214设于预热腔2213的远离外转盘11的一侧，例如图11所示，预热腔2213和储料腔2214可以沿上下方向，并且，预热腔2213位于储料腔2214的上侧，如此，可以保证籽晶在第二热处理单元22处进行预热处理时，预热腔2213更加邻近籽晶，更容易对籽晶进行预热，并且也可以防止第二加热装置222对籽晶进行预热处理的同时加热储料腔2214内的原料或掺杂剂，从而更好地保存储料腔2214内的用于气氛补偿的碳化硅原料或掺杂剂。

储料腔2214在第二热处理单元22对籽晶进行生长前的预热处理步骤时关闭，此时，预热腔2213与储料腔2214分隔开，同时，预热腔2213与第三热处理单元23分隔开。储料腔2214在第二热处理单元22对籽晶进行生长过程中的气氛补偿时打开并与第三热处理单元23连通，此时，预热腔2213分别与储料腔2214以及第三热处理单元23连通，第二加热装置222还用于气氛补偿步骤中以第三预设温度加热储料腔2214的碳化硅原料或掺杂剂以产生补偿气氛。

可选地，第三预设温度的取值范围为：1350℃-1650℃，例如，第三预设温度的取值范围为1350℃、1400℃、1450℃、1500℃、1600℃或1650℃，当然，第三预设温度的取值可以根据实际需要在该范围内合理选择，如此，可以保证第二加热装置222能够提供足够的热量使得原料或掺杂剂升华产生补偿气氛。

可选地，第二加热装置222可以包括第一子加热装置和第二子加热装置，第一子加热装置和第二子加热装置可以均为感应线圈，并且第一子加热装置和第二子加热装置可以分别独立地控制加热温度，其中，第一子加热装置设在第二坩埚221的外侧且与预热腔2213内外相对，第一子加热装置适于以第二预设温度加热预热腔。第二子加热装置和储料腔2214内外相对，并且，第一子加热装置和第二子加热装置沿第二坩埚221的轴向布置，第二子加热装置适于以第三预设温度加热储料腔2214，这样，第一子加热装置可以在预热处理步骤中对籽晶预热，而第二子加热装置可以在气氛补偿步骤中加热储料腔2214内的原料或掺杂剂，如此，更容易在不同的处理步骤中对第二坩埚221的不同部位进行加热，提高热能利用效率。

进一步地，参考图11，第二热处理单元22还可以包括：分隔组件2212。其中，分隔组件2212设于第二坩埚221内，分隔组件2212将第二坩埚221的内腔分隔为预热腔2213和储料腔2214，其中，预热腔2213位于分隔组件2212的上侧，储料腔2214位于分隔组件2212的下侧，分隔组件2212上形成有连通口，连通口在第二热处理单元22对籽晶进行生长前的预热处理步骤时被关闭，如此，可以在预热处理步骤时保证储料腔2214被关闭；连通口在第二热处理单元22对籽晶进行生长中的气氛补偿时被打开，使得储料腔2214和预热腔2213连通，进而使得储料腔2214内的原料或掺杂剂受热升华产生的补偿气氛经过预热腔2213迁移到第三热处理单元23内。

更进一步地，参考图11，第二热处理单元22还可以包括：内坩埚2215。具体而言，内坩埚2215沿第二坩埚221的轴向可移动地设于储料腔2214，原料或掺杂剂可以设于内坩埚2215的内腔，内坩埚2215形成为筒状，内坩埚2215的周壁的顶端端面与连通口相对且适于封堵连通口，内坩埚2215具有第一预设位置和第二预设位置，内坩埚在第一预设位置时，连通口被打开，内坩埚2215在第二预设位置时，连通口被关闭，例如，当第二热处理单元22对籽晶进行预热处理时，使内坩埚2215运动至第二预设位置，此时，内坩埚2215上升至其周壁的顶端端面与分隔组件2212抵接，从而封堵连通口，确保储料腔2214被封闭；而在籽晶的生长过程中，需要进行气氛补偿时，可以控制内坩埚2215下降至第一预设位置，以打开连通口，从而使得补偿气氛可以顺利进入第三热处理单元23内。

根据本发明的一些实施例，分隔组件2212可以包括：分隔件22121和连接环板22122。其中，分隔件22121形成为筒状，分隔件22121设于第二坩埚221内且与第二坩埚221间隔开，分隔件22121的外壁和第二坩埚221的内壁限定出储料腔2214，分隔件22121的外侧壁与第二坩埚221的内侧壁限定出沿第二坩埚221的轴向延伸的活动通道，活动通道的宽度与内坩埚2215的侧壁在径向方向的厚度适配，连接环板22122设于活动通道，例如，连接环板22122可以设于活动通道的顶部，连接环板22122的内端与分隔件22121的外侧壁相连，连接环板22122的外端与第二坩埚221的内侧壁相连，连通口形成于连接环板22122。内坩埚2215在第一预设位置时，内坩埚2215的上端与分隔件22121的底壁在上下方向间隔开以使储料腔2214与预热腔2213连通，内坩埚2215在第二预设位置时，内坩埚2215的侧壁嵌入活动通道以隔断预热腔2213和储料腔2214，如此，可以根据需要控制储料腔2214与预热腔2213的通断，结构简单，便于装配。

根据本发明的一些实施例，第二坩埚221的与外转盘11相连的一端形成有第二连接螺纹2211，外转盘11上形成有沿厚度方向贯穿的第二装配孔，第二装配孔可以用于连通外界和外转盘11的内腔，第二装配孔的内壁形成有第二配合螺纹(图未示出)，第二坩埚221的第二敞开口的外壁与外转盘11通过第二连接螺纹2211和第二配合螺纹的配合实现螺纹连接，如此，既可以实现第二热处理单元22和外转盘11的连接，又可以使第二坩埚221与内坩埚2215共同限定出适于容纳籽晶的腔室，此外，整体结构简单，便于制造和装配。

在一些实施例中，参考图4和图12，第三热处理单元23可以包括：第三坩埚231和第三加热装置232。其中，第三坩埚231的轴向一端(例如图12中所示的第三坩埚231的上端)与外转盘11相连，第三坩埚231限定出生长腔，生长腔的靠近外转盘11的一端形成有第三敞开口，内转盘12适于带动籽晶转动至第三位置，内转盘12转动至第三位置时，籽晶与第三敞开口正对，生长腔内适于盛放碳化硅原料，第三加热装置232适于在籽晶旋转至与第三敞开口相对时以第四预设温度加热生长腔中的碳化硅原料，以使原料受热升华产生碳化硅气氛，碳化硅气氛适于在籽晶的表面生长形成碳化硅晶体，如此，第三热处理单元23可以为籽晶提供稳定的气氛以供其生长。

此外，内转盘12适于沿外转盘11的轴向方向在第三位置和第四位置之间运动，其中，内转盘12在第三位置时，内转盘12适于同时打开第二敞开口和第三敞开口，并且内转盘12与外转盘11之间形成连通第二敞开口和第三敞开口的气流通道，以使第二坩埚221和第三坩埚231连通，此时，可以使得第二坩埚221的储料腔2214内产生的补偿气氛及时从第二坩埚221迁移至第三坩埚231，以此确保碳化硅晶体的生长品质符合预期目标。内转盘12在第四位置时，内转盘12可以同时封堵第二敞开口和第三敞开口以使第二坩埚221和第三坩埚231分隔开，此时，内转盘12和外转盘11之间贴合，第二坩埚221和第三坩埚231相互隔绝，两者之间无气流流通；如此，通过将内转盘12构造成适于沿外转盘11的轴向移动，可以方便地根据籽晶的生长需要来控制第二坩埚和第三坩埚的通断。

根据本发明的一些实施例，第四预设温度的取值范围为：1900℃-2350℃，例如，第四预设温度的取值范围为1900℃、1950℃、2000℃、2050℃、2100℃、2150℃、2200℃、2250℃、2300℃、或2350℃，当然，第四预设温度的取值可以根据实际需要在该范围内合理选择，如此，可以保证第三加热装置222能够提供足够的热量使得生长腔内的碳化硅原料升华产生碳化硅气氛。

根据本发明的一些实施例，参考图12，第三加热装置232包括环绕设置于第三坩埚231外侧的多组感应线圈，多组感应线圈均可以独立控制，以便于在第三坩埚231内形成温度梯度，以利于碳化硅气氛的迁移以及在籽晶表面生长成碳化硅晶体。

根据本发明的一些实施例，参考图12，第三坩埚231的与外转盘11相连的一端形成有第三连接螺纹2311，外转盘11上形成有沿厚度方向贯穿的第三装配孔，第三装配孔可以用于连通外界和外转盘11的内腔，第三装配孔的内壁形成有第三配合螺纹(图未示出)，第三坩埚231的第三敞开口的外壁与外转盘11通过第三连接螺纹2311和第三配合螺纹的配合实现螺纹连接，如此，既可以实现第三热处理单元23和外转盘11的连接，又可以使第三坩埚231与内坩埚2215共同限定出适于容纳籽晶的腔室，此外，整体结构简单，便于制造和装配。

可以理解地，第二热处理单元22对籽晶进行生长中的碳化硅气氛补偿这一步骤仅在第三坩埚231内的原料不足时启动；第二热处理单元22对籽晶进行生长中的掺杂气氛补偿可以根据制备的目标晶体类型来选择是否启动。

在一些实施例中，参考图2-图5，第一热处理单元21、第二热处理单元22和第三热处理单元23沿转盘组件1的周向依次设于外转盘11，如此，内转盘12转动时，可以带动籽晶依次经过第一热处理单元21、第二热处理单元22和第三热处理单元23，使得热处理步骤更加有序。可选地，第一热处理单元21、第二热处理单元22和第三热处理单元23沿转盘组件1的周向均匀间隔设置，如此，可以控制内转盘12匀速转动，并且相邻两个热处理单元之间转动的耗时相同，更容易控制籽晶准确地到达目标位置。

进一步地，参考图2和图5，籽晶可以设有多个，多个是指两个或两个以上，加热机构2包括与籽晶一一对应的多个，多个加热机构2沿转盘组件1的周向布置，例如图2所示，籽晶可以设有两个，相应地，加热机构2也设有两个，每个加热机构2仅用于处理对应的籽晶，此时，两个籽晶可以在内转盘12上沿内转盘12的径向对称布置，同理，每个加热机构2的每个热处理单元均和另一个加热机构2内的相同的热处理单元沿外转盘11的径向对称布置，这样，在内转盘12转动过程中，可以确保两个籽晶始终同步进行相同的热处理步骤，有利于提高制得的多个碳化硅晶体的一致性，提高生产效率，进而实现标准化和批量化生产。

根据本发明的一些实施例，参考图6-图12，外转盘11包括：上转盘111和下转盘112。其中，下转盘112和上转盘111沿上下方向相连，上转盘111和下转盘112共同限定出容纳腔，内转盘12可转动地设于容纳腔且适于沿容纳腔的轴向运动，籽晶设于内转盘12的朝向下转盘112的一侧，热处理单元均与下转盘112相连。

例如图7所示，上转盘111包括第一盘本体1112和第一连接凸台1113，第一盘本体1112形成为圆形，第一连接凸台1113位于第一盘本体1112的边沿，第一连接凸台1113沿第一盘本体1112的周向延伸，第一盘本体1112的边沿形成有多个螺栓孔，下转盘112包括第二盘本体1121和第二连接凸台1122，第二盘本体1121形成为圆形，第二连接凸台1122位于第二盘本体1121的边沿，第二连接凸台1122沿第二盘本体1121的周向延伸，第一连接凸台1113和第二连接凸台1122适于沿上转盘111的轴向抵接，第二盘本体1121的边沿形成有多个螺栓配合孔，外转盘11还包括多个螺栓紧固件，多个螺栓紧固件与多个螺栓孔一一对应，上转盘111和下转盘112适于通过螺栓紧固件实现相连。

当然本发明不限于此，为提高外转盘11的容纳腔的密封性，第一连接凸台1113可以形成为台阶状，第二连接凸台1122可以形成为倒台阶状，第一连接凸台1113和第二连接凸台1122相适配，从而提高上转盘111和下转盘112的连接密封性。

根据本发明的一些实施例，参考图3和图4，第一盘本体1112的中央形成有沿厚度方向贯穿的转轴孔，驱动装置的转轴13的下端适于穿过转轴孔与位于外转盘11内的内转盘12连接，如此，驱动装置可以驱动内转盘12转动，从而带动籽晶在对应的加热机构2的多个热处理单元之间转动以进行相应的热处理步骤。

根据本发明一些实施例，参考图3、图4和图8，内转盘12的朝向下转盘112的一侧形成有容置槽121，容置槽121与籽晶一一对应，籽晶设于容置槽121，这样，当内转盘12旋转时，可以防止籽晶与下转盘112在转动方向上相互干涉，更好地保护籽晶。

进一步地，参考图9，内转盘12可以包括：多个子内转盘122。子内转盘122包括和热处理单元一一对应，多个子内转盘122沿周向布置，每个子内转盘122均适于单独沿容纳腔的轴向运动，这样，当籽晶在生长过程中，需要进行气氛补偿时，可以控制与第二热处理单元22和第三热处理单元23所对应的子内转盘122向远离下转盘112的方向移动，从而使得第二坩埚221和第三坩埚231通过内转盘12与下转盘112之间的通道连通，以确保第二坩埚221内的补偿气氛可以进入第三坩埚231。

在一个具体的示例中，外转盘11和内转盘12均可以为石墨件，这样，外转盘11和内转盘12可以耐受较高的加热温度且不易发生变形损坏，可以确保内转盘12可以顺畅转动以及碳化硅晶体的稳定生长。

在一些实施例中，第一坩埚211、第二坩埚221和第三坩埚231均可以为石墨坩埚，这样，各个坩埚可耐受较高的加热温度且不易发生变形或损坏，从而为籽晶提供稳定的热处理环境。

在一些实施例中，第三坩埚231的容积大于第一坩埚211的容积，第三坩埚231的容易大于第二坩埚221的容积，这样，第三坩埚231可以盛放较多的碳化硅原料，从而为籽晶提供较多的碳化硅气氛，而将第一坩埚211和第二坩埚221的容积设置的较小，有利于快速升温，从而节约籽晶在第一热处理单元21和第二热处理单元22处进行热处理的耗时。

在一些实施例中，参考图3-图5，上转盘111可以包括：转盘本体和坩埚盖1111，转盘本体形成有多个安装孔，多个安装孔和所有的热处理单元一一对应且沿外转盘11的轴向相对，坩埚盖1111包括和安装孔一一对应的多个，每个坩埚盖1111设于对应的安装孔。如此，整体结构简单，便于装配。

在另一些实施例中，上转盘111也可以为一体成型件，如此，便于制造，节省装配工序。

下面描述利用本发明的碳化硅晶体生长装置100制备碳化硅晶体时的工作过程。

(1)粘贴籽晶：将籽晶粘贴剂(高温胶)均匀涂抹在内转盘12的容置槽121内，然后将籽晶粘贴在容置槽121内进行固定，优选地，一次粘贴两块籽晶，并且两块籽晶关于内转盘12的径向对称；将内转盘12旋转至与第一热处理单元21的第一坩埚211相对的位置，向上移动推盘212，利用压力感受器向籽晶粘贴区域施加500-1960N的压力，持续时间2-15min，再将推盘212移动至初始位置，得到粘贴且施加压力固定的籽晶。

(2)籽晶的烧结固化：利用第一加热装置213对籽晶和内转盘12之间的粘结剂进行固化处理。使籽晶处于第一坩埚211的中轴线位置，然后控制加热电源柜输出的功率，使第一加热装置213以8-11℃/min的升温速率升至120℃-550℃，维持30min-160min，烧结籽晶，使刷有粘结剂的籽晶固化，与内转盘12的粘贴更加紧密，并且籽晶与内转盘12之间的间隙更加均匀，固化处理后的粘结层的厚度维持在5-50微米。

(3)籽晶的预热处理：旋转内转盘12，使得烧结固化后的籽晶移动至第二热处理单元22，利用第二坩埚221的预热腔2213对第一热处理单元21中烧结固化处理后的籽晶进行预热，以消除籽晶在粘贴、加热和固化中产生的应力等情况。同时，在第二坩埚221的储料腔2214预先布置有硅粉或掺杂剂粉末；通过第二加热装置222加热，籽晶维持750-1300℃，实现技术效果。

(4)籽晶生长：将籽晶随内转盘12旋转至第三热处理单元23的第三坩埚231的中轴线位置，通过第三加热装置232加热，使籽晶温度维持在2100-2200℃，第三坩埚231内的碳化硅原料的温度维持稳定在2150-2350℃；晶体生长120-157h后，控制内转盘12沿轴向且远离下转盘112的方向移动，以使内转盘12和下转盘112之间限定出连通第二坩埚221和第三坩埚231的气流通道，然后控制第二加热装置222将第二坩埚221的储料腔2214中的硅粉加热至1350-1650℃，硅粉升华形成的富硅气氛通过气体通道从第二坩埚221到达第三坩埚231内，并位于籽晶附近，用于补偿碳化硅晶体在第三坩埚231内的生长后期由于气室内碳浓度局部急剧增加或硅气相严重损失，以降低或消除碳化硅晶体生长过程中出现的碳颗粒夹杂缺陷的现象，补偿硅气氛。

或者，当制备的碳化硅晶体需要掺杂时，在籽晶随内转盘12旋转至第三热处理单元23的第三坩埚231的中轴线位置后，即控制内转盘12沿轴向且远离下转盘112的方向移动，以使内转盘12和下转盘112之间限定出连通第二坩埚221和第三坩埚231的气流通道，然后通过第二加热装置222加热储料腔2214内的掺杂剂，使掺杂剂的温度处于1950-2250℃的温度范围内，以产生用于掺杂的气氛，掺杂气氛通过气体通道从第二坩埚221到达第三坩埚231内。

再或者，第二坩埚221的储料腔2214内可以通入氢气，以用于制备绝缘或半绝缘晶体。

此外，可以通过调节第二坩埚221中分隔组件2212的连通口的数量、埚内压力、温度以及气体通道的流通面积可以实现轻度掺杂和重度掺杂；气氛的引入或关闭则是通过调节第二坩埚221内的内坩埚2215的移动来实现的，例如，当储料腔2214中的内坩埚2215向上移动并封堵分隔组件2212的连通口时，储料腔2214被封闭，此时无法进行气氛补偿；当内坩埚2215反向移动，使得分隔组件2212的连通口被打开时，储料腔2214也随之打开，此时可以进行气氛补偿。

(4)晶体的取放：待碳化硅晶体生长结束后，转动内转盘12，使碳化硅晶体移动至第一热处理单元21处，退火处理后，将上转盘111和下转盘112分离，然后从内转盘12上取出碳化硅晶体，如此完成碳化硅晶体全过程的制备。

综上，本实施例的碳化硅晶体生长装置100，可以实现碳化硅晶体的连续生产；同时，各个热处理单元可以独立温度操控，克服传统碳化硅晶体生产过程中气氛调节不及时，掺杂气氛混合程度不均匀、不同炉料间反应不完全等缺陷。

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 (11)

1.一种碳化硅晶体生长装置，其特征在于，包括：

转盘组件，所述转盘组件包括外转盘和内转盘，所述内转盘设于所述外转盘且适于相对所述外转盘运动，至少一个籽晶设于所述内转盘；

加热机构，所述加热机构包括多个热处理单元，多个所述热处理单元沿所述转盘组件的周向方向间隔排布，且多个所述热处理单元均设于所述外转盘，其中，所述内转盘适于带动所述籽晶在多个所述热处理单元之间移动，以依次通过多个所述热处理单元对所述籽晶进行处理；

多个所述热处理单元至少包括：

第一热处理单元，所述第一热处理单元用于将所述籽晶粘贴固化在所述内转盘上，所述第一热处理单元包括：

第一坩埚，所述第一坩埚的轴向一端与所述外转盘相连，所述第一坩埚限定出安装腔，所述安装腔的靠近所述外转盘的一端形成有第一敞开口，所述内转盘适于转动至封堵所述第一敞开口的第一位置；

推盘，所述推盘可移动地设于所述安装腔，所述推盘适于推动所述籽晶与所述内转盘抵接，以使所述籽晶粘贴在所述内转盘上；

第一加热装置，所述第一加热装置用于以第一预设温度加热所述安装腔；

第二热处理单元，在所述内转盘的转动方向上，所述第二热处理单元位于所述第一热处理单元的下游，所述第二热处理单元适于对所述籽晶进行生长前的预热处理，所述第二热处理单元包括：

第二坩埚，所述第二坩埚的轴向一端与所述外转盘相连，所述第二坩埚限定出预热腔，所述预热腔的靠近所述外转盘的一端形成有第二敞开口，所述内转盘适于带动所述籽晶转动至第二位置，在所述第二位置，所述籽晶与所述第二敞开口正对；

第二加热装置，所述第二加热装置适于以第二预设温度加热所述预热腔；

第三热处理单元，在所述内转盘的转动方向上，所述第三热处理单元位于所述第二热处理单元的下游，所述第三热处理单元为所述籽晶的生长提供碳化硅气氛，所述第三热处理单元包括：

第三坩埚，所述第三坩埚的轴向一端与所述外转盘相连，所述第三坩埚限定出生长腔，所述生长腔的靠近所述外转盘的一端形成有第三敞开口，所述生长腔内适于盛放碳化硅原料，所述内转盘适于带动所述籽晶转动至第三位置，在所述第三位置，所述籽晶与所述第三敞开口正对；

第三加热装置，所述第三加热装置用于加热所述生长腔，以使所述原料受热升华产生碳化硅气氛并在所述籽晶的表面生长。

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，所述第二坩埚内还限定出储料腔，所述储料腔和所述预热腔沿所述第二坩埚的轴向布置，所述储料腔设于所述预热腔的远离所述外转盘的一侧，所述储料腔适于存储硅原料或掺杂剂，其中，

在所述第二热处理单元对所述籽晶进行生长前的预热处理时，所述预热腔与所述第三热处理单元分隔开，在所述第二热处理单元对所述籽晶进行生长过程中的气氛补偿时，所述预热腔与所述第三热处理单元以及所述储料腔均连通，所述第二加热装置还适于以第三预设温度加热所述储料腔。

3.根据权利要求2所述的碳化硅晶体生长装置，其特征在于，所述第二加热装置包括：

第一子加热装置，所述第一子加热装置设在所述预热腔的外壁上，所述第一子加热装置适于以所述第二预设温度加热所述预热腔；

第二子加热装置，所述第二子加热装置与所述第一子加热装置沿所述第二坩埚轴向布置，且所述第二子加热装置与所述储料腔正对，所述第二子加热装置适于以第三预设温度加热所述储料腔，以使所述储料腔内的硅原料或掺杂剂形成补偿气氛。

4.根据权利要求2所述的碳化硅晶体生长装置，其特征在于，所述第二热处理单元还包括：

分隔组件，所述分隔组件设于所述第二坩埚内，所述分隔组件将所述第二坩埚的内腔分隔为位于所述分隔组件上侧的所述预热腔和位于所述分隔组件下侧的所述储料腔，所述分隔组件上形成有连通口，

在所述第二热处理单元对所述籽晶进行生长前的预热处理时，所述连通口关闭以使所述储料腔与所述预热腔分隔开，在所述第二热处理单元对所述籽晶进行生长中的气氛补偿时，所述连通口打开以使所述储料腔与所述预热腔连通。

5.根据权利要求4所述的碳化硅晶体生长装置，其特征在于，所述第二热处理单元还包括：内坩埚，所述内坩埚沿所述第二坩埚的轴向可移动地设于所述储料腔，所述内坩埚适于在打开所述连通口的第一预设位置和关闭所述连通口的第二预设位置之间移动。

6.根据权利要求5所述的碳化硅晶体生长装置，其特征在于，所述分隔组件包括：

分隔件，所述分隔件形成为筒状，所述分隔件设于所述第二坩埚内且与所述第二坩埚间隔开，所述分隔件的外侧壁与所述第二坩埚的内侧壁限定出沿所述第二坩埚的轴向延伸的活动通道，所述活动通道的宽度与所述内坩埚的侧壁的厚度适配；

连接环板，所述连接环板设于所述活动通道，所述连接环板的内端与所述分隔件的外侧壁相连，所述连接环板的外端与所述第二坩埚的内侧壁相连，所述连通口形成于所述连接环板；

所述内坩埚在所述第一预设位置时，所述内坩埚的上端与所述分隔件的底壁在上下方向间隔开以使所述储料腔与所述预热腔连通，所述内坩埚在所述第二预设位置时，所述内坩埚的侧壁嵌入所述活动通道以隔断所述预热腔和所述储料腔。

7.根据权利要求2所述的碳化硅晶体生长装置，其特征在于，所述第一预设温度的取值范围为：120℃-550℃，所述第二预设温度的取值范围为：750℃-1300℃，所述第三预设温度的取值范围为：1350℃-1650℃。

8.根据权利要求2所述的碳化硅晶体生长装置，其特征在于，所述内转盘适于沿所述外转盘的轴向方向在第三位置和第四位置之间运动，在所述第三位置，所述内转盘打开所述第二敞开口和所述第三敞开口以使所述第二坩埚和所述第三坩埚连通，在所述第四位置时，所述内转盘封堵所述第二敞开口和所述第三敞开口以使所述第二坩埚和所述第三坩埚分隔开。

9.根据权利要求1所述的碳化硅晶体生长装置，其特征在于，所述籽晶设有多个，所述加热机构包括与所述籽晶一一对应的多个，多个所述加热机构沿所述转盘组件的周向布置。

10.根据权利要求1所述的碳化硅晶体生长装置，其特征在于，所述外转盘包括：

上转盘；

下转盘，所述下转盘和所述上转盘沿上下方向相连，所述上转盘和所述下转盘共同限定出容纳腔，所述内转盘可转动地设于所述容纳腔且适于沿所述容纳腔的轴向运动，所述籽晶设于所述内转盘的朝向所述下转盘的一侧，所述热处理单元均与所述下转盘相连。

11.根据权利要求10所述的碳化硅晶体生长装置，其特征在于，所述内转盘包括：

多个子内转盘，多个所述子内转盘和多个所述热处理单元一一对应，多个所述子内转盘沿周向布置，每个所述子内转盘均适于单独沿所述容纳腔的轴向运动。

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