CN115386950A - 晶体生长装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种晶体生长装置，涉及晶体制备技术领域，通过在坩埚的顶壁内侧设置籽晶安装部以用于放置籽晶，在坩埚的底壁内侧设置筒体和盖体以形成用于盛放碳化硅原料的原料腔，同时在筒体的侧壁上设置若干孔隙，利用孔隙将第一间隙和原料腔连通，这样一来，在进行碳化硅晶体的生长制备过程中，碳化硅原料受热升华后形成的气氛只能从筒体上设置的各孔隙组的多个孔隙中向第一间隙排出，然后再流向坩埚顶壁，因此可以通过孔隙来滤掉生长气氛中的碳颗粒，从而抑制了碳包裹物的产生，提高了晶体质量。

Description

晶体生长装置

技术领域

本发明涉及晶体制备技术领域，尤其是涉及一种晶体生长装置。

背景技术

碳化硅材料因其自身宽禁带、高热导率、高击穿电场、高抗辐射能力等特点，其制成的半导体器件能够满足对当今对高功率和强辐射器件的需求，是制备高温、高频、高功率和抗辐射器件的理想衬底材料，并在混合动力汽车、高压输电、LED照明和航天航空等领域崭露头角，而生长高质量的SiC晶体则是实现这些SiC基器件的优异性能的基础。

碳化硅晶体无法直接从大自然中获得，需要通过合成的方法制得，目前碳化硅晶体的制得方法主要有物理气相传输法(也称为物理气相沉积法)、高温化学气相沉积法、液相外延法等，其中物理气相传输法发展最为成熟，应用最为广泛，其主要原理为：坩埚内碳化硅原料的升华；升华后气体的输运；在晶体生长面的沉积反应和结晶。

经发明人研究发现，在晶体生长过程中，碳化硅原料会石墨化产生碳颗粒，这些碳颗粒容易被升华的气体带至晶体生长面，从而在形成的晶体中产生包裹物，这些包裹物会严重影响晶体良率，影响晶体质量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种晶体生长装置，抑制了碳包裹物的产生，提高了晶体质量。

本发明提供了一种晶体生长装置，包括：

坩埚，所述坩埚的顶壁设置有籽晶连接部；

原料筒，位于所述坩埚内，包括筒体和盖体；

所述筒体的一端设置于所述坩埚的底壁，另一端朝向所述坩埚的顶壁，且所述筒体的侧壁与所述坩埚的侧壁之间留有第一间隙；

所述盖体盖设于所述筒体朝向所述坩埚的顶壁的一端；

所述筒体的侧壁与所述坩埚的底壁围合形成原料腔，所述原料腔用于盛放原料；

其中，所述筒体的侧壁上设置有若干孔隙，所述孔隙将所述间隙和所述原料腔连通。

本发明实施例的有益效果包括：

本发明实施例的晶体生长装置，通过在坩埚的顶壁内侧设置籽晶安装部以用于放置籽晶，在坩埚的底壁内侧设置筒体和盖体以形成用于盛放碳化硅原料的原料腔，同时在筒体的侧壁上设置若干孔隙，利用孔隙将第一间隙和原料腔连通，这样一来，在进行碳化硅晶体的生长制备过程中，碳化硅原料受热升华后形成的气氛只能从筒体上设置的各孔隙组的多个孔隙中向第一间隙排出，然后再流向坩埚顶壁，因此可以通过孔隙来滤掉生长气氛中的碳颗粒，从而抑制了碳包裹物的产生，提高了晶体质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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方式，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为现有技术中碳化硅晶体生长坩埚及坩埚内的轴向和径向温度示意图；

图2为现有技术中含有碳包裹物的碳化硅衬底的示意图；

图3为本发明实施例晶体生长装置的立体剖视图；

图4为本发明实施例晶体生长装置的全剖示意图；

图5为本发明实施例筒体的立体图；

图6为本发明实施例过滤颗粒的过滤原理图；

图7为本发明实施例叶轮的立体示意图；

图8为本发明实施例第一叶片的剖面叶型示意图；

图9为本发明实施例第二叶片的剖面叶型示意图；

图10为本发明实施例第一叶片和第二叶片的相对位置关系的示意图。

图标：1-锅盖；10-籽晶安装部；2-锅体；3-聚气套筒；4-叶轮组件；40-安装件；42-第一叶片；421-第一边；422-第二边；423-第三边；424-第四边；425-第一面；426-第二面；427-第一连线；44-安装框；45-第一通道；46-第二叶片；461-第一侧边；462-第二侧边；463-底边；464-第三面；465-第四面；466-第二连线；47-第二通道；48-连接件；481-中部开口；49-第三通道；5-过滤材料；6-筒体；60-孔隙；7-碳化硅原料；8-盖体。

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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在SIC晶体生长过程中，尽管所用的SiC原料平均颗粒尺寸约200um，但原料的粒度分布范围较宽，最细颗粒直径只有几微米，粗的可达几百微米甚至毫米量级。晶体生长初期，由于此时生长温度相对较低，生长室内气相蒸气压较低，因此生长速度较慢，原料石墨化还未开始。随着生长的进行，生长室内气相蒸气压逐渐增大，细颗粒的原料石墨化也逐渐开始，石墨化后的细颗粒有可能在生长室内气相蒸气的对流作用下带到生长界面，从而在晶体中开始产生包裹物。但由于此时生长刚开始不久，原料刚开始石墨化，碳颗粒较少，此时包裹物的密度较低。随着生长的进一步进行，原料石墨化严重，大量的碳颗粒产生，这些碳颗粒很容易被升华的气流及气相蒸汽的对流带动晶体生长表面，从而形成包裹物。由于生长室内的蒸气压有几百mbar，在温度梯度的作用下生长室内将会产生一定的对流，碳颗粒极有可能在对流的作用下到达生长界面，从而在生长的晶体中产生碳包裹物。

如图1所示，图1为碳化硅晶体生长坩埚及坩埚内的轴向和径向温度示意图，由图1中坩埚右侧的温度示意图可以看出坩埚轴向温度的分布，其中原料中心处温度最高(T3)，其次是坩埚底部(T2)，而坩埚顶部也就是籽晶的位置温度最低(T1)。在SiC晶体生长时，T3位置的SiC原料最先分解，生成的SiC气相物质向低温处扩散，也就是向籽晶和坩埚底部扩散，当籽晶处的SiC气相物质大于其饱和蒸气压时，籽晶处就开始结晶生长。在SiC原料供应充足的情况下，T3与T1相差越大，也就是生长室的轴向梯度越大，籽晶处的SiC气相物质过饱和度就越大，晶体生长速度也就越快。因而，轴向温度梯度主要影响SiC晶体的生长速度。

由图1中坩埚上侧的温度示意图可以看出坩埚径向温度的分布，在晶体表面形成一个温度为T1的等温面，在晶体的同一横切面上，中心位置的温度最低，边缘温度最高。中心温度与边缘温度差别越大，也就是晶体的径向温度梯度越大，晶体生长面就越凸。所以在原料上部的气相区域，靠近坩埚内壁的温度最高，温梯最大，气体流速也最快，而中心区域的温度最低，这会导致靠近坩埚内壁升华出的生长气氛在上升后又往中心区域流去，由于中心温度又较低，气流冷凝导致密度较大，气流又向下沉积，形成一个气体对流，该对流只存在于原料表面附近，然而对原料表面的细小碳颗粒产生严重影响，这些细小的碳颗粒很容易被气相蒸汽的对流带动晶体生长表面，从而形成包裹物。

进一步的，如图2所示，图2为现有技术中含有碳包裹物的碳化硅衬底，微管是SiC晶体中的“杀手型”缺陷，该缺陷的存在将严重影响SiC器件的性能，微管密度已成为SiC晶片最重要的指标参数之一。碳包裹物是晶体中微管的一个来源，观察发现，碳包裹物既能够终止微管，也能够诱导微管的产生。因此要减少微管密度，除了选用高质量籽晶和抑制多型相变的发生外，还要抑制晶体中碳包裹物的产生。

为改善上述技术问题，发明人经研究提出了下一实施例进行改善，下面结合附图对本发明的一些实施方式作详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

请参考图3至图5，图3为本发明实施例晶体生长装置的立体剖视图，图4为本发明实施例晶体生长装置的全剖示意图，图5为本发明实施例筒体6的立体图。

本发明实施例提供了一种晶体生长装置，该晶体生长装置包括坩埚和原料筒。坩埚的顶壁设置有籽晶连接部。原料筒位于坩埚内，其包括筒体6和盖体8，筒体6的一端设置于坩埚的底壁，另一端朝向坩埚的顶壁，且筒体6的侧壁与坩埚的侧壁之间留有第一间隙；盖体8盖设于筒体6朝向坩埚的顶壁的一端；筒体6的侧壁与坩埚的底壁围合形成原料腔，原料腔用于盛放原料；其中，筒体6的侧壁上设置有若干孔隙60，孔隙60将第一间隙和原料腔连通。

由此，本发明实施例的晶体生长装置，通过在坩埚的顶壁内侧设置籽晶安装部10以用于放置籽晶，在坩埚的底壁内侧设置筒体6和盖体8以形成用于盛放碳化硅原料7的原料腔，同时在筒体6的侧壁上设置若干孔隙60，利用孔隙60将第一间隙和原料腔连通，这样一来，在进行碳化硅晶体的生长制备过程中，碳化硅原料7受热升华后形成的气氛只能从筒体6上设置的各孔隙60组的多个孔隙60中向第一间隙排出，然后再流向坩埚顶壁，因此可以通过孔隙60来滤掉生长气氛中的碳颗粒，从而抑制了碳包裹物的产生，提高了晶体质量。

在本实施例中，坩埚整体呈中空的圆柱形，其主要包括锅体2和锅盖1，锅体2呈中空的圆柱形，其底端封闭，顶端开口。锅盖1则呈圆形板状，其可拆卸地盖合在锅体2的顶端，从而将锅体2的内部空间封闭，以在锅体2内设置原料筒等零部件，进而在原料筒内放置碳化硅原料7。

籽晶安装部10则设置在锅盖1底面的大致中心位置，从而便于籽晶与坩埚同轴设置，其中，籽晶作为生长碳化硅晶体的种子，能够给碳化硅晶体的生长提供一个现成的结晶中心，通常该籽晶呈薄片状。在籽晶设置在籽晶安装部10后，籽晶朝向坩埚的底壁的表面为晶体生长面，即籽晶朝向锅体2的底壁的表面为晶体生长面，升华的碳化硅气氛在籽晶的晶体生长面沉积结晶，从而生长碳化硅晶体。

筒体6呈中空贯穿的圆柱形，其可以是可拆卸设置在坩埚的锅体2的底壁上，从而可以在需要时将其从锅体2内取出，便于清洗等需要，当然该筒体6也可以是与锅体2一体成型。其中，该筒体6与坩埚同轴设置，从而能够保证筒体6内的碳化硅原料7在径向上受热更为均匀。

盖体8则是密封无孔的密封盖，其材质可以是石墨，由此在盖体8盖设在筒体6的顶部之后，即可迫使碳化硅原料7升华后生长气氛由筒体6上设置的孔隙60输送至第一间隙。

在本实施例中，每一孔隙60与第一间隙连通的一端相较于与原料腔连通的一端要靠近坩埚的顶壁，也就是说，每一孔隙60包括与第一间隙连通的第一开口以及与原料腔连通的第二开口，第一开口相对第二开口靠近坩埚的顶壁。换句话说，由坩埚的底壁至顶壁的方向，孔隙60的中心轴与坩埚的中心轴之间的距离逐渐增大，从而该孔隙60为倾斜向上的状态，以在筒体6内的碳化硅原料7升华后，能够给升华后的气氛提供一个向上的矢量，促进生长气氛向上运输。此外，为了使生长气氛能够更为均匀地呈放射状排出原料筒之外，因此可以将每个孔隙60的中心轴设置为与坩埚的中心轴共面。

需要说明的是，第一间隙可以用来填充满过滤材料5，由此生长气氛通过孔隙60由原料腔内向第一间隙排出时，可以通过第一间隙内的过滤材料5将生长气氛中携带的碳颗粒再一次进行过滤，从而进一步提高晶体质量。

过滤材料5为颗粒状，且其材质可以是可以是钽、铌或钨及其碳化物，即过滤材料5可以是钽、铌、钨、碳化钽、碳化铌和碳化钨中的一种或几种。由于坩埚作为直接被用于加热的导热体，因此其周向的内外侧壁温度高，生长气氛也不会在过滤材料5上重结晶，从而在碳化硅晶体生长完成后，可以将由颗粒状过滤材料5全部回收，经过水洗烘干后继续投入下一炉次的晶体生长，具有重复利用的功能，降低生产成本。

其中，过滤材料5呈球形颗粒，球形颗粒在结构学上具有最高的填装密度，且球形颗粒的直径越小，过滤效果越好，过滤颗粒的尺寸可以完全一致，也可以同时具有多种直径尺寸的球形过滤颗粒存在，从而淹没原料筒，达到比较好的过滤效果。

结合图6，图6为本发明实施例过滤颗粒的过滤原理图，针对由过滤颗粒铺设而成的过滤材料5的过滤原理示例如下：

在过滤过程中，过滤孔隙60中的气流一般处于层流状态，且存在一个速度梯度，即球形过滤颗粒表面滤速接近于零到孔隙60中心率速达到最大。被气流携带到碳颗粒将随着气流流线运动，它之所以能脱离气流流线向球形颗粒表面靠近，完全是由于某些物理因素到作用，这些物理作用有拦截、沉淀、惯性、扩散和水动力作用等；

(1)拦截作用：碳颗粒尺寸较大时，处于流线中的碳颗粒会直接碰到滤料表面而产生拦截作用。

(2)沉淀作用：碳颗粒尺寸刚好差不多小于球形颗粒间隙时，在重力作用下脱离流线产生沉淀，从而沉积于球形颗粒表面。

(3)惯性作用：气流中碳颗粒的密度大于生长气氛的密度，则当气流绕过球形颗粒时，气流中当碳颗粒由于惯性作用会脱离流线而被抛到球形颗粒表面。

(4)扩散作用：当碳颗粒粒径较小时，会受到布朗运动的影响而做无规则的扩散作用，有可能扩散到球形颗粒表面。

(5)水动力作用：由于球形颗粒周围的气流存在速度梯度，碳颗粒在速度梯度作用下，会产生转动而脱离流线与颗粒表面接触。

由于碳化硅衬底的产能取决于晶体的生长速度，晶体生长速度越快，衬底产能越高，在SiC原料供应充足的情况下，生长室的轴向梯度越大，籽晶处的SiC气相物质过饱和度就越大，晶体生长速度也就越快。

因此，结合图7，图7为本发明实施例叶轮的立体示意图。在本实施例中，晶体生长装置还包括叶轮组件4，叶轮组件4设置在坩埚内，且位于原料筒靠近坩埚的顶壁的一侧，其中，叶轮组件4与原料筒之间留有第二间隙，第二间隙与第一间隙相连通。因此，利用叶轮组件4来推挤经依次经过第一间隙和第二间隙传来的的生长气氛，以加快生长气氛的快速流动，提高生长效率。

其中，第二间隙可以用来盛放过滤材料5，即可以通过在第二间隙内填充满或者填充部分过滤材料5，使得过滤材料5完全盖住原料筒的盖体8，保证过滤掉生长气氛中碳颗粒的效果，进一步提高晶体生长质量。

在本实施例中，叶轮组件4包括第一叶轮组，第一叶轮组包括轮毂和若干第一叶片42。轮毂包括安装框44和安装件40，安装框44安装在坩埚的侧壁上，安装件40位于安装框44内，以远离坩埚的侧壁，安装框44和安装件40围合成第一通道45，第一通道45和第一间隙在由坩埚的底壁至坩埚的顶壁的方向上相对设置；安装框44和安装件40之间连接有若干第一叶片42，每一第一叶片42具有相背的第一面425和第二面426，第一面425朝向坩埚的底壁，第二面426背离坩埚的底壁。在每相邻的两第一叶片42中，其中一第一叶片42的第一面425和另一第一叶片42的第二面426相向设置。从而该第一叶轮组构成一轴流叶轮的结构。

如此一来，通过安装框44安装在坩埚侧壁来起到支撑第一叶片42和安装件40的作用，以使得该第一叶轮组相对于坩埚固定，由于安装框44和安装件40围合成的第一通道45和第一间隙在由坩埚的底壁至顶壁的方向上相对设置，因此经过滤材料5过滤后的生长气氛会经过该第一通道45，从而在坩埚旋转工艺下若干叶片切割挤压经过第一通道45的生长气氛，即叶轮组件4随着坩埚一起转动，由于相邻两第一叶片42中一个第一叶片42的第一面425和另一第一叶片42的第二面426相向设置，因此第一叶片42的第一面425产生负压吸入过滤后的生长气氛，使得该生长气氛被第一叶片42的第二面426推挤而能量提高，对生长气氛施加一个轴向矢量，加快生长气氛沿坩埚轴向朝着籽晶扩散的速率，同时提高生长气氛的压力，以提高生长速度。

其中，安装框44的形状与坩埚的形状相适配，呈圆圈形框体，安装件40呈圆形板体。而为了支撑安装框44，因此在坩埚的内侧壁形成有环形的支撑台，由此轮圈的底面直接抵持在支撑台上，而轮圈的外周面则抵持坩埚的内侧壁，从而在实现叶轮的放置的同时，还能够通过端面接触起到一定的密封作用。

每一第一叶片42包括第一边421及与第一边421相对的第二边422，第三边423及与第三边423相对的第四边424，第一边421与第二边422之间通过第三边423和第四边424相连，即每一第一叶片42包括顺次首尾相连的第一边421、第三边423、第二边422和第四边424。第一边421与安装框44相连，第二边422与安装件40相连，第三边423相对于第四边424靠近坩埚的底壁。第一面425的边界和第二面426的边界均与第一边421、第二边422、第三边423和第四边424相连。

其中，在每相邻的两第一叶片42中，两第一边421之间的距离大于两第二边422之间的距离，以适应每个叶片的第三边423靠近第二边422的部位对气氛的切割速度较小，而第三边423靠近第一边421的部位对气氛的切割速度较大的现象，从而使得叶轮径向上不同位置的生长气氛受到的轴向矢量更为均匀。

每相邻的两第一叶片42中，其中一第一叶片42的第一面425和另一第一叶片42的第二面426在坩埚的同一高度处的环向距离为预设距离，其中，沿着坩埚的底壁至顶壁的方向，预设距离先逐渐减小，后逐渐增大。以使生长气氛更容易进入每相邻两第一叶片42之间，同时也利于生长气氛被第一叶片42推挤推出。

结合图8，每一第一叶片42的第一面425和第二面426均为弧面，且第一面425的曲率中心位于第一叶片42靠近坩埚的顶壁的一侧，第二面426的曲率中心位于第一叶片42靠近坩埚的底壁的一侧。其中，第一面425的弧顶中线和第二面426的弧顶中线均位于第三边423和第四边424之间，第一面425的弧顶中线的两端分别与第一边421和第二边422相连，第二面426的弧顶中线的两端分别与第一边421和第二边422相连。

这样一来，在相邻两第一叶片42中，沿着坩埚的底壁至顶壁的方向，两第一叶片42之间的预设距离会先逐渐变小，然后以第一面425及与该第一面425相向的第二面426这两者的弧顶中线为分界线，两第一叶片42之间的周向间距会逐渐变大。依次，便于生长气氛的被吸入第一通道45并由第二通道47排出。

叶轮组件4还包括第二叶轮组，第二叶轮组相对于第一叶轮组靠近坩埚的顶壁；第二叶轮组包括一连接件48和若干第二叶片46，连接件48设置于安装件40靠近坩埚的顶壁的一侧，并与原料筒在坩埚的底壁至坩埚的顶壁的方向上相对设置，连接件48和安装件40围成第二通道47，其中，连接件48具有一中部开口481；安装件40和连接件48之间连接有若干第二叶片46，若干第一叶片42共同围成一与中部开口481连通的第三通道49，每一第二叶片46具有相背的第三面464和第四面465，第三面464背向坩埚的中心轴，第四面465朝向坩埚的中心轴，其中，坩埚的中心轴经过坩埚顶壁的中点以及坩埚底壁的中点；在每相邻的两第二叶片46中，其中一第二叶片46的第三面464和另一第二叶片46的第四面465相向设置。从而该第二叶轮组和安装件40构成一向心叶轮的结构。

由此，通过将连接件48设置在安装件40靠近坩埚的顶壁的一侧，且与原料筒在坩埚的底壁至顶壁的方向相对，以此连接件48和安装件40围成的第二通道47也与原料筒相对，连接在安装件40和连接件48之间的若干第二叶片46则在随着坩埚一起转动时，经第一叶片42提高能量后的生长气氛中速率较快的一小部分部分直接经过向心叶片的前缘和坩埚的内侧壁之间的间隙直接通向坩埚顶壁的籽晶处，而生长气氛中速率较慢的绝大部分，则由于第二叶片46的第三面464产生负压吸引，被兵第二叶片46的第四面465推挤而使得第二通道47的生长气氛进入第三通道49，第二叶片46对生长气氛有径向矢量的做功，从而使得该部分生长气氛在向心叶片的推挤下提高能量，增大压力，在第三通道49内形成正压，且由于若干第二叶片46围成的第三通道49的轴向温度较高，因此会再经过连接件48的中部开口481向压力较小及轴向温度较低的籽晶处扩散，避免因籽晶边缘生长气氛过饱和导致凹的生长界面形成，从而生长出一个微凸的生长界面，有利于晶型的稳定和应力的释放。

每一第二叶片46包括顺次首尾相连的第一侧边461、底边463、第二侧边462和顶边，第一侧边461和第二侧边462相对设置，且第一侧边461相对于第二侧边462远离坩埚的中心轴，底边463和顶边相对，且底边463与安装件40连接，顶边与连接件48连接。第三面464的边界和第四面465的边界均与第一侧边461、底边463、第二侧边462和顶边相连。

结合图9，第三面464和第四面465均为弧面，且第三面464的曲率中心以及第四面465的曲率中心均位于第二叶片46远离坩埚的中心轴的一侧。其中，第三面464的弧顶中线和第四面465的弧顶中线均位于第一侧边461和第二侧边462之间，第三面464的弧顶中线的两端分别与底边463和顶边相连，第四面465的弧顶中线的两端分别与底边463和顶边相连。

在本实施例中，轴流叶片和向心叶片的回旋方向相反，对于轴流叶片和向心叶片的回旋方向，具体解释为：以图3和图7为例，当由晶体生长装置的上方朝下观察的方向，若坩埚由外部驱动部件驱动而顺时针转动，则轴流叶片呈逆时针回旋，向心叶片呈顺时针回旋。

更具体来说，结合图10，在相对应的一第一叶片42和一第二叶片46中，第一边421的中点至第二边422的中点的连线为第一连线427，第一侧边461的中点至第二侧边462的中点的连线为第二连线466，第一连线427和第二连线466呈钝角设置。

在本实施例中，叶轮组件4整体可以是一体成型，即安装件40、第一叶片42、安装框44、第二叶片46和连接件48各自为一体式连接，从而向提高叶轮旋转时的稳定性。可以理解的是，本实施例中的一体成型，可以采用一体注塑的制造工艺，也可以采用压铸的制造工艺。

在本实施例中，晶体生长装置还包括聚气套筒3，聚气套筒3的顶端和底端均敞开，且聚气套筒3的顶端内径小于底端内径，聚气套筒3的顶端围绕于籽晶安装部10的外周缘，聚气套筒3的底端接触坩埚的内侧壁，从而引导气氛集中沉积在设置于籽晶安装部10的籽晶上。

更为具体的，聚气套筒3呈圆台状，且聚气套筒3的母线为直线，从而减少聚气套筒3的内侧壁对气氛的阻力。

其中，聚气套筒3的设置，可以通过在坩埚的内侧壁上设置环形的支撑面来实现，从而聚气套筒3的底端直接抵持在支撑面上。

本发明实施例还提供了以下实验一进行对照：

实验一：将原料装入原料筒后，在原料筒四周装入过滤材料5，然后坩埚装入机台进行烧结进程，待烧结制程结束后烧结检测完毕后，将聚气叶轮和粘接好籽晶的坩埚盖与内部放置好热场的坩埚进行密封，生长坩埚周围、顶部、底部会包裹1～4层厚度5～10mm的石墨软毡保温层，然后将生长坩埚放入长晶炉中，首先抽真空到压力5x10-2 mbar以下，充入氩气控制压力在1～50mbar环境之下，水冷式感应线圈通电，以电磁感应原理加热石墨坩埚，当加热温度达到2100oC以上，碳化硅粉末开始升华变成Si、Si2C、SiC2等气体，并沿着温度梯度从高温区传输到较低温度区域的籽晶处沉积结晶形成碳化硅单晶，经过5～10天的沉积结晶时间，完成碳化硅单晶生长。

通过上述实现可以发现：采用该原料筒热场结构生长4英寸掺N的4H-SiC晶体，晶体为单一晶型4H，晶体表面无杂晶、密集性微管等宏观缺陷，晶体凸度＜2mm，晶体长速由原本的100-130um/h提升至150-180um/h，长速提升25％-80％。晶体经过切磨抛后得到晶片，将晶体放置于光学显微镜下观察，可以看到SiC晶体中基本没有包裹物，包裹物密度小于0.1个/cm2，BPD和TSD数量均与同期量产晶体同水平，candela检测MPD数量也未受影响＜0.5cm-2，表明利用该原料筒热场结构进行晶体生长可以在不影响晶体缺陷密度的前提下，有效的将碳包裹物的密度有原本的5-10个/cm2降低至＜0.1个/cm2，且有效提高晶体长速，产能提升50％-80％。

综上，本发明实施例的晶体生长装置，抑制了碳包裹物的产生，提高了晶体质量。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围。

Claims (16)

1.一种晶体生长装置，其特征在于，包括：

坩埚，所述坩埚的顶壁设置有籽晶连接部；

原料筒，位于所述坩埚内，包括筒体(6)和盖体(8)；

所述筒体(6)的一端设置于所述坩埚的底壁，另一端朝向所述坩埚的顶壁，且所述筒体(6)的侧壁与所述坩埚的侧壁之间留有第一间隙；

所述盖体(8)盖设于所述筒体(6)朝向所述坩埚的顶壁的一端；

所述筒体(6)的侧壁与所述坩埚的底壁围合形成原料腔，所述原料腔用于盛放原料；

其中，所述筒体(6)的侧壁上设置有若干孔隙(60)，所述孔隙(60)将所述间隙和所述原料腔连通。

2.根据权利要求1所述的晶体生长装置，其特征在于，每一所述孔隙(60)包括与所述第一间隙连通的第一开口以及与所述原料腔连通的第二开口，所述第一开口相对第二开口靠近所述坩埚的顶壁。

3.根据权利要求1所述的晶体生长装置，其特征在于，所述第一间隙用于填充过滤材料(5)。

4.根据权利要求1所述的晶体生长装置，其特征在于，

所述晶体生长装置还包括叶轮组件(4)，所述叶轮组件(4)设置在所述坩埚内，且位于所述原料筒靠近所述坩埚的顶壁的一侧，其中，所述叶轮组件(4)与所述原料筒之间留有第二间隙，所述第二间隙与所述第一间隙相连通。

5.根据权利要求4所述的晶体生长装置，其特征在于，所述叶轮组件(4)包括第一叶轮组，所述第一叶轮组包括轮毂和若干第一叶片(42)；

所述轮毂包括安装框(44)和安装件(40)，所述安装框(44)安装在所述坩埚的侧壁上，所述安装件(40)位于所述安装框(44)内，以远离所述坩埚的侧壁，所述安装框(44)和安装件(40)围合成第一通道(45)，所述第一通道(45)和所述第一间隙在所述坩埚的底壁至所述坩埚的顶壁的方向上相对设置；

所述安装框(44)和所述安装件(40)之间连接有若干所述第一叶片(42)，每一所述第一叶片(42)具有相背的第一面(425)和第二面(426)，所述第一面(425)朝向所述坩埚的底壁，所述第二面(426)背离所述坩埚的底壁；

在每相邻的两第一叶片(42)中，其中一第一叶片(42)的第一面(425)和另一第一叶片(42)的第二面(426)相向设置。

6.根据权利要求5所述的晶体生长装置，其特征在于，每一所述第一叶片(42)包括第一边(421)及与第一边(421)相对的第二边(422)，第三边(423)及与所述第三边(423)相对的第四边(424)，所述第一边(421)与所述第二边(422)之间通过所述第三边(423)和所述第四边(424)相连；

所述第一边(421)与安装框(44)相连，所述第二边(422)与所述安装件(40)相连，所述第三边(423)相对于所述第四边(424)靠近所述坩埚的底壁；

所述第一面(425)的边界和所述第二面(426)的边界均与所述第一边(421)、所述第二边(422)、所述第三边(423)和所述第四边(424)相连。

7.根据权利要求6所述的晶体生长装置，其特征在于，每相邻的两第一叶片(42)中，其中一第一叶片(42)的第一面(425)和另一第一叶片(42)的第二面(426)在所述坩埚的同一高度处的距离为预设距离；

沿着所述坩埚的底壁至顶壁的方向，所述预设距离先逐渐减小，后逐渐增大。

8.根据权利要求7所述的晶体生长装置，其特征在于，所述第一面(425)和所述第二面(426)均为弧面，且所述第一面(425)的曲率中心位于所述第一叶片(42)靠近所述坩埚的顶壁的一侧，所述第二面(426)的曲率中心位于所述第一叶片(42)靠近所述坩埚的底壁的一侧；

其中，所述第一面(425)的弧顶中线和所述第二面(426)的弧顶中线均位于所述第三边(423)和所述第四边(424)之间，所述第一面(425)的弧顶中线的两端分别与所述第一边(421)和所述第二边(422)相连，所述第二面(426)的弧顶中线的两端分别与所述第一边(421)和所述第二边(422)相连。

9.根据权利要求5-8任一项所述的晶体生长装置，其特征在于，所述叶轮组件(4)还包括第二叶轮组，所述第二叶轮组相对于所述第一叶轮组靠近所述坩埚的顶壁；

所述第二叶轮组包括一连接件(48)和若干第二叶片(46)，所述连接件(48)设置于所述安装件(40)靠近所述坩埚的顶壁的一侧，并与所述原料筒在所述坩埚的底壁至所述坩埚的顶壁的方向上相对设置，所述连接件(48)和所述安装件(40)围成第二通道(47)，其中，所述连接件(48)具有一中部开口(481)；

所述安装件(40)和所述连接件(48)之间连接有若干所述第二叶片(46)，若干所述第一叶片(42)共同围成一与所述中部开口(481)连通的第三通道(49)，每一所述第二叶片(46)具有相背的第三面(464)和第四面(465)，所述第三面(464)背向所述坩埚的中心轴，所述第四面(465)朝向所述坩埚的中心轴，其中，所述坩埚的中心轴经过所述坩埚顶壁的中点以及所述坩埚底壁的中点；

在每相邻的两第二叶片(46)中，其中一第二叶片(46)的第三面(464)和另一第二叶片(46)的第四面(465)相向设置。

10.根据权利要求9所述的晶体生长装置，其特征在于，每一所述第二叶片(46)包括顺次首尾相连的第一侧边(461)、底边(463)、第二侧边(462)和顶边，所述第一侧边(461)和所述第二侧边(462)相对设置，且所述第一侧边(461)相对于所述第二侧边(462)远离所述坩埚的中心轴，所述底边(463)和所述顶边相对，且所述底边(463)与所述安装件(40)连接，所述顶边与所述连接件(48)连接；

所述第三面(464)的边界和所述第四面(465)的边界均与所述第一侧边(461)、所述底边(463)、所述第二侧边(462)和所述顶边相连。

11.根据权利要求10所述的晶体生长装置，其特征在于，所述第三面(464)和所述第四面(465)均为弧面，且所述第三面(464)的曲率中心以及所述第四面(465)的曲率中心均位于所述第二叶片(46)远离所述坩埚的中心轴的一侧；

其中，所述第三面(464)的弧顶中线和所述第四面(465)的弧顶中线均位于所述第一侧边(461)和所述第二侧边(462)之间，所述第三面(464)的弧顶中线的两端分别与所述底边(463)和所述顶边相连，所述第四面(465)的弧顶中线的两端分别与所述底边(463)和所述顶边相连。

12.根据权利要求10所述的晶体生长装置，其特征在于，所述第一叶片(42)与第二叶片(46)的数量相同，所述第一叶片(42)等间距设置在所述安装件(40)上，所述第二叶片(46)等间距设置在所述安装件(40)上所述安装件(40)上，所述第一叶片(42)和所述第二叶片(46)分别在所述安装件(40)上的连接位置相对应。

13.根据权利要求12所述的晶体生长装置，其特征在于，在相对应的一所述第一叶片(42)和一所述第二叶片(46)中，所述第一边(421)的中点至所述第二边(422)的中点的连线为第一连线(427)，所述第一侧边(461)的中点至所述第二侧边(462)的中点的连线为第二连线(466)，所述第一连线(427)和所述第二连线(466)呈钝角设置。

14.根据权利要求9所述的晶体生长装置，其特征在于，所述坩埚为圆柱形；和/或，

所述原料筒为圆柱形；和/或，

所述安装框(44)为圆圈形框体；和/或，

所述安装件(40)为圆形板体；和/或，

所述连接件(48)为圆环形。

15.根据权利要求4所述的晶体生长装置，其特征在于，所述第二间隙内于用于盛放过滤材料(5)。

16.根据权利要求3或15所述的晶体生长装置，其特征在于，所述过滤材料(5)为颗粒状；和/或，所述过滤材料(5)的材质为钽、铌、钨、碳化钽、碳化铌和碳化钨中的一种或几种。

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