CN116988138B - 一种液相法生长碳化硅晶体的装置 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例提供了一种液相法生长碳化硅晶体的装置，涉及碳化硅晶体生长设备领域。液相法生长碳化硅晶体的装置包括坩埚、籽晶杆及搅拌件。坩埚内设置有石墨块，籽晶杆的一端用于固定碳化硅籽晶，搅拌件与籽晶杆连接，当搅拌件伴随籽晶杆转动的过程中，搅拌件能够带动坩埚内部分助溶剂由四周向中心流动，以冲刷石墨块。由于搅拌件能够使得部分助溶剂由四周向中心流动，从而便能够减小助溶剂对坩埚内壁的冲刷，并且在坩埚内部设置有石墨块，在搅拌件伴随籽晶杆转动时，能够使得助溶剂冲刷石墨块，能够使得石墨块为碳化硅晶体的生长提供碳源，进一步减小对坩埚内壁的侵蚀，从而有效的提高坩埚的使用寿命。

Description

一种液相法生长碳化硅晶体的装置

技术领域

本发明涉及碳化硅晶体生长设备领域，具体而言，涉及一种液相法生长碳化硅晶体的装置。

背景技术

采用液相法生长碳化硅晶体的过程中，原料液容置于石墨坩埚内，籽晶与原料液内部形成温差，溶质在原料液内部溶解后在籽晶上析出晶体。

经过发明人研究发现，现有的一些通过液相法在生长碳化硅晶体时，会使用变频感应线圈，使得在坩埚内感生的磁场强度，助溶剂中的合金成分受到洛伦兹力作用使得助溶剂产生对流，洛伦兹力对助溶剂产生的对流与晶体质量息息相关，但过强的洛伦兹力容易使石墨坩埚大幅受到侵蚀。

发明内容

本发明的目的包括，提供了一种液相法生长碳化硅晶体的装置，其能够避免石墨坩埚受到大幅侵蚀，提高坩埚的使用寿命。

本发明的实施例可以这样实现：

第一方面，本发明提供一种液相法生长碳化硅晶体的装置，包括：

坩埚，坩埚内设置有石墨块；

籽晶杆，籽晶杆的一端用于固定碳化硅籽晶；

搅拌件，搅拌件与籽晶杆连接，当搅拌件伴随籽晶杆转动的过程中，搅拌件能够带动坩埚内部分的助溶剂由四周向中心流动，以冲刷石墨块。

在可选的实施方式中，搅拌件包括架体及多个设置于架体上的导流叶片，多个导流叶片均匀间隔排布，多个导流叶片转动时能够带动坩埚内部分的助溶剂由四周向中心流动，石墨块位于多个导流叶片之间。

在可选的实施方式中，架体包括沿籽晶周向均匀间隔排布的第一支架、第二支架、第三支架及第四支架，第一支架、第二支架、第三支架及第四支架均设置有导流叶片。

在可选的实施方式中，导流叶片为涡轮扇叶，涡轮扇叶的转动轴线与籽晶杆的轴线同轴。

在可选的实施方式中，石墨块位于坩埚的中部。

在可选的实施方式中，石墨块在远离坩埚底部的方向上自身的径向尺寸逐渐减小。

在可选的实施方式中，石墨块呈棱台状。

在可选的实施方式中，石墨块的外周面设置有多个沿外周面延伸方向间隔排布的多个台阶。

在可选的实施方式中，导流叶片的高度尺寸低于石墨块的高度尺寸。

在可选的实施方式中，坩埚外设置有变频感应线圈及为发热屏蔽筒，发热屏蔽筒位于坩埚与变频感应线圈之间，发热屏蔽筒用于屏蔽变频感应线圈产生的部分洛伦兹力。

本发明实施例的有益效果包括，例如：本发明实施例提供的一种液相法生长碳化硅晶体的装置包括坩埚、籽晶杆及搅拌件。坩埚内设置有石墨块，籽晶杆的一端用于固定碳化硅籽晶，搅拌件与籽晶杆连接，当搅拌件伴随籽晶杆转动的过程中，搅拌件能够带动坩埚内部分助溶剂由四周向中心流动，以冲刷石墨块。由于搅拌件能够使得部分助溶剂由四周向中心流动，从而便能够减小助溶剂对坩埚内壁的冲刷，并且在坩埚内部设置有石墨块，在搅拌件伴随籽晶杆转动时，能够使得助溶剂冲刷石墨块，能够使得石墨块为碳化硅晶体的生长提供碳源，进一步减小对坩埚内壁的侵蚀，从而有效的提高坩埚的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本发明实施例提供的一种液相法生长碳化硅晶体的装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种液相法生长碳化硅晶体的装置中的坩埚与籽晶杆装配的俯视图；

图3为本发明实施例中搅拌件搅拌时坩埚内助溶剂的流动仿真图。

图标：1-液相法生长碳化硅晶体的装置；10-坩埚；20-籽晶杆；30-搅拌件；31-架体；311-第一支架；312-第二支架；313-第三支架；314-第四支架；32-导流叶片；40-石墨块；50-发热屏蔽筒；60-变频感应线圈；2-助溶剂。

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，若出现术语“上”、“下”、“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，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。

下面结合专利附图详细介绍本发明实施例提供的一种液相法生长碳化硅晶体的装置的具体结构及其带来的相应的技术效果。

请参考图1-图2，本发明实施例提供的一种液相法生长碳化硅晶体的装置1包括坩埚10、籽晶杆20及搅拌件30。

坩埚10内设置有石墨块40，籽晶杆20的一端用于固定碳化硅籽晶，搅拌件30与籽晶杆20连接，当搅拌件30伴随籽晶杆20转动的过程中，搅拌件30能够带动坩埚10内部分助溶剂2由四周向中心流动，以冲刷石墨块40。

可以理解的，在现有的一些液相法生长碳化硅晶体的装置1会通过变频感应线圈60，使得助溶剂2产生对流，但较大的洛伦兹力会使得助溶剂2在对流过程中，会大量冲刷坩埚10内壁，从而使得坩埚10受到大幅度侵蚀，减小了坩埚10的使用寿命，进而会导致缩短长晶时间，难以获得厚的晶锭。

需要说明的是，上述的助溶剂2应理解为在高温状态下熔化为液态的助溶剂2。

而在本实施例中，能够通过搅拌件30伴随籽晶杆20转动的过程中，搅拌助溶剂2，进而带动部分助溶剂2由四周向中心流动，以冲刷石墨块40。由于搅拌件30能够使得部分助溶剂2由四周向中心流动，从而便能够减小助溶剂2对坩埚10内壁的冲刷，并且在坩埚10内部设置有石墨块40。

在搅拌件30伴随籽晶杆20转动时，能够使得助溶剂2冲刷石墨块40，在石墨块40与搅拌件30的作用下，在一定程度上能够减小助溶剂2对坩埚10内壁的冲刷。也就是说，助溶剂2在对石墨块40冲刷的过程中，能够使得石墨块40为碳化硅晶体的生长提供碳源，石墨块40为碳化硅晶体生长的主要碳源，减小对坩埚10内壁的侵蚀，从而有效的提高坩埚10的使用寿命。

请参考图3，需要说明的是，在冲刷石墨块40时，助溶剂2与石墨块40发生碰撞，部分助溶剂2能够向上运动，由于籽晶杆20上的晶体伴随籽晶杆转动，助溶剂2会在籽晶杆20的晶体生长面的作用下由中心向坩埚10内壁流动，并且部分助溶剂2在坩埚壁处向下移动，形成闭环流动，进而实现助溶剂2的对流。

需要说明的是，本实施例中的坩埚10为石墨坩埚10。

进一步地，石墨块40位于坩埚10中部。由于石墨块40位于坩埚10中部，在助溶剂2冲刷石墨块40时，可以使得石墨块40较稳均衡的被助溶剂2侵蚀，以为碳化硅晶体生长提供碳源。

当然，在另外的一些实施例中，石墨块40还可以并不仅限设置于坩埚10的中部，还可以位于坩埚10内的其它位置，只要石墨块40位于多个导流叶片32之间即可，在此对石墨块40位于坩埚10的具体位置不做限定。

具体的，在本实施例中，石墨块40在远离坩埚10底部的方向上自身的径向尺寸逐渐减小。

可以理解的，由于石墨块40在远离坩埚10底部的方向上自身径向尺寸逐渐减小，也就是说，石墨块40的外侧壁具有导向斜部。因此，在导流叶片32带动助溶剂2由四周向中心流动，并冲刷石墨块40时，能够在导向斜部的作用下使得助溶剂2向上流动，进而实现对流，再导流斜部的作用下，能够使得助溶剂2更加容易的向上运动，能够进一步加强对流的作用。

具体的，其中石墨块40呈棱台状。可以理解的，由于石墨块40呈棱台状，可以理解的，由于石墨块40呈棱台状，棱台状的石墨块40能够增大助溶剂2与石模块的接触面积，从而能够保证中心部位碳源能够及时得到补充。便于籽晶杆20上更好的生长碳化硅晶体。

当然，在其它的一些实施例中，石墨块40并不仅限呈棱台状，还可以为其它的形状，只要能够具有导向斜部还能够增大与助溶剂2的接触面积即可，在此对石墨块40的具体形状不做限定。例如，石墨块40还可以呈棱锥状。

详细的，石墨块40呈四棱台状。可以理解的，由于本实施例中具有第一支架311、第二支架312、第三支架313及第四支架314，并且第一支架311、第二支架312、第三支架313及第四支架314上均设置有一导流叶片32，当第一支架311、第二支架312、第三支架313及第四支架314上的导流叶片32再转动时带动助溶剂2由四周向中心流动时，四棱台的四个面均能够引导助溶剂2向上流动，再四个方向上实现对流。并且石墨块40呈四棱台状，还可以增大石墨块40与助溶剂2的接触面积，从而及时补充中心部分的碳源。

当然，在另外的一些实施例中，石墨块40还可以呈四棱锥状。

在其它的一些实施例中，石墨块40还可以为其它结构，例如还可以呈五棱台、五棱锥、六棱台或六棱锥等。

进一步地，在本实施例中，石墨块40的外周面设置有多个沿外周面延伸方向间隔排布的多个台阶。可以理解的，由于在石墨块40的外周面设置有多个台阶，也就是说，在本实施例中，四棱台的四个倾斜面上均设置有延倾斜面，由此可以增大石墨块40与助溶剂2的接触面积，从而进一步保证坩埚10中部的碳源，从而有效保证碳化硅晶体的生长。

当然，在另外的一些实施例中，石墨块40的外周面还可以不仅限于设置台阶面以增大与流动的组溶剂的接触面积，还能够通过设置其它的结构来增大与助溶剂2的接触面积，例如，在石墨块40的外周面设置波纹等结构。

进一步地，搅拌件30包括架体31及多个设置于架体31上的导流叶片32，多个导流叶片32均匀间隔排布，多个导流叶片32转动时能够带动坩埚10内部分的助溶剂2由四周向中心流动，石墨块40位于多个导流叶片32之间。

具体的，架体31包括沿籽晶轴向均匀间隔排布的第一支架311、第二支架312、第三支架313及第四支架314，其中第一支架311、第二支架312、第三支架313及第四支架314均设置有导流叶片32，多个导流叶片32沿周向间隔排布。

可以理解的，在导流叶片32转动过程中，助溶剂2在流动过程中，导流叶片32远离坩埚10内壁的一侧会带动助溶剂2，并在导流叶片32远离坩埚10内壁的一侧的作用下向中心流动，进而冲刷石墨块40，进而有效的减少助溶剂2对石墨坩埚10内壁的冲刷。

在可选的实施例中，对于第一支架311、第二支架312、第三支架313及第四支架314上的导流叶片32，任意两个相邻支架上的导流叶片32的延伸方向垂直，且导流叶片32的朝向偏离坩埚10的轴线。从而有效的使得第一支架311、第二支架312、第三支架313及第四支架314在伴随籽晶杆20转动的过程中，能够有效的通过各自的导流叶片32带动部分助溶剂2由四周向中心流动，进而冲刷石墨块40。

在另外的一些可选的实施例中，导流叶片32为蜗轮扇叶，蜗轮扇叶的转动轴线与籽晶杆20的轴线同轴。容易理解的，蜗轮扇叶在转动的过程中，其导流方向与转动轴线垂直，也就是说，通过设置蜗轮扇叶，能够有效的带动助溶剂2由四周向中心流动。

进一步地，在一些可选的实施例中，导流叶片32的高度尺寸低于石墨块40的高度尺寸。在导流叶片32伴随籽晶杆20转动的过程中，带动助溶剂2由四周向中心流动，在助溶剂2与石墨块40接触后，会在石墨块40的导向斜部的作用下向上运动，并向上运动后，便向下运动，形成对流。可以理解的，由于导流叶片32的高度尺寸低于石墨块40的高度尺寸，能够带动更多的助溶剂2由四周向中心流动，以与石墨块40接触，从而为侵蚀石墨块40，以为碳化硅晶体生长提供碳源。从而也能够进一步减小助溶剂2对坩埚10内壁的侵蚀。

需要说明的是，在本实施例中，导流叶片32的高度尺寸可以理解为导流叶片32靠近坩埚10底部的一侧与坩埚10底部的间距，石墨块40的高度尺寸可以理解为石墨块40远离坩埚10底部的一侧与坩埚10底部的间距。

进一步地，在本实施例中，坩埚10外设置有变频感应线圈60及发热屏蔽筒50，发热屏蔽筒50位于坩埚10与变频感应线圈60之间，发热屏蔽筒50用于屏蔽变频感应线圈60产生的部分洛伦兹力。

容易理解的，在现有的一些液相法生长碳化硅晶体的装置1中，仅通过变频感应线圈60使得坩埚10内感生磁场强度，此时助溶剂2中的合金成分受到洛伦兹力的作用会使得助溶剂2产生对流。容易理解的，但若为了提高晶体的生长质量，便需要大额定功率的变频感应线圈60产生大的磁场强度，以使得助溶剂2产生较大的对流，而助溶剂2产生大的对流时，助溶剂2由中心向四周流动，并与坩埚10内壁的接触后，向上流动，进而再下落，易形成对流。但在此过程中，会使得助溶剂2大量且快速的冲刷坩埚10内壁，从而使得坩埚10受到大幅度侵蚀，会导致坩埚10的使用寿命降低。

可以理解的，在利用液相法生长碳化硅晶体的装置1中，若预先设置的变频感应线圈60来使得生产磁场，从而通过洛伦兹力使得助溶剂2产生对流。变频感应线圈60不易进行调节，并且也不易进行更换，在此基础上，本实施例中，通过在变频感应线圈60与坩埚10之间设置一发热屏蔽筒50，发热屏蔽筒50能够屏蔽一定的洛伦兹力，也就是说，发热屏蔽筒50能够屏蔽一定的磁场，从而屏蔽一定的洛伦兹力。可以减小一部分的洛伦兹力，减弱了洛伦兹力对助溶剂2的作用，降低了助溶剂2对坩埚10侧壁的冲刷。

因此，通过在变频感应线圈60与坩埚10之间设置一发热屏蔽筒50，避免对变频感应线圈60的调节，还能够便于更换变频感应线圈60。

在可选的实施例中，导流叶片32可以由石墨制成，可以理解的，导流叶片32由石墨制成，不仅可以耐高温，还能够与助溶剂2接触后被助溶剂2侵蚀，从而为生长碳化硅晶体提供碳源。从而进一步提高坩埚10的使用寿命。

当然，在另外的实施例中，导流叶片32还可以为其它耐高温材料制成。

综上所述，本发明实施例提供的一种液相法生长碳化硅晶体的装置1包括坩埚10、籽晶杆20及搅拌件30。坩埚10内设置有石墨块40，籽晶杆20的一端用于固定碳化硅籽晶，搅拌件30与籽晶杆20连接，当搅拌件30伴随籽晶杆20转动的过程中，搅拌件30能够带动坩埚10内部分助溶剂2由四周向中心流动，以冲刷石墨块40。由于搅拌件30能够使得部分助溶剂2由四周向中心流动，从而便能够减小助溶剂2对坩埚10内壁的冲刷，并且在坩埚10内部设置有石墨块40，在搅拌件30伴随籽晶杆20转动时，能够使得助溶剂2冲刷石墨块40，能够使得石墨块40为碳化硅晶体的生长提供碳源，进一步减小对坩埚10内壁的侵蚀，从而有效的提高坩埚10的使用寿命。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种液相法生长碳化硅晶体的装置，其特征在于，包括：

坩埚(10)，所述坩埚(10)内设置有石墨块(40)；

籽晶杆(20)，所述籽晶杆(20)的一端用于固定碳化硅籽晶；

搅拌件(30)，所述搅拌件(30)与所述籽晶杆(20)连接，当所述搅拌件(30)伴随籽晶杆(20)转动的过程中，所述搅拌件(30)能够带动所述坩埚(10)内部分的助溶剂(2)由四周向中心流动，以冲刷所述石墨块(40)；

所述搅拌件(30)包括架体(31)及多个设置于架体(31)上的导流叶片(32)，多个所述导流叶片(32)均匀间隔排布，多个所述导流叶片(32)转动时能够带动所述坩埚(10)内部分的助溶剂(2)由四周向中心流动，所述石墨块(40)位于多个所述导流叶片(32)之间，所述导流叶片(32)为涡轮扇叶，所述涡轮扇叶的转动轴线与所述籽晶杆(20)的轴线同轴。

2.根据权利要求1所述的液相法生长碳化硅晶体的装置，其特征在于：

所述石墨块(40)位于所述坩埚(10)的中部。

3.根据权利要求2所述的液相法生长碳化硅晶体的装置，其特征在于：

所述石墨块(40)在远离所述坩埚(10)底部的方向上自身的径向尺寸逐渐减小。

4.根据权利要求2所述的液相法生长碳化硅晶体的装置，其特征在于：

所述石墨块(40)呈棱台状。

5.根据权利要求3所述的液相法生长碳化硅晶体的装置，其特征在于：

所述石墨块(40)的外周面设置有多个沿外周面延伸方向间隔排布的多个台阶。

6.根据权利要求1所述的液相法生长碳化硅晶体的装置，其特征在于：

所述架体(31)包括沿籽晶周向均匀间隔排布的第一支架(311)、第二支架(312)、第三支架(313)及第四支架(314)，所述第一支架(311)、所述第二支架(312)、所述第三支架(313)及所述第四支架(314)均设置有导流叶片(32)。

7.根据权利要求1所述的液相法生长碳化硅晶体的装置，其特征在于：

所述导流叶片(32)的高度尺寸低于所述石墨块(40)的高度尺寸。

8.根据权利要求1所述的液相法生长碳化硅晶体的装置，其特征在于：

所述坩埚(10)外设置有变频感应线圈(60)及为发热屏蔽筒(50)，所述发热屏蔽筒(50)位于所述坩埚(10)与所述变频感应线圈(60)之间，所述发热屏蔽筒(50)用于屏蔽所述变频感应线圈(60)产生的部分洛伦兹力。