CN117166058A - 一种碳化硅晶体的生长装置 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供了一种碳化硅晶体的生长装置，涉及碳化硅晶体生长技术领域。碳化硅晶体的生长装置包括坩埚、筒体、支撑件及石墨托。筒体放置于坩埚内，筒体靠近第二端的内侧设置有环形凸台，支撑件呈环状且设置于环形凸台上，支撑件外壁与筒体内壁之间形成气流通道。在长晶的过程中，高温使长晶原料升华，气相组分会在筒体内上升，气相组分在上升的过程中，会在石墨托的第二籽晶面结晶生长形成碳化硅晶体，并且一些气相组分会依次通过通气孔及气流通道进入到筒体与坩埚内壁之间，而后气相组分会在第一籽晶面结晶生长形成碳化硅晶体，能够分别在第一籽晶与第二籽晶上生长碳化硅晶体，以形成两颗碳化硅晶体。
Description
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的生长装置。
背景技术
碳化硅(SiC)作为新兴的第三代半导体核心材料，具有宽禁带、高临界击穿电场强度、高电子迁移率以及良好的抗辐照性和化学稳定性等优异性，这使其成为一种广泛应用的重要衬底晶片材料，在航空器件、新能源汽车、轨道交通和家用电器等领域展现了良好的应用前景。
经发明人研究发现，现有的一些碳化硅晶体的生长装置通过气相法生长碳化硅晶体仅能生长一颗碳化硅晶体。
发明内容
本发明的目的在于提供一种碳化硅晶体的生长装置，能够同时生长两颗碳化硅晶体。
第一方面，本发明提供一种碳化硅晶体的生长装置，包括：
坩埚，坩埚在轴向上具有相对的第一端及第二端，第一端用于放置长晶原料，第二端粘接有第一籽晶；
筒体，筒体放置于坩埚内，筒体靠近第二端的内侧设置有环形凸台；
支撑件，支撑件呈环状且设置于环形凸台上，支撑件外壁与筒体内壁之间形成气流通道，支撑件设置有与气流通道连通的通气孔；
石墨托，石墨托盖设于支撑件上且远离第二端的一端设置有第二籽晶。
在可选的实施方式中，通气孔设置于支撑件靠近环形凸台的一侧。
在可选的实施方式中，支撑件包括相连接的底板及围板，底板呈环状底板且与环形凸台连接，围板的外侧与筒体内壁之间形成气流通道，通气孔设置于底板靠近环形凸台的一侧。
在可选的实施方式中，石墨托包括依次连接且同轴设置的第一托台及第二托台，第一托台的径向尺寸大于第二托台的径向尺寸，第二托台盖设于支撑件，第二托台远离第一托台的一侧设置有第二籽晶，第一托台的外径小于坩埚的内径。
在可选的实施方式中，坩埚内径与第一托台外径之间的间隙尺寸范围在0.2～5mm之间。
在可选的实施方式中，筒体包括沿自身轴线方向依次设置的第一筒段、导流板及第二筒段，第二筒段远离第一筒段的内侧设置有环形凸台，导流板的外侧壁与坩埚内侧壁贴合，导流板设置有供第一筒段与第二筒段连通的导流孔。
在可选的实施方式中，第一筒段由多孔石墨制成。
在可选的实施方式中，第一筒段与坩埚之间用于放置长晶原料。
在可选的实施方式中，碳化硅晶体的生长装置还包括保温毡，保温毡设置于坩埚第二端的外侧。
在可选的实施方式中，气流通道的径向尺寸范围在0.1～3mm之间。
本发明实施例提供的一种碳化硅晶体的生长装置包括坩埚、筒体、支撑件及石墨托。坩埚在轴向上具有相对的第一端及第二端，第一端用于放置长晶原料，第二端粘接有第一籽晶。筒体放置于坩埚内，筒体靠近第二端的内侧设置有环形凸台，支撑件呈环状且设置于环形凸台上，支撑件外壁与筒体内壁之间形成气流通道，支撑件设置有与气流通道连通的通气孔。石墨托盖设于支撑件上且远离第二端的一端设置有第二籽晶。在长晶的过程中，高温使长晶原料升华，气相组分会在筒体内上升，气相组分在上升的过程中，会在石墨托的第二籽晶面结晶生长形成碳化硅晶体，并且一些气相组分会依次通过通气孔及气流通道进入到筒体与坩埚内壁之间，而后气相组分会在第一籽晶面结晶生长形成碳化硅晶体，能够分别在第一籽晶与第二籽晶上生长碳化硅晶体，以形成两颗碳化硅晶体。
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为本发明实施例提供的碳化硅晶体的生长装置的结构示意图；
图2为图1的截面图；
图3为图2的放大图。
图标：1-碳化硅晶体的生长装置；10-坩埚；11-第一端；12-第二端；13-第一籽晶；20-筒体；21-第一筒段；22-第二筒段；221-环形凸台；23-导流板；231-导流孔；30-支撑件；31-底板；32-围板；33-通气孔；34-气流通道；40-石墨托；41-第一托台；42-第二托台；43-第二籽晶；50-保温毡。
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。
下面结合专利附图详细介绍本发明实施例提供的一种碳化硅晶体的生长装置1的具体结构及其带来的技术效果。
请参考图1-图3，本发明实施例提供的一种碳化硅晶体的生长装置1包括坩埚10、筒体20、支撑件30及石墨托40。
坩埚10在轴向上具有相对的第一端11及第二端12，第一端11用于放置长晶原料，第二端12粘接有第一籽晶13。
筒体20放置于坩埚10内，筒体20靠近第二端12的内侧设置有环形凸台221，支撑件30呈环状且设置于环形凸台221上，支撑件30外壁与筒体20内壁之间形成气流通道34，支撑件30设置有与气流通道34连通的通气孔33，换句话说，筒体20通过通气孔33与气流通道34连通。石墨托40盖设于支撑件30上且远离第二端12的一端设置有第二籽晶43。
因此，在长晶的过程中，高温使长晶原料升华，气相组分会在筒体20内上升，气相组分在上升的过程中，会在石墨托40的第二籽晶43面结晶生长形成晶锭。
由于支撑件30上设置有通气孔33，并且支撑件30外壁与筒体20内壁之间具有气流通道34，因此，大量的气相组分会依次通过通气孔33及气流通道34进入到筒体20与坩埚10内壁之间，而后气相组分会在第一籽晶13面结晶生长形成晶锭。
也就是说，在本发明实施例提供的碳化硅晶体的生长装置1在生长碳化硅晶体的过程中，能够分别在第一籽晶13与第二籽晶43上生长碳化硅晶体，以形成两颗碳化硅晶体。
需要说明的是，理想的生长出的碳化硅晶体为大致中部微凸，经发明人研究发现，现有的气相法生长碳化硅晶体的过程中，如若在生长晶体的腔室为密封腔室，也就是说，如果本实施例中的支撑件30与筒体20之间完全贴合，无间隙产生并且支撑件30也未设置有相应的通气孔33情况下，不仅只能生长出一颗碳化硅晶体，而且生长出的碳化硅晶体靠近外周沿的厚度尺寸也较厚。
而在本实施例中，由于支撑件30外壁与筒体20内壁之间形成气流通道34，支撑件30也设置有与气流通道34连通的通气孔33，因此，气相组分上升的过程中，会通过通气孔33从两侧的气流通道34流出，减小筒体20内两侧的气相组分原料，因此第二籽晶43面上生长的碳化硅晶体的两侧的厚度尺寸相对中部的厚度尺寸较薄，生长的碳化硅晶体能够达到微凸效果。
并且，从两侧气流通道34流出的气相组分会在第一籽晶13面结晶生长形成晶锭，以生长碳化硅晶体，对从两侧气流通道34流出的气相组分也利用了起来，提高了原料的利用率。
可选的，气流通道34的间隙尺寸范围在0.1～3mm之间，也就是说，支撑件30外侧与筒体20内径之间的间隙尺寸在0.1～3mm之间。可以理解的，可以通过设置不同尺寸的支撑件30来调节气流通道34的尺寸大小。
可选的，在本实施例中，筒体20包括沿自身轴线方向依次设置的第一筒段21、导流板23及第二筒段22，第二筒段22远离第一筒段21的内侧设置有环形凸台221，导流板23的外侧壁与坩埚10内侧壁贴合，导流板23设置有供第一筒段21与第二筒段22连通的导流孔231。
以图1为参考，第二筒段22相对于第一筒段21的高度较高，也即更靠近坩埚10的第二端12。需要说明的是，导流板23外侧面与坩埚10的内侧面相适配，以保证导流板23外侧壁与坩埚10的内侧壁得以贴合。
其中，第一筒段21与导流板23可以为分体式设置，导流板23与第二筒段22可以为分体式设置也可以为一体成型设置。
可选的，第一筒段21由多孔石墨制成，可以理解的，由于第一筒段21有多孔石墨材料制成，能够保证自身在生长碳化硅晶体的高温环境下不会出现出现变形。当然在另外的一些实施例中，第一筒段21还可以为其它的耐高温材料制成。
加热设备对坩埚10加热时，坩埚10内部的中间的温度低于坩埚10内壁的温度，因此，碳化硅粉料在坩埚10中间容易出现碳化结晶，从而影响气氛传输。
而在本实施例中，第一筒段21与坩埚10之间用于放置长晶原料。可以理解的，能够通过第一筒段21的设置，来避免长晶原料(也即碳化硅粉料)在坩埚10的中部堆积，进而避免碳化硅粉料在坩埚10中部出现碳化结晶的情况，以此来提高碳化硅粉料的利用率。
在生长碳化硅晶体的过程中，长晶原料升华而成的气相组分会透过多孔石墨制成的第一筒段21进入到第一筒段21内腔，进而在第二籽晶43面上生长碳化硅晶体，并且部分气相组分再通过会依次通过通气孔33及气流通道34进入到第二筒段22与坩埚10内壁之间，进而在第一籽晶13面上生长碳化硅晶体。
可以理解的，为了避免大量的气相组分直接通过第一筒段21与坩埚10内壁之间与第二筒段22与坩埚10内壁之间与第一籽晶13面接触，因此，本实施例通过导流板23与坩埚10内壁贴合，将第一筒段21与坩埚10内壁之间的空间与第二筒段22与坩埚10内壁之间的空间分隔，来保证第一筒段21与坩埚10内壁之间的长晶原料生化而成的气相组分透过多孔石墨支撑的第一筒段21进入第一筒段21内腔后，再依次通过通气孔33及气流通道34与第一籽晶13接触。
可选的，通气孔33设置于支撑件30靠近环形凸台221的一侧，也就是说，通气孔33设置于支撑件30的底部。当然，在另外的一些实施例中，通气孔33还可以设置有支撑件30的侧壁上，只要能够保证气相组分能够通过通气孔33进入气流通道34即可。
详细的，支撑件30包括相连接的底板31及围板32，底板31呈环状底板31且与环形凸台221连接，围板32的外侧与筒体20内壁形成气流铜带，通气孔33设置于底板31靠近环形凸台221的一侧，当然通气孔33也可以设置于围板32上。
可选的，石墨托40包括依次连接且同轴设置的第一托台41及第二托台42，第一托台41的径向尺寸大于第二托台42的径向尺寸，第二托台42盖设于支撑件30，第二托台42远离第一托台41的一侧设置有第二籽晶43，第一托台41的外径小于坩埚10的内径。
具体的，其中第一托台41的径向尺寸大于第二筒段22的径向尺寸，由此便于用户取放第一托台。
可选的，坩埚10内径与第一托台41外径之间的间隙尺寸范围在0.2～5mm之间。可以理解的，气相组分在通过通气孔33及气流通道34后，还会通过坩埚10与第一托台41之间的间隙再与坩埚10上的第一籽晶13接触生长碳化硅晶体，因此坩埚10内径与第一托台41外径之间的间隙不宜过小。
可选的，本实施例中的碳化硅晶体的生长装置1还包括保温毡50，保温毡50设置于坩埚10第二端12的外侧。需要说明的是，保温毡50既可以是硬毡也可以是软毡。
在生长碳化硅晶体的过程中，可以对坩埚10进行抽真空，使其达到5×10-6mbar以下。充入工艺气体，可以是氩气、氮气、氢气、氦气等气体的一种。压强在1～100mbar。利用热源加热第一筒段21与坩埚10之间的长晶原料，温度达到2100～2400℃，将第一筒段21的腔内的温度控制在2100～2300℃，将第二籽晶43表面的温度控制在2100-2250℃，将第一托台41与坩埚10第二端12之间的空间的温度控制在2100～2220℃，将第一籽晶13表面的温度控制在2100-2180℃。
可选的，其中第一筒段21的直径可以在60～190mm范围内，第一筒段21的高度尺寸可以在60～300mm范围内，第一筒段21的厚度尺寸可以在1～8mm范围内。
可选的，导流板23的导流孔231内径尺寸可以在50～140mm范围内。
可选的，第二筒段22的内径尺寸可以在150～170mm范围内，环形凸台221的内径尺寸可以在140～158mm范围内。
可选的，支撑件30的围板32的内径可以在140～158mm范围内。
可选的，石墨托的厚度尺寸可以在2～30mm范围内。
可选的，保温毡50的厚度尺寸可以在5～60mm范围内，其中保温毡50可以设置有中心孔，其中心孔的内径可以在50～150mm范围内。
综上所述，本发明实施例提供的一种碳化硅晶体的生长装置1包括坩埚10、筒体20、支撑件30及石墨托40。坩埚10在轴向上具有相对的第一端11及第二端12，第一端11用于放置长晶原料，第二端12粘接有第一籽晶13。筒体20放置于坩埚10内，筒体20靠近第二端12的内侧设置有环形凸台221，支撑件30呈环状且设置于环形凸台221上，支撑件30外壁与筒体20内壁之间形成气流通道34，支撑件30设置有与气流通道34连通的通气孔33。石墨托40盖设于支撑件30上且远离第二端12的一端设置有第二籽晶43。在长晶的过程中，高温使长晶原料升华，气相组分会在筒体20内上升，气相组分在上升的过程中，会在石墨托40的第二籽晶43面结晶生长形成碳化硅晶体，并且一些气相组分会依次通过通气孔33及气流通道34进入到筒体20与坩埚10内壁之间，而后气相组分会在第一籽晶13面结晶生长形成碳化硅晶体，能够分别在第一籽晶13与第二籽晶43上生长碳化硅晶体，以形成两颗碳化硅晶体。
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 (10)
1.一种碳化硅晶体的生长装置，其特征在于，包括：
坩埚(10)，所述坩埚(10)在轴向上具有相对的第一端(11)及第二端(12)，所述第一端(11)用于放置长晶原料，所述第二端(12)粘接有第一籽晶(13)；
筒体(20)，所述筒体(20)放置于所述坩埚(10)内，所述筒体(20)靠近所述第二端(12)的内侧设置有环形凸台(221)；
支撑件(30)，所述支撑件(30)呈环状且设置于所述环形凸台(221)上，所述支撑件(30)外壁与所述筒体(20)内壁之间形成气流通道(34)，所述支撑件(30)设置有与所述气流通道(34)连通的通气孔(33)；
石墨托(40)，所述石墨托(40)盖设于所述支撑件(30)上且远离所述第二端(12)的一端设置有第二籽晶(43)。
2.根据权利要求1所述的碳化硅晶体的生长装置，其特征在于：
所述通气孔(33)设置于所述支撑件(30)靠近所述环形凸台(221)的一侧。
3.根据权利要求1所述的碳化硅晶体的生长装置，其特征在于：
所述支撑件(30)包括相连接的底板(31)及围板(32)，所述底板(31)呈环状底板(31)且与环形凸台(221)连接，所述围板(32)的外侧与所述筒体(20)内壁之间形成所述气流通道(34)，所述通气孔(33)设置于所述底板(31)靠近所述环形凸台(221)的一侧。
4.根据权利要求1所述的碳化硅晶体的生长装置，其特征在于：
所述石墨托(40)包括依次连接且同轴设置的第一托台(41)及第二托台(42)，所述第一托台(41)的径向尺寸大于所述第二托台(42)的径向尺寸，所述第二托台(42)盖设于所述支撑件(30)，所述第二托台(42)远离所述第一托台(41)的一侧设置有所述第二籽晶(43)，所述第一托台(41)的外径小于所述坩埚(10)的内径。
5.根据权利要求4所述的碳化硅晶体的生长装置，其特征在于：
所述坩埚(10)内径与所述第一托台(41)外径之间的间隙尺寸范围在0.2～5mm之间。
6.根据权利要求1所述的碳化硅晶体的生长装置，其特征在于：
所述筒体(20)包括沿自身轴线方向依次设置的第一筒段(21)、导流板(23)及第二筒段(22)，所述第二筒段(22)远离所述第一筒段(21)的内侧设置有所述环形凸台(221)，所述导流板(23)的外侧壁与所述坩埚(10)内侧壁贴合，所述导流板(23)设置有供所述第一筒段(21)与所述第二筒段(22)连通的导流孔(231)。
7.根据权利要求6所述的碳化硅晶体的生长装置，其特征在于：
所述第一筒段(21)由多孔石墨制成。
8.根据权利要求7所述的碳化硅晶体的生长装置，其特征在于：
所述第一筒段(21)与所述坩埚(10)之间用于放置长晶原料。
9.根据权利要求1-8任一项所述的碳化硅晶体的生长装置，其特征在于：
所述碳化硅晶体的生长装置还包括保温毡(50)，所述保温毡(50)设置于所述坩埚(10)第二端(12)的外侧。
10.根据权利要求1-8任一项所述的碳化硅晶体的生长装置，其特征在于：
所述气流通道(34)的径向尺寸范围在0.1～3mm之间。
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