CN210287584U - 一种大尺寸碳化硅晶体生长装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种大尺寸碳化硅晶体生长装置，包括第一腔体和第二腔体、可沿上下方向活动的穿设于第一腔体和第二腔体中的坩埚、下端连接在坩埚顶部且上端穿出第二腔体的坩埚轴、设于第一腔体中的加热机构和保温机构、开设于第一腔体上和/或第二腔体上的抽气口和充气口；加热机构机构包括上下间隔分布的上加热电阻和下加热电阻；上加热电阻由设于坩埚上方的第一圆盘和围设于坩埚上侧周部的第一筒体组成；下加热电阻为设于坩埚下方的第二圆盘或由第二圆盘和围设于坩埚下侧周部的第二筒体组成。本实用新型大尺寸碳化硅晶体生长装置，坩埚上部和下部不仅可以获得均匀的横向温度，还能够获得精确的纵向温度梯度，满足大尺寸晶体生长工艺温度要求。

Description

一种大尺寸碳化硅晶体生长装置

技术领域

本实用新型涉及一种大尺寸碳化硅晶体生长装置。

背景技术

物理气相输运法（PVT法）是碳化硅单晶生长的主要技术方法，该方法是将碳化硅多晶原料装在筒形石墨坩埚本体底部，用石墨坩埚盖将石墨坩埚本体盖上，形成一个密闭空间，石墨坩埚盖下表面安装有碳化硅籽晶，通过对石墨坩埚本体、石墨坩埚盖组成的系统进行加热，使石墨坩埚本体内的碳化硅多晶原料升华，并维持碳化硅多晶原料与碳化硅籽晶间具有合适的温度梯度，升华后的碳化硅粒子就会在碳化硅籽晶上沉积生长，从而获得碳化硅单晶。

现有的用于碳化硅单晶生长装置，是采用中频感应加热的方式通过一个感应加热线圈对石墨坩埚进行加热的，由于中频感应加热的趋肤效应特性，不能保证大尺寸石墨坩埚横向温度的均匀度，也难以控制石墨坩埚纵向温度梯度的精确度，不利于大尺寸碳化硅单晶的生长。

针对上述情况，也有采用电阻加热的方式对石墨坩埚进行加热的。现有技术中，对石墨坩埚顶部（籽晶位置处）的加热电阻一般位于坩埚顶部，用于使坩埚顶部能够获得均匀的横向温度。但是籽晶在长晶过程中，还需要控制其纵向温度梯度，才能够生长得到较好质量的碳化硅单晶。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种大尺寸碳化硅晶体生长装置，采用上、下两个加热电阻分别对坩埚的上部和下部进行加热，上部和下部不仅可以获得均匀的横向温度，上部还能够获得精确的纵向温度梯度，从而保证满足大尺寸晶体的生长工艺温度要求。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种大尺寸碳化硅晶体生长装置，包括第一腔体、设于所述第一腔体上方的第二腔体、可沿上下方向活动的穿设于所述第一腔体和所述第二腔体中的坩埚、下端连接在所述坩埚顶部且上端穿出所述第二腔体的坩埚轴、设于所述第一腔体中的加热机构和保温机构、开设于所述第一腔体上和/或所述第二腔体上的抽气口、开设于所述第一腔体和/或所述第二腔体上的充气口；

所述加热机构机构包括上下间隔分布的上加热电阻和下加热电阻；

所述上加热电阻由设于所述坩埚上方的第一圆盘和围设于所述坩埚上侧周部的第一筒体组成；所述下加热电阻为设于所述坩埚下方的第二圆盘或由所述第二圆盘和围设于所述坩埚下侧周部的第二筒体组成。

优选地，所述第一圆盘、所述第一筒体、所述第二圆盘、所述第二筒体同轴延伸，且均与所述坩埚间隙分布。

优选地，所述第一圆盘和所述第一筒体同轴延伸且相互抵接。

优选地，所述下加热电阻同时包括所述第二圆盘和所述第二筒体时，两者同轴延伸且相互抵接。

优选地，所述装置还包括机架，所述第一腔体包括固设于所述机架上的底板、可上下活动的设于所述底板上的筒体、可上下活动的设于所述筒体顶部的盖体，所述保温机构设于所述底板上，所述加热机构设于所述保温机构中。

更优选地，所述装置还包括设于所述盖体与所述第二腔体之间的隔离阀，所述隔离阀与所述第二腔体均连接在所述盖体上。

更优选地，所述装置还包括设于所述机架上的立柱、设于所述立柱和所述筒体之间的第一升降机构、设于所述立柱和所述盖体之间的第二升降机构。

优选地，所述装置还包括设于所述第二腔体顶部的用于驱动所述坩埚轴升降的驱动机构。

优选地，所述装置还包括设于所述坩埚轴上方的上测温仪，所述坩埚轴为空心管状结构，所述保温机构顶部和所述第一圆盘上均开设有用于被所述坩埚和所述坩埚轴穿过的第一通孔，所述上测温仪用于通过所述坩埚轴测量所述坩埚的顶部温度。

优选地，所述装置还包括设于所述第一腔体底部的下测温仪，所述保温机构底部和所述第二圆盘上均开设有第二通孔，所述下测温仪用于通过所述第二通孔测量所述坩埚的底部温度。

由于上述技术方案的运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：本实用新型一种大尺寸碳化硅晶体生长装置，采用上、下两个加热电阻分别对坩埚的上部和下部进行加热，上部和下部不仅可以获得均匀的横向温度，上部还能够获得精确的纵向温度梯度，根据实际长晶工艺的需要，下部也能够获得精确的纵向温度梯度，从而保证满足大尺寸晶体的生长工艺温度要求。

附图说明

附图1为本实用新型装置的结构示意图。

其中：1、第一腔体；2、第二腔体；3、坩埚；4、坩埚轴；5、保温机构；6、抽气口；7、充气口；8、上加热电阻；81、第一圆盘；82、第一筒体；9、下加热电阻；91、第二圆盘；92、第二筒体；10、机架；11、底板；12、筒体；13、盖体；14、隔离阀；15、立柱；16、第一升降机构；17、第二升降机构；18、驱动机构；19、上测温仪；20、第一通孔；21、下测温仪；22、第二通孔。

具体实施方式

下面结合附图来对本实用新型的技术方案作进一步的阐述。

参见图1所示，上述一种大尺寸碳化硅晶体生长装置，包括第一腔体1、设于第一腔体1上方的第二腔体2、可沿上下方向活动的穿设于第一腔体1和第二腔体2中的坩埚3、下端连接在坩埚3顶部且上端穿出第二腔体2的坩埚轴4、设于第一腔体1中的加热机构和保温机构5、开设于第一腔体1上和/或第二腔体2上的抽气口6、开设于第一腔体1和/或第二腔体2上的充气口7。在本实施例中，该生长装置用于生长大尺寸的碳化硅单晶。这里说的大尺寸，是指直径为8英寸或以上。在本实施例中，第一腔体1为生长腔，第二腔体2为装料卸料腔。与抽真空机构连通的抽气口6开设于第一腔体1上，用于输入工艺气体的充气口7则开设于第二腔体2上。

上述加热机构机构包括上下间隔分布的上加热电阻8和下加热电阻9；保温机构5则设于加热机构和第一腔体1的内壁之间，用于对坩埚3进行保温。

上加热电阻8由设于坩埚3上方的第一圆盘81和围设于坩埚3上侧周部的第一筒体82组成；下加热电阻9为设于坩埚3下方的第二圆盘91或由第二圆盘91和围设于坩埚3下侧周部的第二筒体92组成。在本实施例中，上加热电阻8为开口向下的杯形，下加热电阻9为开口向上的杯形，上加热电阻8的底端与下加热电阻9的顶端之间间隙排列。该间隙沿竖直方向的长度可以根据实际工艺过程中对纵向温度梯度的需要进行调节，例如更换不同尺寸的上加热电阻8和/或下加热电阻9。

本实用新型一种大尺寸碳化硅晶体生长装置，采用上、下两个加热电阻分别对坩埚3的上部和下部进行加热，上部和下部不仅可以获得均匀的横向温度，上部还能够获得精确的纵向温度梯度，根据实际长晶工艺的需要，下部也能够获得精确的纵向温度梯度，从而保证满足大尺寸碳化硅单晶的生长工艺温度要求。

第一圆盘81、第一筒体82、第二圆盘91、第二筒体92同轴延伸，且均与坩埚3间隙分布。即第一圆盘81高于坩埚3的顶部，第二圆盘91低于坩埚3的底部，第一筒体82和第二筒体92与坩埚3之间均形成环形间隙。在本实施例中，第一圆盘81和第一筒体82同轴延伸且相互抵接形成开口向下的杯形，第二圆盘91和第二筒体92同轴延伸且相互抵接形成开口向上的杯形。保温机构5顶部和第一圆盘81上均开设有用于被坩埚3和坩埚轴4穿过的第一通孔20，坩埚3整体向下穿过第一通孔20后位于上加热电阻8和下加热电阻9之间。

上述一种大尺寸碳化硅晶体生长装置还包括机架10，第一腔体1包括固设于机架10上的底板11、可上下活动的设于底板11上的筒体12、可上下活动的设于筒体12顶部的盖体13、设于机架10上的立柱15、设于立柱15和筒体12之间的第一升降机构16、设于立柱15和盖体13之间的第二升降机构17。保温机构5设于底板11上，加热机构设于保温机构5中。即筒体12和盖体13上下活动时，不会带动保温机构5和加热机构上下活动。上述一种大尺寸碳化硅晶体生长装置还包括设于盖体13与第二腔体2之间的隔离阀14，隔离阀14与第二腔体2均连接在盖体13上，隔离阀14用于隔开第一腔体1和第二腔体2；用于驱动坩埚轴4升降的驱动机构18则设于第二腔体2顶部。通过这个设置，驱动机构18运动时，坩埚轴4能够相对第一腔体1和第二腔体2的整体做上下运动，用于提升或降下坩埚3；第二升降机构17运动时，盖体13、隔离阀14、第二腔体2、驱动机构18相对静止，且能够相对筒体12做升降运动，用于露出保温机构5和加热机构，以便对其进行检查调整；第一升降机构16运动时，筒体12能够相对底板11做升降运动，用于进一步露出保温机构5和加热机构，以便对其进行安装拆卸。

上述一种大尺寸碳化硅晶体生长装置还包括设于坩埚轴4上方的上测温仪19，坩埚轴4为空心管状结构，通过这个设置，上测温仪19能够通过坩埚轴4的中空结构测量坩埚3的顶部温度。上述一种大尺寸碳化硅晶体生长装置还包括设于第一腔体1底部的下测温仪21，保温机构5底部和第二圆盘91上均开设有第二通孔22，通过这个设置，下测温仪21能够通过第二通孔22测量坩埚3的底部温度。在本实施比例中，上测温仪19安装在坩埚轴4上，与坩埚轴4能够保持相对静止，沿竖直方向向下测量坩埚3的顶部温度；下测温仪21安装在底板11下方，即位于第一腔体1外侧，底板11上同样开设有第二通孔22，下测温仪21通过三个同轴延伸的第二通孔22沿竖直方向向上测量坩埚3的底部温度。

以下具体阐述下本实施例的工作过程：

打开第二腔体2上的炉门，驱动机构18驱动坩埚轴4上升至第二腔体2中，在坩埚轴4底部安装坩埚3（籽晶位于坩埚3顶部，原料则位于坩埚3底部），驱动机构18驱动坩埚轴4下降至第一腔体1中，并穿过保温机构5使坩埚3位于上加热电阻8和下加热电阻9之间的适当位置处，关闭炉门；

通过抽气口6对第一腔体1抽真空至工艺要求的真空度，对上加热电阻8和下加热电阻9通电加热，根据工艺要求分别控制上加热电阻8和下加热电阻9的加热功率，通过上测温仪19和下测温仪21分别测量坩埚3上部和下部的温度，根据测得的温度调节上加热电阻8和下加热电阻9的加热功率，直至测得的温度合格，通过充气口7充入工艺气体，进行碳化硅单晶生长；

晶体生长工艺完成后，减小加热功率降低加热温度，同时充入气体使第一腔体1内压力与大气压力等同，将坩埚3上升到第二腔体2中，关闭隔离阀14，打开炉门，取出坩埚3，即完成一个碳化硅单晶的生长工艺过程。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种大尺寸碳化硅晶体生长装置，其特征在于：包括第一腔体、设于所述第一腔体上方的第二腔体、可沿上下方向活动的穿设于所述第一腔体和所述第二腔体中的坩埚、下端连接在所述坩埚顶部且上端穿出所述第二腔体的坩埚轴、设于所述第一腔体中的加热机构和保温机构、开设于所述第一腔体上和/或所述第二腔体上的抽气口、开设于所述第一腔体和/或所述第二腔体上的充气口；

所述加热机构包括上下间隔分布的上加热电阻和下加热电阻；

所述上加热电阻由设于所述坩埚上方的第一圆盘和围设于所述坩埚上侧周部的第一筒体组成；所述下加热电阻为设于所述坩埚下方的第二圆盘或由所述第二圆盘和围设于所述坩埚下侧周部的第二筒体组成。

2.根据权利要求1所述的一种大尺寸碳化硅晶体生长装置，其特征在于：所述第一圆盘、所述第一筒体、所述第二圆盘、所述第二筒体同轴延伸，且均与所述坩埚间隙分布。

3.根据权利要求1所述的一种大尺寸碳化硅晶体生长装置，其特征在于：所述第一圆盘和所述第一筒体同轴延伸且相互抵接。

4.根据权利要求1所述的一种大尺寸碳化硅晶体生长装置，其特征在于：所述下加热电阻同时包括所述第二圆盘和所述第二筒体时，两者同轴延伸且相互抵接。

5.根据权利要求1所述的一种大尺寸碳化硅晶体生长装置，其特征在于：所述装置还包括机架，所述第一腔体包括固设于所述机架上的底板、可上下活动的设于所述底板上的筒体、可上下活动的设于所述筒体顶部的盖体，所述保温机构设于所述底板上，所述加热机构设于所述保温机构中。

6.根据权利要求5所述的一种大尺寸碳化硅晶体生长装置，其特征在于：所述装置还包括设于所述盖体与所述第二腔体之间的隔离阀，所述隔离阀与所述第二腔体均连接在所述盖体上。

7.根据权利要求5所述的一种大尺寸碳化硅晶体生长装置，其特征在于：所述装置还包括设于所述机架上的立柱、设于所述立柱和所述筒体之间的第一升降机构、设于所述立柱和所述盖体之间的第二升降机构。

8.根据权利要求1所述的一种大尺寸碳化硅晶体生长装置，其特征在于：所述装置还包括设于所述第二腔体顶部的用于驱动所述坩埚轴升降的驱动机构。

9.根据权利要求1所述的一种大尺寸碳化硅晶体生长装置，其特征在于：所述装置还包括设于所述坩埚轴上方的上测温仪，所述坩埚轴为空心管状结构，所述保温机构顶部和所述第一圆盘上均开设有用于被所述坩埚和所述坩埚轴穿过的第一通孔，所述上测温仪用于通过所述坩埚轴测量所述坩埚的顶部温度。

10.根据权利要求1所述的一种大尺寸碳化硅晶体生长装置，其特征在于：所述装置还包括设于所述第一腔体底部的下测温仪，所述保温机构底部和所述第二圆盘上均开设有第二通孔，所述下测温仪用于通过所述第二通孔测量所述坩埚的底部温度。

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