CN215593248U - 一种用于消除碳化硅晶体边缘环形形貌的保温装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种用于消除碳化硅晶体边缘环形形貌的保温装置，包括：配套的保温筒和保温盖，保温筒的内部具有空腔，保温筒的顶部具有连通空腔的开口，在装配状态下，保温筒的空腔内放置有坩埚，坩埚的坩埚盖上固定有碳化硅籽晶，保温盖覆盖于所述保温筒顶部的开口；保温盖的底部具有与保温筒同轴的圆形凹槽，圆形凹槽具有凹槽底壁和凹槽侧壁，保温筒的侧壁顶部套接于凹槽侧壁内，并且保温筒的顶部开口与凹槽底壁之间具有间隔，以在坩埚的碳化硅籽晶上方形成直径大于碳化硅籽晶的空气层。上述保温装置，能够在碳化硅籽晶的上方形成直径更大的空气层，使得匀化温场的范围涵盖了整个籽晶，避免边缘环形形貌的产生。

Description

一种用于消除碳化硅晶体边缘环形形貌的保温装置

技术领域

本申请属于碳化硅晶体制备装置技术领域，具体涉及一种用于消除碳化硅晶体边缘环形形貌的保温装置。

背景技术

目前SiC晶体工业生产多采用物理气相法(即PVT法)进行生产，但由于其生长条件要求较高，在生长过程中易造成晶体缺陷，而晶体缺陷的形成限制了其性能的提高和进一步的应用与发展。特别是在碳化硅晶体的边缘部位，由于坩埚上方由中心位置向外侧的径向温梯逐渐增大，因此晶体边缘位置相较于中部位置温差较大，容易产生数量较多且较为集中的缺陷，例如边缘位错、微管、多晶和低角度晶界等，在晶体上表现为环形的边缘缺陷集中区，后期需要将该部分环形形貌区域切除，降低了晶体的有效保留面积。

现有技术中往往通过优化工艺以控制长晶炉内的温场，特别是需要控制轴向温梯和径向温梯以改善晶体缺陷，然而，通过工艺控制温梯的方式并不好把控，并且长晶参数的波动也容易造成边缘的缺陷向内延伸，进而降低中部晶体质量。

实用新型内容

为了解决上述问题，本申请提供了一种用于消除碳化硅晶体边缘环形形貌的保温装置，包括：

配套的保温筒和保温盖，所述保温筒的内部具有空腔，所述保温筒的顶部具有连通所述空腔的开口，在装配状态下，所述保温筒的空腔内放置有坩埚，所述坩埚的坩埚盖上固定有碳化硅籽晶，所述保温盖覆盖于所述保温筒顶部的开口；

所述保温盖的底部具有与所述保温筒同轴的圆形凹槽，所述圆形凹槽具有凹槽底壁和凹槽侧壁，所述保温筒的侧壁顶部套接于所述凹槽侧壁内，并且所述保温筒的顶部开口与所述凹槽底壁之间具有间隔，以在所述保温筒的顶部开口上方形成直径大于碳化硅籽晶的空气层。

本申请提供的保温装置，通过设置保温盖底部的圆形凹槽，使其能够在保温结构内碳化硅籽晶的上方形成直径更大的空气层，一方面，空气层的设置能够匀化位于籽晶上方的温场，进一步调节匀化籽晶上方的径向温梯，进而抑制晶体中缺陷的产生；另一方面，空气层的直径大于碳化硅籽晶，使得空气层匀化温场的范围涵盖了整个籽晶，特别是籽晶的边缘外侧上方的的温场也被匀化，进而保证籽晶边缘位置上方的温场均一稳定，减小长晶过程中的边缘径向温度梯度，从而避免边缘环形形貌的产生，达到消除环形形貌的效果。

可选地，所述环形形貌包括刃型位错形成的垂直于{0001}面的环形结构。

本申请中的碳化硅晶体具有相对的第一主表面和第二主表面，所述环形形貌自碳化硅晶体的第一主表面向第二主表面方向贯穿延伸，延伸方向大致垂直于第一主表面，所述环形形貌靠近所述碳化硅晶体的外周延伸，如一个碳化硅晶体具有一个环形相貌，所述环形相貌围绕的区域包括中心区域和环形区域；可以使用激光检测仪、晶格缺陷检测仪、显微镜或应力仪等观察到环形相貌；所述环形形貌包括刃位错。

可选的，本申请中所述碳化硅晶体包括但不限于碳化硅的晶锭、晶片、晶圆、衬底等形式。

进一步地，所述空气层的直径与碳化硅籽晶的直径相差0.2-30cm。

进一步地，所述空气层的厚度为30-50mm。

其中，上述尺寸规格的空气层可通过设置圆形凹槽的尺寸规格实现，例如，空气层的直径可通过设置圆形凹槽的直径获得，空气层的厚度可通过设置圆形凹槽的槽深度实现。并且在上述尺寸规格的空气层下，能够使得在保证起到匀化温场效果的同时保持有效的加热温度。

优选的，保温盖可以是一体设置的部件，也可以由多个分离独立的部件组成。

进一步地，所述保温盖包括盖体，和环形的保温环壁，

所述凹槽底壁形成于所述盖体的底部，所述凹槽侧壁形成于所述保温环壁的环形内壁；

所述盖体和所述保温环壁同轴且通过螺纹配合套接设置，以调节所述圆形凹槽的凹槽底壁到所述坩埚之间的距离。

进一步地，所述保温环壁的内表面设有内螺纹，

所述盖体的底部外表面设有与所述内螺纹配合的第一外螺纹，以使得所述盖体通过螺纹连接相对于所述保温环壁轴向移动；

所述保温筒的侧壁顶部外表面设有与所述保温环壁的内螺纹相配合的第二外螺纹，以使得所述保温盖通过螺纹连接相对于所述保温环壁轴向移动。

其中，保温环壁分别与盖体和保温筒螺纹套接的设置，一方面能够使保温盖和保温筒之间实现严密的装配，另一方面，还可以通过保温环壁分别与盖体和保温筒的螺纹旋进量或旋出量定量控制坩埚上方空气层的厚度，更便于调节边缘区域的径向温度梯度。

进一步地，所述第二外螺纹自所述保温筒的侧壁顶部向底部延伸，并延伸至与放置于所述保温筒空腔内的坩埚的中心位于同一水平面的位置。

如此设置，可在将坩埚放置于长晶炉的生长腔中时，通过使第二外螺纹的末端与生长腔的中心位置对齐，进而使得坩埚的中心与生长腔的中心位置位于同一水平面，便于对坩埚在生长腔中的位置进行定位，使坩埚在初始阶段均匀受热，也便于长晶过程中对坩埚进行上移或下降的操作。

进一步地，所述保温环壁的高度为5-40cm。

进一步地，所述保温筒、保温环壁和保温盖的材质采用石墨。

优选的，所述保温筒、保温环壁和保温盖均采用纯度大于99.5％的石墨件制成。

进一步地，所述保温盖上开设有测温孔。

进一步地，所述坩埚中碳化硅籽晶的尺寸为2～12英寸。

优选的，所述坩埚为石墨坩埚。

本申请能产生的有益效果包括但不限于：

本申请提供的用于消除碳化硅晶体边缘环形形貌的保温装置，通过构造特定结构的保温筒和保温盖，进而在进行碳化硅长晶的过程中能够在籽晶的上方构造出特定的温场，使其能够在保温结构内碳化硅籽晶的上方形成直径更大的空气层，一方面，空气层的设置能够匀化位于籽晶上方的温场，进一步调节匀化籽晶上方的径向温梯，进而抑制晶体中缺陷的产生；另一方面，空气层的直径大于碳化硅籽晶，使得空气层匀化温场的范围涵盖了整个籽晶，特别是籽晶的边缘外侧上方的的温场也被匀化，进而保证籽晶边缘位置上方的温场均一稳定，减小长晶过程中的边缘径向温度梯度，从而避免边缘环形形貌的产生，达到消除边缘环形形貌的效果，显著提升晶体质量和有效保留面积，提高晶体利用率。与此同时，本申请提供的保温装置结构简单，易于制作，并且在实际应用时结构稳定不易损坏，使用重复性好。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请提供的保温装置一种实施例的结构示意图；

图2为本申请提供的保温装置另一种实施例的结构示意图；

图3为本申请提供的保温装置又一种实施例的结构示意图；

图中：1、保温盖；101、盖体；1011、第一外螺纹；102、保温环壁；2、坩埚；3、碳化硅籽晶；4、碳化硅粉料；5、保温筒；501、第二外螺纹；6、测温孔；7、圆形凹槽；701、圆形凹槽底壁；702、圆形凹槽侧壁。

具体实施方式

为了更清楚的阐释本申请的整体构思，下面结合说明书附图以示例的方式进行详细说明。

了能够更清楚地理解本申请的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本申请进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是，本申请还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本申请的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

另外，在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“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申请和简化描述，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申请的限制。

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该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，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申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。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申请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是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。

本申请的实施例提供了一种用于消除碳化硅边缘环形形貌、进而能够制备高质量碳化硅晶体的保温装置，该保温装置在长晶时连同坩埚一起置于长晶炉的生长腔中，用于在利用PVT法进行制备碳化硅晶体时，对承装碳化硅物料的坩埚进行包裹保温。

优选的，在下述实施例中，坩埚2为石墨坩埚，坩埚2中碳化硅籽晶的尺寸为2～12英寸。

如图1所示为本申请提供的保温装置的一个实施例，其中，该保温装置包括：

配套的保温筒5和保温盖1。其中，保温筒5可以是圆筒状的结构，其内部具有用于放坩埚的空腔，顶部开设有连通空腔的开口，在装配时，将坩埚通过该开口可放置于内部空腔中。在装配状态下，保温筒5的空腔内放置有坩埚2，坩埚2内装填有碳化硅粉料4，坩埚盖上固定有碳化硅籽晶3，保温盖1覆盖于保温筒5顶部的开口处，以使该空腔形成相对密闭的环境。

在一种实施方式中，保温筒5和保温盖1可以采用多种拆卸方式进行装配，能够使保温盖1盖住保温筒5的开口并固定不会松动即可。例如在如图1所示的实施例中，保温筒5的侧壁顶部具有第二外螺纹501，保温盖1的侧壁底部具有内螺纹，保温盖1和保温筒5通过内螺纹和第二外螺纹501配合螺纹装配进行固定，以具有较高的装配稳定性。

优选的，保温筒5的第二外螺纹501自筒侧壁的顶部沿筒壁向下延伸至坩埚中心位置的水平面，如此可以在将保温装置放置到长晶炉的生长腔中时，使第二外螺纹501的末端位于生长腔的中心位置，即可实现坩埚的中心位置与生长腔的中心位置平齐，以对坩埚2在生长腔中的位置定位，使坩埚2在初始阶段均匀受热，也便于长晶过程中对坩埚2进行上移或下降的操作，便于后续长晶炉的长晶操作。

其中，保温筒5和/或保温盖1的材质采用石墨。优选的，保温筒5和保温盖1均采用纯度大于99.9％的高纯石墨件制成，石墨具有很好的硬度和导热稳定性，使得保温装置的结构稳定不应损坏并且保温效果好。

继续参阅图1，保温盖1的底部具有与保温筒5同轴的圆形凹槽7，圆形凹槽7具有圆形凹槽底壁701和圆形凹槽侧壁702，保温筒5的侧壁顶部套接于凹槽侧壁702内，并且保温筒5的顶部开口与凹槽底壁701之间具有间隔，以在保温筒5的顶部开口上方形成直径大于碳化硅籽晶3的空气层。

在优选的实施方式中，保温盖1中的圆形凹槽底壁702到保温盖顶部之间的盖体厚度为5-25cm，保温筒5的壁厚为40-70mm，以对坩埚2起到足够的保温作用。作为一种实施方式，保温盖1的顶部还开设有测温孔6，以对保温装置内的温度进行测温。

其中，保温盖1底部的圆形凹槽7的设置，使其能够在保温结构内碳化硅籽晶3的上方形成直径更大的空气层，一方面，空气层的设置能够匀化位于籽晶上方的温场，进一步调节匀化籽晶上方的径向温梯，进而抑制晶体中缺陷的产生；另一方面，空气层的直径大于碳化硅籽晶，使得空气层匀化温场的范围涵盖了整个籽晶，特别是籽晶的边缘外侧上方的的温场也被匀化，进而保证籽晶边缘位置上方的温场均一稳定，减小长晶过程中的边缘径向温度梯度，从而避免边缘环形形貌的产生，达到消除环形形貌的效果。

在优选的实施方式中，空气层的直径与碳化硅籽晶的直径相差0.2-30cm，优选1-20cm，更优选3-15cm。空气层的厚度为30-50mm。

其中，上述尺寸规格的空气层可通过设置圆形凹槽7的尺寸规格实现，例如，空气层的直径可通过设置圆形凹槽7的直径获得，空气层的厚度可通过设置圆形凹槽7的槽深度实现。并且在上述尺寸规格的空气层下，能够使得在保证起到匀化温场效果的同时保持有效的加热温度。

在一种实施方式中，保温盖1可以是一体设置的部件，如图1所示；也可以由多个分离独立的部件组成，如图2和图3所示。

如图2所示为本申请提供的保温装置的又一种实施例，在该实施例中，保温盖1包括盖体101和环形的保温环壁102，此时的圆形凹槽底壁701形成于盖体101的底部，圆形凹槽侧壁702形成于保温环壁102的环形内壁。盖体1和保温环壁102同轴且通过螺纹配合套接设置，具体的，保温环壁102的内表面，即圆形凹槽侧壁702处设有内螺纹，盖体101的底部外表面设有与内螺纹配合的第一外螺纹1011，盖体101和保温环壁102通过第一外螺纹1011和内螺纹配合螺纹连接，以使得盖体101通过螺纹连接相对于保温环壁102轴向移动，进而能够调节圆形凹槽7的凹槽底壁701到坩埚2之间的距离。并且，在保温筒5的侧壁顶部外表面设有与保温环壁102的内螺纹相配合的第二外螺纹501，以使得保温盖1通过螺纹连接相对于保温环壁102轴向移动。

其中，保温环壁102分别与盖体101和保温筒5螺纹套接的设置，一方面能够使保温盖1和保温筒5之间实现严密的装配，另一方面，还可以通过保温环壁102分别与盖体101和保温筒5的螺纹旋进量或旋出量定量控制坩埚上方空气层的厚度，更便于调节边缘区域的径向温度梯度。

在如图2所示的实施方式中，保温环壁102的高度为10cm，厚度与保温筒5的筒壁厚度相同，材质与保温筒5和保温盖1相同，均采用纯度大于99.5％的石墨件制成。

如图3所示为本申请提供的保温装置的又一实施例，在该实施例中，保温环壁102的内侧壁，即圆形凹槽侧壁702向内凹陷，使得保温环壁102的截面呈“凹”字型的槽状，以进一步扩大空气层的直径，匀化碳化硅籽晶3上方的径向温梯，提升晶体质量。

上述实施例提供的保温装置，通过构造特定结构的保温筒和保温盖，进而在进行碳化硅长晶的过程中能够在籽晶的上方构造出特定的温场，使其能够在保温结构内碳化硅籽晶的上方形成直径更大的空气层，一方面，空气层的设置能够匀化位于籽晶上方的温场，进一步调节匀化籽晶上方的径向温梯，进而抑制晶体中缺陷的产生；另一方面，空气层的直径大于碳化硅籽晶，使得空气层匀化温场的范围涵盖了整个籽晶，特别是籽晶的边缘外侧上方的的温场也被匀化，进而保证籽晶边缘位置上方的温场均一稳定，减小长晶过程中的边缘径向温度梯度，从而避免边缘环形形貌的产生，达到消除边缘环形形貌的效果，显著提升晶体质量和有效保留面积，提高晶体利用率。与此同时，本申请提供的保温装置结构简单，易于制作，并且在实际应用时结构稳定不易损坏，使用重复性好。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种用于消除碳化硅晶体边缘环形形貌的保温装置，其特征在于，包括：

配套的保温筒和保温盖，所述保温筒的内部具有空腔，所述保温筒的顶部具有连通所述空腔的开口，在装配状态下，所述保温筒的空腔内放置有坩埚，所述坩埚的坩埚盖上固定有碳化硅籽晶，所述保温盖覆盖于所述保温筒顶部的开口；

所述保温盖的底部具有与所述保温筒同轴的圆形凹槽，所述圆形凹槽具有凹槽底壁和凹槽侧壁，所述保温筒的侧壁顶部套接于所述凹槽侧壁内，并且所述保温筒的顶部开口与所述凹槽底壁之间具有间隔，以在所述坩埚的碳化硅籽晶上方形成直径大于碳化硅籽晶的空气层。

2.根据权利要求1所述的用于消除碳化硅晶体边缘环形形貌的保温装置，其特征在于，所述空气层的直径与碳化硅籽晶的直径相差0.2-30cm。

3.根据权利要求1所述的用于消除碳化硅晶体边缘环形形貌的保温装置，其特征在于，所述空气层的厚度为30-50mm。

4.根据权利要求1-3任一所述的用于消除碳化硅晶体边缘环形形貌的保温装置，其特征在于，所述保温盖包括盖体，和环形的保温环壁，

所述凹槽底壁形成于所述盖体的底部，所述凹槽侧壁形成于所述保温环壁的环形内壁；

所述盖体和所述保温环壁同轴且通过螺纹配合套接设置，以调节所述圆形凹槽的凹槽底壁到所述坩埚之间的距离。

5.根据权利要求4所述的用于消除碳化硅晶体边缘环形形貌的保温装置，其特征在于，所述保温环壁的内表面设有内螺纹，

所述盖体的底部外表面设有与所述内螺纹配合的第一外螺纹，以使得所述盖体通过螺纹连接相对于所述保温环壁轴向移动；

所述保温筒的侧壁顶部外表面设有与所述保温环壁的内螺纹相配合的第二外螺纹，以使得所述保温盖通过螺纹连接相对于所述保温环壁轴向移动。

6.根据权利要求5所述的用于消除碳化硅晶体边缘环形形貌的保温装置，其特征在于，所述第二外螺纹自所述保温筒的侧壁顶部向底部延伸，并延伸至与放置于所述保温筒空腔内的坩埚的中心位于同一水平面的位置。

7.根据权利要求4所述的用于消除碳化硅晶体边缘环形形貌的保温装置，其特征在于，所述保温环壁的高度为5-40cm。

8.根据权利要求4所述的用于消除碳化硅晶体边缘环形形貌的保温装置，其特征在于，所述保温筒、保温环壁和保温盖的材质采用石墨。

9.根据权利要求1所述的用于消除碳化硅晶体边缘环形形貌的保温装置，其特征在于，所述保温盖上开设有测温孔。

10.根据权利要求1所述的用于消除碳化硅晶体边缘环形形貌的保温装置，其特征在于，所述坩埚中碳化硅籽晶的尺寸为2～12英寸。

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