CN218089884U - 一种降低晶体凸度和缺陷的热场结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种降低晶体凸度和缺陷的热场结构，包括：保温体、坩埚，保温体开设有：保温腔、槽A、槽B、测温孔，保温腔位于保温体的中部，槽A开设于保温体的上端面，在从上至下的方向上，槽B开设于保温腔的上腔壁，测温孔为开设于槽A与槽B之间的通孔，测温孔分别位于槽A的最低处以及槽B的最高处，坩埚设置于保温腔中，坩埚上端与上腔壁之间具有间隙。通过设置槽A与槽B，使得保温体上端在朝向测温孔方向的保温体厚度逐渐减小，从而使得保温腔中径向温度梯度可以形成逐渐变化的趋势，并且在坩埚上端与上腔壁之间设置间隙，从而为形成轴向温度梯度留下空间，以此解决原结构中径向温度梯度会发生突变和未留有轴向温度梯度的问题。

Description

一种降低晶体凸度和缺陷的热场结构

技术领域

本实用新型涉及半导体单晶制备技术领域，包含但不限于生长氮化镓、碳化硅或者氮化铝晶体，具体涉及一种降低晶体凸度和缺陷的热场结构。

背景技术

氮化镓、碳化硅或者氮化铝等单晶是制备射频功率器件、高压电力电子器件的新型半导体材料，目前国际上主流的晶体生长采用的是物理气相传输法，有感应加热方式和电阻加热方式等。

中国专利数据库公开了一件名为晶体生长坩埚及晶体生长炉的专利，其申请号为：201610959357.1，申请日：2016.11.03，该种晶体生长坩埚，在其顶壁上设置有用于固定籽晶的安装位，在所述安装位上还设置有传热层，所述传热层的所在平面上的导热系数大于厚度方向上的导热系数。

该种晶体生长坩埚及晶体生长炉的不足之处在于，由其附图可见，保温毡上端中心位置开设有通孔，加热时，通孔温度较低，其他区域温度过高，两者温差较大，无法形成稳定适宜的径向温度梯度；温度较低处气相沉积速率快，其他区域温度高，沉积慢，导致生长的晶体中间偏厚，边缘过薄，总体凸度过大，并且如图还可以看出保温毡与其中坩埚上端面之间相互贴合，未留有轴向距离，导致无法在坩埚上端与保温毡之间的区域形成稳定适宜的轴向温度梯度，在加热的过程中，受到轴向温度梯度的影响，气相从温度相对较高的生长原料区向温度相对较低的生长界面移动；如前所述，保温毡开孔位置温度较低，其他区域温度过高，导致在轴向上通孔垂直区域轴向温度梯度大，传输速度快，导致沉积速度快，进一步导致凸度过大，晶体凸度过大，会导致严重的应力缺陷出现，容易使得晶体在生长过程中或者后续加工过程中产生开裂或者其他缺陷的问题，造成重大的经济损失。

实用新型内容

本申请实施例通过提供一种降低晶体凸度和缺陷的热场结构，用于解决现有结构长晶容易导致晶柱中部凸度过大的问题。

本申请实施例提供了一种降低晶体凸度和缺陷的热场结构，包括：

保温体，所述保温体开设有：

保温腔，所述保温腔位于所述保温体的中部；

槽A，所述槽A开设于所述保温体的上端面，在从上至下的方向上，所述槽A的横截面积逐渐减小；

槽B，所述槽B开设于所述保温腔的上腔壁并朝向所述槽A设置，在从上至下的方向上，所述槽B的横截面积逐渐变大；

测温孔，所述测温孔为开设于所述槽A与所述槽B之间的通孔，所述测温孔分别位于所述槽A的最低处、位于所述槽B的最高处；

坩埚，所述坩埚设置于所述保温腔中，所述坩埚上端与所述上腔壁之间具有间隙。

上述实施例的有益效果在于：通过设置槽A与槽B，使得保温体上端在朝向测温孔方向的保温体厚度逐渐减小，从而使得保温腔中径向温度梯度可以形成逐渐变化的趋势，并且在坩埚上端与上腔壁之间设置间隙，从而为形成轴向温度梯度留下空间，以此解决原结构中径向温度梯度会发生突变和未留有轴向温度梯度的问题。

在上述实施例的基础上，本申请实施例还可以做如下改进：

在本申请其中一个实施例中：所述保温体包括：上保温体、侧保温体、下保温体，所述侧保温体为筒状结构，所述上保温体遮挡于所述侧保温体上端，所述测温孔、槽A、槽B开设于所述上保温体，所述下保温体设置于所述侧保温体下端并将所述侧保温体下端封闭。

在本申请其中一个实施例中：所述侧保温体由内至外呈多层结构。本步的有益效果：由于侧保温体的内层容易被腐蚀，故而只需要将内层更换即可，从而可以降低成本。

在本申请其中一个实施例中：所述侧保温体由外至内包括依次相互套装的侧筒A、侧筒B、侧筒C、侧筒D。

在本申请其中一个实施例中：所述侧筒C与所述侧筒D的上端低于所述侧筒B的上端并形成槽体A，所述上保温体下端具有插入所述槽体A中的台阶。本步的有益效果：通过台阶与槽体A形成插接结构，从而提高上保温体定位的稳定性。

在本申请其中一个实施例中：所述侧筒B、侧筒C、侧筒D的下端面高于所述侧筒A的下端面并形成槽体B，所述下保温体插接于所述槽体B中。本步的有益效果：由下保温体与槽体B的插接结构可以提高下保温体定位的稳定性。

在本申请其中一个实施例中：所述槽A为锥尖向下的锥形结构，所述槽B为锥尖向上的锥形结构。本步的有益效果：锥形结构易于加工成型。

在本申请其中一个实施例中：所述坩埚包括：锅体、锅盖，所述锅盖盖设于所述锅体上端，所述锅盖上端面的中心位置开设有孔体，所述孔体为螺纹孔。本步的有益效果：设置螺纹孔便于通过螺栓与锅盖连接，从而便于取放锅盖。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为具体实施例的结构示意图。

其中，1保温体，101保温腔，102槽A，103槽B，104测温孔，105上保温体，106侧保温体，107下保温体，108侧筒A，109侧筒B，110侧筒C，111侧筒D，112槽体A，113台阶，114槽体B，115锥A，116锥B，117锥C，118锥D；

2坩埚，201锅体，202锅盖，203孔体。

具体实施方式

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语如安装、相连、连接、固定、固接等应做广义理解，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，机械连接的方式可以在现有技术中选择合适的连接方式，如焊接、铆接、螺纹连接、粘接、销连接、键连接、弹性变形连接、卡扣连接、过盈连接、注塑成型的方式实现结构上的相连；也可以是电连接，通过电传递能源或者信号；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实用新型中的具体含义。

具体实施例

如图1所示，一种降低晶体凸度和缺陷的热场结构，包括：保温体1、坩埚2，保温体1开设有：保温腔101、槽A102、槽B103、测温孔104，保温腔101位于保温体1的中部，槽A102开设于保温体1的上端面，在从上至下的方向上，槽A102的横截面积逐渐减小，槽B103开设于保温腔101的上腔壁并朝向槽A102设置，在从上至下的方向上，槽B103的横截面积逐渐变大，测温孔104为开设于槽A102与槽B103之间的通孔，测温孔104分别位于槽A102的最低处以及槽B103的最高处，坩埚2设置于保温腔101中，坩埚2上端与上腔壁之间具有间隙，该间隙用于产生轴向温度梯度。

如图1所示，保温体1包括：上保温体105、侧保温体106、下保温体107，侧保温体106为筒状结构，上保温体105遮挡于侧保温体106上端，测温孔104、槽A102、槽B103开设于上保温体105，下保温体107设置于侧保温体106下端并将侧保温体106下端封闭。

如图1所示，侧保温体106由内至外呈多层结构，多层结构的设计，便于降低成本，因为侧保温体106的内层容易被腐蚀，更换时只需要将内层进行更换即可。

如图1所示，具体的，侧保温体106由外至内包括依次相互套装的侧筒A108、侧筒B109、侧筒C110、侧筒D111，其中，侧筒C110与侧筒D111的上端低于侧筒B109的上端，侧筒C110、侧筒D111上端面与侧筒B109的内侧面之间形成槽体A112，上保温体105下端具有插入槽体A112中的台阶113，通过插接连接提高上保温体105定位于侧保温体106的稳定性，侧筒B109、侧筒C110、侧筒D111的下端面高于侧筒A108的下端面，侧筒B109、侧筒C110、侧筒D111的下端面与侧筒A108的内侧面之间形成槽体B114，下保温体107插接于槽体B114中，通过槽体B114定位提高下保温体107定位的稳定性。

如图1所示，槽A102为锥尖向下的锥形结构，槽B103为锥尖向上的锥形结构，通过锥形结构，避免上保温体105开孔位置结构发生剧烈变化，即上保温体105厚度结构的变化更加均匀，从而使得上保温体105下方热场变化更加平缓。

如图1所示，具体的，槽A102与槽B103由上至下均包括两个不同坡度的锥形结构，具体的，槽A102中由上至下的两个锥形结构依次为锥A115、锥B116，槽B103中由上至下的两个锥形结构依次为锥C117、锥D118，其中，锥A115侧壁的坡度小于锥B116侧壁的坡度，锥C117侧壁的坡度大于锥D118侧壁的坡度，该种结构使得槽A102、槽B103远离测温孔104的外侧区域坡度整体变化较小、内侧坡度整体变化较大，从而稍微降低一点上保温体105在靠近测温孔104位置的保温能力，这是因为长晶仍然需要径向温度梯度，使得晶柱下端中心最厚位置与外侧最薄位置产生2mm左右的高度差，这样比较利于晶体的生长，这点与本申请所要解决的凸度过大的问题并不矛盾，因为径向温度梯度过大会导致凸度过大，凸度过大的位置会产生应力缺陷，而上保温体105结构变化是为了保证晶体生长而产生合理径向温度梯度的设计。

如图1所示，坩埚2包括：锅体201、锅盖202，锅盖202盖设于锅体201上端，锅盖202与上保温体105之间存在用于产生轴向温度梯度的间隙，锅盖202上端面的中心位置开设有孔体203，孔体203为螺纹孔，设置螺纹孔的目的有二，第一个目的是因为保温腔101存在一定的深度，螺纹孔用于螺纹连接螺栓，从而便于将锅盖202放置于锅体201上，当锅盖202放置于锅体201上时，再将螺栓旋转取下即可；第二个目的是便于产生径向温度梯度，这点与上述槽A102、槽B103产生径向温度梯度的含义一致，因为当锅盖202中部开孔后，开孔位置散热更快，锅盖202四周散热略慢于中心位置，从而可以形成利于长晶的合理径向温度梯度。

该种降低晶体凸度和缺陷的热场结构通过在上保温体105的测温孔104的上下两侧分别开设锥形结构的槽A102与槽B103，使得上保温体105从两侧到达中心测温孔104位置的保温能力逐渐降低，从而保温腔101中朝向中轴线位置的径向温度变化能够更加平缓，不会产生剧烈的温度剃度变化；在上保温体105下端面与锅盖202上端面之间设置间隙，使得锅盖202上方能够形成合适的轴向温度梯度，从而解决原结构中温度梯度不合理导致的晶体端面凸度过大的问题，使得晶体凸度可以小于5mm，产生长晶和加工过程中晶体不会开裂的有益效果。

以上的仅是本实用新型的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前实用新型所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本实用新型的保护范围，这些都不会影响本实用新型实施的效果和专利的实用性。

Claims (8)

1.一种降低晶体凸度和缺陷的热场结构，其特征在于，包括：

保温体，所述保温体开设有：

保温腔，所述保温腔位于所述保温体的中部；

槽A，所述槽A开设于所述保温体的上端面，在从上至下的方向上，所述槽A的横截面积逐渐减小；

槽B，所述槽B开设于所述保温腔的上腔壁并朝向所述槽A设置，在从上至下的方向上，所述槽B的横截面积逐渐变大；

测温孔，所述测温孔为开设于所述槽A与所述槽B之间的通孔，所述测温孔分别位于所述槽A的最低处、位于所述槽B的最高处；

坩埚，所述坩埚设置于所述保温腔中，所述坩埚上端与所述上腔壁之间具有间隙。

2.根据权利要求1所述的热场结构，其特征在于，所述保温体包括：上保温体、侧保温体、下保温体，所述侧保温体为筒状结构，所述上保温体遮挡于所述侧保温体上端，所述测温孔、槽A、槽B开设于所述上保温体，所述下保温体设置于所述侧保温体下端并将所述侧保温体下端封闭。

3.根据权利要求2所述的热场结构，其特征在于，所述侧保温体由内至外呈多层结构。

4.根据权利要求2所述的热场结构，其特征在于，所述侧保温体由外至内包括依次相互套装的侧筒A、侧筒B、侧筒C、侧筒D。

5.根据权利要求4所述的热场结构，其特征在于，所述侧筒C与所述侧筒D的上端低于所述侧筒B的上端并形成槽体A，所述上保温体下端具有插入所述槽体A中的台阶。

6.根据权利要求4所述的热场结构，其特征在于，所述侧筒B、侧筒C、侧筒D的下端面高于所述侧筒A的下端面并形成槽体B，所述下保温体插接于所述槽体B中。

7.根据权利要求1所述的热场结构，其特征在于，所述槽A为锥尖向下的锥形结构，所述槽B为锥尖向上的锥形结构。

8.根据权利要求1所述的热场结构，其特征在于，所述坩埚包括：锅体、锅盖，所述锅盖盖设于所述锅体上端，所述锅盖上端面的中心位置开设有孔体，所述孔体为螺纹孔。

Images