CN220550264U - 一种碳化硅生长坩埚及碳化硅生长装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种碳化硅生长坩埚及碳化硅生长装置，涉及碳化硅生长设备技术领域。该碳化硅生长坩埚包括坩埚主体、坩埚盖、籽晶结构和导热件。坩埚主体自上而下划分为导流段、第一容置段和第二容置段；第一容置段和第二容置段容纳碳化硅原料；第一容置段呈直柱形，第二容置段的内径自上而下逐渐减小。坩埚盖连接于导流段远离第一容置段的一侧，且遮盖坩埚主体的内部空间。籽晶结构设置在坩埚盖面向导流段内部空间的一侧。导热件连接于坩埚主体内部空间的底部，且自第二容置段延伸至第一容置段。本实用新型提供的碳化硅生长装置采用了上述的碳化硅生长坩埚。本实用新型提供的碳化硅生长坩埚及装置可以改善碳化硅原料利用率不高的技术问题。

Description

一种碳化硅生长坩埚及碳化硅生长装置

技术领域

本实用新型涉及碳化硅生长设备技术领域，具体而言，涉及一种碳化硅生长坩埚及碳化硅生长装置。

背景技术

在现有技术中，碳化硅单晶的制作方式一般采用物理气相传输法，也就是在坩埚内部装入碳化硅原料，然后通过加热坩埚的方式使得坩埚内的碳化硅原料升华，然后升华的碳化硅气氛则在坩埚顶部的籽晶结构上实现碳化硅单晶的生长制作。

但是，一般情况下，在对坩埚进行加热的情况下，坩埚内部碳化硅原料外侧受热高于碳化硅原料内侧受热，由此使得碳化硅原料内侧升华速率较低，甚至出现碳化硅原料内侧无法升华的情况，由此降低了碳化硅原料的利用率。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供了一种碳化硅生长坩埚及碳化硅生长装置，其能够改善现有技术中碳化硅原料利用率较低的技术问题。

本实用新型的实施例可以这样实现：

本实用新型的实施例提供了一种碳化硅生长坩埚，包括：

坩埚主体，所述坩埚主体自上而下划分为导流段、第一容置段和第二容置段；所述第一容置段和所述第二容置段均用于容纳碳化硅原料；所述导流段用于引导碳化硅气氛流动；所述第一容置段呈直柱形，所述第二容置段的内径自上而下逐渐减小；

坩埚盖，连接于所述导流段远离所述第一容置段的一侧，且用于遮盖所述坩埚主体的内部空间；

籽晶结构，设置在所述坩埚盖面向所述导流段内部空间的一侧；以及，

导热件，所述导热件连接于所述坩埚主体内部空间的底部，且自所述第二容置段延伸至所述第一容置段。

可选地，所述第二容置段的外侧壁形成外凸的弧形。

可选地，所述导热件设置在所述第二容置段的中心位置，且所述导热件竖直设置。

可选地，所述导热件呈圆柱形。

可选地，所述导热件为多个，多个所述导热件间隔设置，且多个所述导热件围绕所述第二容置段的中心位置设置。

可选地，任意两个所述导热件之间的距离小于所述导热件与所述第二容置段内壁之间的距离。

可选地，所述导热件采用石墨材料制成。

可选地，所述碳化硅生长坩埚还包括阻碳结构，所述阻碳结构设置于所述第一容置段远离所述第二容置段一侧；所述阻碳结构呈环形，且所述阻碳结构的外周缘与所述第一容置段的内周壁连接，所述阻碳结构中心位置形成供碳化硅气氛通过的通孔。

可选地，所述导流段内侧凸起形成环形的导流部，所述导流部朝向第一容置段的一侧形成锥台形的导流面；

所述碳化硅生长坩埚还包括中继环，所述中继环呈筒形，且所述中继环装配于所述导流部远离所述第一容置段的一侧，所述中继环支撑于所述籽晶结构。

一种碳化硅生长装置，包括上述的碳化硅生长坩埚。

本实用新型提供的碳化硅生长坩埚及碳化硅生长装置相对于现有技术的有益效果包括：

在该碳化硅生长坩埚被加热的情况下，可以通过导热件将坩埚主体底部的热量向上传递，将热量传递至碳化硅原料的内侧，有利于碳化硅原料位于内侧的部分受热升华，可以避免位于内侧的碳化硅原料受热效果较低导致无法升华的情况出现，确保位于内侧的碳化硅原料升华以生长碳化硅单晶，进而可以达到改善现有技术中碳化硅原料利用率较低的技术问题。

另外，在现有技术中，在坩埚受热的情况下，坩埚的侧壁和底壁的直角交汇处温度较高，容易导致该部分的碳化硅原料碳化；而在本实用新型的碳化硅生长坩埚中，将第二容置段的内径设置为自上而下逐渐减小，便能在第二容置段的底壁和侧壁交汇处形成避开现有技术中的直角交汇处区域，可以避免侧壁和底壁交汇处的碳化硅原料碳化，进一步提升碳化硅原料的利用率，同时还能减少升华的碳化硅气氛中碳原子的量，达到提升碳化硅单晶的生长品质。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，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实用新型的某些实施例，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为本申请实施例中提供的一种碳化硅生长装置的局部结构示意图；

图2为本申请实施例中提供的一种碳化硅生长坩埚的结构示意图。

图标：10-碳化硅生长装置；11-碳化硅生长坩埚；100-坩埚主体；110-导流段；111-导流部；1111-导流面；112-中继环；120-第一容置段；130-第二容置段；140-阻碳结构；141-通孔；200-坩埚盖；300-籽晶结构；400-导热件；12-加热装置。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型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实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

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。

在本实用新型的描述中，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，或者是该实用新型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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

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，本实用新型的实施例中的特征可以相互结合。

请参阅图1，本申请实施例中提供了一种碳化硅生长装置10，该碳化硅生长装置10可以利用物理气相传输法生长碳化硅单晶。其中，碳化硅生长装置10包括加热装置12和碳化硅生长坩埚11，加热装置12用于向碳化硅生长坩埚11提供加热作用；碳化硅生长坩埚11则用于装盛碳化硅原料。在加热装置12加热碳化硅生长坩埚11的情况下，碳化硅生长坩埚11内部的碳化硅原料受热升华，然后在碳化硅生长坩埚11顶部的籽晶结构300处结晶形成碳化硅单晶，由此完成碳化硅单晶的生长制作。

应当理解，碳化硅生长装置10还可以包括保温层、带动碳化硅生长坩埚11旋转的转动机构以及控制装置等其他零部件，以实现生长碳化硅单晶的功能，而上述的其他零部件为现有技术，在此不再赘述。

值得说明的是，本申请实施例中提供的碳化硅生长坩埚11及采用该碳化硅生长坩埚11的碳化硅生长装置10可以改善现有技术中碳化硅原料利用率较低的技术问题。

在本实施例中，请结合参阅图1和图2，碳化硅生长坩埚11包括坩埚主体100、坩埚盖200、籽晶结构300和导热件400。坩埚主体100自上而下划分为导流段110、第一容置段120和第二容置段130；第一容置段120和第二容置段130均用于容纳碳化硅原料；导流段110用于引导碳化硅气氛流动；第一容置段120呈直柱形，第二容置段130的内径自上而下逐渐减小。坩埚盖200连接于导流段110远离第一容置段120的一侧，且用于遮盖坩埚主体100的内部空间。籽晶结构300设置在坩埚盖200面向导流段110内部空间的一侧。导热件400连接于坩埚主体100内部空间的底部，且自第二容置段130延伸至第一容置段120。

在对该碳化硅生长坩埚11进行加热的过程中，第一容置段120和第二容置段130中的碳化硅原料受热升华，升华形成的碳化硅气氛在导流段110的引导下流动至籽晶结构300上，碳化硅气氛便能在籽晶结构300上结晶实现碳化硅单晶的生长制作。而在加热过程中，导热件400便将第一容置段120底壁的温度传递至碳化硅原料的内侧。

以上所述，在该碳化硅生长坩埚11被加热的情况下，可以通过导热件400将坩埚主体100底部的热量向上传递，将热量传递至碳化硅原料的内侧，有利于碳化硅原料位于内侧的部分受热升华，可以避免位于内侧的碳化硅原料受热效果较低导致无法升华的情况出现，确保位于内侧的碳化硅原料升华以生长碳化硅单晶，进而可以达到改善现有技术中碳化硅原料利用率较低的技术问题。另外，在现有技术中，在坩埚受热的情况下，坩埚的侧壁和底壁的直角交汇处温度较高，容易导致该部分的碳化硅原料碳化；而在本实用新型的碳化硅生长坩埚11中，将第二容置段130的内径设置为自上而下逐渐减小，便能在第二容置段130的底壁和侧壁交汇处形成避开现有技术中的直角交汇处区域，可以避免侧壁和底壁交汇处的碳化硅原料碳化，进一步提升碳化硅原料的利用率，同时还能减少升华的碳化硅气氛中碳原子的量，达到提升碳化硅单晶的生长品质。

另外，在本实施例中，第二容置段130的侧壁厚度相较于底壁厚度更厚，基于此，在采用感应线圈加热的情况下，基于集肤效应在坩埚底部石墨材质表面产生的热量能轻易地传递至碳化硅原料底部，进而形成轴向的温度梯度，有利于提升碳化硅原料的利用率。

可选地，如图2，在本申请的一种实施例中，导热件400设置在第二容置段130的中心位置，且导热件400竖直设置。也就是说，导热件400之间将第二容置段130的底壁中心产生的热量向上传递至碳化硅原料的内侧，以向位于内侧的碳化硅原料提供加热作用。

值得注意的是，由于碳化硅原料受到的加热作用自外到内逐渐降低，由此使得碳化硅原料中心位置的碳化硅原料温度最低，因此，位于碳化硅原料中心位置的碳化硅原料容易出现无法升华的现象。进一步地，越靠近碳化硅原料的中心位置，碳化硅原料受到的加热效果越低。基于此，将导热件400直接设置在第二容置段130的中心位置，且使导热件400竖直向上延伸，以使得导热件400直接插入碳化硅原料的中心位置，以向碳化硅原料中心位置的部分碳化硅原料提供热量补充，促使碳化硅原料中心位置的部分碳化硅原料能有效地升华。当然，距离碳化硅原料中心位置越远的碳化硅原料温度就越高，因此，越往外侧的碳化硅原料需要补充的热量就越少，基于此，将导热件400设置在第二容置段130的中心位置，有利于整体碳化硅原料受热均匀，进而确保碳化硅原料高效均匀地升华，从而达到提升碳化硅原料利用率的目的。

进一步地，导热件400呈圆柱形。圆柱形的导热件400能更均匀地将热量传递至导热件400四周的碳化硅原料，以使碳化硅原料受热均匀，确保坩埚主体100内部的温度梯度均匀，有利于碳化硅单晶的稳定生长。

应当理解，在本申请的其他实施例中，导热件400的设置方式也可以采用其他的方式。例如，导热件400的直径自下而上逐渐增大；又例如，导热件400形成棱柱形或者锥形等。

另外，如图1，在本申请的另一种实施例中，导热件400为多个，多个导热件400间隔设置，且多个导热件400围绕第二容置段130的中心位置设置。通过设置多个导热件400，以向碳化硅原料内侧提供充分的热量补充，有利于内侧碳化硅原料的升华利用。

值得说明的是，将多个导热件400围绕于第二容置段130的中心位置设置，一方面可以使得导热件400设置在第二容置段130底部温度较高的位置，从而可以具有充足的热量传递至碳化硅原料的内侧；另一方面，可以提高传递至碳化硅原料内侧的热量，进而可以确保碳化硅原料内侧充分受热，有利于碳化硅原料内侧部分的升华利用。

可选地，任意两个导热件400之间的距离小于导热件400与第二容置段130内壁之间的距离。也就是说，相较于第二容置段130的外周壁，任意一个导热件400更靠近与第二容置段130的中心位置。因为靠近第二容置段130外侧的碳化硅原料受热较为充分，因此，将导热件400设置到靠近中心位置的部分，以向受热较为不充分的内侧碳化硅原料提供热量补充，有利于碳化硅原料的利用。值得注意的是，将导热件400靠近中心位置设置，还可以避免导热件400设置在温度较高的区域导致碳化硅原料碳化的现象出现。

在本实施例中，导热件400采用石墨材料制成。通过石墨材料制成的导热件400不仅能高效地传递热量，还能通过导热件400吸附四周碳化硅原料中的碳原子，有利于提升碳化硅单晶生长的品质。

在本实施例中，请结合参阅图1和图2，第二容置段130的外侧壁形成外凸的弧形。将第二容置段130的外侧壁设置为外凸的弧形，可以在避免侧壁和底壁交汇处的碳化硅原料碳化的同时，确保第二容置段130能装盛充足的碳化硅原料，有利于提升碳化硅单晶的生长尺寸。

应当理解，在本申请的其他实施例中，也可以将第二容置段130的外侧壁设置为其他形式，例如，将第二容置段130的外侧壁设置为锥台形或者阶梯型等。

另外，在本实施例中，碳化硅生长坩埚11还包括阻碳结构140，阻碳结构140设置于第一容置段120远离第二容置段130一侧；阻碳结构140呈环形，且阻碳结构140的外周缘与第一容置段120的内周壁连接，阻碳结构140中心位置形成供碳化硅气氛通过的通孔141。

由于位于外侧的碳化硅原料受到的加热效果最高，容易导致外侧的碳化硅原料碳化，进而使得外侧的碳化硅原料升华形成的碳化硅气氛中碳原子增多；通过阻碳结构140队外侧的碳化硅气氛进行阻挡，可以通过阻碳结构140吸附其中的碳原子，降低流动至籽晶结构300上的碳原子，可以减少碳化硅单晶中的碳包裹物，提升碳化硅单晶的生长品质。

在本实施例中，如图2，导流段110内侧凸起形成环形的导流部111，导流部111朝向第一容置段120的一侧形成锥台形的导流面1111。碳化硅生长坩埚11还包括中继环112，中继环112呈筒形，且中继环112装配于导流部111远离第一容置段120的一侧，中继环112支撑于籽晶结构300。

在碳化硅原料升华之后，碳化硅气氛穿过阻碳结构140中心的通孔141，由导流面1111向中心位置汇集导流，然后便能在籽晶结构300上结晶生长，实现碳化硅单晶的生长制作。其中，由于中继环112的设置，可以在中继环112外侧与坩埚主体100内侧之间形成空隙，该空隙中的惰性保护气体能形成稳定的温度环境，进而向籽晶结构300提供稳定的温度环境，由此有利于籽晶结构300上碳化硅单晶的稳定生长，提升生长品质。

应当理解，在本申请的另一些实施方式中，如图1，也可以取消导流部111以及中继环112的设置。

综上所述，在该碳化硅生长坩埚11被加热的情况下，可以通过导热件400将坩埚主体100底部的热量向上传递，将热量传递至碳化硅原料的内侧，有利于碳化硅原料位于内侧的部分受热升华，可以避免位于内侧的碳化硅原料受热效果较低导致无法升华的情况出现，确保位于内侧的碳化硅原料升华以生长碳化硅单晶，进而可以达到改善现有技术中碳化硅原料利用率较低的技术问题。另外，现有技术中，在坩埚受热的情况下，坩埚的侧壁和底壁的直角交汇处温度较高，容易导致该部分的碳化硅原料碳化；而在本实施例中的碳化硅生长坩埚11中，将第二容置段130的内径设置为自上而下逐渐减小，便能在第二容置段130的底壁和侧壁交汇处形成避开现有技术中的直角交汇处区域，可以避免侧壁和底壁交汇处的碳化硅原料碳化，进一步提升碳化硅原料的利用率，同时还能减少升华的碳化硅气氛中碳原子的量，达到提升碳化硅单晶的生长品质。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型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实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种碳化硅生长坩埚，其特征在于，包括：

坩埚主体(100)，所述坩埚主体(100)自上而下划分为导流段(110)、第一容置段(120)和第二容置段(130)；所述第一容置段(120)和所述第二容置段(130)均用于容纳碳化硅原料；所述导流段(110)用于引导碳化硅气氛流动；所述第一容置段(120)呈直柱形，所述第二容置段(130)的内径自上而下逐渐减小；所述第二容置段(130)的外侧壁形成外凸的弧形；

坩埚盖(200)，连接于所述导流段(110)远离所述第一容置段(120)的一侧，且用于遮盖所述坩埚主体(100)的内部空间；

籽晶结构(300)，设置在所述坩埚盖(200)面向所述导流段(110)内部空间的一侧；以及，

导热件(400)，所述导热件(400)连接于所述坩埚主体(100)内部空间的底部，且自所述第二容置段(130)延伸至所述第一容置段(120)。

2.根据权利要求1所述的碳化硅生长坩埚，其特征在于，所述导热件(400)设置在所述第二容置段(130)的中心位置，且所述导热件(400)竖直设置。

3.根据权利要求2所述的碳化硅生长坩埚，其特征在于，所述导热件(400)呈圆柱形。

4.根据权利要求1所述的碳化硅生长坩埚，其特征在于，所述导热件(400)为多个，多个所述导热件(400)间隔设置，且多个所述导热件(400)围绕所述第二容置段(130)的中心位置设置。

5.根据权利要求4所述的碳化硅生长坩埚，其特征在于，任意两个所述导热件(400)之间的距离小于所述导热件(400)与所述第二容置段(130)内壁之间的距离。

6.根据权利要求1所述的碳化硅生长坩埚，其特征在于，所述导热件(400)采用石墨材料制成。

7.根据权利要求1-6中任意一项所述的碳化硅生长坩埚，其特征在于，所述碳化硅生长坩埚(11)还包括阻碳结构(140)，所述阻碳结构(140)设置于所述第一容置段(120)远离所述第二容置段(130)一侧；所述阻碳结构(140)呈环形，且所述阻碳结构(140)的外周缘与所述第一容置段(120)的内周壁连接，所述阻碳结构(140)中心位置形成供碳化硅气氛通过的通孔(141)。

8.根据权利要求1-6中任意一项所述的碳化硅生长坩埚，其特征在于，所述导流段(110)内侧凸起形成环形的导流部(111)，所述导流部(111)朝向第一容置段(120)的一侧形成锥台形的导流面(1111)；

所述碳化硅生长坩埚(11)还包括中继环(112)，所述中继环(112)呈筒形，且所述中继环(112)装配于所述导流部(111)远离所述第一容置段(120)的一侧，所述中继环(112)支撑于所述籽晶结构(300)。

9.一种碳化硅生长装置，其特征在于，包括如权利要求1-8中任意一项所述的碳化硅生长坩埚(11)。