CN217173945U - 碳化硅长晶装置 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种碳化硅长晶装置，包括具有封闭的内部空间的坩埚以及以粘贴在坩埚顶部的第一籽晶和自由地设置在坩埚的底部的第二籽晶，承载结构用于承载碳化硅原料并具有供蒸发态的碳化硅原料通过的通道，设置于第一籽晶和第二籽晶之间，加热装置用于使碳化硅原料形成为蒸发态。通过上述技术方案，碳化硅原料通过承载结构设置在坩埚的内部，蒸发态的碳化硅原料因为温度作用，分别向上运动以及向下运动，分别移动到两个籽晶上，进行一次PVT方法生产籽晶可以一次性生产两个。第二籽晶是自由地设置在坩埚底部，即，并非像第一籽晶一样通过粘连的方式设置在坩埚底部，避免籽晶粘贴时热应力不一致导致生产出的碳化硅晶体有质量缺陷。

Description

碳化硅长晶装置

技术领域

本公开涉及晶体制备领域，具体地，涉及一种碳化硅长晶装置。

背景技术

碳化硅作为第三代半导体材料，在热学、电学、抗腐蚀等性能方面优于常用材料，可广泛用于制造半导体照明、微电子、电力电子等半导体器件，以实现降低功耗、提高开关频率、降低总体成本等目标。常用的碳化硅单晶生长方法为物理气相传输法(physicalvaportransport，PVT法)，这种方法在目前的生产设备中一次只能生产一个，效率低下，难以满足日益增加的产量需求。

实用新型内容

本公开的目的是提供一种碳化硅长晶装置，以解决相关技术中，通过PVT法生产碳化硅单晶时生产效率低下的问题。

为了实现上述目的，本公开提供一种碳化硅长晶装置，包括

坩埚，具有封闭的内部空间；

第一籽晶，以粘贴的方式设置在所述坩埚顶部；

第二籽晶，自由地设置在所述坩埚的底部；

承载结构，用于承载碳化硅原料，设置于所述第一籽晶和所述第二籽晶之间，所述承载结构具有供蒸发态的碳化硅原料通过的通道；

加热装置，用于使碳化硅原料形成为蒸发态，并使得所述坩埚的内部自所述承载结构分别向顶部和底部产生逐渐降低的温度梯度，以驱动蒸发态的碳化硅原料运动至所述第一籽晶和所述第二籽晶表面而形成结晶。

可选地，所述承载结构包括间隔设置的且具有致密结构的第一承载部和第二承载部，所述第一承载部的外周边缘与所述坩埚的内壁具有间隙，所述第二承载部与所述坩埚的内壁连接并具有供蒸发态的碳化硅原料通过的通孔，所述间隙与所述通孔相连通以形成为供蒸发态的碳化硅原料通过的所述通道。

可选地，所述第一承载部为碳化硅晶体材质且所述第一承载部的用于承载碳化硅原料的表面覆盖有碳膜，或者所述第一承载部为石墨材质。

可选地，所述第一承载部和所述第二承载部之间设置有第三承载部，所述第三承载部具有多孔结构，所述间隙、所述多孔结构和所述通孔相连通以形成为供蒸发态的碳化硅原料通过的所述通道。

可选地，所述第二承载部和所述第三承载部为石墨材质。

可选地，所述第一籽晶和所述第二籽晶的厚度为300-500μm。

可选地，所述承载结构和所述第二籽晶之间设置有过滤件，所述过滤件为具有多孔结构的石墨材质。

可选地，所述加热装置为绕设所述坩埚外侧的磁感线圈。

可选地，所述坩埚的底部设置有容纳槽，所述容纳槽形成为碗状结构，以限制所述第二籽晶在水平方向的位移距离。

可选地，所述坩埚的顶部设置有可开启的坩埚盖，所述第一籽晶以粘贴地设置在所述坩埚盖的内侧表面。

通过上述技术方案，在坩埚的顶部和底部设置有两块籽晶，碳化硅原料通过承载结构设置在坩埚的内部，承载结构具有供蒸发态的碳化硅原料通过的通道，蒸发态的碳化硅原料因为温度作用分别向上运动以及向下运动，移动到两个籽晶上并产生晶体，即，进行一次PVT方法生产籽晶可以一次性生产两个碳化硅晶体，提高了碳化硅晶体的生产效率。并且，第二籽晶是自由地设置在坩埚底部，即，并非像第一籽晶一样通过粘连的方式设置在坩埚底部，避免了籽晶粘贴时热应力不一致导致生产出的碳化硅晶体有质量缺陷。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是本公开示例性实施方式提供的碳化硅长晶装置的结构示意图。

附图标记说明

1-坩埚，11-坩埚盖，2-第一籽晶，3-第二籽晶，4-承载结构，41-第一承载部，411-间隙，42-第二承载部，421-通孔，43-第三承载部，5-加热装置，6-过滤件，7-容纳槽。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

在本公开中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“顶、底”通常是指以相关部件在实际使用状态的方位，具体可参照图1的图面方向。“内、外”是指相应部件轮廓的内和外。另外，下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。本公开中使用的术语“第一”、“第二”等是为了区别一个要素和另一个要素，不具有顺序性和重要性。

本公开提供一种碳化硅长晶装置，由图1所示，包括具有封闭的内部空间的坩埚1，坩埚1内分别设置有第一籽晶2、第二籽晶3和承载结构4，其中，第一籽晶2以粘贴的方式设置在坩埚1顶部，第二籽晶3自由地设置在坩埚1的底部，承载结构4用于承载碳化硅原料且设置于第一籽晶2和第二籽晶3之间，承载结构4具有供蒸发态的碳化硅原料通过的通道。本公开的碳化硅长经装置还包括加热装置5，加热装置5用于使碳化硅原料形成为蒸发态，并使得坩埚1的内部自承载结构4分别向顶部和底部产生逐渐降低的温度梯度，以驱动蒸发态的碳化硅原料运动至第一籽晶2和第二籽晶3表面而形成结晶。由于承载结构4的存在相当于在碳化硅原料和第二籽晶3之间设置格挡，因此，承载结构4上设置通道的目的在于使蒸发态的碳化硅原料顺利通过以便在第二籽晶表3表面结晶。

通过上述技术方案，在坩埚1的顶部和底部分别设置有第一籽晶2和第二籽晶3，碳化硅原料通过承载结构4设置在坩埚1的内部，承载结构4具有供蒸发态的碳化硅原料通过的通道，蒸发态的碳化硅原料因为温度作用分别向上运动以及向下运动，移动到两个籽晶上并产生晶体，即，进行一次PVT方法生产籽晶可以一次性生产两个碳化硅晶体。提高了碳化硅晶体的生产效率。并且，第二籽晶3是自由地设置在坩埚底部，即，并非像第一籽晶一样通过粘连的方式设置在坩埚1底部，避免了籽晶粘贴时热应力不一致导致生产出的碳化硅晶体有质量缺陷。

在本公开的一些实施方式，如图1所示，承载结构4可以包括间隔设置的且具有致密结构的第一承载部41和第二承载部42，第一承载部41的外周边缘与坩埚1的内壁具有间隙411，第二承载部42与坩埚1的内壁连接并具有供蒸发态的碳化硅原料通过的通孔421，间隙411与通孔421相连通以形成为供蒸发态的碳化硅原料通过的通道。第一承载部41承载碳化硅原料，原料可以是粉末状或者块状等各种形式。第一承载部41设置为致密结构可以有效防止当碳化硅原料为粉末状时从第一承载部41掉落的情况。具体来说，蒸发态的碳化硅原料经间隙411流动至具有通孔421然后流动至第二籽晶3上析出碳化硅晶体。

进一步地，第一承载部41可以为碳化硅晶体材质且第一承载部41的用于承载碳化硅原料的表面覆盖有碳膜，或者第一承载部41也可以为石墨材质。碳化硅晶体的厚度可以为3-20mm，碳化硅晶体上方表面覆盖的碳膜的厚度可以为5-50μm。碳化硅晶体在生产的过程中，整个坩埚1温度会很高，一般的金属无法作为承载结构4的材质，而碳化硅晶体作为第一承载部41时，高温情况下不会干扰正常晶体的生产，同时第一承载部41表面覆盖有碳膜，可以避免碳化硅晶体由于高温而蒸发，并且覆盖碳膜后可以避免碳化硅粉末状原料与碳化硅晶体点位接触引起的热传递不均，进而影响原料的蒸发。或者可以将第一承载部41设置为石墨材质，石墨材质同样耐高温并且不会蒸发而对籽晶上产出晶体质量造成影响。

在另一些实施方式中，第一承载部41和第二承载部42之间可以设置有第三承载部43，第三承载部43具有多孔结构。此时，间隙411、多孔结构和通孔421相连通以形成为供蒸发态的碳化硅原料通过的通道。多孔结构的第三承载部43可以在已经设置间隙411和通孔421的情况进一步增加气体流动的效果。可选地，第三承载部43的厚度可以为3-10mm。第二承载部42和第三承载部43为石墨材质。石墨材质耐高温并且不会蒸发而对籽晶上产出的晶体质量造成影响。

第一籽晶2和第二籽晶3的厚度可以为300-500μm。如果第一籽晶2和第二籽晶3太薄，籽晶会因为温度太高，其表面发生烧灼现象，从而影响后续晶体的生产，籽晶太厚也会增加成本。

承载结构4和第二籽晶3之间可以设置有过滤件6，过滤件6可以为具有多孔结构的石墨材质。在蒸发态碳化硅原料向下移动时，会有少量的结晶在第一承载部41底部产生，最后由于温度的升高再次变成蒸发态流动到第二籽晶3上。过滤件6的设置可以防止第一承载部41底部产生的少量结晶直接掉落到第二籽晶3上，从而对生产出的晶体质量造成影响，并且掉落在过滤件6上的少量晶体还可以再次蒸发而不被浪费。过滤件6采用具有多孔结构的石墨材质，其厚度可以为2-10mm，过滤件6到第二籽晶3之间的距离可以为20-40mm，多孔结构可以起到过滤效果的同时不影响气体流动，并且石墨材质耐高温并且不会蒸发而对籽晶上产出的晶体质量造成影响。

如图1所示，加热装置5可以为绕设坩埚1外侧的磁感线圈。磁感线圈加热速度更快，并且对于电的利用率更高，进一步节约生产成本。

坩埚1的底部可以设置有容纳槽7，容纳槽7形成为碗状结构，以限制第二籽晶3在水平方向的位移距离。第二籽晶3自由地设置在坩埚1底部，容纳槽7可以部分地限制第二籽晶3在水平方向上的位移距离，避免生产过程中出现较大的晃动时对晶体产生影响。

此外，坩埚1的顶部可以设置有可开启的坩埚盖11，第一籽晶2以粘贴地设置在坩埚盖11的内侧表面。这样在生产结束后，打开坩埚盖11就可以将两个籽晶上产生的晶体取出，节约作业人员用来拿取的时间。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (10)

1.一种碳化硅长晶装置，其特征在于，包括

坩埚，具有封闭的内部空间；

第一籽晶，以粘贴的方式设置在所述坩埚顶部；

第二籽晶，自由地设置在所述坩埚的底部；

承载结构，用于承载碳化硅原料，设置于所述第一籽晶和所述第二籽晶之间，所述承载结构具有供蒸发态的碳化硅原料通过的通道；

加热装置，用于使碳化硅原料形成为蒸发态，并使得所述坩埚的内部自所述承载结构分别向顶部和底部产生逐渐降低的温度梯度，以驱动蒸发态的碳化硅原料运动至所述第一籽晶和所述第二籽晶表面而形成结晶。

2.根据权利要求1所述的碳化硅长晶装置，其特征在于，所述承载结构包括间隔设置的且具有致密结构的第一承载部和第二承载部，所述第一承载部的外周边缘与所述坩埚的内壁具有间隙，所述第二承载部与所述坩埚的内壁连接并具有供蒸发态的碳化硅原料通过的通孔，所述间隙与所述通孔相连通以形成为供蒸发态的碳化硅原料通过的所述通道。

3.根据权利要求2所述的碳化硅长晶装置，其特征在于，所述第一承载部为碳化硅晶体材质且所述第一承载部的用于承载碳化硅原料的表面覆盖有碳膜，或者所述第一承载部为石墨材质。

4.根据权利要求2所述的碳化硅长晶装置，其特征在于，所述第一承载部和所述第二承载部之间设置有第三承载部，所述第三承载部具有多孔结构，所述间隙、所述多孔结构和所述通孔相连通以形成为供蒸发态的碳化硅原料通过的所述通道。

5.根据权利要求4所述的碳化硅长晶装置，其特征在于，所述第二承载部和所述第三承载部为石墨材质。

6.根据权利要求1所述的碳化硅长晶装置，其特征在于，所述第一籽晶和所述第二籽晶的厚度为300-500μm。

7.根据权利要求1所述的碳化硅长晶装置，其特征在于，所述承载结构和所述第二籽晶之间设置有过滤件，所述过滤件为具有多孔结构的石墨材质。

8.根据权利要求1所述的碳化硅长晶装置，其特征在于，所述加热装置为绕设所述坩埚外侧的磁感线圈。

9.根据权利要求1所述的碳化硅长晶装置，其特征在于，所述坩埚的底部设置有容纳槽，所述容纳槽形成为碗状结构，以限制所述第二籽晶在水平方向的位移距离。

10.根据权利要求1所述的碳化硅长晶装置，其特征在于，所述坩埚的顶部设置有可开启的坩埚盖，所述第一籽晶以粘贴地设置在所述坩埚盖的内侧表面。

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