一种碳化硅长晶设备制造技术

本申请涉及一种碳化硅长晶设备，属于晶体生长设备领域。该碳化硅长晶设备包括：石墨坩埚，所述石墨坩埚内相对设置用于装载原料的装料桶和籽晶，所述装料桶包括至少一个气体出口，所述装料桶可通过调节机构向籽晶方向往复移动；加热装置，通过感应加热方式加热石墨坩埚使得升华原料从气体出口流出后气相传输至籽晶表面长晶；以及保温结构，所述石墨坩埚设置在保温结构腔内，用于控制石墨坩埚散热；炉体，所述保温结构设置在炉体内，所述加热装置环绕设置在炉体外。该碳化硅长晶设备可精确自动控制装料桶在热场中的位置，长晶环境稳定，生长的晶体的质量高，可充分挥发长晶原料，提高了长晶原料的利用率，节约了生产成本。

A silicon carbide long crystal device

【技术实现步骤摘要】
一种碳化硅长晶设备
本申请涉及一种用于碳化硅长晶设备，属于晶体生长设备领域。
技术介绍
碳化硅作为一种新型半导体材料，具有高耐压、假损耗、高导热率、低漏电流等优异的性能。被普遍认为是替代硅基功率器件最理想的新型半导体器件。物理气相传输法(PhysicalVaporTransport-PVT)是用于生长碳化硅晶体的常用方法，该方法将碳化硅籽晶设置在石墨石墨坩埚盖上或顶端，石墨坩埚内装有作为生长原料的碳化硅粉末，控制生长温度使得生长原料分解成气相组分后在石墨坩埚内部轴向温度梯度的驱动下输运到籽晶处结晶生长碳化硅晶体。中国专利申请CN1069299123A提供了一种分体式碳化硅晶体生长用石墨坩埚，包括：用于盛放SiC晶体生长用原料的原料腔；相对移动地嵌套于所述原料腔的上部以形成晶体结晶区域的生长腔，所述生长在具备生长室、和设于所述生长室的顶壁上的籽晶托；所述生长室的侧壁形成为由内桶与外桶构成的双层结构。该专利技术申请中的分体石墨坩埚是移动主体石墨坩埚的装料腔室，该分体石墨坩埚的设置方式的晶体生长环境稳定性差，影响长晶质量，并且该分体石墨坩埚内的升华原料易进入嵌套部分的缝隙处冷却后易造成堵塞，使得石墨坩埚移动的稳定性、精确度和灵活性差，进而影响生长晶体的质量。
技术实现思路
为了解决上述问题，本申请提出了一种碳化硅长晶设备，该碳化硅长晶设备不移动籽晶和石墨坩埚，在石墨坩埚内设置可移动的装料桶，还可以在装料桶上设置盖部，稳定晶体生长环境，提高长晶的质量，可充分挥发长晶原料，提高了长晶原料的利用率，节约生产成本。根据本申请的一个方面，提供了一种碳化硅长晶设备，该碳化硅长晶设备包括：石墨坩埚，所述石墨坩埚内设置用于装载原料的装料桶和籽晶，所述装料桶包括至少一个气体出口，所述装料桶可通过调节机构向籽晶方向往复移动；加热装置，通过感应加热方式加热石墨坩埚使得升华原料从气体出口流出后气相传输至籽晶表面长晶；保温结构，所述石墨坩埚设置在保温结构腔内，用于控制石墨坩埚散热；以及炉体，所述保温结构设置在炉体内，所述加热装置环绕设置在炉体外。可选地，所述石墨坩埚内相对设置用于装载原料的装料桶和籽晶。可选地，所述装料桶包括装料主体和设置在其开口上方的盖部，所述盖部与装料主体形成所述气体出口。优选地，所述盖部向所述装料主体开口方向的投影面积大于所述装料主体开口的面积。优选地，所述装料主体为装料桶。可选地，所述盖部包括盖本体和支撑件，所述支撑件设置在盖本体与装料主体之间。优选地，所述支撑件与所述盖本体和/或所述装料主体可拆卸的连接。优选地，所述支撑件包括第一端和第二端，所述第一端与所述盖本体固定连接，所述装料主体与所述第二端可拆卸的连接。优选地，所述支撑件的第二端插接在所述装料主体开口的壁部顶端面的凹槽内。优选地，所述支撑件包括至少2个分别垂直设置于所述盖本体和所述装料主体的支撑杆。更优选的，所述支撑杆为4个。可选地，所述至少部分升华原料从气体出口流出的方向为第一方向，所述第一方向与所述籽晶的轴线具有小于90℃的第一夹角α。更优选地，所述第一夹角α为0-60℃。优选地，所述盖部包括盖本体、支撑件和挡板，所述挡板与盖本体固定连接，所述挡板的延伸端、装料主体和支撑件中的至少两部分构成所述气体出口，至少挡板端部的延伸方向与所述籽晶轴线具有第一夹角α，所述挡板向所述装料主体开口方向的投影面积大于所述装料主体开口的面积。优选地，所述挡板的延伸端不低于所述装料主体开口；更优选地，所述挡板的延伸端高于所述装料主体开口。优选地，所述挡板垂直设置在所述盖本体和/或，所述挡板的延伸端构成的开口与所述装料主体开口的形状大致相同。优选地，所述盖本体与所述挡板一体成型。可选地，所述盖部受到热辐射的至少部分表面的粗糙度小于6.3微米。优选地，所述盖部大致与所述籽晶平行的表面的粗糙度小于3.2微米。碳化硅长晶设备的装料桶的盖部与籽晶平行的上表面的粗糙度小，可使得升华原料受到的热辐射均匀。可选地，所述碳化硅长晶设备还包括重量传感器，所述重量传感器可测得装料桶和/或原料的重量。优选地，所述的碳化硅长晶设备还包括控制单元，所述控制单元根据重量传感器测得的装料桶和/或原料的重量通过调节机构控制装料桶移动。控制单元可以为自动控制或手动控制。可选地，所述调节机构为升降机构或提拉机构。可选地，所述调节机构包括托盘杆、丝杠、升降台和螺旋驱动总成，所述螺旋驱动总成与丝杠螺旋传动配合控制升降台升降，所述升降台上设置托盘杆，所述托盘杆贯穿石墨坩埚、保温结构和炉体并可带动装料桶升降。优选地，所述调节机构还包括设置在所述托盘杆上的托盘，所述装料桶设置在托盘上。优选地，所述调节机构还包括波纹管，所述波纹管套设在托盘杆上，所述波纹管分别与升降台和炉体抵接。优选地，所述装料桶和保温结构的材质为石墨，所述加热装置为中频线圈。可选地，所述重量传感器设置在升降台上，所述托盘杆与所述重量传感器接触。本申请中，所述的高温区是指坩埚内的温度最高的区域，一般为坩埚的中心位置，但使用过的坩埚，热场的高温区一般会发生移动。本申请中，所述的装料部中装载碳化硅原料的高度占装料部高度的70-100％。本申请能产生的有益效果包括但不限于：1.本申请所提供的碳化硅长晶设备可精确控制装料桶在热场中的位置，长晶环境稳定，生长的碳化硅晶体质量高。2.本申请所提供的碳化硅长晶设备通过精确控制装料桶在热场中的位置，可充分挥发长晶原料，提高了长晶原料的利用率，节约了生产成本。3.本申请所提供的碳化硅长晶设备的装料桶的盖部设置可增加升华原料气氛的传送距离，阻止大颗粒碳颗粒的向籽晶方向的移动，避免了晶体生长过程中微管、多型、位错、包裹体等结构性缺陷的出现。4.本申请所提供的碳化硅长晶设备可检测原料的重量，并根据原料的重量精确调整装料桶在热场中的位置，控制精确度高，生长的晶体的质量高。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为本申请实施例涉及的一种碳化硅长晶设备的正剖视示意图。图2为本申请实施例涉及的一种碳化硅长晶设备的正剖视示意图。图3为本申请实施例涉及的一种碳化硅长晶设备的正剖视示意图。图4为本申请实施例涉及的一种碳化硅长晶设备的正剖视示意图。图5为本申请实施例涉及的一种碳化硅长晶设备的正剖视示意图。图6为本申请实施例涉及的碳化硅长晶设备的部分调节机构示意图。图7为本申请实施例涉及的一种碳化硅长晶设备的立体剖视示意图。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，下面结合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳化硅长晶设备，其特征在于，包括：/n石墨坩埚，所述石墨坩埚内设置用于装载原料的装料桶和籽晶，所述装料桶包括至少一个气体出口，所述装料桶可通过调节机构向籽晶方向往复移动；/n加热装置，用于加热石墨坩埚使得升华原料从气体出口流出后气相传输至籽晶表面长晶；/n保温结构，所述石墨坩埚设置在保温结构腔内，用于控制石墨坩埚散热；以及/n炉体，所述保温结构设置在炉体内，所述加热装置环绕设置在炉体外。/n

【技术特征摘要】
1.一种碳化硅长晶设备，其特征在于，包括：
石墨坩埚，所述石墨坩埚内设置用于装载原料的装料桶和籽晶，所述装料桶包括至少一个气体出口，所述装料桶可通过调节机构向籽晶方向往复移动；
加热装置，用于加热石墨坩埚使得升华原料从气体出口流出后气相传输至籽晶表面长晶；
保温结构，所述石墨坩埚设置在保温结构腔内，用于控制石墨坩埚散热；以及
炉体，所述保温结构设置在炉体内，所述加热装置环绕设置在炉体外。


2.根据权利要求1所述的碳化硅长晶设备，其特征在于，所述装料桶包括装料主体和设置在其开口上方的盖部，所述盖部与装料主体形成所述气体出口；
所述盖部向所述装料主体开口方向的投影面积大于所述装料主体开口的面积。


3.根据权利要求2所述的碳化硅长晶设备，其特征在于，所述盖部包括盖本体和支撑件，所述支撑件设置在盖本体与装料主体之间；
所述支撑件包括第一端和第二端，所述第一端与所述盖本体固定连接，所述支撑件的第二端插接在所述装料主体开口的壁部顶端面的凹槽内。


4.根据权利要求2所述的碳化硅长晶设备，其特征在于，所述盖部包括盖本体、支撑件和挡板，所述挡板与盖本体固定连接，所述挡板的延伸端、装料主体和支撑件中的至少两部分构成所述气体出口，至少挡板端部的延伸方向与所述籽晶轴线具有第一夹角α，所述挡板向所述装料主体开口方向的投影面积大于所述装料主体开口的面积；
所述挡板的延伸端高于所述装料主体开口，所述挡板垂直设置在所述盖本体和/或，所述挡板的延伸端构成的开口与所述装料主体开口的形状大致相同。


5.根据权利要求3所述的碳化硅长晶设备，其特征在于，所述盖部包括盖本体、支撑件和挡板，所述挡板与盖本体固定连接，所述挡板的延伸端、装料主体和支撑件中的至少两部分构成所述气体出口，至少挡板端部的延伸方向与所述籽晶轴线具有第一夹角α，所述挡板向所述装料主体开口方向的投影面积大于所述装料主体开口的面积；
所述挡板的延伸端高...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘星，刘鹏飞，窦文涛，梁庆瑞，梁晓亮，张红岩，刘圆圆，
申请(专利权)人：山东天岳先进材料科技有限公司，
类型：新型
国别省市：山东;37