一种碳化硅单晶生长装置的制作方法

本发明涉及一种碳化硅单晶生长装置。

背景技术：

物理气相输运法（pvt法）已成为碳化硅单晶生长的主要技术方法，该方法是将碳化硅多晶原料装在石墨坩埚本体底部，用石墨坩埚盖将石墨坩埚本体盖上，形成一个密闭空间，石墨坩埚盖下表面安装有碳化硅籽晶，通过对石墨坩埚本体、石墨坩埚盖组成的系统进行加热，使石墨坩埚本体内的碳化硅多晶原料升华，并维持碳化硅多晶原料与碳化硅籽晶间具有合适的温度梯度，升华后的碳化硅粒子就会在碳化硅籽晶上沉积生长，从而获得碳化硅单晶。这种技术方法要求石墨坩埚本体底部的温度要高于石墨坩埚本体上部坩埚盖的温度，以获得下高上低的温度场，满足碳化硅单晶生长需要。

现有的用于碳化硅单晶生长用的坩埚，一般是将石墨坩埚本体安装在坩埚托杆上，这样由于坩埚托杆的热传导就会将石墨坩埚底部的热量传导耗散掉，要维持石墨坩埚底部工艺温度就要增加加热功率浪费能源，更主要的是难以实现石墨坩埚底部温度的均匀性，影响碳化硅单晶的生长。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种碳化硅单晶生长装置，优化了石墨坩埚的热传导路径，使石墨坩埚中易于获得下高上低的温度场，有利于碳化硅单晶的生长，节能降耗，提高了碳化硅单晶的生长质量。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种碳化硅单晶生长装置，包括工作腔体、可升降的穿设于所述工作腔体中的连接杆、用于驱动所述连接杆升降的第一驱动机构、设于所述工作腔体中的坩埚和用于为所述坩埚加热的加热机构；

所述坩埚包括固设于所述连接杆底部的坩埚盖、可拆卸的连接在所述坩埚盖下方的坩埚本体；

所述连接杆包括杆本体、开设于所述杆本体上的用于通入通出冷媒的第一通道、开设于所述杆本体上的用于通入工艺气体的第二通道；所述第一通道与所述第二通道相互隔断，所述第二通道与所述工作腔体连通；所述连接杆，用于通过所述冷媒和/或所述工艺气体为所述坩埚盖降温；

所述工作腔体还包括出气口。

优选地，所述第一通道为环形腔体，所述环形腔体的上端开设有进料口和出料口。

更优选地，所述第二通道为柱形腔体，所述柱形腔体的底端侧部开设有与所述工作腔体连通的工艺气孔。

更进一步优选地，所述连接杆、所述环形腔体、所述柱形腔体均同轴延伸。

更进一步优选地，所述工艺气孔有多个，多个所述工艺气孔间隔均匀的沿圆周方向环绕排列。

更进一步优选地，所述坩埚盖设于所述柱形腔体的底端，所述装置还包括用于沿所述柱形腔体的轴心线方向测量所述坩埚盖温度的红外测温计。

优选地，所述连接杆可绕自身轴心线方向转动的穿设于所述工作腔体中，所述装置还包括用于驱动所述连接杆转动的第二驱动机构。

优选地，所述加热机构包括环设于所述坩埚外侧周部的加热筒体、套设于所述加热筒体外侧周部且开口向上的保温罩，所述加热筒体的加热温度从上往下逐渐增大。

更优选地，所述加热筒体与所述坩埚同轴延伸。

优选地，所述连接杆与所述坩埚盖相互导热，所述坩埚盖与所述坩埚本体相互隔热。

由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明一种碳化硅单晶生长装置，通过将连接杆设置在坩埚盖上，不仅避免了将连接杆设置在坩埚本体上导致的坩埚本体底部热量易耗散、需要增加加热功率以维持坩埚底部工艺温度导致的能耗增加、难以实现坩埚本体底部温度的均匀性、影响碳化硅单晶的生长质量等问题；同时还改善了坩埚传热的方向，优化了坩埚的热传导路径，使热量只能通过坩埚盖向上传输，更易实现下高上低的温度场要求，节能降耗，提高了碳化硅单晶的生长质量。

附图说明

附图1为本发明装置的结构示意图。

其中：1、工作腔体；2、连接杆；21、杆本体；22、第一通道；23、第二通道；3、第一驱动机构；4、坩埚；41、坩埚盖；42、坩埚本体；5、加热机构；51、加热筒体；52、保温罩；6、出气口；7、进料口；8、出料口；9、工艺气孔；10、红外测温计；11、第二驱动机构；12、盖板；13、碳化硅籽晶；14、碳化硅多晶原料。

具体实施方式

下面结合附图来对本发明的技术方案作进一步的阐述。

参见图1所示，上述一种碳化硅单晶生长装置，包括工作腔体1、可升降的穿设于工作腔体1中的连接杆2、用于驱动连接杆2升降的第一驱动机构3、设于工作腔体1中的坩埚4和用于为坩埚4加热的加热机构5。工作腔体1上部设有盖板12，当需要装入原料或取出成品时，打开盖板12，将坩埚4向上提升出工作腔体1即可。在本实施例中，加热机构5包括环设于坩埚4外侧周部的加热筒体51、套设于加热筒体51外侧周部且开口向上的保温罩52。该加热筒体51的加热温度从上往下逐渐增大，以提供用于碳化硅单晶生长的下高上低的温度场。加热筒体51与坩埚4同轴延伸，其轴心线平行于竖直方向。加热筒体51的内侧周部与坩埚4的外侧周部之间间隙分布，加热筒体51的外侧周部贴设于保温罩52的内侧周部。加热筒体51可以是电阻加热或感应加热。

上述坩埚4包括固设于连接杆2底部的坩埚盖41、可拆卸的连接在坩埚盖41下方的坩埚本体42。在本实施例中，连接杆2与坩埚盖41相互导热，坩埚盖41与坩埚本体42相互隔热。通过这个设置，连接杆2为坩埚盖41传导热量，改善了坩埚4传热的方向，优化了坩埚4的热传导路径，使热量只能通过坩埚盖41向上传输，更易实现下高上低的温度场要求，节能降耗，提高了碳化硅单晶的生长质量。

上述连接杆2包括杆本体21、开设于杆本体21上的用于通入通出冷媒的第一通道22、开设于杆本体21上的用于通入工艺气体的第二通道23；第一通道22与第二通道23相互隔断，第二通道23与工作腔体1连通。连接杆2用于通过冷媒和/或工艺气体为坩埚盖41降温。在本实施例中，冷媒为液态冷却水，工艺气体为氩气，用于调压并促进碳化硅单晶生长，为了保持气体的流通性，工作腔体1还包括用于通出工艺气体的出气口6。

在本实施例中，第一通道22为环形腔体，环形腔体的上端开设有进料口7和出料口8。第二通道23为柱形腔体，柱形腔体的底端侧部开设有与工作腔体1连通的工艺气孔9。连接杆2、环形腔体、柱形腔体均同轴延伸，其轴心线平行于竖直方向。

在本实施例中，工艺气孔9有多个，多个工艺气孔9间隔均匀的沿圆周方向环绕排列。连接杆2包括设于其下端的水平板，环形腔体位于水平板的上方，柱形腔体穿过该水平板，工艺气孔9则开设于该水平板中。通过这个设置，使坩埚盖41暴露在柱形腔体的底端，上述一种碳化硅单晶生长装置还包括用于沿柱形腔体的轴心线方向测量坩埚盖41温度的红外测温计10，通过该结构能够更为精准的测得坩埚盖41的实时温度，便于温度场的调节。

上述连接杆2可绕自身轴心线方向转动的穿设于工作腔体1中，上述一种碳化硅单晶生长装置还包括用于驱动连接杆2转动的第二驱动机构11。

随着碳化硅单晶的生长，生长点逐渐降低，由于温度场温度下高上低，生长点所对应的温度逐渐升高，通过提升坩埚4来对应的降低生长点的温度；在生长过程中，通过使坩埚4保持绕自身轴心线方向转动，提高了温度的均匀性，提高了碳化硅单晶的生长质量。

以下具体阐述下本实施例的工作过程：

打开盖板12，将坩埚4提升出工作腔体1，打开坩埚4，在坩埚盖41下表面装入碳化硅籽晶13，并在坩埚本体42中装入碳化硅多晶原料14；装好坩埚4，将其降至工作腔体1中，关闭盖板12；

控制加热筒体51启动加热，通过红外测温计10监测坩埚盖41的温度，根据需要，通入适量的工艺气体和冷媒，使红外测温计10测得的温度保持在需要的温度；

碳化硅单晶生长过程中，保持坩埚4的自转，使坩埚4内的生长温度更为均匀；同时根据碳化硅单晶生长的速度向上提升坩埚4，使生长点的高度保持不变。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。