碳化硅晶体熔体生长装置的制作方法

本发明涉及碳化硅晶体生长装置领域，具体而言，涉及一种碳化硅晶体熔体生长装置。

背景技术：

碳化硅是受到广泛关注的宽带隙半导体材料之一，具有密度低、禁带宽度大、击穿场强高、热稳定性和化学稳定性好、频率响应特性优良等优点，是制作高频、高压、大功率器件和蓝光发光二极管的理想衬底材料。

碳化硅目前的主要生长方法是物理气相传输法，虽然该方法较为成熟，目前能为市场供应大量碳化硅单晶衬底，但由于生长环境不稳定性，其晶体中还存在着例如微管，包裹等缺陷，在扩径、p型晶体生长方面难以实现等问题。与之对比，熔体法生长所需生长温度低，生长环境相对平稳，且在p型晶体与扩径等方面具有良好前景。

碳化硅熔体生长过程中，需要在顶部籽晶处与坩埚底部形成温差，在坩埚底(温度较高处)进行溶质的溶解，即从石墨坩埚中溶解碳，形成富碳溶液，从而形成稳定的碳的供应。

但是，在现有技术中，从石墨坩埚中溶解碳的效率较低，使得在进行碳化硅晶体生长的时候，无法形成稳定的碳供应。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种碳化硅晶体熔体生长装置，其能够通过在锅体的内壁上设置第一碳模块，通过第一碳模块的设置，增加了锅体内壁与锅体内部的熔体的接触面积，提高了碳的溶解效率，能够为碳化硅晶体生长提供了稳定的碳供应。

本发明的技术方案是这样的：

一种碳化硅晶体熔体生长装置，其包括锅体和第一碳模块；

所述第一碳模块设置在所述锅体的内壁上。

优选的，所述第一碳模块的形状为条形，所述第一碳模块的长度方向沿所述锅体的内壁延伸。

优选的，所述第一碳模块的数量为多个，多个所述第一碳模块相互之间具有间隙。

优选的，所述第一碳模块的横截面形状包括半圆形、三角形、四边形或梯形中的至少一种。

优选的，所述锅体的底部设置有第二碳模块。

优选的，所述第二碳模块立设在所述锅体的底部。

优选的，所述第一碳模块与所述锅体一体设置。

优选的，所述第一碳模块的材质与所述锅体的材质相同。

优选的，所述锅体上设置有定位装置，用于对籽晶杆进行定位。

优选的，所述定位装置上还设置有调节结构，用于调节籽晶杆的位置和进入所述锅体内部的长度。

本发明的有益效果是：

通过在锅体的内壁上设置第一碳模块，通过第一碳模块的设置，增加了锅体内壁与锅体内部的熔体的接触面积，提高了碳的溶解效率，能够为碳化硅晶体生长提供了稳定的碳供应。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，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发明的某些实施例，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为本发明实施例提供的碳化硅晶体熔体生长装置的第一种结构示意图；

图2为本发明实施例提供的碳化硅晶体熔体生长装置的锅体的内壁的第一种展开示意图；

图3为本发明实施例提供的碳化硅晶体熔体生长装置的锅体的内壁的第二种展开示意图；

图4为本发明实施例提供的碳化硅晶体熔体生长装置的锅体的内壁的第三种展开示意图；

图5为本发明实施例提供的碳化硅晶体熔体生长装置的锅体的内壁的第四种展开示意图；

图6为本发明实施例提供的碳化硅晶体熔体生长装置的锅体的内壁的第五种展开示意图；

图7为本发明实施例提供的碳化硅晶体熔体生长装置的第二种结构示意图；

图8位本发明实施例提供的碳化硅晶体熔体生长装置的调节装置的示意图。

图中：

1：锅体；2：第一碳模块；3：保温毡；4：第二碳模块；5：籽晶杆；6：籽晶；7：熔体；8：锅盖；9：套筒结构；10：固定机构；11：传动机构；12：驱动装置。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明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发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，或者是该发明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发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

一种碳化硅晶体熔体生长装置，如图1所示，其包括锅体1和第一碳模块2；第一碳模块2设置在锅体1的内壁上。

具体的，在本实施例中，在进行碳化硅晶体生长时，在坩埚内置入熔体7，将籽晶杆5的一端设置在坩埚内，与熔体7接触，并在籽晶杆5与熔体7接触的位置设置碳化硅籽晶6。

更具体的，在本实施例中，锅体1为石墨材质，在加热坩埚的过程中，会进行溶解产生碳，而第一碳模块2也会被溶解产生碳，由于第一碳模块2在锅体1内部上凸出，相当于增加了锅体1内壁的面积，进而加快了碳的溶解，进而为碳化硅晶体生长提供了稳定的碳源，提高了碳化硅的生长速度。

在本实施例中，熔体7中含有硅、金属元素j(j为选自由la、yb、ce、pr、nd、sm、eu、gd、tb、dy、ho、lu、pm、er、tm组成的第一组、由sc、ti、v、cr、mn、fe、co、ni、cu组成的第二组、由al、ga、ge、sn、pb、zn、mg组成的第三组的至少一组中的至少一种金属元素)。

溶解后的碳与硅在硅籽晶上结晶，进而生成碳化硅晶体，实现碳化硅晶体生长。

在本实施例中，第一碳模块2的材质与锅体1的材质相同，均为石墨材质。

需要指出的是，第一碳模块2的材质可以是与锅体1的材质相同，其也可以是与锅体1的材质不相同，其只要能够溶解出碳，能够为碳化硅晶体生长提供稳定的碳源，提高碳化硅的生长速度即可。

在本实施例中，锅锅体1的底部相比于锅体1的侧壁更厚，质地更疏松些，表现为密度更低，由于锅体1的底部温度更高，可以更快的溶解c，提供更多的c源。

具体的，锅体1的整体厚度相比于传统的坩埚要厚，便于剥离锅体1的腐蚀，为熔体提供碳源。

在本实施例中，在锅体1的外壁上包覆有保温毡3，用于对加热后的坩埚进行保温。

具体的，在本实施例中，第一碳模块2的形状为条形，第一碳模块2的长度方向沿锅体1的内壁延伸。

更具体的，在本实施例中，条形的第一碳模块2在锅体1的内壁上延伸时，其延伸方向可以是沿锅体1内壁环形延伸，如图3和图4所示，也可以是沿锅体1的高度方向延伸，如图6所示，或其他的倾斜方向延伸。

在本实施例中，条形的第一碳模块2还可以是两端闭合形成环形，如图2所示。

在本实施例中，条形的第一碳模块2还可以是螺旋式设置在锅体1的内壁上，如图5所示。

需要指出的是，在本实施例中，第一碳模块2的形状可以是条形，但其不仅仅局限于条形，其还可以是其他的形状，如半球状等，其只要能够在锅体1的内壁上凸出，增加锅体1内壁的表面积即可。

优选的，第一碳模块2的数量为多个，多个第一碳模块2相互之间具有间隙。

多个第一碳模块2的设置方式可以有很多种，如可以是多段阵列设置，如图3和图4所示，也可以是多环形设置，如图2所示，还可以是双螺旋或多螺旋设置。

在多个第一碳模块2之间设置有间隙，通过间隙的设置，进一步增加了第一碳模块2与熔体7之间的接触面积，进而加速了碳的溶解，为碳化硅晶体生长提供了稳定的碳源，提高了碳化硅的生长速度。

具体的，在本实施例中，第一碳模块2的数量根据具体的锅体1进行设置，当锅体1较小时，可以使用少量第一碳模块2，当锅体1较大时，可以使用大量第一碳模块2，其只要能够提高锅体1内壁与熔体7的接触面积即可。

在本实施例中，第一碳模块2的横截面形状包括半圆形、三角形、四边形或梯形中的至少一种。

在本实施例中，第一碳模块2的横截面的面积大小，可以根据实际需求进行设置。

需要指出的是，第一碳模块2的横截面形状可以是上述几种形状，但其不仅仅局限于上述几种形状，其还可以是其他的形状，如还可以是弓形，也可以是不规则形状等，其只要能够通过在锅体1的内壁上凸起，增加锅体1内壁的表面积，进而增加锅体1内壁与熔体7的接触面积即可。

还需要指出的是，第一碳模块2的数量为多个时，其形状可以是相同的，也可以是各不相同，或部分相同部分不相同，其只要能够过在锅体1的内壁上凸起，增加锅体1内壁的表面积，进而增加锅体1内壁与熔体7的接触面积即可。

在本实施例中，如图1所示，锅体1的底部设置有第二碳模块4。

在锅体1的底部设置第二碳模块4，使得第二碳模块4在锅体1的底部凸起，进而能够增加锅体1底部的表面积，进一步增加了锅体1内部的整体表面积，进而增加了锅体1内部与熔体7的接触面积。

具体的，第二碳模块4的材质为石墨，其与第一碳模块2、锅体1的材质相同。

需要指出的是，第二碳模块4的材质可以是与第一碳模块2、锅体1的材质相同，其也可以是与第一碳模块2、锅体1的材质不相同，其只要能够溶解出碳，能够为碳化硅晶体生长提供稳定的碳源，能够提高碳化硅的生长速度即可。

在本实施例中，第二碳模块4立设在锅体1的底部，如图1所示。

具体的，第二碳模块4立设在锅体1的底部，即第二碳模块4与锅体1的底部接触的侧面面积小于该侧面相邻的侧面的面积。

更具体的，当第二碳模块4为柱状时，其端部固定设置在锅体1的底部，使得整个柱体立起来，增加了第二碳模块4与熔体7的接触面积；当第二碳模块4为板状时，板状结构的端面与锅体1的底部连接，而板状结构的两个板面分别朝向相邻的第二碳模块4，增加了第二碳模块4与熔体7的接触面积。

更具体的，在本实施例中，第二碳模块4的数量为多个，多个第二碳模块4之间具有间隙，能够使得第二碳模块4与熔体7具有较大的接触面积。

在本实施例中，多个第二碳模块4均匀设置。

优选的，第一碳模块2与锅体1一体设置。

具体的，第一碳模块2与锅体1一体设置的方式，可以通过在坩埚制造的过程中实现，即在生产制造坩埚时，在坩埚的内壁上同时生产出条状结构的第一碳模块2，以增加锅体1内壁的表面积。

同理，第二碳模块4与锅体1之间也为一体设置。

需要指出的是，第一碳模块2与锅体1之间的连接方式可以是一体设置，但其不仅仅局限于一体设置，其还可以是其他的设置方式，如还可以是卡接等，其只要能够将第一碳模块2固定设置在锅体1的内壁上即可。

优选的，锅体1上设置有定位装置，用于对籽晶杆5进行定位。

在本实施例中，定位装置的设置方式可以有很多种。

定位装置可以是在锅体1上设置的锅盖8，如图1所示，在锅盖8上设置有定位孔，籽晶杆5与定位孔进行过渡配合或过盈配合，即可实现对籽晶杆5的位置定位。

定位装置还可以是钳式或夹式结构，即通过固定在锅体1口部的钳子或夹子，将籽晶杆5钳住或夹住进行固定。

需要指出的是，定位装置可以是上述的几种方式中的一种，但其不仅仅局限于上述几种方式，其还可以是其他的结构，只要能够实现籽晶杆5在锅体1上的定位即可。

具体的，在本实施例中，如图7所示，锅盖8外沿设置有套筒结构9，且套筒结构9的内壁具有内螺纹，在锅体1外壁具有与套筒结构9配合的外螺纹，通过螺纹连接的方式实现锅盖8与锅体1之间的可拆卸连接，进而能够在打开锅盖8后便于对锅体1内置入熔体，并在置入熔体后，将锅盖8固定在锅体1上，避免熔体液体的挥发浪费。

优选的，在本实施例中，在定位装置上还设置有调节结构，通过调节结构的设置，能够调节籽晶杆5在锅体1上方的具体位置，以及能够调节籽晶杆5进入锅体1内部部分的长度。

具体的，调节结构的设置方式也可以有很多种设置方式，如调节结构可以是连接定位装置和籽晶杆5，调节籽晶杆5在定位装置上的相对位置；调节结构还可以是连接定位结构与锅体1，调节定位装置与锅体1之间的相对位置，进而实现对籽晶杆5进入锅体1内部部分的长度的调节；或者调节结构与定位装置为一体结构，即该结构既能够实现籽晶杆5的调节，又能够实现籽晶杆5的定位。

具体的，在本实施例中，调节结构的设置，可以是如图8所示，由驱动装置12、传动机构11和固定机构10组成。

更具体的，在本实施例中，驱动装置12为电机，固定机构10为爪结构或钳结构，通过爪结构或钳结构对籽晶杆5进行抓取或钳住后固定，电机通过传动机构11连接爪结构或钳结构，传动机构11将电机的转动转换为固定机构10的上下移动。在电机的转动下，传动机构11将驱动力传递给固定机构10，固定机构10带动籽晶杆5进行上下方向的移动和定位。

需要指出的是，调节结构的设置方式可以是上述方式，但其不仅仅局限于上述方式，其还可以是其他的设置方式，其只要能够实现对籽晶杆5进入锅体1内部的长度部分进行调节即可。

本发明的有益效果是：

通过在锅体1的内壁上设置第一碳模块2，通过第一碳模块2的设置，增加了锅体1内壁与锅体1内部的熔体7的接触面积，提高了碳的溶解效率，能够为碳化硅晶体生长提供了稳定的碳供应。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。