一种氮化硼坩埚氧化装置及氮化硼坩埚的安装结构的制作方法

1.本实用新型涉及一种氮化硼坩埚氧化装置及氮化硼坩埚的安装结构，属于氮化硼坩埚氧化领域。


背景技术：

2.氮化硼坩埚是生长ⅲ、
ⅴ
族化合物半导体晶圆棒的最常用的设备，但存在造价高昂、壁薄，易损坏、使用寿命短的特点。
3.为了确保生长晶体的质量和后续便于脱模，氮化硼坩埚不能直接使用，需要先在内部氧化一层薄薄的氧化膜。现有的氧化设备，会在氧化腔体内直接通入氧气，导致氮化硼坩埚内外壁都会被氧化，壁厚进一步缩减，并破坏了坩埚的硬度，大大减少了使用寿命，只能使用3
‑
5次就会损坏，而一个氮化硼坩埚造价约5000
‑
8000元，造成大量的成本浪费。


技术实现要素：

4.本实用新型提供一种氮化硼坩埚氧化装置及氮化硼坩埚的安装结构，可只氧化氮化硼坩埚内壁，外壁在惰性气体(氮气等)的保护下，不被氧化，有效增加了坩埚的使用寿命和晶体生长的成晶率，并为后续脱模做好准备；结构简单，方便操作，可控性好。
5.为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案如下：
6.一种氮化硼坩埚氧化装置，包括加热套、加热管、惰性气体进管、管塞、氧气进管、氧气出管和支架；加热套安装在支架上；加热管水平地设置在加热套内；加热管一端为封端结构、另一端为敞口结构，管塞活动设置在加热管敞口一端内侧、且管塞与加热管内侧壁之间留有间隙，加热管内底部设有坩埚支撑座；惰性气体进管、氧气进管和氧气出管均为一端为进气端、另一端为出气端，惰性气体进管的进气端位于加热管外、出气端从加热管的封端一端伸入加热管内，氧气进管的进气端位于加热管外、出气端穿过管塞伸入加热管内，氧气出管的出气端位于加热管外、进气端从加热管的封端一端伸入加热管内。
7.加热管水平地设置在加热套内，也即加热管的轴向与水平方向平行。
8.氮化硼坩埚为漏斗状，氮化硼坩埚口径大的一端为大端、口径小的一端为小端，氧化时，将氮化硼坩埚置于加热管内的坩埚支撑座上，盖体活动盖设在氮化硼坩埚的大端上，盖体的外侧设有与氮化硼坩埚内部相通的连接管，氧气进管的出气端与盖体上的连接管对接连通，氮化硼坩埚的小端与氧气出管的进气端对接连通。通过氧气进管向氮化硼坩埚内通入氧气、对内壁进行氧化，通过惰性气体进管向加热管内通入氮气等惰性气体、保护氮化硼坩埚的外侧壁不被污染，氧气从氧气进管流入、从氧气出管流出，惰性气体从惰性气体进管流入，从管塞与加热管内侧壁之间的间隙流出；加热套用于加热升温。
9.采用上述装置可只氧化氮化硼坩埚内壁，外壁在惰性气体(氮气等)的保护下，不被氧化，有效增加了坩埚的使用寿命和晶体生长的成晶率，并为后续脱模做好准备。
10.为了提高氧化效率，加热管内底部设有沿轴向设置的两个以上的坩埚支撑座。
11.为了提高装置的热稳定性，加热管、惰性气体进管、氧气进管和氧气出管均为石英
管。
12.上述支架包括支撑面和支撑腿，支撑腿有两组、且相对设置在支撑面底部两端；加热套安装在支撑面上。
13.一种氮化硼坩埚在上述氮化硼坩埚氧化装置中的安装结构，氮化硼坩埚为漏斗状，氮化硼坩埚口径大的一端为大端、口径小的一端为小端，还包括盖体，氮化硼坩埚置于加热管内的坩埚支撑座上，盖体活动盖设在氮化硼坩埚的大端上，盖体的外侧设有与氮化硼坩埚内部相通的连接管，氧气进管的出气端与盖体上的连接管对接连通，氮化硼坩埚的小端与氧气出管的进气端对接连通。通过氧气进管向氮化硼坩埚内通入氧气、对内壁进行氧化，通过惰性气体进管向加热管内通入氮气等惰性气体、保护氮化硼坩埚的外侧壁不被污染，氧气从氧气进管流入、从氧气出管流出，惰性气体从惰性气体进管流入，从管塞与加热管内侧壁之间的间隙流出。
14.为了提高氧化效率，加热管内底部设有沿轴向设置的两个以上的坩埚支撑座，氮化硼坩埚的数量与坩埚支撑座的数量相等、且一一对应，氮化硼坩埚置于其对应的坩埚支撑座上；相邻两个氮化硼坩埚中，前一个氮化硼坩埚的小端与后一个氮化硼坩埚盖体上的连接管对接连通；第一个氮化硼坩埚盖体上的连接管与氧气进管的出气端对接连通，最后一个氮化硼坩埚的小端与氧气出管的进气端对接连通。这样氧气可依次经过所有的氮化硼坩埚内侧，实现对所有氮化硼坩埚内壁的氧化。
15.为了进一步提高氧化的稳定性，盖体的周边超出氮化硼坩埚的周边，氮化硼坩埚通过盖体和坩埚支撑座共同支撑。
16.为了提高耐热性，盖体为石英盖；为了便于安装，连接管设在盖体外侧的中央位置。
17.为了进一步提高氧化的稳定性，上述加热管、氮化硼坩埚、惰性气体进管、氧气进管和氧气出管的轴向均相互平行，也即均为水平设置。
18.本实用新型未提及的技术均参照现有技术。
19.本实用新型氮化硼坩埚氧化装置，可以有效防止氮化硼坩埚外壁被氧化，而只氧化氮化硼坩埚内壁，防止氮化硼坩埚寿命降低，提高使用频次，节省成本；可以有效的氧化氮化硼坩埚内壁，提高了晶体生长的成晶率，同时方便了脱模，长晶完成后，经过水或者酒精浸泡，便可脱模；设备简单，造价成本低，操作方便、快捷。
附图说明
20.图1为本实用新型氮化硼坩埚氧化装置的结构示意图；
21.图中，1为加热套，2为加热管，3为管塞，4为惰性气体进管，5为惰性气体出气间隙，6为氧气进管，7为氧气出管，8为坩埚支撑座，9为氮化硼坩埚，10为盖体，101为连接管，11为支架，111为支撑面，112为支撑腿，12为惰性气体，13为氧气。
具体实施方式
22.为了更好地理解本实用新型，下面结合实施例进一步阐明本实用新型的内容，但本实用新型的内容不仅仅局限于下面的实施例。
23.本申请“中心”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖
直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等方位词为基于附图所示或使用状态时的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请，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申请的限制。
24.实施例1
25.如图1所示，一种氮化硼坩埚氧化装置，包括加热套、加热管、惰性气体进管、管塞、氧气进管、氧气出管和支架；支架包括支撑面和支撑腿，支撑腿有两组、且相对设置在支撑面底部两端；加热套安装在支撑面上；加热管水平地设置在加热套内；加热管、惰性气体进管、氧气进管和氧气出管均为石英管；加热管一端为封端结构、另一端为敞口结构，管塞活动设置在加热管敞口一端内侧、且管塞与加热管内侧壁之间留有惰性气体出气间隙，加热管内底部设有沿轴向设置的四个坩埚支撑座；惰性气体进管、氧气进管和氧气出管均为一端为进气端、另一端为出气端，惰性气体进管的进气端位于加热管外、出气端从加热管的封端一端伸入加热管内，氧气进管的进气端位于加热管外、出气端穿过管塞伸入加热管内，氧气出管的出气端位于加热管外、进气端从加热管的封端一端伸入加热管内。
26.氮化硼坩埚为漏斗状，氮化硼坩埚口径大的一端为大端、口径小的一端为小端；氮化硼坩埚有四个，四个氮化硼坩埚分别置于四个坩埚支撑座上，每个氮化硼坩埚的大端均设有活动连接的盖体，盖体为石英盖，盖体的外侧的中央位置均设有与所在氮化硼坩埚内部相通的连接管，连接管为石英管；加热管、氮化硼坩埚、惰性气体进管、氧气进管和氧气出管的轴向均相互平行；从加热管的敞口端到封端的方向上，四个氮化硼坩埚依次为1号坩埚、2号坩埚、3号坩埚和4号坩埚，1号坩埚盖体上的连接管与氧气进管的出气端对接连通，1号坩埚的小端与2号坩埚盖体上的连接管对接连通，2号坩埚的小端与3号坩埚盖体上的连接管对接连通，3号坩埚的小端与4号坩埚盖体上的连接管对接连通，4号坩埚的小端与氧气出管的进气端对接连通；
27.氮化硼坩埚的氧化操作步骤如下：
28.1、将加热管用去离子水清洗干净，并用加热套烘干；
29.2、四个坩埚支撑座沿轴向设置在加热管内底部；
30.3、将连接有盖体的4号坩埚从加热管的敞口端放入最内侧的坩埚支撑座上，并保证4号坩埚的小端插入到氧气出管内，然后依次放置3号坩埚、2号坩埚和1号坩埚，3号坩埚的小端插入4号坩埚盖体的连接管内，2号坩埚的小端插入3号坩埚盖体的连接管内，1号坩埚的小端插入2号坩埚盖体的连接管内，将管塞塞在加热管敞口一端内侧、管塞与加热管内侧壁之间留有惰性气体出气间隙，氧气进管的出气端穿过管塞后插入1号坩埚盖体上的连接管内，加热管、氮化硼坩埚、惰性气体进管、氧气进管和氧气出管均水平设置；
31.4、惰性气体进管的进气端与惰性气源连通，氧气进管的进气端与氧气源连通，同时打开惰性气源和氧气源的进气开关，并打开加热套加热氮化硼坩埚；
32.5、加热到1030℃，氧化5h后，降低温度到室温，最后关闭氧气源和惰性气源，坩埚氧化结束，结果如表1所示。
33.表1
[0034][0035]
由上表可知，上述装置氧化的氮化硼坩埚，内壁氧化完整均匀，外壁没有氧化痕迹，处理结果符合要求。
[0036]
生长试验：使用氧化处理后的氮化硼坩埚，装料进行生长试验，分别使用上述四个坩埚进行晶体生长，出炉后脱模，经水浸泡后，晶体与坩埚分离，成功脱模，经检测后晶体生长合格，成晶率提高了5％以上，氮化硼坩埚可正常使用10次以上。
[0037]
实施例2
[0038]
在实施例1的基础上，进一步作了如下改进：如图1所示，盖体的周边超出氮化硼坩埚的周边，氮化硼坩埚通过盖体和坩埚支撑座共同支撑。
[0039]
经实践，上述各例的氮化硼坩埚氧化装置，可以有效防止氮化硼坩埚外壁被氧化，而只氧化氮化硼坩埚内壁，防止氮化硼坩埚寿命降低，提高使用频次，节省成本；可以有效的氧化氮化硼坩埚内壁，提高了晶体生长的成晶率，同时方便了脱模，长晶完成后，经过水或者酒精浸泡，便可脱模；设备简单，造价成本低，操作方便、快捷。