一种内循环式碳化硅晶体生长炉及晶体内循环生长方法与流程

本发明属于碳化硅晶体生长炉，具体涉及一种内循环式碳化硅晶体生长炉及晶体内循环生长方法。

背景技术：

1、目前，碳化硅晶体制备通常在碳化硅晶体生长炉内生长得到，在晶体生长过程中，炉体内需要抽真空，通入保护气体(惰性气体)，碳化硅粉料在2000℃以上的高温下升华气态分子，保护气与这些气态分子在温度梯度作用下会传输到石墨坩埚顶部的籽晶面上重新结晶生长出碳化硅晶锭。

2、传统的碳化硅晶体生长炉受坩埚顶部面积的限制，往往只能生长单块碳化硅晶锭，无法一次性生长多块碳化硅晶锭，导致碳化硅晶锭生产效率低，另外，坩埚顶部上升的惰性气体中混有先后升华的气态分子，易导致生长出来的碳化硅晶锭品质一致性差，另外由于坩埚顶部温度低，上升至顶部，但未生长成为碳化硅晶锭的碳化硅气态分子重新结晶落入到坩埚底部，进行再一次受热升华，如此一来也会造成一定的较高能量损耗，为此，我们提出了一种内循环式碳化硅晶体生长炉及晶体内循环生长方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有技术中存在无法一次性生长多个碳化硅晶锭，生长出来的碳化硅晶锭品质一致性差和能量损耗高的缺点，而提出的一种内循环式碳化硅晶体生长炉。该内循环式碳化硅晶体生长炉可提高碳化硅晶锭的生产效率高，可确保碳化硅晶锭生长的品质，同时可降低了碳化硅晶锭生长过程中的能耗。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、设计一种内循环式碳化硅晶体生长炉，包括炉体，所述炉体固定设置在操作台，所述炉体的底部固定有下炉盖，所述炉体的顶部可拆卸的方式固定有上炉盖，所述炉体的外侧套设有加热单元，所述炉体内设有坩埚支架，所述坩埚支架放置有石墨坩埚，所述石墨坩埚由共轴设置的外坩埚和内坩埚组成，所述内坩埚的内部形成上升通道，所述外坩埚和内坩埚之间形成回流通道，所述内坩埚的底部周向上设有多个回流孔；

4、所述上炉盖的底部固定设有晶体生长台，所述晶体生长台插接在外坩埚内，所述晶体生长台的底面设有内凹的，且与内坩埚顶部对应的晶体生长通道；

5、所述晶体生长通道与上升通道、回流通道和回流孔形成炉体碳化硅晶体内循环生长通道；

6、所述下炉盖上固定有保护气进气管，所述保护气进气管延伸至炉体内，并固定连接有均布盒，所述均布盒固定在坩埚支架的顶部内侧，所述均布盒的顶部周向上均布有多个注气管，所述注气管插入到内坩埚内，所述内坩埚的底部设有与多个所述注气管对应且大小适配的通孔；

7、所述晶体生长通道的横截面呈三角结构，所述晶体生长通道的外环由多个晶体生长斜面构成的多立面环形结构，内环由多个导流斜面构成的多立面锥形结构，每个所述导流斜面对应一个晶体生长斜面；

8、每个所述晶体生长斜面上固定设有晶体生长基座，所述晶体生长基座位于晶体生长通道的一端设有籽晶槽。

9、进一步的，所述炉体的一侧设有固定架，所述固定架固定设置在操作台，并固定在所述炉体的外侧，所述上炉盖的一侧设有升降机构，所述升降机构固定在炉体的顶部上，所述升降机构的升降输出端固定设有悬臂，所述悬臂的另一端固定在上炉盖上，所述升降机构为电动丝杆升降机构。

10、进一步的，所述加热单元为高频加热线圈，所述加热单元为多个，均布在炉体的外侧，沿炉体高度方向形成温度梯度。

11、进一步的，所述晶体生长基座的外侧固定设有绝热套。

12、进一步的，所述晶体生长台的内部为中空结构，内部设有低温管，所述晶体生长基座远离籽晶槽的一端固定在低温管上，所述低温管上设有进液管和出液管，通过进液管和出液管向低温管通入冷媒介质。

13、进一步的，所述注气管的管口高度低于所述回流孔的最高点。

14、进一步的，所述回流通道的底部设有导流罩，所述导流罩呈漏斗状。

15、为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种碳化硅晶体生长炉晶体内循生长方法，采用所述的内循环式碳化硅晶体生长炉，包括如下步骤：

16、步骤一、将石墨坩埚放置在坩埚支架上，并向石墨坩埚内添加碳化硅粉料；

17、步骤二、在每个晶体生长基座的籽晶槽内固定安装籽晶，形成多个碳化硅晶锭生长单元；

18、步骤三、将上炉盖与炉体对接密封，并对炉体内进行抽真空；

19、步骤四、向保护气进气管通入惰性保护气体，并对炉体进行加热，使其炉内温度上升至2000℃-2100℃，使石墨坩埚内形成内循环载气气流；

20、步骤五、形成的内循环载气气流将碳化硅粉料升华的气态分子平稳的运载通过各籽晶面；

21、步骤六、落入在籽晶面上碳化硅气态分子重新结晶生长出碳化硅晶锭，多个碳化硅晶锭生长单元一次性生长多个碳化硅晶锭，未落入的碳化硅气态分子继续在石墨坩埚内循环；

22、步骤七、待碳化硅晶锭完成生长后，停止加热，自然冷却后，将上炉盖升起，取下多个生长完成的碳化硅晶锭。

23、本发明提出的一种内循环式碳化硅晶体生长炉，有益效果在于：

24、(1)、本发明在石墨坩埚内形成循环气流，内部形成内循环载气气流，可避免石墨坩埚顶部形成涡流，可确保籽晶表面气流的稳定，使载气内的碳化硅升华气态分子均匀落入到籽晶表面，同时可避免先升华的气态分子与后升华的气态分子混流落入籽晶面上，确保了籽晶面上碳化硅气态分子落入的一致性，有利提高碳化硅晶锭生长的品质。

25、(2)、本发明采用碳化硅晶锭横置生长的方式，环绕的生长布局结构，可增加碳化硅晶锭生长所需空间以及提供更多的生长位置，可实现一次性生长多块碳化硅晶锭，提高碳化硅晶锭的生产效率。

26、(3)、本发明在石墨坩埚内形成循环气流，可使载气内的碳化硅始终处于气态分子状态，无需对升华后的气态分子进行二次加热升华，降低了碳化硅晶锭生长过程中的能耗。

技术特征：

1.一种内循环式碳化硅晶体生长炉，包括炉体(2)，所述炉体(2)固定设置在操作台(1)，所述炉体(2)的底部固定有下炉盖(21)，所述炉体(2)的顶部可拆卸的方式固定有上炉盖(4)，所述炉体(2)的上部外侧套设有加热单元(3)，所述炉体(2)内设有坩埚支架(24)，所述坩埚支架(24)放置有石墨坩埚，其特征在于，所述石墨坩埚由共轴设置的外坩埚(5)和内坩埚(51)组成，所述内坩埚(51)的内部形成上升通道(52)，所述外坩埚(5)和内坩埚(51)之间形成回流通道(53)，所述内坩埚(51)的底部周向上设有多个回流孔(54)；

2.根据权利要求1所述的一种内循环式碳化硅晶体生长炉，其特征在于，所述炉体(2)的一侧设有固定架(31)，所述固定架(31)固定设置在操作台(1)，并固定在所述炉体(2)的外侧，所述上炉盖(4)的一侧设有升降机构(48)，所述升降机构(48)固定在固定架(31)的顶部上，所述升降机构(48)的升降输出端固定设有悬臂(49)，所述悬臂(49)的另一端固定在上炉盖(4)上，所述升降机构(48)为电动丝杆升降机构。

3.根据权利要求1所述的一种内循环式碳化硅晶体生长炉，其特征在于，所述加热单元(3)为高频加热线圈，所述加热单元(3)为多个，均布在炉体(2)的外侧，沿炉体(2)高度方向形成温度梯度。

4.根据权利要求1所述的一种内循环式碳化硅晶体生长炉，其特征在于，所述晶体生长基座(45)的外侧固定设有绝热套(47)。

5.根据权利要求1所述的一种内循环式碳化硅晶体生长炉，其特征在于，所述晶体生长台(41)的内部为中空结构，内部设有低温管(7)，所述晶体生长基座(45)远离籽晶槽(46)的一端固定在低温管(7)上，所述低温管(7)上设有进液管(71)和出液管(72)，通过进液管(71)和出液管(72)向低温管(7)通入冷媒介质。

6.根据权利要求1所述的一种内循环式碳化硅晶体生长炉，其特征在于，所述注气管(62)的管口高度低于所述回流孔(54)的最高点。

7.根据权利要求1所述的一种内循环式碳化硅晶体生长炉，其特征在于，所述回流通道(53)的底部设有导流罩(55)，所述导流罩(55)呈漏斗状。

8.一种碳化硅晶体生长炉晶体内循生长方法，采用如权力要求1-7任一项所述的内循环式碳化硅晶体生长炉，其特征在于，包括如下步骤：

技术总结
本发明公开了一种内循环式碳化硅晶体生长炉，涉及碳化硅晶体生长炉技术领域，包括炉体，炉体内设有石墨坩埚，石墨坩埚由共轴设置的外坩埚和内坩埚组成，内坩埚的内部形成上升通道，外坩埚和内坩埚之间形成回流通道，内坩埚的底部周向上设有多个回流孔；上炉盖的底部固定设有晶体生长台，晶体生长台插接在外坩埚内，晶体生长台的底面设有内凹的，且与内坩埚顶部对应的晶体生长通道；晶体生长通道与上升通道、回流通道和回流孔形成炉体碳化硅晶体内循环生长通道。本发明可提高碳化硅晶锭的生产效率高，可确保碳化硅晶锭生长的品质，同时可降低了碳化硅晶锭生长过程中的能耗。

技术研发人员：姚恒,姚泰
受保护的技术使用者：芜湖予秦半导体科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14