碳化硅晶体生长装置和方法与流程

本发明涉及碳化硅生长，具体而言，涉及一种碳化硅晶体生长装置和方法。

背景技术：

1、碳化硅物理气相传输法(pvt)是碳化硅晶体生长的常规工艺之一，利用pvt法生长碳化硅晶体时，需要将sic籽晶和生长原料分别放置在坩埚的顶部石墨上盖和底部石墨坩埚，并在两者之间建立起适宜的温度梯度。在特定的温度、压力条件下，sic粉料发生分解升华，生成具有一定结构形态的气相组分，在轴向温度梯度和浓度梯度的驱动下，气相组分从原料区向温度相对较低的生长界面即sic籽晶处输运，并在籽晶表面形核、生长形成sic晶体。

2、经发明人调研发现，在先前的制程中，随着碳化硅的晶体生长，晶体表面与粉料之间的距离会逐渐缩短，距离的缩短会让碳化硅气相沉积到晶体的速率变快。且碳化硅晶体表面的高度变化也让晶体表面的温度有所变化，其在温场中的相对位置会发生变化，造成轴向的温度随时间成长会有不同，进而造成晶体生长时晶相产生变化形成相变，影响晶体质量。

技术实现思路

1、本发明的目的包括，例如，提供了一种碳化硅晶体生长装置和方法，其能够根据碳化硅晶体的生长进度调整碳化硅晶体的位置，使得碳化硅晶体的生长面保持相对固定，避免轴向温度随时间成长有不同，保证晶体质量。

2、本发明的实施例可以这样实现：

3、第一方面，本发明提供一种碳化硅晶体生长装置，包括：

4、坩埚本体，所述坩埚本体用于容纳碳化硅粉料；

5、坩埚盖，所述坩埚盖活动盖设在所述坩埚本体的顶端，且所述坩埚盖的底侧设置有用于生长碳化硅晶体的籽晶；

6、升降驱动组件，所述升降驱动组件设置在所述坩埚盖上方，并与所述坩埚盖传动连接，以使所述坩埚盖与所述坩埚本体间隙配合；

7、称重件，所述称重件设置在所述升降驱动组件上，用于测量所述坩埚盖和所述碳化硅晶体的重量，并生成重量信息；

8、控制器，所述控制器与所述升降驱动组件和所述称重件同时通信连接，用于依据所述重量信息控制所述升降驱动组件提升所述坩埚盖，以使所述碳化硅晶体的生长面与所述坩埚本体保持相对固定。

9、在可选的实施方式中，所述升降驱动组件包括驱动件和传动轴，所述驱动件固定设置在所述坩埚盖的上方，所述传动轴的一端与所述驱动件连接，另一端连接至所述坩埚盖的顶侧，所述称重件设置在所述传动轴上，所述驱动件用于通过所述传动轴提升所述坩埚盖。

10、在可选的实施方式中，所述坩埚盖包括生长凸台和承载配合台，所述生长凸台设置在所述承载配合台的底侧，且所述生长凸台的直径小于所述承载配合台的直径，所述承载配合台活动设置在所述坩埚本体的顶端，所述传动轴连接至所述承载配合台的顶侧表面的中心。

11、在可选的实施方式中，所述坩埚本体的顶端形成有坩埚开口，所述坩埚开口的外围边缘还设置有向上延伸的配合环，所述配合环的内径与所述承载配合台的外径相适配，以使所述承载配合台与所述配合环的内壁间隙配合。

12、在可选的实施方式中，所述生长凸台的直径小于所述坩埚开口的直径，所述承载配合台的直径大于所述坩埚开口的直径，且所述坩埚本体的顶端还形成有承载台面，所述承载台面接合至所述配合环的底端，并用于支撑所述承载配合台。

13、在可选的实施方式中，所述承载配合台的顶端边缘还设置有止挡台阶，所述止挡台阶用于抵持在所述配合环的顶端。

14、在可选的实施方式中，所述碳化硅晶体生长装置还包括第一保温层和第二保温层，所述第一保温层围设在所述坩埚本体和所述坩埚盖外，并在顶端开设有供所述传动轴伸入的第一开口，所述第二保温层围设在所述第一保温层外，且所述第二保温层的顶端开设有供所述传动轴伸入的第二开口，所述第二开口的直径与所述传动轴的直径相适配，以使所述传动轴紧密配合在所述第二开口内。

15、在可选的实施方式中，所述坩埚盖的顶侧边缘还设置有保温软毡环，所述保温软毡环与所述第一保温层的内壁接触。

16、在可选的实施方式中，所述碳化硅晶体生长装置还包括外部支架，所述外部支架包括底架、顶架和支撑架，所述坩埚本体设置在所述底架上，所述顶架设置在所述坩埚盖的上方，所述支撑架设置在所述坩埚本体周缘，且所述支撑架的两端分别连接于所述顶架和所述底架，所述升降驱动组件设置在所述顶架的中部。

17、第二方面，本发明提供一种碳化硅晶体生长方法，适用于如前述实施方式任一项所述的碳化硅晶体生长装置，所述生长方法包括：

18、将碳化硅粉料装入坩埚本体，并将粘接有籽晶的坩埚盖活动盖设在所述坩埚本体的顶端；

19、加热所述坩埚本体至生长温度，以在所述籽晶上生长碳化硅晶体；

20、获取所述坩埚盖和所述碳化硅晶体的重量，并生成重量信息；

21、依据所述重量信息提升所述坩埚盖，以使所述碳化硅晶体的生长面与所述坩埚本体保持相对固定。

22、本发明实施例的有益效果包括，例如：

23、本发明实施例提供的碳化硅晶体生长装置和方法，通过额外设置称重件和升降驱动组件，利用控制器依据坩埚盖和碳化硅晶体的重量变化来调整坩埚盖的位置，实现碳化硅晶体的位置调整。在实际生长碳化硅时，可以首先将碳化硅粉料装入坩埚本体，然后将坩埚盖活动盖设在坩埚本体的顶端，按照正常流程进行碳化硅晶体的生长，随着碳化硅晶体的生长，利用称重件来测量坩埚盖和碳化硅晶体的重量，并生成重量信息，其中重量信息能够表征碳化硅晶体的生长情况，控制器接收到重量信息后控制升降驱动组件提升坩埚盖，以使碳化硅晶体的生长面与坩埚本体保持相对固定。相较于现有技术，本发明实施例提供的碳化硅晶体生长装置，能够依据碳化硅晶体的生长情况来调整其生长面的位置，使得生长面的位置始终保持相对固定，避免轴向温度随时间成长有不同，保证晶体生长质量。

技术特征：

1.一种碳化硅晶体生长装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的碳化硅晶体生长装置，其特征在于，所述升降驱动组件(150)包括驱动件(151)和传动轴(153)，所述驱动件(151)固定设置在所述坩埚盖(130)的上方，所述传动轴(153)的一端与所述驱动件(151)连接，另一端连接至所述坩埚盖(130)的顶侧，所述称重件(170)设置在所述传动轴(153)上，所述驱动件(151)用于通过所述传动轴(153)提升所述坩埚盖(130)。

3.根据权利要求2所述的碳化硅晶体生长装置，其特征在于，所述坩埚盖(130)包括生长凸台(131)和承载配合台(133)，所述生长凸台(131)设置在所述承载配合台(133)的底侧，且所述生长凸台(131)的直径小于所述承载配合台(133)的直径，所述承载配合台(133)活动设置在所述坩埚本体(110)的顶端，所述传动轴(153)连接至所述承载配合台(133)的顶侧表面的中心。

4.根据权利要求3所述的碳化硅晶体生长装置，其特征在于，所述坩埚本体(110)的顶端形成有坩埚开口(111)，所述坩埚开口(111)的外围边缘还设置有向上延伸的配合环(113)，所述配合环(113)的内径与所述承载配合台(133)的外径相适配，以使所述承载配合台(133)与所述配合环(113)的内壁间隙配合。

5.根据权利要求4所述的碳化硅晶体生长装置，其特征在于，所述生长凸台(131)的直径小于所述坩埚开口(111)的直径，所述承载配合台(133)的直径大于所述坩埚开口(111)的直径，且所述坩埚本体(110)的顶端还形成有承载台面(115)，所述承载台面(115)接合至所述配合环(113)的底端，并用于支撑所述承载配合台(133)。

6.根据权利要求4所述的碳化硅晶体生长装置，其特征在于，所述承载配合台(133)的顶端边缘还设置有止挡台阶(135)，所述止挡台阶(135)用于抵持在所述配合环(113)的顶端。

7.根据权利要求2所述的碳化硅晶体生长装置，其特征在于，所述碳化硅晶体生长装置还包括第一保温层(180)和第二保温层(160)，所述第一保温层(180)围设在所述坩埚本体(110)和所述坩埚盖(130)外，并在顶端开设有供所述传动轴(153)伸入的第一开口(181)，所述第二保温层(160)围设在所述第一保温层(180)外，且所述第二保温层(160)的顶端开设有供所述传动轴(153)伸入的第二开口(161)，所述第二开口(161)的直径与所述传动轴(153)的直径相适配，以使所述传动轴(153)紧密配合在所述第二开口(161)内。

8.根据权利要求7所述的碳化硅晶体生长装置，其特征在于，所述坩埚盖(130)的顶侧边缘还设置有保温软毡环(117)，所述保温软毡环(117)与所述第一保温层(180)的内壁接触。

9.根据权利要求1所述的碳化硅晶体生长装置，其特征在于，所述碳化硅晶体生长装置还包括外部支架(140)，所述外部支架(140)包括底架(141)、顶架(143)和支撑架(145)，所述坩埚本体(110)设置在所述底架(141)上，所述顶架(143)设置在所述坩埚盖(130)的上方，所述支撑架(145)设置在所述坩埚本体(110)周缘，且所述支撑架(145)的两端分别连接于所述顶架(143)和所述底架(141)，所述升降驱动组件(150)设置在所述顶架(143)的中部。

10.一种碳化硅晶体生长方法，适用于如权利要求1-9任一项所述的碳化硅晶体生长装置，其特征在于，所述生长方法包括：

技术总结
本发明提供了一种碳化硅晶体生长装置和方法，涉及碳化硅生长技术领域，该碳化硅晶体生长装置包括坩埚本体、坩埚盖、升降驱动组件、称重件和控制器，坩埚盖活动盖设在坩埚本体的顶端，升降驱动组件设置在坩埚盖上方，并与坩埚盖传动连接；称重件设置在升降驱动组件上，用于测量坩埚盖和碳化硅晶体的重量，并生成重量信息；控制器与升降驱动组件和称重件同时通信连接，用于依据重量信息控制升降驱动组件提升坩埚盖，以使碳化硅晶体的生长面与坩埚本体保持相对固定。相较于现有技术，本发明能够依据碳化硅晶体的生长情况来调整其生长面的位置，使得生长面的位置始终保持相对固定，避免轴向温度随时间成长有不同，保证晶体生长质量。

技术研发人员：张炜国
受保护的技术使用者：通威微电子有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/31