一种坩埚和碳化硅生长装置的制作方法

1.本实用新型涉及碳化硅晶体生长技术领域，具体而言，涉及一种坩埚和碳化硅生长装置。


背景技术：

2.目前大部分碳化硅晶体生长均采用如下坩埚结构进行晶体生长。碳化硅原料与掺杂物质在加热后由固态变为气态升华，气体会直接沉积在坩埚盖的籽晶上面，在这个过程中碳化硅原料与掺杂物质没有经过充分的混合，在生长成晶体后做成碳化硅衬底，衬底的整面的电阻率高低不同，会呈现很大的差异性。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供一种坩埚和碳化硅生长装置，其能够保证在碳化硅生长过程中与掺杂物质的均匀性，从而保证了单片内电阻率的均匀性。
4.本实用新型的实施例是这样实现的：
5.第一方面，本实用新型提供一种坩埚，包括料筒盖体以及导流板；
6.料筒具备容纳物料的容腔以及与容腔连通的开口；
7.盖体与料筒连接，盖体用于封闭开口；
8.导流板容置于容腔内，导流板将容腔分隔为容纳腔室以及沉积腔室，物料容纳于容纳腔室内；导流板开设有多个导流通道，导流通道连通容纳腔室及沉积腔室；导流板用于使得容纳腔室内的气流在经多个导流通道进入沉积腔室后，在沉积腔室内形成旋转气流。
9.在可选的实施方式中，导流通道相对于料筒的中心轴线倾斜。
10.在可选的实施方式中，多个导流通道均绕导流板的中心轴线依次间隔设置。
11.在可选的实施方式中，料筒的内周面开设有用于与导流板抵接的环形台，环形台与料筒的底部间隔。
12.在可选的实施方式中，盖体朝向容腔的一侧设置有安装台，安装台朝向容腔的方向凸出，安装台用于安装籽晶。
13.在可选的实施方式中，坩埚还包括容置于沉积腔室内的挡流板，挡流板开设有导流孔，挡流板与导流板共同形成混合腔室，导流孔及多个导流通道均与混合腔室连通；导流孔用于引导导流板输出的气流朝向盖体的方向流动。
14.在可选的实施方式中，挡流板与导流板抵接。
15.在可选的实施方式中，挡流板朝向导流板的一侧开设有导流槽，导流槽为弧形槽。
16.在可选的实施方式中，盖体朝向容腔的一侧设置有安装台；
17.安装台的中心轴线与导流孔的中心轴线重合。
18.第二方面，本实用新型提供一种碳化硅生长装置，碳化硅生长装置包括籽晶、加热装置以及上述的坩埚；
19.籽晶容置于沉积腔室内并与盖体连接，加热装置用于加热料筒。
20.本实用新型实施例的有益效果包括：
21.该坩埚包括料筒、盖体及导流板；其中，料筒具备容腔以及与容腔连通的开口；盖体与料筒连接，盖体用于封闭开口；导流板容置于容腔内，导流板将容腔分隔为容纳腔室以及沉积腔室，物料容纳于容纳腔室内；导流板开设有多个导流通道，导流通道连通容纳腔室及沉积腔室；导流板用于使得容纳腔室内的气流在经多个导流通道进入沉积腔室后，在沉积腔室内形成旋转气流。由此，当位于容腔中的物料为碳化硅原料及掺杂物质时，在料筒被加热后，碳化硅原料及掺杂物质开始升华成气态，并且生成的气体在经多个导流通道进入沉积腔室后，会在沉积腔室内形成旋转气流，从而在旋转的过程中使得气体充分混合，进而随着气体的旋转上升，沉积在籽晶上面，从而保证了碳化硅晶体掺杂的均匀性，进而保证了单片内电阻率的均匀性。
附图说明
22.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，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实用新型的某些实施例，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。
23.图1为本实用新型实施例中坩埚的结构示意图；
24.图2为本实用新型实施例中导流板第一视角的结构示意图；
25.图3为本实用新型实施例中导流板第二视角的结构示意图；
26.图4为本实用新型实施例中导流板的剖视图；
27.图5为本实用新型实施例中挡流板的结构示意图；
28.图6为本实用新型实施例中挡流板的剖视图。
29.图标:200
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坩埚；210
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料筒；211
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容腔；212
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开口；220
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盖体；230
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导流板；213
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容纳腔室；214
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沉积腔室；10
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物料；231
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导流通道；215
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环形台；221
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安装台；240
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挡流板；241
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导流孔；242
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导流槽；216
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混合腔室。
具体实施方式
30.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
31.因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
32.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。
33.在本实用新型的描述中，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
是该实用新型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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。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。
34.此外，术语“水平”、“竖直”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。
35.在本实用新型的描述中，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实用新型中的具体含义。
36.碳化硅单晶材料因其自身宽禁带、高热导率、高击穿电场、高抗辐射能力等特点，其制成的半导体器件能够满足对当今对高功率和强辐射器件的需求，是制备高温、高频、高功率和抗辐射器件的理想衬底材料，并在混合动力汽车、高压输电、led照明和航天航空等领域崭露头角，而生长高质量的sic晶体则是实现这些sic基器件的优异性能的基础。
37.sic晶体不会出现在大自然中，只能通过合成的方法来获得sic晶体。目前碳化硅单晶的方法主要有物理气相传输法、高温化学气相沉积法、液相外延法等。其中物理气相传输法是发展最成熟的，这种方法被世界上绝大多数研究机构和公司所采用。物理气相沉积法(pvt)采用中频感应加热，高密度石墨坩埚作为发热体。sic粉料放置在石墨坩埚底部，sic籽晶处于石墨坩埚顶部，生长4h
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sic普遍采用c面作为生长面进行晶体生长。通过调节坩埚外部的保温层使得sic原料区处温度较高，而顶部坩埚盖籽晶处温度较低。然后必须在2100℃以上温度与低压环境下将碳化硅粉末直接升华成si、si2c、sic2等气体，并沿着温度梯度从高温区传输到较低温度区域的籽晶处沉积结晶成碳化硅单晶。
38.碳化硅晶体分为导电型、半绝缘型碳化硅晶体，不同类型的晶体材料有不同的用途。导电型碳化硅晶体主要应用功率器件、照明等领域，而半绝缘型碳化硅主要应用于雷达探测等。目前不同类型的晶体生长方式基本相同，而具有差异的是导电与半绝缘的掺杂元素不同。在碳化硅晶体生长的过程中通过气体或者掺杂物质与碳化硅原料混装的方式对碳化硅晶体进行掺杂。掺杂的均匀性将变的至关重要，如果掺杂的不均匀将会导致制作出来的碳化硅衬底面内的电阻率均匀性非常差，将会影响制备出来的器件性能。目前大部分碳化硅晶体生长均采用如下坩埚结构进行晶体生长。碳化硅原料与掺杂物质在加热后由固态变为气态升华，气体会直接沉积在坩埚盖的籽晶上面，在这个过程中碳化硅原料与掺杂物质没有经过充分的混合，在生长成晶体后做成碳化硅衬底，衬底的整面的电阻率高低不同，会呈现很大的差异性。
39.请参照图1
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图4，图1示出了本实用新型实施例中坩埚的结构，图2
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图4示出了本实用新型实施例中导流板的结构，本实施例提供一种碳化硅生长装置，碳化硅生长装置包括籽晶、加热装置以及坩埚200；
40.其中，坩埚200包括料筒210、盖体220以及导流板230；料筒210具备容腔211以及与容腔211连通的开口212；盖体220与料筒210连接，盖体220用于封闭开口212；导流板230容
置于容腔211内，导流板230用于将容腔211分隔为容纳腔室213以及沉积腔室214，容纳腔室213用于容纳物料10；导流板230开设有多个导流通道231，导流通道231连通容纳腔室213及沉积腔室214；导流板230用于使得容纳腔室213内的气流在经多个导流通道231进入沉积腔室214后，在沉积腔室214内形成旋转气流。
41.籽晶容置于沉积腔室214内并与盖体220连接，加热装置用于加热料筒210。
42.该碳化硅生长装置的工作原理是：
43.该碳化硅生长装置包括籽晶、加热装置以及坩埚200；其中，坩埚200 的料筒210用于容纳碳化硅原料及掺杂物质，且容纳在容腔211中的碳化硅原料及掺杂物质在加热装置的作用下能够由固态升华为气态；而导流板 230能够将容腔211分隔为容纳腔室213以及沉积腔室214，碳化硅原料及掺杂物质容纳于容纳腔室213中，且导流板230开设有多个导流通道231，导流通道231连通容纳腔室213及沉积腔室214；通过导流板230使得容纳腔室213中碳化硅原料及掺杂物质在加热装置的作用下形成的气体进入沉积腔室214，且容纳腔室213内的气流在经多个导流通道231进入沉积腔室214后，在沉积腔室214内形成旋转气流。由此，当位于容腔211中的物料 10为碳化硅原料及掺杂物质时，通过加热升华成气态，并经多个导流通道231进入沉积腔室214后，会在沉积腔室214内形成旋转气流，从而在旋转的过程中，彼此充分混合，进而随着气体的旋转上升，沉积在籽晶上面，从而保证了碳化硅晶体掺杂的均匀性，进而保证了单片内电阻率的均匀性。
44.请参照图1
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图4，在本实施例中，在设置导流板230时，导流板230 的作用是供容纳腔室213中的气态碳化硅进入沉积腔室214中，且在此过程中，将碳化硅气体垂直上升的方式改为倾斜向上的路线，以使得容纳腔室213中的气体进入沉积腔室214后形成旋转气流，故导流通道231相对于料筒210的中心轴线倾斜。并且，多个导流通道231均绕导流板230的中心轴线依次间隔设置。在本实施例中，导流板230开设有6个导流通道 231，而本实用新型的其他实施例中，导流通道231的数量可以是4
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20个；并且导流孔241的直径可以为1mm
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10mm；并且导流通道231的轴线相对于料筒210的中心轴线倾斜20
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80度。
45.进一步地，为便于安装导流板230，且为使得导流板230能够将容腔 211分隔为容纳腔室213及沉积腔室214，故料筒210的内周面开设有用于与导流板230抵接的环形台215，环形台215与料筒210的底部间隔。并且为便于安装籽晶，故盖体220朝向容腔211的一侧设置有安装台221，安装台221朝向容腔211的方向凸出，安装台221用于安装籽晶。
46.进一步地，请参照图1
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图6，图5及图6示出了本实用新型实施例中挡流板的结构，在本实施例中，为使得经多个导流通道231进入沉积腔室 214中的气体在沉积在籽晶上之前完成混合，故坩埚200还包括容置于沉积腔室214内的挡流板240，挡流板240开设有导流孔241，挡流板240与导流板230之间形成混合腔室216，导流孔241及多个导流通道231均与混合腔室216连通；导流孔241用于引导导流板230输出的气流朝向盖体220 的方向流动。进而使得气体在流出导流通道231后，便会流入混合腔室216 中，且在混合腔室216内旋转的过程中进行混合，并在完成混合和经导流孔241沉积在籽晶上。
47.为使得挡流板240与导流板230共同形成混合腔室216，故可以采用挡流板240与导流板230间隔设置的方式，而在本实施例中，挡流板240与导流板230抵接且，挡流板240朝向导流板230的一侧开设有导流槽242，导流槽242为弧形槽；即导流槽242与导流板230共同形成混合腔室216，导流孔241及多个导流通道231均与混合腔室216连通。
48.在本实施例中，为便于使得混合腔室216中的气体能够朝向安装台221 的方向流动，故安装台221的中心轴线与导流孔241的中心轴线重合。
49.请参照图1
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图6，在本实施例中，料筒210的第一个作用是装碳化硅原料及掺杂物质，碳化硅原料与掺杂物质根据工艺需求的比例充分混合填装在料筒210内；料筒210的第二个作用是支撑导流板230与挡流板240，保证导流板230与挡流板240在料筒210内可以水平放置，导流板230与挡流板240的边缘与容腔211的内壁间接触严密，避免碳化硅气体在接触位置泄漏；料筒210的第三个作用是支撑盖体220，保证盖体220上的籽晶与原料面之间的距离，同时料筒210与盖体220紧密配合，形成密闭的空间，保证空间内的原料不泄漏到坩埚200外。
50.综上，请参照图1
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图6，为保证碳化硅与掺杂物质在传输过程中能充分的混合，该坩埚200具备导流板230及挡流板240两个部件，当料筒210 中的碳化硅原料与掺杂物质在高温加热后开始升华，且当混合气体接触到导流板230后，会通过导流板230上面的导流通道231进入导流板230与挡流板240之间的混合腔室216内。
51.而由于导流板230上的导流通道231倾斜设置，故会使得经导流板230 传输到混合腔室216内的碳化硅气体与掺杂物质气体旋转，在旋转的过程中，气体将会充分混合，并且随着气体的旋转上升，通过挡流板240的导流孔241沉积在籽晶上面，从而保证了碳化硅晶体掺杂的均匀性。
52.以上仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。