一种单晶生长装置的制作方法

1.本实用新型涉及碳化硅单晶生长技术领域，具体而言，涉及一种单晶生长装置。


背景技术：

2.碳化硅(sic)是一种宽禁带半导体材料，已广泛应用在高功率器件、微波器件的相关领域。物理气相传输法(pvt)是碳化硅衬底单晶生长的主流方法，大致过程是在包裹好的热场中放至石墨坩埚，坩埚底部的粉料处于热场的高温区，通过升华的方式到达温度相对较低的籽晶位置，在籽晶处结晶形成碳化硅单晶材料。在碳化硅单晶生长过程中，籽晶提供了一个稳定而连续的生长界面，使上升的气氛能在籽晶处逐渐堆积形成碳化硅晶体，籽晶的缺陷也会在晶体中形成连续性的继承，可以说籽晶质量直接决定晶体质量已经成为了业内的普遍共识。
3.但是，在现有技术中，在籽晶上碳化硅晶体生长的初期，碳化硅生长边缘出现竞争生长所形成的杂晶裂纹、应力导致微管的情况，影响了碳化硅晶体的可用直径，降低生长的碳化硅晶体的品质。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的包括，提供了一种单晶生长装置，其能够改善现有技术中碳化硅晶体生长边缘竞争生长所形成的杂晶裂纹、应力导致微管的问题，达到提高晶体整体质量以及增加碳化硅晶体可用直径的目的。
5.本实用新型的实施例可以这样实现：
6.本实用新型的实施例提供了一种单晶生长装置，包括：
7.容器主体，内设有容置空间以容纳碳化硅原料；
8.导流筒，设于所述容置空间的上方，且形成自下而上的第一导向通道和第二导向通道；所述第一导向通道的内径自下而上逐渐减小，所述第二导向通道的内径自下而上逐渐增大；以及，
9.盖体，设于所述第二导向通道内的顶部；所述盖体内侧用于设置籽晶；所述籽晶的直径大于所述第一导向通道的最小内径，且大于所述第二导向通道的最小内径。
10.可选地，所述第一导向通道内侧具有第一导向面，所述第一导向面相对所述容置空间内壁倾斜的角度为0-30
°
。
11.可选地，所述第二导向通道内侧具有第二导向面，所述第二导向面相对所述容置空间内壁倾斜的角度为0-30
°
。
12.可选地，所述第一导向通道沿所述容置空间轴向的长度大于所述第二导向通道沿所述容置空间轴向的长度。
13.可选地，所述容置空间的顶部内壁上开设有容置槽，所述导流筒装配于所述容置槽。
14.可选地，所述导流筒沿所述容置空间径向的高度小于或等于所述容置槽沿所述容
置空间径向的深度。
15.可选地，所述籽晶与所述第二导向通道的内壁之间形成间隙。
16.可选地，所述间隙的宽度为1mm-10mm。
17.可选地，所述导流筒由石墨、钽、钨和铌中至少一种材料制成。
18.可选地，所述单晶生长装置还包括保温件；所述保温件设于所述盖体外侧中部。
19.本实用新型提供的单晶生长装置相对于现有技术的有益效果包括：
20.在该单晶生长装置中，碳化硅原料受热挥发，产生的碳化硅气氛向上流动，在达到第一导向通道和第二导向通道处时，通过第一导向通道和第二导向通道向碳化硅气氛提供导向作用。由于第一导向通道自下而上的内径逐渐缩小，而第二导向通道的内径自下而上逐渐增大，以向碳化硅气氛提供先聚拢再发散的导向作用，进而使得在边缘位置的碳化硅气氛减少，弱化在籽晶上生长的碳化硅晶体的边缘竞争生长的情况，便能改善现有技术中碳化硅晶体生长边缘竞争生长所形成的杂晶裂纹、应力导致微管的问题，达到提高晶体整体质量以及增加碳化硅晶体可用直径的目的。
附图说明
21.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。
22.图1为本技术实施例中提供的单晶生长装置的结构示意图；
23.图2为图1中d处的放大结构示意图。
24.图标：10-单晶生长装置；11-碳化硅原料；100-容器主体；110-容置空间；111-容置槽；200-导流筒；210-第一导向通道；211-第一导向面；220-第二导向通道；221-第二导向面；300-盖体；310-籽晶；311-间隙；320-保温件；330-定位部。
具体实施方式
25.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。
26.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。
27.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。
28.在本实用新型的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“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。
29.此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
30.需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型的实施例中的特征可以相互结合。
31.请参阅图1，本技术实施例中提供了一种单晶生长装置10，该单晶生长装置10用于向碳化硅生长提供生长环境，换言之，可以将碳化硅原料11放置于单晶生长装置10中，单晶生长装置10可以在加热的情况下实现碳化硅晶体的生长，从而获得碳化硅晶体。
32.在现有技术中，在碳化硅晶体在生长初期阶段，由于碳化硅晶体边缘竞争生长的情况，导致碳化硅晶体的边缘出现杂晶裂纹以及应力导致微管的缺陷，从而影响碳化硅晶体的品质，减少碳化硅晶体可用直径。
33.为了改善上述技术问题，换言之，为了改善现有技术中碳化硅晶体边缘竞争生长导致出现杂晶裂纹以及应力导致微管的问题，提供了本技术的单晶生长装置10。
34.在本实施例中，单晶生长装置10包括容器主体100、导流筒200和盖体300。其中，容器主体100，内设有容置空间110以容纳碳化硅原料11。导流筒200设于容置空间110的上方，且形成自下而上的第一导向通道210和第二导向通道220；换言之，第一导向通道210和第二导向通道220均位于容置空间110的顶部，且第一导向通道210设于第二导向通道220的下方。第一导向通道210的内径自下而上逐渐减小，第二导向通道220的内径自下而上逐渐增大。盖体300设于第二导向通道220内的顶部；盖体300内侧设有籽晶310，籽晶310上则可以生长碳化硅晶体。
35.值得说明的是，第一导向通道210的最小内径与第二到向通道220的最小内径相同，由此使得第一导向通道210和第二导向通道220平顺地过渡，防止产生台阶影响导流筒200的正常功能。另外，第一导向通道210最小内径应当小于籽晶310的直径，同理，第二导向通道220的最小内径应当小于籽晶310的直径；当然，也可以看作是导流筒200的最小内径应当小于籽晶310的直径；由此使得第一导向通道210和第二导向通道220相接处形成的凸起能遮挡籽晶310的边缘位置，进而可以达到改善碳化硅晶体生长边缘竞争生长所形成的杂晶裂纹、应力导致微管的问题。
36.在容器主体100受热的情况下，容置空间110中的碳化硅气氛则开始升华，产生的碳化硅气氛则自下而上的流动，在碳化硅气氛流动过程中，碳化硅气氛依次经过第一导向通道210和第二导向通道220，并在籽晶310上凝结，开始碳化硅晶体的生长。
37.以上所述，在该单晶生长装置10中，碳化硅原料11受热升华，产生的碳化硅气氛向上流动，在达到第一导向通道210和第二导向通道220处时，通过第一导向通道210和第二导向通道220向碳化硅气氛提供导向作用。由于第一导向通道210自下而上的内径逐渐缩小，而第二导向通道220的内径自下而上逐渐增大，以向碳化硅气氛提供先聚拢再发散的导向作用，进而使得在边缘位置的碳化硅气氛减少，弱化在籽晶310上生长的碳化硅晶体的边缘竞争生长的情况，便能改善现有技术中碳化硅晶体生长边缘竞争生长所形成的杂晶裂纹、应力导致微管的问题，达到提高晶体整体质量以及增加碳化硅晶体可用直径的目的。
38.值得说明的是，第一导向通道210的最小内径应当大于所需产出的碳化硅衬底的直径；同理，第二导向通道210的最小内径应当大于所需产出的碳化硅衬底的直径；当然，也
可以看作是导流筒200的最小内径应当大于所需产出的碳化硅衬底的直径。由此，可以确保在籽晶310上生长的碳化硅晶体能具有足够的尺寸以方便裁切处所需的碳化硅衬底。
39.可选地，请结合参阅图1和图2，在本技术的实施例中，第一导向通道210内侧具有第一导向面211，第一导向面211相对容置空间110内壁倾斜的角度为0-30
°
。换言之，第一导向面211相对容置空间110内壁倾斜的角度可以取值为1
°
、2
°
、3
°
、4
°
、5
°
、6
°
、7
°
、8
°
、9
°
、10
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、11
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、12
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、19
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、20
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、21
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°
、24
°
、25
°
、26
°
、27
°
、28
°
、29
°
或30
°
等。
40.其中，第一导向面211的顶部向中心收束，以使得第一导向面211整体围成锥台形，而第一导向面211即为该锥台形空间的外周曲面。以容置空间110的轴线所在平面为截面，第一导向面211在截面上形成两个直线，第一导向面211相对容置空间110内壁倾斜的角度可以看作是，其中一个直线与容置空间110的轴线形成的夹角。另外，该夹角在图2中标示为a角。
41.值得说明的是，该第一导向面211相对于容置空间110内壁倾斜的角度可以根据实际情况下的籽晶310直径来确定。只需第一导向通道210的最小内径小于籽晶310的直径即可，从而可以使得第一导向通道210形成的最小内径处凸出的高度可以遮挡籽晶310的边缘位置，由此可以改善籽晶310上生长的碳化硅晶体出现杂晶或晶体多型的问题。
42.另外，在本实施例中，第二导向通道220内侧具有第二导向面221，第二导向面221相对容置空间110内壁倾斜的角度为0-30
°
。换言之，第二导向面221相对容置空间110内壁倾斜的角度可以取值为1
°
、2
°
、3
°
、4
°
、5
°
、6
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、7
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°
、24
°
、25
°
、26
°
、27
°
、28
°
、29
°
或30
°
等。
43.其中，第二导向面221的顶部向中心扩张，以使得第二导向面221整体围成锥台形，而第二导向面221即为该锥台形空间的外周曲面。以容置空间110的轴线所在平面为截面，第二导向面221在截面上形成两个直线，第二导向面221相对容置空间110内壁倾斜的角度可以看作是，其中一个直线与容置空间110的轴线形成的夹角。另外，该夹角在图2中标示为b角。
44.同理，第二导向面221相对于容置空间110的内壁倾斜的角度可以根据实际情况下的容置空间110中的碳化硅原料11的量以及碳化硅晶体整体的生长速率来决定。
45.值得说明的是，第一导向面211相对于容置空间110内壁倾斜的角度与第二导向面221相对于容置空间110内壁倾斜的角度可以不同，即，根据实际情况对第一导向面211倾斜的角度的选取以及对第二导向面221倾斜角度的选取并不相互影响，可以独立的对第一导向面211和第二导向面221进行设置。当然，应当理解，在其他实施例中，第一导向面211相对容置空间110内壁的倾斜角度和第二导向面221相对容置空间110内壁倾斜的角度相同。
46.另外，在本实施例中，第一导向通道210沿容置空间110轴向的长度大于第二导向通道220沿容置空间110轴向的长度。由此可以减少碳化硅气氛在第二导向通道220中的流动时间，进而减少流向碳化硅气氛流向籽晶310边缘的量，由此可以进一步弱化碳化硅晶体边缘的竞争生长，从而改善碳化硅晶体生长边缘竞争生长所形成的杂晶裂纹、应力导致微管的问题。
47.在本实施例中，容置空间110的顶部内壁上开设有容置槽111，导流筒200装配于容置槽111。在容置空间110的内壁上开设容置槽111，使得容置空间110的内壁形成阶梯状。将
导流筒200装入至容置槽111中，不仅可以通过容置槽111向导流筒200提供限位作用，以确保导流筒200的装配稳定性；与此同时，还能将导流筒200容纳在容置槽111内部，从而防止导流筒200对碳化硅气氛的流动造成影响。
48.可选地，导流筒200沿容置空间110径向的高度小于或等于容置槽111沿容置空间110径向的深度。需要说明的是，由于第一导向通道210的收束以及第二导向通道220的扩张，使得第一导向通道210和第二导向通道220相接的位置形成凸起，而该凸起的高度即可以看作是导流筒200沿容置空间110径向的高度。由此，导流筒200沿容置空间110径向的高度小于或等于容置槽111沿容置空间110径向的深度也可以看作是，导流筒200中部的凸起不伸出容置槽111。由此使得第一导向通道210内径最小处的直径也大于容置空间110衬底的直径，由此可以防止影响碳化硅气氛的流动。
49.在本实施例中，为了防止碳化硅晶体边缘因籽晶与石墨件直接接触造成局部过冷度增大进而导致杂晶竞争生长所产生的生长裂纹等缺陷，在本实施例中，籽晶310与第二导向通道220的内壁之间形成间隙311。换言之，籽晶310的边缘未接触第二导向面221，且与第二导向面221之间形成间隙311。可选地，间隙311的宽度为1mm-10mm。换言之，间隙311的宽度可以取值为1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm或10mm等。
50.其中，将间隙311的宽度设为1mm-10mm，可以防止间隙311过大造成籽晶310直径过小而影响碳化硅晶体的生长，也可以防止间隙311过小无法达到改善碳化硅晶体边缘杂晶竞争生长导致的生长裂纹等缺陷的问题。
51.在本实施例中，导流筒200由石墨、钽、钨和铌中至少一种材料制成。换言之，导流筒200可以由石墨、钽、钨和铌中的其中一种制成。当然，导流筒200也可以主要由石墨制成，然后在石墨的导流筒200外层镀上钽、钨和铌中一种形成外层。由此，可以减少碳化硅晶体中的包裹物，进而提升碳化硅晶体的品质。
52.另外，在本实施例中，单晶生长装置10还包括保温件320；保温件320设于盖体300外侧中部。需要说明的是，保温件320可以平衡盖体300与籽晶310的中心与边缘的温度梯度，减小生长应力，改善碳化硅晶体凸度，进而提升碳化硅晶体的品质。
53.在一些实施例中，保温件320的直径小于籽晶310的直径，由此可以确保保温件320有效地平衡盖体300和籽晶310中部和边缘的温度梯度，进而达到减小生长应力，改善碳化硅晶体凸度，进而提升碳化硅晶体的品质的目的。当然，在其他实施例中，保温件320的直径也可以根据实际情况进行设置。
54.可选地，为了提升保温件320的装配稳定性，在盖体300的外侧中部凸设有定位部330，保温件320的中部与定位部330卡接，由此可以通过定位部330向保温件320的装配提供定位作用，并且向装配完成的保温件320提供限位作用，以提高保温件320的装配稳定性。当然，在其他实施例中，也可以取消该定位部330的设置，通过粘接或者开设凹槽等方式提高保温件320的装配稳定性的目的。
55.综上所述，本技术实施例中提供的单晶生长装置10可以在碳化硅气氛达到第一导向通道210和第二导向通道220处时，通过第一导向通道210和第二导向通道220向碳化硅气氛提供导向作用。由于第一导向通道210自下而上的内径逐渐缩小，而第二导向通道220的内径自下而上逐渐增大，以向碳化硅气氛提供先聚拢再发散的导向作用，进而使得在边缘位置的碳化硅气氛减少，弱化在籽晶310上生长的碳化硅晶体的边缘竞争生长的情况，便能
改善现有技术中碳化硅晶体生长边缘竞争生长所形成的杂晶裂纹、应力导致微管的问题，达到提高晶体整体质量以及增加碳化硅晶体可用直径的目的。
56.以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。