可控制碳化硅晶体生长速度的籽晶支撑机构的制作方法

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1.本实用新型涉及多铁半导体材料领域，尤其是涉及一种可控制碳化硅晶体生长速度的籽晶支撑机构。

背景技术：

2.碳化硅(sic)衬底可分为两类：一类是具有高电阻率(电阻率≥105ω
·
cm)的半绝缘型碳化硅衬底，另一类是低电阻率(电阻率区间为15～30mω
·
cm)的导电型碳化硅衬底。其中，半绝缘型碳化硅衬底则主要应用于5g、雷达、国防等射频器件领域，导电型碳化硅衬底主要用于新能源汽车、高铁运输、电网逆变器等高功率、高压领域。
3.目前，物理气相传输法(pvt)作为制备导电型碳化硅晶体最常用的方法之一，主要是通过对碳化硅粉末进行加热，当其温度达到2100℃以上时，碳化硅粉末受热升华并在碳化硅籽晶上沉积、生长，从而成功地长出碳化硅晶体。但在实际操作过程中，该方法存在如下缺陷：其一，长晶过程中，长晶工艺不可调控，长晶初期易产生的微管、位错、相变等缺陷，长晶末期易产生碳包裹等缺陷；其二，生长方法为不可观看的生长。

技术实现要素：

4.本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型在于提出一种可控制碳化硅晶体生长速度的籽晶支撑机构，通过调节散热线的位置，可改变籽晶生长表面的温度分布，从而调节晶体表面生长的速度，使籽晶生长按照“慢-快-慢”的速度生长，提高晶片产出率，降低生长成本，提高晶体的生长质量。
5.根据本实用新型实施例的可控制碳化硅晶体生长速度的籽晶支撑机构，包括：
6.籽晶杆；
7.籽晶托，所述籽晶托与所述籽晶杆的下端连接，所述籽晶托内设有沿所述籽晶托径向方向布置的容纳腔；
8.散热线，所述散热线至少具有第一状态和第二状态，并可在第一状态和第二状态之间切换；
9.在所述第一状态，所述散热线的下部穿插在所述籽晶杆内；
10.在所述第二状态，所述散热线穿过所述籽晶杆后伸至所述容纳腔内，且所述散热线的端部直达所述容纳腔的外端。
11.根据本实用新型实施例的可控制碳化硅晶体生长速度的籽晶支撑机构，一方面可根据长晶的各个阶段通过调节散热线的位置，以调节籽晶生长表面的温度分布，从而调节晶体表面生长的速度，使籽晶生长按照“慢-快-慢”的速度生长，提高晶片产出率，降低生长成本。另一方面，可人为干涉籽晶从一端向另一端生长，避免籽晶生长面多点成核，多点生长相互结合生成的位错等缺陷，从而可以提高晶体的生长质量。
12.在本实用新型的一些实施例中，所述容纳腔内设有隔热粉料，所述籽晶托内设有与所述容纳腔外端连通的储料腔，当所述散热线由第一状态切换至第二状态时，所述隔热
粉料被推至所述储料腔内。
13.在本实用新型的一些实施例中，所述容纳腔有多个，多个所述容纳腔呈单层或多层布置在所述籽晶托内。
14.在本实用新型的一些实施例中，当所有所述容纳腔单层布置时，所有所述容纳腔均处于同一水平面，并沿所述籽晶托的周向均布；
15.当所有所述容纳腔多层布置时，所有所述容纳腔分成多个所述容纳腔组，每个所述容纳腔组内的所有所述容纳腔均处于同一水平面，并沿所述籽晶托的周向均布。
16.在本实用新型的一些实施例中，所述散热线的上部外侧设有绝热层，并连接有热电偶传感器。
17.在本实用新型的一些实施例中，还包括调节机构，所述调节机构为多个，并与所述散热线一一对应连接，以带动与其相连的所述散热线在所述第一状态和所述第二状态之间切换。
18.在本实用新型的一些实施例中，所述调节机构包括：
19.第一压辊；
20.第二压辊，所述第二压辊、所述第一压辊对应布置在所述散热线的两侧，以夹紧所述散热线；
21.主动齿轮，所述主动齿轮安装在所述第一压辊的端部；
22.从动齿轮，所述从动齿轮安装在所述第二压辊的端部，并与所述主动齿轮相啮合；
23.双向伺服电机，所述双向伺服电机的输出端与所述第一压辊连接。
24.根据本实用新型实施例的一种利用籽晶支撑机构实现碳化硅晶体生长的控制方法，包括：
25.在长晶前期，控制所述散热线保持在所述第一状态；
26.在长晶中期，控制所述散热线以第一预设速度向所述容纳腔内移动，直至所述散热线由所述第一状态切换至所述第二状态，且所述散热线保持在所述第二状态；
27.在长晶后期，控制所述散热线以第二预设速度从所述容纳腔内抽离，直至所述散热线由所述第二状态切换至所述第一状态，且所述散热线保持在所述第一状态。
28.根据本实用新型实施例的利用籽晶支撑机构实现碳化硅晶体生长的控制方法，在长晶初期先控制散热线保持在第一状态，一方面，籽晶位置温度高，轴上晶体生长慢，可减少晶体在长晶初期产生的微管、位错、相变等缺陷；另一方面，籽晶中心位置的温度梯度大，生长速度比边缘高，以使晶体由中心向边缘生长，降低了从籽晶上所遗传的缺陷。在长晶中期，调节散热线的位置，使其由第一状态切换至第二状态，并保持在第二状态深入籽晶托内，一方面，在散热线的作用下，籽晶位置的温度下降，温度梯度加大，轴向长晶加快，晶体进入稳定生长阶段，另一方面，在长晶过程中，当需要使晶体从其中一端a扩散生长到另一端b时，可将b端附近的散热线由第二状态调制第一状态，使a端的温度低于b端的温度，形成温度梯度，以使晶体一边沿《1000》方向生长，一边从a端到b端扩散。在长晶后期，抽出籽晶托上的散热线，使其由第二状态切换至第一状态，减少散热线对籽晶托的散热效果，进而减少籽晶的温度梯度，从而降低生长速度，有利于减少晶体在生长末期所产生的碳包裹等缺陷，有利于保证晶体的生长质量。
29.在本实用新型的一些实施例中，所述容纳腔内设有隔热粉料，所述籽晶托内设有
与所述容纳腔外端连通的储料腔，在所述长晶中期，所述散热线由第一状态切换至第二状态时，所述容纳腔内的所述隔热粉料被推至所述储料腔内。
30.在本实用新型的一些实施例中，所述散热线的上部外侧设有绝热层，并连接有热电偶传感器；在长晶中期，部分所述散热线的状态可根据热电偶传感器的检测值由第二状态切换至第一状态。
31.本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
32.图1是根据本实用新型一个实施例的制备单晶碳化硅生长装置的示意图；
33.图2是根据本实用新型一个实施例可控制碳化硅晶体生长速度的籽晶支撑机构的示意图；
34.图3是图2去掉散热线的示意图；
35.图4是图3的俯视图；
36.图5是图3的一个视角的剖视图；
37.图6是图3的另一个视角的剖视图；
38.图7是图5中第一层容纳腔组处的径向剖视图；
39.图8是图5中第二层容纳腔组处的径向剖视图；
40.图9是图5中第三层容纳腔组处的径向剖视图；
41.图10是图5中散热线在第一状态和第二状态间的切换图；
42.图11是图6中散热线在第一状态和第二状态间的切换图；
43.图12是本实用新型单层散热线在第一状态和第二状态间的切换图；
44.图13是调节机构与散热线间的示意图；
45.图14是调节机构各部件与散热线间的示意图；
46.图15是图14的主视图；
47.图16是定位机构与调节机构中各压辊的位置示意图；
48.图17是定位机构的结构示意图；
49.图18是本实用新型另一个多层实施例的示意图；
50.图19是本实用新型利用籽晶支撑机构实现碳化硅晶体生长的控制方法的流程图。
51.附图标记：
52.籽晶支撑机构100；
53.籽晶杆10；限位腔11；
54.籽晶托20；容纳腔21；第一层容纳腔组211；第二层容纳腔组212；第三层容纳腔组213；储料腔22；
55.散热线30；
56.调节机构40；第一压辊41；第二压辊42；主动齿轮43；从动齿轮44；双向伺服电机45；定位机构46；上定位板461；下定位板462；安装孔463；
57.隔热粉料50；
58.绝热层60；
59.热电偶传感器70；
60.支架80；
61.生长坩埚200，坩埚本体201，坩埚盖202，
62.碳化硅粉体300；
63.籽晶400。
具体实施方式
64.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
65.下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本实用新型的不同结构。为了简化本实用新型的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本实用新型。此外，本实用新型可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本实用新型提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。
66.下面参考图1-图19描述根据本实用新型实施例的可控制碳化硅晶体生长速度的籽晶支撑机构100、生长装置，
67.参照图1至图12所示，根据发明实施例的可控制碳化硅晶体生长速度的籽晶支撑机构100，可以包括：籽晶杆10、籽晶托20和散热线30。
68.参照图1至图12所示，籽晶托20与籽晶杆10的下端连接，籽晶托20内设有沿籽晶托20径向方向布置的容纳腔21；散热线30至少具有第一状态和第二状态，并可在第一状态和第二状态之间切换；在第一状态，散热线30的下部穿插在籽晶杆10内；在第二状态，散热线30穿过籽晶杆10后伸至容纳腔21内，且散热线30的端部直达容纳腔21的外端。
69.例如，参照图2至图9所示，籽晶托20整体上形成圆柱状，籽晶托20内的容纳腔21由籽晶托20的中心通向边缘，容纳腔21的内端沿籽晶托20的径向方向朝其轴向方向向上弯曲，并贯穿籽晶托20，即容纳腔21可包括水平部和弯曲部，水平部沿籽晶托20的径向方向布置，弯曲部的下开口与水平部的内侧连通，弯曲部的上开口设在籽晶托20的上表面，利于散热线30穿过籽晶杆10经弯曲部、水平部进入籽晶托20内。籽晶托20可为石墨件，从而使得其具有耐高温性能。相应地，籽晶杆10整体上也形成圆柱状，籽晶杆10上可设有供散热线30穿插的限位腔11，限位腔11可沿籽晶杆10的轴向方向布置，限位腔11贯穿籽晶杆10与容纳腔21的内端连通，即限位腔11具有上开口和下开口，限位腔11的下开口与弯曲部的上开口连通，以使散热线30可经限位腔11的上开口插入，从下开口穿出，并经弯曲部插入容纳腔21内。散热线30的截面为圆形或长方形等，可由钼、钽、铌或钨中的一种或多种材料制成，以使其具有耐高温性能的同时，可将热量导出进行散热。需要说明的是，散热线30具有一定的柔性，以使其可在两种状态下切换。
70.可以理解的是，根据本实用新型实施例的可控制碳化硅晶体生长速度的籽晶支撑机构100，在长晶初期，可先控制散热线30保持在第一状态，散热线30均在籽晶杆10内，籽晶
位置温度高，轴上晶体生长慢，可减少晶体在长晶初期产生的微管、位错、相变等缺陷；同时，籽晶中心位置的温度梯度大，边缘位置的温度梯度小，籽晶中心位置的生长速度比边缘高，以使晶体由中心向边缘生长，降低了从籽晶上所遗传的缺陷。在长晶中期，可调节散热线30的位置，使其由第一状态切换至第二状态，并保持在第二状态深入籽晶托20内。具体的，控制散热线30向容纳腔21内移动，以使散热线30穿过限位腔11经弯曲部伸入水平部，并充满整个容纳腔21。此时，籽晶托20上的温度可传递到散热线30上，并经散热线30向外传递，实现散热。在散热线30的作用下，籽晶位置的温度下降，温度梯度加大，轴向长晶加快，晶体进入稳定生长阶段。同时，在长晶过程中，当需要使晶体从其中一端a扩散生长到另一端b时，可通过调整籽晶托20内相应部位散热线30的位置，使a端的温度低于b端的温度，形成温度梯度，以使晶体一边沿《1000》方向生长，一边从a端到b端扩散。在长晶后期，可抽出籽晶托20上的散热线30，使其由第二状态切换至第一状态，并保持在第一状态。具体的，控制散热线30从容纳腔21内抽出，使其仅停留在限位腔11内，减少散热线30对籽晶托20的散热效果，进而减少籽晶400的温度梯度，从而降低生长速度，减少晶体在生长末期所产生的碳包裹等缺陷。
71.有鉴于此，根据本实用新型实施例的可控制碳化硅晶体生长速度的籽晶支撑机构100，一方面可根据长晶的各个阶段通过调节散热线30的位置，以调节籽晶生长表面的温度分布，从而调节晶体表面生长的速度，使籽晶生长按照“慢-快-慢”的速度生长，提高晶片产出率，降低生长成本。另一方面，可人为干涉籽晶从一端向另一端生长，避免籽晶生长面多点成核，多点生长相互结合生成的位错等缺陷从而可以提高晶体的生长质量。
72.为了实现对籽晶生长表面各个位置处温度的更好、更全面的控制，在本实用新型的一些实施例中，参照图2和图12所示，籽晶托20内的容纳腔21有多个，多个容纳腔21呈单层或多层布置在籽晶托20内。例如，多个容纳腔21可分布在籽晶托20的不同位置处，籽晶杆10上的限位腔11可与容纳腔21分别对应，各个限位腔11相互独立，以保证各个插装于限位腔11内的散热线30之间互不影响。需要说明的是，各个容纳腔21之间也是相互独立的，以使各个散热线30不管是在第一状态还是在第二状态相互之间也互不影响。
73.可以理解的是，当散热线30的数量与容纳腔21的数量一致时，散热线30与容纳腔21一一对应布置，每个散热线30均具备两种状态，即第一状态和第二状态。在长晶的各个阶段，各散热线30的状态可按前述方式进行切换，以满足长晶各个阶段的需求。当散热线30的数量少于容纳腔21的数量时，有些容纳腔21内可不布置散热线30，例如，集中在某一端的部分容纳腔21内可不布置散热线30，换言之，散热线30仅布置在除该端部分容纳腔21之外的剩余容纳腔21内，这样，可以保证长晶中期，晶体由其他端向该端生长。当然，散热线30的数量也可以超过容纳腔21的数量，籽晶杆10上限位腔11的数量与散热线30的数量一致，且一一对应，此时，每个容纳腔21均对应一个散热线30，剩余的散热线30可仅穿插在籽晶杆10内，以使籽晶托20中心位置的温度梯度略大，生长速度比边缘高，促使晶体由中心向边缘生长，从而降低了从籽晶上所遗传的缺陷。
74.在本实用新型的一些实施例中，参照图12所示，当容纳腔21有多个，且所有容纳腔21单层布置时，所有容纳腔21均处于同一水平面，并沿籽晶托20的周向均布。例如，容纳腔21的数量可以为十二个，十二个容纳腔21在籽晶托20的周向上均匀间隔开排布，相应的，籽晶杆10上限位腔11的数量也为十二个，每个限位腔11沿籽晶杆10的轴向方向贯穿籽晶杆
10，十二个限位腔11在籽晶杆10的周向上均匀间隔开排布。十二个散热线30一对一的穿插在各个限位腔11内，并根据需要在第一状态和第二状态进行切换。当然，其中容纳腔21的数量也可以是六个、九个、二十个或三十等，这个在此不做限定。
75.可以理解的是，各容纳腔21均匀分布在籽晶托20内，当控制所有散热线30按照上述长晶各阶段进行第一状态和第二状态的切换时，可保证整个籽晶托20各个位置的保温效果或散热效果相同，以使籽晶生长表面各个位置的温度相同，避免各处温度不同导致的温差不一致，从而避免籽晶生长面多点成核，多点生长相互结合生成的位错等缺陷，更利于生长出完美晶体。同时，在长晶中期，所有散热线30均处于第二状态时，为了实现晶体从其中一端a扩散生长到另一端b时，可通过将b端附近的散热线30从容纳腔21内抽离，收至相应的限位腔11内，以使a端的散热效果高于b端的散热效果，进而使a端的温度低于b端的温度，形成温度梯度，使晶体一边沿《1000》方向生长，一边从a端到b端扩散。
76.在本实用新型的另一些实施例中，参照图2至图9、图18所示，当容纳腔21有多个，且所有容纳腔21多层布置时，所有容纳腔21分成多个容纳腔组，每个容纳腔组内的所有容纳腔21均处于同一水平面，并沿籽晶托20的周向均布。
77.例如，参照图2至图9所示，所有容纳腔21分三层布置在籽晶托20内，分别为位于最上层的第一层容纳腔组211、位于中间层的第二层容纳腔组212、位于最下层的第三层容纳腔组213，第一层容纳腔组211有六个沿籽晶托20周向均匀布置的容纳腔21，第二容纳腔组212有四个沿籽晶托20周向均匀布置的容纳腔21，第三容纳腔213有十二个沿籽晶托20周向均匀布置的容纳腔21。相应的，籽晶杆10上的限位腔11也可由内至外分为三层布置，分别为位于最内侧的内限位腔组、位于中间的中限位腔组、位于最外侧的外限位腔组，各个限位腔组内的多个限位腔11均沿籽晶杆10的周向均沿分布，并与多个容纳腔21一一对应连通。具体的，内限位腔组中的限位腔11有四个，分别与第二容纳腔组212中的四个容纳腔21连通；中限位腔组中的限位腔11有六个，分别与第一层容纳腔组211中的六个容纳腔21连通；外限位腔组中的限位腔11有十二个，分别与第三容纳腔组213中的十二个容纳腔21连通。所有容纳腔21均沿籽晶托20的径向方向布置，以使在长晶中期，可实现对整个籽晶托20的全方位散热，利于温度梯度加大的实现，促进轴向长晶速度加快，晶体可快速进入稳定生长阶段。
78.可以理解的是，在长晶中期，所有散热线30均由第一状态切换为第二状态，即穿过限位腔11向相应的容纳腔21内移动，散热线30深入容纳腔21，实现对籽晶托20的快速散热。相应的，籽晶位置的温度下降，温度梯度加大，轴向长晶加快，晶体进入稳定生长阶段。同时，为了减少所有散热线30一起同步插入时造成的散热过快可能产生的晶体缺陷，可先控制散热线30先进入第一层容纳腔组211，再控制散热线30进入第二层容纳腔组212，接着控制散热线进入第三层容纳腔组213，由上至下层层进入，在实现散热的同时，保证了温度变化的平缓，减少晶体缺陷的产生。在长晶前期与长晶后期，所有散热线30的状态可参考前面描述，在此不做赘述。
79.有鉴于此，根据长晶的各个阶段调节散热线30的位置，以调节籽晶生长表面的温度分布，从而调节晶体表面生长的速度，使籽晶生长按照“慢-快-慢”的速度生长，提高了晶片产出率，降低了生长成本。相较于容纳腔21单层布置，容纳腔21多层布置时，可增加温度梯度，加快轴向长晶，以使晶体更快地进入稳定生长阶段。更优地，多个容纳腔组中多个容纳腔21在水平面上的投影间隔布置，此时，可保证在长晶中期，实现对整个籽晶托20的全方
位散热，更利于温度梯度加大的实现，促进轴向长晶速度加快，晶体可快速进入稳定生长阶段。
80.在本实用新型的一些实施例中，参照图10至图12所示，容纳腔21内设有隔热粉料50，籽晶托20内设有与容纳腔21外端连通的储料腔22，当散热线30由第一状态切换至第二状态时，隔热粉料50被推至储料腔22内。
81.例如，当容纳腔21仅有一个时，储料腔22可为与容纳腔21端部连通的凹槽即可。当多个容纳腔21呈单层布置时，多个容纳腔21处于同一水平面，储料腔22可为与籽晶托20同心的圆环状凹槽，圆环状凹槽的槽底低于容纳腔21的腔底。当多个容纳腔21呈多层布置时，多个容纳腔21处于不同的水平面，储料腔22可为与籽晶托20同心的圆环柱状凹槽，圆环柱状凹槽的内侧壁上设有与各层容纳腔端部连通的进料口，圆环柱状凹槽的槽底低于位于最下层容纳腔21的腔底。
82.可以理解的是，在长晶初期，容纳腔21内布置的隔热粉料50可阻止籽晶托20上的温度进一步向上传递，减少温度梯度，籽晶位置温度高，轴上晶体生长慢，可以减少晶体在长晶初期产生的微管、位错、相变等缺陷。而且，装有隔热粉料50的容纳腔21的保温效果较空的容纳腔21的保温效果更好，可使温度梯度更小，籽晶位置温度相对较高，轴上晶体生长较慢，进一步减少晶体在长晶初期产生的微管、位错、相变等缺陷。在长晶中期，随着散热线30由限位腔11向容纳腔21内移动，隔热粉料50将被推至外端的储料腔22内，散热线30将籽晶托20上的温度向外传递，实现散热，同时增加温度梯度，加快轴向长晶速度，晶体进入稳定生长阶段。在长晶后期，将散热线30从容纳腔21内抽离至限位腔11内，减少了散热线30对籽晶托20的散热效果，减少籽晶400的温度梯度，从而降低生长速度，减少晶体在生长末期所产生的碳包裹等缺陷。设长晶前期、中期、后期的生长速度分别为a、b、c，由于三个阶段(前期、中期、后期)容纳腔21内分别是隔热粉料50、散热线30、空的，其对应的保温效果是隔热粉料》空的》散热线，故三个阶段对应的生长速度满足a《c《b，更利于长出完美晶体。
83.在本实用新型的一些实施例中，参照图1和图2所示，散热线30的上部外侧设有绝热层60，并连接有热电偶传感器70。其中，每个散热线30的端部均连接有一个热电偶传感器70，通过各个热电偶传感器70可以测量籽晶托20各处的温度，而籽晶400粘贴在籽晶托20上，故可获知籽晶生长面各点的温度，从而能更好的辅助调节籽晶生长面的温度梯度。
84.例如，设容纳腔21的长度为l，籽晶杆10内限位腔的长度为h，散热线30的长度为m，则为了保证散热线30可在两种状态下切换，同时为了保证温度测量的准确性，m、l、h之间应该满足：m》l+h，h》l。而且，散热线30上绝热层60从距离散热线30底端端部长度为n的位置至散热线30的顶端布置，其中，n满足h》n≥l。换言之，散热线30上从底端至距离底端n的位置未布置有绝热层。绝热层的材料可为氧化锆，使其具有较好的绝热效果。
85.可以理解的是，在长晶初期，散热线30处于第一状态时，仅设有绝热层60的部分露出在籽晶杆10外，未设有绝热层60的部分插装在籽晶杆10内，可实现对籽晶杆10的散热，籽晶杆10与籽晶托20的中部连接，可使籽晶中心位置的温度梯度大，生长速度比边缘高，以使晶体由中心向边缘生长，降低了从籽晶上所遗传的缺陷。在长晶中期，散热线30处于第二状态(即深入容纳腔21内)时，未设有绝热层60的部分可在容纳腔21内吸收籽晶托20上的热量，并向外传递；设有绝热层60的部分一部分伸入籽晶杆10，一部分露出并与热电偶传感器70连接，绝热层60的设置可阻止散热线30的热量向外线外散出，保证热电偶传感器70测得
的温度信息更准确，更利于根据温度通过调节不同位置的散热线30实现对不同位置温度的调节，以使生长过程实现“可视化”。
86.为了方便散热线30在第一状态和第二状态的切换，在本实用新型的一些实施例中，参照图13和图17所示，还可包括调节机构40，调节机构40为多个，并与散热线30一一对应连接，以带动与其相连的散热线30在第一状态和第二状态之间切换。具体的，各个调节机构40可根据需要工作，带动与其连接的散热线30在第一状态和第二状态之间进行切换。
87.例如，调节机构40可设置在籽晶杆10和热电偶传感器70之间。当需要将散热线30由第一状态向第二状态切换时，调节机构40可给散热线30一个推力，使其沿籽晶杆10上的限位腔11向籽晶托20上的容纳腔21移动，直至其充满容纳腔21。相反的，当需将散热线30由第二状态切换至第一状态时，调节机构40可给散热线30一个拉力，以将其从容纳腔21内抽离，于收至籽晶杆10内止。
88.在本实用新型的一些实施例中，参照图13和图17所示，调节机构40包括：第一压辊41、第二压辊42、主动齿轮43、从动齿轮44和双向伺服电机45，第二压辊42、第一压辊41对应布置在散热线30的两侧，以夹紧散热线30；主动齿轮43安装在第一压辊41的端部；从动齿轮44安装在第二压辊42的端部，并与主动齿轮43相啮合；双向伺服电机45的输出端与第一压辊41连接。具体的，第一压辊41与第二压辊42之间通过定位机构46进行定位，以实现对散热线30的夹紧，同时保证主动齿轮43和从动齿轮44相啮合。例如，参照图所示，定位机构46可包括上定位板461和下定位板462，上定位板461和下定位板462共同限定出两个分别与第一压辊41、第二压辊42相适配的安装孔463，以使第一压辊41、第二压辊42能够转动地安装在安装孔463内(如可通过轴承座布置在安装孔463内)，散热线30的两侧可分别设有一个定位机构46，以实现第一压辊41与第二压辊42之间的连接固定。
89.可以理解的是，当需要调整散热线30的状态时，可启动双向伺服电机45，双向伺服电机45带动第一压辊41转动，在主动齿轮43和从动齿轮44的作用下，第二压辊42也将随之转动，且第二压辊42与第一压辊41的转动方向是相反的，从而第一压辊41和第二压辊42转动的同时将向夹住的散热线30传递动力，推动散热线30向容纳腔21内移动或拉动散热线30从容纳腔21内抽离，具体的受力分析见图所示。
90.有鉴于此，当多个容纳腔21呈单层均匀分布，散热线30的数量与容纳腔21的数量一致时，籽晶杆10上的多个限位腔11也呈单层环状均匀分布，多个调节机构40也呈单层环状均匀分布，多个调节机构40之间可通过支架进行固定，以保证各部件工作时的稳定性，对于支架，只要其能够实现固定，不妨碍其他部件的动作即可，其具体结构不是本实用新型的保护重点，故对其具体结构在此不做限定。
91.参照图19所示，根据本实用新型实施例的利用籽晶支撑机构实现碳化硅晶体生长的控制方法，包括：在长晶前期，控制散热线30保持在第一状态；在长晶中期，控制散热线30以第一预设速度向容纳腔21内移动，直至散热线30由第一状态切换至第二状态，且散热线30保持在第二状态；在长晶后期，控制散热线30以第二预设速度从容纳腔21内抽离，直至散热线30由第二状态切换至第一状态，且散热线30保持在第一状态。
92.例如，在一个示例中，在长晶前，可以先将籽晶支撑机构100安装在坩埚盖202上，接着将籽晶400放置到籽晶托20上，并装入盛有碳化硅粉体300的坩埚本体201内；再将整个生长坩埚200(包括坩埚本体201和坩埚盖202)放入生长室中，通过真空泵将生长室抽真空，
压强为100-500pa，打开载气阀，控制流速为1-300sccm，自上而下；接通电源感应加热，当坩埚本体201内的温度达到2100℃以上时，在轴向温度梯度的驱动下，碳化硅粉体300受热升华，并在籽晶400的生长面结晶。此时，籽晶生长面的温度通过晶体内部传递到籽晶托20上。
93.参照图10至图12所示，在长晶初期(以长晶周期为100h为例，长晶前期为0-20h)，可先控制散热线30保持在第一状态，散热线30均在籽晶杆10内，籽晶400位置温度高，轴上晶体生长慢，可减少晶体在长晶初期产生的微管、位错、相变等缺陷；同时，籽晶中心位置的温度梯度大，生长速度比边缘高，以使晶体由中心向边缘生长，降低了从籽晶上所遗传的缺陷。
94.在长晶中期(以长晶周期为100h为例，长晶前期为20-90h)，可调节散热线30的位置，使其由第一状态切换至第二状态，并保持在第二状态深入籽晶托20内。具体的，控制散热线30向容纳腔21内移动，以使散热线30穿过限位腔11经弯曲部伸入水平部，并充满整个容纳腔21。此时，籽晶托20上的温度可传递到散热线30上，并经散热线30向外传递，实现散热。在散热线30的作用下，籽晶位置的温度下降，温度梯度加大，轴向长晶加快，晶体进入稳定生长阶段。同时，在长晶过程中，当需要使晶体从其中一端a扩散生长到另一端b时，可通过调整籽晶托20内相应部位散热线30的位置，使a端的温度低于b端的温度，形成温度梯度，以使晶体一边沿《1000》方向生长，一边从a端到b端扩散。
95.在长晶后期(以长晶周期为100h为例，长晶后期为90-100h)，可抽出籽晶托20上的散热线30，使其由第二状态切换至第一状态，并保持在第一状态。具体的，控制散热线30从容纳腔21内抽出，使其仅停留在限位腔11内，减少散热线30对籽晶托20的散热效果，进而减少籽晶400的温度梯度，从而降低生长速度，有利于减少晶体在生长末期所产生的碳包裹等缺陷。
96.根据本实用新型实施例的利用籽晶支撑机构实现碳化硅晶体生长的控制方法，在长晶初期先控制散热线30保持在第一状态，一方面，籽晶400位置温度高，轴上晶体生长慢，可减少晶体在长晶初期产生的微管、位错、相变等缺陷；另一方面，籽晶中心位置的温度梯度大，生长速度比边缘高，以使晶体由中心向边缘生长，降低了从籽晶上所遗传的缺陷。在长晶中期，调节散热线30的位置，使其由第一状态切换至第二状态，并保持在第二状态深入籽晶托20内，一方面，在散热线30的作用下，籽晶位置的温度下降，温度梯度加大，轴向长晶加快，晶体进入稳定生长阶段，另一方面，在长晶过程中，当需要使晶体从其中一端a扩散生长到另一端b时，可将b端附近的散热线30由第二状态调制第一状态，使a端的温度低于b端的温度，形成温度梯度，以使晶体一边沿《1000》方向生长，一边从a端到b端扩散。在长晶后期，抽出籽晶托20上的散热线30，使其由第二状态切换至第一状态，减少散热线30对籽晶托20的散热效果，进而减少籽晶400的温度梯度，从而降低生长速度，有利于减少晶体在生长末期所产生的碳包裹等缺陷，有利于保证晶体的生长质量。
97.在本实用新型的一些实施例中，容纳腔21内设有隔热粉料50，籽晶托20内设有与容纳腔21外端连通的储料腔22，在长晶中期，散热线30由第一状态切换至第二状态时，容纳腔21内的隔热粉料50被推至储料腔22内。
98.可以理解的是，在长晶初期，容纳腔21内布置的隔热粉料50可阻止籽晶托20上的温度进一步向上传递，装有隔热粉料50的容纳腔21的保温效果较空的容纳腔21的保温效果更好，可使温度梯度更小，籽晶位置温度相对较高，轴上晶体生长较慢，进一步减少晶体在
长晶初期产生的微管、位错、相变等缺陷。在长晶中期，随着散热线30由限位腔11向容纳腔21内移动，隔热粉料50将被推至外端的储料腔22内，散热线30将籽晶托20上的温度向外传递，实现散热，同时增加温度梯度，加快轴向长晶速度，晶体进入稳定生长阶段。在长晶后期，散热线30从容纳腔21内抽离后，隔热粉料50仍留存在储料腔22内，散热线30减少了对籽晶托20的散热效果，进而减少籽晶400的温度梯度，从而降低生长速度，减少晶体在生长末期所产生的碳包裹等缺陷。设长晶前期、中期、后期的生长速度分别为a、b、c，由于三个阶段(前期、中期、后期)容纳腔21内分别是隔热粉料50、散热线30、空的，其对应的保温效果是隔热粉料》空的》散热线，故三个阶段对应的生长速度满足a《c《b，更利于长出完美晶体。
99.在本实用新型的一些实施例中，散热线30的上部外侧设有绝热层60，并连接有热电偶传感器70；在长晶中期，部分散热线30的状态可根据热电偶传感器70的检测值由第二状态切换至第一状态。其中，绝热层60和热电偶传感器70的布置前面以介绍，在此不再赘述。
100.可以理解的是，在整个长晶过程中，通过与各个散热线30连接的热电偶传感器70可以知道该点的温度，操作人员可根据需要通过调节散热线30的位置，使温度符合工艺设定的温度，从而保持晶体生长。换言之，通过连接热电偶传感器70，可以测量籽晶生长面各点的温度，以为更好的辅助调节籽晶生长面的温度梯度提供依据。
101.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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，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。
102.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
103.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
104.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
105.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表
述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
106.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

技术特征：

1.一种可控制碳化硅晶体生长速度的籽晶支撑机构，其特征在于，包括：籽晶杆；籽晶托，所述籽晶托与所述籽晶杆的下端连接，所述籽晶托内设有沿所述籽晶托径向方向布置的容纳腔；散热线，所述散热线至少具有第一状态和第二状态，并可在第一状态和第二状态之间切换；在所述第一状态，所述散热线的下部穿插在所述籽晶杆内；在所述第二状态，所述散热线穿过所述籽晶杆后伸至所述容纳腔内，且所述散热线的端部直达所述容纳腔的外端。2.根据权利要求1所述的一种可控制碳化硅晶体生长速度的籽晶支撑机构，其特征在于，所述容纳腔内设有隔热粉料，所述籽晶托内设有与所述容纳腔外端连通的储料腔，当所述散热线由第一状态切换至第二状态时，所述隔热粉料被推至所述储料腔内。3.根据权利要求1所述的一种可控制碳化硅晶体生长速度的籽晶支撑机构，其特征在于，所述容纳腔有多个，多个所述容纳腔呈单层或多层布置在所述籽晶托内。4.根据权利要求3所述的一种可控制碳化硅晶体生长速度的籽晶支撑机构，其特征在于，当所有所述容纳腔单层布置时，所有所述容纳腔均处于同一水平面，并沿所述籽晶托的周向均布；当所有所述容纳腔多层布置时，所有所述容纳腔分成多个所述容纳腔组，每个所述容纳腔组内的所有所述容纳腔均处于同一水平面，并沿所述籽晶托的周向均布。5.根据权利要求1所述的一种可控制碳化硅晶体生长速度的籽晶支撑机构，其特征在于，所述散热线的上部外侧设有绝热层，并连接有热电偶传感器。6.根据权利要求1所述的一种可控制碳化硅晶体生长速度的籽晶支撑机构，其特征在于，还包括调节机构，所述调节机构为多个，并与所述散热线一一对应连接，以带动与其相连的所述散热线在所述第一状态和所述第二状态之间切换。7.根据权利要求6所述的一种可控制碳化硅晶体生长速度的籽晶支撑机构，其特征在于，所述调节机构包括：第一压辊；第二压辊，所述第二压辊、所述第一压辊对应布置在所述散热线的两侧，以夹紧所述散热线；主动齿轮，所述主动齿轮安装在所述第一压辊的端部；从动齿轮，所述从动齿轮安装在所述第二压辊的端部，并与所述主动齿轮相啮合；双向伺服电机，所述双向伺服电机的输出端与所述第一压辊连接。

技术总结

本实用新型公开了一种可控制碳化硅晶体生长速度的籽晶支撑机构，籽晶支撑机构包括籽晶杆、籽晶托和散热线，所述籽晶托与所述籽晶杆的下端连接，所述籽晶托内设有沿所述籽晶托径向方向布置的容纳腔；所述散热线至少具有第一状态和第二状态，并可在第一状态和第二状态之间切换；在所述第一状态，所述散热线的下部穿插在所述籽晶杆内；在所述第二状态，所述散热线穿过所述籽晶杆后伸至所述容纳腔内，且所述散热线的端部直达所述容纳腔的外端。本实用新型通过调节散热线的位置，可改变籽晶生长表面的温度分布，从而调节晶体表面生长的速度，提高晶片产出率，降低生长成本，提高晶体的生长质量。长质量。长质量。