一种高效生长低应力碳化硅单晶体的方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112877772A(43)申请公布日2021.06.01(21)申请号202110041599.3(22)申请日2021.01.13(71)申请人哈尔滨科友半导体产业装备与技术研究院有限公司地址150000黑龙江省哈尔滨市南岗区哈西大街与学府四道街交汇处第40栋-1-2层12号(72)发明人不公告发明人(74)专利代理机构哈尔滨市伟晨专利代理事务所(普通合伙)23209代理人荣玲(51)Int.Cl.C30B23/00(2006.01)C30B29/36(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图1页(54)发明名称一种高效生长低应力碳化硅单晶体的方法(57)摘要本发明涉及一种高效生长低应力碳化硅单晶体的方法，属于碳化硅单晶体制备技术领域。为解决现有方法生长的碳化硅晶体内部内应力大，生长效率低的问题，本发明提供了一种高效生长低应力碳化硅单晶体的方法，用带有孔洞的石墨片将坩埚内部由上至下分为原料区和生长区，将碳化硅籽晶置于生长区石墨坩埚底，将硅粉和碳粉置于原料区石墨片上，对炉体抽真空排除杂质，向炉体内充入保护气体，对原料区和生长区同时进行升温，保温50～150h后匀速降温冷却。本发明将粉料合成与晶体生长结合在一起，且可同时生长多个晶体，提高了晶体生长效率。籽晶直接放置在坩埚底部而不用粘接方式固定，降低了单晶体热应力的产生，减小了碳化硅单晶体的内应力。CN112877772ACN112877772A权利要求书1/1页1.一种高效生长低应力碳化硅单晶体的方法，其特征在于，用带有孔洞的石墨片(4)将坩埚内部由上至下分为原料区(2)和生长区(5)，原料区(2)和生长区(5)分别对应原料区线圈组(3)和生长区线圈组(6)，分别对各自区域进行加热；将至少一个碳化硅籽晶(8)置于生长区石墨坩埚底(9)，将硅粉和碳粉置于原料区(2)石墨片(4)上，盖上坩埚上盖(1)将坩埚置于长晶炉内，对炉体抽真空排除杂质，向炉体内充入保护气体，对原料区(2)和生长区(5)同时进行升温，原料区(2)温度为T1，生长区(5)温度为T2，保持T1＞T2，控制两者的温差在20～50℃，保温50～150h后匀速降温对炉体进行冷却，完成晶体生长过程。2.根据权利要求1所述一种高效生长低应力碳化硅单晶体的方法，其特征在于，所述坩埚呈圆柱形，由侧壁(7)、坩埚上盖(1)和坩埚底(9)构成，石墨片(4)设置于侧壁(7)中上部。3.根据权利要求1或2所述一种高效生长低应力碳化硅单晶体的方法，其特征在于，所述石墨片(4)上的孔洞直径为20～200μm。4.根据权利要求3所述一种高效生长低应力碳化硅单晶体的方法，其特征在于，所述硅粉的纯度为99.9999％，粒径为50～300μm。5.根据权利要求4所述一种高效生长低应力碳化硅单晶体的方法，其特征在于，所述碳粉的纯度为99.9999％，粒径为50～300μm。6.根据权利要求5所述一种高效生长低应力碳化硅单晶体的方法，其特征在于，所述抽真空的真空度为10‑5～10‑3Pa。7.根据权利要求6所述一种高效生长低应力碳化硅单晶体的方法，其特征在于，所述保护气体为氩气，炉体内的氩气压力为100～1000pa。8.根据权利要求7所述一种高效生长低应力碳化硅单晶体的方法，其特征在于，所述原料区和生长区的升温速率均为10～35℃/min。9.根据权利要求8所述一种高效生长低应力碳化硅单晶体的方法，其特征在于，所述生长区(5)的温度T2为1750～2000℃。10.根据权利要求9所述一种高效生长低应力碳化硅单晶体的方法，其特征在于，所述长晶炉降温速度为5～20℃/h。2CN112877772A说明书1/5页一种高效生长低应力碳化硅单晶体的方法技术领域[0001]本发明属于碳化硅单晶体制备技术领域，尤其涉及一种高效生长低应力碳化硅单晶体的方法。背景技术[0002]物理气相传输法是制备碳化硅晶体的最普遍的方法，其基本过程是将碳化硅粉料作为原料放入石墨坩埚底部，选择碳化硅单晶衬底作为籽晶固定于坩埚顶部，籽晶一般采用粘接方式进行固定，石墨坩埚放入晶体生长炉中，抽真空，通入惰性气体，在2000℃以上的高温下，碳化硅粉料升华为各种气态分子，这些气态分子在温度梯度作用下，传输到位于低温区的籽晶面上重新结晶成碳化硅晶体。[0003]从碳化硅晶体生长过程及设备结构可知，其轴向及径向均存在较大的温度梯度，由于籽晶与石墨坩埚材料热导率的差异，这样生长出来的碳化硅晶体中必然存在较大的内应力，会对后续晶体切磨抛加工带来一定的困难。[0004]一般碳化硅的生长周期约为100小时，耗时较长，晶体生长所用碳化硅粉需提前进行合成，也同时延长了晶体生长周期，每次只能生长医科晶体效率较低，导致碳化硅单晶体