CN105696082A - 一种pvt法生长碳化硅单晶时随炉退火的方法 - Google Patents

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张云伟
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Abstract

本发明公开了一种PVT法生长碳化硅单晶时随炉退火的方法，为该方法配备一晶体生长用单晶炉，该方法包括如下步骤：步骤1）调整所述保温结构使所述发热筒内得到理想的温区分布，在所述坩埚内进行碳化硅晶体生长；步骤2）碳化硅晶体生长完成后，使用所述提拉机构控制所述坩埚，将其移至所述发热筒内低于晶体生长温度的区域；步骤3）待晶体温度恒定后，启动温控程序将单晶炉内温度缓慢降至室温，降温后出炉、取锭。以此达到去除晶体内部应力的目的。

Description

一种PVT法生长碳化硅单晶时随炉退火的方法
技术领域
本发明涉及半导体生长技术领域，特别是一种PVT（物理气相沉积）法生长碳化硅体单晶中的随炉退火的方法。
背景技术
碳化硅（SiC）作为一种新型半导体材料，具有高耐压、低损耗、高导热率、低漏极电流等优异的性能，比普通半导体更高的开关频率以及在标准的125℃结温以上工作的能力，这使得其在高温环境及更小空间的应用中更加自如。被普遍认为是替代硅基功率器件最理想的新型半导体器件。
随着技术的进步，碳化硅材料及其功率器件制备技术的不断成熟，成本和可靠性的不断优化，近年来碳化硅衬底的直径做的越来越大。随之而来的晶体生长问题也愈显的突出，现有的碳化硅生长后经过降温、出炉、取锭的步骤，因应力不均所导致的晶体开裂问题变现的尤为明显，需要退火时，需要进行二次装炉进行退火。如何保证大直径晶体在生长降温后保持良好的形态是解决问题的关键。
发明内容
针对现有技术中存在的现有碳化硅晶体生长降温结束后晶体开裂，需要进行二次装炉退火的问题，本发明的目的在于提供一种PVT法生长碳化硅单晶时随炉退火的方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种PVT法生长碳化硅单晶时随炉退火的方法，为该方法配备一晶体生长用单晶炉，该单晶炉包括坩埚、发热筒、保温结构和感应线圈，所述坩埚置于所述发热筒内，与坩埚连接有驱动其在发热筒内上下移动的提拉机构，发热筒四周包覆有所述保温结构，所述感应线圈与发热筒配合使用，对发热筒感应加热；
该方法包括如下步骤：
步骤1）调整所述保温结构使所述发热筒内得到理想的温区分布，在所述坩埚内进行碳化硅晶体生长；
步骤2）碳化硅晶体生长完成后，使用所述提拉机构控制所述坩埚，将其移至所述发热筒内低于晶体生长温度的区域；
步骤3）待晶体温度恒定后，启动温控程序将单晶炉内温度缓慢降至室温，降温后出炉、取锭。
进一步，所述步骤1）和所述步骤2）中加热筒内的温度呈现轴向中心温度最高，沿轴向向发热筒两端温度逐渐递减分布，适于晶体生长的温区位于加热筒中部，低于晶体成长的温区靠近加热筒两端。
进一步，包覆在所述发热筒外侧壁的所述保温结构厚于包覆在发热筒上部和下部的保温结构。
进一步，包覆在所述发热筒外侧壁的所述保温结构与包覆在发热筒上部和下部的保温结构材质不同，包覆在所述发热筒外侧壁的保温结构的保温性能优于包覆在发热筒上部和下部的保温结构。
进一步，所述单晶炉是但不限于冷壁生长炉或热壁石英管式炉。
进一步，所述提拉机构包括与所述坩埚连接的提拉杆和所述提拉杆下端连接的驱动装置。
进一步，该方法生长的所述碳化硅晶体包括但不限于直径为6英寸氮化硅晶体。
进一步，所述发热筒的高度接近于所述感应线圈的高度。
本发明的方法是在晶体高温生长后不经过降温-出炉-取锭的步骤直接将晶体移动至晶体生长温度点以下的温区，再进行降温，在单晶炉内即完成退火，无需二次装炉退火，以避免裂纹的产生。
附图说明
图1为本发明的单晶炉系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式作详细说明。
实施例1
本实施例中的PVT法生长碳化硅单晶时随炉退火的方法，需要配备如图1所示的晶体生长用单晶炉系统，包括：坩埚2、发热筒1、保温结构3和感应线圈7，其中，坩埚2优选为石墨坩埚，在坩埚2的底部装有一定量的碳化硅料源5，在坩埚2盖的内侧粘结有碳化硅籽晶，坩埚2置于发热筒1内，坩埚2底部连接有提拉结构，由提拉机构控制坩埚2在在发热筒1内上下移动，在本实施例中提拉机构包括提拉杆4和驱动装置，提拉杆4与坩埚2底部连接，驱动装置连接提拉杆4下端，生长时，由驱动装置控制提拉杆4转动，并且能够控制提拉杆4上下移动，驱动装置具体为减速电机。发热筒1四周包覆有保温结构3，感应线圈7与发热筒1配合使用，发热筒1的高度接近于感应线圈7的高度。
该单晶炉可以是冷壁生长炉，也可以是热壁石英管式炉。
在用物理气相传输法生长碳化硅单晶之前，预先调整发热筒1的高度接近于感应线圈7高度，再调整发热筒1上部、下部、外侧壁的保温结构3，使其加热时满足最高温度点位于发热筒1的轴向中心，沿轴向向发热筒1两端温度逐渐递减分布，适于晶体生长的温区位于加热筒1的中部，低于晶体成长的温区靠近加热筒1的两端。
调整保温结构3可以是调整保温结构3的厚度，使包覆在发热筒1外侧壁的保温结构3厚于包覆在发热筒1上部和下部的保温结构3。也可以是调整保温结构3的材质，包覆在发热筒1外侧壁的保温结构3与包覆在发热筒1上部和下部的保温结构3材质不同，包覆在发热筒1外侧壁的保温结构3的保温性能优于包覆在发热筒1上部和下部的保温结构3。
晶体生长时，坩埚2的上半部分位于适于晶体生长的温区进行晶体生长（此时晶体6上部的应力大于晶体6下部），加热筒1内最高温度点达到2230℃，生长结束后使用提拉杆4将坩埚2下移80mm，即移至低于晶体生长的温区（保证坩埚2内的晶体6处于低于晶体生长的温区），此时晶体6上部的温度高于其下部的温度，降温过程中，受热胀冷缩性质的影响，晶体6上部应力的缩减量大于下部，以此达到去除晶体6内部应力的目的，出炉时晶体未开裂。
实施例2
参考图1，与实施例1基本相同，不同之处在于，晶体生长时，坩埚2的上半部分位于适于晶体生长的温区进行晶体生长（此时晶体6上部的应力大于晶体6下部），加热筒1内最高温度点达到2000℃，生长结束后使用提拉杆4将坩埚2下移30mm，即移至低于晶体生长的温区（保证坩埚2内的晶体6处于低于晶体生长的温区），此时晶体6上部的温度高于其下部的温度，降温过程中，受热胀冷缩性质的影响，晶体6上部应力的缩减量大于下部，以此达到去除晶体6内部应力的目的，出炉时晶体未开裂。
上述示例只是用于说明本发明，本发明的实施方式并不限于这些示例，本领域技术人员所做出的符合本发明思想的各种具体实施方式都在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种PVT法生长碳化硅单晶时随炉退火的方法，其特征在于，为该方法配备一晶体生长用单晶炉，该单晶炉包括坩埚、发热筒、保温结构和感应线圈，所述坩埚置于所述发热筒内，与坩埚连接有驱动其在发热筒内上下移动的提拉机构，发热筒四周包覆有所述保温结构，所述感应线圈与发热筒配合使用，对发热筒感应加热；
该方法包括如下步骤：
步骤1）调整所述保温结构使所述发热筒内得到理想的温区分布，在所述坩埚内进行碳化硅晶体生长；
步骤2）碳化硅晶体生长完成后，使用所述提拉机构控制所述坩埚，将其移至所述发热筒内低于晶体生长温度的区域；
步骤3）待晶体温度恒定后，启动温控程序将单晶炉内温度缓慢降至室温，降温后出炉、取锭。
2.如权利要求1所述的PVT法生长碳化硅单晶时随炉退火的方法，其特征在于，所述步骤1）和所述步骤2）中加热筒内的温度呈现轴向中心温度最高，沿轴向向发热筒两端温度逐渐递减分布，适于晶体生长的温区位于加热筒中部，低于晶体成长的温区靠近加热筒两端。
3.如权利要求2所述的PVT法生长碳化硅单晶时随炉退火的方法，其特征在于，包覆在所述发热筒外侧壁的所述保温结构厚于包覆在发热筒上部和下部的保温结构。
4.如权利要求2所述的PVT法生长碳化硅单晶时随炉退火的方法，其特征在于，包覆在所述发热筒外侧壁的所述保温结构与包覆在发热筒上部和下部的保温结构材质不同，包覆在所述发热筒外侧壁的保温结构的保温性能优于包覆在发热筒上部和下部的保温结构。
5.如权利要求1所述的PVT法生长碳化硅单晶时随炉退火的方法，其特征在于，所述单晶炉是但不限于冷壁生长炉或热壁石英管式炉。
6.如权利要求1所述的PVT法生长碳化硅单晶时随炉退火的方法，其特征在于，所述提拉机构包括与所述坩埚连接的提拉杆和所述提拉杆下端连接的驱动装置。
7.如权利要求1所述的PVT法生长碳化硅单晶时随炉退火的方法，其特征在于，该方法生长的所述碳化硅晶体包括但不限于直径为6英寸氮化硅晶体。
8.如权利要求1所述的PVT法生长碳化硅单晶时随炉退火的方法，其特征在于，所述发热筒的高度接近于所述感应线圈的高度。
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