CN114959887A - 利用碳化硅长晶余料进行晶体生长的方法 - Google Patents
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Abstract
利用碳化硅长晶余料进行晶体生长的方法，涉及碳化硅单晶生长领域，具体涉及一种物理气相传输法（PVT）生长碳化硅单晶长晶余料再次用于晶体生长的方法。本发明的方法余料返料切割为块状，至少为一块设置在长晶坩埚中，籽晶长晶表面与最上层余料返料的上表面之间的距离为30~50mm，余料返料下依次设置硅粉层及碳化硅粉料。使用该方法，相比较传统的余料使用方法或处理工艺，有良好的效果：一是，余料用于再次长晶，避免了资源的浪费，降低了长晶成本；二是，处理的流程较为简单，不容易在处理过程中引入新的杂质；三是，生长的晶体品质与完全使用粉料长晶达到了同样的水平。
Description
技术领域
本发明涉及碳化硅单晶生长领域，具体涉及一种物理气相传输法（PVT）生长碳化硅单晶长晶余料再次用于晶体生长的方法。
技术背景
作为第三代半导体材料的重要代表之一，碳化硅单晶材料有禁带宽度大、饱和电子迁移率高、耐击穿场大、热导率高等优越的特性。生长碳化硅单晶广泛使用PVT法，使用该方法生长晶体完成后，坩埚内长晶余料较多。
目前，处理该部分长晶余料的普遍办法，中国专利碳化硅单晶生长中废料的回收处理方法，公开号CN113564712A，主要是进行粉碎、氧化、酸洗等工艺处理，得到的高纯粉料再次用于晶体生长。该方法较好的处理了长晶余料，但是，处理的流程较为复杂，相应的增加了碳化硅晶片产业化成本，也容易在处理过程中引入新的杂质。
中国专利碳化硅长晶剩料的综合利用方法，授权公告号CN109280977B，将碳化硅长晶剩料中的碳化硅去除获得高纯碳材料，该高纯碳材料用于制作保温结构的填充物，保温结构中的填充物被侵蚀不能用于保温时，再重复装填该高纯碳材料。该方法一定程度上解决了余料的利用，主要是使用石墨化后的碳颗粒作为长晶保温材料，没有提出剩余的碳化硅多晶结晶的处理办法。
其它一些处理方法，例如精密光学镜片初次抛光使用的碳化硅粉，按照使用要求粉碎、筛分，并在该碳化硅粉中通过化学处理的工艺掺入铁及其它元素，改性成为适用于镜片抛光的金刚石微粉；钢铁冶金行业使用碳化硅粉作为脱氧剂。这些处理的方法都在一定程度上解决了长晶余料的浪费，但是，产生的价值相对再次用于晶体生长较为有限，或者处理成本较高以及对环境造成污染。
PVT长晶使用的是纯度达99.99%以上的高纯碳化硅粉，经过高温长晶的余料中铝、硼、磷等一些杂质进一步被去除，可以看作是再一次的纯化了碳化硅粉料。存在的问题是，碳化硅粉料经过长时间的灼烧，靠近坩埚的部分发生了石墨化转化为碳颗粒，以及中间的部分烧结成致密的大块多晶，该大块多晶边缘部分还存在一定的失硅现象。
中国专利CN110055587B提出一种使用长晶粉料制备碳化硅结晶圆饼阻挡坩埚底部原料的碳颗粒输运，简便、高效的降低碳化硅单晶生长过程中的碳粒子包裹体。该专利不足之处是需要耗费长晶用的粉料制作结晶圆饼，降低了粉料利用率。中国专利CN113136623A，将混合了粘合剂的碳化硅颗粒混合物烧结形成碳化硅多晶多孔块体，去除残余碳后将碳化硅多晶多孔块体放置于坩埚中碳化硅粉体上部，使碳化硅粉体和坩埚顶部的碳化硅籽晶相隔离，之后采用物理气相传输法制备碳化硅单晶。该专利详细描述了多晶多孔块体的制作过程，以及该块体在长晶中的应用和起到的有益效果，该多晶多孔块体也同样需要耗费碳化硅粉料。中国专利CN110983434A在碳化硅粉料和籽晶之间设置碳化硅晶体块，碳化硅粉料升华后在所述碳化硅晶体块处结晶，生成碳化硅过渡层，碳化硅过渡层升华后在籽晶处结晶，生长得到碳化硅单晶。该专利介绍了使用晶体块的几何尺寸，以及安装的位置，设定的长晶温度，能够达到的有益效果，生长的是直径4英寸（100mm）的单晶，但单晶生长涉及的热场结构、压力、时长没有记载。
发明内容
本发明的目的是进一步合理的使用长晶余料，提高长晶余料的附加值。
利用碳化硅长晶余料进行晶体生长的方法，其特征在于余料返料切割为块状，至少为一块设置在长晶坩埚中，籽晶长晶表面与最上层余料返料的上表面之间的距离为30~50mm，余料返料下依次设置硅粉层及碳化硅粉料；
长晶过程中，控制高温位置为坩埚底部向上20~50mm范围，控制过程分为两个阶段：
第一阶段，温度2050~2150℃，持续通入保护性气体使炉内压力350~550mbar，持续保温10~20h；
第二阶段，分为两个步骤：a持续通入保护性气体使炉内压力10~20mbar，保持使用第一阶段温度控制所用的中频电源功率，控制炉内长晶温度，等待3~6h直至温度保持在2150~2250℃，保温40~60h；b加热功率保持不变，持续通入保护性气体使炉内压力4~10mbar，持续保温30~40h至长晶完成。
所述的硅粉料，添加厚度为2~10mm，粒径0.5~2mm。
所述的余料返料为圆饼状，切割所选取的长晶余料锭块上表面重结晶的碳化硅晶粒粒度小于3mm；从烧结形成的大块类圆柱体余料锭块上表面到明显变径位置长度大于100mm，直径小于坩埚0~10mm，锭块呈现绿色或浅绿色。
本发明余料选取长晶余料。长晶粉料经过长晶，过程中在高温状态下保持较长时间，粉料中的Al、P 、B等杂质更进一步的被去除，对粉料进行了再一次的提纯。同时，置于坩埚内的长晶粉料经过烧结、升华、结晶等过程，形成中间部分密实、边沿靠下部分松散的类圆柱体。根据长晶实际情况，选取外形较好的余料锭块。余料锭块边缘附着物，有两部分区域需要清除，一部分是完全损失硅而呈松散状的碳颗粒，该部分采用压缩空气进行吹扫即可，还有一部分是损失了部分硅，形状为大块并呈现为黑色，该部分硬度较高，需要借助角磨机、带锯等工具进行清除，直到出现其它颜色为止。
生长导电型碳化硅单晶时，所用粉料含有氮，大部分颗粒呈现绿色或浅绿色。清除余料周边碳颗粒，直到出现较多的绿色或浅绿色的部分。
长晶余料锭块沿中轴线剖开，可以明显观察到束流线，该束流线是长晶过程中长晶组分气氛向上输运形成的通道，通道流向在温度较高的地方收窄，向上输运的过程中，长晶温度逐渐下降，热传导、热对流对长晶气氛组分向心约束力减弱，长晶气氛组分在径向指向边缘传输，通道由下到上呈现向外散射的形状，气氛组分在通道内一直传输到粉料上表面并透出。长晶温度梯度控制较好时，组分气氛在输运的过程中较少的发生重结晶现象，不容易有粒度3mm以上大颗粒碳化硅重结晶体，即气氛组分传输不容易被遮挡，也就不会发生过大的扰动影响长晶界面的凝华结晶。
在长晶发生的后期，长晶用石墨坩埚趋肤效应的存在，靠近坩埚边缘的粉料不可避免的发生石墨化，有细微碳颗粒的产生，质量较轻的碳颗粒在温度梯度存在的长晶坩埚内，从温度较高的粉料升华区域向温度较低的长晶界面传输。传输路径有两条，一条是沿石墨坩埚内壁向上传输，另一条就是沿束流线进行。当微小碳颗粒沿束流线进行时，束流线通道阻挡了部分碳颗粒，对生长晶体品质的提高起到了好的作用。
返料再次用于晶体生长的余料存在部分失硅的情况，靠近坩埚的部分硅的缺失越明显，需要补充部分的硅粉。补充硅粉时，在余料返料的表面进行敷设或沾附。
本发明的晶体生长控制过程中，两个阶段的作用是：
第一阶段：控制高温位置20~50mm，温度控制2050~2150℃，持续通入保护性气体控制炉内压力350~550mbar，持续保温10~20h。该工艺一是在该温度、压力条件下，碳化硅粉料不会升华，即长晶界面还没有组分堆积；二是适当提高温度，延长保温时间，使向长晶物料传导、对流的热量更充分，原因是加入的余料返料块内部靠近中心部位的温度更稳定，在降压生长时，长晶气氛组分不会在余料返料块内部重结晶阻塞束流线通道；三是补充的硅组分能够更好的中和返料块碳组分；
第二阶段：分为两个步骤，a，持续通入保护性气体控制炉内压力10~20mbar，保持使用第一阶段温度控制所用的中频电源功率，控制炉内长晶温度，等待3~6h直至温度恒定不变，不变的温度在2150~2250℃区间，保温40~60h；b，加热功率保持不变，持续通入保护性气体控制炉内压力4~10mbar，持续保温30~40h。通过步骤a的长晶过程，粉料物料被石墨化较为严重，物料呈现失硅富碳的状态，此时，使用更低压力，促进余料返料块升华，升华的组分补充长晶气氛组分，富碳状态得到改善，使长晶气氛组分趋向平衡，进一步的，长晶界面不会过于富碳引发微管、空洞等缺陷的增加。在步骤b使用更低的炉内压力，加快物料的升华，主要是余料返料块的升华。
使用本发明，达到以下技术效果：
（1）能够生长导电型4H-SiC单晶，生长的单晶品质与完全使用高纯碳化硅粉料相同；
（2）相比较余料再处理制备成粉料用于长晶，处理的流程较为简单，不容易在处理过程中引入新的杂质。
附图说明
图1为实施例1装料示意图。
图2为实施例2装料示意图。
图3为 长晶余料结构示意图。
图4为实施例1加工完成的导电型4H-SiC晶片。
图5为实施例2加工完成的导电型4H-SiC晶片。
图6 导电型4H-SiC晶片拉曼散射图谱。
其中，1单晶体；2石墨坩埚；3余料返料；4硅粉；5碳化硅粉料；30 上表面重结晶成型的较大颗粒；31烧结形成的大块类圆柱体多晶区域；32明显变径位置；33粉料完全石墨化形成的碳颗粒区域。
具体实施方式
实施例1：利用碳化硅长晶余料进行晶体生长的方法，选用PVT碳化硅单晶生长炉，生长炉长晶腔是高纯石英管内径至少400mm，能够完全放置包裹有高纯石墨毡的高纯石墨长晶结构。
所述长晶结构设置有籽晶托，由高纯石墨制成，用于粘接或搭接籽晶；籽晶托装配到盛装长晶原料的坩埚上，长晶气氛组分在该处进行凝华生长，最终完成生长成为单晶体。
所述坩埚用于盛装长晶原料，由高纯石墨制成，内径180mm，深度200mm；粘接或搭接籽晶完成的籽晶托与装料完成的坩埚通过螺纹连接，形成密闭或半密闭的用于长晶的结构。
所述的余料返料去除外表面呈现黑色或灰白色的部分，外表面整体呈现绿色或浅绿色，锯截去除余料返料硅组分损失较多的中下部分，加工成型为圆饼状，厚度40~60mm，直径170~180mm，上表面重结晶的碳化硅晶粒粒度小于3mm。
所述的长晶结构需要对其保温，保温材料为不感应中频线圈磁场发热的灰分20ppm的高纯石墨软毡或硬毡，径向和底部保温层厚度100mm，上保温层厚度50~100mm，中间位置设置通孔，直径10~20mm作为红外测温通道。
长晶原料的盛装方式如图1所示，具体为：
坩埚顶部为籽晶1；
从坩埚底部向上，则依次装入厚度150mm的碳化硅粉料5；厚度10mm的硅粉4；厚度40mm的余料返料3；装料完成，上表面与坩埚沿口持平；
碳化硅粉料5、硅粉4、余料返料3之间的间隙填充碳化硅粉料；
籽晶长晶表面与余料返料3的上表面之间的距离为30~50mm。
所述硅粉粒度0.5~2mm，碳化硅粉粒度0.5~1.5mm，没有细小颗粒。
长晶过程控制中频感应线圈位置，使坩埚受热高温位置在坩埚中下部分，坩埚内表面底部向上距离为30mm，第一阶段温度控制在2050~2150℃，持续通入保护性气体控制炉内压力550mbar，持续保温15h；第二阶段工艺控制，分为两个步骤：步骤a，持续通入保护性气体控制炉内压力15mbar，保持使用第一阶段温度控制所用的中频电源功率，控制炉内长晶温度，等待3~6h直至温度恒定不变，不变的温度在2150~2250℃，保温40h，步骤b，加热功率保持不变，持续通入保护性气体控制炉内压力10mbar，持续保温40h。
使用上述方法生长的单晶体经切片、研磨、抛光等加工过程，制得的6英寸导电型碳化硅晶片如图4所示。对该晶片作拉曼测试，测试选点如图6右上角所示，选取A~G共7个点进行测试，测试过程避开明显缺陷发生区域，结果如图6所示，散射图谱与GB/T 30656-2014相符，表现为单一4H晶型，说明使用该工艺可以完成6英寸导电型4H-SiC单晶的生长。
实施例2：利用碳化硅长晶余料进行晶体生长的方法，余料返料锯切成2块厚度10mm、1块厚度20mm、直径180mm的圆饼状。
长晶原料的盛装方式如图2所示，具体为：
坩埚顶部为籽晶；
从坩埚底部向上，则依次装入40mm厚度碳化硅粉料；2mm硅粉；10mm厚度余料返料块，该块取自失硅较少并有较多重结晶的区域，具体为图3所示31区域的最上部分；2mm厚度的硅粉；40mm厚度碳化硅粉料；2mm厚度的硅粉；10mm厚度的余料返料块；2mm厚度的硅粉；70mm厚度的碳化硅粉；2mm厚度的硅粉；20mm厚度的余料返料块；装料完成，上表面与坩埚沿口持平。
籽晶长晶表面与余料返料的上表面之间的距离为30~50mm。
所述硅粉粒度0.5~2mm，碳化硅粉粒度0.5~1.5mm，没有细小颗粒。
长晶过程控制中频感应线圈位置，使坩埚受热高温位置在坩埚中下部分，坩埚内表面底部向上，距离为45mm，第一阶段温度控制在2050~2150℃，持续通入保护性气体控制炉内压力450mbar，持续保温20h；第二阶段工艺控制，分为两个步骤：步骤a，持续通入保护性气体控制炉内压力12mbar，保持使用第一阶段温度控制所用的中频电源功率，控制炉内长晶温度，等待3~6h直至温度恒定不变，不变的温度在2150~2250℃，保温50h，步骤b，加热功率保持不变，持续通入保护性气体控制炉内压力5mbar，持续保温30h。
生长出的单晶体经切片、研磨、抛光等加工过程，制得的6英寸导电型碳化硅晶片如图5所示。使用该余料进行检测，检测方法同实施例1，散射图谱与GB/T 30656-2014相符，表现为单一4H晶型。说明使用该工艺可以完成6英寸导电型4H-SiC单晶的生长，并且，使用该装料方式，调整生长工艺，能较好的避免或减少包裹物和空洞缺陷的发生。
本实施例中保温方式，余料的切割以及坩埚结构同实施例1。
对比例1:PVT法生长6英寸导电型4H-SiC单晶，不放置余料返料块，完全使用粉料长晶。
坩埚保温完成，调整中频感应线圈位置，使坩埚受热高温位置在坩埚中下部分，具体位置是从坩埚内表面底部开始测量，距离为15~20mm；持续通入保护性气体控制炉内压力350~550mbar，温度控制2000~2150℃，持续保温2~3h；持续通入保护性气体控制炉内压力10~20mbar，温度控制2150~2250℃，持续保温60~80h进行长晶。
该对比例长晶工艺实验进行了两次，第一次生长的单晶经加工得到晶片与图4类似，有少量的包裹物和空洞；第二次长晶，在第一次的基础上，其它条件不作改变，优选了粉料的粒度，特别是敷设在最上面一层的粉料，控制粒径在0.5~2mm，尽量避免细小粉料的石墨化形成的碳颗粒向上输运到长晶界面引发缺陷，生长的单晶经加工，质量与图5相当，表明本发明使用余料返料块制备的晶体获得了与采用碳化硅粉料制备的晶体质量相当。
Claims (5)
1.利用碳化硅长晶余料进行晶体生长的方法，其特征在于余料返料切割为块状，至少为一块设置在长晶坩埚中，籽晶长晶表面与最上层余料返料的上表面之间的距离为30~50mm，余料返料下依次设置硅粉层及碳化硅粉料；
长晶过程中，控制高温位置为坩埚底部向上20~50mm范围，控制过程分为两个阶段：
第一阶段，温度2050~2150℃，持续通入保护性气体使炉内压力350~550mbar，持续保温10~20h；
第二阶段，分为两个步骤：a持续通入保护性气体使炉内压力10~20mbar，保持使用第一阶段温度控制所用的中频电源功率，控制炉内长晶温度，等待3~6h直至温度保持在2150~2250℃，保温40~60h；b加热功率保持不变，持续通入保护性气体使炉内压力4~10mbar，持续保温30~40h至长晶完成。
2.如权利要求1所述的利用碳化硅长晶余料进行晶体生长的方法，其特征在于所述碳化硅粉料、硅粉、余料返料之间的间隙填充碳化硅粉料。
3.如权利要求1所述的利用碳化硅长晶余料进行晶体生长的方法，其特征在于所述碳化硅粉粒度0.5~1.5mm，没有细小颗粒。
4.如权利要求1所述的利用碳化硅长晶余料进行晶体生长的方法，其特征在于所述的硅粉料，添加厚度为2~10mm，粒径0.5~2mm。
5.如权利要求1所述的利用碳化硅长晶余料进行晶体生长的方法，其特征在于所述的余料返料为圆饼状，切割所选取的长晶余料锭块上表面重结晶的碳化硅晶粒粒度小于3mm；从烧结形成的大块类圆柱体余料锭块上表面到明显变径位置长度大于100mm，直径小于坩埚0~10mm；锭块呈现绿色或浅绿色。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116553554A (zh) * | 2023-04-21 | 2023-08-08 | 昆明云锗高新技术有限公司 | 碳化硅粉料合成方法 |
| CN116575122A (zh) * | 2023-07-13 | 2023-08-11 | 宁波合盛新材料有限公司 | N型碳化硅晶体、制备方法及生长装置 |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016098162A (ja) * | 2014-11-26 | 2016-05-30 | 太平洋セメント株式会社 | 再生炭化ケイ素粉末の製造方法及び炭化ケイ素単結晶の製造方法 |
| CN107190323A (zh) * | 2017-06-06 | 2017-09-22 | 宝鸡文理学院 | 一种生长低缺陷碳化硅单晶的方法 |
| JP2018016498A (ja) * | 2016-07-25 | 2018-02-01 | 新日鐵住金株式会社 | 炭化珪素単結晶インゴットの製造方法 |
| JPWO2018051472A1 (ja) * | 2016-09-15 | 2019-06-27 | 岩谷産業株式会社 | ＳｉＣエピタキシャル成長炉系における三フッ化塩素クリーニング残渣除去方法 |
| WO2020080856A1 (ko) * | 2018-10-19 | 2020-04-23 | 한국세라믹기술원 | 증착공정에서 발생되는 탄화규소 부산물을 단결정 원료로 재생하는 방법 |
| CN111074341A (zh) * | 2019-11-22 | 2020-04-28 | 浙江大晶磊半导体科技有限公司 | 一种制备高纯原料的方法 |
| CN111575801A (zh) * | 2020-05-22 | 2020-08-25 | 北京北方华创微电子装备有限公司 | 一种制备方法和晶片生长原料 |
| CN112746325A (zh) * | 2020-12-18 | 2021-05-04 | 国宏中宇科技发展有限公司 | 一种碳化硅晶体生长余料处理再利用方法 |
| CN113355743A (zh) * | 2021-06-16 | 2021-09-07 | 哈尔滨科友半导体产业装备与技术研究院有限公司 | 一种对碳化硅晶体生长后的剩余烧结原料的再利用方法 |
| CN114182357A (zh) * | 2021-12-10 | 2022-03-15 | 中国电子科技集团公司第四十六研究所 | 一种碳化硅晶体的破碎晶粒用于再生长碳化硅单晶的方法 |
-
2022
- 2022-05-31 CN CN202210606746.1A patent/CN114959887B/zh active Active
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016098162A (ja) * | 2014-11-26 | 2016-05-30 | 太平洋セメント株式会社 | 再生炭化ケイ素粉末の製造方法及び炭化ケイ素単結晶の製造方法 |
| JP2018016498A (ja) * | 2016-07-25 | 2018-02-01 | 新日鐵住金株式会社 | 炭化珪素単結晶インゴットの製造方法 |
| JPWO2018051472A1 (ja) * | 2016-09-15 | 2019-06-27 | 岩谷産業株式会社 | ＳｉＣエピタキシャル成長炉系における三フッ化塩素クリーニング残渣除去方法 |
| CN107190323A (zh) * | 2017-06-06 | 2017-09-22 | 宝鸡文理学院 | 一种生长低缺陷碳化硅单晶的方法 |
| WO2020080856A1 (ko) * | 2018-10-19 | 2020-04-23 | 한국세라믹기술원 | 증착공정에서 발생되는 탄화규소 부산물을 단결정 원료로 재생하는 방법 |
| CN111074341A (zh) * | 2019-11-22 | 2020-04-28 | 浙江大晶磊半导体科技有限公司 | 一种制备高纯原料的方法 |
| CN111575801A (zh) * | 2020-05-22 | 2020-08-25 | 北京北方华创微电子装备有限公司 | 一种制备方法和晶片生长原料 |
| CN112746325A (zh) * | 2020-12-18 | 2021-05-04 | 国宏中宇科技发展有限公司 | 一种碳化硅晶体生长余料处理再利用方法 |
| CN113355743A (zh) * | 2021-06-16 | 2021-09-07 | 哈尔滨科友半导体产业装备与技术研究院有限公司 | 一种对碳化硅晶体生长后的剩余烧结原料的再利用方法 |
| CN114182357A (zh) * | 2021-12-10 | 2022-03-15 | 中国电子科技集团公司第四十六研究所 | 一种碳化硅晶体的破碎晶粒用于再生长碳化硅单晶的方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| E. TYMICKI ET AL.: "Initial stages of SiC crystal growth by PVT method.", 《CRYSTAL RESEARCH AND TECHNOLOGY》, vol. 42, no. 12, 10 November 2007 (2007-11-10), pages 1232 - 1236, XP071515088, DOI: 10.1002/crat.200711011 * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116553554A (zh) * | 2023-04-21 | 2023-08-08 | 昆明云锗高新技术有限公司 | 碳化硅粉料合成方法 |
| CN116553554B (zh) * | 2023-04-21 | 2024-05-14 | 昆明云锗高新技术有限公司 | 碳化硅粉料合成方法 |
| CN116575122A (zh) * | 2023-07-13 | 2023-08-11 | 宁波合盛新材料有限公司 | N型碳化硅晶体、制备方法及生长装置 |
| CN116575122B (zh) * | 2023-07-13 | 2023-10-03 | 宁波合盛新材料有限公司 | N型碳化硅晶体、制备方法及生长装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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