半导体晶体生长用石英坩埚镀氮化硼膜的方法技术

本申请提供一种半导体晶体生长用石英坩埚镀氮化硼膜的方法。本申请采用溶胶法在石英坩埚内表面镀氮化硼膜，所述氮化硼膜在较低温度下即可生成，且可以均匀且致密的附着在光滑的石英坩埚内表面，当镀氮化硼膜的石英坩埚用于半导体晶体生长时，可以避免石英中的Si污染晶体。此外本申请所用原料简单易得、无毒无害，制备工艺相对安全。

【技术实现步骤摘要】
半导体晶体生长用石英坩埚镀氮化硼膜的方法
本申请涉及半导体材料领域，尤其涉及一种半导体晶体生长用石英坩埚镀氮化硼膜的方法。
技术介绍
氮化硼(BN)是一种耐热、耐腐蚀、且导热性能优良的陶瓷化合物，按其结构可分为无定形氮化硼(α-BN)、六方氮化硼(h-BN)、立方氮化硼(c-BN)和纤维锌矿结构氮化硼(w-BN)。基于结构稳定性、制备条件、性能等诸多因素考虑，h-BN是应用最为广泛的氮化硼，可用于制造各种氮化硼模具。目前用于生长化合物半导体晶体所用的氮化硼坩埚(PBN，热解氮化硼)的主要结构就是h-BN，其制备方法是在约1700℃下，通入氮源气体和硼源气体，利用化学气相沉积(CVD)或物理气相沉积(PVD)得到氮化硼模具，复杂的制备方法和苛刻的制备条件决定了氮化硼坩埚高昂的价格。石英是透明的非晶SiO2玻璃，其软化点约为1700℃，可以耐除HF酸之外的所有酸性溶剂。相对氮化硼坩埚，石英坩埚易于加工成型，且价格低，相同尺寸的石英坩埚价格仅是氮化硼坩埚价格的1/10。石英的应力变化点约为1050℃，退火温度约为1200℃，该温度下，石英开始出现略微塑形形变。若直接在石英坩埚表面生长化合物半导体晶体，会引起晶体中的Si污染问题，这对于合成非掺的晶体和N-型晶体是非常不利的。为了避免高温下石英坩埚中的Si进入晶体而对晶体造成污染，可在石英坩埚内表面涂镀一层薄膜来避免晶体与石英坩埚直接接触，其中最常用的薄膜材料就是氮化硼。Shetty等人以B3N3H6作为原料，将其通入沉积炉内，在1100℃下加热分解得到BN和H2，将分解得到的BN沉积到石英安瓿瓶表面上，从而得到一层BN膜，参考ShettyR,WilcoxWR,Boronnitridecoatingonfusedsilicaampoulesforsemiconductorcrystalgrowth,JournalofCrystalGrowth,1995,153:97–102。由文中可知，当温度达到900℃以上，B3N3H6开始分解生成BN，分解产生的BN颗粒会沉积到安瓿瓶内表面的任意处。采用该方法涂镀石英坩埚会导致石英坩埚的内外表面均是氮化硼膜，从而导致原料的浪费，因此该方法镀氮化硼膜的选择性较差。另外其采用的B3N3H6是以一种易燃易爆的气体，对设备密封性要求较高。Yu等人以B2O3作为硼源，氮气和氨气的混合气体作为氮源，当温度为700℃时，使熔融的氧化硼与氨气反应生成BN和H2O，反应方程式为：B2O3(l)+2NH3＝2BN+3H2O，参考YuZ,WangS,Synthesisofboronnitridecoatingsonquartzfibers:Thicknesscontrolandmechanismresearch,AppliedSurfaceScience,2011,257(24):10752-10757。该方法先用乙醇或甲醇溶解B2O3得到饱和氧化硼醇溶液，然后将石英纤维置于饱和溶液中一段时间，再缓慢拖拉出石英纤维晾干，其中甲醇或乙醇快速挥发，氧化硼沉积在石英纤维上，再将附有氧化硼的石英纤维置于合成炉内，加热到700℃以上氮化得到BN膜。然而该方法并不适用于在润湿性差、表面光滑、比表面积小的石英坩埚表面上涂镀氮化硼膜，容易造成B2O3分布不均匀，尤其是有机醇溶剂挥发后，沉积的B2O3颗粒大小不一、分布不均匀，影响晶体生长效果。附图说明图1为实施例1的石英坩埚内表面氮化硼膜的显微镜图；图2为石英坩埚，其中，A型石英坩埚、B型石英坩埚用于多晶生长，C型石英坩埚用于单晶生长。
技术实现思路
鉴于
技术介绍
中存在的问题，本申请的目的在于提供一种半导体晶体生长用石英坩埚镀氮化硼膜的方法，其能在石英坩埚内表面镀上一层均匀且致密的氮化硼膜，避免石英中的Si污染晶体。为了达到上述目的，在本申请提供了一种半导体晶体生长用石英坩埚镀氮化硼膜的方法，其包括步骤：S1，将硼酸、尿素按一定比例加入到溶剂中配制成硼酸尿素溶液，然后加入丙烯酰胺单体、交联剂以及引发剂，搅拌并升温使其反应，反应结束后得到分散相为硼酸和尿素、分散介质为交联聚丙烯酰胺的溶胶；S2，将得到的溶胶均匀涂覆于石英坩埚内表面，然后置于恒温箱中干燥除去溶胶内的溶剂并使溶胶定型；S3，将干燥后的石英坩埚置于反应炉内，升温使硼酸分解为三氧化二硼，保温一段时间使交联聚丙烯酰胺分解成气体；S4，继续升温并同时向反应炉内通入氮气或惰性气体置换反应炉内气体，待反应炉内气体被完全置换出后，关掉氮气或惰性气体，通入氨气，保温使熔融的三氧化二硼与氨气进行反应；S5，反应结束后关闭氨气，向反应炉内通入氮气或惰性气体，降温至常温，即完成在半导体晶体生长用石英坩埚镀氮化硼膜。相对于现有技术，本申请至少包括如下所述的有益效果：本申请采用溶胶法在石英坩埚内表面镀氮化硼膜，所述氮化硼膜在较低温度下即可生成，且可以均匀且致密的附着在光滑的石英坩埚内表面，当镀氮化硼膜的石英坩埚用于半导体晶体生长时，可以避免石英中的Si污染晶体。此外本申请所用原料简单易得、无毒无害，制备工艺相对安全。具体实施方式下面详细说明根据本申请的半导体晶体生长用石英坩埚镀氮化硼膜的方法。根据本申请的半导体晶体生长用石英坩埚镀氮化硼膜的方法包括步骤：S1，将硼酸、尿素按一定比例加入到溶剂中配制成硼酸尿素溶液，然后加入丙烯酰胺单体、交联剂以及引发剂，搅拌并升温使其反应，反应结束后得到分散相为硼酸和尿素、分散介质为交联聚丙烯酰胺的溶胶；S2，将得到的溶胶均匀涂覆于石英坩埚内表面，然后置于恒温箱中干燥除去溶胶内的溶剂并使溶胶定型；S3，将干燥后的石英坩埚置于反应炉内，升温使硼酸分解为三氧化二硼，保温一段时间使交联聚丙烯酰胺分解成气体；S4，继续升温并同时向反应炉内通入氮气或惰性气体置换反应炉内气体，待反应炉内气体被完全置换出后，关掉氮气或惰性气体，通入氨气，保温使熔融的三氧化二硼与氨气进行反应；S5，反应结束后关闭氨气，向反应炉内通入氮气或惰性气体，降温至常温，即完成在半导体晶体生长用石英坩埚镀氮化硼膜。在本申请所述的方法中，采用溶胶法在石英坩埚内表面镀氮化硼膜，溶胶可以很好的浸润光滑的石英坩埚内表面，除去溶胶内的溶剂后形成的细小B2O3颗粒可以均匀的覆盖石英坩埚内表面，B2O3颗粒氮化后可以在石英坩埚内表面形成均匀且致密的氮化硼膜，避免石英中的Si污染晶体。同时本申请所用原料简单易得、无毒无害，制备工艺相对安全。本申请的制备方法避免了化学气相沉积(CVD)法镀膜原料易燃易爆和无法选择性镀膜的缺陷。另外，本申请的制备方法还解决了三氧化二硼醇溶液难以浸润光滑石英坩埚内表面，导致沉积出的B2O3颗粒不均匀，所得氮化硼膜层不均匀的缺陷。在本申请所述的方法中，步骤S1中，优选地，硼酸的纯度大于等于5N，使用的尿素、溶剂、丙烯酰胺单体、引发剂、交联剂的纯度均选择分析纯以上，避免引入其它杂质。在本申请所述的方法中，步骤S1中，使用的溶剂的种类没有具体的限制，可根据实际需求进行选择。优选地，溶剂为有机溶剂和去离子水的混合物，其中，有机溶剂可选自甲醇、乙醇或甲醇和乙醇的混合溶液。优选地，有机溶剂与去离子水的体积比为1:1～1:3，进一步优选地，有机溶剂与去离子水的体积比为1:1。在本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体晶体生长用石英坩埚镀氮化硼膜的方法，其特征在于，包括步骤：S1，将硼酸、尿素按一定比例加入到溶剂中配制成硼酸尿素溶液，然后加入丙烯酰胺单体、交联剂以及引发剂，搅拌并升温使其反应，反应结束后得到分散相为硼酸和尿素、分散介质为交联聚丙烯酰胺的溶胶；S2，将得到的溶胶均匀涂覆于石英坩埚内表面，然后置于恒温箱中干燥除去溶胶内的溶剂并使溶胶定型；S3，将干燥后的石英坩埚置于反应炉内，升温使硼酸分解为三氧化二硼，保温一段时间使交联聚丙烯酰胺分解成气体；S4，继续升温并同时向反应炉内通入氮气或惰性气体置换反应炉内气体，待反应炉内气体被完全置换出后，关掉氮气或惰性气体，通入氨气，保温使熔融的三氧化二硼与氨气进行反应；S5，反应结束后关闭氨气，向反应炉内通入氮气或惰性气体，降温至常温，即完成在半导体晶体生长用石英坩埚镀氮化硼膜。

【技术特征摘要】
1.一种半导体晶体生长用石英坩埚镀氮化硼膜的方法，其特征在于，包括步骤：S1，将硼酸、尿素按一定比例加入到溶剂中配制成硼酸尿素溶液，然后加入丙烯酰胺单体、交联剂以及引发剂，搅拌并升温使其反应，反应结束后得到分散相为硼酸和尿素、分散介质为交联聚丙烯酰胺的溶胶；S2，将得到的溶胶均匀涂覆于石英坩埚内表面，然后置于恒温箱中干燥除去溶胶内的溶剂并使溶胶定型；S3，将干燥后的石英坩埚置于反应炉内，升温使硼酸分解为三氧化二硼，保温一段时间使交联聚丙烯酰胺分解成气体；S4，继续升温并同时向反应炉内通入氮气或惰性气体置换反应炉内气体，待反应炉内气体被完全置换出后，关掉氮气或惰性气体，通入氨气，保温使熔融的三氧化二硼与氨气进行反应；S5，反应结束后关闭氨气，向反应炉内通入氮气或惰性气体，降温至常温，即完成在半导体晶体生长用石英坩埚镀氮化硼膜。2.根据权利要求1所述的半导体晶体生长用石英坩埚镀氮化硼膜的方法，其特征在于，步骤S1中，加入的硼酸与尿素的质量比为1:1～1:4，优选地，加入的硼酸与尿素的质量比为1:2。3.根据权利要求1所述的半导体晶体生长用石英坩埚镀氮化硼膜的方法，其特征在于，步骤S1中，所述硼酸的含量为所述硼酸尿素溶液总质量的2％～8％，优选地，所述硼酸的含量为所述硼酸尿素溶液总质量的4％～6％；所述尿素的含量为所述硼酸尿素溶液总质量的2％～12％，优选地，所述尿素的含量为所述硼酸尿素溶液总质量的4％～8％。4.根据权利要求1所述的半导体晶体生长用石英坩埚镀氮化硼膜的方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：白平平，朱刘，张强，黄成建，陈伟杰，危严，黄宇彬，
申请(专利权)人：广东先导先进材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44