一种晶体生长后的退火及脱锅方法以及晶体制备方法技术

本发明专利技术公开一种晶体生长后的退火及脱锅方法以及晶体制备方法；所述退火及脱埚方法包括退火步骤以及退火步骤之后的脱埚步骤；具体地，退火步骤包括以下阶段：第一阶段：升温阶段，温度升高至所述覆盖剂的熔点以上、且低于晶体表面离解温度；第二阶段：恒温阶段，温度维持恒温，持续时间3～7h；第三阶段：调整晶体生长炉的倾斜角度，所述晶体生长炉沿纵向转动的角度介于95°～150°之间；本阶段温度继续维持恒温，持续时间1～4h；第四阶段：降温阶段，温度逐渐降温至室温；所述脱埚步骤具体包括：将所述坩埚从石英安瓿瓶中取出，经过40℃～80℃的超声波水浴，持续1～4h。本发明专利技术能够减少晶体制备工序，减少脱埚过程中对坩埚的损伤，保证了单晶的质量以及节约成本。

A method of annealing and debottling after crystal growth and crystal preparation

【技术实现步骤摘要】
一种晶体生长后的退火及脱锅方法以及晶体制备方法
本专利技术涉及晶体制备
，特别是涉及一种晶体生长后的退火及脱锅方法以及晶体制备方法。
技术介绍
磷化铟InP是极具战略性的重要半导体材料之一，在光通信、毫米波高频、低噪声、宽带微电子集成等领域具有重要的应用。目前磷化铟单晶生长方法主要是VGF法(垂直梯度凝固法)和VB法(垂直布里奇曼法)。采用VGF法进行晶体生长具有重复性好、可生长大直径晶体、位错密度缺陷低等优势，因此被广泛应用。一般，采用VGF法时需采用高质量、高纯度的热解氮化硼坩埚(PBN坩埚)来进行晶体生长，PBN坩埚采用底部为漏斗形状的结构，从而使生成的晶体的底部为锥形结构；目前采用VGF法进行晶体制备的工艺流程包括：晶体生长-脱埚-晶体退火；在晶体生长加热的过程中，生成的晶体与PBN坩埚内之间会包裹一层覆盖剂氧化硼层，由于晶体的比重重于覆盖剂氧化硼，因此晶体受重力向下，而导致晶体的锥形部分与坩埚间的氧化硼层非常薄(参考图1)；晶体生长完成之后需要降温至室温，此时氧化硼固化后变得非常牢固，其与PBN坩埚贴合的比较紧密；之后的脱埚工序是将石英安瓿瓶生长管从单晶炉体中取出后，进行安瓿瓶破碎，将PBN坩埚取出，然后再经过90℃的水浴和(6-8)小时超声波的共同作用下，氧化硼逐渐溶于水，最终使得磷化铟晶体和PBN坩埚脱离；再之后的晶体退火是对脱埚的晶体棒进行切片处理，然后将晶体切片与红磷放入石英安瓿瓶内，盖上石英封帽，进行退火处理，退火时间约为60小时±10小时。上述可知，在传统的脱埚工序中，由于晶体的锥形部分与坩埚间的氧化硼非常薄，使得晶体的锥形部分的氧化硼与水接触面比较小，该部分较难溶于水，从而造成晶体的锥形部分脱锅困难，往往晶体与PBN坩埚分离时会对坩埚内壁造成严重的损伤，因此通常的PBN坩埚的使用次数在2-3次左右就需要更换，并且坩埚内壁划伤会产生孪晶现象。另外，退火工序持续时间往往需要数十小时，持续时间长，并且还需要将取出的晶体棒重新装入石英管，可能会造成晶体切片沾污而最终影响晶体的品质。
技术实现思路
本专利技术的第一目的旨在提供一种晶体生长后的退火及脱埚方法，能够减少晶体制备工序，减少晶体脱埚过程中对坩埚的损伤，保证了单晶的质量以及节约成本。本专利技术的第一目的采用以下技术方案实现：一种晶体生长后的退火及脱埚方法，所述晶体生长所述材料放置在底部为漏斗形状的坩埚内，所述坩埚封装在石英安瓿瓶中，所述石英安瓿瓶放置于晶体生长炉生长内，所述晶体在晶体生长炉内完成生长；晶体生长完成之后，所述坩埚内包括晶体以及晶体与所述坩埚内壁之间的覆盖剂，其特征在于，所述退火及脱埚方法包括退火步骤以及退火步骤之后的脱埚步骤；所述退火步骤在所述晶体生长炉内完成，包括以下阶段：第一阶段：升温阶段，温度升高至所述覆盖剂的熔点以上、且低于晶体表面离解温度；第二阶段：恒温阶段，温度维持恒温，持续时间3～7h；第三阶段：调整晶体生长炉的倾斜角度，所述晶体生长炉沿纵向转动的角度介于95°～150°之间；倾斜角度调整完成后继续维持恒温，持续时间1～4h；第四阶段：降温阶段，温度逐渐降温至室温；所述脱埚步骤具体包括：将所述坩埚从所述石英安瓿瓶中取出，经过40℃～80℃的超声波水浴，持续1～4h。作为具体地技术方案，所述退火步骤的第一阶段中，升温速率为2℃～5℃/min。作为更具体地技术方案，所述退火步骤的第一阶段中，升温速率为3℃/min。作为具体地技术方案，所述晶体为磷化铟单晶，所述坩埚为PBN坩埚，所述覆盖剂为氧化硼；所述退火步骤的第一阶段中，温度升高至400℃～700℃。作为更具体地技术方案，所述晶体生长炉从下到上依次设置有第一温区、第二温区、第三温区及第四温区；所述退火步骤的第一阶段中，第一温区、第二温区、第三温区的温度升高至600℃，第四温区的温度升高至400℃。作为具体地技术方案，所述退火步骤的第二阶段中，温度维持恒温的持续时间为4h。作为具体地技术方案，所述退火步骤的第三阶段中，所述晶体生长炉沿纵向转动的角度为135°。作为具体地技术方案，所述退火步骤的第四阶段中，降温速率为2℃～5℃/min。作为具体地技术方案，所述脱埚步骤中，超声波水浴温度为60℃，持续时间2h。本专利技术的第二目的旨在提供一种的晶体的制备方法。本专利技术的第二目的采用以下技术方案实现：一种晶体的制备方法，包括以下步骤：S1：对石英安瓿瓶、石英封帽、坩埚均采用如下方式清洗：首先采用有机溶剂擦洗，并用去离子水冲洗，接着用酸或王水进行浸泡清洗，最后用去离子水冲洗干净，并烘干备用；S2：对石英安瓿瓶、石英封帽和坩埚进行真空退火；S3：坩埚放在石英安瓿瓶内，将所需原材料装入PBN坩埚内部，然后对石英安瓿瓶进行抽真空；所述原材料包括覆盖剂；S4：将封闭的石英安瓿瓶放入晶体生长炉内，控制石英安瓿瓶的升温温度梯度、恒温过程以及降温速率，在PBN坩埚内完成晶体生长；其特征在于，步骤S4之后还包括第一目的的技术方案所述的退火步骤及脱埚步骤。本专利技术所产生的有益的技术效果是：本专利技术的退火及脱埚方法，简化了晶体制备的程序步骤，减少了传统的退火工序所需要的时间，通过对退火及脱埚工艺的优化和改进，大幅降低了坩埚的损伤，使得晶体生长过程中出现栾晶及花晶的比例明显降低，进一步提高了晶体的质量，位错密度缺陷明显降低了(10～15)％左右，同时坩埚的使用次数比原工艺提高了2倍，可以大幅降低生产成本。附图说明图1是本专利技术实施例一提供的晶体生长炉的剖面示意图(晶体生长炉处于垂直位置)；图2是本专利技术各实施一提供的晶体生长炉的剖面示意图(晶体生长炉处于倾斜状态)；图3是本专利技术各实施例二提供的晶体生长装置的结构示意图(晶体生长炉处于垂直位置)；图4是本专利技术各实施例二提供的晶体生长装置的结构示意图(晶体生长炉处于倾斜状态)。具体实施方式下面结合附图与具体实施方式对本专利技术作进一步详细的描述。实施例一结合图1～4，以磷化铟单晶的制备为例进行说明。本实施例提供了一种晶体制备的方法，包括以下步骤：S1：对石英安瓿瓶11、石英封帽、PBN坩埚12均采用如下方式清洗：首先采用有机溶剂擦洗，并用去离子水冲洗，接着用酸或王水进行浸泡清洗，最后用去离子水冲洗干净，并烘干备用；S2：对石英安瓿瓶11、石英封帽和PBN坩埚12进行真空退火；S3：PBN坩埚12放在石英安瓿瓶11内，将所需原材料装入PBN坩埚12内部，然后对石英安瓿瓶11进行抽真空，当真空度达到设计要求，盖上石英封帽，对石英安瓿瓶11进行封管处理；真空度保持在4*10-4～8*10-3mmHg之间，优选的真空度为10-4mmHg，完成对石英安瓿瓶11的封焊；本步骤在PBN坩埚内所装入的原材料为：覆盖剂、红磷、磷化铟多晶，在一个实施例中覆盖剂使用氧化硼。...

【技术保护点】
1.一种晶体生长后的退火及脱埚方法，所述晶体生长所述材料放置在底部为漏斗形状的坩埚内，所述坩埚封装在石英安瓿瓶中，所述石英安瓿瓶放置于晶体生长炉生长内，所述晶体在晶体生长炉内完成生长；晶体生长完成之后，所述坩埚内包括晶体以及晶体与所述坩埚内壁之间的覆盖剂，其特征在于，所述退火及脱埚方法包括退火步骤以及退火步骤之后的脱埚步骤；/n所述退火步骤在所述晶体生长炉内完成，包括以下阶段：/n第一阶段：升温阶段，温度升高至所述覆盖剂的熔点以上、且低于晶体表面离解温度；/n第二阶段：恒温阶段，温度维持恒温，持续时间3～7h；/n第三阶段：调整晶体生长炉的倾斜角度，所述晶体生长炉沿纵向转动的角度介于95°～150°之间；倾斜角度调整完成后继续维持恒温，持续时间1～4h；/n第四阶段：降温阶段，温度逐渐降温至室温；/n所述脱埚步骤具体包括：将所述坩埚从所述石英安瓿瓶中取出，经过40℃～80℃的超声波水浴，持续1～4h。/n

【技术特征摘要】
1.一种晶体生长后的退火及脱埚方法，所述晶体生长所述材料放置在底部为漏斗形状的坩埚内，所述坩埚封装在石英安瓿瓶中，所述石英安瓿瓶放置于晶体生长炉生长内，所述晶体在晶体生长炉内完成生长；晶体生长完成之后，所述坩埚内包括晶体以及晶体与所述坩埚内壁之间的覆盖剂，其特征在于，所述退火及脱埚方法包括退火步骤以及退火步骤之后的脱埚步骤；
所述退火步骤在所述晶体生长炉内完成，包括以下阶段：
第一阶段：升温阶段，温度升高至所述覆盖剂的熔点以上、且低于晶体表面离解温度；
第二阶段：恒温阶段，温度维持恒温，持续时间3～7h；
第三阶段：调整晶体生长炉的倾斜角度，所述晶体生长炉沿纵向转动的角度介于95°～150°之间；倾斜角度调整完成后继续维持恒温，持续时间1～4h；
第四阶段：降温阶段，温度逐渐降温至室温；
所述脱埚步骤具体包括：将所述坩埚从所述石英安瓿瓶中取出，经过40℃～80℃的超声波水浴，持续1～4h。


2.根据权利要求1所述的退火及脱埚方法，其特征在于，所述退火步骤的第一阶段中，升温速率为2℃～5℃/min。


3.根据权利要求2所述的退火及脱埚方法，其特征在于，所述退火步骤的第一阶段中，升温速率为3℃/min。


4.根据权利要求1～3任意一项所述的退火及脱埚方法，其特征在于，所述晶体为磷化铟单晶，所述坩埚为PBN坩埚，所述覆盖剂为氧化硼；所述退火步骤的第一阶段中，温度升高至400℃～700℃。


5.根据权利要求4所述的退火及脱埚方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：段满龙，赵有文，杨俊，刘京明，卢伟，
申请(专利权)人：珠海鼎泰芯源晶体有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44