可释放碳化硅单晶生长应力的生长组件、设备及方法技术

本发明专利技术提供一种可释放碳化硅单晶生长应力的生长组件、设备及方法。生长组件包括位于外侧的中空筒状石墨层及位于内侧的薄壁低抗折强度石墨筒，且在中空筒状石墨层和薄壁低抗折强度石墨筒之间留有间隙；碳化硅单晶生长过程中，籽晶固定于所述生长组件的内侧。本发明专利技术通过对生长组件的结构进行优化设计，改良了与晶体接触的热场部件，因此减少了晶体生长、退火和冷却过程中产生的热应力，解决了出炉时晶体可能开裂的问题，同时可以降低BPD等晶体缺陷，提升晶体质量。提升晶体质量。提升晶体质量。

【技术实现步骤摘要】
可释放碳化硅单晶生长应力的生长组件、设备及方法


[0001]本专利技术涉及碳化硅生长
，特别是涉及一种可释放碳化硅单晶生长应力的生长组件、设备及方法。

技术介绍

[0002]以碳化硅(SiC)等宽禁带材料为代表的第三代半导体材料，因具有高击穿电场、高饱和电子速度、高热导率、高电子密度、高迁移率等优点而被认为是超越摩尔定律的重要内容。碳化硅晶体作为基础材料，其制造技术是实现第三代半导体应用的关键。
[0003]PVT法(Physical Vapor Transport，物理气相传输法)是碳化硅晶体生长的一种主流方法，其原理是采用感应或电阻加热的方式对密闭的坩埚系统加热，将作为生长源的固态混合物置于温度较高的坩埚底部，籽晶固定在温度较低的坩埚顶部，生长源在低压高温下升华分解产生气态物质，在由生长源与籽晶之间存在的温度梯度而形成的压力梯度的驱动下，这种气态物质自然输运到低温的籽晶位置，并由于超饱和度的产生而洁净生长。碳化硅晶体取出后进行机械切割、研磨和抛光。
[0004]在碳化硅的晶体生长过程中，晶体内部的应力是影响晶体质量的一个关键因素。晶体内部的应力主要来源于温度梯度和不同材料热膨胀系数不同导致的热应力。当晶体与不同热膨胀系数(CTE)的材料相接触时，在升温或冷却过程中，会对晶体造成挤压或拉伸。热应力则会以晶体开裂或者生成微观缺陷的方式表现出来。碳化硅晶体常见的基平面位错(BPD)缺陷通常被认为是热应力在晶格缺陷上的表现。而BPD缺陷密度大，使得碳化硅晶体作为功率半导体材料使用时会产生不良影响。例如将碳化硅材料加工成JBS二极管、MOSFET器件、双极器件后，高BPD值的碳化硅材料生产的器件，其浪涌及双极退化的问题就比较明显。
[0005]针对热应力问题，以往的处理方法是寻找热膨胀系数一致的材料与晶体相接触。比如特种石墨材料可以做到CTE值与碳化硅的CTE值在某一温度时等值。但是晶体生长过程经历了从室温到2300摄氏度的大范围温度变化，而石墨件的CTE随温度变化的趋势与碳化硅单晶的CTE随温度变化的趋势完全不同。因此，仍然不可避免地导致与晶体相接触的石墨件在温度变化时对晶体产生挤压或拉伸应力。为此，业内的工程技术人员会用另一种方法来缓减热应力。他们会把环状的石墨件切割成2～4片拼装的结构，这种结构给热场的安装带来麻烦，而且也不能从根本上解决CTE值与晶体不同导致的应力问题。
[0006]公开号为CN 203065640U的技术专利申请中公开了一种碳化硅晶体生长用的石墨籽晶坩埚盖，具体公开了一种用石墨纸缓冲晶体冷却过程中对晶体挤压的办法。但实验表明，当前市场上提供的石墨纸在碳化硅晶体生长的高温环境下对含硅气氛的耐腐蚀能力太差，无法使石墨纸在经高温后仍然保持完整。在多次实验后表明，在晶体冷却之前，石墨纸已经粉化或碎片化，无法达到降低晶体内部应力的效果。

技术实现思路

[0007]鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种可释放碳化硅单晶生长应力的生长组件、设备及方法，用于解决现有的缓解碳化硅单晶生长应力的方法存在热场安装不便，且难以从根本上解决碳化硅晶体与石墨等材料因热膨胀系数不同而导致的应力等问题。
[0008]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种可释放碳化硅单晶生长应力的生长组件，所述生长组件包括位于外侧的中空筒状石墨层及位于内侧的薄壁低抗折强度石墨筒，且在中空筒状石墨层和薄壁低抗折强度石墨筒之间留有间隙；碳化硅单晶生长过程中，籽晶固定于所述生长组件的内侧。
[0009]可选地，所述间隙内填充有柔性填料。
[0010]可选地，所述柔性填料为以碳元素为主成分的填料。
[0011]更可选地，所述柔性填料包括石墨软毡、石墨纸、发泡石墨、碳纤维和含碳有机物中的一种或多种。
[0012]可选地，所述薄壁低抗折强度石墨筒厚度为0.5～4mm。
[0013]可选地，所述间隙宽度为0.15～15mm。
[0014]可选地，所述薄壁低抗折强度石墨筒的内表面涂布有耐高温腐蚀的涂层。
[0015]可选地，所述涂层的材质包括碳化钽，所述涂层的厚度为1
‑
25μm。
[0016]可选地，籽晶经籽晶固定座与所述生长组件相固定，所述籽晶固定座固定于所述生长组件的上表面。
[0017]可选地，所述石墨层的横截面为L型。
[0018]本专利技术还提供一种可释放碳化硅单晶生长应力的生长设备，所述生长设备包括坩埚、加热器及如上述任一方案中所述的生长组件，所述生长组件位于所述坩埚上方，所述加热器位于所述坩埚外侧。
[0019]可选地，所述生长设备还包括保温层，所述保温层位于所述生长组件及加热器的外侧。
[0020]本专利技术还提供一种可释放碳化硅单晶生长应力的生长方法，其特征在于，所述生长方法包括：
[0021]提供如上述方案中所述的生长设备，将籽晶固定于所述生长组件的内侧，于所述坩埚内放置碳化硅原料；
[0022]开启加热器加热碳化硅原料，使其升华后在籽晶表面凝华而实现晶体的成核并不断生长；
[0023]完成晶体生长后，逐步降低加热器的加热功率，对晶体进行降温退火，待冷却至室温后取出晶体。
[0024]如上所述，本专利技术的可释放碳化硅单晶生长应力的生长组件、设备及方法，具有以下有益效果：本专利技术通过对生长组件的结构进行优化设计，改良了与晶体接触的热场部件，因此减少了晶体生长、退火和冷却过程中产生的热应力，解决了出炉时晶体可能开裂的问题，同时可以降低BPD等晶体缺陷，提升晶体质量。
附图说明
[0025]图1显示为本专利技术提供的可释放碳化硅单晶生长应力的生长组件的截面结构示意图。
[0026]图2显示为本专利技术提供的可释放碳化硅单晶生长应力的生长设备的例示性截面结构示意图。
[0027]元件标号说明
[0028]1‑
石墨层；2
‑
柔性填料；3
‑
薄壁低抗折强度石墨筒；4
‑
涂层；5
‑
加热器；6
‑
坩埚；7
‑
籽晶；8
‑
晶体；
[0029]9‑
保温层；10
‑
碳化硅原料；11
‑
籽晶固定座
具体实施方式
[0030]以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。如在详述本专利技术实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本专利技术保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
[0031]为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可释放碳化硅单晶生长应力的生长组件，其特征在于，所述生长组件包括位于外侧的中空筒状石墨层及位于内侧的薄壁低抗折强度石墨筒，且中空筒状石墨层和薄壁低抗折强度石墨筒之间留有间隙；碳化硅单晶生长过程中，籽晶固定于所述生长组件的内侧。2.根据权利要求1所述的生长组件，其特征在于，所述间隙内填充有柔性填料，且柔性填料为以碳元素为主成分的填料。3.根据权利要求2所述的生长组件，其特征在于，所述柔性填料包括石墨软毡、发泡石墨、碳纤维、石墨纸和含碳有机物中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的生长组件，其特征在于，所述薄壁低抗折强度石墨筒厚度为0.5～4mm，间隙宽度为0.15～15mm。5.根据权利要求1所述的生长组件，其特征在于，所述薄壁低抗折强度石墨筒的内表面涂布有耐高温腐蚀的涂层。6.根据权利要求5所述的生长组件，其特征在于，所述涂层的材质包括碳化钽，所述涂层的厚度为1
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：马远，薛卫明，潘尧波，
申请(专利权)人：中电化合物半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：