一种碳化硅单晶高温退火的装置的制作方法

1.本实用新型属于单晶硅生产加工技术领域，涉及一种碳化硅单晶高温退火的装置。


背景技术：

2.碳化硅单晶具有禁带宽度大、热导率高、饱和电子迁移速率高等优异的物理特性，在射频通信、光伏逆变器、智能电网、新能源汽车等领域应用前景广阔。碳化硅单晶生长一般是采用物理气相升华法，将生长坩埚加热至2200℃以上的高温，固定sic单晶籽晶于坩埚顶部，底部放置sic粉料，利用底部与顶部形成的温度梯度将气相组分输运至籽晶处沉积生长，形成sic单晶。目前sic单晶生长直径由4英寸扩展至6英寸，甚至8英寸，随着生长直径的扩大，晶体内部存在的残余应力也随之增大。晶体直径增大也导致了后续晶片加工直径的增大，导致晶片内部加工应力的积累。为了降低或消除晶体生长热应力和晶片加工应力，一般会采用高温退火的方法，退火温度一般在2000℃以上，为了充分释放晶体内的应力，高温维持时间在数十小时。由于高温下碳化硅晶体会出现升华现象：sic(s)
→
si(g) c(s)，随着退火时间的延长，晶体或晶体表面会形成较厚的升华层，甚至引起位错缺陷的滑移扩展。有的研究在退火过程中放置一定量的碳化硅粉料将碳化硅晶体掩埋起来，利用粉料的蒸发来平衡坩埚内的组份压力，但由于退火坩埚内部也存在一定梯度，会导致碳化硅粉料分解并在晶体表面重结晶，导致粉料与晶体之间不易分离，同时晶体表面形成晶粒也会导致晶体内部缺陷增多。


技术实现要素：

3.本实用新型克服了现有技术的不足，提出一种碳化硅单晶高温退火的装置，目的是消除高温退火过程中的生长热应力及加工应力，从而降低晶体及晶片内部应力，降低加工过程中的晶体开裂率，改善晶片加工过程中几何变形，解决大尺寸碳化硅晶体、晶片应力大的难题。
4.为了达到上述目的，本实用新型是通过如下技术方案实现的。
5.一种碳化硅单晶高温退火的装置，包括感应加热炉，还包括坩埚和具有透气作用的包围桶，所述包围桶内放置有待高温退火的碳化硅晶体，所述包围桶置于坩埚内，所述包围桶与坩埚之间充满碳化硅粉料，所述坩埚置于感应加热炉内。
6.进一步的，所述坩埚内垂直叠放多个包围桶。
7.进一步的，所述包围桶底部放置有石墨纸，所述待高温退火的碳化硅晶体防止在石墨纸上。
8.进一步的，所述包围桶为设置有透气孔的碳纤维桶或是由多孔石墨材料制成。
9.进一步的，所述碳化硅粉料的粒径在0.1
‑
2mm。
10.进一步的，所述坩埚为石墨坩埚。
11.进一步的，所述感应加热炉设置有碳纤维保温桶，所述坩埚置于碳纤维保温桶内。
12.本实用新型相对于现有技术所产生的有益效果为。
13.与现有技术相比，本实用新型采用在碳化硅晶体外围使用透气功能的材料包围，将碳化硅粉料置于包围材料与石墨坩埚之间，通过气相升华并穿透包围材料，在晶体周围形成饱和气氛，抑制sic晶体的升华，解决大尺寸sic晶体、晶片应力大的难题。
14.本实用新型将碳化硅粉料与碳化硅晶体有效隔离，在碳化硅晶体周围形成饱和气氛，不仅可以有效防止碳化硅晶体或晶片表面蒸发，同时隔离粉料与碳化硅晶体的相关作用，便利了晶体或晶片退火的操作。由于退火碳化硅晶体或晶片之间也是相互隔离的，退火后，晶体或晶片无需清理，可直接进行后续加工。
附图说明
15.为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，结合以下附图进行说明：
16.图1为本实用新型所述碳化硅单晶高温退火装置的结构示意图。
17.图中，1为上保温，2为外保温，3为下保温，4为坩埚盖，5为石墨坩埚，6为碳化硅粉料，7为包围桶，8为石墨纸，9为碳化硅晶体。
具体实施方式
18.为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，结合实施例和附图，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。下面结合实施例及附图详细说明本实用新型 的技术方案，但保护范围不被此限制。
19.如图1所示，是一种用于碳化硅单晶高温退火的装置，由感应加热炉、石墨坩埚5和四个包围桶7组成，所述感应加热炉内设置的碳纤维保温桶由上保温1、外保温2和下保温3组成。在上保温1、外保温2和下保温3围成的空间内放置石墨坩埚5，石墨坩埚5顶部设置有坩埚盖4，石墨坩埚5内放置有四个包围桶7，包围桶7相互垂直堆叠至坩埚盖4的顶部，在每个包围桶7内放置一张圆形的石墨纸8，将碳化硅晶体9放置在石墨纸8上方整体置于包围桶7中，石墨坩埚5与四个包围桶7之间的间隙充满粒径为0.1
‑
2mm的碳化硅粉料6，之后将石墨坩埚5放置于下保温3的上方，上保温1放置于石墨坩埚5的上部，外保温2放置于上保温1、石墨坩埚5、下保温3的外侧。其中，包围桶7是带小孔的石墨材料，也可以是多孔石墨材料，也可以是带孔隙的碳纤保温材料。
20.采取上述的装置，对碳化硅单晶及晶片进行高温退火，具体包括以下步骤：
21.（1）制作一定高度，一定厚度，带底的具有透气功能的包围桶7；
22.（2）制作一定尺寸的圆形的石墨纸8；
23.（3）将石墨纸8放置于包围桶7底部，将碳化硅晶体9或晶片放置于石墨纸8上；
24.（4）将同时退火的几个至几十个包围桶7堆叠起来，放置于石墨坩埚5中；
25.（5）在包围桶7与石墨坩埚5之间填充碳化硅粉料6，碳化硅粉料6粒径在0.1
‑
2mm。
26.（6）使用石墨盖4将石墨坩埚5密闭，放置于碳纤维保温桶中；
27.（7）利用感应加热将石墨坩埚加热至2000℃，冲入高纯氩气，压力控制在500
‑
800torr，维持时间15
‑
30h，后降温至室温。
28.（8）本实用新型可以适用于4
‑
8英寸碳化硅单晶或晶片退火，晶体晶型可以是3c、6h、4h。
29.以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所做的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施方式仅限于此，对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本实用新型由所提交的权利要求书确定专利保护范围。


技术特征：
1.一种碳化硅单晶高温退火的装置，包括感应加热炉，其特征在于，还包括坩埚和具有透气作用的包围桶，所述包围桶内放置有待高温退火的碳化硅晶体，所述包围桶置于坩埚内，所述包围桶与坩埚之间充满碳化硅粉料，所述坩埚置于感应加热炉内。2.根据权利要求1所述的一种碳化硅单晶高温退火的装置，其特征在于，所述坩埚内垂直叠放多个包围桶。3.根据权利要求1或2所述的一种碳化硅单晶高温退火的装置，其特征在于，所述包围桶底部放置有石墨纸，所述待高温退火的碳化硅晶体防止在石墨纸上。4.根据权利要求1或2所述的一种碳化硅单晶高温退火的装置，其特征在于，所述包围桶为设置有透气孔的碳纤维桶或是由多孔石墨材料制成。5.根据权利要求1或2所述的一种碳化硅单晶高温退火的装置，其特征在于，所述碳化硅粉料的粒径在0.1
‑
2mm。6.根据权利要求1或2所述的一种碳化硅单晶高温退火的装置，其特征在于，所述坩埚为石墨坩埚。7.根据权利要求1所述的一种碳化硅单晶高温退火的装置，其特征在于，所述感应加热炉设置有碳纤维保温桶，所述坩埚置于碳纤维保温桶内。

技术总结
本实用新型提出一种碳化硅单晶高温退火的装置，属于单晶硅生产加工技术领域；高温退火装置，包括坩埚和包围桶，包围桶内放置有待高温退火的碳化硅晶体，包围桶置于坩埚内，包围桶与坩埚之间充满碳化硅粉体，坩埚置于感应加热炉内，包围桶设置有透气孔隙；本实用新型将碳化硅粉料与碳化硅晶体有效隔离，在碳化硅晶体周围形成饱和气氛，不仅可以有效防止碳化硅晶体或晶片表面蒸发，同时隔离粉料与碳化硅晶体的相关作用，便利了晶体或晶片退火的操作，解决大尺寸SiC晶体、晶片应力大的难题。晶片应力大的难题。晶片应力大的难题。


技术研发人员：毛开礼 魏汝省 赵丽霞 戴鑫 李天 范云 王晨豪 李斌 靳霄曦
受保护的技术使用者：山西烁科晶体有限公司
技术研发日：2021.01.13
技术公布日：2021/10/8