[发明专利]一种用后热解氮化硼坩埚的表面修复方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用后热解氮化硼坩埚的表面修复方法，属于半导体单晶生长设备技术领域。

背景技术

人工晶体生长作为一种工艺，人们对于它的研究由来已久，自然界出产的晶体几乎都能用人工方法生长，近年来人工合成晶体实验技术迅速发展，其原理主要是通过同质多相的转变来制备。晶体的生长方法也有很多种，实际生长过程取决于材料的物理和化学性质、相图以及方法本身的特点。譬如缓慢冷却法是将配制好的物料加入坩埚，然后使其熔化，保温一定的时间以使物料充分反应均化，再以一定的冷却速率冷却来得到晶体；顶部籽晶法是把熔体生长提拉技术与助熔剂生长方法相结合的一种生长技术，把籽晶固定在籽晶杆下端，缓慢的下降到与坩埚中的饱和熔液液面接触，然后再将熔液缓慢冷却，同时也可缓慢的向上提升籽晶。但是顶部籽晶法和缓冷法一样，都需要使用高品质坩埚以装载熔体，这种坩埚需要满足晶体生长所需耐高温性和承载熔体所需的力学性能的要求，还需要满足纯度方面的要求。

关于生长单晶的坩埚材料要求有良好的热导性和耐高温性，在高温使用过程中热膨胀系数小，对急热、急冷具有一定抗应变性能。对酸，碱性溶液的抗腐蚀性较强，一般常为铂（Pt）、铱（Ir）、钼（Mo）、石墨、氮化硼（BN）或其它高熔点氧化物。相对于铂、铱、钼等金属材料制备的坩埚，成本高，工艺相对复杂，而石墨高温下挥发严重加上石墨材料制备过程的过程中不可避免的会引入杂质，用石墨作为生长单晶的坩埚会污染原料。限制了石墨坩埚在制备高质量单晶材料领域的应用。

热解氮化硼（PBN）具有高的纯度，有好的耐高温性能，高温下能保持良好的润滑性能以及热稳定性，同时又是热的良导体且具绝缘性，诸多的优点使其成为制备坩埚的适宜材料之一。热解氮化硼（PBN）通过化学气相沉积原理，采用美国专利US3152006所公开的方法形成，将该专利公开内容引入本文作为参考。该方法包括将合适比例的氨和气态卤化硼例如三氯化硼（BC1₃），三氯化硼（BF₃）等的蒸气引入已加热的反应器中，产生裂解反应，使得BN沉积在合适基材如石墨的表面上。BN以层的形式沉积，冷却后，将其从基材上分离，形成PBN坩埚。

但热解氮化硼坩埚是由化学气相沉积法制备的，生产周期长，反应温度高，成本较高。PBN坩埚经过晶体生长使用后，晶体生长时所用的覆盖剂（对于PBN坩埚的使用环境主要是氧化硼）会浸润其表层，在分离生长的单晶时，可能会导致PBN坩埚损伤，主要是内表面损伤，这种损伤主要包括：覆盖剂黏附、表面粗糙、内表面分层剥落、贯通裂纹和坩埚局部穿孔破碎等。其中贯通裂纹和坩埚局部穿孔破碎会直接导致PBN坩埚失效而不能继续使用；内表面分层剥落视剥落层的厚度不同而不同处理，剥落层较厚时PBN坩埚直接废弃不再使用，以避免单晶生长过程中坩埚失效造成更大的损失，剥落层较薄时，PBN坩埚可继续使用，但再次使用也会导致剥落再次发生，损伤累积，剥落层增厚，多次后使剥落层过厚或坩埚局部穿孔，导致坩埚失效；覆盖剂黏附和表面粗糙等轻度损伤一般不影响PBN坩埚，但多次使用后损伤累积，会引起PBN坩埚内表面分层剥落的发生。

总的来说，PBN坩埚在使用过程中内表面的损伤累积，是造成PBN坩埚失效，无法再次使用的主要原因。由此造成生长化合物半导体单晶用的PBN坩埚的使用寿命一般为6-10次，因此如能对用后PBN坩埚内表面进行修复可以延长PBN坩埚的使用寿命，降低成本。

鉴于上述现有技术存在的问题和缺陷，本发明人依靠多年的实践经验和丰富的专业知识积极加以研究和创新，最终提出一种较低成本的用后热解氮化硼坩埚的表面修复方法，可以使表面修复后的PBN坩埚再次用于化合物半导体单晶的生长。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种用后热解氮化硼坩埚的表面修复方法，可以使表面修复后的热解氮化硼坩埚再次用于化合物半导体单晶的生长，降低了成本。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：

一种用后热解氮化硼坩埚的表面修复方法，包括如下步骤：先将氧化硼粉与酚醛树脂配制成料浆；再将配制好的料浆均匀涂覆于清洗干净的需要修复的用后热解氮化硼坩埚表面并干燥；然后将上述干燥后的热解氮化硼坩埚置于高温气氛炉加热，在一定气氛条件下反应，原位生成氮化硼涂层；最后将表面打磨抛光后即得到修复后的热解氮化硼坩埚。

进一步，如上所述的用后热解氮化硼坩埚的表面修复方法，其中，氧化硼粉纯度高于99.9%，粒度小于0.074毫米。