[发明专利]一种防止碳化硅晶锭碎裂的方法

说明书

技术领域

本发明属于晶体生长技术领域，具体涉及一种防止碳化硅晶锭碎裂的方法，该方法用于解决碳化硅晶锭生长后碎裂的问题。

背景技术

碳化硅半导体是一种化合物半导体，也是继第一代元素半导体材料（硅）和第二代化合物半导体材料（砷化镓，磷化镓，磷化铟等）之后发展起来的第三代宽带隙半导体材料的代表，非常适合用于高温和大功率电子器件领域，然而目前碳化硅晶片的价格高昂和晶片产出率低是制约碳化硅产业大规模发展的决定性原因。

目前碳化硅晶体生长普遍采用物理气相传输法，这种方法将作为生长源的碳化硅粉（或硅和碳固态混合物）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，在高温条件下（大于2000摄氏度）粉源材料蒸发，在坩埚内的温度梯度驱动下，自然传输到温度相对较低的籽晶表面，并由于超饱和凝结结晶，最终形成碳化硅晶锭。

在晶体生长结束后，晶锭首先冷却到室温状态，其次从坩埚中取出，之后再经行晶锭切割，晶片打磨，和晶片抛光等一系列后道加工工序。由于晶锭生长时处于高温状态（大于2000摄氏度），在晶锭从高温状态到室温状态的冷却过程中，晶锭内部存在的大量的残余热应力，会在降温冷却过程中逐步释放出来，最终导致晶锭碎裂。如果晶锭在冷却后侥幸没有碎裂，也会在随后的晶锭切割，打磨，和抛光等一系列的后道加工程序中造成晶片的碎裂，从而极大的影响碳化硅晶片的产出率，同时也造成碳化硅晶片的价格高昂，严重阻碍了碳化硅产业的发展。

通常碳化硅晶体生长后会采用慢速降温的方式来缓解内热应力的释放来达到减少晶锭碎裂，或者采用后期晶锭高温退火的方式来减少晶锭碎裂。但上述两者解决方法都于大大增加了碳化硅晶体生长时间，严重降低了碳化硅晶片的生产速率，从而增加生产成本。不利于碳化硅产业的总体发展。

发明内容

针对背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种防止碳化硅晶锭碎裂的方法，该方法通过对碳化硅晶锭冷却温度的控制，确保晶体从韧性到脆性的一个缓变，从而达到去除晶锭碎裂的风险；而通过三段式降温曲线，即解决了降温时间太长，影响生产效率的问题，又达到了缓解韧脆转变过程的目的。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种防止碳化硅晶锭碎裂的方法，所述方法为：将碳化硅晶锭的降温过程分为三个阶段，所述三个阶段具体为：

1）第一阶段：在碳化硅晶锭从晶体生长温度到第一设定温度的范围内，采用正常的碳化硅晶体降温冷却速度进行降温；

2）第二阶段：在碳化硅晶锭从所述第一设定温度降温到第二设定温度的范围内，采用缓慢的降温速度进行降温；

3）第三阶段：在碳化硅晶锭从所述第二设定温度降温到室温的范围内，采用正常的碳化硅晶体降温冷却速度进行降温。

进一步，所述第一设定温度为1150摄氏度。

进一步，所述第二设定温度为1050摄氏度。

进一步，所述第一设定温度为1160摄氏度。

进一步，所述第二设定温度为1040摄氏度。

进一步，所述第一阶段中的所述正常的碳化硅晶体降温冷却速度为：每分钟5到30摄氏度。

进一步，所述第二阶段中的所述缓慢的降温速度为：每分钟小于0.5摄氏度。

进一步，所述第三阶段中的所述正常的碳化硅晶体降温冷却速度为：每分钟5到30摄氏度。

本发明具有以下积极的技术效果：

本申请通过对碳化硅韧脆转变温度的理解和冷却温度的控制，采用极缓慢的降温速度来缓解碳化硅晶体内热应力释放，确保晶体从韧性到脆性的一个缓变，从而达到去除晶锭碎裂的风险。其次，通过三段式降温曲线，即解决了降温时间太长，影响生产效率的问题，也达到了缓解韧脆转变过程的目的。从而保证了碳化硅晶体和晶片的产出率，提高了生产效率，为降低碳化硅晶片价格，推动产业发展做出了贡献。

此外，本发明的方法工艺简单，便于操作，并且能有效的解决碳化硅晶锭碎裂的问题。

附图说明

图1是本发明的三段式碳化硅晶锭降温过程曲线图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。