[发明专利]一种降低晶体内部应力的退火处理方法及装置

说明书

本发明提供了一种降低晶体内部应力的退火处理方法，包括以下步骤：(1)准备阶段：将需要退火处理的晶体放置于坩埚中，对坩埚进行抽真空和通入惰性气体；(2)加热阶段，利用加热装置对所述坩埚进行加热，加热过程中，分别控制加热装置中同心设于坩埚上方的多个第一加热环的加热温度，使坩埚形成径向的温度梯度。本发明通过控制加热装置的多个第一加热环的加热温度，使坩埚形成径向的温度梯度，可获得与晶体生长时不同或相反的径向温度梯度，可显著降低晶体的径向应力，且通过控制坩埚下方的第二加热环和坩埚侧面的第三加热环的加热温度，实现了坩埚的轴向温度梯度，可获得与晶体生长时不同或相反的轴向温度梯度，能实现残余热应力的基本消除。

技术领域

本发明涉及一种降低晶体内部应力的退火处理方法及装置，属于晶体生长结束后退火处理的技术领域。

背景技术

碳化硅是继硅、砷化镓之后的第三代宽禁带半导体材料之一，因其具有禁带宽度大、饱和电子迁移率高、击穿场强大、热导率高等优异性质，而被广泛应用于电力电子、射频器件、光电子器件等领域。高质量晶体是半导体和信息产业发展的基石，它的制备水平制约了下游器件的制备与性能。尽管近几年物理气象传输法(PVT)生长碳化硅晶体取得了长足的进步，但是对于大尺寸的单晶碳化硅来讲，残余应力过大是一个亟待解决的问题，特别是针对≥6英寸的碳化硅单晶，应力太大会造成以下后果：晶锭开裂、晶片开裂、裂纹崩边、面型很大。

CN107557872A公开了一种大尺寸碳化硅晶体原位热处理方法，在生长结束后向生长室充压避免晶体烧蚀，之后通过改变热场，即锁定功率、提升线圈、封堵测温孔来实现恒温处理，最后进行定速降温，待炉内温度降至室温结束晶体的原位热处理，该方法能大幅降低晶体内应力，提高了后续晶片加工成品率；且避免了后续热处理对效率以及电阻率的影响，缩短单锭制备周期1天以上。但该方法是在长晶炉内对晶体进行原位退火处理，这样会降低长晶炉内的产能，也不涉及通过控制坩埚内的径向和轴向温度来降低晶体的内部应力。

CN204417642U公开了一种用于制备碳化硅晶体的加热装置，该装置在坩埚上方增设顶部加热器，通过顶部加热器主动调节晶体上方温度，使得晶体内径向和轴线温度梯度与晶体生长过程相比大幅度缩小或翻转，进而使得冷却后晶体内部的残余热应力大幅度降低，晶体不会因内应力过高而碎裂。顶部加热器的数量为1个或2个，设置适宜的顶部加热器的功率使得晶体中心温度高于边缘温度，或使晶体顶部温度大于下方温度，但晶体的径向温度梯度不能变化也不能消除，不能实现温度梯度的智能控制，晶体内部的应力也不能完全消除，且该装置用于晶体的原位退火，会降低长晶炉的产能。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种降低晶体内部应力的退火处理方法及装置，该方法和装置通过控制坩埚中的径向和轴向温度梯度，来降低晶体的内部应力。

本申请采用的技术方案如下：

本发明提供了一种降低晶体内部应力的退火处理方法，所述方法包括以下步骤：

(1)准备阶段：将需要退火处理的晶体放置于坩埚中，对坩埚进行抽真空和通入惰性气体；

(2)加热阶段，利用加热装置对所述坩埚进行加热，加热过程中，分别控制加热装置中同心设于坩埚上方的多个第一加热环的加热温度，使坩埚形成径向的温度梯度。

进一步的，加热过程中，还分别控制加热装置中同心设于坩埚下方的多个第二加热环的加热温度，使沿轴向坩埚的上方与坩埚的下方形成温度差；

优选的，温度差为10～100℃；更优选的，温度差为40～70℃；更优选的，温度差为55℃。

进一步的，坩埚的径向温度梯度为5～50℃，优选20～30℃，更优选25℃。

进一步的，加热过程中，还分别控制坩埚侧面的多个第三加热环的加热温度，使坩埚形成轴向的温度梯度；