[发明专利]一种用于磷化铟单晶VGF工艺的压力控制系统及工艺

说明书

本发明公开了一种用于磷化铟单晶VGF工艺的压力控制系统及工艺，涉及半导体材料制备技术领域。本发明的一种用于磷化铟单晶VGF工艺的压力控制系统及工艺，包括单晶炉、真空泵以及压缩氮气瓶，还包括五通球阀，所述单晶炉、真空泵、压缩氮气瓶均与五通球阀通过管道相连通，所述五通球阀和压缩氮气瓶之间的管道上还安装有两个减压阀。本发明公开了一种用于磷化铟单晶VGF工艺的压力控制系统及工艺，能够有效的控制磷化铟单晶生产过程中单晶炉内的压力稳定，避免炸管，从而提高了生产效率，且在一定程度上降低了生产成本。

技术领域

本发明涉及半导体材料制备技术领域，尤其涉及一种用于磷化铟单晶VGF工艺的压力控制系统及工艺。

背景技术

磷化铟(InP)是一种重要的化合物半导体材料，相比于硅和砷化镓，磷化铟具有较高的光电转换效率，高的电子迁移率，高的工作温度以及强抗辐射能力，在光通信、毫米波高频、低噪声、宽带微电子集成等领域具有重要的应用。

磷化铟单晶制备方法市场上常用的有高压液封直拉法(LEC)和垂直温度梯度凝固法(VGF)，其中VGF法除了具备其他方法的优点外，最大的特点就是生长时温度梯度低，生长速度慢，容易获得低位错密度的Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体晶体。在利用VGF工艺进行磷化铟单晶生长时，首先将磷化铟多晶料进行清洗后与掺杂剂、B2O3液封剂、高纯红磷、籽晶等装入清洗好的PBN坩埚中，再一起放入石英坩埚中。然后使用分子真空泵将石英坩埚内部抽至真空，用氢氧焰将抽至真空的石英坩埚密封。在进行磷化铟单晶生长时，随着温度上升，配料时装入的高纯红磷将升华成红磷蒸汽，在石英坩埚内部产生2.5-3.0Mpa的压力。石英坩埚承受2.5-3.0Mpa压力很容易造成炸管(石英坩埚破裂，红磷泄漏燃烧)，裂管红磷泄漏燃烧后单晶炉内部粘附有红磷、五氧化二磷等含磷物质，高温下会腐蚀控温和测温S型铂铑丝，造成S型铂铑丝断裂，生产不能继续，所以裂管后的单晶炉需要拆除重新制作，每次裂管损耗约为10912.55元。

所以生产时必须在石英坩埚外部充入气体以平衡石英坩埚内部的压力，同时为了保证生长单晶的质量，充入的气体必须是高纯(≥5N)的，充气前必须将单晶炉内部的空气抽走，保持真空状态。然而目前的压力控制系统往往存在无法有效控制单晶炉内气体压强的问题，造成单晶炉内压强不稳定，进而造成石英坩埚的破裂。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于公开一种用于磷化铟单晶VGF工艺的压力控制系统及工艺，能够有效的控制磷化铟单晶生产过程中单晶炉内的压力稳定，避免炸管，从而提高了生产效率，且在一定程度上降低了生产成本。

具体的，本发明的一种用于磷化铟单晶VGF工艺的压力控制系统，包括单晶炉、真空泵以及压缩氮气瓶，还包括五通球阀，所述单晶炉、真空泵、压缩氮气瓶均与五通球阀通过管道相连通，所述五通球阀和压缩氮气瓶之间的管道上还安装有两个减压阀。

进一步，两个所述减压阀之间还安装有单向阀。

进一步，所述减压阀包括第一减压阀和第二减压阀，所述单向阀和第二减压阀之间还安装有针阀。

进一步，所述单晶炉和五通球阀之间的管道上安装有数显气压表，所述数显气压表位于靠近单晶炉的位置。

进一步，所述五通球阀上还连接有放空管道。

进一步，所述管道上于靠近第一减压阀和第二减压阀的出气端的位置均安装有气压表。

此外，本发明还公开了一种用于磷化铟单晶VGF工艺的压力控制工艺，使用了上述控制系统，具体包括以下步骤：

S1：将焊接封装完成的石英坩埚装入单晶炉中；

S2：关闭五通球阀，打开并调整第一减压阀和第二减压阀，至第一减压阀出气端气压表读数为400-420PSI，第二减压阀出气端气压表11读数为600PSI；