液相法碳化硅单晶生长化料时籽晶表面的保护装置及方法与流程

1.本发明属于籽晶表面保护装置技术领域，具体涉及一种液相法碳化硅单晶生长化料时籽晶表面的保护装置及方法。


背景技术：

2.碳化硅作为重要的第三代半导体材料，具有热导率高、功率大、耐高温、抗辐射等优异的性能，主要应用于智能电网、电动汽车、高速列车、先进雷达等领域，是各个国家优先发展的重要材料。新型的液相法碳化硅单晶制备技术，能克服传统气相法制备的碳化硅衬底位错密度高的缺点，获得更高质量碳化硅单晶衬底。目前对液相法碳化硅单晶生长技术的研究正成为热点。
3.液相法生长碳化硅晶体时，将硅和助溶剂装入石墨坩埚中加热熔化，硅溶液溶解石墨中的碳形成含碳的硅溶液，再碳化硅籽晶浸入溶液中，使得籽晶附近过冷获得碳过饱和状态，碳析出在籽晶上外延生长碳化硅单晶。外延生长时对籽晶表面有较高的洁净且平整的质量要求，但在上述过程中，硅和助溶剂加熔化时，不可避免的存在挥发的情况，籽晶表面会形成挥发物的沉积，造成籽晶表面被溶剂组分污染，同时沉积物的小突起也造成表面不平整，籽晶接触溶液生长时单晶质量下降。
4.因此，亟需开发一种新的液相法碳化硅单晶生长化料时籽晶表面的保护装置及方法，以解决上述问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种液相法碳化硅单晶生长化料时籽晶表面的保护装置及方法。
6.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种液相法碳化硅单晶生长化料时籽晶表面的保护装置，其包括：挂钩组件和熔化圆片；其中所述熔化圆片通过挂钩组件挂载在籽晶片的下方；当物料装入石墨坩埚中处于化料过程且未完全熔化时，籽晶片通过所述挂钩组件带动熔化圆片移至液面的上方，以使所述熔化圆片阻碍挥发物污染籽晶片；当石墨坩埚中物料化料完成且完全熔化时，籽晶片通过所述挂钩组件带动熔化圆片朝向液面移动，直至所述熔化圆片浸入溶液中，以使所述熔化圆片及挂钩组件被溶液熔化且预热籽晶片。
7.进一步，所述挂钩组件包括：至少两个挂钩件；所述挂钩件的上部挂在粘结籽晶片的圆石墨头上表面边缘的定位孔上，所述挂钩件的下部钩在熔化圆片上边缘的挂孔中，以将所述熔化圆片挂载在籽晶片的下方。
8.进一步，设置有四个所述挂钩件，且圆石墨头上表面边缘设置四个对称的定位孔，以用于挂载相应挂钩件。
9.进一步，所述挂钩件的材质采用单质金属或合金材料。
10.进一步，所述熔化圆片的直径大于籽晶片的直径，以将挥发物挡住。
11.进一步，所述熔化圆片采用单质金属或合金材料。
12.进一步，籽晶片粘结在圆石墨头的底部，且圆石墨头的顶部连接升降设备。
13.另一方面，本发明提供一种液相法碳化硅单晶生长化料时籽晶表面的保护方法，其包括：将熔化圆片通过挂钩组件挂载在籽晶片的下方；当物料装入石墨坩埚中处于化料过程且未完全熔化时，籽晶片通过挂钩组件带动熔化圆片移至液面的上方，以使熔化圆片阻碍挥发物污染籽晶片；当石墨坩埚中物料化料完成且完全熔化时，籽晶片通过挂钩组件带动熔化圆片朝向液面移动，直至熔化圆片浸入溶液中，以使熔化圆片及挂钩组件被溶液熔化且预热籽晶片。
14.进一步，所述挂钩组件包括：至少两个挂钩件；所述挂钩件的上部挂在粘结籽晶片的圆石墨头上表面边缘的定位孔上，所述挂钩件的下部钩在熔化圆片上边缘的挂孔中，以将所述熔化圆片挂载在籽晶片的下方；所述挂钩件的材质采用单质金属或合金材料。
15.进一步，所述熔化圆片的直径大于籽晶片的直径，以将挥发物挡住；所述熔化圆片采用单质金属或合金材料；籽晶片粘结在圆石墨头的底部，且圆石墨头的顶部连接升降设备。
16.本发明的有益效果是，本发明通过采用溶液相同组分制作熔化圆片保护籽晶片表面在接触溶液前不被污染，同时熔化圆片熔化后也不会对溶液组成本身造成影响，提升了碳化硅单晶成晶率和单晶质量，结构简单、成本低且易于实现。
17.本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
18.为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1是本发明的液相法碳化硅单晶生长化料时籽晶表面的保护装置的结构图；
21.图2是本发明的液相法碳化硅单晶生长化料时籽晶表面的保护装置的局部放大图；
22.图3是本发明的圆石墨头的俯视图；
23.图4是本发明的液相法碳化硅单晶生长化料时籽晶表面的保护方法的工作流程图。
24.图中：
25.1、挂钩组件；11、挂钩件；2、熔化圆片；21、挂孔；3、籽晶片；4、圆石墨头；41、定位孔。
具体实施方式
26.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是
全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
27.实施例1
28.在本实施例中，如图1至图3所示，本实施例提供了一种液相法碳化硅单晶生长化料时籽晶表面的保护装置，其包括：挂钩组件1和熔化圆片2；其中所述熔化圆片2通过挂钩组件1挂载在籽晶片3的下方；当物料装入石墨坩埚中处于化料过程且未完全熔化时，籽晶片3通过所述挂钩组件1带动熔化圆片2移至液面的上方，以使所述熔化圆片2阻碍挥发物污染籽晶片3；当石墨坩埚中物料化料完成且完全熔化时，籽晶片3通过所述挂钩组件1带动熔化圆片2朝向液面移动，直至所述熔化圆片2浸入溶液中，以使所述熔化圆片2及挂钩组件1被溶液熔化且预热籽晶片3。
29.在本实施例中，与物料中助溶剂组分相同的金属或合金材料制作熔化圆片2悬挂在籽晶片3的下方，化料过程中将籽晶片3的位置设定在离液面较远距离，低于金属或合金的熔点时，熔化圆片2不会熔化，阻挡在籽晶片3与挥发物之间，保护籽晶片3的表面不受污染，化料完成后，挥发物减少，下降籽晶片3至熔化圆片2接触溶液表面，熔化圆片2熔化的同时，预热籽晶片3，实现化料过程中保护籽晶片3的表面不被挥发物沉积。
30.当物料装入石墨坩埚中处于化料过程且未完全熔化时，籽晶片3位置离液面较远距离，籽晶片3离液面10-20cm，优选为15cm，且石墨坩埚中物料化料完成且完全熔化时溶液温度1850-2010℃，优选为1950℃。
31.在本实施例中，本实施例通过采用溶液相同组分制作熔化圆片2保护籽晶片3表面在接触溶液前不被污染，同时熔化圆片2熔化后也不会对溶液组成本身造成影响，提升了碳化硅单晶成晶率和单晶质量，结构简单、成本低且易于实现。
32.在本实施例中，所述挂钩组件1包括：至少两个挂钩件11；所述挂钩件11的上部挂在粘结籽晶片3的圆石墨头4上表面边缘的定位孔41上，所述挂钩件11的下部钩在熔化圆片2上边缘的挂孔21中，以将所述熔化圆片2挂载在籽晶片3的下方。
33.在本实施例中，设置有四个所述挂钩件11，且圆石墨头4上表面边缘设置四个对称的定位孔41，以用于挂载相应挂钩件11。
34.在本实施例中，挂钩件11由1-5mm直径的金属或合金丝制作，优选为3mm。
35.在本实施例中，所述挂钩件11的材质采用单质金属或合金材料。
36.在本实施例中，所述熔化圆片2的直径大于籽晶片3的直径，以将挥发物挡住。
37.在本实施例中，熔化圆片2位于籽晶片3表面下方1-3cm，优选为2cm。
38.在本实施例中，熔化圆片2的直径较籽晶片3的直径大1-3mm，优选为大2cm，熔化圆片2的厚度0.2-1mm，优选为0.5mm。
39.在本实施例中，所述熔化圆片2采用单质金属或合金材料。
40.在本实施例中，籽晶片3粘结在圆石墨头4的底部，且圆石墨头4的顶部连接升降设备。
41.在本实施例中，在籽晶片3表面的下方一定距离内悬挂一片直径大于籽晶片3直径的熔化圆片2，采用对称的四个挂钩件11实现悬挂，挂钩件11的上部挂在粘结籽晶的圆石墨头4的上表面边缘四个对称的定位孔41上，挂钩件11的下部钩在熔化圆片2上边缘的挂孔21中，熔化圆片2和挂钩件11采用助溶剂组份中的高熔点单质金属或合金材料(如ti\cr\fe\
co或ti-al\cral合金)制作，化料过程中，石墨坩埚中硅和助溶剂未完全熔化时，设置籽晶片3的位置在离液面较远位置，熔化圆片2和挂钩件11不会熔化，挥发物上升至熔化圆片2表面遇冷沉积，籽晶片3表面受到保护。达到完全化料温度且溶液稳定后，挥发物减少，降低籽晶片3位置至熔化圆片2浸入到溶液中，熔化圆片2和挂钩件11熔化，同时预热籽晶片3。之后按正常工艺进行下降籽晶片3接触溶液表面，给定拉速进行碳化硅单晶生长。
42.实施例2
43.在实施例1的基础上，如图1至图4所示，本实施例提供一种液相法碳化硅单晶生长化料时籽晶表面的保护方法，其包括：将熔化圆片2通过挂钩组件1挂载在籽晶片3的下方；当物料装入石墨坩埚中处于化料过程且未完全熔化时，籽晶片3通过挂钩组件1带动熔化圆片2移至液面的上方，以使熔化圆片2阻碍挥发物污染籽晶片3；当石墨坩埚中物料化料完成且完全熔化时，籽晶片3通过挂钩组件1带动熔化圆片2朝向液面移动，直至熔化圆片2浸入溶液中，以使熔化圆片2及挂钩组件1被溶液熔化且预热籽晶片3。
44.在本实施例中，所述挂钩组件1包括：至少两个挂钩件11；所述挂钩件11的上部挂在粘结籽晶片3的圆石墨头4上表面边缘的定位孔41上，所述挂钩件11的下部钩在熔化圆片2上边缘的挂孔21中，以将所述熔化圆片2挂载在籽晶片3的下方；所述挂钩件11的材质采用单质金属或合金材料。
45.在本实施例中，所述熔化圆片2的直径大于籽晶片3的直径，以将挥发物挡住；所述熔化圆片2采用单质金属或合金材料；籽晶片3粘结在圆石墨头4的底部，且圆石墨头4的顶部连接升降设备。
46.综上所述，本发明通过采用溶液相同组分制作熔化圆片保护籽晶片表面在接触溶液前不被污染，同时熔化圆片熔化后也不会对溶液组成本身造成影响，提升了碳化硅单晶成晶率和单晶质量，结构简单、成本低且易于实现。
47.本技术中选用的各个器件(未说明具体结构的部件)均为通用标准件或本领域技术人员知晓的部件，其结构和原理都为本技术人员均可通过技术手册得知或通过常规实验方法获知。
48.在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
49.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
50.在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨
论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
51.所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
52.另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
53.以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。