本發(fā)明涉及半導(dǎo)體材料領(lǐng)域，具體涉及一種vgf和vb聯(lián)動(dòng)的磷化銦單晶生長(zhǎng)方法。

背景技術(shù)：

1、磷化銦（inp）是一種重要的ⅲ-ⅴ族化合物半導(dǎo)體材料，具備飽和電子漂移速度高、發(fā)光波長(zhǎng)適宜光纖低損通信、抗輻射能力強(qiáng)、導(dǎo)熱性好、光電轉(zhuǎn)換效率高、禁帶寬度較高等特性，因此磷化銦晶片可被廣泛應(yīng)用于制造光模塊器件、傳感器件、高端射頻器件等。

2、磷化銦單晶生長(zhǎng)的過(guò)程實(shí)際上是一個(gè)溫度控制的相變過(guò)程，先對(duì)磷化銦多晶加熱使其熔化，從固相轉(zhuǎn)化為液相，再降低溫度使其凝固成磷化銦單晶，從液相轉(zhuǎn)化為固相。國(guó)際上日本住友sumitomoelectric、美國(guó)axt公司分別采用vb、vgf技術(shù)生長(zhǎng)低位錯(cuò)單晶，占據(jù)磷化銦襯底供應(yīng)市場(chǎng)80%以上。

3、vgf法inp單晶生長(zhǎng)技術(shù)，是通過(guò)設(shè)計(jì)特定的溫場(chǎng)分布、溫度梯度，使溶體固液界面以一定速度由下往上移動(dòng)而坩堝固定不動(dòng)，單晶從籽晶端開(kāi)始緩慢向上生長(zhǎng)的一種單晶生長(zhǎng)方法。通過(guò)控制爐中的軸向、徑向溫度梯度，以保持固液界面的最佳形狀，具有低位錯(cuò)低應(yīng)力的優(yōu)勢(shì)。

4、vb法inp單晶生長(zhǎng)技術(shù)，是單晶爐熱場(chǎng)固定，通過(guò)機(jī)械作用使坩堝或爐體移動(dòng)，固液界面經(jīng)過(guò)溫度梯度區(qū)結(jié)晶成核，實(shí)現(xiàn)晶體生長(zhǎng)。因vb技術(shù)采用坩堝旋轉(zhuǎn)平緩下移，具有中心對(duì)稱的溫度場(chǎng)和流場(chǎng)，對(duì)晶體結(jié)晶質(zhì)量均勻性控制具備優(yōu)勢(shì)。

5、目前磷化銦單晶爐熱場(chǎng)存在顯著的波動(dòng)性差異問(wèn)題，現(xiàn)有發(fā)熱體保溫層主要是由內(nèi)層濕氈、中層采用含鋯纖維氈、外層采用含鋯纖維氈而成的多層填充包覆成型，在磷化銦單晶生長(zhǎng)高溫-降溫到常溫的不斷循環(huán)過(guò)程中，內(nèi)層的濕氈與中層的含鋯纖維氈為非勻質(zhì)材料，兩者的材質(zhì)組成、容重、含水量都存在差異，因熱脹冷縮而導(dǎo)致收縮變形，形成縫隙，保溫砂從縫隙處漏砂，造成熱場(chǎng)波動(dòng)，給生產(chǎn)穩(wěn)定調(diào)溫帶來(lái)不利影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是基于vgf法在低位錯(cuò)低應(yīng)力的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和vb法高均勻性的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，填補(bǔ)vgf-vb聯(lián)動(dòng)長(zhǎng)晶技術(shù)在磷化銦單晶生長(zhǎng)上的技術(shù)空白，解決低位錯(cuò)、低應(yīng)力、高均勻性磷化銦單晶關(guān)鍵技術(shù)。同時(shí)針對(duì)磷化銦單晶爐熱場(chǎng)波動(dòng)問(wèn)題提出一體澆筑式發(fā)熱體技術(shù)解決熱場(chǎng)穩(wěn)定性及熱場(chǎng)基準(zhǔn)校定的解決方法。

2、為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種vgf和vb聯(lián)動(dòng)的磷化銦單晶生長(zhǎng)方法，包括以下步驟：

3、步驟1，熱場(chǎng)校準(zhǔn)，熱場(chǎng)校準(zhǔn)后裝料裝爐；

4、步驟2，在pbn坩堝旋轉(zhuǎn)下，通過(guò)vgf法調(diào)整各溫區(qū)降溫梯度，完成引晶-放肩階段晶體生長(zhǎng)；

5、步驟3，恒定熱場(chǎng)，采用vb法，通過(guò)調(diào)整pbn坩堝下降速度完成晶體等徑生長(zhǎng)；

6、步驟4，出爐脫模、晶片加工。

7、進(jìn)一步的，熱場(chǎng)校準(zhǔn)，在空爐狀態(tài)下，將爐內(nèi)從下至上分為6個(gè)溫區(qū)，6個(gè)溫區(qū)的溫度控制分別為控溫1、控溫2、控溫3、控溫4、控溫5和控溫6，設(shè)定控溫1和控溫2的溫度為1015±2℃，控溫3和控溫4的溫度為1070±3℃，控溫5和控溫6的溫度為1080±2攝氏度，恒定2至6小時(shí)后，以熱場(chǎng)上下兩個(gè)熱偶位置點(diǎn)的中心溫度值為判定依據(jù)，其中上熱偶的中心溫度標(biāo)準(zhǔn)為1072±2℃，下熱偶中心溫度標(biāo)準(zhǔn)為1062±2℃，當(dāng)上下兩個(gè)熱位置點(diǎn)中心溫度與標(biāo)準(zhǔn)值偏差≤3℃時(shí)，判定該發(fā)熱體熱場(chǎng)在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

8、進(jìn)一步的，pbn坩堝轉(zhuǎn)速為0.05r/min-25r/min。

9、進(jìn)一步的，引晶-放肩階段晶體生長(zhǎng)中，引晶階段：溫區(qū)1的降溫速率8-14.2℃/h、溫區(qū)2的降溫速率為3.7-7.2℃/h、溫區(qū)3的降溫速率0.5-1℃/h、溫區(qū)4的降溫速率為0.25-1℃/h、溫區(qū)5的降溫速率為0.25-1℃/h、溫區(qū)6的降溫速率為0.25-1℃/h；放肩階段：溫區(qū)1的降溫速率3.6-6.5℃/h、溫區(qū)2的降溫速率為1.8-3.5℃/h、溫區(qū)3的降溫速率0.18-0.36℃/h、溫區(qū)4的降溫速率為0.1-0.2℃/h、溫區(qū)5的降溫速率為0.1-0.2℃/h、溫區(qū)6的降溫速率為0.1-0.2℃/h。

10、進(jìn)一步的，pbn坩堝下降速度為0.5-5mm/h。

11、本發(fā)明的上述技術(shù)方案具有如下有益的技術(shù)效果：實(shí)現(xiàn)vgf+vb磷化銦長(zhǎng)晶，與vb法磷化銦單晶技術(shù)相比，位錯(cuò)密度低，采用vgf+vb聯(lián)動(dòng)生長(zhǎng)的4英寸磷化銦晶體尾部最大位錯(cuò)可降低至≤300cm-2；與vgf法磷化銦單晶技術(shù)相比，晶體電學(xué)參數(shù)不均勻性更小，尾部電學(xué)參數(shù)不均勻性≤±6%內(nèi)，為低位錯(cuò)、低應(yīng)力、高均勻性磷化銦單晶生長(zhǎng)提供了新方法；建立空爐狀態(tài)下的熱場(chǎng)基準(zhǔn)校定方法，固定熱場(chǎng)上下兩個(gè)熱偶位置點(diǎn)（t7、t2）的中心溫度值為判定依據(jù)，其中上熱偶（t7）的中心溫度標(biāo)準(zhǔn)為1072±2℃，下熱偶（t2）中心溫度標(biāo)準(zhǔn)為1062±2℃，當(dāng)上下兩個(gè)熱位置點(diǎn)中心溫度與標(biāo)準(zhǔn)值偏差≤3℃時(shí)，判定該發(fā)熱體熱場(chǎng)在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，可提高磷化銦單晶良率5-10%。

技術(shù)特征：

1.一種vgf和vb聯(lián)動(dòng)的磷化銦單晶生長(zhǎng)方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的vgf和vb聯(lián)動(dòng)的磷化銦單晶生長(zhǎng)方法，其特征在于，所述熱場(chǎng)校準(zhǔn)，在空爐狀態(tài)下，將爐內(nèi)從下至上分為6個(gè)溫區(qū)，6個(gè)溫區(qū)的溫度控制分別為控溫1、控溫2、控溫3、控溫4、控溫5和控溫6，設(shè)定控溫1和控溫2的溫度為1015±2℃，控溫3和控溫4的溫度為1070±3℃，控溫5和控溫6的溫度為1080±2攝氏度，恒定2至6小時(shí)后，以熱場(chǎng)上下兩個(gè)熱偶位置點(diǎn)的中心溫度值為判定依據(jù)，其中上熱偶的中心溫度標(biāo)準(zhǔn)為1072±2℃，下熱偶中心溫度標(biāo)準(zhǔn)為1062±2℃，當(dāng)上下兩個(gè)熱位置點(diǎn)中心溫度與標(biāo)準(zhǔn)值偏差≤3℃時(shí)，判定該發(fā)熱體熱場(chǎng)在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的vgf和vb聯(lián)動(dòng)的磷化銦單晶生長(zhǎng)方法，其特征在于，所述pbn坩堝轉(zhuǎn)速為0.05r/min-25r/min。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的vgf和vb聯(lián)動(dòng)的磷化銦單晶生長(zhǎng)方法，其特征在于，所述引晶-放肩階段晶體生長(zhǎng)中，引晶階段：溫區(qū)1的降溫速率8-14.2℃/h、溫區(qū)2的降溫速率為3.7-7.2℃/h、溫區(qū)3的降溫速率0.5-1℃/h、溫區(qū)4的降溫速率為0.25-1℃/h、溫區(qū)5的降溫速率為0.25-1℃/h、溫區(qū)6的降溫速率為0.25-1℃/h；放肩階段：溫區(qū)1的降溫速率3.6-6.5℃/h、溫區(qū)2的降溫速率為1.8-3.5℃/h、溫區(qū)3的降溫速率0.18-0.36℃/h、溫區(qū)4的降溫速率為0.1-0.2℃/h、溫區(qū)5的降溫速率為0.1-0.2℃/h、溫區(qū)6的降溫速率為0.1-0.2℃/h。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的vgf和vb聯(lián)動(dòng)的磷化銦單晶生長(zhǎng)方法，其特征在于，所述pbn坩堝下降速度為0.5-5mm/h。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種VGF和VB聯(lián)動(dòng)的磷化銦單晶生長(zhǎng)方法，包括以下步驟：熱場(chǎng)校準(zhǔn)，熱場(chǎng)校準(zhǔn)后裝料裝爐；在PBN坩堝旋轉(zhuǎn)下，通過(guò)VGF法調(diào)整各溫區(qū)降溫梯度，完成引晶?放肩階段晶體生長(zhǎng)；恒定熱場(chǎng)，采用VB法，通過(guò)調(diào)整PBN坩堝下降速度完成晶體等徑生長(zhǎng)；出爐脫模、晶片加工。通過(guò)本VGF和VB聯(lián)動(dòng)的磷化銦單晶生長(zhǎng)方法生產(chǎn)的磷化銦單晶位錯(cuò)密度低，晶體電學(xué)參數(shù)不均勻性更小，本方法不但為低位錯(cuò)、低應(yīng)力、高均勻性磷化銦單晶生長(zhǎng)提供了新方法，還建立空爐狀態(tài)下的熱場(chǎng)基準(zhǔn)校定方法。

技術(shù)研發(fā)人員：韋華,葉曉達(dá),趙興凱,王順金,韓家賢,孫清,楊春柳,牛應(yīng)碩,李芳艷,柳廷龍,劉漢保,陳飛宏,李世強(qiáng),駱金秋
受保護(hù)的技術(shù)使用者：云南鑫耀半導(dǎo)體材料有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19