[go: up one dir, main page]

RU2633909C1 - METHOD OF PRODUCING MONOCRYSTALLINE SiC - Google Patents

METHOD OF PRODUCING MONOCRYSTALLINE SiC Download PDF

Info

Publication number
RU2633909C1
RU2633909C1 RU2016151077A RU2016151077A RU2633909C1 RU 2633909 C1 RU2633909 C1 RU 2633909C1 RU 2016151077 A RU2016151077 A RU 2016151077A RU 2016151077 A RU2016151077 A RU 2016151077A RU 2633909 C1 RU2633909 C1 RU 2633909C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
plate
seed
single crystal
sic
crystal
Prior art date
Application number
RU2016151077A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Андрей Олегович Лебедев
Дмитрий Дмитриевич Авров
Юрий Михайлович Таиров
Виктор Викторович Лучинин
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина)" (СПбГЭТУ "ЛЭТИ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина)" (СПбГЭТУ "ЛЭТИ") filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина)" (СПбГЭТУ "ЛЭТИ")
Priority to RU2016151077A priority Critical patent/RU2633909C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2633909C1 publication Critical patent/RU2633909C1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/0635Carbides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B23/00Single-crystal growth by condensing evaporated or sublimed materials
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B23/00Single-crystal growth by condensing evaporated or sublimed materials
    • C30B23/02Epitaxial-layer growth
    • C30B23/06Heating of the deposition chamber, the substrate or the materials to be evaporated
    • C30B23/066Heating of the material to be evaporated
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/36Carbides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/24Vacuum evaporation
    • C23C14/26Vacuum evaporation by resistance or inductive heating of the source

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: method includes sublimation of a SiC source placed in a crucible onto a seed SiC single-crystal plate placed on a flat ring support, and one or more layers are applied to the seed SiC single-crystal plate from the side not intended for growth of the SiC single-crystal ingot, providing the thermochemical stability and given temperature conditions on the surfaces of the plate of the seed SiC single-crystal, and the holder with a seed SiC single-crystal plate is installed in a crucible in such a way, that the surface of the plate, intended for the growth of the SiC single-crystal ingot, is turned into the inside of the crucible and contacts with the gaseous medium inside the crucible during sublimation. On the circumference of the inner cylindrical surface of the holder flat ring, protrusions with a width of h=(1-3)⋅t and a length of S=(1-10)⋅h are periodically made, the ends of which are provided with ledges with a depth of k=0.3-1 mm and a width of t=0.5-2.0 mm, for placing a seed SiC single-crystal plate with a thickness H exceeding the depth of the ledge k, and on top of the holder with a plate with the deposited layers a plate of thermally expanded graphite with a thickness exceeding the value (H-k) is placed, and then is fixed with a clamping element in the form of a rigid plate of 1.5-8 mm thick and a retaining ring of thermostable materials.
EFFECT: improving the quality of the ingot, reducing the elastic stresses in the seed single-crystal plate, achieving a uniform growth rate over the entire surface of the seed single-crystal plate with the formation of an almost flat crystallization front.
6 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к микроэлектронике и касается технологии получения монокристаллического SiC - широко распространенного материала, используемого для изготовления интегральных микросхем.The invention relates to microelectronics and relates to a technology for producing single-crystal SiC, a widely used material used for the manufacture of integrated circuits.

При получении монокристаллического SiC методом сублимации на крышке графитового тигля конструктивно закрепляют пластину затравочного монокристалла SiC, в тигле размещают источник - порошок карбида кремния, крышку и тигель совмещают друг с другом и герметизируют, а затем графитовый тигель с крышкой помещают в камеру роста, изолированную от атмосферы, с установленными внутри тепловым экраном из углеродных материалов. Далее камеру роста вакуумируют с использованием вакуумной системы, заполняют инертным газом с помощью системы газонапуска, нагревают с помощью нагревательного элемента, обеспечивающего температуру, достаточную для сублимации источника - порошка карбида кремния и образования кремнийсодержащих летучих соединений. В процессе нагрева в камере роста с помощью нагревательного элемента и теплового экрана создают градиент температуры между источником - порошком карбида кремния - и пластиной затравочного монокристалла SiC, с температурой, достаточной для сублимации, проводят откачку камеры роста до некоторого давления инертного газа, при котором активируется процесс переноса кремнийсодержащих летучих соединений от источника к пластине затравочного монокристалла и роста слитка монокристаллического SiC.When obtaining single-crystal SiC by sublimation on the cover of a graphite crucible, the plate of the seed SiC single crystal is structurally fixed, a source of silicon carbide powder is placed in the crucible, the cap and crucible are combined with each other and sealed, and then the graphite crucible with the cap is placed in a growth chamber isolated from the atmosphere , mounted inside with a heat shield made of carbon materials. Next, the growth chamber is evacuated using a vacuum system, filled with an inert gas using a gas inlet system, heated with a heating element that provides a temperature sufficient to sublimate the source - silicon carbide powder and the formation of silicon-containing volatile compounds. During heating in the growth chamber using a heating element and a heat shield, a temperature gradient is created between the source - silicon carbide powder - and a SiC seed single crystal plate, with a temperature sufficient for sublimation, the growth chamber is pumped to a certain inert gas pressure at which the process is activated transfer of silicon-containing volatile compounds from a source to a seed single crystal plate and growth of a single-crystal SiC ingot.

После проведения процесса выращивания слитка монокристаллического карбида кремния температуру в камере роста плавно уменьшают вплоть до комнатной, после чего камеру роста заполняют инертным газом до атмосферного давления. Из камеры роста извлекают тигель, а из него - пластину затравочного монокристалла с выращенным на ней слитком монокристаллического карбида кремния.After the process of growing a single-crystal silicon carbide ingot, the temperature in the growth chamber is gradually reduced to room temperature, after which the growth chamber is filled with an inert gas to atmospheric pressure. A crucible is removed from the growth chamber, and from it a seed single crystal plate with a single-crystal silicon carbide ingot grown on it.

Для обеспечения выращивания качественного слитка монокристаллического карбида кремния необходимо:To ensure the growth of a high-quality ingot of single-crystal silicon carbide, it is necessary:

- подавить испарение поверхности пластины затравочного монокристалла, не предназначенной для выращивания монокристаллического слитка SiC. Такое испарение наблюдается при температуре роста и приводит к деградации свойств пластины затравочного монокристалла ("проедание" пластины насквозь, с образованием сквозных микропор);- suppress the evaporation of the surface of the plate of the seed single crystal, not intended for growing a single crystal ingot SiC. Such evaporation is observed at a growth temperature and leads to the degradation of the properties of the plate of the seed single crystal ("eating" of the plate through, with the formation of through micropores);

- снизить упругие напряжения, возникающие в местах контакта пластины затравочного монокристалла с держателем. Упругие напряжения при росте слитка монокристаллического SiC приводят к возникновению дислокаций, сбою растущего политипа и в конечном итоге к деградации растущего слитка;to reduce the elastic stresses arising at the points of contact of the plate of the seed single crystal with the holder. Elastic stresses during the growth of a single-crystal SiC ingot lead to the appearance of dislocations, a failure of the growing polytype, and ultimately to degradation of the growing ingot;

- обеспечить одинаковую скорость роста монокристаллического слитка на всей поверхности пластины затравочного монокристалла, с образованием почти плоского фронта кристаллизации, с послойным монокристаллическим ростом, что позволит минимизировать плотность дефектов в растущем слитке и получить высококачественный монокристаллический слиток карбида кремния.- to ensure the same growth rate of a single-crystal ingot on the entire surface of the seed single crystal wafer, with the formation of an almost flat crystallization front, with layered single-crystal growth, which will minimize the defect density in the growing ingot and obtain a high-quality single-crystal silicon carbide ingot.

Кроме того, необходимо обеспечить простую и быструю разборку после процесса выращивания слитка монокристаллического SiC конструкции, состоящей из пластины затравочного монокристалла SiC и держателя, на котором эта пластина тем или иным способом закреплена.In addition, it is necessary to ensure simple and quick disassembly after the process of growing an ingot of a single-crystal SiC structure consisting of a plate of a seed single crystal SiC and a holder on which this plate is fixed in one way or another.

Для закрепления пластины затравочного монокристалла на держателе в основном используют:To fix the plate of the seed single crystal on the holder mainly use:

- фиксацию посредством приклеивания с помощью адгезивов - пластина держится за счет сил адгезии на высокотемпературном адгезиве, который сохраняет свои свойства при температуре роста монокристаллического слитка карбида кремния;- fixation by gluing with adhesives - the plate is held due to the adhesive forces on a high-temperature adhesive, which retains its properties at a growth temperature of a single-crystal silicon carbide ingot;

- механическую фиксацию без приклеивания - пластина фиксируется за счет дополнительных приспособлений, расположенных внутри тигля и поддерживающих пластину.- mechanical fixation without gluing - the plate is fixed due to additional devices located inside the crucible and supporting the plate.

Известен способ выращивания слитков монокристаллического карбида кремния, при котором на стороне пластины затравочного монокристалла, не предназначенной для выращивания слитка монокристаллического карбида кремния, формируют защитный слой, после чего наносят адгезивный слой, склеивают поверхности держателя и пластины затравочного монокристалла и выращивают слиток монокристаллического карбида кремния на свободной поверхности пластины затравочного монокристалла (KR 20150075220, С30В 25/10, С30В 25/16, С30В 29/36, 2015).There is a known method for growing single-crystal silicon carbide ingots, in which a protective layer is formed on the side of the seed single-crystal plate not intended for growing single-crystal silicon carbide ingots, after which an adhesive layer is applied, the surfaces of the holder and plates of the seed single crystal are glued and single-crystal silicon carbide ingot is grown on free the surface of the seed plate of a single crystal (KR 20150075220, С30В 25/10, С30В 25/16, С30В 29/36, 2015).

Известен способ получения монокристаллического карбида кремния, в котором закрепляют пластину затравочного монокристалла на держателе приклеиванием, в котором для улучшения качества приклеивания фиксируется точное количество адгезива на единицу поверхности границы раздела (JP 2015129055, С30В 23/06, С30В 29/36, 2015).There is a known method for producing single-crystal silicon carbide in which a seed plate of a single crystal is fixed to the holder by gluing, in which, to improve the quality of gluing, an exact amount of adhesive per unit interface is fixed (JP 2015129055, C30B 23/06, C30B 29/36, 2015).

Такие способы закрепления пластины затравочного монокристалла характеризуются низкой степенью надежности, неоднородностью теплового контакта по поверхности пластины затравочного монокристалла, а также наличием напряжений, возникающих вследствие разности температурных коэффициентов линейного расширения материалов пластины затравочного монокристалла SiC и материала держателя (графит), что приводит к снижению качества выращенного слитка монокристаллического карбида кремния.Such methods of fixing the seed single crystal wafer are characterized by a low degree of reliability, heterogeneous thermal contact over the surface of the seed single crystal wafer, and the presence of stresses due to the difference in the temperature coefficients of the linear expansion of the materials of the SiC seed single crystal wafer and the holder material (graphite), which leads to a decrease in the quality of the grown single crystal silicon carbide ingot.

Для улучшения надежности контакта пластины затравочного монокристалла карбида кремния с держателем известен способ, согласно которому сторона пластины затравочного монокристалла карбида кремния, не предназначенная для выращивания слитка монокристаллического SiC, огрубляется, после чего на нее наносится адгезив, и выполняется приклеивание к держателю (JP 2010116275, С30В 23/02, С30В 29/36, H01L 21/205, 2010). Такой способ закрепления улучшает надежность контакта, но не решает проблем, связанных с наличием напряжений на границе раздела "пластина затравочного монокристалла SiC-держатель".To improve the reliability of the contact of the plate of the silicon carbide seed crystal with the holder, a method is known according to which the side of the plate of the silicon carbide seed crystal not intended for growing a single-crystal SiC ingot is roughened, after which adhesive is applied and glued to the holder (JP 2010116275, C30B 23/02, C30B 29/36, H01L 21/205, 2010). Such a fixing method improves the reliability of the contact, but does not solve the problems associated with the presence of stresses at the interface "seed plate of a single crystal SiC holder".

Для улучшения надежности контакта "пластина затравочного монокристалла SiC-держатель" известен способ, при котором между пластиной затравочного монокристалла SiC и держателем размещается демпфирующая пленка металла, температура плавления которого ниже температуры выращивания монокристаллического слитка SiC (US 2005166833, С30В 23/00; С30В 29/36, 2005), в частности, в качестве такого металла может быть использован титан (JP 2008019166, С30В 23/06, С30В 29/36, 2008; JP 2008280196 (A), С30В 29/36, 2008). Также с этой же целью между пластиной затравочного монокристалла и держателем может быть размещена пленка из расплавленного кремния (JP 2016020306, С30В 15/32, С30В 19/00, С30В 29/36, 2016) с последующей его карбидизацией (JP 2011219337, С30В 29/36, 2011). Некоторое улучшение надежности контакта, обеспеченное такими техническими решениями, не позволяет полностью решить проблему однородности теплового контакта и, самое главное, проблему наличия упругих напряжений на границе раздела.To improve the reliability of the contact “SiC seed crystal single-wafer plate” contact, a method is known in which a damping metal film is placed between the SiC seed single crystal plate and the holder, the melting temperature of which is lower than the temperature of growing a single-crystal SiC ingot (US 2005166833, C30B 23/00; C30B 29/00 36, 2005), in particular, titanium can be used as such a metal (JP 2008019166, C30B 23/06, C30B 29/36, 2008; JP 2008280196 (A), C30B 29/36, 2008). For the same purpose, a film of molten silicon (JP 2016020306, C30B 15/32, C30B 19/00, C30B 29/36, 2016) can be placed between the plate of the seed single crystal and the holder, followed by its carbidization (JP 2011219337, C30B 29 / 36, 2011). Some improvement in the reliability of the contact provided by such technical solutions does not completely solve the problem of uniformity of thermal contact and, most importantly, the problem of the presence of elastic stresses at the interface.

Для снижения упругих напряжений, возникающих в пластине затравочного монокристалла SiC вследствие приклеивания, известно использование на границе раздела "пластина затравочного монокристалла SiC-держатель" элементов, демпфирующих напряжения (JP 2015193494, С30В 29/36, 2015; JP 2015131744, С30В 23/02, С30В 29/36, 2015). В частности, представлена конструкция держателя с промежуточной пластиной, приклеиваемой между пластиной затравочного монокристалла SiC и держателем, выполненной из монокристаллического карбида кремния (JP 2006143511, С30В 23/08, С30В 29/36, 2006) или промежуточного слоя поликристаллического SiC (CN104233458, С30В 23/00, С30В 29/36, 2014). В конструкции с промежуточной пластиной из монокристаллического карбида кремния упругие напряжения могут быть несколько снижены, однако необходимо использовать удвоенное количество монокристаллических пластин карбида кремния. Кроме того, удаление растворителя из адгезива при нагреве конструкции приводит к локальным отклеиваниям и неравномерности теплового контакта, так как карбид кремния, в отличие от графита, не обладает сколько-нибудь значимой пористостью.To reduce the elastic stresses occurring in the wafer of the SiC single crystal due to bonding, it is known to use stress damping elements at the interface of the "wafer single crystal SiC holder" (JP 2015193494, C30B 29/36, 2015; JP 2015131744, C30B 23/02, C30B 29/36, 2015). In particular, there is presented a construction of a holder with an intermediate plate glued between the SiC seed crystal plate and the holder made of single-crystal silicon carbide (JP 2006143511, C30B 23/08, C30B 29/36, 2006) or an intermediate layer of polycrystalline SiC (CN104233458, C30B 23 / 00, C30B 29/36, 2014). In the design with an intermediate plate of single-crystal silicon carbide, the elastic stresses can be slightly reduced, however, it is necessary to use double the number of single-crystal silicon carbide plates. In addition, the removal of solvent from the adhesive during heating of the structure leads to local peeling and unevenness of thermal contact, since silicon carbide, unlike graphite, does not have any significant porosity.

При использовании промежуточного слоя поликристаллического карбида кремния упругие напряжения снизить не удается, вследствие анизотропии упругих модулей в кристаллах карбида кремния. Предложенные конструкции с демпфирующими напряжения промежуточными слоями позволяли упростить проблему снятия слитка монокристаллического SiC с держателя (JP 2015131748, С30В 23/06, С30В 29/36, С30В 33/00, 2015), но, в первую очередь, за счет снижения адгезии и уменьшения надежности контакта, что приводит к ухудшению качества слитка монокристаллического карбида кремния.When using an intermediate layer of polycrystalline silicon carbide, elastic stresses cannot be reduced, due to the anisotropy of the elastic modules in silicon carbide crystals. The proposed structures with voltage damping intermediate layers simplified the problem of removing a single-crystal SiC ingot from the holder (JP 2015131748, С30В 23/06, С30В 29/36, С30В 33/00, 2015), but, first of all, due to a decrease in adhesion and a decrease reliability of the contact, which leads to deterioration in the quality of the ingot of single-crystal silicon carbide.

Также для снижения упругих напряжений, возникающих в пластине затравочного монокристалла SiC вследствие наличия клеевого контакта с держателем, известно закрепление пластины затравочного монокристалла с помощью клея-адгезива на основе бакелитового лака на графитовом держателе с промежуточной прокладкой из терморасширенного графита (UA 68293, H01L 21/205, H01L 21/36, 2004). В этом случае пары растворителя, содержащегося в бакелитовом лаке, также не могут быть эффективно удалены из области контакта "пластина затравочного монокристалла SiC-прокладка из терморасширенного графита" в процессе сушки, вследствие отсутствия пористости у прокладки из терморасширенного графита, что приводит к неравномерности клеевого контакта и ухудшению свойств растущего слитка монокристаллического карбида кремния.Also, in order to reduce the elastic stresses arising in the plate of the SiC seed single crystal due to adhesive contact with the holder, it is known to fix the plate of the seed single crystal with adhesive-adhesive based on bakelite varnish on a graphite holder with an intermediate lining of thermally expanded graphite (UA 68293, H01L 21/205 H01L 21/36, 2004). In this case, the solvent vapor contained in the bakelite varnish can also not be effectively removed from the contact region of the “SiC single crystal chip-heat-expanded graphite gasket plate” contact during drying, due to the absence of porosity in the heat-expanded graphite gasket, which leads to non-uniformity of the adhesive contact and deterioration of the properties of the growing ingot of single crystal silicon carbide.

Известен способ механической фиксации пластины затравочного монокристалла, в соответствии с которым на поверхности пластины затравочного монокристалла SiC, не предназначенной для роста монокристалла SiC, формируется покрытие, например, из карбида металла, после чего пластина затравочного монокристалла поджимается к держателю и удерживается скобками (CN 103088411, С30В 23/00, С30В 29/36, 2013). Такой способ достаточно сложен, так как предполагает очень хорошую плоскостность сопрягаемых поверхностей держателя и пластины затравочного монокристалла, что приводит к увеличению требований к сопрягаемым поверхностям и возможной невоспроизводимости и неравномерности по площади свойств контакта.A known method of mechanically fixing a seed single crystal plate, according to which a coating, for example, of metal carbide, is formed on the surface of a SiC seed single crystal plate not intended for SiC single crystal growth, after which the seed single crystal plate is pressed to the holder and held by brackets (CN 103088411, С30В 23/00, С30В 29/36, 2013). This method is quite complicated, since it assumes a very good flatness of the mating surfaces of the holder and the seed plate of a single crystal, which leads to an increase in the requirements for mating surfaces and possible irreproducibility and unevenness in the area of contact properties.

Известен способ, в соответствии с которым на обратной стороне пластины затравочного монокристалла, не предназначенной для выращивания слитка монокристаллического SiC, формируется покрытие из карбида металла, после чего пластина затравочного монокристалла подвешивается на держателе в форме скобок (WO 2015182474, С30В 23/06, С30В 29/36, 2015). Недостатком способа является недостаточно однородный теплоотвод на поверхности пластины затравочного монокристалла. В месте контакта пластины затравочного монокристалла с держателем наблюдается так называемый "краевой наплыв", то есть локальное увеличение скорости роста вследствие лучшего теплоотвода в месте контакта с держателем. Такое увеличение скорости роста приведет к ухудшению качества слитка монокристаллического карбида кремния вследствие увеличения упругих напряжений в слитке.A method is known in which a metal carbide coating is formed on the back side of a seed single crystal plate not intended for growing a single-crystal SiC ingot, after which the seed single crystal plate is suspended on a bracket in the form of brackets (WO 2015182474, C30B 23/06, C30B 29 / 36, 2015). The disadvantage of this method is not sufficiently homogeneous heat removal on the surface of the plate of the seed single crystal. In the place of contact of the seed plate of the single crystal with the holder, a so-called "edge influx" is observed, that is, a local increase in the growth rate due to better heat removal at the point of contact with the holder. Such an increase in the growth rate will lead to a deterioration in the quality of the ingot of single-crystal silicon carbide due to an increase in the elastic stresses in the ingot.

Известен способ механической фиксации пластины затравочного монокристалла на держателе (JP 2011184209, С30В 23/06, С30В 29/36, 2011), в котором на уступ, сформированный на внутренней стороне стенки тигля, укладывают поддерживающий элемент, который имеет форму усеченного конуса. Сторону пластины затравочного монокристалла, не предназначенную для выращивания слитка монокристаллического карбида кремния, покрывают защитным слоем для предотвращения испарения пластины затравочного монокристалла в процессе выращивания слитка монокристаллического SiC, после чего пластину затравочного монокристалла устанавливают на поддерживающий элемент и поджимают сверху крышкой тигля, посредством резьбового соединения последней со стенкой тигля.A known method of mechanically fixing a plate of a seed single crystal on a holder (JP 2011184209, C30B 23/06, C30B 29/36, 2011), in which a supporting element is laid on a ledge formed on the inside of the crucible wall, which has the shape of a truncated cone. The side of the seed single crystal plate, not intended for growing a single crystal silicon carbide ingot, is coated with a protective layer to prevent evaporation of the seed single crystal plate during the growth of a single crystal SiC ingot, after which the seed single crystal plate is mounted on a support element and pressed on top of the crucible lid, by means of a threaded connection with the latter the wall of the crucible.

Недостатком такого способа является локальное увеличение скорости роста в месте контакта поддерживающего элемента с пластиной затравочного монокристалла, что может привести к сбоям политипного состава растущего слитка монокристаллического карбида кремния, неравномерности скорости роста по поверхности пластины затравочного монокристалла и ухудшения качества слитка. Кроме того, недостатком способа является сложность качественной и надежной сборки конструкции "держатель - пластина затравочного монокристалла", так как пластина затравочного монокристалла не фиксируется, а при контакте с вращающимся при заворачивании резьбы держателем может смещаться из первоначально установленного положения. Результатом является невоспроизводимость процесса сборки и ухудшение качества растущего слитка монокристаллического карбида кремния.The disadvantage of this method is a local increase in the growth rate at the point of contact of the supporting element with the seed single crystal plate, which can lead to malfunctions of the polytype composition of the growing ingot of single-crystal silicon carbide, uneven growth rate over the surface of the plate of the seed single crystal and deterioration of the quality of the ingot. In addition, the disadvantage of this method is the complexity of high-quality and reliable assembly of the holder-plate of the seed single crystal design, since the plate of the seed single crystal is not fixed, and in contact with the holder rotating when turning the thread can be displaced from its original position. The result is the irreproducibility of the assembly process and the deterioration in the quality of the growing ingot of single-crystal silicon carbide.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности является способ получения монокристаллического SiC, предусматривающий сублимацию источника SiC, размещенного в тигле, на пластину затравочного монокристалла SiC (выполняющую функцию подложки), размещенную на держателе, изготовленном в форме плоского кольца из упругомягкого материала, значения упругих модулей которого меньше значения упругих модулей монокристаллического SiC, на пластину затравочного монокристалла SiC наносят, по крайней мере, один защитный слой, обеспечивающий термохимическую стабильность, пластину затравочного монокристалла SiC прикрепляют со стороны нанесенного слоя к держателю, полностью перекрывая область, ограниченную внутренней боковой поверхностью кольца держателя, с образованием поверхности пластины затравочного монокристалла, не предназначенной для роста монокристаллического слитка SiC, на которую дополнительно наносят несколько слоев, обеспечивающих заданные температурные условия на поверхности пластины затравочного монокристалла, далее держатель с закрепленной пластиной затравочного монокристалла SiC устанавливают в тигле таким образом, чтобы поверхность пластины, предназначенная для роста слитка монокристаллического SiC, была обращена внутрь тигля и контактировала с газовой средой внутри тигля (RU 2557597, С30В 23/00, С30В 29/36, 2015).Closest to the claimed invention in technical essence is a method for producing single-crystal SiC, which provides for the sublimation of a source of SiC placed in a crucible onto a plate of a SiC seed single crystal (acting as a substrate) placed on a holder made in the form of a flat ring of elastic material, the values of the elastic modules which is less than the value of the elastic moduli of single-crystal SiC, at least one protective layer is applied to the SiC seed crystal single wafer, providing thermochemical stability, the SiC seed single crystal plate is attached on the side of the deposited layer to the holder, completely overlapping the region bounded by the inner side surface of the holder ring to form the surface of the seed single crystal plate, not intended for the growth of a single crystal SiC ingot, on which several layers additionally predetermined temperature conditions on the surface of the plate of the seed single crystal, then the holder with a fixed plate The seed single crystal SiC is installed in the crucible so that the surface of the plate intended for the growth of a single-crystal SiC ingot is turned inside the crucible and is in contact with the gas medium inside the crucible (RU 2557597, C30B 23/00, C30B 29/36, 2015).

Данный способ не позволяет получить слиток монокристаллического карбида кремния, характеризующийся достаточно высоким качеством. В месте приклеивания пластины затравочного монокристалла к держателю всегда наблюдается локальное увеличение скорости роста (так называемый "краевой наплыв"), приводящее к неоднородности скорости роста слитка монокристаллического SiC и - в итоге - к ухудшению качества растущего слитка. Кроме того, неоднородность приклеивания пластины затравочного монокристалла к держателю по площади поверхности, а также невоспроизводимость самого процесса приклеивания приводят к возникновению значимых упругих напряжений в пластине затравочного монокристалла SiC, что также приводит к ухудшению качества растущего слитка монокристаллического карбида кремния.This method does not allow to obtain an ingot of monocrystalline silicon carbide, characterized by a fairly high quality. At the place of sticking of the seed single crystal plate to the holder, a local increase in the growth rate (the so-called "edge influx") is always observed, leading to a nonuniform growth rate of the ingot of single-crystal SiC and, as a result, to a deterioration in the quality of the growing ingot. In addition, the heterogeneity of bonding of the seed single crystal plate to the holder over the surface area, as well as the irreproducibility of the bonding process itself, lead to significant elastic stresses in the plate of the seed single crystal SiC, which also leads to a deterioration in the quality of the growing ingot of single crystal silicon carbide.

Задачей предлагаемого изобретения является создание способа получения монокристаллического SiC, обеспечивающего технический результат, заключающийся в улучшении качества слитка монокристаллического SiC, вследствие снижения упругих напряжений в пластине затравочного монокристалла SiC и достижения однородной скорости роста по всей поверхности пластины затравочного монокристалла с образованием почти плоского фронта кристаллизации.The objective of the invention is to provide a method for producing single-crystal SiC, which provides a technical result, which consists in improving the quality of an ingot of single-crystal SiC due to a decrease in elastic stresses in the plate of a seed single crystal of SiC and to achieve a uniform growth rate over the entire surface of the plate of a seed single crystal with the formation of an almost flat crystallization front.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе получения монокристаллического SiC, включающем сублимацию источника SiC, размещенного в тигле, на пластину затравочного монокристалла, размещенную на держателе и на сторону которой, не предназначенную для выращивания слитка монокристаллического SiC, наносят один или несколько слоев, обеспечивающих как термохимическую стабильность поверхности SiC, так и заданные температурные условия на поверхностях пластины затравочного монокристалла SiC, держатель изготавливают в виде плоского кольца, по окружности внутренней цилиндрической поверхности которого выполнены выступы, торцы которых имеют уступы для размещения пластины затравочного монокристалла SiC, устанавливают держатель внутри тигля, в держателе на уступах размещают пластину затравочного монокристалла таким образом, что слои, предварительно нанесенные на поверхность пластины затравочного монокристалла, не предназначенную для роста слитка монокристаллического SiC, обращены вверх, далее на держатель с пластиной затравочного монокристалла, снабженной предварительно нанесенными слоями, сверху устанавливают пластину, обеспечивающую однородный тепловой контакт поверхностей, из терморасширенного графита и фиксируют прижимным элементом в виде жесткой пластины и стопорного кольца из термостабильных материалов.The essence of the invention lies in the fact that in the method of producing single-crystal SiC, including the sublimation of the source of SiC placed in the crucible, on the plate of the seed single crystal placed on the holder and on the side of which is not intended for growing an ingot of single-crystal SiC, one or more layers are applied, which provide both the thermochemical stability of the SiC surface and the specified temperature conditions on the plate surfaces of the SiC seed single crystal, the holder is made in the form of a flat ring, around the circumference of the inner cylindrical surface of which protrusions are made, the ends of which have ledges to accommodate the SiC seed single crystal plate, install the holder inside the crucible, place the seed single crystal plate in the holder on the ledges so that the layers previously deposited on the surface of the seed single crystal plate, not intended for growth of a single-crystal SiC ingot, facing up, then onto a holder with a seed single crystal plate equipped with with abrasive layers, a plate is installed on top that provides uniform thermal contact of the surfaces from thermally expanded graphite and is fixed with a clamping element in the form of a rigid plate and a retaining ring made of thermostable materials.

Пластина затравочного монокристалла не имеет клеевых сопряжений с держателем, а установлена на держателе свободно и поджимается только сверху, вследствие чего уровень упругих напряжений в пластине затравочного монокристалла снижается. Пластину, обеспечивающую однородный тепловой контакт поверхностей и поджимаемую к пластине затравочного монокристалла сверху, изготавливают из терморасширенного графита, который является пластичным материалом, обеспечивающем однородный тепловой контакт сопрягаемых поверхностей даже при некоторой неплоскостности пластины затравочного монокристалла или неточности установки, за счет пластической деформации, что приводит к однородности скорости роста слитка монокристалла SiC по всей поверхности пластины затравочного монокристалла.The seed single crystal plate does not have adhesive mates with the holder, but is mounted on the holder freely and is pressed only from above, as a result of which the level of elastic stresses in the seed single crystal plate decreases. A plate that provides uniform thermal contact of the surfaces and is pressed from above to the seed single crystal plate is made of thermally expanded graphite, which is a plastic material that provides uniform thermal contact of the mating surfaces even with some non-flatness of the seed single crystal plate or installation inaccuracy due to plastic deformation, which leads to uniformity of the growth rate of the ingot of a single crystal of SiC over the entire surface of the plate of the seed single crystal.

Пластина из терморасширенного графита поджимается к поверхности пластины затравочного монокристалла SiC прижимным элементом, состоящим из жесткой пластины и стопорного кольца, что позволяет реализовать простую и надежную систему поджатая и фиксации, обеспечивающую воспроизводимый и однородный контакт по всей поверхности пластины затравочного монокристалла SiC, вследствие чего улучшается качество растущих слитков монокристаллического карбида кремния.The thermally expanded graphite plate is pressed against the surface of the SiC seed single crystal plate by a clamping element consisting of a rigid plate and a retaining ring, which allows a simple and reliable preloaded and fixation system to ensure reproducible and uniform contact over the entire surface of the SiC seed single crystal plate, thereby improving the quality growing ingots of single-crystal silicon carbide.

Закрепление пластины затравочного монокристалла SiC в держателе на уступах позволяет перераспределить скорость роста на периферических участках слитка монокристаллического SiC и - в итоге - снизить локальное увеличение скорости роста слитка монокристаллического SiC на начальной стадии роста, в местах контакта держателя с пластиной затравочного монокристалла SiC (устранить краевые наплывы), что позволяет достичь однородной скорости роста по всей поверхности пластины затравочного монокристалла и улучшить качество слитков монокристаллического SiC.The fastening of the SiC seed crystal plate in the holder on the ledges allows redistributing the growth rate at the peripheral sections of the single-crystal SiC ingot and, as a result, reduces the local increase in the growth rate of the single-crystal SiC ingot at the initial growth stage, at the points of contact of the holder with the SiC seed crystal plate (to eliminate edge flows ), which allows to achieve a uniform growth rate over the entire surface of the seed plate of a single crystal and to improve the quality of single crystal ingots whom SiC.

Способ иллюстрируют чертежи.The method is illustrated by drawings.

Фиг. 1 - схема сублимационной установки для осуществления предлагаемого способа.FIG. 1 is a diagram of a sublimation apparatus for implementing the proposed method.

Фиг. 2 - используемый в заявляемом способе держатель для пластины затравочного монокристалла с выступами, торцы которых имеют уступы.FIG. 2 - used in the inventive method, the holder for the plate of the seed single crystal with protrusions, the ends of which have ledges.

Фиг. 3 - держатель для сравнения, с кольцевым уступом, выполненным непосредственно на внутренней цилиндрической поверхности кольца.FIG. 3 - holder for comparison, with an annular ledge made directly on the inner cylindrical surface of the ring.

Фиг. 4 - общий вид слитка с краевыми наплывами, полученного при использовании держателя, представленного на фиг. 3.FIG. 4 is a perspective view of an edge-ingot ingot obtained using the holder of FIG. 3.

Фиг. 5 - общий вид слитка без краевых наплывов, полученного при использовании держателя, представленного на фиг. 2.FIG. 5 is a perspective view of an ingot without edge sag obtained by using the holder of FIG. 2.

Фиг. 6 - общий вид стопорного кольца.FIG. 6 is a general view of the retaining ring.

В таблице указаны технические характеристики слитка и способа и его получения в зависимости от значений конструктивных параметров.The table shows the technical characteristics of the ingot and the method and its preparation, depending on the values of the structural parameters.

В качестве технического средства для осуществления предлагаемого способа может использоваться тигель (фиг. 1), имеющий цилиндрический корпус, боковая стенка 1 и дно 2 которого выполнены из плотного графита МПГ-6. На внутренней поверхности боковой стенки 1 в верхней ее части конструктивно выполнен уступ 3 для установки держателя (конструктивное расположение держателя может быть реализовано иначе).As a technical means for implementing the proposed method, a crucible can be used (Fig. 1), having a cylindrical body, side wall 1 and bottom 2 of which are made of dense MPG-6 graphite. On the inner surface of the side wall 1 in its upper part, a step 3 is structurally made for mounting the holder (the structural arrangement of the holder can be implemented differently).

На боковой стенке 1 тигля снаружи последовательно расположены спираль 4 резистивного электронагревателя и теплоизоляционный слой 5, выполненный из графитового войлока. Элементы 1-5 помещены в цилиндрическую камеру роста 6 сублимационной установки. На уступе 3 установлен держатель в форме плоского графитового кольца 7, на котором размещена пластина затравочного монокристалла 8, с предварительно нанесенными на поверхность, не предназначенную для роста, слоями, обеспечивающими термохимическую стабильность (на фиг. 1 не показаны). На держателе 7 с пластиной затравочного монокристалла 8 сверху расположена пластина из ТРГ 9, обеспечивающая однородный тепловой контакт сопрягаемых поверхностей. Плотный и надежный контакт сопрягаемых поверхностей осуществляется с помощью прижимного элемента, состоящего из жесткой пластины 10 и стопорного кольца 11, установленных сверху. На дне 2 тигля располагают исходное сырье 12 - поликристаллы карбида кремния, служащие источником получаемого слитка монокристаллического карбида кремния.On the side wall 1 of the crucible, a spiral 4 of a resistive electric heater and a heat-insulating layer 5 made of graphite felt are sequentially located outside from the outside. Elements 1-5 are placed in a cylindrical growth chamber 6 of a sublimation unit. On the ledge 3, a holder is installed in the form of a flat graphite ring 7, on which a plate of the seed single crystal 8 is placed, with layers previously provided on the surface not intended for growth providing thermochemical stability (not shown in Fig. 1). On the holder 7 with the plate of the seed single crystal 8 is located on top of the plate of the TRG 9, providing a uniform thermal contact of the mating surfaces. Tight and reliable contact of the mating surfaces is carried out using a clamping element consisting of a rigid plate 10 and a retaining ring 11 mounted on top. At the bottom 2 of the crucible, the feedstock 12 is located - polycrystals of silicon carbide, which serve as a source of the obtained ingot of single-crystal silicon carbide.

При проведении способа используют держатель 7, выполненный в форме плоского графитового кольца (фиг. 2), по окружности внутренней цилиндрической поверхности которого выполнены выступы 13, торцы которых имеют уступы 14, на которых устанавливается и удерживается от бокового смещения при сборке и осуществлении способа пластина затравочного монокристалла 8.When carrying out the method, a holder 7 is used, made in the form of a flat graphite ring (Fig. 2), around the circumference of the inner cylindrical surface of which there are protrusions 13, the ends of which have ledges 14, on which the seed plate is mounted and held from lateral displacement during assembly and implementation of the method single crystal 8.

Способ осуществляют следующим образом. На дне тигля 1 размещают источник - поликристаллический карбид кремния 12, а на уступе 3 внутренней поверхности боковой стенки тигля 1 располагают держатель 7 в виде плоского кольца с выступами, торцы которого имеют уступы, таким образом, чтобы уступы были обращены вверх. После нанесения всех слоев, обеспечивающих термохимическую стабильность поверхности пластины затравочного монокристалла 8, не предназначенной для роста, пластину затравочного монокристалла 8 фиксируют сверху на держателе 7, располагая ее на уступах, с поверхностью, которая предназначена для роста, обращенной вниз. Далее держатель 7 с пластиной затравочного монокристалла 8 накрывают пластиной ТРГ 9, которая должна обеспечить однородный тепловой контакт. Сверху пластину ТРГ 9 закрывают жесткой пластиной 10 и поджимают поверхности друг к другу, заводя стопорное кольцо 11 в полость, ограниченную внутренней поверхностью стенки тигля 1, до контакта с жесткой пластиной 10 по всему периметру стопорного кольца 11.The method is as follows. At the bottom of crucible 1, a source — polycrystalline silicon carbide 12 — is placed, and on a ledge 3 of the inner surface of the side wall of the crucible 1, a holder 7 is arranged in the form of a flat ring with protrusions, the ends of which have ledges, so that the ledges face up. After applying all the layers that provide thermochemical stability of the surface of the plate of the seed single crystal 8, not intended for growth, the plate of the seed single crystal 8 is fixed on top of the holder 7, placing it on the ledges, with the surface that is intended for growth, facing down. Next, the holder 7 with the plate of the seed single crystal 8 is covered with a plate TRG 9, which should provide uniform thermal contact. On top of the plate, the TRG 9 is closed with a rigid plate 10 and the surfaces are pressed against each other, leading the retainer ring 11 into the cavity bounded by the inner surface of the wall of the crucible 1, until it contacts the rigid plate 10 around the entire perimeter of the retainer ring 11.

После этого тигель 1 помещают в цилиндрическую камеру роста 6, которую вакуумируют с использованием вакуумной системы, заполняют инертным газом с помощью системы газонапуска, нагревают с помощью нагревательного элемента 4, обеспечивающего температуру, достаточную для сублимации источника 12, проводят откачку камеры роста до некоторого давления инертного газа, при котором активируется процесс переноса кремнийсодержащих летучих соединений от источника 12 к пластине затравочного монокристалла 8 и роста монокристаллического слитка SiC.After that, the crucible 1 is placed in a cylindrical growth chamber 6, which is vacuumized using a vacuum system, filled with an inert gas using a gas inlet system, heated with a heating element 4, which provides a temperature sufficient to sublimate the source 12, and the growth chamber is pumped to a certain inert pressure gas, in which the process of transferring silicon-containing volatile compounds from source 12 to the plate of the seed single crystal 8 and the growth of a single-crystal SiC ingot is activated.

После проведения процесса выращивания слитка монокристаллического карбида кремния тигель охлаждают и после напуска аргона извлекают из камеры роста. После снятия стопорного кольца 11 и пластин 9 и 10 пластина затравочного монокристалла 8 с выросшим слитком монокристаллического карбида кремния извлекается из держателя 7.After carrying out the process of growing a single-crystal silicon carbide ingot, the crucible is cooled and, after argon inlet, is removed from the growth chamber. After removing the retaining ring 11 and the plates 9 and 10, the seed plate of a single crystal 8 with a grown ingot of single-crystal silicon carbide is removed from the holder 7.

Держатель 7 в форме кольца для пластины затравочного монокристалла SiC может быть изготовлен из графита или углеграфитовых материалов (ТРГ - терморасширенный графит, графитовые композиты), а также из тугоплавких металлов, обладающих достаточной термостойкостью (тантал, ниобий и т.д.) или из графита с металлическим напылением. Наиболее оптимальным, на наш взгляд, является изготовление держателя из графита, так как этот материал относительно дешев и обладает достаточно высокой прочностью. Выступы 13, выполненные по внутреннему диаметру держателя, содержат уступы 14 на поверхности кольца, шириной t и глубиной k, необходимые для установки и фиксации в держателе пластины затравочного монокристалла. Ширина и глубина уступа на выступах держателя определяют надежность фиксации пластины затравочного монокристалла SiC на держателе, они составляют соответственно t=0.5-2 мм и k=0.3-1 мм. Кроме того, величина глубины уступа k не должна превышать толщину Н используемой пластины затравочного монокристалла SiC, для обеспечения равномерного поджатая пластины из ТРГ 9, расположенной выше. Уменьшение ширины используемого уступа менее 0,5 мм нецелесообразно, так как надежность фиксации пластины затравочного монокристалла снижается: уступ при поджатии может разрушиться. Соответственно, для обеспечения необходимой механической прочности общая толщина кольца держателя составляет 1.5-2 мм.The holder 7 in the form of a ring for a SiC seed single crystal wafer can be made of graphite or carbon graphite materials (ТРГ - thermally expanded graphite, graphite composites), as well as from refractory metals with sufficient heat resistance (tantalum, niobium, etc.) or from graphite with a metal dusting. The most optimal, in our opinion, is the manufacture of a holder made of graphite, since this material is relatively cheap and has a fairly high strength. The protrusions 13, made on the inner diameter of the holder, contain ledges 14 on the surface of the ring, of width t and depth k, necessary for installing and fixing the seed single crystal in the plate holder. The width and depth of the step on the protrusions of the holder determine the reliability of fixing the plate of the SiC seed single crystal on the holder, they are respectively t = 0.5-2 mm and k = 0.3-1 mm. In addition, the magnitude of the step depth k should not exceed the thickness H of the used plate of the SiC seed crystal, to ensure a uniform pressed plate of the TEG 9 located above. Reducing the width of the used ledge to less than 0.5 mm is impractical, since the reliability of fixing the plate of the seed single crystal decreases: the ledge may collapse during preloading. Accordingly, to ensure the necessary mechanical strength, the total thickness of the holder ring is 1.5-2 mm.

В ряде экспериментов для выращивания слитка монокристаллического карбида кремния использовали - для сравнения параметров выращенных слитков монокристаллического SiC-держатель с кольцевым уступом, выполненным непосредственно на внутренней цилиндрической поверхности кольца (фиг. 3). При использовании такого держателя достигается достаточно равномерное распределение скорости роста монокристаллического слитка карбида кремния, но в начальный период роста в местах контакта пластины затравочного монокристалла SiC 8 с держателем 7 обычно наблюдаются участки с увеличенной скоростью роста (краевые наплывы 15 в слитке монокристаллического карбида кремния 16, фиг. 4), приводящие к увеличению упругих напряжений в растущем слитке. Для исключения таких участков и достижения полностью равномерного распределения скорости роста слитка монокристаллического SiC по поверхности пластины затравочного монокристалла в кольце держателя 7, по окружности внутренней цилиндрической поверхности, выполняются выступы. Общий вид слитка, выращенного с использованием держателя с выступами, торцы которых имеют уступы (фиг. 2), представлен на фиг. 5. В этом случае в слитке монокристаллического карбида кремния 16 краевые наплывы отсутствуют и может быть получено равномерное распределение скорости роста слитка монокристаллического SiC 16 по площади пластины затравочного монокристалла 8. Дополнительные области осаждения поликристаллического карбида кремния 17 наблюдаются в этом случае на пластине ТРГ 9, в пространстве между выступами (фиг. 5). Эти области не оказывают негативного влияния на растущий слиток монокристаллического карбида кремния, так как отстают по скорости роста от центральной монокристаллической области.In a number of experiments, for growing an ingot of monocrystalline silicon carbide, they used - to compare the parameters of the grown ingots of a monocrystalline SiC holder with an annular step made directly on the inner cylindrical surface of the ring (Fig. 3). When using such a holder, a fairly uniform distribution of the growth rate of a single-crystal silicon carbide ingot is achieved, but in the initial period of growth, regions with an increased growth rate are usually observed at the points of contact of the SiC 8 seed single crystal plate with the holder 7 (edge sagging 15 in the single-crystal silicon carbide 16, fig. . 4), leading to an increase in elastic stresses in the growing ingot. To exclude such areas and achieve a completely uniform distribution of the growth rate of a single-crystal SiC ingot over the surface of the seed single crystal plate in the ring of the holder 7, protrusions are made around the circumference of the inner cylindrical surface. A general view of an ingot grown using a holder with protrusions whose ends have ledges (FIG. 2) is shown in FIG. 5. In this case, there are no edge flows in the single crystal silicon carbide 16 ingot and a uniform distribution of the growth rate of the single crystal SiC 16 ingot over the plate area of the seed single crystal can be obtained 8. Additional deposition regions of polycrystalline silicon carbide 17 are observed in this case on the TEG plate 9, c the space between the protrusions (Fig. 5). These regions do not adversely affect the growing ingot of single-crystal silicon carbide, since they lag behind the growth rate from the central single-crystal region.

На форму выступов, их количество и расположение, которые в общем случае произвольные, можно наложить только самые общие ограничения:Only the most general restrictions can be imposed on the shape of the protrusions, their number and location, which are generally arbitrary, in general:

(а) Расположение выступов - периодическое по окружности внутренней цилиндрической поверхности плоского кольца держателя для обеспечения однородного поджатая пластины затравочного монокристалла 8 к пластине из терморасширенного графита 9, расположенной выше;(a) The location of the protrusions is periodic around the circumference of the inner cylindrical surface of the flat ring of the holder to provide a uniform pre-pressed plate of the seed single crystal 8 to the plate of thermally expanded graphite 9 located above;

(б) Количество выступов N - произвольное, но не менее 3;(b) The number of protrusions N is arbitrary, but not less than 3;

(в) Ширина выступа h=(1-3)⋅t, где t - ширина уступа на кольце держателя;(c) The width of the protrusion h = (1-3) ⋅t, where t is the width of the ledge on the holder ring;

(г) Длина выступа s=(1-10)⋅h.(d) The length of the protrusion s = (1-10) ⋅h.

(д) Суммарная протяженность выступов по длине окружности D внутреннего отверстия кольца держателя составляет менее 50% от длины окружности, то есть N⋅h<πD/2, где π=3,14159.(e) The total length of the protrusions along the circumference D of the inner hole of the holder ring is less than 50% of the circumference, that is, N⋅h <πD / 2, where π = 3.14159.

Пластина затравочного монокристалла SiC, используемая в способе, в общем случае может быть некруглой, в этом случае несколько усложняется процесс изготовления отверстия в держателе, которое должно повторять профиль пластины затравочного монокристалла, а также процесс изготовления выступов и уступов. Соответственно, все уступы, расположенные по всему периметру отверстия держателя, должны обладать одинаковыми параметрами. Пластина затравочного монокристалла SiC, в общем случае, может иметь отклонения от плоскостности, так как она поджимается к пластине из терморасширенного графита 9, которая допускает достаточно большие пластические деформации, повторяя профиль поверхности пластины затравочного монокристалла SiC.The SiC seed single crystal wafer used in the method can generally be non-circular, in this case, the manufacturing process of the hole in the holder, which should repeat the profile of the seed single crystal wafer, as well as the process of manufacturing protrusions and ledges, is somewhat more complicated. Accordingly, all the ledges located around the perimeter of the holes of the holder must have the same parameters. The SiC single crystal wafer, in the general case, may have deviations from flatness, since it is pressed against the thermally expanded graphite 9 plate, which allows sufficiently large plastic deformations, repeating the surface profile of the SiC single crystal wafer.

Пластина из терморасширенного графита (пластина ТРГ) 9 имеет круглую форму, с диаметром, в общем случае позволяющим перекрыть всю поверхность пластины затравочного монокристалла 8. Обычно использовали пластину ТРГ 9 с диаметром, совпадающим с диаметром держателя 7. Для того чтобы в процессе выращивания избежать усадок и изменения формы пластины ТРГ, ее предварительно подвергают высокотемпературному отжигу в вакууме при температуре 2000-2200°С.The thermally expanded graphite plate (TEG plate) 9 has a circular shape, with a diameter generally allowing to cover the entire surface of the seed single crystal plate 8. Typically, a TEG plate 9 with a diameter matching the diameter of holder 7 was used. In order to avoid shrinkage during the growing process and changes in the shape of the TEG plate, it is preliminarily subjected to high-temperature annealing in vacuum at a temperature of 2000-2200 ° C.

Как известно, пластина ТРГ характеризуется относительно высокой теплопроводностью по направлению, касательному к ее поверхности, и значительно более низкими значениями теплопроводности в направлении, нормальном к поверхности. Это позволяет, во-первых, эффективно выровнять температуру по всей поверхности пластины затравочного монокристалла 8, к которой пластина ТРГ 9 поджимается, во-вторых, использование пластин ТРГ различной толщины позволяет эффективно изменять аксиальный температурный градиент в ростовом тигле и - в конечном итоге - управлять скоростью выращивания слитка монокристаллического SiC. Толщина используемых пластин ТРГ в наших экспериментах лежала в диапазоне 0.3-2.0 мм, в общем случае, толщина пластины ТРГ должна превышать величину Н-k, где Н - толщина пластины затравочного монокристалла SiC, k - глубина уступа в отверстии держателя (см. выше), для более однородного поджатия к поверхности пластины затравочного монокристалла SiC.As is known, the TEG plate is characterized by relatively high thermal conductivity in the direction tangent to its surface and significantly lower thermal conductivity in the direction normal to the surface. This allows, firstly, to effectively equalize the temperature over the entire surface of the seed single crystal plate 8, to which the TEG plate 9 is pressed, and secondly, the use of TEG plates of different thicknesses allows you to effectively change the axial temperature gradient in the growth crucible and, ultimately, control the growth rate of a single-crystal SiC ingot. The thickness of the used TEG wafers in our experiments lay in the range 0.3–2.0 mm; in the general case, the thickness of the TEG wafer should exceed H-k, where H is the thickness of the SiC seed crystal single wafer, k is the step depth in the holder hole (see above) , for a more uniform pressing to the surface of the plate of the seed single crystal SiC.

Жесткая пластина 10, устанавливаемая сверху на пластину ТРГ 9, имеет круглую форму, она должна обладать плоскостностью, чтобы обеспечить достаточно равномерное поджатие пластины ТРГ 9 к пластине затравочного монокристалла 8, и толщиной, обеспечивающей механическую прочность при поджатии. Пластина 10 может быть изготовлена из графита или другого материала, обладающего достаточной жесткостью и термохимической стабильностью при температуре выращивания (тантал, ниобий). Толщины графитовых пластин 10 в наших экспериментах лежали в диапазоне от 1.5 мм до 8 мм. Диаметр графитовой пластины в общем случае немного меньше внутреннего диаметра ростового тигля в месте установки.The rigid plate 10, mounted on top of the plate of the TEG 9, has a round shape, it must have flatness to ensure a fairly uniform compression of the plate of the TGG 9 to the plate of the seed single crystal 8, and a thickness that provides mechanical strength during compression. The plate 10 can be made of graphite or other material with sufficient rigidity and thermochemical stability at the temperature of growth (tantalum, niobium). The thicknesses of graphite plates 10 in our experiments ranged from 1.5 mm to 8 mm. The diameter of the graphite plate is generally slightly smaller than the internal diameter of the growth crucible at the installation site.

Поджатие всех пластин в указанном выше порядке к держателю осуществляется за счет стопорного разрезного кольца 11, представленного на фиг. 6, выполненного из конструкционного графита (тантала или ниобия) и прошедшего предварительный высокотемпературный отжиг при температуре 2000-2200°С.Preloading all the plates in the above order to the holder is carried out by means of a snap split ring 11 shown in FIG. 6, made of structural graphite (tantalum or niobium) and subjected to preliminary high-temperature annealing at a temperature of 2000-2200 ° С.

Диаметр стопорного кольца в свободном состоянии незначительно (на 2-8%) превышает внутренний диаметр ростового тигля в месте установки стопорного кольца, толщина стопорного кольца (4-10 мм) должна быть достаточной для обеспечения его механической прочности. Посредством сжатия стопорного кольца оно может быть установлено в тело тигля, эффективно поджимая все пластины, расположенные ниже, к телу держателя. Использование стопорного кольца вместо часто применяемых резьбовых соединений позволяет упростить сборку тигля и сделать ее более воспроизводимой.The diameter of the retaining ring in the free state slightly (2-8%) exceeds the inner diameter of the growth crucible at the installation location of the retaining ring, the thickness of the retaining ring (4-10 mm) should be sufficient to ensure its mechanical strength. By compressing the retaining ring, it can be installed in the body of the crucible, effectively pressing all the plates located below to the body of the holder. The use of a retaining ring instead of the commonly used threaded joints makes it easier to assemble the crucible and make it more reproducible.

Возможна модификация способа, при котором на одном держателе 7 устанавливается несколько пластин затравочных монокристаллов 8. В этом случае предварительно изготавливается держатель в виде плоского диска, с набором отверстий, по числу используемых пластин затравочных монокристаллов, каждое - с выступами и уступами. В этом случае в процессе сублимации на каждой из пластин затравочных монокристаллов выращивается свой слиток монокристаллического SiC. Дополнительное требование, которое накладывается на геометрические размеры пластин затравочных монокристаллов в этом случае: все пластины затравочных монокристаллов должны быть примерно одной толщины, для упрощения процесса их одновременного поджатая. В самом общем случае возможно использование пластин затравочных монокристаллов различной толщины, за счет использования индивидуальной глубины уступа для каждой из пластин затравочного монокристалла, с сохранением величины Н-k, где Н - толщина пластины затравочного монокристалла SiC, k - глубина уступа в отверстии держателя (см. выше).A modification of the method is possible in which several plates of seed single crystals are mounted on one holder 7. In this case, the holder is pre-made in the form of a flat disk with a set of holes, the number of plates of seed single crystals used, each with protrusions and ledges. In this case, in the process of sublimation, a single ingot of single-crystal SiC is grown on each of the plates of seed single crystals. An additional requirement, which is imposed on the geometric dimensions of the plates of the seed single crystals in this case: all plates of the seed single crystals should be approximately the same thickness, to simplify the process of their simultaneous preload. In the most general case, it is possible to use plates of seed single crystals of different thicknesses, by using an individual step depth for each of the plates of the seed single crystal, while maintaining the value of H-k, where H is the thickness of the plate of the seed single crystal SiC, k is the depth of the step in the holder hole (cm . above).

На поверхность пластины затравочного монокристалла SiC, не предназначенную для роста слитка монокристаллического SiC, должен быть нанесен по крайней мере один защитный слой, который обеспечивает термохимическую стабильность поверхности пластины затравочного монокристалла, то есть блокирует термическое испарение карбида кремния с поверхности пластины затравочного монокристалла, не предназначенной для роста слитка монокристаллического SiC. Кроме того, защитный слой, нанесенный на поверхность пластины затравочного монокристалла, препятствует химическому взаимодействию газообразных компонентов (в первую очередь кремния) с поверхностью пластины затравочного монокристалла. Такой слой обычно состоит из синтетических смол различной природы, адгезива и растворителя. В качестве растворителей использовали различные спирты (изопропиловый, или изовиниловый, или этиловый) или ацетон.At least one protective layer must be applied to the surface of the SiC seed single crystal plate, not intended for growth of a single crystal SiC ingot, which provides thermochemical stability of the surface of the seed single crystal plate, i.e., it blocks the thermal evaporation of silicon carbide from the surface of the seed single crystal plate, not intended for single-crystal SiC ingot growth. In addition, a protective layer deposited on the surface of the plate of the seed single crystal prevents the chemical interaction of gaseous components (primarily silicon) with the surface of the plate of the seed single crystal. Such a layer usually consists of synthetic resins of various nature, adhesive and solvent. Various alcohols (isopropyl or isovinyl or ethyl) or acetone were used as solvents.

Количество наносимых защитных слоев, их состав и толщина могут быть, вообще говоря, произвольными.The number of applied protective layers, their composition and thickness can be, generally speaking, arbitrary.

На поверхность пластины затравочного монокристалла, не предназначенную для роста слитка монокристаллического SiC, может быть нанесен также один или несколько слоев, обеспечивающих - за счет изменения условий поглощения теплового излучения - заданные температурные условия на поверхностях пластины затравочного монокристалла SiC. Такой слой обычно состоит из суспензии углерода (порошка графита или сажи) с добавлением растворителей и пластификаторов. Изменение толщины слоя и его степени черноты позволяет варьировать температуру пластины затравочного монокристалла и соответственно изменять скорость роста слитка монокристаллического SiC.One or several layers can also be deposited on the surface of the seed single crystal wafer, which is not intended for the growth of a single crystal SiC ingot, providing, due to changes in the thermal radiation absorption conditions, the specified temperature conditions on the surfaces of the SiC seed single crystal wafer. Such a layer usually consists of a suspension of carbon (graphite powder or carbon black) with the addition of solvents and plasticizers. Changing the thickness of the layer and its degree of blackness allows you to vary the temperature of the plate of the seed single crystal and, accordingly, change the growth rate of the ingot of single-crystal SiC.

Такой слой обычно состоит из суспензии углерода (порошка графита или сажи) с добавлением растворителей и пластификаторов. Изменение толщины слоя и его степени черноты позволяет варьировать температуру пластины затравочного монокристалла и соответственно изменять скорость роста слитка монокристаллического SiC.Such a layer usually consists of a suspension of carbon (graphite powder or carbon black) with the addition of solvents and plasticizers. Changing the thickness of the layer and its degree of blackness allows you to vary the temperature of the plate of the seed single crystal and, accordingly, change the growth rate of the ingot of single-crystal SiC.

Конструктивные параметры устройств, используемых при осуществлении действий способа, даны в приведенном примере.The design parameters of the devices used in carrying out the actions of the method are given in the above example.

Для экспериментальной проверки способа использовали пластину затравочного монокристалла 8 из SiC политипа 4Н номинальной ориентации (0001) и отклонением в 4° в направлении азимута [11-20] со средней по поверхности плотностью микропор 10-30 см-2 диаметром 3 дюйма, толщиной 0,8 мм. Данный материал подвергали травлению в расплавленной щелочи KOH в течение 10 мин при 600°С и ультразвуковой отмывке в деионизованной воде, для удаления дефектного поверхностного слоя, оставшегося после предварительной механической обработки пластины затравочного монокристалла. Для создания слоев различного функционального назначения, наносимых на поверхность пластины затравочного монокристалла SiC, не предназначенную для роста слитка монокристаллического SiC, использовали растворы синтетических фенолформальдегидных смол, в качестве источника углерода - высокочистый графитовый порошок фирмы Графи (Россия) и/или сажу производства Mitsubishi Chemical Corp. (Japan) и в качестве растворителя - различные спирты или ацетон.For experimental verification of the method, a plate of a seed crystal 8 of SiC polytype 4H of nominal orientation (0001) and a deviation of 4 ° in the azimuth direction [11–20] with an average surface density of micropores of 10–30 cm –3 with a diameter of 3 inches and a thickness of 0 was used. 8 mm. This material was subjected to etching in molten KOH alkali for 10 min at 600 ° C and ultrasonic washing in deionized water to remove the defective surface layer remaining after preliminary machining of the seed single crystal plate. To create layers for various functional purposes, deposited on a wafer surface of a SiC seed single crystal, not intended for growth of a single-crystal SiC ingot, solutions of synthetic phenol-formaldehyde resins were used, a high-purity graphite powder from Grafi (Russia) and / or soot from Mitsubishi Chemical Corp was used as a carbon source . (Japan) and as a solvent various alcohols or acetone.

Компоненты каждого слоя смешивали в нужной пропорции и тщательно перемешивали. Нанесение слоев осуществляли на тщательно очищенную обезжиренную поверхность пластины затравочного монокристалла, не предназначенную для роста слитка монокристаллического SiC. Последовательно наносили несколько слоев различного функционального назначения, проводили их отжиг и охлаждение на поверхности пластины затравочного монокристалла, не предназначенной для роста слитка монокристаллического SiC. Продолжительность и температурный режим нанесения, сушки и охлаждения зависели от природы используемой дисперсионной среды и связующего агента.The components of each layer were mixed in the desired proportion and mixed thoroughly. The deposition of layers was carried out on a thoroughly cleaned fat-free surface of a seed single crystal plate, not intended for growth of a single-crystal SiC ingot. Several layers of various functional purposes were applied sequentially, they were annealed and cooled on the surface of a seed single crystal plate, not intended for growth of a single-crystal SiC ingot. The duration and temperature of the deposition, drying and cooling depended on the nature of the dispersion medium and binder used.

В приведенном примере использовали пластину затравочного монокристалла с 6 последовательно нанесенными слоями.In the above example, a seed single crystal plate with 6 successively deposited layers was used.

Держатель выполнен из конструкционного графита марки МПГ-6 толщиной 1,5 мм, с линейными размерами кольца 180 мм на D=74 мм, где D - диаметр окружности, вписанной во внутреннее отверстие кольца (см. фиг. 2). Таким образом, ширина уступа t для установки пластины затравочного монокристалла диаметром 3 дюйма (=76,2 мм) составляет немногим более 1 мм. Глубина уступа на поверхности держателя составляет 0,5 мм, таким образом, пластина затравочного монокристалла карбида кремния будет выступать над поверхностью держателя на 0,8-0,5=0,3 мм. Ширина выступа h составляла 3 мм, длина s - 6 мм.The holder is made of structural graphite MPG-6 with a thickness of 1.5 mm, with linear dimensions of the ring 180 mm at D = 74 mm, where D is the diameter of the circle inscribed in the inner hole of the ring (see Fig. 2). Thus, the step width t for mounting a seed plate of a single crystal with a diameter of 3 inches (= 76.2 mm) is slightly more than 1 mm. The depth of the step on the surface of the holder is 0.5 mm, so the plate of the seed silicon carbide single crystal will protrude 0.8-0.5 = 0.3 mm above the surface of the holder. The width of the protrusion h was 3 mm, the length s was 6 mm.

Для осуществления способа использовали тигель с внутренним диаметром 170 мм, на внутренней поверхности стенки которого в верхней части был выполнен уступ. Внутренний диаметр ростового тигля выше уступа составлял 180 мм. В тигель засыпали порошок SiC (поз.12 на фиг. 1). В качестве порошка SiC использовали высокочистый предварительно спеченный порошкообразный карбид кремния производства фирмы Saint-Gobain (Norge), с размером зерна ≈100 мкм. На уступе 3 стенки тигля 1 устанавливали держатель 7. После установки держателя во внутреннее отверстие держателя устанавливали пластину затравочного монокристалла 8 с нанесенными слоями различного функционального назначения таким образом, чтобы поверхность, предназначенная для роста слитка монокристаллического карбида кремния, была обращена во внутреннее пространство тигля. После установки пластины затравочного монокристалла держатель накрывали предварительно отожженной пластиной ТРГ диаметром 180 мм и толщиной 0,8 мм (поз. 9 на фиг. 1), затем - пластиной из графита марки МПГ-6 толщиной 4 мм и диаметром 180 мм (поз. 10 на фиг. 1). Поджим всех пластин осуществляли при помощи стопорного кольца (поз. 11 на фиг. 1) из графита этой же марки диаметром 188 мм, с сечением 10×10 мм, которое устанавливали сверху в пространство тигля.To implement the method, a crucible with an inner diameter of 170 mm was used, on the inner surface of the wall of which a ledge was made in the upper part. The inner diameter of the growth crucible above the ledge was 180 mm. SiC powder was poured into the crucible (item 12 in FIG. 1). As SiC powder, high-purity pre-sintered powdery silicon carbide manufactured by Saint-Gobain (Norge), with a grain size of ≈100 μm, was used. A holder 7 was installed on the ledge 3 of the crucible wall 1. After the holder was installed in the holder’s inner hole, a seed single crystal plate 8 was deposited with layers of various functional purposes so that the surface intended for the growth of a single-crystal silicon carbide was facing the inner space of the crucible. After installing the seed single crystal plate, the holder was covered with a preliminary annealed TRG plate with a diameter of 180 mm and a thickness of 0.8 mm (pos. 9 in Fig. 1), then with a MPG-6 graphite plate with a thickness of 4 mm and a diameter of 180 mm (pos. 10 in Fig. 1). All plates were pressed by means of a retaining ring (pos. 11 in Fig. 1) made of graphite of the same grade with a diameter of 188 mm, with a cross section of 10 × 10 mm, which was mounted on top of the crucible space.

Вакуумную камеру 6 откачивали до давления 8⋅10-6 мм рт.ст., а тигель нагревали до 1000°C с помощью спирали 4 резистивного нагревателя и выдерживали при данной температуре в течение 3 ч для удаления остаточных загрязнений. После этого вакуумную камеру 6 заполняли аргоном до давления 100 мм рт.ст. и нагревали до температуры источника SiC, равной 2250°С. Температура пластины затравочного монокристалла при этом составляла 2150°С. Выдерживали при указанных температуре и давлении в течение 1 ч, после чего производили откачку вакуумной камеры 6 до давления аргона 3 мм рт.ст., при котором происходил рост слитка монокристаллического SiC на пластине затравочного монокристалла 8 в течение 2-48 часов. По окончании выращивания монокристаллического слитка SiC вакуумную камеру 6 охлаждали до комнатной температуры и разгерметизировали. Тигель извлекали из пространства ростовой камеры, а из ростового тигля извлекали пластину затравочного монокристалла с выращенным слитком монокристаллического карбида кремния политипа 4Н.The vacuum chamber 6 was pumped out to a pressure of 8⋅10 -6 mm Hg, and the crucible was heated to 1000 ° C using a spiral 4 resistive heater and kept at this temperature for 3 hours to remove residual contaminants. After that, the vacuum chamber 6 was filled with argon to a pressure of 100 mm Hg. and heated to a source temperature of SiC equal to 2250 ° C. The temperature of the plate of the seed single crystal was 2150 ° C. It was held at the indicated temperature and pressure for 1 h, after which the vacuum chamber 6 was pumped out to an argon pressure of 3 mm Hg, at which a single-crystal SiC ingot grew on the seed single crystal plate 8 for 2-48 hours. At the end of growing the single-crystal SiC ingot, the vacuum chamber 6 was cooled to room temperature and depressurized. The crucible was removed from the space of the growth chamber, and a plate of a seed single crystal with a grown ingot of monocrystalline silicon carbide of polytype 4H was removed from the growth crucible.

Скорость роста слитка определяли прямым измерением толщины монокристаллического слитка, а также гравиметрически (по изменению веса пластины затравочного монокристалла 8 с выращенным на ней слитком монокристаллического карбида кремния 16). Плотность микропор и дислокаций в монокристаллическом слитке определяли под микроскопом после разрезания слитка на пластины с последующим щелочным травлением поверхности монокристаллических пластин карбида кремния. Однородность теплового контакта и наличие краевых наплывов оценивали визуально, методом экспертных оценок - по форме и однородности профиля роста монокристаллического слитка SiC на начальных стадиях выращивания (1-2 часа роста).The growth rate of the ingot was determined by direct measurement of the thickness of the single-crystal ingot, as well as gravimetrically (by changing the weight of the plate of the seed single crystal 8 with a single-crystal silicon carbide ingot 16 grown on it). The density of micropores and dislocations in a single-crystal ingot was determined under a microscope after cutting the ingot into plates, followed by alkaline etching of the surface of single-crystal silicon carbide plates. The uniformity of the thermal contact and the presence of edge flows were evaluated visually, by the method of expert estimates, by the shape and uniformity of the growth profile of a single-crystal SiC ingot at the initial stages of growth (1-2 hours of growth).

Результаты 8-кратных испытаний способа в среде аргона при указанных температурах источника SiC и пластины затравочного монокристалла, равных 2250°С и 2150°С, соответственно, давлении в вакуумной камере 6, равном 3 мм рт.ст., и различных значениях конструктивных параметров приведены в таблице.The results of 8-fold tests of the method in argon atmosphere at the indicated temperatures of the SiC source and the seed single crystal wafer equal to 2250 ° C and 2150 ° C, respectively, the pressure in the vacuum chamber 6, equal to 3 mm RT.article, and various values of the structural parameters are given in the table.

Как видно из таблицы, использование предлагаемого способа позволяет получить заявленный технический результат, заключающийся в улучшении качества слитка монокристаллического SiC, вследствие снижения упругих напряжений в пластине затравочного монокристалла SiC и достижения однородной скорости роста по всей поверхности пластины затравочного монокристалла с образованием почти плоского фронта кристаллизации. Если глубина уступа 14 превышает толщину пластины затравочного монокристалла 8, добиться однородного качественного поджатия пластины затравочного монокристалла 8 и пластины ТРГ 9, как правило, не удается. Это ведет к неоднородному росту и испарению поверхности пластины затравочного монокристалла 8. Также однородного осаждения не удается добиться в случае, если пластина ТРГ 9 вообще отсутствует.As can be seen from the table, the use of the proposed method allows to obtain the claimed technical result, which consists in improving the quality of a single-crystal SiC ingot due to a decrease in the elastic stresses in the plate of a seed single crystal of SiC and achieving a uniform growth rate over the entire surface of the plate of a seed single crystal with the formation of an almost flat crystallization front. If the depth of the step 14 exceeds the thickness of the plate of the seed single crystal 8, to achieve a uniform high-quality compression of the plate of the seed single crystal 8 and the plate TRG 9, as a rule, fails. This leads to non-uniform growth and evaporation of the surface of the plate of the seed single crystal 8. Also, uniform deposition cannot be achieved if the plate of the TEG 9 is completely absent.

Другие ограничения способа связаны с конструктивными размерами выступов 13 и уступов 14: очень узкие выступы начинают пружинить и не обеспечивают хорошего поджатия поверхностей. Узкие уступы (при t<1 мм) непрочны и могут разрушиться. При использовании очень широких выступов (как и вообще без выступов) избежать краевых наплывов в месте контактов держателя 7 с пластиной затравочного монокристалла 8 не удается.Other limitations of the method are associated with the structural dimensions of the protrusions 13 and ledges 14: very narrow protrusions begin to spring and do not provide a good compression of the surfaces. Narrow ledges (at t <1 mm) are fragile and can collapse. When using very wide protrusions (as well as generally without protrusions), edge sagging at the contacts of the holder 7 with the plate of the seed single crystal 8 cannot be avoided.

Figure 00000001
Figure 00000001

Claims (1)

Способ получения монокристаллического SiC, включающий сублимацию источника SiC, размещенного в тигле, на пластину затравочного монокристалла SiC, размещенную на держателе в форме плоского кольца, при этом на пластину затравочного монокристалла SiC со стороны, не предназначенной для роста монокристаллического слитка SiC, наносят один или несколько слоев, обеспечивающих термохимическую стабильность и заданные температурные условия на поверхностях пластины затравочного монокристалла SiC, а держатель с пластиной затравочного монокристалла SiC устанавливают в тигле таким образом, чтобы поверхность пластины, предназначенная для роста слитка монокристаллического SiC, была обращена внутрь тигля и контактировала при проведении сублимации с газовой средой внутри тигля, отличающийся тем, что по окружности внутренней цилиндрической поверхности плоского кольца держателя периодически выполняют выступы шириной h=(1-3)⋅t и длиной S=(1-10)⋅h, торцы которых снабжены уступами глубиной k=0,3-1 мм и шириной t=0,5-2,0 мм, для размещения пластины затравочного монокристалла SiC толщиной Н, превышающей глубину уступа k, а сверху на держателе с пластиной с нанесенными слоями размещают пластину из терморасширенного графита толщиной, превышающей величину (Н-k), и далее фиксируют прижимным элементом в виде жесткой пластины толщиной 1,5-8 мм и стопорного кольца из термостабильных материалов.A method for producing single-crystal SiC, including the sublimation of a source of SiC placed in a crucible onto a plate of a SiC seed single crystal placed on a flat-ring holder, wherein one or more of the SiC seed single crystal is applied from the side not intended for growth of a single crystal SiC ingot layers providing thermochemical stability and predetermined temperature conditions on the surfaces of the plate of the seed single crystal SiC, and the holder with the plate of the seed single crystal SiC they are mounted in the crucible so that the surface of the plate intended for the growth of a single-crystal SiC ingot faces inside the crucible and contacts during sublimation with the gaseous medium inside the crucible, characterized in that protrusions of width h = are periodically made around the circumference of the inner cylindrical surface of the holder’s flat ring (1-3) ⋅t and length S = (1-10) ⋅h, the ends of which are equipped with ledges with a depth of k = 0.3-1 mm and a width of t = 0.5-2.0 mm, to accommodate a plate of a seed single crystal SiC thickness H exceeding depth mortar k, and on top of the plate holder with applied layers is placed a plate of expanded graphite thickness exceeding the value (N-k), and further fixed clamping element in the form of a rigid 1.5-8 mm thick plate and the locking ring of thermostable materials.
RU2016151077A 2016-12-23 2016-12-23 METHOD OF PRODUCING MONOCRYSTALLINE SiC RU2633909C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016151077A RU2633909C1 (en) 2016-12-23 2016-12-23 METHOD OF PRODUCING MONOCRYSTALLINE SiC

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016151077A RU2633909C1 (en) 2016-12-23 2016-12-23 METHOD OF PRODUCING MONOCRYSTALLINE SiC

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2633909C1 true RU2633909C1 (en) 2017-10-19

Family

ID=60129597

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016151077A RU2633909C1 (en) 2016-12-23 2016-12-23 METHOD OF PRODUCING MONOCRYSTALLINE SiC

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2633909C1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022061387A1 (en) * 2020-09-28 2022-03-31 Ebner Industrieofenbau Gmbh Method for growing single crystals
EP4269667A4 (en) * 2021-03-31 2024-05-29 Sec Carbon, Ltd. SIC SINGLE CRYSTAL GROWTH DEVICE AND SIC CRYSTAL GROWTH METHOD
US12281407B2 (en) 2020-09-28 2025-04-22 Ebner Industrieofenbau Gmbh Device for producing silicon carbide single crystals
US12404601B2 (en) 2020-09-28 2025-09-02 Ebner Industrieofenbau Gmbh Method for growing crystals
US12553146B2 (en) 2020-09-28 2026-02-17 Ebner Industrieofenbau Gmbh Method for growing single crystals

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2371997A1 (en) * 2010-04-01 2011-10-05 Instytut Technologii Materialów Elektronicznych Method for manufacturing crystals, in particular of silicon carbide, from gaseous phase
EP2508655B1 (en) * 2009-11-30 2015-02-18 Showa Denko K.K. Method of producing silicon carbide monocrystals
RU2557597C1 (en) * 2014-01-22 2015-07-27 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина)" METHOD OF OBTAINING MONOCRYSTALLINE SiC
RU2562484C1 (en) * 2014-07-22 2015-09-10 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина)" PROCEDURE FOR MONOCRYSTAL SiC PRODUCTION

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2508655B1 (en) * 2009-11-30 2015-02-18 Showa Denko K.K. Method of producing silicon carbide monocrystals
EP2371997A1 (en) * 2010-04-01 2011-10-05 Instytut Technologii Materialów Elektronicznych Method for manufacturing crystals, in particular of silicon carbide, from gaseous phase
RU2557597C1 (en) * 2014-01-22 2015-07-27 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина)" METHOD OF OBTAINING MONOCRYSTALLINE SiC
RU2562484C1 (en) * 2014-07-22 2015-09-10 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина)" PROCEDURE FOR MONOCRYSTAL SiC PRODUCTION

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022061387A1 (en) * 2020-09-28 2022-03-31 Ebner Industrieofenbau Gmbh Method for growing single crystals
CN116324053A (en) * 2020-09-28 2023-06-23 艾伯纳工业炉公司 Apparatus for growing single crystals
US12281407B2 (en) 2020-09-28 2025-04-22 Ebner Industrieofenbau Gmbh Device for producing silicon carbide single crystals
US12404601B2 (en) 2020-09-28 2025-09-02 Ebner Industrieofenbau Gmbh Method for growing crystals
US12553146B2 (en) 2020-09-28 2026-02-17 Ebner Industrieofenbau Gmbh Method for growing single crystals
EP4269667A4 (en) * 2021-03-31 2024-05-29 Sec Carbon, Ltd. SIC SINGLE CRYSTAL GROWTH DEVICE AND SIC CRYSTAL GROWTH METHOD

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5944890A (en) Method of producing single crystals and a seed crystal used in the method
JP5146418B2 (en) Crucible for producing silicon carbide single crystal and method for producing silicon carbide single crystal
JP4275308B2 (en) Method for manufacturing silicon carbide single crystal and apparatus for manufacturing the same
RU2633909C1 (en) METHOD OF PRODUCING MONOCRYSTALLINE SiC
US20130000547A1 (en) Method for fixing silicon carbide seed crystal and method for producing single crystal silicon carbide
CN104233458A (en) Graphite seed crystal support for silicon carbide crystal growth
JPH09268096A (en) Method for producing single crystal and seed crystal
CN105780107A (en) Seed crystal processing method for improving growth quality of silicon carbide crystals, and method for growing silicon carbide crystals
US11795572B2 (en) Method of manufacturing a silicon carbide ingot comprising moving a heater surrounding a reactor to induce silicon carbide raw materials to sublimate and growing the silicon carbide ingot on a seed crystal
KR101458183B1 (en) An apparatus and method for growing silicon carbide single crystal
CN109137076A (en) A kind of fixed device of seed wafer and its application method of growth single-crystal silicon carbide
TWI772866B (en) Wafer and manufacturing method of the same
JP5843725B2 (en) Single crystal manufacturing method
JP2015182948A (en) Method for producing silicon carbide single crystal
EP3812488B1 (en) Device for growing silicon carbide single crystal and method for producing silicon carbide single crystal
JP3491436B2 (en) Method for producing silicon carbide single crystal
JP4054197B2 (en) Seed crystal for growing silicon carbide single crystal, method for producing the same, and method for producing silicon carbide single crystal ingot
US20140158042A1 (en) Apparatus for fabricating ingot
JP5447206B2 (en) Method for manufacturing silicon carbide single crystal and silicon carbide substrate
JP4967925B2 (en) Silicon carbide single crystal manufacturing equipment
KR101101983B1 (en) Seed assembly and its manufacturing method
JPH08203836A (en) Vapor phase growth equipment
JP6317868B1 (en) Aluminum nitride single crystal production equipment
RU2433213C1 (en) METHOD OF PRODUCING MONOCRYSTALLINE SiC
RU2557597C1 (en) METHOD OF OBTAINING MONOCRYSTALLINE SiC