[發明專利]一種PVT法生長碳化硅單晶時隨爐退火的方法

在審

• 申請號: 201610241793.5
• 申請日: 2016-04-19
• 公開（公告）號: CN105696082A
• 公開（公告）日: 2016-06-22
• 發明（設計）人: 劉欣宇;陳穎超;張云偉;何麗娟;靳麗婕;郭希;程章勇
• 申請（專利權）人: 北京世紀金光半導體有限公司
• 主分類號: C30B33/02
• 分類號: C30B33/02;C30B29/36;C30B23/00
• 代理公司: 北京中創陽光知識產權代理有限責任公司 11003
• 代理人: 尹振啟;張希宇

技術領域

本發明涉及半導體生長技術領域，特別是一種PVT（物理氣相沉積）法生長碳化硅體單晶中的隨爐退火的方法。

背景技術

碳化硅（SiC）作為一種新型半導體材料，具有高耐壓、低損耗、高導熱率、低漏極電流等優異的性能，比普通半導體更高的開關頻率以及在標準的125℃結溫以上工作的能力，這使得其在高溫環境及更小空間的應用中更加自如。被普遍認為是替代硅基功率器件最理想的新型半導體器件。

隨著技術的進步，碳化硅材料及其功率器件制備技術的不斷成熟，成本和可靠性的不斷優化，近年來碳化硅襯底的直徑做的越來越大。隨之而來的晶體生長問題也愈顯的突出，現有的碳化硅生長后經過降溫、出爐、取錠的步驟，因應力不均所導致的晶體開裂問題變現的尤為明顯，需要退火時，需要進行二次裝爐進行退火。如何保證大直徑晶體在生長降溫后保持良好的形態是解決問題的關鍵。

發明內容

針對現有技術中存在的現有碳化硅晶體生長降溫結束后晶體開裂，需要進行二次裝爐退火的問題，本發明的目的在于提供一種PVT法生長碳化硅單晶時隨爐退火的方法。

為了實現上述目的，本發明的技術方案如下：

一種PVT法生長碳化硅單晶時隨爐退火的方法，為該方法配備一晶體生長用單晶爐，該單晶爐包括坩堝、發熱筒、保溫結構和感應線圈，所述坩堝置于所述發熱筒內，與坩堝連接有驅動其在發熱筒內上下移動的提拉機構，發熱筒四周包覆有所述保溫結構，所述感應線圈與發熱筒配合使用，對發熱筒感應加熱；

該方法包括如下步驟：

步驟1）調整所述保溫結構使所述發熱筒內得到理想的溫區分布，在所述坩堝內進行碳化硅晶體生長；

步驟2）碳化硅晶體生長完成后，使用所述提拉機構控制所述坩堝，將其移至所述發熱筒內低于晶體生長溫度的區域；

步驟3）待晶體溫度恒定后，啟動溫控程序將單晶爐內溫度緩慢降至室溫，降溫后出爐、取錠。

進一步，所述步驟1）和所述步驟2）中加熱筒內的溫度呈現軸向中心溫度最高，沿軸向向發熱筒兩端溫度逐漸遞減分布，適于晶體生長的溫區位于加熱筒中部，低于晶體成長的溫區靠近加熱筒兩端。

進一步，包覆在所述發熱筒外側壁的所述保溫結構厚于包覆在發熱筒上部和下部的保溫結構。

進一步，包覆在所述發熱筒外側壁的所述保溫結構與包覆在發熱筒上部和下部的保溫結構材質不同，包覆在所述發熱筒外側壁的保溫結構的保溫性能優于包覆在發熱筒上部和下部的保溫結構。

進一步，所述單晶爐是但不限于冷壁生長爐或熱壁石英管式爐。

進一步，所述提拉機構包括與所述坩堝連接的提拉桿和所述提拉桿下端連接的驅動裝置。

進一步，該方法生長的所述碳化硅晶體包括但不限于直徑為6英寸氮化硅晶體。

進一步，所述發熱筒的高度接近于所述感應線圈的高度。

本發明的方法是在晶體高溫生長后不經過降溫-出爐-取錠的步驟直接將晶體移動至晶體生長溫度點以下的溫區，再進行降溫，在單晶爐內即完成退火，無需二次裝爐退火，以避免裂紋的產生。

附圖說明

圖1為本發明的單晶爐系統的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖，對本發明的具體實施方式作詳細說明。

實施例1

本實施例中的PVT法生長碳化硅單晶時隨爐退火的方法，需要配備如圖1所示的晶體生長用單晶爐系統，包括：坩堝2、發熱筒1、保溫結構3和感應線圈7，其中，坩堝2優選為石墨坩堝，在坩堝2的底部裝有一定量的碳化硅料源5，在坩堝2蓋的內側粘結有碳化硅籽晶，坩堝2置于發熱筒1內，坩堝2底部連接有提拉結構，由提拉機構控制坩堝2在在發熱筒1內上下移動，在本實施例中提拉機構包括提拉桿4和驅動裝置，提拉桿4與坩堝2底部連接，驅動裝置連接提拉桿4下端，生長時，由驅動裝置控制提拉桿4轉動，并且能夠控制提拉桿4上下移動，驅動裝置具體為減速電機。發熱筒1四周包覆有保溫結構3，感應線圈7與發熱筒1配合使用，發熱筒1的高度接近于感應線圈7的高度。

該單晶爐可以是冷壁生長爐，也可以是熱壁石英管式爐。

在用物理氣相傳輸法生長碳化硅單晶之前，預先調整發熱筒1的高度接近于感應線圈7高度，再調整發熱筒1上部、下部、外側壁的保溫結構3，使其加熱時滿足最高溫度點位于發熱筒1的軸向中心，沿軸向向發熱筒1兩端溫度逐漸遞減分布，適于晶體生長的溫區位于加熱筒1的中部，低于晶體成長的溫區靠近加熱筒1的兩端。