[發明專利]一種多坩堝液相外延SiC晶體的方法

有效

• 申請號: 201610463988.4
• 申請日: 2016-06-23
• 公開（公告）號: CN105970286B
• 公開（公告）日: 2018-04-10
• 發明（設計）人: 朱燦;呂宇君;柏文文;竇文濤
• 申請（專利權）人: 山東天岳先進材料科技有限公司
• 主分類號: C30B19/06
• 分類號: C30B19/06
• 代理公司: 濟南舜源專利事務所有限公司37205
• 代理人: 趙斌,苗峻

技術領域

本發明屬于新材料晶體加工領域，具體涉及一種多坩堝液相外延SiC晶體的方法。

背景技術

碳化硅(SiC)與硅(Si)相比具有更大的能帶隙，前者具備更優異的物理性能。作為正在逐漸興起的新一代半導體材料，高品質SiC單晶的制造方法引起該領域技術人員越來越多的關注。目前生長SiC單晶的方法主要分為氣相法和液相法。與氣相法相比，液相法的生長速度低，但為追求制造出高質量的SiC單晶，這種方法是值得推廣的。液相法具有相對高的多型體可控性并能有效地減少微管、層錯等晶體缺陷，可獲得結晶性良好的高質量SiC單晶。它是一種有利于生成大塊高純度SiC單晶的方法，并且避免了氣相法中生長所得晶體存在的微管和層錯等常見問題。因此，近年來該領域的專家們已經進行了多項研究(見日本專利申請公開2004-2173(JP-A-2004-2173)、日本專利申請公開2000-264790(JP-A-2000-264790)、日本專利申請公開2007-76986(JP-A-2007-76986))，嘗試利用液相外延生長SiC晶體的方法來提高生長速率。

在典型的液相法中，是通過加熱將石墨坩堝內的Si達到熔融狀態，該熔融Si存在溫度梯度，從熔融Si內部向表面溫度下降，保持從熔融Si內部向熔融Si表面降溫的溫度梯度。石墨坩堝中的C在坩堝底部高溫區域熔解并融入到Si熔融液中，隨后主要由Si熔融液的對流作用將C熔融液上升到達Si熔融液表面附近的低溫區，由此使得C熔融液在低溫區中過飽和。將固定在石墨棒末端的SiC籽晶通過石墨棒的拉伸保持緊鄰在熔融液表面，在這期間，過飽和的C通過在SiC籽晶上外延生長，由此得到SiC單晶。

然而根據這類傳統的液相法會存在如下情況：在SiC晶體的生長面上往往會相對容易地產生小丘。如果產生小丘的話，單晶可以由小丘單獨地生長，從而導致多晶化。即便有輕微的生長條件變化，例如晶體生長表面處的熔融液中C濃度和溫度的輕微變化會引發多個單獨生長丘的多晶化，有礙形成具有平坦生長表面的均勻單晶，存在難以穩定維持平坦的結晶生長面的問題。液相法是熱平衡過程，與升華法相比理論上更容易控制生長條件，但為了解決穩定維持平坦的結晶生長面這個問題，必須非常嚴格地控制熔融液的對流、溫度梯度等參數，給具體操作帶來了極大的難度。

發明內容

根據現有技術存在的不足和空白，本發明的發明人提供了一種多坩堝液相外延SiC晶體的方法，其采用了一種多坩堝的承載裝置，通過石墨繩的牽制讓SiC籽晶固定在坩堝底部浸漬在熔融液中生長，由此既能給SiC晶體的生長提供了相對穩定的生長環境，通過熔融液的流動易于將C向底部SiC籽晶附近部分供給，同時又進行多坩堝生長提高生產效率，解決了溶液法中存在的生長環境不穩定、生長速率低等一系列難題。

本發明的具體技術方案如下：

一種多坩堝液相外延SiC晶體的方法，采用一種多坩堝的承載裝置實現，該多坩堝的承載裝置結構如下：

包括腔體，所述腔體內設置有若干個坩堝，所述坩堝底部外側連接有石墨繩，所述的坩堝底部連接有SiC籽晶；所述坩堝為石墨坩堝；

所述多坩堝液相外延SiC晶體的方法，具體步驟為：

將SiC籽晶固定在坩堝底部，并將Si原料置于坩堝內，之后將坩堝均勻放置在腔體內，并將每個坩堝底部連接的石墨繩聚集在一起置于腔體外，之后密閉腔體，并將腔體置于常規液相法中常規晶體生長裝置中，按照現有液相外延生長SiC晶體的方法調整參數；

待SiC晶體生長結束后，拉動石墨繩，使每只坩堝倒置，SiC晶體反轉到頂部從而實現與熔融液的分離。

本發明還保護了一種多坩堝的承載裝置，具體結構包括腔體，所述腔體內設置有若干個坩堝，所述坩堝底部外側連接有石墨繩，所述的坩堝底部連接有SiC籽晶。

一般在確定坩堝數量時，可根據生產需要進行調整，同時確保相鄰坩堝在后期反轉時不會相互影響為準；同時所述的坩堝沿腔體外壁四周環繞設置，這樣可以確保其后期受熱均勻。同時本發明之所以選用石墨繩，是由于其是由單一C元素組成，不會引入其他雜元素，同時石墨本身能夠耐受高溫，可以確保在生產過程中不斷裂。

為了達到更好的效果，可在腔體底部設置有轉軸，通過該轉軸，整個腔體能在晶體反應過程中進行旋轉，通過這種旋轉，能帶動腔室內坩堝的轉動，并能根據晶體生長的需要來進行加速或減速，由此坩堝內的熔融液隨著旋轉而流動，易于將熔融C向底部SiC籽晶附近供給。