[發明專利]一種大尺寸高純碳化硅單晶、單晶襯底及其制備方法

有效

• 申請號: 201811204726.1
• 申請日: 2018-10-16
• 公開（公告）號: CN109280976B
• 公開（公告）日: 2021-11-26
• 發明（設計）人: 高超;劉家朋;劉鵬飛
• 申請（專利權）人: 山東天岳先進科技股份有限公司
• 主分類號: C30B29/36
• 分類號: C30B29/36;C30B23/00
• 代理公司: 北京君慧知識產權代理事務所(普通合伙) 11716
• 代理人: 陳曦

1.一種大尺寸高純碳化硅單晶的制備方法，其特征在于，包括下述步驟：

1)組裝階段：將裝填碳化硅粉料的坩堝安裝籽晶單元后，坩堝置于密閉保溫結構的腔內，移至晶體生長裝置內；

2）除雜階段：將生長晶體裝置密封并抽真空、除雜后充入保護氣體；

3）長晶階段：利用生長晶體裝置的加熱單元控制坩堝溫度，進行長晶，即制得高純碳化硅單晶；

所述坩堝的側壁沿著坩堝底部至開口方向線性加厚；

所述保溫結構包括保溫結構頂部、保溫結構側部和保溫結構底部，所述保溫結構側部的壁部沿著坩堝開口至底部方向線性加厚，且所述保溫結構不具有開孔結構；

所述坩堝的開口面至其上方的保溫結構頂部內表面具有第一距離，所述保溫結構頂部內表面采用弧形設計，所述第一距離沿著所述坩堝中心至坩堝邊緣的方向增大，所述第一距離的變化值的范圍為5-50mm；

所述坩堝與所述保溫結構大致共第一中心軸線；

所述第一中心軸線與所述坩堝的側壁內表面和該保溫結構側部外表面大致平行；

所述第一中心軸線與所述坩堝側壁外表面具有第一夾角和，所述第一中心軸線與所述保溫結構的側部內表面具有第二夾角；

所述第一夾角值為5~30°，第二夾角值為5~30°；

所述碳化硅粉料純度不低于99.9999%，其中，所述碳化硅粉料中的淺能級施主雜質濃度不大于1×10¹⁶cm^-3，淺能級受主雜質的濃度不大于1×10¹⁶ cm^-3；

所述坩堝為石墨坩堝。

2.根據權利要求1所述的大尺寸高純碳化硅單晶的制備方法，其特征在于，所述長晶階段包括：以30-50mbar/h的速率將生長晶體裝置內壓力提升至10-100mbar，同時以10-20℃/h的速率將生長晶體裝置內的溫度提升至2100-2200℃，保持50-100 h。

3.根據權利要求1所述的大尺寸高純碳化硅單晶的制備方法，其特征在于，該坩堝與該保溫結構使得坩堝內具有軸向溫度梯度，和/或徑向溫度均勻。

4.根據權利要求1所述的大尺寸高純碳化硅單晶的制備方法，其特征在于，該第一夾角和第二夾角大致相等。

5.根據權利要求1所述的大尺寸高純碳化硅單晶的制備方法，其特征在于，該保溫結構的外表面為圓柱體，該保溫結構頂部不具有開口；

該保溫結構底部的內表面大致為圓柱狀；

沿著該坩堝底部至其開口方向，該保溫結構側部內表面沿著遠離該坩堝中心軸線的方向延伸；

該保溫結構頂部沿著坩堝邊緣至中心的方向增厚；

該坩堝的側壁內表面為大致圓柱狀，該坩堝的外壁具有與該保溫結構側部內表面大致相同的延伸方向。

6.一種大尺寸高純碳化硅單晶，其特征在于，由權利要求1-5中任一項所述的方法制備；

所述大尺寸高純碳化硅單晶的尺寸為8-12英寸，所述高純碳化硅單晶的電阻率徑向分布控制在一個數量級以內。

7.一種制備大尺寸高純碳化硅單晶襯底的方法，其特征在于，包括權利要求1-5中任一項所述的大尺寸高純碳化硅單晶的制備方法，和步驟4）襯底制備階段：將制得的高純碳化硅單晶進行切割、研磨和拋光，制得高純半絕緣碳化硅單晶襯底。

8.一種大尺寸高純碳化硅單晶襯底，其特征在于，由權利要求7所述的方法制備；

所述高純碳化硅單晶襯底的尺寸為8-12英寸，所述高純碳化硅單晶襯底的彎曲度和翹曲度在10μm以內，所述高純碳化硅單晶的電阻率徑向分布控制在一個數量級以內。