[發明專利]碳化硅單晶的連續長晶方法

有效

• 申請號: 201811302584.2
• 申請日: 2018-11-02
• 公開（公告）號: CN109234798B
• 公開（公告）日: 2019-07-23
• 發明（設計）人: 李加林;李宏剛;劉家朋;李長進;孫元行;劉鵬飛;高超
• 申請（專利權）人: 山東天岳先進材料科技有限公司
• 主分類號: C30B23/00
• 分類號: C30B23/00;C30B29/36
• 代理公司: 濟南千慧專利事務所(普通合伙企業) 37232
• 代理人: 吳紹群

本申請公開了一種碳化硅單晶的連續長晶方法，所述方法以高純碳化硅粉料為原料按照物理氣相傳輸法生產碳化硅單晶，在所述生產碳化硅單晶過程中，使用高純硅烷與所述高純碳化硅粉料中發生碳化的碳顆粒反應再次形成高純碳化硅粉料持續補充原料，實現碳化硅單晶連續生長。另外，所述方法使用具有雙層腔室壁、雙層腔室壁側壁設有開孔、腔室壁底角部為圓弧形設計的坩堝進行。本發明方法在保證大尺寸單晶連續生長、抑制碳化硅粉料邊緣碳化、提高粉料質量、降低碳化硅單晶雜質含量、提高碳化硅單晶品質等方面具有重要作用。

技術領域

本發明涉及碳化硅單晶生產方法，具體說是一種碳化硅單晶的連續長晶方法。

背景技術

碳化硅是典型的寬禁帶半導體材料，是繼硅、砷化鎵之后的第三代半導體材料代表之一。碳化硅材料具有高熱導率、高擊穿場強、高飽和電子遷移率等優異特性，成為制備高溫、高頻、高功率及抗輻射器件的熱門材料之一。

目前碳化硅生長的方法主要有物理氣相傳輸法(PVT)、液相外延法(LPE)、化學氣相沉積法(CVD)等，其中PVT法是應用最成熟的方法，也是目前唯一的一種可以提供商用碳化硅襯底需求的生長方法。PVT法生長碳化硅單晶的生長爐一般都采用感應加熱的方式，即在感應線圈中通中頻交流電，通過坩堝的感應發熱對生長室內的碳化硅粉料進行加熱，使粉料分解，在溫度較低的籽晶處結晶生長，從而實現單晶的生長。

感應加熱的優點是加熱速度快，效率較高，但是其劣勢也比較明顯。由于加熱存在趨膚效應，發熱區僅位于生長室的表面，加熱不夠均勻；當生長室尺寸不斷擴大時，由于發熱區與生長室中心距離較遠，將產生過大的徑向的溫度梯度。最重要的是，坩堝內投放的碳化硅粉料料量固定，單晶生長過程中伴隨著碳化硅粉料的不斷碳化，硅蒸氣分壓逐漸降低導致坩堝內慢慢過渡為富碳氣氛。富碳氣氛達到一定程度將會導致碳化硅單晶停止生長，生長過程無法連續；且低硅蒸氣分壓會造成碳化硅單晶生長界面碳硅比失衡，次生多型、包裹體等缺陷，降低碳化硅單晶質量。

發明內容

針對現有技術中存在的缺陷，本發明的目的在于提供一種碳化硅單晶的連續長晶方法，通過使用高純硅烷及對PVT法長晶所用坩堝的改進:坩堝內外雙層腔室壁設計、坩堝雙層腔室壁側壁的開孔設計、坩堝腔室壁底角的圓弧形設計等技術手段，解決碳化硅單晶尤其是大尺寸碳化硅單晶制備的連續生長技術難題，且可有效降低單晶中的雜質含量及缺陷，提高單晶質量。

為達到以上目的，本發明采取的技術方案是:

碳化硅單晶的連續長晶方法，所述方法以高純碳化硅粉料為原料按照物理氣相傳輸法生產碳化硅單晶，在所述生產碳化硅單晶過程中，使用高純硅烷與所述高純碳化硅粉料中發生碳化的碳顆粒反應再次形成高純碳化硅粉料持續補充原料，實現碳化硅單晶連續生長。

進一步地，所述方法包括如下步驟:

S1、將高純碳化硅粉料和籽晶分別放置于坩堝中用于單晶生長的腔室內的底部和頂部，密封所述腔室；

S2、將所述坩堝放入單晶生長爐爐腔內密封并進行預處理；

S3、將所述坩堝中用于單晶生長的腔室在單晶生長壓力下持續通入混合氣體，然后升溫至單晶生長溫度，進行碳化硅單晶持續生長；所述混合氣體中含有所述高純硅烷；

S4、單晶生長結束，獲得所述碳化硅單晶。

優選地，所述高純硅烷的通入流量為5-10000sccm，優選1000-3000sccm。