[發明專利]一種提高連續生長碳化硅單晶品質的方法

有效

• 申請號: 201811303469.7
• 申請日: 2018-11-02
• 公開（公告）號: CN109234801B
• 公開（公告）日: 2019-07-09
• 發明（設計）人: 高超;李長進;李加林;劉家朋;孫元行;劉鵬飛;李宏剛;竇文濤;宗艷民
• 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

本申請公開了一種提高連續生長碳化硅單晶品質的方法，屬于碳化硅單晶的制備領域。所述連續制備碳化硅單晶的方法可通過簡單的調節坩堝與套環的相對位置，不需要更換坩堝即可連續制備凸率均勻的碳化硅單晶；并且可針對性的設計特定熱場，改變坩堝內部的氣相傳輸路徑，從而實現快捷有效的熱場和流體控制。本申請的提高連續生長碳化硅單晶品質的方法中，在坩堝外側增加螺紋及配套的套環裝置，實現坩堝發熱區的快速轉換，能夠快速便捷的實現熱場的調整，同時大大降低碳化硅單晶的制造成本。

技術領域

本申請涉及一種提高連續生長碳化硅單晶品質的方法，屬于碳化硅單晶的制備領域。

背景技術

半導體碳化硅單晶材料是繼以硅材料為代表的第一代半導體材料、砷化鎵和磷化銦等為代表的第二代半導體材料之后的新一代半導體單晶材料。其優異的物理性能包括較大的禁帶寬度、高導熱系數、高臨界擊穿場強和高飽和電子遷移率等，是功率電子器件、微波射頻器件的優選襯底材料。

碳化硅單晶材料的優異性能早在20世紀50年代就已被科學家揭曉，但直至1978年改良Lely法發明之后，電子級半導體碳化硅單晶的制備才逐漸成熟。特別是在美國CREE公司的技術引領下，碳化硅半導體材料的尺寸從最初的2英寸逐漸發展至6英寸和8英寸，材料質量也不斷提高。然而，相較于材料本身的優異的物理性能和下游應用市場的迫切需求，碳化硅單晶襯底的質量提升和成本降低仍顯不足。這主要是由于制備碳化硅單晶半導體材料的物理方法和技術所限。

目前，物理氣相輸運法(PVT)是碳化硅半導體單晶主流的制備方法。在PVT法中，使用中頻感應線圈形成磁場，放置在磁場內的石墨坩堝通過感應加熱形成碳化硅單晶生長的熱場。石墨坩堝內部放置的生長碳化硅單晶所需的粉料在高溫下升華釋放出Si、Si₂C、SiC₂等氣相組分并傳輸至籽晶處結晶。由于石墨坩堝內部的硅組分會對石墨坩堝內壁造成侵蝕，因此石墨坩堝在重復使用的過程中其所形成的熱場必然會發生變化，從而影響到碳化硅晶體生長的可重復性和襯底質量的一致性。

為了解決這一問題，現有的技術包括：1、每個生長周期后進行坩堝更換，這取決于坩堝質量是否一致，且石墨坩堝成本高昂，無助于碳化硅單晶制造成本的降低。2、通常在碳化硅單晶生長周期內會進行熱場和生長參數的微調，以抵消石墨坩堝損耗引起的熱場變化，現有技術中部分通過移動坩堝位置來調節熱場，和專利CN107604439A通過移動感應線圈進行不同生長周期的熱場調節。然而，以上述技術都需要復雜的設備改造和設備控制，不利于碳化硅單晶制備成本的降低。

發明內容

為了解決上述問題，本申請提供了一種提高連續生長碳化硅單晶品質的方法，該方法使用坩堝的外側增加螺紋及配套的套環裝置，實現坩堝發熱區的快速轉換，從而提高熱場重復性和穩定性。相比于之前的技術形成簡單易調整的熱場結構，能夠快速便捷的實現熱場的調整，同時大大降低碳化硅單晶及碳化硅單晶及單晶襯底的制造成本。

所述的提高連續生長制備碳化硅單晶的品質的方法，所述方法至少包括碳化硅單晶生長的第一生長周期和第二生長周期，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

第一生長周期：將長晶原料置于坩堝中，并將至少一個套環嵌套在坩堝壁的第一位置上，長晶時坩堝內部的高溫區在第一高度上，制得第一碳化硅單晶；

第二生長周期：將長晶原料置于坩堝中，調整套環嵌套在坩堝壁上的位置，使得第二生長周期的長晶時坩堝內部的高溫區大致在第一高度上，制得第二碳化硅單晶。

優選地，所述第一生長周期中套環與籽晶的距離大于或等于第二生長周期中套環與籽晶的距離。

本申請中根據第一周期晶體生長結束后的碳化硅粉料升華程度，可以識別出生長腔室內的高溫區位置。

可選地，所述第一生長周期包括：將長晶原料置于坩堝中，并將至少一個套環嵌套在坩堝壁的第一位置上，制備具有第一凸率的第一碳化硅單晶；