[發明專利]大尺寸碳化硅單晶板的制備方法

在審

• 申請號: 201811336091.0
• 申請日: 2018-11-12
• 公開（公告）號: CN109112615A
• 公開（公告）日: 2019-01-01
• 發明（設計）人: 王書杰;孟靜
• 申請（專利權）人: 孟靜
• 主分類號: C30B15/34
• 分類號: C30B15/34;C30B29/36
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種大尺寸碳化硅單晶板的制備方法，涉及半導體材料制備方法技術領域。所述方法通過助溶劑導模法制備大尺寸碳化硅單晶板，并設計了一種SiC/Cr導電模具，SiC/Cr導模模具將熔體以界面張力吸引至毛細方孔結構中，通過毛細方孔結構加熱進一步提高碳的溶解度，碳化硅晶體在毛細方孔結構中的熔體中進行定向生長，同時SiC/Cr導模不斷溶解向熔體中提供Si原子及C原子，碳化硅晶體側面有水冷裝置用以提高碳化硅晶體的界面生長穩定性，在碳化硅晶體生長出部分通過溫度梯度遷移消除夾雜缺陷，具有成本低，制備的碳化硅晶體尺寸大，且質量高等優點。

技術領域

本發明涉及半導體材料制備方法技術領域，尤其涉及一種大尺寸碳化硅單晶板的制備方法。

背景技術

碳化硅作為第三代寬帶隙半導體材料，由于其熱導率高，電子飽和遷移速率高，擊穿電場高及禁帶寬度大等特點，成為高壓、高頻制備大功率器件的優選材料之一，使其廣泛應用于通信領域，彌補了傳統半導體材料器件不足，成為下一代網絡通信重點半導體材料，因此中國、美國、日本、歐洲先后制訂了相應的研究規劃，以促進其發展。另外碳化硅晶體還是優異的光學材料，是衡量一個國家光學系統研制水平的標志。碳化硅晶體的制備方法主要為物理氣相沉積法和助溶劑法來制備，其中物理氣相沉積法較為成熟，但是制造成本高，效率低。助溶劑法由于受到生長尺寸、缺陷及多晶化等原因的影響目前尚未形成成熟的技術途徑。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是如何提供一種成本低、生長尺寸大的碳化硅單晶板的制備方法。

為解決上述技術問題，本發明所采取的技術方案是：一種大尺寸碳化硅單晶板的制備方法，使用大尺寸碳化硅單晶板的制備裝置，其特征在于，包括如下步驟：

按比例將Si-Cr-C放置到坩堝中，通過冷卻板循環注水管及冷卻板循環回水管向冷卻板中通入循環水，給助熔金屬遷移低溫加熱器和助熔金屬遷移高溫加熱器通電加熱；通過主加熱器對坩堝內的Si料、Cr料及C粉料加熱形成Si-Cr-C熔體，加熱溫度為2000K-2100K；

通過第一輔助加熱電極和第二輔助加熱電極給毛細方管結構中的Si-Cr-C熔體加熱，熔體通過毛細方管結構的毛細作用傳輸至碳化硅單晶板的下表面，通過爐體外的提拉桿提拉驅動裝置將碳化硅單晶板向上緩慢提拉，提拉時需保證碳化硅單晶板的下表面始終與所述Si-Cr-C熔體相接觸；

隨著碳化硅單晶板向上生長，當碳化硅單晶板運動到助熔金屬遷移低溫加熱器與助熔金屬遷移高溫加熱器之間后，夾雜在碳化硅單晶板內部的助熔金屬Cr將遷移至助熔金屬遷移高溫加熱器側，并從碳化硅單晶板中析出，形成助熔液態金屬并流下，通過清理導向輪阻止熔液態金屬滴落到冷卻板或者SiC/Cr導電模具上，干擾碳化硅單晶板與Si-Cr-C熔體接觸面的穩定性；滴下的助溶金屬將經過清理導向輪與清理導向輪支撐板下端之間的間隙進入Si-Cr-C熔體中；

隨著碳化硅單晶板的生長，所述SiC/Cr導模塊、第一輔助加熱電極和第二輔助加熱電極會逐漸溶解并使得毛細方管結構尺寸變大；根據第一輔助加熱電極與第二輔助加熱電極之間的電阻值，通過程序控制系統控制第一輔助加熱電極和第二輔助加熱電極之間的距離，保障毛細方管結構尺寸不變；

隨著所述SiC/Cr導模塊的消耗，碳化硅單晶板將不斷生長，當隨著所述SiC/Cr導模塊消耗接近完畢后，將第一輔助加熱電極和第二輔助加熱電極之間的距離變大，使得毛細方管結構尺寸變大，所述毛細方管結構中的Si-Cr-C熔體回流至坩堝中；提出第一輔助加熱電極、第二輔助加熱電極以及所述SiC/Cr導模塊，停止主加熱器加熱，助熔金屬遷移低溫加熱器以及助熔金屬遷移高溫加熱器停止加熱；更換第一輔助加熱器電極、第二輔助加熱器電極及所述SiC/Cr導模塊，使之與所述導模夾塊形成新的SiC/Cr導電模具，然后重復上述步驟，繼續進行生長，完成大尺寸碳化硅單晶板的生長。