[發明專利]一種用于生長高質量碳化硅晶體原料提純的處理方法

在審

• 申請號: 201910317300.5
• 申請日: 2019-04-19
• 公開（公告）號: CN110016718A
• 公開（公告）日: 2019-07-16
• 發明（設計）人: 康淮;陳鵬磊;高冰;劉勝
• 申請（專利權）人: 天通凱成半導體材料有限公司
• 主分類號: C30B29/36
• 分類號: C30B29/36;C30B23/00
• 代理公司: 浙江杭州金通專利事務所有限公司 33100
• 代理人: 王麗丹

本發明公開了一種一種用于生長高質量碳化硅晶體原料提純的處理方法，在PVT法生長碳化硅晶體前，將盛有β-?SiC粉末的石墨坩堝放入高溫加熱爐中，在氬氣氣氛中進行循環蒸發冷凝處理。本發明使用β-?SiC粉末代替α-?SiC粉末，并采用循環蒸發冷凝的方式對β-?SiC粉末進行提純，能有效的降低原料和籽晶的溫度梯度，減少粉料的石墨化，并且純化過程去除了粉末中的雜質，減少了SiC粉末結塊，同時生成了粒度均勻的SiC粉末能顯著的改善氣相傳輸和升華速率。

技術領域

本發明涉及一種碳化硅晶體生長方法，具體涉及一種用于生長高質量碳化硅晶體原料提純的處理方法。

背景技術

目前，SiC晶體作為第三代寬禁帶半導體，與Si和GaAs為代表的傳統半導體相比，具有高工作溫度，高臨界電場，高飽和遷移率和高熱導率等特點，這些優異性能可以滿足現代電子技術對高溫、高頻、高功率、高電壓等的要求，SiC器件的應用可以使設備性能成倍提高，具有非常寬廣的應用前景。現有生長碳化硅晶體最常見和最有效的方法是物理氣相傳輸法，又稱為PVT法。PVT法生長SiC單晶的過程中，各種各樣的因素都會導致缺陷產生，包括溫度梯度、籽晶質量、生長速率、壓強變化以及SiC原料等。在傳統的4H-SiC單晶生長過程中，使用的原料通常為α-SiC粉末，原料中包含的雜質，如自由碳、SiO_x、硅碳氧化物以及各種金屬雜質，在PVT法生長晶體的過程中被引入，導致各種缺陷產生，影響晶體質量。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種用于生長高質量碳化硅晶體原料提純的處理方法，使用β-SiC粉末代替α-SiC粉末，并采用循環蒸發冷凝的方式對β-SiC粉末進行提純，能有效的降低原料和籽晶的溫度梯度，減少粉料的石墨化，并且純化過程去除了粉末中的雜質，減少了SiC粉末結塊，同時生成了粒度均勻的SiC粉末能顯著的改善氣相傳輸和升華速率。

本發明解決技術問題所采用的技術方案是：一種用于生長高質量碳化硅晶體原料提純的處理方法，在PVT法生長碳化硅晶體前，將盛有β-SiC粉末的石墨坩堝放入高溫加熱爐中，在氬氣氣氛中進行循環蒸發冷凝處理，具體步驟如下，

第一步，將盛有β-SiC粉末的石墨坩堝放入高溫加熱爐中，加熱至1700～1900℃，升溫速率為470～530℃/h，保溫0.5～1小時；

第二步，繼續升溫至2000～2200℃，升溫速率90～110℃/h，保溫0.5～1小時；

第三步，然后以90～110℃/h的速率降溫至1700～1900℃，再次加熱至2000～2200℃，重復以上降溫再加熱步驟4～6次，得到高純度的SiC粉末；

第四步，采用PVT法在N₂和Ar混合氣氛中生長高質量的碳化硅晶體，將4H-SiC籽晶固定到石墨托上，再將石墨托與坩堝蓋連接，安置在碳化硅單晶爐中，并采用步驟三得到的SiC粉末為原料，進行碳化硅晶體生長，最終得到4H-SiC晶錠一塊。

作為一種優選，所述β-SiC粉末純度為85%。

作為一種優選，氬氣壓強為0.1atm～1atm。

本發明通過對β-SiC粉末進行純化處理，得到了粒度均勻，且純度更高的SiC粉末，然后利用PVT法生長出缺陷更少的高質量SiC晶體。并通過大量的實驗研究發現：采用本發明純化后原料生長的SiC晶體的微管和位錯密度比未采用純化原料生長的SiC晶體微管和位錯密度比小一半以上。