[發(fā)明專利]一種碳化硅單晶及其PVT長晶方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910344555.0
• 申請(qǐng)日: 2019-04-26
• 公開（公告）號(hào): CN110067026B
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉星;劉鵬飛;竇文濤;梁慶瑞;梁曉亮;張紅巖;劉圓圓
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東天岳先進(jìn)材料科技有限公司
• 主分類號(hào): C30B29/36
• 分類號(hào): C30B29/36;C30B23/06
• 代理公司: 濟(jì)南千慧專利事務(wù)所(普通合伙企業(yè)) 37232
• 代理人: 趙長林

本申請(qǐng)涉及一種碳化硅單晶及其PVT長晶方法，屬于晶體生長領(lǐng)域。該碳化硅單晶的PVT長晶方法包括下述步驟：提供一長晶裝置，該長晶裝置包括重量傳感器、坩堝和在坩堝內(nèi)可升降的裝料部，所述裝料部用于裝載碳化硅原料，所述重量傳感器用于檢測(cè)裝料部內(nèi)碳化硅原料重量；將裝料部裝載碳化硅粉料后進(jìn)行長晶，長晶包括第一長晶階段和第二長晶階段，調(diào)整裝料部的不同部分置于坩堝內(nèi)的高溫區(qū)進(jìn)行長晶。該P(yáng)VT長晶方法可精確自動(dòng)控制裝料部在熱場中的位置，碳化硅單晶長晶環(huán)境穩(wěn)定，生長的碳化硅晶體的質(zhì)量高，可充分揮發(fā)碳化硅長晶原料，提高了長晶原料的利用率，節(jié)約了生產(chǎn)成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)涉及一種碳化硅單晶及其PVT長晶方法，屬于晶體生長領(lǐng)域。

背景技術(shù)

碳化硅作為一種新型半導(dǎo)體材料，具有高耐壓、假損耗、高導(dǎo)熱率、低漏電流等優(yōu)異的性能。被普遍認(rèn)為是替代硅基功率器件最理想的新型半導(dǎo)體器件。物理氣相傳輸法(Physical Vapor Transport-PVT)是用于生長碳化硅晶體的常用方法，該方法將碳化硅籽晶設(shè)置在石墨坩堝蓋上或頂端，石墨坩堝內(nèi)裝有作為生長原料的碳化硅粉末，控制生長溫度使得生長原料分解成氣相組分后在石墨坩堝內(nèi)部軸向溫度梯度的驅(qū)動(dòng)下輸運(yùn)到籽晶處結(jié)晶生長碳化硅晶體。

中國專利申請(qǐng)CN1069299123A提供了一種分體式碳化硅晶體生長用坩堝，包括：用于盛放SiC晶體生長用原料的原料腔；相對(duì)移動(dòng)地嵌套于所述原料腔的上部以形成晶體結(jié)晶區(qū)域的生長腔，所述生長在具備生長室、和設(shè)于所述生長室的頂壁上的籽晶托；所述生長室的側(cè)壁形成為由內(nèi)桶與外桶構(gòu)成的雙層結(jié)構(gòu)。該發(fā)明申請(qǐng)中的分體坩堝是移動(dòng)主體坩堝的裝料腔室，該分體坩堝的設(shè)置方式的晶體生長環(huán)境穩(wěn)定性差，影響長晶質(zhì)量，并且該分體坩堝內(nèi)的升華原料易進(jìn)入嵌套部分的縫隙處冷卻后易造成堵塞，使得坩堝移動(dòng)的穩(wěn)定性、精確度和靈活性差，進(jìn)而影響生長晶體的質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問題，本申請(qǐng)?zhí)岢隽艘环N碳化硅單晶及其PVT長晶方法，該方法不移動(dòng)籽晶和坩堝，在坩堝內(nèi)設(shè)置可移動(dòng)的裝料部，并根據(jù)不同的長晶階段調(diào)節(jié)裝料部在坩堝內(nèi)高溫區(qū)位置，該P(yáng)VT長晶方法可穩(wěn)定晶體生長環(huán)境，提高長晶的質(zhì)量，可充分揮發(fā)長晶原料，提高了長晶原料的利用率，節(jié)約生產(chǎn)成本。

根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)方面，提供了一種碳化硅單晶的PVT長晶方法，其特征在于，包括下述步驟：

提供一長晶裝置，該長晶裝置包括籽晶、坩堝和在坩堝內(nèi)可向籽晶方向升降的裝料部，所述裝料部用于裝載碳化硅原料；

將裝料部裝載碳化硅粉料后進(jìn)行長晶制備碳化硅單晶，所述的長晶步驟包括：

第一長晶階段：裝料部的1/2高度以下的任一部分置于坩堝內(nèi)的高溫區(qū)，此階段碳化硅原料升華率小于第一升華率；

第二長晶階段：當(dāng)碳化硅原料升華率為第一升華率時(shí)，降低裝料部以使裝料部受高溫區(qū)加熱的部分上移，當(dāng)碳化硅原料升華率為第二升華率時(shí)，停止降低裝料部，降溫冷卻，即制得所述的碳化硅單晶；

其中，所述第一升華率為30％-60％，所述第二升華率為70％-90％。

可選地，所述第二長晶階段中降低裝料部的速率為0.2-2mm/h。進(jìn)一步地，所述降低裝料部的速率為0.5-1.5mm/h。更進(jìn)一步地，所述降低裝料部的速率為1mm/h。

可選地，所述第一長晶階段中的裝料部的1/4高度以下的任一部分置于坩堝內(nèi)的高溫區(qū)。進(jìn)一步地，所述第一長晶階段中的裝料部的底部部分置于坩堝內(nèi)的高溫區(qū)。

可選地，所述第一升華率為35％。

優(yōu)選地，長晶階段的溫度為2273-2473K，時(shí)間為50-200h，充入惰性氣體的壓力為0-10⁴Pa。進(jìn)一步地，長晶階段的溫度為2373K，時(shí)間為130h，壓力為10³Pa的惰性氣氛中。所述優(yōu)選地，所述的惰性氣體選自氬氣或氦氣。