[發明專利]一種高純半絕緣碳化硅單晶及其高效制備方法和應用

在審

• 申請號: 201910631402.4
• 申請日: 2019-07-12
• 公開（公告）號: CN110396723A
• 公開（公告）日: 2019-11-01
• 發明（設計）人: 高超;寧秀秀;李霞;劉家朋;李加林;李長進;竇文濤;梁曉亮
• 申請（專利權）人: 山東天岳先進材料科技有限公司
• 主分類號: C30B29/36
• 分類號: C30B29/36;C30B23/00
• 代理公司: 濟南千慧專利事務所(普通合伙企業) 37232
• 代理人: 韓玉昆

1.一種高純半絕緣碳化硅單晶的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括下述步驟：

1)組裝：在坩堝內設置原料區和籽晶，所述原料區放置至少一個與所述籽晶相對的碳化硅多晶塊；

2)長晶：將組裝完成的坩堝置于長晶爐內，控制長晶爐長晶條件使得所述碳化硅多晶塊升華為氣相原料，所述氣相原料自原料區氣相傳輸至籽晶進行長晶，制得高純半絕緣碳化硅單晶；

其中，所述碳化硅多晶塊設置孔道結構，所述孔道結構靠近籽晶的一端設置氣相出口，原料區內的部分氣相原料通過孔道結構自氣相出口氣相傳輸至籽晶。

2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述孔道結構為沿所述碳化硅多晶塊軸向設置的通孔；

優選地，所述孔道結構與所述籽晶的中心區域對應設置。

3.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述原料區設置多個碳化硅多晶塊，所述多個碳化硅多晶塊沿所述坩堝的軸向排布，且相鄰的碳化硅多晶塊之間形成徑向通道，所述徑向通道與所述孔道結構連通；

優選地，所述碳化硅多晶塊設為與所述坩堝內徑相適應的圓環結構，所述孔道結構為圓柱形空間；

更優選地，所述孔道結構的內徑與所述碳化硅多晶塊的外徑的比值為0.25-0.5。

4.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述碳化硅多晶塊的厚度為5-30mm；

優選地，所述碳化硅多晶塊的厚度為15-20mm。

5.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述原料區包括第一原料區和第二原料區，所述第一原料區與第二原料區分別設置在所述籽晶的兩側。

6.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟2)的長晶包括：

第一長晶階段：將經過抽真空的長晶爐內充入惰性氣體至200-400mbar，升溫至不低于2100℃，長晶10-30h；

第二長晶階段：以1-10mbar/h的速率降壓至10-50mabr后保持至長晶結束。

7.根據權利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述長晶爐內的體積與所述充入惰性氣體的流量的比值為200L：50-100SLM；

優選地，所述長晶爐內的體積與所述充入惰性氣體的流量的比值為200L：60-90SLM。

8.一種權利要求1-7中任一項所述的制備方法中使用的坩堝組件，其特征在于，包括：

坩堝，所述坩堝包括坩堝主體和蓋合在所述坩堝主體的坩堝蓋；

籽晶支架，所述籽晶支架固定在所述坩堝內，所述籽晶支架用于固定所述籽晶；和

多晶塊支架，所述多晶塊支架設置在所述坩堝內的原料區，所述多晶塊支架用于支撐所述碳化硅多晶塊。

9.根據權利要求8所述的坩堝組件，其特征在于，所述籽晶支架設置在所述坩堝的中部，所述多晶塊支架分別設置在所述籽晶支架的上方和下方；

優選地，所述多晶塊支架包括分體設置的多個單層多晶塊支架。

10.一種高純半絕緣碳化硅單晶，其特征在于，其由權利要求1-7中任一項所述的方法制備得到或，其使用權利要求8或9所述的坩堝組件制備得到。

11.一種權利要求10所述的高純半絕緣碳化硅單晶的應用，其特征在于，所述應用選自高純半絕緣碳化硅單晶在制備單晶襯底、芯片或電子產品中的應用。