[發明專利]大直徑高純半絕緣碳化硅生長工藝方法

有效

• 申請號: 202010517759.2
• 申請日: 2020-06-09
• 公開（公告）號: CN113151895B
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發明（設計）人: 張云偉;何麗娟;陳穎超;楊麗雯;程章勇;李天運;韋玉平;李百泉;靳麗婕
• 申請（專利權）人: 北京世紀金光半導體有限公司
• 主分類號: C30B23/00
• 分類號: C30B23/00;C30B29/36
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種大直徑高純半絕緣碳化硅生長工藝方法，步驟為：（1）生長備料準備，完成籽晶、原料、熱場的裝配；（2）開始工藝生長，完成除雜、升溫、生長、降溫、停爐工藝。本發明方法通過氫氣的引入、坩堝內結構設計、優化的籽晶選取、加熱結構組合設計以及優化的工藝參數等技術手段，使獲得高純碳化硅單晶易操作，實現技術指標高、原料利用率高，成本低的半絕緣單晶制備。

技術領域

本發明涉及碳化硅單晶生長，具體是大直徑高純半絕緣碳化硅生長方法。

背景技術

第三代半導體SiC具有寬禁帶（2.2~3.3 eV,Si的2~3倍）、高熱導率（Si的3~3.3倍）、高擊穿場強 (, Si的10倍)、高飽和電子漂移速率 ( , Si的2.5倍) 、化學穩定, 高硬度抗磨損，以及高鍵合能等優點。SiC器件可用于新能源電車、雷達、5G通訊、空天飛行器、海洋勘探、地震預報、石油鉆井、機械加工以及汽車電子化等重要領域。國民經濟發展和國家領土安全的重要支撐技術。作為第三代半導體材料的重要代表之一其優異特性，成為制備半導體器件的一大熱門材料。

碳化硅襯底的發展逐漸在以高質量、高純度、大直徑方向發展，其高純半絕緣襯底雜質是制約碳化硅半導體器件性能的關鍵因素之一，因此大直徑、低雜質控制成為半絕緣碳化硅襯底核心技術。

目前碳化硅制備主要采用最為成熟的PVT物理氣相傳輸法實現，通過加熱坩堝內的高純碳化硅粉料升華而獲得碳化硅襯底。為獲高純度的本絕緣碳化硅，純度控制，本底的摻雜劑去除被不斷優化獲得了電阻率較高的非摻雜半絕緣襯底材料。

以上所述方法同樣是利用了高溫去除熱場雜質、氫氣輔助降低本底摻雜劑的影響。最重要的是，在大直徑下本底摻雜劑的去除、原料利用率低等問題，極大的影響了襯底的成品率和技術指標。

發明內容

針對現有技術中存在的缺陷，本發明的目的在于提供一種高純半絕緣碳化硅襯底的工藝方法，該方法通過氫氣的引入、坩堝內結構設計、優化的籽晶選取、加熱結構組合設計以及優化的工藝參數等技術手段，使獲得高純碳化硅單晶易操作，實現技術指標高、原料利用率高，成本低的半絕緣單晶制備。

為達到以上目的，本發明采取的技術方案是:

大直徑高純半絕緣碳化硅生長工藝方法，包括如下步驟:

步驟1-1、選擇輕偏角的（000-1）面加工的籽晶作為生長籽晶；

籽晶選擇與生長襯底直徑相當的作為生長用籽晶，優選公差在±5mm以內；

其偏角選擇向11-20偏角≤4°，優選0.5-3°，作為輕偏角。

輕偏角籽晶，作為半絕緣襯底晶型控制的重要條件之一，利用臺階流生長方式，很好的保持了籽晶原有晶型的堆垛控制。而矛盾的是對于半絕緣襯底的應用，則選用（0001）無偏角的襯底為主要產品指標。因此，為降低加工改角損失厚度，其偏角越低損耗越小。單結合工藝小偏角空間被限定。所以優選0.5-3°

步驟1-2、將步驟1-1中籽晶固定在籽晶托示意圖1上。

所述的固定方式有懸掛、粘貼、夾持等方式。

優選地，夾持和/或粘貼，厚度優選500-1000um厚度籽晶。

步驟1-3、坩堝內裝入高純低氮含量的高純碳化硅粉料6。

步驟1-4、將固定好的籽晶托1連同生長擴徑環3連接至步驟1-3的盛放有粉源的坩堝4上部。

步驟1-5、加熱溫場由雙加熱結構制成。

包括中心內加熱器7、外圍感應加熱器5組成

在大直徑熱場建立模型，原料的升華控制是生長半絕緣的關鍵技術，本發明選擇中心阻性加熱，是為了解決原料供應問題，實現原料的穩定升華、實現原料的本底雜質去除。