[發明專利]一種碳化硅單晶及其PVT法生產方法和應用

有效

• 申請號: 202010664355.6
• 申請日: 2020-07-10
• 公開（公告）號: CN111926385B
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發明（設計）人: 方帥;高超;高宇晗;宗艷民
• 申請（專利權）人: 山東天岳先進科技股份有限公司
• 主分類號: C30B23/02
• 分類號: C30B23/02;C30B29/36
• 代理公司: 北京君慧知識產權代理事務所(普通合伙) 11716
• 代理人: 王振南

本申請公開了一種碳化硅單晶及其PVT法生產方法和應用，屬于碳化硅單晶生產工藝領域。所述方法包括在碳化硅長晶用坩堝內進行PVT法生產碳化硅單晶的步驟，所述PVT法生產碳化硅單晶時，在所述坩堝外周設熱輻射反射裝置，所述熱輻射反射裝置的熱輻射反射鏡面將所述坩堝散發的熱量反射至所述坩堝。試驗證明，所述方法可以降低碳化硅長晶所用的加熱功率，節約電能和長晶成本，同時還可以降低碳化硅晶體出現晶體多型或微管等缺陷，提高良品率；由于使用熱輻射反射裝置后熱量主要反射回坩堝處，向外傳導的熱量很少，不需要對PVT法生產碳化硅單晶的裝置外部進行降溫，取代了長晶裝置外的循環水或進出風口的冷卻方式，提高了長晶環境的穩定性。

技術領域

本發明涉及碳化硅單晶生產工藝領域，具體涉及碳化硅單晶及其PVT法生產方法和應用。

背景技術

碳化硅是繼硅、砷化鎵之后的第三代寬禁帶半導體材料之一，因其具有禁帶寬度大、飽和電子遷移率高、擊穿場強大、熱導率高等優異性質，而被廣泛應用于電力電子、射頻器件、光電子器件等領域。高質量晶體是半導體和信息產業發展的基石，它的制備水平制約了下游器件的制備與性能。盡管近幾年物理氣相傳輸法(PVT)生長碳化硅晶體取得了長足的進步，但其生長晶體的穩定性仍需要進一步研究，如晶體生長過程中會受到循環水水溫波動的影響，碳化硅晶體長晶過程的電力消耗過大。

目前生長碳化硅晶體的長晶爐的爐腔外降溫的方式主要有兩種：在雙層爐腔中心通循環水來冷卻爐膛、在單層爐腔外設置保護罩加循環水來冷卻，兩種方法受限于循環水水溫的控制，若水溫發生波動，晶體生長條件就會發生波動，最終的結果都會使晶體生長條件波動影響長晶穩定性，導致晶體出現多型體或微管等缺陷，影響良品率。

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碳化硅單晶及其PVT法生產方法和應用。本發明通過試驗證明，所述方法可以降低碳化硅長晶所用的加熱功率，節約電能和長晶成本，同時還可以降低碳化硅晶體出現晶體多型或微管等缺陷，提高良品率；由于使用熱輻射反射裝置后熱量主要反射回坩堝處，向外傳導的熱量很少，不需要對PVT法生產碳化硅單晶的裝置外部進行降溫，取代了長晶裝置外的循環水或進出風口的冷卻方式，提高了長晶環境的穩定性。

一方面，本發明提供一種PVT法生產碳化硅單晶的方法，所述方法包括在碳化硅長晶用坩堝內進行PVT法生產碳化硅單晶的步驟，

所述PVT法生產碳化硅單晶時，在所述坩堝外周設熱輻射反射裝置，所述熱輻射反射裝置的熱輻射反射鏡面將所述坩堝散發的熱量反射至所述坩堝。

可選地，所述熱輻射反射裝置在所述坩堝(如一般為石墨坩堝)外周(如側外周、和/或上部、和/或下部)，將所述坩堝處(包括坩堝內部和/或外部)散發出來的熱量通過所述熱輻射反射裝置反射回所述坩堝處(包括坩堝內部和/或外部)。可以側面和底面都有，優選側面，因為側面通常為高純石英管，下面的腔體主要為金屬。

可選地，所述熱輻射反射裝置的至少朝向所述坩堝側壁的內側壁為熱輻射反射鏡面，所述熱輻射反射鏡面能夠將所述坩堝處散發的熱量反射回所述坩堝；

所述坩堝外且所述熱輻射反射裝置內設保溫結構，在所述坩堝外設溫度監控裝置，所述溫度監控裝置能夠對所述坩堝內部溫度進行監控。

可選地，所述PVT法生產碳化硅單晶的步驟包括：

1)組裝：裝料的坩堝外依次套設所述熱輻射反射裝置，或裝料的坩堝外依次套設保溫結構、所述熱輻射反射裝置和真空隔離罩；

2)初除雜：將坩堝抽真空至壓力不高于10^-6mbar，通入惰性氣體至300mbar-500mbar，將所述抽真空和通入惰性氣體步驟至少循環2次，控制坩堝內壓力不低于10^-6mbar；

3)再除雜：將坩堝內溫度升至800℃-1200℃，并將惰性氣體通入坩堝內使氣壓升至500mbar-900mbar，保持至少6h；