[發(fā)明專利]一種大直徑碳化硅單晶及其制備方法在審
| 申請?zhí)枺?/td> | 202011627014.8 | 申請日： | 2020-12-31 |
| 公開（公告）號： | CN112813494A | 公開（公告）日： | 2021-05-18 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 魏汝省;李斌;毛開禮;周立平;戴鑫;靳霄曦;樊曉 | 申請（專利權(quán)）人： | 山西爍科晶體有限公司 |
| 主分類號： | C30B23/00 | 分類號： | C30B23/00;C30B33/02;C30B29/36 |
| 代理公司： | 北京高沃律師事務(wù)所 11569 | 代理人： | 薛紅凡 |
| 地址： | 030006 山西省太*** | 國省代碼： | 山西;14 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 直徑 碳化硅 及其 制備 方法 | ||
本發(fā)明提供了一種大直徑碳化硅單晶及其制備方法，屬于結(jié)晶生長技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明提供的方法：將結(jié)晶物料，在籽晶、保護氣氛下進行結(jié)晶生長；結(jié)晶生長結(jié)束后，將所得單晶進行原位退火處理，得到所述大直徑單晶；所述結(jié)晶生長在坩堝中進行；采用2個加熱線圈分別對所述坩堝的頂部和底部進行加熱；對所述坩堝頂部進行加熱的加熱線圈中心與晶體生長界面在同一水平面上。本發(fā)明采用兩個感應(yīng)加熱線圈分別對坩堝的頂部和底部進行加熱，保持坩堝的頂部和底部溫度差；結(jié)晶生長過程中，保持上線圈中心與晶體生長界面在同一水平面上，維持生長界面溫場穩(wěn)定性，減小結(jié)晶生長過程引入熱應(yīng)力；結(jié)晶生長結(jié)束后，對晶體進行原位退火處理，消除晶體內(nèi)部熱應(yīng)力。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及晶體生長技術(shù)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種大直徑碳化硅單晶及其制備方法。
背景技術(shù)
SiC材料以其特有的大禁帶寬度、高臨界擊穿場強、高電子遷移率、高熱導(dǎo)率等特性，成為制作高溫、高頻、大功率、抗輻照、短波發(fā)光及光電集成器件的理想材料。SiC材料獨特的物理性能決定了其在人造衛(wèi)星、火箭、雷達、通訊、戰(zhàn)斗機、無干擾電子點火裝置、噴氣發(fā)動機傳感器等重要領(lǐng)域的應(yīng)用。因此，各國都投入了大量的人力物力進行相關(guān)技術(shù)研究。
以SiC為主的寬帶隙半導(dǎo)體技術(shù)研究的進展速度超過了先前的預(yù)測，開發(fā)成果今人注目。單晶材料和外延生長技術(shù)的進步使器件性能得到不斷提高。某些高性能器件與電路已開始在軍事裝備中試用，并獲得滿意的試驗數(shù)據(jù)，另外很多器件已經(jīng)在白光照明，電動汽車、風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電等民用系統(tǒng)開始應(yīng)用。隨著寬帶隙半導(dǎo)體器件制造技術(shù)的不斷改進與優(yōu)化，有望在今后5-10年內(nèi)廣泛應(yīng)用于各種軍事武器裝備系統(tǒng)和民用領(lǐng)域，使系統(tǒng)性能得到大幅度提高。
大直徑SiC晶體制備常用方法是物理氣相傳輸法(Physical Vapor Transport，PVT)。將SiC粉料放在密閉的石墨坩堝底部，坩堝頂部固定一個籽晶，坩堝外部放置石墨保溫材料。采用中頻感應(yīng)將坩堝加熱，粉料達到升華點，產(chǎn)生Si、C、SiC2、Si2C分子，其在軸向溫度梯度的驅(qū)動下從源料表面?zhèn)鬏數(shù)阶丫П砻妫谧丫П砻婺Y(jié)，緩慢結(jié)晶，達到生長晶體的目的。
PVT生長方法常用的感應(yīng)加熱方式對系統(tǒng)進行加熱，感應(yīng)加熱的趨膚效應(yīng)導(dǎo)致晶體中存在巨大的內(nèi)應(yīng)力。
隨著SiC晶體生長及器件工藝的進步，市場對晶體尺寸要求逐步增加，從2英寸至4英寸到現(xiàn)在的6英寸，晶體尺寸的增加導(dǎo)致生長過程晶體內(nèi)部應(yīng)力也持續(xù)增大。4～8英寸SiC晶體在生長、降溫及加工過程中極易沿解理面開裂，極大降低了成品率，導(dǎo)致單晶片成本過高。同時，由于應(yīng)力導(dǎo)致的晶片加工過程中彎曲Bow和翹曲Warp較大，降低了晶片的良率。
發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種大直徑碳化硅單晶及其制備方法，本發(fā)明提供的制備方法能夠得到低應(yīng)力大直徑的單晶。
為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：
本發(fā)明提供了一種大直徑碳化硅單晶的制備方法，包括以下步驟：
將碳化硅結(jié)晶物料，在籽晶、保護氣氛下進行結(jié)晶生長；
所述結(jié)晶生長結(jié)束后，將所得晶體進行原位退火處理，得到所述大直徑碳化硅單晶；
所述結(jié)晶生長在坩堝中進行；采用2個加熱線圈分別對所述坩堝的頂部和底部進行加熱；
所述結(jié)晶生長過程中，對所述坩堝的頂部進行加熱的線圈中心與晶體生長界面在同一水平面上。
優(yōu)選地，所述碳化硅結(jié)晶物料在進行結(jié)晶生長之前，還包括依次進行的抽真空、升溫至加熱溫度和充保護氣氛。
優(yōu)選地，所述結(jié)晶生長的壓力為5～50mbar。
優(yōu)選地，所述結(jié)晶生長的過程中，坩堝頂部的溫度為2000～2200℃，坩堝底部的溫度為2200～2400℃。
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