[發(fā)明專利]一種降低氮摻雜整體不均勻性的n型碳化硅晶體的生長方法

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• 申請日: 2021-08-25
• 公開（公告）號: CN113668058A
• 公開（公告）日: 2021-11-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 不公告發(fā)明人
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱科友半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)裝備與技術(shù)研究院有限公司
• 主分類號: C30B29/36
• 分類號: C30B29/36;C30B23/00
• 代理公司: 哈爾濱市偉晨專利代理事務(wù)所(普通合伙) 23209
• 代理人: 趙君

一種降低氮摻雜整體不均勻性的n型碳化硅晶體的生長方法，它屬于碳化硅晶體生長技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明要解決的技術(shù)問題為晶體生長中摻雜的均勻性。本發(fā)明在坩堝中填入碳化硅粉料并安裝碳化硅籽晶，將坩堝放入晶體生長爐中，將晶體生長爐抽真空到10^?5?10^?9atm，加熱到500?1200℃，維持0.5?2h，將晶體生長爐充入氬氣、氮氣、氫氣的混合氣體繼續(xù)加熱晶體生長爐到2100?2400℃，然后控制生長過程中通入氣體中氮氣所占體積比隨時間逐漸提高，生長晶體40?150h，然后充入氮氣關(guān)閉加熱電源后隨爐冷卻至室溫，完成降低氮摻雜整體不均勻性的n型碳化硅晶體的生長。本發(fā)明制備的晶體均勻度高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于碳化硅晶體生長技術(shù)領(lǐng)域；具體涉及一種降低氮摻雜整體不均勻性的n型碳化硅晶體的生長方法。

背景技術(shù)

碳化硅作為第三代半導(dǎo)體材料，具有寬禁帶、高擊穿場強、高熱導(dǎo)率等特點。可應(yīng)用于諸如新能源汽車、光伏逆變器、充電樁等領(lǐng)域，以實現(xiàn)降低功耗、提高開關(guān)頻率、降低總體成本等目標。

由于碳化硅在常壓下在加熱到熔點之前就會分解，無法直接使用類似于硅晶體生長的方法。目前大尺寸碳化硅晶體生長方法主要是PVT法，該方法是將碳化硅粉料放入坩堝底部，將碳化硅籽晶(碳化硅單晶晶片，作為晶體生長的種子)粘貼于坩堝頂部，之后對反應(yīng)容器抽真空到10^-5-10^-9atm，并加熱到1000℃左右，期間保持真空度。之后充入適量的氬氣到10^-2-10^-4atm，進一步加熱到2000℃左右，在此高溫與惰性氣氛的條件下使原料發(fā)生分解，分解后產(chǎn)生的氣相受溫度梯度的控制沉積到籽晶上面生長出晶體。

由于碳化硅在器件設(shè)計中的要求不同，目前由生長的晶體制備出的襯底可分為半絕緣型和導(dǎo)電型。而導(dǎo)電型碳化硅襯底可根據(jù)使用的摻雜元素被分為n型和p型。其中n型碳化硅襯底常使用的摻雜元素為氮，其的摻雜方式一般為在晶體生長過程中氣氛中加入一定分壓的氮氣，使得氮原子在晶體生長過程中進入到晶體中。

碳化硅高溫分解過程中，碳原子與硅原子并不是按照固相粉末中1：1的比例進入到氣相中，其中硅原子更容易進入到氣相，使得殘留的粉料中有更多的碳元素并有石墨化的現(xiàn)象。氣相中所含碳原子數(shù)與硅原子數(shù)的比值稱為碳硅比，其取決于溫度、粉料的形貌結(jié)構(gòu)、坩堝性質(zhì)等，并對碳化硅晶體生長的速率與缺陷的密度有影響，其同時也對摻雜的效果有影響。對于氮元素，當氣氛中的氮氣比值一定，碳硅比較高時相對的摻雜效果較差，而當碳硅比較低時摻雜效果較好。

生長過程中由于硅原子相比于碳原子更容易進入到氣相中，而這些硅原子會由坩堝縫隙泄露出生長腔，使得隨晶體生長的進行坩堝內(nèi)的碳硅比會逐漸的提高。一般制備氮摻雜的n型導(dǎo)電型碳化硅襯底時，氮氣的分壓是恒定，由于碳硅比的逐漸提高，氮摻雜的濃度會有一定的下降，使得晶體生長后期生長出的晶體中氮的濃度相較于之前生長出的晶體較低，相應(yīng)的導(dǎo)電性等電學(xué)性質(zhì)有所差異。同時由于氣相與粉料與石墨坩堝壁的物質(zhì)交換作用，生長過程過程中碳硅比在反應(yīng)腔內(nèi)各處的分布并不是均一的。對于沿晶體徑向的生長面來說，中間部分碳硅比較低，四周由于與臨近的石墨坩堝壁的物質(zhì)交換，氣相中含碳元素更多，使得碳硅比較高。這種徑向的碳硅比不均分布也會使得沿碳化硅晶體徑向的氮元素摻雜濃度與導(dǎo)電性存在一定差異。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是提供了一種降低氮摻雜整體不均勻性的n型碳化硅晶體的生長方法。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種降低氮摻雜整體不均勻性的n型碳化硅晶體的生長方法，包括如下步驟：

步驟1、在坩堝中填入碳化硅粉料并安裝碳化硅籽晶，將坩堝放入晶體生長爐中，待用；

步驟2、將晶體生長爐抽真空到10^-5-10^-9atm，加熱到500-1200℃，維持0.5-2h；