[發(fā)明專利]一種碳化硅單晶生長裝置及方法

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• 申請日: 2021-11-17
• 公開（公告）號: CN114059154A
• 公開（公告）日: 2022-02-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 章宣;趙新田
• 申請（專利權(quán)）人: 寧波合盛新材料有限公司
• 主分類號: C30B23/00
• 分類號: C30B23/00;C30B29/36
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 孫玲

本發(fā)明公開一種本發(fā)明的碳化硅單晶生長裝置，包括能夠容納碳化硅粉的第一石墨坩堝，第一石墨坩堝內(nèi)還設(shè)置有至少兩層石墨擋盤，石墨擋盤將碳化硅籽晶與碳化硅粉之間的通道分隔為若干個S形通道相連的連通通道。本發(fā)明的碳化硅單晶生長裝置工作時，含有微小碳顆粒的Si_mC_n氣氛在連通通道流動時，在流通通道的轉(zhuǎn)彎處，微小碳顆粒受到的阻力較氣體大，在轉(zhuǎn)彎處沉積，從而達到了減少碳化硅單晶中包裹物的目的，避免包裹物影響碳化硅單晶質(zhì)量和晶體生長速度。本發(fā)明還提供一種碳化硅單晶生長方法，在碳化硅粉的分解與升華階段會產(chǎn)生碳顆粒，碳顆粒沿連通通道運動，在連通通道內(nèi)沉積，硅蒸汽與碳顆粒反應，碳化硅單晶在碳化硅籽晶表面生長。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及碳化硅單晶材料技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種碳化硅單晶生長裝置及方法。

背景技術(shù)

碳化硅單晶材料是第三代寬帶隙半導體材料的代表，具有寬禁帶、高熱導率、高電子飽和遷移率、高擊穿電場等性質(zhì)，與硅為代表的第一代半導體材料和以GaAs為代表的第二代半導體材料相比，有著明顯的優(yōu)越性，被認為是制造光電子器件，高頻大功率器件和高溫電子器件等理想的半導體材料。在白光照明、光存儲、屏幕顯示、航空航天、高溫輻射環(huán)境、石油勘探、自動化、雷達與通信、電動汽車及電力電子等方面有廣泛應用。

碳化硅單晶材料的生長比較困難，目前普遍采用物理氣相沉積法(也叫PVT或改進的Lely法)，該方法中一般的原材料為碳化硅粉末，將碳化硅粉末加熱到一定溫度就會顯著升華，而分解的碳化硅氣體會沿著溫度梯度輸運并在碳化硅籽晶處凝聚。PVT法生長SiC單晶主要包括三個過程，原料的分解與升華，質(zhì)量傳輸以及籽晶上結(jié)晶。

(1)原料的分解與升華階段，主要發(fā)生如下反應：

SiC_(s)＝Si_(g)+C_(s) (1-1)

2SiC_(s)＝Si_(g)+SiC_2(g) (1-2)

2SiC_(s)＝C_(s)+Si₂C_(g) (1-3)

(2)在質(zhì)量傳輸階段，Si蒸汽進一步地會與石墨坩堝側(cè)壁發(fā)生反應生成Si₂C和SiC₂

2C_(s)+Si_(g)＝SiC_2(g) (1-4)

C_(s)+2Si_(g)＝Si₂C_(g) (1-5)

(3)在籽晶表面，三種氣相通過如下反應進行生長：

SiC_2(g)+Si₂C_(g)＝3SiC_(s) (1-6)

Si_(g)+SiC_2(g)＝2SiC_(s) (1-7)

由上反應式看出，在原料的分解與升華階段會產(chǎn)生微小碳顆粒，此微小碳顆粒同樣會沿著溫度梯度輸運并最終在碳化硅單晶中形成包裹物，影響碳化硅單晶質(zhì)量。而在質(zhì)量傳輸階段，Si蒸汽與石墨坩堝側(cè)壁發(fā)生反應，將石墨表面侵蝕，侵蝕的過程中，也會有微小碳顆粒產(chǎn)生，此微小碳顆粒也會隨著氣體輸運并在碳化硅單晶中形成包裹物。