[發明專利]一種摻雜碳化硅晶體的生長方法

在審

• 申請號: 202310450107.5
• 申請日: 2023-04-18
• 公開（公告）號: CN116397320A
• 公開（公告）日: 2023-07-07
• 發明（設計）人: 薛衛明;周玉潔;馬遠;潘堯波
• 申請（專利權）人: 中電化合物半導體有限公司
• 主分類號: C30B23/00
• 分類號: C30B23/00;C30B29/36;C30B30/00
• 代理公司: 上海漢之律師事務所 31378
• 代理人: 吳向青

本發明公開了一種摻雜碳化硅晶體的生長方法，包括：提供生長坩堝，用于放置碳化硅原料和籽晶；提供晶體生長設備，包括多個氣體管路和微波等離子發生單元；生長坩堝在第一預設壓力升溫至第一預設溫度；將生長坩堝維持在第二預設壓力，升溫至第二預設溫度；保持溫度不變，降低壓力至第三預設壓力，以第一流量通入含氮氣體；降低壓力至第四預設壓力，持續第一流量通入含氮氣體，將含氮等離子體源升溫至預定溫度，開啟微波等離子發生單元，以第二流量通入含氮等離子體源；第一特定速度將含氮氣體流量調整至第三流量，第二特定速度將含氮等離子體源流量調整至第四流量。通過本發明提供的摻雜碳化硅晶體的生長方法，提高摻雜碳化硅晶體的良率和性質。

技術領域

本發明涉及碳化硅合成領域，特別涉及到一種摻雜碳化硅晶體的生長方法。

背景技術

隨著半導體器件發展的需求，6英寸碳化硅不可避免向更厚的方向發展。一般來說SiC單晶的生長方法主要有物理氣相傳輸法(physical?vapor?transportmethod，PVT)、高溫化學氣相沉積法和溶液法等。目其中PVT法因具有較高的生長速率、較為穩定的生長工藝和成本優勢基本成為SiC單晶生長的標準方法。PVT法的生長過程主要概括為多晶SiC在高溫低壓的條件下升華，產生的氣相組分，在溫度梯度的驅動下到達位于較低溫度的籽晶處，產生過飽和度而在籽晶上結晶不斷生長單晶。

但碳化硅在半導體器件設計中的要求不同，制備出的襯底可分為半絕緣型和導電型。而導電型碳化硅襯底可根據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，摻雜方式通常為在晶體生長過程中氣氛中加入一定分壓的氮氣，用氮原子取代晶格上的碳原子。采用PVT法促使晶體長大時，加熱裝置設于坩堝外周時，形成坩堝內徑向上由外向內逐漸降低的溫度梯度，測溫孔設于坩堝上方并用于散熱時，形成坩堝內軸向上由下至上逐漸降低的溫度梯度。因此，碳化硅晶體內的摻氮量受到溫度高低、徑向溫度梯度以及軸向溫度梯度的影響，形成的N型碳化硅晶體的質量較低。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種摻雜碳化硅晶體的生長方法，提高摻雜碳化硅晶體的摻雜均勻性，提高摻雜碳化硅晶體的良率和質量。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明采用如下技術方案。

本發明提供一種摻雜碳化硅晶體的生長方法，包括如下步驟：

提供一生長坩堝，所述生長坩堝內放置碳化硅原料，所述生長坩堝頂部安置碳化硅籽晶；

提供晶體生長設備，所述生長坩堝放置于所述晶體生長設備內，所述晶體生長設備包括多個氣體管路和微波等離子發生單元；

將所述生長坩堝的壓力設置為第一預設壓力，升溫至第一預設溫度；

向所述生長坩堝內通入不含氮氣體使所述生長坩堝的壓力維持在第二預設壓力，升溫至第二預設溫度；

保持溫度不變，降低壓力至第三預設壓力時，以第一流量向所述生長坩堝內通入含氮氣體；

保持溫度不變，降低壓力第四預設壓力，持續第一流量通入含氮氣體，將含氮等離子體源升溫至預定溫度，開啟微波等離子發生單元，以第二流量通入所述含氮等離子體源；

以第一特定速度將含氮氣體流量調整至第三流量，并以第二特定速度將含氮等離子體源流量調整至第四流量，使得晶體生長界面獲得特定摻雜濃度，得獲得碳化硅單晶。

在本發明一實施例中，所述第一預設壓力為1×10^-3mbar～1×10^-6mbar，所述第二預設壓力為300mbar～800mbar，所述第三預設壓力為1mbar～100mbar，所述第四預設壓力為0.5mbar～30mbar。

在本發明一實施例中，所述第一預設溫度900℃～1200℃，所述第二預設溫度為2100℃～2400℃。