4H-SiC晶体生长方法技术

本发明专利技术提供了一种4H‑SiC晶体生长方法，包括：制作多晶碳化硅与金属的混合物，将所述多晶碳化硅与金属的混合物作为原材料生长4H‑SiC晶体，所述多晶碳化硅与金属的混合物被加热融化，能够使硅与碳均匀混合，保证形成的4H‑SiC晶体中硅的含量，提高4H‑SiC晶体的质量。 1

【技术实现步骤摘要】
4H-SiC晶体生长方法
本专利技术涉及半导体制造领域，特别涉及一种4H-SiC晶体生长方法。
技术介绍
作为第三代宽带隙半导体材料的一员，相对于常见的硅(Si)和砷化钙(GaAs)等半导体材料，碳化硅(SiC)材料具有禁带宽度大、载流子饱和迁移速度高，热导率高、临界击穿场强高等诸多优异的性质。基于这些优良的特性，碳化硅材料是制备高温电子器件、高频大功率器件更为理想的材料。特别是在极端条件和恶劣条件下应用时，SiC器件的特性远远超过了Si器件和GaAs器件。在光电子领域，相对传统衬底材料Si与蓝宝石，SiC晶格及热适配更小，用SiC衬底制作的LED(Light-EmittingDiode，发光二极管)性能远优于蓝宝石衬底。物理气相传输法是目前制备SiC衬底的主要方法。在典型的物理气相传输中，籽晶和源粉二者均被放置在加热到源粉能够升华温度的坩埚中，且在源粉和温度较低的籽晶之间产生温度梯度，这个温度梯度促进了物质从源粉到籽晶的气相移动，随后源粉升华的物质在籽晶上凝结从而导致晶体的生长。SiC材料具有200多种同素异构体，目前常见的晶型有6H-SiC，4H-SiC和3H-SiC。SiC常见的晶型结构中，4H-SiC电子迁移率是6H-SiC的两倍多，具有较弱的各向异性，被认为是制备高频大功率器件最有前途的SiC材料。4H-SiC晶体生长方法主要包括：移动溶剂法(TravelingSolventMethod，TSM)、缓慢冷却技术(SlowCoolingTechnique，SCT)、气液固方法(VaporLiquidSolid，VLS)以及顶部籽晶溶盐法(TopSeededSolutionGrowth，TSSG)。在TSSG方法中，硅源、碳源在碳石墨坩埚中被加热，碳持续的从碳石墨坩埚的表面析出，然而硅的含量有限，导致最后形成的晶体中缺少硅，从而影响4H-SiC晶体的质量。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种4H-SiC晶体生长方法，提高4H-SiC晶体的质量。本专利技术的技术方案是一种4H-SiC晶体生长方法，包括：制作多晶碳化硅与金属的混合物，将所述多晶碳化硅与金属的混合物作为原材料生长4H-SiC晶体。进一步的，还包括：将所述多晶碳化硅与金属的混合物放入碳石墨坩埚中，将所述碳石墨坩埚放入腔室内采用顶部籽晶溶盐法生长4H-SiC晶体。进一步的，采用化学气相沉积的方法形成所述多晶碳化硅与金属的混合物；反应气体为：SiHCl3、C3H8与M(C2H5)n，其中，M为所述金属，n为正整数。进一步的，所述金属为镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、或镥。进一步的，在所述反应气体中，所述Si与M的质量比为1:0.6～1:0.7，所述Si与C的原子比为1:1。进一步的，在所述化学气相沉积中，反应腔室的温度为1200℃～1300℃，压力为760Torr。进一步的，所述顶部籽晶溶盐法包括：升高所述腔室的温度使所述多晶碳化硅与金属的混合物融化；将4H-SiC籽晶放置于融化的所述多晶碳化硅与金属的混合物的表面生长4H-SiC晶体。进一步的，在生长4H-SiC晶体的过程中，不断地从所述腔室的一端中通入氩气，从所述腔室的另一端排出废气。进一步的，采用射频加热、电阻加热或红外辐射加热的方法升高所述腔室的温度。进一步的，形成所述4H-SiC晶体之后，采用冷却的氩气对所述腔室进行冷却。与现有技术相比，本专利技术提供的4H-SiC晶体生长方法中，采用多晶碳化硅与金属的混合物作为原材料生长4H-SiC晶体，所述多晶碳化硅与金属的混合物被加热融化，能够使硅与碳均匀混合，保证形成的4H-SiC晶体中硅的含量，提高4H-SiC晶体的质量。附图说明图1为本专利技术一实施例所提供的4H-SiC晶体生长方法的流程示意图。图2为本专利技术一实施例所提供的4H-SiC晶体生长方法所采取的装置的结构示意图。具体实施方式为使本专利技术的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本专利技术的内容做进一步说明。当然本专利技术并不局限于该具体实施例，本领域的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本专利技术的保护范围内。其次，本专利技术利用示意图进行了详细的表述，在详述本专利技术实例时，为了便于说明，示意图不依照一般比例局部放大，不应对此作为本专利技术的限定。本专利技术的核心思想是：采用多晶碳化硅与金属的混合物作为原材料生长4H-SiC晶体，所述多晶碳化硅与金属的混合物被加热融化，能够使硅与碳均匀混合，保证形成的4H-SiC晶体中硅的含量，提高4H-SiC晶体的质量。图1为本专利技术一实施例所提供的4H-SiC晶体生长方法的流程示意图，如图1所示，本专利技术提出一种4H-SiC晶体生长方法，包括以下步骤：步骤S01：制作多晶碳化硅与金属的混合物；步骤S02：将所述多晶碳化硅与金属的混合物放入碳石墨坩埚中，将所述碳石墨坩埚放入腔室内；步骤S03：升高所述腔室的温度使所述多晶碳化硅与金属的混合物融化；步骤S04：将4H-SiC籽晶放置于融化的所述多晶碳化硅与金属的混合物的表面生长4H-SiC晶体。请参考图1所示，详细说明本专利技术提出的4H-SiC晶体生长方法：在步骤S01中，制作多晶碳化硅与金属的混合物，将所述多晶碳化硅与金属的混合物作为生长4H-SiC晶体的原材料。本实施例中，采用化学气相沉积的方法形成所述多晶碳化硅与金属的混合物；在反应腔室中通入的反应气体为：SiHCl3、C3H8与M(C2H5)n，其中，M为所述多晶碳化硅与金属的混合物中的金属，所述金属为镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)或镥(Lu)，n为正整数。在所述反应气体中，所述Si与M的质量比为1:0.6～1:0.7，所述Si与C的原子比为1:1。所述反应腔室的温度为1200℃～1300℃，压力为760Torr。在步骤S02中，将所述多晶碳化硅与金属的混合物放入碳石墨坩埚中，将所述碳石墨坩埚放入腔室内。所述腔室为采用顶部籽晶溶盐法生长4H-SiC晶体的腔室，本实施例中，采用顶部籽晶溶盐法生长4H-SiC晶体。在步骤S03中，升高所述腔室的温度使所述多晶碳化硅与金属的混合物融化。通过位于所述腔室外部的加热装置对腔室进行加热，升高所述腔室的温度，使得位于所述碳石墨坩埚中的多晶碳化硅与金属的混合物融化。在步骤S04中，将4H-SiC籽晶放置于融化的所述多晶碳化硅与金属的混合物的表面生长4H-SiC晶体。待所述多晶碳化硅与金属的混合物融化之后，将所述4H-SiC籽晶放置于融化的所述多晶碳化硅与金属的混合物的上表面，即将所述4H-SiC籽晶放置于液体的硅、碳、金属的上表面，硅与碳在所述4H-SiC籽晶上凝结从而形成4H-SiC晶体。图2为本专利技术一实施例所提供的4H-SiC晶体生长方法所采取的装置的结构示意图，如图2所示，所述装置包括腔室10、位于腔室10内的碳石墨坩埚20，所述碳石墨坩埚20内放置有多晶碳化硅与金属的混合物30，在所述腔室10的顶部设置有籽晶夹持装置40，所述籽晶夹持装置40夹持有4H-SiC籽晶50。在所述腔室10的侧壁外设置有加热装置60，用于升高腔室10的温度。首先制作所述多晶碳化硅与金属的混合物30，然后将所述多晶碳化硅与金属的混合物30放置于所述碳石墨坩埚20内，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种4H‑SiC晶体生长方法，其特征在于，包括：制作多晶碳化硅与金属的混合物，将

【技术特征摘要】
1.一种4H-SiC晶体生长方法，其特征在于，包括：制作多晶碳化硅与金属的混合物，将所述多晶碳化硅与金属的混合物作为原材料生长4H-SiC晶体。2.如权利要求1所述的4H-SiC晶体生长方法，其特征在于，还包括：将所述多晶碳化硅与金属的混合物放入碳石墨坩埚中，将所述碳石墨坩埚放入腔室内采用顶部籽晶溶盐法生长4H-SiC晶体。3.如权利要求2所述的4H-SiC晶体生长方法，其特征在于，采用化学气相沉积的方法形成所述多晶碳化硅与金属的混合物；反应气体为：SiHCl3、C3H8与M(C2H5)n，其中，M为所述金属，n为正整数。4.如权利要求3所述的4H-SiC晶体生长方法，其特征在于，所述金属为镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、或镥。5.如权利要求3所述的4H-SiC晶体生长方法，其特征在于，在所述反应气体中，所述Si与M的质量比为1:0.6～1:0.7，所述Si与C的原...

【专利技术属性】
技术研发人员：三重野文健，
申请(专利权)人：上海新昇半导体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31