PVT法生长碳化硅晶体的生长方法技术

本发明专利技术提供一种PVT法生长碳化硅晶体的生长方法，该方法包括：提供坩埚；于坩埚中放置碳化硅原料及籽晶；将坩埚放入生长腔室中并抽真空，再通入保护气体，设定腔室温度；温度升至第一预设温度，通过坩埚内的疏气装置通入含氯气体，温度升至第二预设温度，停止通入或继续通入第一预设时间含氯气体；温度升至第三预设温度，碳化硅晶体开始生长第二预设时间后，经退火处理得到碳化硅晶体。该生长方法，可有效控制含氯气体释放速率与均匀性，避免气相硅在晶体表面凝结而形成结晶缺陷；通过控制含氯气体通入时间与流量，可进一步避免结晶缺陷；多孔石墨块的安置可使通入的多余含氯气体以及悬浮于生长气氛中碳颗粒的逸散，减少晶体中碳包裹物缺陷。

【技术实现步骤摘要】
PVT法生长碳化硅晶体的生长方法
本专利技术涉及碳化硅晶体制备
，特别是涉及一种PVT法生长碳化硅晶体的生长方法。
技术介绍
以碳化硅为代表的第三代半导体相比于硅基半导体具有禁带宽、饱和电子迁移率高、击穿电场强度高、热导率高等特点，其具备高频、耐高温、耐化学腐蚀、高效、抗辐射能力强、耐高压等优越的性能，随着碳化硅半导体制备技术的日益成熟，将日益成为智能通讯、新能源汽车、航天航空、物联网、智能交通、智能电网、核能技术、石油勘采等领域核心电子器件的支撑材料。碳化硅晶体制备方法有高温化学气相沉积法(HighTemperatureChemicalVaporDeposition，HTCVD)、液相外延法(Liquidphaseepitaxy)和物理气相传输法(PhysicalVaporTransport，PVT)。目前常用的晶体制备方法是PVT法。PVT法即改良Lely法，如图1所示，即是将碳化硅原料102在高温区升华，在轴向温度梯度驱动下气相输送至温度较低的碳化硅籽晶100处成为饱和蒸气，经冷凝形核、长大，重结晶为碳化硅晶体。PVT法具有成本低，温度场调节灵活的优点，可通过改变保温设计，显著提高晶体生长质量。采用PVT法制备碳化硅晶体时，随温度升至1800℃，碳化硅原料发生分解升华，其分解反应方程式如下：上述式中，是反应方程n的平衡常量；Pi是i组元的平衡分压，vi是i组元的方程系数。由平衡常量的热力学公式：式中，hi0和si0是i组元的理想气体摩尔焓常数和摩尔熵常数；cpi是i组元的理想气体定压摩尔热容量。由平衡常数计算得到SiC2、Si、Si2C的平衡分压。由文献(兵器材料科学与工程，2013，36(6):72-74)可知，Si的平衡分压远大于Si2C和SiC2，因此在晶体生长初期，生长气氛中富含气相硅。在轴向温度梯度作用下，蒸气输送至低温度的籽晶区域，富硅气相饱和蒸气压降低，凝结成液相硅，造成晶体结晶缺陷。硅蒸气在高温下具有高的化学活性，可与卤素、卤化氢反应生成卤化物，也可与碳、氮、氧等非金属发生反应生成硅化物。可采用向生长氛围中通入氯气、氯化氢气体的方式，消耗晶体生长初期的多余硅蒸气。高温下，硅蒸气与氯气、氯化氢反应方程式如下：Si(g)+Cl2(g)→SiCl4(g)Si(g)+HCl(g)→SiHCl3(g)+H2(g)但通过向碳化硅原料中通入上述高温下可与硅蒸气反应的气体后形成的碳化硅晶体还是存在结晶缺陷，碳化硅晶体质量较低的问题。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种PVT法生长碳化硅晶体的生长方法，用于解决现有技术中采用PVT法形成碳化硅晶体时，富硅气相沉积在晶体表面凝结成硅液滴而形成结晶缺陷，导致碳化硅晶体生长质量较低等的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种PVT法生长碳化硅晶体的生长方法，所述生长方法包括：提供PVT法生长碳化硅晶体的坩埚，所述坩埚包括：石墨坩埚体、石墨坩埚盖、多孔石墨板、疏气装置；所述石墨坩埚体包括底壁以及从所述底壁延伸出的侧壁，由所述底壁和所述侧壁围成容纳腔；所述石墨坩埚盖盖合于所述石墨坩埚体上，实现所述容纳腔的密封；所述多孔石墨板设置于所述容纳腔中，且所述多孔石墨板周向完全与所述石墨坩埚体的所述侧壁接触；所述疏气装置设置于所述石墨坩埚体的所述底壁与所述多孔石墨板之间，所述疏气装置为由内而外依次同横轴交替设置的空心多孔石墨管及石墨软毡层叠而成；于所述坩埚内的多孔石墨板上放置碳化硅原料及于所述坩埚的容纳腔上方安置碳化硅籽晶；将所述坩埚放入碳化硅单晶生长腔室中；将所述碳化硅单晶生长腔室抽真空，并通入保护气体，设定腔室温度，开始升温；当温度升至第一预设温度时，通过所述坩埚内的所述疏气装置向所述坩埚的容纳腔中通入含氯气体，当温度升至第二预设温度时，停止通入所述含氯气体，或当温度升至第二预设温度后，继续通入第一预设时间所述含氯气体，然后停止通入所述含氯气体；当温度升至第三预设温度时，碳化硅晶体开始生长并稳定生长第二预设时间后，经退火处理得到所需碳化硅晶体。可选地，所述保护气体包括氩气或氦气。可选地，所述含氯气体包括氯气或氯化氢气体或氩气与氯气的混合气体或氩气与氯化氢气体的混合气体。可选地，所述含氯气体为体积比为1：5的氯化氢气体与氩气的混合气体或体积比为1：3的氯气与氩气的混合气体。可选地，通入所述含氯气体的流量介于2ml/min～20ml/min之间。可选地，所述第一预设温度介于1750℃～1850℃之间，所述第二预设温度介于2150℃～2250℃之间，所述第三预设温度介于2300℃～2400℃之间，所述第一预设时间介于10min～15min之间，所述第二预设时间介于25h～33h之间。可选地，所述石墨坩埚盖上还设置有贯通所述石墨坩埚盖的两块多孔石墨块，且两块所述多孔石墨块设置于碳化硅籽晶投影于所述石墨坩埚盖区域的两侧。可选地，由内而外所述空心多孔石墨管的孔隙率逐渐增大。可选地，所述石墨坩埚体的外径介于140mm～180mm之间，厚度介于6mm～18mm之间；所述疏气装置由5层所述空心多孔石墨管及石墨软毡层叠而成。可选地，最内层所述空心多孔石墨管的外径介于10mm～20mm之间；所述空心多孔石墨管的壁厚介于2mm～10mm之间；所述空心多孔石墨管的孔隙率介于35％Vol％～60％Vol％之间；所述石墨软毡的厚度介于2mm～8mm之间；所述多孔石墨板的厚度介于5mm～10mm之间，孔隙率介于30％Vol％～55％Vol％之间；所述多孔石墨块的直径介于4mm～10mm之间，孔隙率介于35％Vol％～50％Vol％之间；所述疏气装置设置于所述石墨坩埚体的所述底壁上方2mm～10mm处；所述多孔石墨板设置于所述疏气装置上方5mm～20mm处。如上所述，本专利技术的PVT法生长碳化硅晶体的生长方法，通过采用由空心多孔石墨管及石墨软毡交替层叠包覆形成的多层同轴疏气装置，使通入的含氯气体经过不同孔隙率材料的疏散均匀释放进入生长体系，从而有效控制含氯气体释放速率与均匀性，避免气相硅在晶体表面凝结而形成结晶缺陷；另外，通过控制含氯气体通入时间与流量，能与晶体生长初期多余硅蒸气完全反应，从而进一步避免气相硅在晶体表面凝结而形成的结晶缺陷；再者，多孔石墨块的安置可以使通入的多余含氯气体以及悬浮于生长气氛中碳颗粒的逸散，一定程度减少晶体中碳包裹物缺陷，提高碳化硅晶体的质量。附图说明图1显示为现有的PVT法生长碳化硅晶体的坩埚的简图。图2显示为本专利技术的PVT法生长碳化硅晶体的坩埚的俯视图。图3显示为本专利技术的PVT法生长碳化硅晶体的坩埚的截面示意图。图4显示为本专利技术的PVT法生长碳化硅晶体的坩埚的疏气装置沿图3中AA方向的截面示意图。元件标号说明100碳化硅籽晶101石墨坩埚102碳化硅原料本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种PVT法生长碳化硅晶体的生长方法，其特征在于，所述生长方法包括：/n提供PVT法生长碳化硅晶体的坩埚，所述坩埚包括：石墨坩埚体、石墨坩埚盖、多孔石墨板、疏气装置；所述石墨坩埚体包括底壁以及从所述底壁延伸出的侧壁，由所述底壁和所述侧壁围成容纳腔；所述石墨坩埚盖盖合于所述石墨坩埚体上，实现所述容纳腔的密封；所述多孔石墨板设置于所述容纳腔中，且所述多孔石墨板周向完全与所述石墨坩埚体的所述侧壁接触；所述疏气装置设置于所述石墨坩埚体的所述底壁与所述多孔石墨板之间，所述疏气装置为由内而外依次同横轴交替设置的空心多孔石墨管及石墨软毡层叠而成；/n于所述坩埚内的所述多孔石墨板上放置碳化硅原料及于所述坩埚的容纳腔上方安置碳化硅籽晶；/n将所述坩埚放入碳化硅单晶生长腔室中；/n将所述碳化硅单晶生长腔室抽真空，并通入保护气体，设定腔室温度，开始升温；/n当温度升至第一预设温度时，通过所述坩埚内的所述疏气装置向所述坩埚的容纳腔中通入含氯气体，当温度升至第二预设温度时，停止通入所述含氯气体，或当温度升至第二预设温度后，继续通入第一预设时间所述含氯气体，然后停止通入所述含氯气体；/n当温度升至第三预设温度时，碳化硅晶体开始生长并稳定生长第二预设时间后，经退火处理得到所需碳化硅晶体。/n...

【技术特征摘要】
1.一种PVT法生长碳化硅晶体的生长方法，其特征在于，所述生长方法包括：
提供PVT法生长碳化硅晶体的坩埚，所述坩埚包括：石墨坩埚体、石墨坩埚盖、多孔石墨板、疏气装置；所述石墨坩埚体包括底壁以及从所述底壁延伸出的侧壁，由所述底壁和所述侧壁围成容纳腔；所述石墨坩埚盖盖合于所述石墨坩埚体上，实现所述容纳腔的密封；所述多孔石墨板设置于所述容纳腔中，且所述多孔石墨板周向完全与所述石墨坩埚体的所述侧壁接触；所述疏气装置设置于所述石墨坩埚体的所述底壁与所述多孔石墨板之间，所述疏气装置为由内而外依次同横轴交替设置的空心多孔石墨管及石墨软毡层叠而成；
于所述坩埚内的所述多孔石墨板上放置碳化硅原料及于所述坩埚的容纳腔上方安置碳化硅籽晶；
将所述坩埚放入碳化硅单晶生长腔室中；
将所述碳化硅单晶生长腔室抽真空，并通入保护气体，设定腔室温度，开始升温；
当温度升至第一预设温度时，通过所述坩埚内的所述疏气装置向所述坩埚的容纳腔中通入含氯气体，当温度升至第二预设温度时，停止通入所述含氯气体，或当温度升至第二预设温度后，继续通入第一预设时间所述含氯气体，然后停止通入所述含氯气体；
当温度升至第三预设温度时，碳化硅晶体开始生长并稳定生长第二预设时间后，经退火处理得到所需碳化硅晶体。


2.根据权利要求1所述的PVT法生长碳化硅晶体的生长方法，其特征在于：所述保护气体包括氩气或氦气。


3.根据权利要求1所述的PVT法生长碳化硅晶体的生长方法，其特征在于：所述含氯气体包括氯气或氯化氢气体或氩气与氯气的混合气体或氩气与氯化氢气体的混合气体。


4.根据权利要求3所述的PVT法生长碳化硅晶体的生长方法，其特征在于：所述含氯气体为体积比为1：5的氯化氢气体与氩气的混合气体或体积比为1：3的氯气与氩气的混合气体。


5.根据权利要求1所述的PV...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈豆，薛卫明，马远，
申请(专利权)人：中电化合物半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33