本发明专利技术提供了一种N型碳化硅晶体的制备方法及生长装置，该方法包括:(1)将原料放置坩埚的高温区，籽晶放置在坩埚的低温区，所述坩埚的顶部外壁向内凹陷形成环形气槽；将组装好的坩埚置于长晶炉的炉体内，使得环形气槽靠近所述炉体的通气孔处；(2)长晶阶段中，通过通气孔向炉体内通入氮源气体，控制长晶温度和压力，在所述籽晶上生长N型碳化硅晶体。通过环形气槽靠近于炉体的通气孔位置处，通入的气体可沿着环形气槽流动，气流流速较快，气体扩散到坩埚内部，使得坩埚内远离中心轴线热量传输加快，减少了坩埚径向温度梯度，提高了晶体生长的质量。的质量。的质量。
【技术实现步骤摘要】
一种N型碳化硅晶体的制备方法及生长装置
[0001]本专利技术涉及一种N型碳化硅晶体的制备方法及生长装置，属于半导体材料制备的
技术介绍
[0002]碳化硅材料由于其具有优良的半绝缘特性而受到广泛关注，特别是对于具有特殊需求的大功率半导体器件，碳化硅因所具有的高温、高频、大功率等特点成为这些器件选择的潜力材料。
[0003]目前碳化硅晶体工业生产多采用PVT法进行生产，但由于其生长条件要求较高，在生长过程中引入的缺陷限制了其性能的提高和进一步的应用与发展。因此，对缺陷的改善成为提高碳化硅衬底质量的首要前提。
[0004]位错，作为一种线缺陷，依据其形成机理的不同和造成的半原子面的差异，可分为贯穿刃位错(TED)、贯穿螺位错(TSD)及基平面位错(BPD)。不同位错及其密度的大小对后续外延生长的影响也各不相同。其中BPD大部分在外延生长初期会转化为TED，少数贯穿到外延层的BPD会对器件性能产生影响。而TSD易在外延层表面形成小坑、胡萝卜缺陷等缺陷，对器件的性能、成品率及可靠性产生重要影响。而碳化硅衬底位错对下游器件的影响除不同类型位错影响不同外，位错密度也是评估碳化硅衬底质量的重要参数之一。
[0005]由于目前碳化硅最为成熟的生长方式是采用PVT法进行生长，轴向温梯及径向温梯会在晶体中产生切应力，从而引起位错的滑移。对于TSD和BPD，可发生位错滑移，当碰到TED墙或其他缺陷时会滑移停滞，并在TED墙或缺陷附近产生位错堆积，从而造成碳化硅衬底局部位错密度过大，严重影响了碳化硅晶体的性能和进一步的应用与发展。
技术实现思路
[0006]为了解决上述问题，本专利技术提供了一种N型碳化硅晶体的制备方法及生长装置，通过控制氮源气体的流量不小于惰性气体的流量，利用氮源气体的热导率大于惰性气体的热导率，坩埚上方热量传输速率较快，使得轴向温度梯度增加，减少了碳化硅晶体中位错滑移造成的位错集中，提高了晶体生长的质量。
[0007]根据本申请的一个方面，提供了一种N型碳化硅晶体的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
[0008](1)将原料放置坩埚的高温区，籽晶放置在坩埚的低温区，所述坩埚的顶部外壁向内凹陷形成环形气槽；将组装好的坩埚置于长晶炉的炉体内，使得环形气槽靠近所述炉体的通气孔处所述炉体由下至上分别设置有第一通气孔和第二通气孔；
[0009](2)长晶阶段中，通过第一通气孔向炉体内通入惰性气体，通过第二通气孔向炉体内通入氮源气体，控制通入氮源气体的流量不小于通入惰性气体的流量，控制长晶温度和压力，在所述籽晶上生长N型碳化硅晶体。
[0010]进一步的，所述炉体由下至上分别设置有第一通气孔和第二通气孔；
[0011]步骤(1)中，将组装好的坩埚置于长晶炉的炉体内，使得环形气槽靠近于炉体的第二通气孔位置处。
[0012]进一步的，步骤(2)中，通过第一通气孔向炉体内通入惰性气体，通过第二通气孔向炉体内通入氮源气体，控制通入氮源气体的流量不小于通入惰性气体的流量
[0013]进一步的，优选的，步骤(2)中，通入氮源气体的流量为150～500mL/min，通入惰性气体的流量为50～150mL/min；
[0014]优选的，通入氮源气体的流量为200～300mL/min，通入惰性气体的流量为80～120mL/min。
[0015]进一步的，步骤(2)中，随着长晶过程的进行，逐渐提高通入氮源气体的流量，通入惰性气体的流量保持不变，通入氮源气体的流量的提高速率为2～10mL/h；
[0016]优选的，所述通入氮源气体的流量的提高速率为5～8mL/h；
[0017]优选的，长晶阶段刚开始时，控制通入氮源气体的流量为150～500mL/min，通入惰性气体的流量为50～150mL/min。
[0018]进一步的，所述坩埚的顶部外壁向内凹陷形成环形气槽，所述环形气槽的圆心与坩埚顶部的圆心重合；
[0019]步骤(1)中，将组装好的坩埚置于长晶炉的炉体内，使得环形气槽靠近于炉体的第二通气孔位置处。
[0020]进一步的，步骤(2)中，控制长晶温度为1800～2700℃，长晶压力为1500～3000Pa，长晶时间为80～200h；
[0021]优选的，控制长晶温度为2000～2400℃，长晶压力为1800～2200Pa，长晶时间为100～150h。
[0022]进一步的，步骤(2)中，在长晶阶段中，还包括控制坩埚的旋转和/或升降；优选的，控制坩埚旋转的速率为5～20r/min，控制坩埚升降的速率为2～15mm/min；优选的，控制坩埚旋转的速率为10～15r/min，控制坩埚升降的速率为3～10mm/min。
[0023]进一步的，步骤(2)中，在长晶阶段中，还包括向第三通气孔通入氮源气体，所述第三通气孔设置于炉体侧壁，所述第三通气孔位于所述第二通气孔上侧；
[0024]控制第三通气孔通入的氮源气体的流量不大于第二通气孔通入的氮源气体的流量，且不小于第一通气孔通入的惰性气体的流量；
[0025]优选的，所述氮源气体选自氮气、氨气和有机胺类中的至少一种；和/或
[0026]所述惰性气体选自氦气、氖气和氩气中的至少一种；
[0027]优选的，所述氮源气体为氮气；
[0028]优选的，所述惰性气体为氩气。
[0029]根据本申请的另一个方面，提供了一种N型碳化硅晶体的生长装置，所述装置包括：
[0030]炉体，所述炉体的侧壁由下至上分别设置有第一通气孔和第二通气孔，所述第一通气孔用于向炉体内通入惰性气体，第二通气孔用于向炉体内通入氮源气体设置有通气孔；
[0031]坩埚，所述坩埚设置于所述炉体内，所述坩埚的顶部外壁向内凹陷形成环形气槽，所述环形气槽的圆心与坩埚顶部的圆心重合。
[0032]进一步的，所述坩埚的顶部外壁同心设置有多个环形气槽；
[0033]优选的，多个环形气槽的深度由内向外依次增加；
[0034]优选的，多个环形气槽内壁的宽度由内向外依次降低；
[0035]优选的，多个环形气槽的宽度由内向外依次增加；
[0036]优选的，所述坩埚与旋转升降装置连接。
[0037]进一步的，所述炉体由下至上分别设置有第一通气孔和第二通气孔，所述第一通气孔用于向炉体内通入惰性气体，第二通气孔用于向炉体内通入氮源气体；
[0038]优选的，炉体的四周侧壁上设置有多个第二通气孔，所述多个第二通气孔以炉体的轴向为中心对称设置；
[0039]优选的，所述炉体上还设置有第三通气孔，第三通气孔位于第二通气孔上侧，第三通气孔用于向炉体内通入氮源气体；
[0040]优选的，所述炉体的四周侧壁上设置有多个第三通气孔，所述多个第三通气孔以所述炉体的轴向为中心对称设置；
[0041]优选的，所述炉体外侧设置有加热线圈，所述炉体上还设置有抽气孔。
[0042]本专利技术的有益效果包括但不限本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种N型碳化硅晶体的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)将原料放置坩埚的高温区，籽晶放置在坩埚的低温区，所述坩埚的顶部外壁向内凹陷形成环形气槽；将组装好的坩埚置于长晶炉的炉体内，使得环形气槽靠近所述炉体的通气孔处；(2)长晶阶段中，通过通气孔向炉体内通入氮源气体，控制长晶温度和压力，在所述籽晶上生长N型碳化硅晶体。2.根据权利要求1所述的N型碳化硅晶体的制备方法，其特征在于，所述炉体由下至上分别设置有第一通气孔和第二通气孔；步骤(1)中，将组装好的坩埚置于长晶炉的炉体内，使得环形气槽靠近于炉体的第二通气孔位置处。3.根据权利要求2所述的N型碳化硅晶体的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，通过第一通气孔向炉体内通入惰性气体，通过第二通气孔向炉体内通入氮源气体，控制通入氮源气体的流量不小于通入惰性气体的流量；优选的，步骤(2)中，通入氮源气体的流量为150～500mL/min，通入惰性气体的流量为50～150mL/min；优选的，通入氮源气体的流量为200～300mL/min，通入惰性气体的流量为80～120mL/min。4.根据权利要求3所述的N型碳化硅晶体的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，随着长晶过程的进行，逐渐提高通入氮源气体的流量，通入惰性气体的流量保持不变，通入氮源气体的流量的提高速率为2～10mL/h；优选的，所述通入氮源气体的流量的提高速率为5～8mL/h；优选的，长晶阶段刚开始时，控制通入氮源气体的流量为150～500mL/min，通入惰性气体的流量为50～150mL/min。5.根据权利要求1所述的N型碳化硅晶体的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，控制长晶温度为1800～2700℃，长晶压力为1500～3000Pa，长晶时间为80～200h；优选的，控制长晶温度为2000～2400℃，长晶压力为1800～2200Pa，长晶时间为100～150h。6.根据权利要求1所述的N型碳化硅晶体的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，在长晶阶段中，还包括控制坩埚的旋转...
【专利技术属性】
技术研发人员：张九阳，方帅，高宇晗，李霞，赵树春，高超，
申请(专利权)人：山东天岳先进科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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