一种碳化硅晶体的制备方法、碳化硅晶片、碳化硅衬底及半导体器件技术

本发明专利技术公开一种碳化硅晶体的制备方法、碳化硅晶片、碳化硅衬底及半导体器件，所述碳化硅晶体的制备方法包括以下步骤：将甲基三氯硅烷和氢气在第一反应腔内进行还原分解反应，生成四氢化硅和乙烷；将所述四氢化硅和乙烷在第二反应腔内进行反应，生成碳化硅单晶；使所述碳化硅单晶在籽晶处形核、长大，结晶形成碳化硅单晶并生长成为碳化硅晶体。本发明专利技术以甲基三氯硅烷为原料，采用HTCVD方法生长制备碳化硅，显著降低了碳化硅制备过程中的反应温度，避免了碳源挥发造成碳化硅质量下降的问题，提高了制备所得的碳化硅晶体的质量。制备所得的碳化硅晶体的质量。制备所得的碳化硅晶体的质量。

【技术实现步骤摘要】
一种碳化硅晶体的制备方法、碳化硅晶片、碳化硅衬底及半导体器件


[0001]本专利技术涉及半导体
，特别涉及SiC半导体
，具体涉及一种碳化硅晶体的制备方法、碳化硅晶片、碳化硅衬底及半导体器件。

技术介绍

[0002]碳化硅材料(SiC)具有很多优点：禁带宽，导热性能好，击穿电场高，电子饱和速率高，热稳定性好，化学稳定性强。SiC的禁带宽度大，适合用于发展短波光电子器件，有利于SiC基器件在高温下工作；电子饱和速率高，适合制造高频器件；击穿电场高，有利于制造高功率器件；化学稳定性强，器件可以在腐蚀环境下工作。因此高质量SiC晶体/晶片可以说是SiC半导体产业的核心基础，SiC半导体产业环节包含“SiC单晶衬底
‑
外延片
‑
芯片和封装
‑
应用”，各产业环节均对SiC单晶片的杂质含量有较高要求。低质量的SiC单晶片会影响外延薄膜质量和重复性，也会对器件在造成漏电流过大等不良影响，所以高质量的单晶SiC在半导体产业中尤为重要。
[0003]SiC的制备主要有三种方法：液相磊晶法(Liquid Phase Epitaxy,LPE)、高温物理气相传输法(High Temperature Physical Vapor Transport，HTPVT)和高温化学气相沉积法(High Temperature Chemical Vapor Deposition,HTCVD)。其中，HTCVD具有如下优势：1、因为反应气体的持续供应，能够有效的控制生长过程的Si/C比例，降低因为偏离剂量比造成的晶体缺陷之外，也能够有效的进行掺杂，准确控制掺杂量，因此HTCVD法已经证明可以生长出高质量n型或p型碳化硅晶体；2、HTCVD法最重要优点在于因为特气纯度高、杂质含量低，因此能够成功进行高纯度高质量半绝缘碳化硅晶体的生长；3、单独地控制含Si和C的气体的流速，所以与生长持续时间无关，可以将气体入口处的C/Si比保持在最佳条件。因此，可以实现超过200mm的晶体的长期生长；4、由于使用高纯度气体作为原料，所以生长的晶体将包含较少的金属杂质，且能生长具有低螺纹螺钉位错密度并且没有空隙的高质量晶体。
[0004]使用HTCVD生长碳化硅，硅源一般是SiH4(四氢化硅)，碳源一般是C3H8(丙烷)，由于化学反应活化能的要求，SiH4需要在高温(2100℃以上)才有能发生化学反应的活化能，在此温度下，作为碳源的C3H8是会挥发的，即使已经反应生成了SiC，也会由于碳源的挥发导致SiC表面留下孔洞，造成缺陷，严重影响碳化硅晶体的质量，而使用有缺陷的碳化硅晶体制作高功率器件，高功率器件很容易就被击穿损坏。

技术实现思路

[0005]本专利技术的主要目的是提出一种碳化硅晶体的制备方法、碳化硅晶片、碳化硅衬底及半导体器件，旨在降低碳化硅制备过程中的反应温度，提高碳化硅晶体的质量。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提出一种碳化硅晶体的制备方法，包括以下步骤：
[0007]将甲基三氯硅烷和氢气在第一反应腔内进行还原分解反应，生成四氢化硅和乙
烷；
[0008]将所述四氢化硅和乙烷在第二反应腔内进行反应，生成碳化硅单晶；
[0009]使所述碳化硅单晶在籽晶处形核、长大，结晶形成碳化硅单晶并生长成为碳化硅晶体。
[0010]可选地，将甲基三氯硅烷和氢气在第一反应腔内进行还原分解反应，生成四氢化硅和乙烷的步骤中：
[0011]在所述第一反应腔内进行还原分解反应的反应温度为1000～1300℃、反应气压为0.8～1.2Pa。
[0012]可选地，将所述四氢化硅和乙烷在第二反应腔内进行反应，生成碳化硅，制得碳化硅单晶的步骤中：
[0013]在所述第二反应腔内进行反应的反应温度为1550～1700℃、反应气压为0.3～0.6Pa。
[0014]可选地，使所述碳化硅单晶在籽晶处形核、长大，结晶形成碳化硅单晶并生长成为碳化硅晶体的步骤中：
[0015]所述碳化硅单晶在所述籽晶处形核、长大、结晶并生长的温度为1550～1700℃、气压为0.3～0.6Pa。
[0016]可选地，将甲基三氯硅烷和氢气在第一反应腔内进行还原分解反应，生成四氢化硅和乙烷的步骤中：
[0017]所述甲基三氯硅烷和氢气的摩尔比为2:7。
[0018]可选地，将所述四氢化硅和乙烷在第二反应腔内进行反应，生成碳化硅，制得碳化硅单晶的步骤中：
[0019]所述四氢化硅和乙烷的摩尔比为2:1。
[0020]可选地，将甲基三氯硅烷和氢气在第一反应腔内进行还原分解反应，生成四氢化硅和乙烷的步骤之前，还包括：
[0021]对甲基三氯硅烷进行干燥钝化处理，去除所述甲基三氯硅烷中的水蒸气
[0022]进一步地，本专利技术还提出一种碳化硅晶片，所述碳化硅晶片由碳化硅晶体加工制得(切割、研磨、抛光、清洗等)，所述碳化硅晶体由如上所述的碳化硅晶体的制备方法制得。
[0023]更进一步地，本专利技术还提出一种碳化硅衬底，所述碳化硅衬底包括如上所述的碳化硅晶片。
[0024]此外，本专利技术还提出一种半导体器件，所述半导体器件包括如上所述的碳化硅衬底。
[0025]本专利技术提供的技术方案中，以甲基三氯硅烷为原料，采用HTCVD方法生长制备碳化硅，其中甲基三氯硅烷同时作为制备碳化硅的硅源和碳源，其具有更高的化学反应活化能，在1600℃左右就能发生化学反应，显著降低了碳化硅制备过程中的反应温度，避免了反应温度达到2000℃以上碳源容易挥发，造成碳化硅质量下降的问题，提高了制备所得的碳化硅晶体的质量，且降低了工艺成本。
附图说明
[0026]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现
有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅为本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0027]图1为本专利技术提供的碳化硅晶体的制备方法的一实施例的流程示意图；
[0028]图2为本专利技术提供的碳化硅晶体的制备装置的一实施例的结构示意图。
[0029]附图标号说明：
[0030]标号名称标号名称100碳化硅晶体的制备装置142第二进气口10反应装置主体151第一质量流量计11第一反应腔152第二质量流量计12第二反应腔16籽晶13隔板17夹持件141第一进气口20加热组件
[0031]本专利技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0032]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳化硅晶体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将甲基三氯硅烷和氢气在第一反应腔内进行还原分解反应，生成四氢化硅和乙烷；将所述四氢化硅和乙烷在第二反应腔内进行反应，生成碳化硅单晶；使所述碳化硅单晶在籽晶处形核、长大，结晶形成碳化硅单晶并生长成为碳化硅晶体。2.如权利要求1所述的碳化硅晶体的制备方法，其特征在于，将甲基三氯硅烷和氢气在第一反应腔内进行还原分解反应，生成四氢化硅和乙烷的步骤中：在所述第一反应腔内进行还原分解反应的反应温度为1000～1300℃、反应气压为0.8～1.2Pa。3.如权利要求1所述的碳化硅晶体的制备方法，其特征在于，将所述四氢化硅和乙烷在第二反应腔内进行反应，生成碳化硅，制得碳化硅单晶的步骤中：在所述第二反应腔内进行反应的反应温度为1550～1700℃、反应气压为0.3～0.6Pa。4.如权利要求1所述的碳化硅晶体的制备方法，其特征在于，使所述碳化硅单晶在籽晶处形核、长大，结晶形成碳化硅单晶并生长成为碳化硅晶体的步骤中：所述碳化硅单晶在所述籽晶处形核、长大、结晶并生长的温度为...

【专利技术属性】
技术研发人员：林大野，王治中，蔡钦铭，
申请(专利权)人：广州爱思威科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：