一种以单一气体为源气体制备碳化硅晶体的方法技术

本发明专利技术公开了一种以单一气体为源气体制备碳化硅晶体的方法，该方法所采用的设备包括依次通过气体管路连接的低温腔、高温腔、结晶腔；步骤为：(1)以硅烷衍生物气体或氯硅烷衍生物气体作为源气体，通入低温腔，使源气体裂解；(2)然后通过入口气体管路通入载流气体，将低温腔中裂解后的产物带入高温腔，在高温腔中，使C

【技术实现步骤摘要】
一种以单一气体为源气体制备碳化硅晶体的方法


[0001]本专利技术属于碳化硅晶体
，特别涉及一种使用硅烷衍生物气体作为单一源气体制备碳化硅晶体的方法。

技术介绍

[0002]目前商业上所使用的碳化硅单晶生长方法主要分为物理气相传输法(PVT)和高温化学气相沉积法(HTCVD)两种。高温化学气相沉积法(HTCVD)采用两种或两种以上的气体作为原料，原料通过坩埚底部进气口进入，在生长温度和压强下，在籽晶表面沉积而进行晶体生长，残余气体通过坩埚顶部的孔隙流出。2020年07月17日公开的江苏超芯星半导体有限公司的专利申请“一种大尺寸公斤级碳化硅单晶的制备方法(公开号 CN111424319A)”中采用两种气体SiH4和C
m
H
n
作为原料，但是由于SiH4气体存在稳定性低、易在空气中自燃的问题；SiH4热分解温度相对较高；同时多路气体需要多条安全气路和分控流程，增加工艺难度和安全隐患。因此本专利技术进行了改进。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种使用甲基硅烷制备碳化硅晶体的生长方法，以解决现有技术中存在的需要两种组分的气体源，SiH4气体稳定性低易自燃、裂解温度高的问题。
[0004]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0005]一种以单一气体为源气体制备碳化硅晶体的方法，该方法所采用的设备包括依次通过气体管路连接的低温腔、高温腔、结晶腔，低温腔设置有入口气体管路，结晶腔设置有出口气体管路；
[0006]该方法包括以下步骤：
[0007](1)以硅烷衍生物气体或氯硅烷衍生物气体作为源气体，通过入口气体管路通入低温腔，通过控制低温腔的温度，使源气体裂解，其中，硅烷衍生物气体裂解成C
x
H
y
和 Si；氯硅烷衍生物气体裂解为C
m
H
n
Cl
o
和Si；
[0008](2)然后通过入口气体管路通入载流气体，将低温腔中裂解后的产物带入高温腔，在高温腔中，通过控制高温腔的温度，使C
x
H
y
或C
m
H
n
Cl
o
和Si进行反应，得到Si
α
C
β
气体；
[0009](3)高温腔中的Si
α
C
β
气体被载流气体带入结晶腔，到达碳化硅籽晶表面，通过控制结晶腔的温度，使Si
α
C
β
气体分子在碳化硅籽晶表面上进行沉积并结晶，最终形成碳化硅晶体。
[0010]进一步的，所述低温腔与高温腔、高温腔与结晶腔之间的气体管路上均设置有阀门，用于实现生长过程中的气体管路的打开和闭合。
[0011]进一步的，所述步骤(1)中，所述源气体为甲基硅烷、三甲基氯硅烷、六甲基二硅烷或甲基二氯硅烷的一种。
[0012]进一步的，所述步骤(1)中，裂解物C
x
H
y
和C
m
H
n
Cl
o
中，1≤x≥3，1≤y≥8，1≤m ≥3，1≤n≥8，1≤o≥4。
[0013]进一步的，所述步骤(2)中，载流气体为氢气H2、氮气N2、氩气Ar、氦气He的一种或者多种。
[0014]进一步的，所述载流气体的流量为1slm～50slm。
[0015]进一步的，所述步骤(2)中，反应所得产物Si
α
C
β
为Si2C、SiC2、SiC中的一种或多种。
[0016]进一步的，所低温腔的温度为300℃～1500℃，高温腔的温度为2000℃～2500℃，结晶腔的温度为1500℃～2200℃，升温方式为斜率升温。
[0017]进一步的，通过控制控压蝶阀，保持设备内的压力为1mbar～700mbar。
[0018]进一步的，所述步骤(3)中，Si
α
C
β
气体分子在碳化硅籽晶表面上进行沉积并结晶的过程中，通过控制反应气体阀门，调节反应气体的流速为10～1000sccm，晶体生长时间为10h～200h。
[0019]有益效果：本专利技术实现了只用单一气体生长碳化硅晶体。同时采用诸如甲基硅烷等作为源气体比硅烷更加稳定，不会在空气中自燃，因此使用和维护成本、风险大大降低。
附图说明
图1为本专利技术制备方法流程图。
具体实施方式
[0020]本专利技术的一种以单一气体为源气体制备碳化硅晶体的方法，该方法所采用的设备包括依次通过气体管路连接的低温腔、高温腔、结晶腔，低温腔设置有入口气体管路，结晶腔设置有出口气体管路；低温腔与高温腔、高温腔与结晶腔之间的气体管路上均设置有阀门，用于实现生长过程中的气体管路的打开和闭合；
[0021]该方法包括以下步骤：
[0022](1)以硅烷衍生物气体或氯硅烷衍生物气体作为源气体，通过入口气体管路通入低温腔，通过控制低温腔的温度为300℃～1500℃，使源气体裂解，其中，硅烷衍生物气体裂解成C
x
H
y
和Si；氯硅烷衍生物气体裂解为C
m
H
n
Cl
o
和Si；其中，1≤x≥3，1≤y≥8， 1≤m≥3，1≤n≥8，1≤o≥4。
[0023](2)然后通过入口气体管路通入载流气体，将低温腔中裂解后的产物带入高温腔为2000℃～2500℃，在高温腔中，通过控制高温腔的温度，使C
x
H
y
或C
m
H
n
Cl
o
和Si进行反应，得到Si
α
C
β
气体；其中，载流气体为氢气H2、氮气N2、氩气Ar、氦气He的一种或者多种，载流气体的流量为1slm～50slm；反应所得产物Si
α
C
β
为Si2C、SiC2、SiC中的一种或多种；
[0024](3)高温腔中的Si
α
C
β
气体被载流气体带入结晶腔，到达碳化硅籽晶表面；控制结晶腔的温度为1500℃～2200℃，通过控制反应气体阀门，调节反应气体的流速为10～1000sccm，晶体生长时间为10h～200h，Si
α
C
β
气体分子在碳化硅籽晶表面上进行沉积并结晶，最终形成碳化硅晶体。
[0025]源气体优选为甲基硅烷、三甲基氯硅烷、六甲基二硅烷或甲基二氯硅烷的一种。
[0026]通过斜率升温，将各腔的温度控制为设定值，即低温腔300℃～1500℃，高温腔2000℃～2500℃，结晶腔1500℃～2200℃。并通过控制控压蝶阀，保持设备内的压力为 1mbar～700mbar。
[0027]下面结合实施例对本专利技术做更进一步的解释。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种以单一气体为源气体制备碳化硅晶体的方法，其特征在于：该方法所采用的设备包括依次通过气体管路连接的低温腔、高温腔、结晶腔，低温腔设置有入口气体管路，结晶腔设置有出口气体管路；该方法包括以下步骤：(1)以硅烷衍生物气体或氯硅烷衍生物气体作为源气体，通过入口气体管路通入低温腔，通过控制低温腔的温度，使源气体裂解，其中，硅烷衍生物气体裂解成C
x
H
y
和Si；氯硅烷衍生物气体裂解为C
m
H
n
Cl
o
和Si；(2)然后通过入口气体管路通入载流气体，将低温腔中裂解后的产物带入高温腔，在高温腔中，通过控制高温腔的温度，使C
x
H
y
或C
m
H
n
Cl
o
和Si进行反应，得到Si
α
C
β
气体；(3)高温腔中的Si
α
C
β
气体被载流气体带入结晶腔，到达碳化硅籽晶表面，通过控制结晶腔的温度，使Si
α
C
β
气体分子在碳化硅籽晶表面上进行沉积并结晶，最终形成碳化硅晶体。2.根据权利要求1所述的以单一气体为源气体制备碳化硅晶体的方法，其特征在于：所述低温腔与高温腔、高温腔与结晶腔之间的气体管路上均设置有阀门，用于实现生长过程中的气体管路的打开和闭合。3.根据权利要求1所述的以单一气体为源气体制备碳化硅晶体的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁振洲，刘欣宇，
申请(专利权)人：江苏超芯星半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：