一种降低碳化硅晶体应力的生长方法技术

本发明专利技术公开了一种降低碳化硅晶体应力的生长方法，使用硬质石墨和多孔石墨制作坩埚衬环，放置于籽晶与石墨坩埚之间，通过计算模拟调整硬质石墨和多种石墨的厚度、形状、结合形式，使得在晶体生长过程中，生长初期将硅气氛有效排出，减弱对碳化硅形核的负面影响，在保持等径或扩径生长的晶体外形的同时，也能够通过压缩多孔石墨的孔隙来达到释放热应力的效果，减少晶锭中裂痕和开裂情况的发生，降低微管，晶界和位错缺陷的密度，获得高品质的晶锭。获得高品质的晶锭。获得高品质的晶锭。

【技术实现步骤摘要】
一种降低碳化硅晶体应力的生长方法


[0001]本专利技术属于碳化硅生长
，涉及碳化硅晶体的生长，尤其涉及一种降低碳化硅晶体应力的生长方法。

技术介绍

[0002]半导体材料的发展与进步，是核心关键技术。作为第三代半导体材料重要代表之一，碳化硅单晶材料以其禁带宽度大、饱和电子迁移率高、击穿场强大、热导率高等特性，成为未来半导体材料的一大热门；良好的碳化硅单晶生长热场是获得高品质碳化硅晶圆的关键，直接影响碳化硅器件的性能。生长热场的结构设计会直接影响到晶锭生长质量(如缺陷密度，晶界和微管等)，因此生长晶体所需的碳化硅生长热场的结构也成为保证单晶生长品质的重要一环。
[0003]目前，主流的碳化硅热场材料使用的是石墨，但是在晶体生长的过程中，由于石墨材料和碳化硅材料之间的热膨胀系数存在差异，使得在二者接触面间产生热失配的问题，这直接影响晶体在生长过程中的应力大小和应力释放，从而导致晶体在生长或者出炉过程中，产生大量的微管，晶界和位错等缺陷，更严重的甚至致使晶体出现大量裂痕以及开裂的情况；在晶体生长的初期阶段，硅气氛的分压过大将会影响碳化硅在籽晶上的初期形核，在接下来的生长中引发更多缺陷；随着碳化硅晶体的不断生长，粉料会逐渐碳化，碳粉末会附着在晶体表面，形成碳包裹体，降低晶锭的有效厚度和利用率，造成了资源浪费的同时，增加了生产成本。

技术实现思路

[0004]为了解决上述问题，本专利技术提供了一种降低碳化硅晶体应力的生长方法，本专利技术使用硬质石墨和多孔石墨制作坩埚衬环，放置于籽晶与石墨坩埚之间，通过计算模拟调整硬质石墨和多种石墨的厚度、形状、结合形式，使得在晶体生长过程中，生长初期将硅气氛有效排出，减弱对碳化硅形核的负面影响，在保持等径或扩径生长的晶体外形的同时，也能够通过压缩多孔石墨的孔隙来达到释放热应力的效果，减少晶锭中裂痕和开裂情况的发生，降低微管，晶界和位错缺陷的密度，获得高品质的晶锭。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种降低碳化硅晶体应力的生长方法，所述生长方法包括以下步骤：
[0007]S1：将碳化硅粉料放置于坩埚内，通过震荡平台控制粉料的致密度；
[0008]S2：将坩埚衬环固定在籽晶与坩埚之间；
[0009]S3：将步骤S2中的坩埚放置于生长炉的加热腔体内，进行下一步的生长操作；
[0010]S4：将生长炉的加热腔抽真空保持在0Pa，进行升温；
[0011]S5：升至设定温度后，向加热腔中通入氩气，使得生长炉的加热腔压力升高至600mbar，通过坩埚衬环的多孔石墨的孔隙排出已经产生的硅气氛，再将加热腔抽真空至0Pa，重复上述操作，完成硅气氛的完全排出；
[0012]S6：待压力重新升至600mbar后，通过阶段式降压将压力控制在生长压力范围，保持3h；
[0013]S7：在压力稳定的条件下，将温度升高至生长温度，稳定生长；
[0014]S8：生长结束后将压力升至600mbar，并且降低生长炉加热腔的温度，使加热功率降至0，继续通入生长气氛，使生长炉内温度自然冷却至室温；
[0015]S9：生长炉加热腔温度到达室温后，去除已使用的坩埚衬环，取出已生长的晶锭，完成晶体开炉；
[0016]其中，所述坩埚衬环包括可拆卸的内环与外环，所述内环为多孔石墨材料，所述外环为硬质石墨材料。
[0017]作为本专利技术的一种优选方案，S4中，升温为3h将温度由室温升至1300℃，再利用5h将温度升至1800℃。
[0018]作为本专利技术的一种优选方案，S6中，生长压力范围为1～30mbar。
[0019]作为本专利技术的一种优选方案，S7中，生长温度为1900～2300℃，生长时间为60～150h。
[0020]作为本专利技术的一种优选方案，S7中，生长温度为2200～2300℃，生长时间为60～150h。
[0021]作为本专利技术的一种优选方案，所述内环的上下部等厚或者不等厚，所述外环与所述内环适配。
[0022]作为本专利技术的一种优选方案，所述内环与外环组成圆柱环结构。
[0023]作为本专利技术的一种优选方案，所述内环的厚度为0
‑
30cm。
[0024]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0025]1)本专利技术能够有效解决碳化硅(SiC)单晶晶体生长过程中的应力问题，以此大幅提高碳化硅晶锭的品质。
[0026]2)有效降低晶锭的热应力。采用多孔石墨材料和硬质石墨材料相结合的方式，设计制备坩埚衬环，根据热场情况灵活设计多孔石墨和硬质石墨的形状结构，在晶锭高温生长过程中，利用多孔石墨的弹性和可压缩性，有效降低因为热失配造成的热应力问题，减少微管，晶界和位错等缺陷，提高碳化硅生长品质。
[0027]3)有利于碳化硅晶体初期形核。通过在生长过程中进行真空度的变化，能够有效利用坩埚衬环中多孔石墨的孔隙通道将初期的硅气氛排出，减少其对碳化硅籽晶上形核的影响，从而在形核阶段提高晶锭的生长品质。
[0028]4)降低生长中杂质的负面影响。在生长过程中，通过在生长腔体中持续通入保护气体和抽气保持真空度的操作，能够有效将生长气氛中的杂质通过坩埚衬环的多孔石墨孔隙抽离坩埚，降低晶锭在生长过程中的杂质掺入而引起的缺陷，从而提高晶锭的整体品质。
[0029]5)减少晶锭后期的碳包裹体，提高晶锭的有效厚度和利用率。随着碳化硅晶体的生长，碳化硅粉料会逐渐碳化，在后期的生长中，碳粉末会在晶锭的表面形成碳包裹体，降低晶锭的利用率。采用本专利的方法，利用多孔石墨的孔隙通道配合坩埚内的气体流动，能够将碳粉末带离生长坩埚，降低其在晶锭表面造成包裹体的概率，提高晶锭的有效厚度，从而提高利用率。
[0030]6)提高碳化硅晶体的生长速度和粉料的利用率。利用坩埚衬环中多孔石墨的孔隙
通道，能够在生长坩埚中调节生长气氛的比例，形成新的稳定状态，促进粉料的升华，在晶体表面形成更适合晶体生长的气氛比例，提高晶锭的生长速度；并且减少升华不充分造成的碳化硅原粉的浪费，提高粉料的利用效率。
附图说明
[0031]图1是本专利技术晶体生长坩埚内部的结构示意图。
[0032]图2是本专利技术坩埚衬环的结构示意图。
[0033]图3是实施例1得到的晶体经熔融KOH腐蚀后的位错识别图片。
[0034]图4是实施例2得到的晶体经熔融KOH腐蚀后的位错识别图片。
[0035]图中，1.坩埚；2.籽晶；3.坩埚衬环；4.碳化硅粉料；5.内环；6.外环。
具体实施方式
[0036]为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于理解，下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术，但下述实施例仅仅为本专利技术的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其它实施例，都属于本专利技术的保护范围。下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，下述实施例中所用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种降低碳化硅晶体应力的生长方法，其特征在于，所述生长方法包括以下步骤：S1：将碳化硅粉料放置于坩埚内，通过震荡平台控制粉料的致密度；S2：将坩埚衬环固定在籽晶与坩埚之间；S3：将步骤S2中的坩埚放置于生长炉的加热腔体内，进行下一步的生长操作；S4：将生长炉的加热腔抽真空保持在0Pa，进行升温；S5：升至设定温度后，向加热腔中通入氩气，使得生长炉的加热腔压力升高至600mbar，通过坩埚衬环的多孔石墨的孔隙排出已经产生的硅气氛，再将加热腔抽真空至0Pa，重复上述操作，完成硅气氛的完全排出；S6：待压力重新升至600mbar后，通过阶段式降压将压力控制在生长压力范围，保持3h；S7：在压力稳定的条件下，将温度升高至生长温度，稳定生长；S8：生长结束后将压力升至600mbar，并且降低生长炉加热腔的温度，使加热功率降至0，继续通入生长气氛，使生长炉内温度自然冷却至室温；S9：生长炉加热腔温度到达室温后，去除已使用的坩埚衬环，取出已生长的晶锭，完成晶体开炉；其中，所述坩埚衬环包括可拆卸的内环与外环，所述内环为多孔石墨材...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋天粮，
申请(专利权)人：杭州乾晶半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：