一种掺杂碳化硅晶体的生长方法技术

本发明专利技术公开了一种掺杂碳化硅晶体的生长方法，包括：提供生长坩埚，用于放置碳化硅原料和籽晶；提供晶体生长设备，包括多个气体管路和微波等离子发生单元；生长坩埚在第一预设压力升温至第一预设温度；将生长坩埚维持在第二预设压力，升温至第二预设温度；保持温度不变，降低压力至第三预设压力，以第一流量通入含氮气体；降低压力至第四预设压力，持续第一流量通入含氮气体，将含氮等离子体源升温至预定温度，开启微波等离子发生单元，以第二流量通入含氮等离子体源；第一特定速度将含氮气体流量调整至第三流量，第二特定速度将含氮等离子体源流量调整至第四流量。通过本发明专利技术提供的掺杂碳化硅晶体的生长方法，提高掺杂碳化硅晶体的良率和性质。良率和性质。良率和性质。

【技术实现步骤摘要】
一种掺杂碳化硅晶体的生长方法


[0001]本专利技术涉及碳化硅合成领域，特别涉及到一种掺杂碳化硅晶体的生长方法。

技术介绍

[0002]随着半导体器件发展的需求，6英寸碳化硅不可避免向更厚的方向发展。一般来说SiC单晶的生长方法主要有物理气相传输法(physical vapor transportmethod，PVT)、高温化学气相沉积法和溶液法等。目其中PVT法因具有较高的生长速率、较为稳定的生长工艺和成本优势基本成为SiC单晶生长的标准方法。PVT法的生长过程主要概括为多晶SiC在高温低压的条件下升华，产生的气相组分，在温度梯度的驱动下到达位于较低温度的籽晶处，产生过饱和度而在籽晶上结晶不断生长单晶。
[0003]但碳化硅在半导体器件设计中的要求不同，制备出的衬底可分为半绝缘型和导电型。而导电型碳化硅衬底可根据使用的掺杂元素被分为N型和P型。其中N型碳化硅衬底常使用的掺杂元素为氮，掺杂方式通常为在晶体生长过程中气氛中加入一定分压的氮气，用氮原子取代晶格上的碳原子。采用PVT法促使晶体长大时，加热装置设于坩埚外周时，形成坩埚内径向上由外向内逐渐降低的温度梯度，测温孔设于坩埚上方并用于散热时，形成坩埚内轴向上由下至上逐渐降低的温度梯度。因此，碳化硅晶体内的掺氮量受到温度高低、径向温度梯度以及轴向温度梯度的影响，形成的N型碳化硅晶体的质量较低。

技术实现思路

[0004]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掺杂碳化硅晶体的生长方法，提高掺杂碳化硅晶体的掺杂均匀性，提高掺杂碳化硅晶体的良率和质量。
[0005]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术采用如下技术方案。
[0006]本专利技术提供一种掺杂碳化硅晶体的生长方法，包括如下步骤：
[0007]提供一生长坩埚，所述生长坩埚内放置碳化硅原料，所述生长坩埚顶部安置碳化硅籽晶；
[0008]提供晶体生长设备，所述生长坩埚放置于所述晶体生长设备内，所述晶体生长设备包括多个气体管路和微波等离子发生单元；
[0009]将所述生长坩埚的压力设置为第一预设压力，升温至第一预设温度；
[0010]向所述生长坩埚内通入不含氮气体使所述生长坩埚的压力维持在第二预设压力，升温至第二预设温度；
[0011]保持温度不变，降低压力至第三预设压力时，以第一流量向所述生长坩埚内通入含氮气体；
[0012]保持温度不变，降低压力第四预设压力，持续第一流量通入含氮气体，将含氮等离子体源升温至预定温度，开启微波等离子发生单元，以第二流量通入所述含氮等离子体源；
[0013]以第一特定速度将含氮气体流量调整至第三流量，并以第二特定速度将含氮等离子体源流量调整至第四流量，使得晶体生长界面获得特定掺杂浓度，得获得碳化硅单晶。
[0014]在本专利技术一实施例中，所述第一预设压力为1
×
10
‑3mbar～1
×
10
‑6mbar，所述第二预设压力为300mbar～800mbar，所述第三预设压力为1mbar～100mbar，所述第四预设压力为0.5mbar～30mbar。
[0015]在本专利技术一实施例中，所述第一预设温度900℃～1200℃，所述第二预设温度为2100℃～2400℃。
[0016]在本专利技术一实施例中，所述预定温度为400℃～2000℃。
[0017]在本专利技术一实施例中，所述含氮等离子体源的温度升至所述预定温度的步骤包括：
[0018]以3℃/min～8℃/min的升温速度从室温升至400℃～900℃；以及
[0019]以1℃/min～5℃/min的升温速度从400℃～900℃升至2000℃。
[0020]在本专利技术一实施例中，所述第一流量为1ml/min～10ml/min，第二流量为0.1ml/min～10ml/min，第三流量0.5ml/min～6ml/min，第四流量为2ml/min～10ml/min。
[0021]在本专利技术一实施例中，所述第一特定速度为0.01ml/min/h～10ml/min/h，第二特定速度为0.01ml/min/h～10ml/min/h。。
[0022]在本专利技术一实施例中，所述微波等离子体发生单元的输出功率为500w～2500w。
[0023]在本专利技术一实施例中，所述含氮气体和所述含氮等离子体源的通入时间差为0.1h～100h。
[0024]在本专利技术一实施例中，所述含氮气体和所述含氮等离子体源替换为包括氮的同族元素的气体和离子体源。
[0025]综上所述，本专利技术提供一种掺杂碳化硅晶体的生长方法，在碳化硅晶体生长初期，通入含氮气体，能够进行高质量的掺杂。通入含氮等离子体源，开启微波等离子体发生单元，并对含氮等离子体进行加热，且对升温的过程进行控制，能够防止因等离子升温速度太快而反应过程难以控制，从而提高晶体的生长质量，确保掺杂的均一性。能够控制含氮气体和含氮等离子体的流量，确保晶体生长界面获得特定氮掺杂浓度，得到定电阻率的碳化硅晶体。获得的掺杂碳化硅晶体的电阻率分部均匀，衬底良率高，具有更好的一致性。
附图说明
[0026]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述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是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的附图。
[0027]图1为一实施例中晶体生长设备示意图。
[0028]图2为一实施例中掺杂碳化硅的合成方法流程示意图。
[0029]图3为一实施例中含氮等离子体的温度与时间的变化示意图。
[0030]图4为一实施例中含氮气体和含氮等离子体源的流量与时间的变化示意图。
[0031]图5为实施例1获得的掺杂碳化硅晶体制备的衬底的电阻率分布图。
[0032]图6为对比例1获得的掺杂碳化硅晶体制备的衬底的电阻率分布图。
[0033]标号说明：
[0034]10、生长坩埚；20、碳化硅原料；30、籽晶；11、保温层；12、发热体；13、微波等离子发
生腔；14、第一气体管路；15、第二气体管路；16、第三气体管路。
具体实施方式
[0035]以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。
[0036]需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，遂图式中仅显示与本专利技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
[0037]在本专利技术中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种掺杂碳化硅晶体的生长方法，其特征在于，包括如下步骤：提供一生长坩埚，所述生长坩埚内放置碳化硅原料，所述生长坩埚顶部安置碳化硅籽晶；提供晶体生长设备，所述生长坩埚放置于所述晶体生长设备内，所述晶体生长设备包括多个气体管路和微波等离子发生单元；将所述生长坩埚的压力设置为第一预设压力，升温至第一预设温度；向所述生长坩埚内通入不含氮气体使所述生长坩埚的压力维持在第二预设压力，升温至第二预设温度；保持温度不变，降低压力至第三预设压力时，以第一流量向所述生长坩埚内通入含氮气体；保持温度不变，降低压力第四预设压力，持续第一流量通入含氮气体，将含氮等离子体源升温至预定温度，开启微波等离子发生单元，以第二流量通入所述含氮等离子体源；以第一特定速度将含氮气体流量调整至第三流量，并以第二特定速度将含氮等离子体源流量调整至第四流量，使得晶体生长界面获得特定掺杂浓度，得获得碳化硅单晶。2.根据权利要求1所述的一种掺杂碳化硅晶体的生长方法，其特征在于，所述第一预设压力为1
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‑3mbar～1
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‑6mbar，所述第二预设压力为300mbar～800mbar，所述第三预设压力为1mbar～100mbar，所述第四预设压力为0.5mbar～30mbar。3.根据权利要求1所述的一种掺杂碳化硅晶体的生长方法，其特征在于，所述第一预设温度900℃～1200℃，所述第二预设...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛卫明，周玉洁，马远，潘尧波，
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：