一种碳化硅长晶用原料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术提供了一种碳化硅长晶用原料及其制备方法与应用，所述制备方法包括如下步骤：将粒径为8

【技术实现步骤摘要】
一种碳化硅长晶用原料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于碳化硅单晶制备
，涉及一种碳化硅长晶用原料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]第三代半导体因其具备大的禁带宽度、高的击穿场强和良好的热导率等优点，在高温、高压和大功率应用场景下，具有独特的优势。其中，碳化硅因其各项物理参数的优势，而作为第三代半导体材料的代表，以其作为衬底制备的各种电力电子器件广泛应用在新能源汽车、电网输送电、高铁和雷达通信等中。
[0003]碳化硅晶体质量决定着在其上制备器件的良率，而高质量的碳化硅晶体生长又面临着各种技术瓶颈，其中最常见的碳包裹物缺陷，其来源主要有两个：一是生长用石墨件在高温气氛下，被腐蚀形成颗粒，并随温度梯度驱动进入到晶体生长界面，形成包裹物；二是生长中所用的碳化硅粉料，在低压高温下，发生升华，由于硅易升华，导致随着生长的进行，越来越多的硅组分挥发，粉料变为碳颗粒，在温度梯度的驱动下，上升到晶体生长面，形成碳包裹物。
[0004]第一种缺陷可以通过在与晶体接触部分的石墨件上做耐高温致密涂层（例如Ta、Nb等的碳化物），来极大程度上减少此来源的包裹物；但是，针对粉料碳化引起的包裹物缺陷，优化起来却极为困难。目前常见的方法为：采用在碳化硅料上表面放置阻挡片（Ta、Nb碳化物，等静压石墨片，多孔石墨片）。其中Ta、Nb碳化物阻挡片具有致密和高发射率的特性，前者会对粉料升华后的气体输运通道起到阻碍作用，严重影响生长速率；后者会对来自侧壁的热辐射有强烈发射作用，导致生长腔室内温度分布发生巨大变化，引入热应力缺陷。而等静压石墨片或多孔石墨片，具有10%
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50%的孔隙率，对粉料升华后气体通道的阻碍作用较小，而且因其孔径及通道的弯曲特性，对粉料碳化后碳颗粒的输运起到很大的屏蔽作用，但因其本身为石墨材质，在低压高温气氛下，也容易发生高温腐蚀，形成碳颗粒，在温度梯度的输运下，极易进入到晶体形成包裹物。
[0005]基于以上研究，需要提供一种碳化硅长晶用原料的制备方法，所述制备方法得到的碳化硅块体作为碳化硅长晶原料，能够避免来源于粉料碳化的包裹物缺陷，提高了碳化硅晶体的良率和晶片的产率。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种碳化硅长晶用原料及其制备方法与应用，所述制备方法能够得到颗粒间结合力大且多孔的碳化硅长晶用粉料块体，该块体作为原料长晶时，很难被温度梯度驱动带入到晶体生长的界面，有效解决了来自碳化硅粉料碳化的碳颗粒包裹物缺陷，提高了晶体的良率和晶片的产率。
[0007]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]第一方面，本专利技术提供了一种碳化硅长晶用原料的制备方法，所述制备方法包括
如下步骤：
[0009]（1）将粒径为8
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40目的碳化硅粉料装填至模具中，然后进行预压，得到预压块体；
[0010]（2）将步骤（1）所述预压块体进行热压，得到所述碳化硅长晶用原料。
[0011]本专利技术将8
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40目粒径的碳化硅粉料进行预压和热压处理，得到颗粒之间通过范德华力紧密结合，且多孔的碳化硅粉料块体，相较于直接将一定粒径的碳化硅粉料装填到碳化硅晶体生长腔内，本专利技术能够所述制备方法得到的原料能够有效解决来自碳化硅粉料碳化引起的碳包裹物缺陷；由于在生长过程中，本专利技术得到的原料具备多孔的特性，保证了气相组分的输运通道畅通，还起到了筛分颗粒杂质的作用，同时由于碳化硅粉料块体内的颗粒由范德华力紧密结合（常见的是分散状态的粉料），可以看作为一个整体，在其碳化后，由于碳颗粒之间的范德华力以及大的整体所受重力，使碳化后的碳颗粒仍被紧紧束缚在碳化硅粉料块体上，无法上升进入到晶体生长界面，从而从粉料根源上解决了碳包裹物缺陷的形成。
[0012]所述粒径为8
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40目的碳化硅粉料是指，粉料能够过8目以上的筛网，例如可以是8目、9目、10目、11目、12目、13目、14目或15目，但不过40目以下的筛网，例如可以是40目、38目、36目、34目、32目或30目，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用；示例性的，粉料粒径为8
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40目时，粉料能够过8目的筛网，但不过40目的筛网。
[0013]本专利技术的粉料粒径选择为8
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40目，通过调整不同粒径占比，可以制得生长高质量碳化硅单晶所需的多孔碳化硅粉料块体。
[0014]优选地，步骤（1）所述模具为石墨筒。
[0015]本专利技术优选模具为石墨筒，由于碳化硅晶体生长时，能够直接采用装有碳化硅长晶用原料的石墨筒整体装入生长腔进行生长。
[0016]本专利技术的石墨筒通过石墨块材机械加工得到，对于加工的尺寸不作具体限定，可以根据碳化硅晶体生长需求进行选择；优选采用直径为150
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200mm，例如可以是150mm、170mm、190mm或200mm，高度为50
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120mm的圆柱形石墨筒，例如可以是50mm、70mm、90mm、110mm或120mm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0017]优选地，步骤（1）所述装填至距离石墨筒上沿10mm以上，例如可以是10mm、12mm、14mm或15mm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用，优选为10
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15mm。
[0018]本专利技术粉料装填时，未将石墨筒装填满，而是装填至距离石墨筒上沿10
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15mm，从而能使压头直接置于粉料上端，易于压头定位，从而与石墨筒匹配，保证了压制效果，避免将石墨筒填满后，压头与模具匹配度降低，压头将压力施加在模具上的问题。
[0019]优选地，步骤（1）所述预压时，压头施加的压力为20
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30kg，例如可以是20kg、25kg或30kg，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0020]优选地，步骤（1）所述预压的压头直径与石墨筒的内直径相同。
[0021]本专利技术预压和热压采用的压头与石墨筒中心对齐，其中压头可以更换不同尺寸，保证压头的直径与石墨筒的内直径相等（利用正负公差进行配合），然后进行预压，确保压头下表面与碳化硅粉料上表面平行，中心对齐，来保证压制效果。
[0022]优选地，步骤（2）所述热压包括抽真空、通入惰性气体、加热、加压和保温保压步骤。
[0023]本专利技术热压步骤间的相互配合，先抽真空，通入惰性气体保护粉料，防止硅在高温下挥发，然后进行加热、加压和保温保压步骤。
[0024]优选地，所述抽真空和通入惰性气体后进行加热和加压步骤，所述加热和加压同时进行。
[0025]本专利技术的加热和加压同时进行，有利于形成本专利技术的多孔结构，若先加热再加压，或者先加压再进行加热，步骤（2）的热压效果则会下降。
[0026]优选地，所述加热至1000
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1500℃本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳化硅长晶用原料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：（1）将粒径为8
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40目的碳化硅粉料装填至模具中，然后进行预压，得到预压块体；（2）将步骤（1）所述预压块体进行热压，得到所述碳化硅长晶用原料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述模具为石墨筒；步骤（1）所述装填至距离石墨筒上沿10mm以上。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述预压时，压头施加的压力为20
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30kg；步骤（1）所述预压的压头直径与石墨筒的内直径相同。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述热压包括抽真空、通入惰性气体、加热、加压和保温保压步骤；所述抽真空和通入惰性气体后进行加热和加压步骤，所述加热和加压同时进行。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述加热至1000
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1500℃；所述加热的升温速率为10
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15℃/min；所述加热采用的加热器为电阻加热器；所述加压至压头施加的压力为1
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5吨；所述加压的速率为4
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25kg/min。6.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，所述保温保压的时间为10
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20h；所述抽真空至热压炉内的气压在10Pa以下；所述通入惰性气体至热压炉内的气压为50
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60KPa。7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔建东，吴江，郭超，母凤文，
申请(专利权)人：青禾晶元晋城半导体材料有限公司，
类型：发明
国别省市：