一种缩径生长高质量4英寸制造技术

本实用新型专利技术公开了一种缩径生长高质量4英寸

【技术实现步骤摘要】
一种缩径生长高质量4英寸SiC的结构


[0001]本技术属于碳化硅晶体生长
，涉及生长碳化硅的结构，尤其涉及一种缩径生长高质量4英寸
SiC
的结构
。

技术介绍

[0002]碳化硅
(SiC)
是第三代半导体材料，具有较大的禁带宽度
、
较高的热导率以及较高的饱和电子迁移率等优良的物理性质，常被用于高温
、
高频
、
抗辐射
、
节能
、
通信等领域
。
制作出的
SiC
基电子器件具有尺寸小
、
正向导通电阻小
、
开关损耗低
、
响应频率高等优点
。
因此
SiC
具有很高的应用价值，已经应用的领域有
5G
通信
、
智能电网
、
轨道交通
、
雷达探测等，特别是
SiC
基
MOSFET
在电动汽车中的应用，比
Si
基
IGBT
在电动汽车中的整体工作效率得到显著提高
。
碳化硅耐高温性能好，不需要复杂的散热结构，因此碳化硅电驱模块的重量也实现很大的下降和尺寸的缩小
。
电动车产业的蓬勃发展，为
SiC
产品的应用带来广阔的前景
。
[0003]现有的
PVT
法生长的
SiC
单晶主要有以下两种方案，如生长直径
D(
单位
mm)
的碳化硅单晶：
[0004]等径生长：装料坩埚内径小于等于籽晶直径大约在之间，等径环内径在之间，籽晶直径比等径环大
5mm
，等径环内径和坩埚内径决定了碳化硅单晶的直径
。
[0005]扩径生长：装料坩埚内径小于等于籽晶尺寸大约在之间，等径环为喇叭状，贴近籽晶一侧内径比籽晶直径略小，远离籽晶一侧直径在之间，坩埚内径决定了碳化硅单晶的直径
。
[0006]碳化硅单晶生长需要在反应腔
(
石墨坩埚
)
顶上放置一块籽晶，作为晶体生长的初始形核和生长的模板，籽晶的表面状态和籽晶内部的缺陷密度，将在很大程度上决定了生长出来的碳化硅单晶的晶体缺陷水平
。
[0007]等径生长的单晶边缘会出现小裂纹
、
多晶，石墨坩埚的碳化比较严重，更换新石墨坩埚的频率高，成本增加
。
主要原因是碳化硅在生长过程中，碳化硅气氛与石墨坩埚发生反应，在单晶边缘超过籽晶边缘边界的部分生长碳化硅所致
。
这部分碳化硅生长超出了籽晶边界的限制，也受到籽晶直径方向温度梯度的影响，容易造成异质成核，形成新的形核中心，导致边缘多晶化
。
[0008]扩径生长的单晶边缘由于没有籽晶的晶格结构作为生长的模板，同样的，这部分碳化硅生长超出了籽晶边界的限制，也受到籽晶直径方向温度梯度的影响，容易造成异质成核，形成新的形核中心，导致边缘多晶化
。
会出现较大的裂纹，取单晶时，出炉晶体极易沿裂纹开裂
。
[0009]受到晶体生长径向梯度的影响，无论是等径生长还是扩径生长，晶体的边缘温度梯度大，位错密度通常比较高，特别是
BPD(
基平面
)
位错和
TED(
螺旋刃位错
)
的边缘密度高
。
利用这样的晶体做籽晶，继续生长新的碳化硅单晶，边缘密度缺陷区将会继续被后续生长出来新的单晶所继承，限制了新生长出来晶体质量的提升
。

技术实现思路

[0010]为了解决上述问题，本技术提供了一种缩径生长高质量4英寸
SiC
的结构，通过缩径生长，保证碳化硅生长边缘，籽晶原子排布结构能够完整的被复制，减少晶体生长边缘的裂纹，降低边缘位错的密度，因此实现更好的晶体品质，更低缺陷密度
。
缩径生长过程，可以避开籽晶边缘高缺陷密度的区域，利用晶体质量更好的籽晶中心部分进行生长，有利于得到低位错的高质量碳化硅晶体
。
[0011]为了实现上述目的，本技术采用以下技术方案：
[0012]本技术提供了一种缩径生长高质量4英寸
SiC
的结构，包括坩埚本体，缩颈环与籽晶托，所述缩颈环与所述籽晶托通过螺纹可拆卸连接；设生长晶体的直径为
D
，所述缩颈环的内直径为
D
～
D+5
，所述缩颈环的底部为向外逐渐扩大的喇叭口形状
。
[0013]作为本技术的一种优选方案，所述缩颈环外缘的下侧均设有缺口
。
[0014]作为本技术的一种优选方案，所述缺口的高度为所述缩颈环整体高度的
1/5。
[0015]作为本技术的一种优选方案，所述缺口的宽度为高度的一半
。
[0016]作为本技术的一种优选方案，所述缩颈环上部内侧设有用于承载部分籽晶托的平台
。
[0017]作为本技术的一种优选方案，所述缩颈环的高度为
50mm。
[0018]作为本技术的一种优选方案，缩颈环底部的喇叭口延伸至缺口处设有第二平台
。
[0019]作为本技术的一种优选方案，生长高质量4英寸
SiC
的籽晶的直径大于
D+15。
[0020]与现有技术相比，本技术具有以下有益效果：
[0021]1)
本技术在
PVT
法生长碳化硅单晶的热场结构中，由于坩埚从外壁到粉料内侧，温度依次降低，
SiC
粉料是从靠近坩埚壁的粉料先开始蒸发
。
生长初期因石墨坩埚在硅气氛中腐蚀，
C
颗粒随
SiC
气氛蒸发到单晶内部形成
C
包裹
、
微管
、
多晶
、
相变等的缺陷生成
。
缩颈结构，前期蒸发的
SiC
气氛不会直流到籽晶，通过缩颈环结构，可以遮挡住前期含有
C
颗粒的碳化硅气氛
。
因此缩颈生长结构有利于降低碳化硅晶体中的碳夹杂
。
[0022]2)
等径或者扩径生长，通过会继承原有的籽晶上的位错密度水平，复制了边缘高位错密度，采用缩颈生长，可以避开边缘籽晶的高位错密度区域，利用中心部分低位错密度的区域来生长单晶，有效的规避了籽晶边缘位错密度高的问题
。
[0023]3)
在缩径结构中籽晶为晶体生长的边缘提供了完整的生长模板，因此在晶体的边缘能够复制到籽晶的晶体结构，可以抑制多本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种缩径生长高质量4英寸
SiC
的结构，其特征在于，包括坩埚本体，缩颈环与籽晶托，所述缩颈环与所述籽晶托通过螺纹可拆卸连接；设生长晶体的直径为
D
，所述缩颈环的内直径为
D
～
D+5
，所述缩颈环的底部为向外逐渐扩大的喇叭口形状
。2.
根据权利要求1所述的一种缩径生长高质量4英寸
SiC
的结构，其特征在于，所述缩颈环外缘的下侧均设有缺口
。3.
根据权利要求2所述的一种缩径生长高质量4英寸
SiC
的结构，其特征在于，所述缺口的高度为所述缩颈环整体高度的
1/5。4.
根据权利要求2所述的一种缩径生长高质量4英寸
SiC
的...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨孝泽，蒋琳，朱鑫煌，张龙昌，王明华，
申请(专利权)人：乾晶半导体衢州有限公司，
类型：新型
国别省市：