一种碳化硅晶体的生长方法和碳化硅晶体技术

本发明专利技术提供了一种碳化硅晶体的生长方法和碳化硅晶体，所述生长方法包括：

【技术实现步骤摘要】
一种碳化硅晶体的生长方法和碳化硅晶体


[0001]本专利技术属于碳化硅生长
，涉及一种碳化硅晶体的生长方法和碳化硅晶体
。

技术介绍

[0002]碳化硅
(SiC)
单晶是目前电力电子
、
射频器件和光电子器件等领域应用最广泛的第三代半导体材料之一，其主要生长方法为物理气相输运法
(PVT
法
)。
该方法使用高纯碳化硅粉料作为原料，在特定条件下使原料升华并输运至籽晶面结晶
。
由于碳化硅粉料中硅组分熔点低，升华过程容易形成富硅气氛，而未升华的原料则变得越来越富碳
。
随着原料消耗，一方面生长原料的碳硅比越来越高，直至偏离生长条件，造成晶体出现碳包裹，影响了有效厚度；另一方面，碳化硅粉料的升华气压变小，产生的气氛不足以输运至生长界面，使得生长速度逐渐降低直至停止，因此限制了晶体的厚度提升，目前国内晶体厚度一般在
15
‑
30mm
，且原料利用率一般
<40
％
。
[0003]针对此现象，业内有通过在坩埚内部增加碳化钽涂层或一些多孔类过滤装置抑制包裹产生，但此方法所用的材质价格昂贵，生产成本压力巨大；也有一些通过通入富硅类气体抑制后期富碳，但通入气体比例难以控制，有造成生长面硅聚集的风险，且废气处理代价较大；还有一些通过增大坩埚结构提升原料投入或降低生长速度的方式，但此方法原料利用率及生产效率较低
。
[0004]因此，亟需一种方法，来有效解决
PVT
方法因碳硅比失衡和升华气压减小而导致的晶体有效厚度低以及原料利用率低的问题
。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种碳化硅晶体的生长方法和碳化硅晶体
。
本专利技术分别在坩埚内设置原料
A
和原料
B
，并先对原料
A
所处的区域进行加热，原料
A
优先升华，产生的气氛输运至生长面进行生长，而原料
B
所处的区域温度相对较低，原料
B
可优先进行晶型转变，不产生富硅气体，在第一温度和第一压力下生长碳化硅晶体一段时间后，原料
A
的底部逐渐富碳；此时可对原料
B
所处的区域进行加热，原料
B
开始升华，升华初期释放出的富硅气氛可弥补原料
A
的富碳气氛，从而可以使得生长继续高效进行
。
从而能够大幅提升原料利用率，并能够增加晶体的有效厚度
。
[0006]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]第一方面，本专利技术提供了一种碳化硅晶体的生长方法，所述生长方法包括：
[0008](1)
在坩埚的内腔底部装入原料
B
，然后在坩埚的内腔中安装支撑板，再在支撑板远离原料
B
的一侧表面装上原料
A
，之后将坩埚密封；
[0009](2)
对密封后的坩埚进行抽真空，然后充入保护性气体；
[0010](3)
对原料
A
所处的区域进行加热，在第一温度和第一压力下生长碳化硅晶体；
[0011](4)
对原料
B
所处的区域进行加热，在第二温度和第二压力下生长碳化硅晶体
。
[0012]本专利技术提供了一种碳化硅晶体的生长方法，分别在坩埚内设置原料
A
和原料
B
，并先对原料
A
所处的区域进行加热，原料
A
优先升华，产生的气氛输运至生长面进行生长，而原料
B
所处的区域温度相对较低，原料
B
可优先进行晶型转变，不产生富硅气体，在第一温度和第一压力下生长碳化硅晶体一段时间后，原料
A
的底部逐渐富碳；此时可对原料
B
所处的区域进行加热，原料
B
开始升华，升华初期释放出的富硅气氛可弥补原料
A
的富碳气氛，从而可以使得生长继续高效进行
。
因此，采用本专利技术的生长方法，能够大幅提升原料利用率，并能够增加晶体的有效厚度，且成本增加小，可操作性强，适合产业化生产
。
[0013]本专利技术中，对原料
A
所处的区域进行加热时，原料
B
所处的区域也会受到影响，温度有所上升；对原料
B
所处的区域进行加热时，原料
A
所处的区域的温度也会受到影响
。
[0014]优选地，所述原料
B
包括硅粉与碳粉的混合物
、
掺硅的
α
型碳化硅粉或
β
型碳化硅粉中的任意一种，优选为
β
型碳化硅粉
。
[0015]优选地，所述硅粉与碳粉的混合物中，硅粉与碳粉的摩尔比为
(1
‑
1.05):1
，例如可以是
1:1、1.01:1、1.02:1、1.03:1、1.04:1
或
1.05:1
等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用
。
[0016]优选地，所述掺硅的
α
型碳化硅粉中，硅与
α
型碳化硅粉的摩尔比
1:(10
‑
30)
，例如可以是
1:10、1:15、1:20、1:25
或
1:30
等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用
。
[0017]优选地，所述原料
A
包括
α
型碳化硅粉
。
[0018]本专利技术中，当原料
B
优选为
β
型碳化硅粉时，在对原料
A
所处的区域进行加热时，
β
型碳化硅粉优先转化为
α
型碳化硅粉，而不进行升华；当在第一温度和第一压力下生长一段时间后，原料
A
下部逐渐富碳，原料
B
已转化为
α
型碳化硅，此时可对原料
B
所处区域进行加热；在对原料
B
所处的区域进行加热时，原料
B
开始升华，升华初期释放出的富硅气氛可弥补原料
A
的富碳气氛，并且此时的原料
B
和原料
A
为同种晶型，升华速率及升华的气氛相近，原料
B
硅组分补偿速率与原料
A
损失速率相当，碳硅比波动小，可稳定生长环境，能够避免碳硅比出现波动而影响晶体品质
。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种碳化硅晶体的生长方法，其特征在于，所述生长方法包括：
(1)
在坩埚的内腔底部装入原料
B
，然后在坩埚的内腔中安装支撑板，再在支撑板远离原料
B
的一侧表面装上原料
A
，之后将坩埚密封；
(2)
对密封后的坩埚进行抽真空，然后充入保护性气体；
(3)
对原料
A
所处的区域进行加热，在第一温度和第一压力下生长碳化硅晶体；
(4)
对原料
B
所处的区域进行加热，在第二温度和第二压力下生长碳化硅晶体
。2.
根据权利要求1所述的生长方法，其特征在于，所述原料
B
包括硅粉与碳粉的混合物
、
掺硅的
α
型碳化硅粉或
β
型碳化硅粉中的任意一种，优选为
β
型碳化硅粉；优选地，所述硅粉与碳粉的混合物中，硅粉与碳粉的摩尔比为
(1
‑
1.05):1
；优选地，所述掺硅的
α
型碳化硅粉中，硅与
α
型碳化硅粉的摩尔比
1:(10
‑
30)
；优选地，所述原料
A
包括
α
型碳化硅粉；优选地，所述原料
A
的目数为5‑
60
目；优选地，所述原料
B
和原料
A
的质量比为
1:(1
‑
20)
，优选为
1:(1
‑
10)。3.
根据权利要求1或2所述的生长方法，其特征在于，所述支撑板平行于所述坩埚的内腔底面，且所述支撑板的侧面与坩埚的内壁紧密接触；优选地，所述支撑板和原料
B
的料面之间的距离为0‑
50mm
；优选地，所述支撑板的材质包括石墨，所述石墨包括多孔石墨
。4.
根据权利要求1‑3任一项所述的生长方法，其特征在于，步骤
(2)
所述抽真空之后，坩埚内的压力小于
10
‑2Pa
；优选地，步骤
(2)
所述充入保护性气体之后，坩埚内的压力为
10
‑
800mbar
，优选为
200
‑
700mbar。5.
根据权利要求1‑4任一项所述的生长方法，其特征在于，步骤
(3)
所述第一温度为
1800
‑
2100℃
；优选地，升温至所述第一温度的升温...

【专利技术属性】
技术研发人员：张永伟，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：