[发明专利]一种碳化硅晶体及其制备方法

说明书

本申请涉及一种碳化硅晶体及其制备方法，属于晶体材料制备领域。该碳化硅晶体的制备方法包括：将坩埚主体内的原料升华后经包括至少一个螺旋隔板组件形成的螺旋气流通道气相传输至籽晶表面进行长晶，制得碳化硅晶体。本申请的碳化硅晶体的制备方法改变了传统PVT法制备碳化单晶的气相传输方式，由传统的垂直向上传输转换为螺旋向上传输，实现对晶体生长过程中大颗粒杂质的有效格挡，降低晶体中的缺陷密度，提高晶体质量；并且不会造成气相向上传输困难，无需过高生长温度，降低能耗；本申请可以对真空下的气相传输起到控制作用，真空下的单晶生长速率快、生长温度低，且气相可以有序向上传输，生长的晶体缺陷少，降本增效。

技术领域

本申请涉及一种碳化硅晶体及其制备方法，属于晶体材料制备领域。

背景技术

碳化硅是典型的宽禁带半导体材料，是继硅、砷化镓之后的第三代半导体材料代表之一。碳化硅材料具有高热导率、高击穿场强、高饱和电子迁移率等优异特性，成为制备高温、高频、高功率及抗辐射器件的热门材料之一。

目前碳化硅生长的方法主要有物理气相传输法(PVT)、液相外延法(LPE)、化学气相沉积法(CVD)等，其中PVT法是应用最成熟的方法，也是目前唯一的一种可以提供商用碳化硅衬底需求的生长方法。PVT法生长碳化硅单晶的生长过程在密闭的石墨坩埚中进行，因此在高温下生长环境处于富碳气氛下。晶体生长初期，由于硅组分的蒸气分压较高，因此晶体生长界面处于硅组分和碳组分相平衡的状态。随着晶体生长的进行，碳化硅原料中的硅组分不断升华减少，导致生长腔室内的气相组分逐渐失衡成为富碳状态。在富碳的生长环境下，晶体生长的前沿界面会有碳的富集并形成大颗粒的碳包裹物缺陷。此外，碳化硅原料中的大颗粒金属杂质、硅包裹体等在传统的碳化硅气相由下向上传输过程中也会跟随气相进入到碳化硅单晶中进而形成大颗粒杂质缺陷。大颗粒缺陷会诱生微管、位错、层错等缺陷，严重影响到碳化硅衬底质量进而影响外延层质量和器件性能。

目前解决碳化硅单晶中大颗粒杂质缺陷的一大主流方向是在碳化硅气相传输路径上设置石墨滤网起到隔离大颗粒杂质向上传输的作用。中国专利申请CN 207498521 U公开了一种提升质量的碳化硅单晶生长装置，包括石墨坩埚、石墨盖和石墨软毡保温层，所述石墨盖位于石墨坩埚顶部封闭所述石墨坩埚，所述石墨盖内侧中心突出区域粘合有籽晶片，所述石墨软毡保温层包覆所述石墨坩埚的周围、顶部、底部，所述石墨坩埚内放置有碳化硅粉末，所述石墨坩埚内碳化硅粉末与籽晶片之间的区域架设石墨支撑环，所述石墨支撑环上安装有导流筒，所述导流筒内固定一层或多层的金属过滤片，所述金属过滤片内均匀分布有通孔。本实用新型在坩埚内原料与籽晶之间的空间装设耐高温的金属过滤片与导流筒，可以有效过滤碳杂质，避免在晶体生长过程中形成碳包裹物，进而引发微管、位错等缺陷的产生，生成高质量的碳化硅单晶。该专利申请方案可以有效控制碳化硅单晶中大颗粒杂质缺陷的密度，但是石墨滤网的存在往往会造成碳化硅气相向上传输的难度，需要提高温度才能实现气相向籽晶传输的稳定性，而温度的提高则会大大增加晶体中应力及其他缺陷的产出几率，碳化硅单晶的质量无法得到保证。并且在晶体生长过程中，传统的气相传输方式的真空生长下的气相无法得到有效控制，单晶生长速率极快且结晶质量极差，微管、多型、位错等缺陷明显增多。

发明内容

为了解决上述问题，本申请提出了一种碳化硅晶体及其制备方法，本申请改变了传统的PVT法制备碳化硅单晶的气相传输方式，由传统的垂直向上传输转换为螺旋向上传输，实现对晶体生长过程中大颗粒杂质的有效格挡，降低晶体中的缺陷密度，提高晶体质量；并且不会造成气相向上传输困难，无需过高生长温度，降低能耗；本申请可以对真空下的气相传输起到控制作用，真空下的单晶生长速率快、生长温度低，且气相可以有序向上传输，生长的晶体缺陷少，降本增效。

该碳化硅晶体的制备方法包括：将坩埚主体内的原料升华后经包括至少一个螺旋隔板组件形成的螺旋气流通道气相传输至籽晶表面进行长晶，制得碳化硅晶体。该螺旋隔板组件形成的螺旋气流通道可格挡升华原料中的大颗粒物质，降低晶体中的缺陷密度。

可选地，所述长晶的步骤包括：