[发明专利]一种物理气相传输法用坩埚盖及其制备方法

说明书

本发明公开了一种物理气相传输法用坩埚盖及其制备方法，属于半导体材料制备技术领域。一种物理气相传输法用坩埚盖，包括依次设置的石墨层、硅层和籽晶层；上述物理气相传输法用坩埚盖的制备方法，包括以下步骤：S1.以硅层为基底，外延生长过渡硅层；S2.外延生长碳掺杂的硅层；S3.热处理步骤S2所得材料，得复合层；S4.将复合层远离籽晶层的一侧表面与石墨层进行粘结复合。本发明中，籽晶层靠近硅层一侧，碳浓度较低，远离硅层一侧，碳浓度较高，因此籽晶层与硅层、以及后续物理气相传输法生成的碳化硅单晶间的晶格失配均较低。

技术领域

本发明属于半导体材料制备技术领域，具体涉及一种物理气相传输法用坩埚盖及其制备方法。

背景技术

碳化硅，俗称金刚砂，具有高禁带宽度，高击穿电场强度，高电子饱和漂移速度，高导热率等特性，是第三代半导体材料，其应用电压高至千伏，因此碳化硅晶圆在车用市场，包括充电桩、新能源车以及马达驱动等领域，前景光明。

目前，在SiC晶片(包括照明用SiC)的全球市场中，主要由美、欧、日厂商具有领先地位，其中美国厂商占据主导地位。例如，在2018年，Cree公司的碳化硅晶片在全球市场中的占比超过62％。因此自主开发SiC单晶的制备工艺尤为重要。

现在SiC单晶的制备工艺主要有热升华法、液相外延法和化学气相沉积法。其中热升华法是较为成熟的制备方法，经历了三个发展阶段：Acheson法、Lely法和PVT法(物理气相传输法，Physical Vapor Transport，简称PVT)。该方法生长SiC单晶，所需设备简单，操作容易控制。但是热升华法除需对热场、气压严格控制外，还对籽晶的要求严格，以现有的籽晶制备的SiC单晶，常常具有晶体缺陷超标等问题。

发明内容

本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种物理气相传输法用坩埚盖及其制备方法，由于籽晶层直接附着于坩埚盖上，因此制备所得的坩埚盖能够兼具坩埚盖和碳化硅籽晶两重作用。

根据本发明的一个方面，提出了一种物理气相传输法用坩埚盖，包括依次设置的石墨层、硅层和籽晶层。

根据本发明的一种优选的实施方式，至少具有以下有益效果：

(1)传统PVT法生产碳化硅过程中，需单独设置衬底(附着有籽晶)，而衬底与坩埚盖之间存在间隙，相当于在坩埚中插入了隔断，这种设置可在一定程度上影响坩埚内的温度场；本发明提供的物理气相传输法用坩埚盖，兼具坩埚盖和碳化硅籽晶的作用，在PVT法生产碳化硅过程中，避免了单独设置衬底对温度场的影响，提升了碳化硅生产的稳定性。

(2)本发明提供的制备方法，所得籽晶层靠近硅层一侧，碳浓度较低，远离硅层一侧，碳浓度较高，因此籽晶层与硅层、以及后续物理气相传输法生成的碳化硅单晶间的晶格失配均较低。在本发明的一些实施方式中，所述石墨层，碳含量≥99.99％。

在本发明的一些实施方式中，所述硅层，厚度为180μm～200μm。

在本发明的一些实施方式中，所述硅层，质量纯度≥99.9999％。

在本发明的一些实施方式中，所述籽晶层，材质为Si_xC_y。

在本发明的一些实施方式中，所述Si_xC_y，0＜x≤1，0＜y≤1。

所述籽晶层，靠近所述硅层一侧表面，x接近1，y接近0，因此所述籽晶层与所述硅层间几乎无晶格失配，生长所得籽晶层的缺陷含量低。

所述籽晶层，远离所述硅层一侧表面，x趋近1，y趋近1，即籽晶层的成分接近SiC的化学计量比，与即将在其表面生长的碳化硅之间，晶格匹配度良好，因此可生长出高质量的碳化硅单晶。