[发明专利]一种采用预处理籽晶生长碳化硅晶体的方法

说明书

本发明涉及一种采用预处理籽晶生长碳化硅晶体的方法，属于碳化硅晶体制备技术领域。为解决现有籽晶预处理方法不能提供长期稳定保护而使制备的碳化硅晶体产生缺陷的问题，本发明提供了一种采用预处理籽晶生长碳化硅晶体的方法，先用氢氟酸浸泡碳化硅籽晶，再将碳化硅籽晶放入100℃去离子水中加热得到氢钝化的碳化硅籽晶；在氢钝化的碳化硅籽晶的生长面覆盖一层保护膜，得到预处理籽晶；最后采用PVT法以所得预处理籽晶为基础制备碳化硅晶体。本发明采用氢钝化与保护膜相结合的预处理方式，能够长期维持籽晶表面的低氧杂质含量状态，解决了氧杂质对半绝缘型碳化硅晶片制备的阻碍，提高了碳化硅晶体的良品率。

技术领域

本发明属于碳化硅晶体制备技术领域，尤其涉及一种采用预处理籽晶生长碳化硅晶体的方法。

背景技术

碳化硅作为第三代半导体材料，具有宽禁带、高击穿场强、高热导率等特点，可应用于诸如新能源汽车、光伏逆变器、充电桩等领域，以实现降低功耗、提高开关频率、降低总体成本等目标。

由于碳化硅在常压下加热到熔点之前就会分解，无法直接使用类似于硅晶体生长的方法。目前大尺寸碳化硅晶体生长方法主要有两种：一种是加入助熔剂形成含有碳化硅的熔液，并利用该熔液生长晶体。另一种是PVT法，该方法是将碳化硅粉料放入坩埚底部，将碳化硅籽晶粘贴于坩埚顶部，在高温与惰性气氛的条件下使原料发生分解，分解后产生的气相受温度梯度的控制沉积到籽晶上，最终完成碳化硅晶体的生长。由于第一种方法助溶剂会进入到制备的晶体中造成大量的晶体缺陷，目前大规模生产碳化硅晶体使用的方法是第二种PVT法。

晶体缺陷会严重影响制备的器件质量，在生长晶体中会采用各种手段减少缺陷的生成。其中重要的角度之一就是提高籽晶的质量，由于碳化硅中的缺陷有继承与繁衍的特性，一般采用无缺陷或少缺陷且表面粗糙度较低的籽晶来生长晶体。

目前，工艺思路中为了提高生长出晶体的质量，往往耗费了很大的精力对籽晶表面进行十分精细的抛光以降低粗糙度。但这忽略了有关碳化硅表面氧化膜造成的一些问题。

碳化硅晶体表面存在没有完全饱和的剩余键，其在没有保护的情况下，与空气中的氧气或水蒸汽反应形成一层薄薄的氧化层，这层氧化层会在高温下发生分解，而PVT法碳化硅晶体生长过程中高温是无法避免的。这层氧化膜的分解产物会对籽晶表面产生腐蚀，使其粗糙度上升，进而使杂质渗入。

碳化硅晶体表面的氧化膜分解过程的反应式如下：

SiO₂(s)＝SiO(g)+1/2O₂(g)

SiO(g)+1/2O₂(g)＝SiO₂(s)

SiO₂(s)+SiC(s)＝2SiO(g)+CO(g)+Si(g)

SiO(g)+SiC(s)＝2Si(g)+CO(g)

需要注意的是碳化硅晶体表面的氧化膜中也存在化学式为Si_mC_nO_c的碳氧硅非定比化合物，它们分解的机理与上述反应式类似。

另外，由于目前生长工艺中籽晶表面附近的温度场与气体物质输运并不均一，籽晶在温度场内，中间温度较低而边缘温度较高，籽晶上各区域受到腐蚀的强弱也有所区别，这导致籽晶表面粗糙度的上升也并不是均匀的，这会诱发晶体缺陷的生成。同时由于这一部分含氧杂质会渗入晶体，这对半绝缘型碳化硅晶片的生长是一个重要的阻碍。

在目前的技术中使用氢氟酸与沸水处理，可以去除碳化硅表面氧化层并形成氢钝化层保护其表面不被空气污染。但由于硅氢键相对较弱，在光热等促进条件下，从较长时间来看也会逐渐失去保护作用，因此开发能够提供长期稳定保护的预处理籽晶用于PVT法制备碳化硅晶体是本领域亟待解决的技术问题。

发明内容