[发明专利]一种碳化硅晶体的高温二次退火方法

说明书

本发明属于碳化硅单晶生长领域，具体公开一种碳化硅晶体的高温二次退火方法，包括以下步骤：装晶体，使用分段式加热程序升温，一阶段升温至1300‑1500℃，二阶段升温至2000℃，然后进行保温，保证温度波动范围在2000±1℃之内，降温：采用阶梯式的降温程序，以每小时降温200W的功率降温10小时，再以每小时降温400W的功率降温10小时；用10小时把功率降到0，晶体在晶炉中经24小时充分冷却后取出，该碳化硅高温二次退火的工艺采用升温、保温、降温的三段式，可更好的释放应力和避免应力进一步发展，而且控温能精确的把温度控制在保温所需的温度要求；在降温阶段通过分阶段冷却保证高温降温慢，低温降温快，减少用时的同时避免应力释放后又重新生成。

技术领域

本发明属于碳化硅单晶生长领域，具体涉及一种碳化硅晶体的高温二次退火方法。

背景技术

碳化硅作为第三代宽带隙半导体材料，具有宽带隙、高临界击穿电场、高热导率、高载流子饱和浓度、化学性能稳定、高硬度、抗磨损等的优点，碳化硅器件在航空、航天探测、核能开发、石油、地热钻井勘探、汽车发动机等的领域有着重要的应用。目前，关于碳化硅单晶生长的工艺主要是物理气相传输法（PVT），该法设备完备，技术成熟，但用物理气相传输法生长出来的碳化硅晶体，缺陷严重，残余应力多。晶体中的缺陷会对它的电导率，高强度等使用性能造成极大影响，残余应力则会在后处理工艺中造成晶锭的晶裂和衬底片的崩边。

发明内容

本发明专利的目的是提供一种碳化硅高温二次退火的工艺，用来解决以下两个难题：（1）减少生长晶体中的缺陷提高碳化硅的性能；（2）释放残余应力，有效解决在后处理工艺中残余应力造成的晶裂和崩边。

为达到以上目的，本发明提供以下技术方案：

一种碳化硅高温二次退火的方法，包括以下步骤，

（1）装晶体：擦洗石墨坩埚和晶体，然后将晶体装入坩埚内，将坩埚装入晶炉；

（2）升温：使用分段式加热程序，采用控功率模式，以一个额定功率升温20小时，把温度从室温升到1300-1500℃，然后采用控温模式，经过10小时控温，把温度控温到2000℃；

（3）保温：保证温度波动范围在2000±1℃之内；

（4）降温：采用阶梯式的降温程序，以每小时降温200W的功率降温10小时，再以每小时降温400W的功率降温10小时；用10小时把功率降到0，晶体在晶炉中经24小时充分冷却后取出。

本发明进行高温二次退火，在高温退火过程中，硅原子和碳原子具有足够的活性，硅原子和碳原子的迁移能填充到原来的空位处，或者空位之间相互扩散及转换，从而减少有害的点缺陷，达到有效的改性效果，另外，高温退火时硅、碳原子的移动过程能很大程度的释放晶锭中的残余应力，减少残余应力对后处理工艺的影响。

进一步地，保温阶段还包括以下步骤：

S1：利用额定温度升温模式找出保温目标温度2000℃对应的功率，通过 1小时的稳定，减少保温过程中的温度波动；

S2：采用控功率模式，经过40小时的保温，充分在高温下进行退火。

进一步地，装晶体阶段还包括以下步骤：

S1：在石墨坩埚体底部铺碳化硅多晶料，使用压块把晶料摊平、压实；

S2：在摊平、压实的多晶料上放多片圆形石墨纸，然后把晶体放在石墨纸上，石墨纸的投影面积大于晶体的投影面积；

S3：采用一个外径与坩埚内径相同，内径与晶体外径相同的同心石墨纸环，套在晶体外缘；

S4：放置好晶体后，将坩埚盖与坩埚体结合，并放入晶炉中中进行二次退火。

本发明的优点