[发明专利]一种降低碳化硅晶体应力的生长方法

说明书

本发明公开了一种降低碳化硅晶体应力的生长方法，使用硬质石墨和多孔石墨制作坩埚衬环，放置于籽晶与石墨坩埚之间，通过计算模拟调整硬质石墨和多种石墨的厚度、形状、结合形式，使得在晶体生长过程中，生长初期将硅气氛有效排出，减弱对碳化硅形核的负面影响，在保持等径或扩径生长的晶体外形的同时，也能够通过压缩多孔石墨的孔隙来达到释放热应力的效果，减少晶锭中裂痕和开裂情况的发生，降低微管，晶界和位错缺陷的密度，获得高品质的晶锭。

技术领域

本发明属于碳化硅生长技术领域，涉及碳化硅晶体的生长，尤其涉及一种降低碳化硅晶体应力的生长方法。

背景技术

半导体材料的发展与进步，是核心关键技术。作为第三代半导体材料重要代表之一，碳化硅单晶材料以其禁带宽度大、饱和电子迁移率高、击穿场强大、热导率高等特性，成为未来半导体材料的一大热门；良好的碳化硅单晶生长热场是获得高品质碳化硅晶圆的关键，直接影响碳化硅器件的性能。生长热场的结构设计会直接影响到晶锭生长质量(如缺陷密度，晶界和微管等)，因此生长晶体所需的碳化硅生长热场的结构也成为保证单晶生长品质的重要一环。

目前，主流的碳化硅热场材料使用的是石墨，但是在晶体生长的过程中，由于石墨材料和碳化硅材料之间的热膨胀系数存在差异，使得在二者接触面间产生热失配的问题，这直接影响晶体在生长过程中的应力大小和应力释放，从而导致晶体在生长或者出炉过程中，产生大量的微管，晶界和位错等缺陷，更严重的甚至致使晶体出现大量裂痕以及开裂的情况；在晶体生长的初期阶段，硅气氛的分压过大将会影响碳化硅在籽晶上的初期形核，在接下来的生长中引发更多缺陷；随着碳化硅晶体的不断生长，粉料会逐渐碳化，碳粉末会附着在晶体表面，形成碳包裹体，降低晶锭的有效厚度和利用率，造成了资源浪费的同时，增加了生产成本。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种降低碳化硅晶体应力的生长方法，本发明使用硬质石墨和多孔石墨制作坩埚衬环，放置于籽晶与石墨坩埚之间，通过计算模拟调整硬质石墨和多种石墨的厚度、形状、结合形式，使得在晶体生长过程中，生长初期将硅气氛有效排出，减弱对碳化硅形核的负面影响，在保持等径或扩径生长的晶体外形的同时，也能够通过压缩多孔石墨的孔隙来达到释放热应力的效果，减少晶锭中裂痕和开裂情况的发生，降低微管，晶界和位错缺陷的密度，获得高品质的晶锭。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种降低碳化硅晶体应力的生长方法，所述生长方法包括以下步骤：

S1：将碳化硅粉料放置于坩埚内，通过震荡平台控制粉料的致密度；

S2：将坩埚衬环固定在籽晶与坩埚之间；

S3：将步骤S2中的坩埚放置于生长炉的加热腔体内，进行下一步的生长操作；

S4：将生长炉的加热腔抽真空保持在0Pa，进行升温；

S5：升至设定温度后，向加热腔中通入氩气，使得生长炉的加热腔压力升高至600mbar，通过坩埚衬环的多孔石墨的孔隙排出已经产生的硅气氛，再将加热腔抽真空至0Pa，重复上述操作，完成硅气氛的完全排出；

S6：待压力重新升至600mbar后，通过阶段式降压将压力控制在生长压力范围，保持3h；

S7：在压力稳定的条件下，将温度升高至生长温度，稳定生长；

S8：生长结束后将压力升至600mbar，并且降低生长炉加热腔的温度，使加热功率降至0，继续通入生长气氛，使生长炉内温度自然冷却至室温；

S9：生长炉加热腔温度到达室温后，去除已使用的坩埚衬环，取出已生长的晶锭，完成晶体开炉；

其中，所述坩埚衬环包括可拆卸的内环与外环，所述内环为多孔石墨材料，所述外环为硬质石墨材料。