一種穩(wěn)定pvt法生長4h高純碳化硅單晶晶型的原料處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體生長技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種穩(wěn)定PVT(物理氣相沉積)法生長4H高純碳化硅單晶晶型的原料處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]SiC是第三代寬帶隙半導(dǎo)體材料之一，相對于常見Si和GaAs等半導(dǎo)體材料，SiC在帶隙、介質(zhì)擊穿電壓、電子飽和速率、導(dǎo)熱率等方面具有優(yōu)良的性能。因此，SiC有望成為超越Si極限的下一代能源器件和高溫器件材料，伴隨于此，廣泛進(jìn)行著襯底材料的發(fā)展。特別是在極端條件和惡劣條件下應(yīng)用時，SiC器件的特性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了 Si器件和GaAs器件。在光電子領(lǐng)域，也較相對傳統(tǒng)襯底材料Si與藍(lán)寶石優(yōu)越很多。
[0003]碳化硅生長方式有PVT(物理氣相沉積)法、CVD(化學(xué)氣相沉積)法等，大尺寸高純半絕緣碳化硅的生長多采用PVT法進(jìn)行生長，生長的晶型多已4H-SiC或6H-SiC為主要晶型襯底材料。碳化硅晶型有3(:^(:、2!1-31(:、4!1^(:、6!1-31(:、151?^(:等多型，一定條件下晶體的幾種多型結(jié)構(gòu)可以共存共融，2H-SiC多型一般在1300-1600°C形成;4H-SiC多型在1900-2500°C溫度范圍生成；15R-SiC多型在2300-2700°C范圍內(nèi)形成。而3C-SiC和6H-SiC多型生成溫度范圍則很寬，3C-SiC多型生成溫度范圍1000-2750°C幾乎涵蓋了其他多型的生成溫度范圍；6H-SiC多型生成范圍為1800-3000°C，涵蓋了4H-SiC、15R-SiC多型生成范圍。因此在生長過程容易產(chǎn)生多型，多型帶來的位錯、微管等缺陷大大降低了其制備的器件性能。
[0004]根據(jù)4H_SiC的生長特點(diǎn)，適宜的溫度范圍和底的生長組分Si/C比有利于提高4H-SiC生長穩(wěn)定性，適宜的溫度范圍其采用測溫可以滿足控制，但與其矛盾的條件SiC的升華特性，底的Si/C比一般要求較高的生長溫度，根據(jù)4H-SiC、6H-SiC、15R-SiC的形成溫度范圍，控制在2100-2300°C之間較為適宜4H-SiC生長。這樣其生長組分的Si/C比又較高，因此如何降低碳化硅生長氣氛中Si/C是解決晶型穩(wěn)定的關(guān)鍵技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種穩(wěn)定PVT法生長4H高純碳化硅單晶晶型的原料處理方法。
[0006]為實現(xiàn)上述目的本發(fā)明一種穩(wěn)定PVT法生長4H高純碳化硅單晶晶型的原料處理方法，該方法包括如下步驟:
步驟I將合成好的碳化硅粉源放置在石墨坩禍內(nèi)，用CVD爐加熱至1000-1300°C;
步驟2向所述CVD爐內(nèi)通入AK氬)和CH4(甲烷)的混合氣體，調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)Ar與CH4質(zhì)量流比在1000-1之間，壓力控制在30000-300pa之間，裂解后的碳沉積在碳化硅粉料表面，旋轉(zhuǎn)翻動粉料使其在表面均勻沉積，根據(jù)沉積量需求增加反映時間；
步驟3停止通入CH4氣體后進(jìn)行降溫停爐，最終得到帶有裂解碳鍍層的碳化硅粉料。
[0007]進(jìn)一步，所述帶有裂解碳鍍層的碳化硅粉料的表面鍍層碳與碳化硅粉料的質(zhì)量比在 1/500-1/5000之間。
[0008]本發(fā)明通過增加原料中活性高的沉積碳來調(diào)節(jié)碳化硅生長中Si/C組分，使升華組分中Si與原料表面上的碳進(jìn)行反應(yīng)，最終降低生長組分中Si/C比來實現(xiàn)生長4H_SiC高純碳化硅晶型的穩(wěn)定控制。
【附圖說明】
[0009]圖1為實例I中利用本發(fā)明進(jìn)行生長的4H_SiC晶型的晶體的光譜分析圖；
圖2為實例2中利用本發(fā)明進(jìn)行生長的4H-SiC晶型的晶體的光譜分析圖；
圖3為實例3中利用本發(fā)明進(jìn)行生長的4H-SiC晶型的晶體的光譜分析圖。
【具體實施方式】
[0010]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0011]本發(fā)明的一種穩(wěn)定PVT法生長4H高純碳化硅單晶晶型的原料處理方法，該方法包括如下步驟:
步驟I將合成好的碳化硅粉源放置在石墨坩禍內(nèi)，利用CVD爐加熱至1000-1300°c;
步驟2向CVD爐內(nèi)通入Ar(氬)和CH4(甲烷)的混合氣體，調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)Ar與CH4質(zhì)量流比在1000-1之間，石墨坩禍內(nèi)壓力控制在30000-300pa之間，裂解后的碳沉積在碳化硅粉料表面，旋轉(zhuǎn)翻動粉料使其在表面均勻沉積，根據(jù)沉積量需求增加反映時間；
步驟3停止通入CH4氣體后進(jìn)行降溫停爐，最終得到帶有活性高的裂解碳鍍層的高純碳化硅粉料。
[0012]優(yōu)選的，將通過上述方法處理的碳化硅粉料的表面鍍層碳與碳化硅粉料的質(zhì)量比在 1/500-1/5000之間。
[0013]下面選取三組生長實例說明本發(fā)明的效果:
實例1:(^0爐反應(yīng)溫度1150°(3 4^014:800/50(8(^111/1^11)，石墨坩禍內(nèi)壓力控制在3000pa，反應(yīng)20分鐘。將得到的碳化硅粉料放置在石墨坩禍中，將4H-SiC籽晶固定在粉料上方的坩禍蓋上，向單晶爐中通入Ar氣體或混有H2的氣體充至4-8萬帕，溫度控制在2100-2300°C之間進(jìn)行4H-SiC晶型的晶體生長。將晶體切片后使用拉曼光譜分析進(jìn)行晶型測試，如圖1所不，晶型穩(wěn)定95%。
[0014]實例2:00)爐反應(yīng)溫度1200°(3 4^014:800/50(8(^111/1^11)，石墨坩禍內(nèi)壓力控制在2000pa，反應(yīng)20分鐘。將得到的碳化硅粉料放置在石墨坩禍中，將4H-SiC籽晶固定在粉料上方的坩禍蓋上，向單晶爐中通入Ar氣體或混有H2的氣體充至4-8萬帕，溫度控制在2100-2300°C之間進(jìn)行4H-SiC晶型的晶體生長。將晶體切片后使用拉曼光譜分析進(jìn)行晶型測試，如圖2所不，晶型穩(wěn)定100%。
[0015]實例3: CVD爐反應(yīng)溫度1150°C，Ar/CH4: 500/50( sccm/min)，石墨坩禍內(nèi)壓力控制在2000pa，反應(yīng)20分鐘。將得到的碳化硅粉料放置在石墨坩禍中，將4H-SiC籽晶固定在粉料上方的坩禍蓋上，向單晶爐中通入Ar氣體或混有H2的氣體充至4-8萬帕，溫度控制在2100-2300°C之間進(jìn)行4H-SiC晶型的晶體生長。將晶體切片后使用拉曼光譜分析進(jìn)行晶型測試，如圖3所不，晶型穩(wěn)定100%。
[0016]上述示例只是用于說明本發(fā)明，本發(fā)明的實施方式并不限于這些示例，本領(lǐng)域技術(shù)人員所做出的符合本發(fā)明思想的各種【具體實施方式】都在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種穩(wěn)定PVT法生長4H高純碳化硅單晶晶型的原料處理方法，其特征在于，該方法包括如下步驟: 步驟I將合成好的碳化硅粉源放置在石墨坩禍內(nèi)，用CVD爐加熱至1000-1300°c; 步驟2向所述CVD爐內(nèi)通入Ar和CH4的混合氣體，調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)Ar與CH4質(zhì)量流比在1000-1之間，壓力控制在30000-300pa之間，裂解后的碳沉積在碳化硅粉料表面，旋轉(zhuǎn)翻動粉料使其在表面均勻沉積，根據(jù)沉積量需求增加反映時間； 步驟3停止通入CH4氣體后進(jìn)行降溫停爐，最終得到帶有裂解碳鍍層的碳化硅粉料。2.如權(quán)利要求1所述的處理方法，其特征在于，所述帶有裂解碳鍍層的碳化硅粉料的表面鍍層碳與碳化硅粉料的質(zhì)量比在1/500-1/5000之間。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種穩(wěn)定PVT法生長4H高純碳化硅單晶晶型的原料處理方法包括：步驟1將合成好的碳化硅粉源放置在石墨坩堝內(nèi)，用CVD爐加熱至1000-1300℃；步驟2向所述CVD爐內(nèi)通入Ar（氬）和CH4（甲烷）的混合氣體，調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)Ar與CH4質(zhì)量流比在1000-1之間，壓力控制在30000-300pa之間，裂解后的碳沉積在碳化硅粉料表面，旋轉(zhuǎn)翻動粉料使其在表面均勻沉積，根據(jù)沉積量需求增加反映時間；步驟3停止通入CH4氣體后進(jìn)行降溫停爐，最終得到帶有裂解碳鍍層的碳化硅粉料。本發(fā)明通過增加原料中活性高的沉積碳來調(diào)節(jié)碳化硅生長中Si/C組分，使升華組分中Si與原料表面上的碳進(jìn)行反應(yīng)，最終降低生長組分中Si/C比來實現(xiàn)生長4H-SiC高純碳化硅晶型的穩(wěn)定控制。
【IPC分類】C23C16/44, C30B29/36, C30B23/00, C23C16/26
【公開號】CN105543967
【申請?zhí)枴緾N201610072172
【發(fā)明人】張云偉, 靳麗婕, 韓金波
【申請人】北京華進(jìn)創(chuàng)威電子有限公司
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2016年2月2日