一种无籽晶碳化硅晶体生长的方法技术

一种无籽晶碳化硅晶体生长的方法，其特征在于，所述方法包括：在石墨片上加工出孔洞，将碳化硅颗粒置于所述石墨片上，然后固定在装有碳化硅粉料的石墨坩埚顶部；将所述石墨坩埚置于单晶炉中进行晶体生长程序；第一阶段为高压低温，促使所述碳化硅颗粒沿所述孔洞方向轴向生长；第二阶段为低压高温，促使所述碳化硅沿垂直于所述石墨孔洞方向径向生长，最终形成碳化硅晶体。本发明专利技术成功解决了生产过程中(1)需要籽晶、成本高、晶体尺寸受限；(2)籽晶粘接技术和工艺复杂、影响晶体质量的问题。去除了常规工艺中工艺最复杂的粘接工艺，以及籽晶，大大降低了成本，提高了生产效率，得到大尺寸碳化硅晶体。

【技术实现步骤摘要】
一种无籽晶碳化硅晶体生长的方法
本专利技术涉及碳化硅单晶生长
，具体涉及一种无籽晶碳化硅晶体生长的方法。
技术介绍
碳化硅(SiC)材料是第三代半导体的代表，具有禁带宽度大、击穿电场高、热导率大和介电常数小及物理和化学性能稳定等优异特性，被认为是制造高温、高频、高压等大功率电力电子器件的理想半导体材料，具有巨大的应用前景。目前生长SiC晶体最有效的方法是物理气相传输法(PVT)，即将籽晶固定到坩埚顶部，通过加热的方式使坩埚底部的粉料升华，在籽晶表面有序沉积结晶形成碳化硅晶体。(一)该过程中需要一片籽晶，即已成形的碳化硅晶片。(1)已成形碳化硅片作籽晶直接导致成本升高；(2)籽晶直径决定生长的碳化硅晶体直径，因此籽晶尺寸限制了碳化硅晶体尺寸，大尺寸碳化硅晶体生长难以进行，制约了行业的发展。(二)该过程需要籽晶粘接技术和工艺。(1)籽晶粘接技术需用到高温粘接剂，可选粘接剂较少且价格较高；(2)籽晶粘接技术对工艺过程要求严格，涂覆不均匀固化过程易形成微气孔，其导热性的差异将导致籽晶表面温场分布不均匀，影响晶体生长进而降低可用面积；(3)一旦粘接不牢固，容易造成生长过程中籽晶脱落而导致整个生产过程失败等众多问题；由此可见，PVT常规的籽晶生长碳化硅晶体方法成本高、尺寸受限、工艺复杂、容易影响生成的晶体质量，所以实现大尺寸碳化硅晶体生长，降低成本，是本
急需解决的技术问题。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种无籽晶碳化硅晶体生长的方法，解决了生产过程中(1)需要籽晶、成本高、晶体尺寸受限；(2)籽晶粘接技术和工艺复杂、影响晶体质量的问题。为实现上述目的，本专利技术提供了一种无籽晶碳化硅晶体生长的方法，所述方法包括：在石墨片上加工出孔洞，将碳化硅颗粒置于所述石墨片上，然后固定在装有碳化硅粉料的石墨坩埚顶部；将所述石墨坩埚置于单晶炉中进行晶体生长程序；第一阶段为高压低温，所述碳化硅颗粒沿所述孔洞方向轴向生长；第二阶段为低压高温，所述碳化硅垂直于所述石墨孔洞方向径向生长，最终形成碳化硅晶体。进一步，所述石墨片直径为10mm～450mm，厚度为1mm～10mm。进一步，所述石墨和所述孔洞镀有碳化钽保护层。进一步，所述孔洞中心对称，均匀分布，个数为37～201。进一步，所述孔洞形状为六边形、圆形。进一步，所述孔洞的直径小于孔与孔之间的间距，孔洞直径为70μm～90μm，孔与邻近孔的间距为100μm～200μm。进一步，所述碳化硅颗粒的晶型为3C-SiC。进一步，所述碳化硅颗粒直径为100μm～150μm。进一步，所述高压低温生长，压力为1000～3000Pa，温度为2000℃～2200℃。进一步，所述低压高温生长，压力为10～1000Pa，温度为2200℃～2300℃。本专利技术具有以下有益技术效果：采用本专利技术的方法后，去除了常规工艺中工艺最复杂的粘接工艺，以及籽晶，大大降低了成本，提高了生产效率，得到大尺寸碳化硅晶体。附图说明图1是碳化硅晶体生长示意图；图2是石墨片圆形孔洞及分布示意图；图3石墨片六边形孔洞及分布示意图。具体实施方式下面，参考附图，对本专利技术进行更全面的说明，附图中示出了本专利技术的示例性实施例。然而，本专利技术可以体现为多种不同形式，并不应理解为局限于这里叙述的示例性实施例。而是，提供这些实施例，从而使本专利技术全面和完整，并将本专利技术的范围完全地传达给本领域的普通技术人员。专利技术提供一种无籽晶碳化硅晶体生长的方法，该方法包括：在石墨片上加工出孔洞，将碳化硅颗粒置于所述石墨片上，然后固定在装有碳化硅粉料的石墨坩埚顶部；将所述石墨坩埚置于单晶炉中进行晶体生长程序；第一阶段为高压低温，所述碳化硅颗粒沿所述孔洞方向轴向生长；第二阶段为低压高温，所述碳化硅垂直于所述石墨孔洞方向径向生长，最终形成碳化硅晶体。实施例一：一种无籽晶碳化硅晶体生长的方法，用于6英寸碳化硅晶体生长，具体方法如下：选择直径为150mm厚度为8mm石墨片，加工直径为90μm、孔间距200μm的六边形孔洞117个，如图3所示；将直径为135μm的3C-SiC碳化硅颗粒置于石墨片上，然后固定在装有碳化硅粉料的石墨坩埚顶部；将石墨坩埚置于单晶炉中进行晶体生长程序；第一阶段压力控制在3000±5Pa，温度控制在2200±3℃，第二阶段压力控制在1000±1Pa，温度控制在2300±3℃。晶体生长过程如图1所示，最终生长获得直径为151.2mm的碳化硅晶体，晶体厚度为18.3mm。该过程中将6英寸碳化硅衬底替换成价格较低的碳化硅颗粒，并去除常规工艺的籽晶粘接工序，节省了2天时间，大大降低了成本。实施例二：一种无籽晶碳化硅晶体生长的方法，用于4英寸碳化硅晶体生长，具体方法如下：选择直径为100mm厚度为5mm石墨片，加工直径为80μm、孔间距150μm的圆形孔洞89个，如图2所示；将直径为120μm的3C-SiC碳化硅颗粒置于石墨片上，然后固定在装有碳化硅粉料的石墨坩埚顶部；将石墨坩埚置于单晶炉中进行晶体生长程序；第一阶段压力控制在1000±5Pa，温度控制在2050±3℃，第二阶段压力控制在60±1Pa，温度控制在2240±3℃。晶体生长过程如图1所示，最终生长获得直径为100.3mm的碳化硅晶体，晶体厚度为23mm。该过程中将4英寸碳化硅衬底替换成价格较低的碳化硅颗粒，并去除常规工艺的籽晶粘接工序，节省了2天时间，降低了成本。实施例三：一种无籽晶碳化硅晶体生长的方法，用于3英寸碳化硅晶体生长，具体方法如下：选择直径为76.2mm厚度为4mm石墨片，加工直径为85μm、孔间距130μm的六边形孔洞65个，将直径为150μm的3C-SiC碳化硅颗粒置于石墨片上，然后固定在装有碳化硅粉料的石墨坩埚顶部；将石墨坩埚置于单晶炉中进行晶体生长程序；第一阶段压力控制在2200±5Pa，温度控制在2025±3℃，第二阶段压力控制在760±1Pa，温度控制在2250±3℃。晶体生长过程如图1所示，最终生长获得直径为76.8mm的碳化硅晶体，晶体厚度为16.3mm。该过程中将3英寸碳化硅衬底替换成价格较低的碳化硅颗粒，并去除常规工艺的籽晶粘接工序，节省了2天时间，降低了成本。实施例四：一种无籽晶碳化硅晶体生长的方法，用于2英寸碳化硅晶体生长，具体方法如下：选择直径为50.8mm厚度为3mm石墨片，加工直径为70μm、孔间距100μm的圆形孔洞53个，将直径为100μm的3C-SiC碳化硅颗粒置于石墨片上，然后固定在装有碳化硅粉料的石墨坩埚顶部；将石墨坩埚置于单晶炉中进行晶体生长程序；第一阶段压力控制在1800±5Pa，温度控制在2000±3℃，第二阶段压力控制在100±1Pa，温度控制在2287±3℃。晶体生长过程如图1所示，最终生长获得直径为50.4本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无籽晶碳化硅晶体生长的方法，其特征在于，所述方法包括：/n在石墨片上加工出孔洞，将碳化硅颗粒置于所述石墨片上，然后固定在装有碳化硅粉料的石墨坩埚顶部；将所述石墨坩埚置于单晶炉中进行晶体生长程序；第一阶段为高压低温，所述碳化硅颗粒沿所述孔洞方向轴向生长；第二阶段为低压高温，所述碳化硅垂直于所述石墨孔洞方向径向生长，最终形成碳化硅晶体。/n

【技术特征摘要】
20190627 CN 201910569130X1.一种无籽晶碳化硅晶体生长的方法，其特征在于，所述方法包括：
在石墨片上加工出孔洞，将碳化硅颗粒置于所述石墨片上，然后固定在装有碳化硅粉料的石墨坩埚顶部；将所述石墨坩埚置于单晶炉中进行晶体生长程序；第一阶段为高压低温，所述碳化硅颗粒沿所述孔洞方向轴向生长；第二阶段为低压高温，所述碳化硅垂直于所述石墨孔洞方向径向生长，最终形成碳化硅晶体。


2.根据权利要求1所述的一种无籽晶碳化硅晶体生长的方法，其特征在于，所述石墨片直径为10mm～450mm，厚度为1mm～10mm。


3.根据权利要求1所述的一种无籽晶碳化硅晶体生长的方法，其特征在于，所述石墨和所述孔洞镀有耐高温碳化物保护层，涂层物质为碳化钽、碳化钨、。


4.根据权利要求1所述的一种无籽晶碳化硅晶体生长的方法，其特征在于，所述孔洞中心对称，均匀分布，个数为37～201。
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【专利技术属性】
技术研发人员：刘欣宇，袁振洲，
申请(专利权)人：江苏超芯星半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32