一种减少导电型碳化硅晶体PVT法生长多型的方法及生长装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种减少导电型碳化硅晶体PVT法生长多型的方法及生长装置，涉及到晶体制备技术领域，包括如下步骤，S1:将4H碳化硅籽晶粘接到坩埚盖底部，然后将碳化硅粉料放入装料坩埚中，最后装上中圈、环形导模套和坩埚盖；S2:抽真空达到至10

【技术实现步骤摘要】
一种减少导电型碳化硅晶体PVT法生长多型的方法及生长装置


[0001]本专利技术涉及晶体制备
，特别涉及一种减少导电型碳化硅晶体PVT法生长多型的方法及生长装置。

技术介绍

[0002]碳化硅是第三代半导体材料，与第一代半导体材料硅，第二代半导体材料砷化镓、磷化铟相比，它具有更宽的禁带宽度、更高的击穿电场、更高的热导率等性能优势，可有效突破传统硅基功率半导体器件及其材料的物理极限，特别适用于5G 射频器件和高电压功率器件。根据电阻率不同，碳化硅晶片可分为导电型和半绝缘型. 导电型碳化硅晶片主要应用于制造耐高温、耐高压的功率器件，市场规模较大。由于常压下碳化硅晶体在加热到熔点之前发生分解升华,不能转化为同组分熔体,导致其无法通过熔体法来制备,目前使用的制备方法有物理气相输运法(PVT)、高温化学气相沉积法(HTCVD)和液相外延法(LPE),大尺寸碳化硅晶体制备以PVT法为主。
[0003]碳化硅晶体结构单元可以是硅碳双原子层,多个硅碳双原子层沿(0001)方向以不同方式组合并作周期性排列,从而形成了不同的碳化硅多型,常见的多型有4H,6H,3C,15R等,由于碳化硅晶体各个多型有相近的形成自由能使得碳化硅晶体制备过程中很容易发生多型共生，这个问题在PVT法制备导电型碳化硅晶体时尤为突出。导电型碳化硅晶片所需要的晶型是4H, 晶片的主面方向为（0001）偏4
◦
。为控制长出的晶体外形，现有技术使用内径略大于籽晶直径且壁厚一致的导模套,导模套与籽晶之间有很小的间隙, 这些间隙处在生长初期很容易产生多型(通常是6H)； 且在后续的晶体生长过程中，6H多型大面积蔓延附在晶体生长大面上，将导致晶体无法使用,大大地降低了晶体制备的成品率,增加了碳化硅晶体的制备成本，因此，本申请提供了一种减少导电型碳化硅晶体PVT法生长多型的方法及生长装置来满足需求。

技术实现思路

[0004]本申请的目的在于提供一种减少导电型碳化硅晶体PVT法生长多型的方法及生长装置，用于解决现有导电型碳化硅晶片制备中6H多型晶体大量生成的问题。
[0005]为实现上述目的，本申请提供如下技术方案：一种减少导电型碳化硅晶体PVT法生长多型的方法，包括如下步骤，S1:将4H碳化硅籽晶粘接到坩埚盖底部，然后将碳化硅粉料放入装料坩埚中，最后装上中圈、环形导模套和坩埚盖，将组装好的生长坩埚放入晶体生长炉内的保温筒内，其中环形导模套的壁厚不对称，环形导模套的内径比籽晶直径小，装配后的环形导模套的最大壁厚处与最小壁厚处的连线平行于籽晶定位边，且厚壁面处居于晶体生长大面处， 薄壁面处居于晶体生长小面处；S2:抽真空达到至10
‑4Pa后充氩气至6～13mba后开始加热,控制维持内部中心温度
达到2000～2300℃；S3:100～120h后晶体生长结束,以50～80℃/h速率冷却到室温，充入氩气到常压后，再进行取料操作即可。
[0006]一种减少导电型碳化硅晶体PVT法生长多型的生长装置，包括中圈、内腔为锥台型结构的环形导模套、坩埚盖、生长坩埚和籽晶，所述环形导模套的壁厚不对称，所述环形导模套的内径比所述籽晶直径小，所述环形导模套包括厚壁面和薄壁面，所述厚壁面的最大壁厚处与所述薄壁面的最小壁厚处的连线平行于籽晶定位边，且所述厚壁面处居于晶体生长大面处， 所述薄壁面处居于晶体生长小面处。
[0007]优选的，还包括设置于晶体生长大面处的气体缓流结构。
[0008]优选的，所述气体缓流结构包括设置在所述厚壁面内腔的气流通道，所述气流通道包括进气流道和斜向下设置的出气流道，所述出气流道与所述进气流道相通，所述出气流道位于所述进气流道的上方，所述进气流道与斜向下设置的出气流道通过弧形导向流道衔接。
[0009]优选的，所述进气流道具有宽进气口，所述出气流道具有窄出气口。
[0010]优选的，所述进气流道内设置有加速腔，且所述加速腔的第一内壁面和第二内壁面均向外倾斜设置，所述第二内壁面向外倾斜角度大于所述第一内壁面的倾斜角度，使得所述加速腔从下至上宽度逐渐变窄。
[0011]优选的，所述出气流道、所述进气流道和所述弧形导向流道内腔面均设置为光滑面。
[0012]优选的，所述气体缓流结构设置有若干个，且下至上间隔排列。
[0013]优选的，多个所述出气流道的窄出气口从下至上依次变窄。
[0014]优选的，所述厚壁面的内表面设置为粗糙面，所述薄壁面的内表面设置为光滑面。
[0015]综上，本专利技术的技术效果和优点：本专利技术结构合理，本方法中，环形导模套的内径比籽晶直径小，可避免间隙的产生，进而防止在间隙中产生6H多型晶体；中环形导模套的壁厚不对称，装配后的环形导模套的最大壁厚处与最小壁厚处的连线平行于籽晶定位边，且厚壁面处居于晶体生长大面处， 薄壁面处居于晶体生长小面处，通过使环形导模套的壁厚最大处与最小处的连线平行于籽晶定位边，可以减小接触界面的差异性，较大壁厚处的导模套与籽晶的接触面积较小，并且晶体生长在该区域发生较慢，这可以减少异相生长的机会，降低6H型晶体的形成，并促进其他多型晶体的生长；且厚壁面处居于晶体生长大面处，壁厚较厚处导热性快，温度梯度小，气流上升慢，即气流流速变慢，从而抑制6H多型晶体的生长， 薄壁面处居于晶体生长小面处，其壁厚较薄处到导热慢，温度梯度大，气流上升快即气体流速快，有利于4H型晶体的生长，本方法可有效减小6H多型晶体的产生；本专利技术中，还设置包括由进气流道和斜向下设置的出气流道组成的气流通道，可发生气流碰撞，进而对上升气流产生阻缓作用，可降低生长大面处气体的流速，进而抑制生长大面处6H多型晶体的生长；本专利技术中，所述进气流道内设置有加速腔，且所述加速腔的第一内壁面和第二内壁面均向外倾斜设置，所述第二内壁面向外倾斜角度大于所述第一内壁面的倾斜角度，可促进气体的快速楼流动，可与上升气流发生碰撞起到很好地阻缓效果，有利于抑制6H型晶
体的产生。
附图说明
[0016]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0017]图1为本专利技术正剖面结构示意图；图2为本专利技术A处放大结构示意图。
[0018]图中：1、生长坩埚；2、中圈；3、坩埚盖；4、籽晶；5、厚壁面；6、薄壁面；7、环形导模套；8、进气流道；9、加速腔；10、出气流道；11、气流通道；12、第一内壁面；13、第二内壁面。
实施方式
[0019]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0020]实施例：参考图1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种减少导电型碳化硅晶体PVT法生长多型的方法，其特征在于：包括如下步骤，S1:将4H碳化硅籽晶粘接到坩埚盖底部，然后将碳化硅粉料放入装料坩埚中，最后装上中圈（2）、环形导模套（7）和坩埚盖（3），将组装好的生长坩埚（1）放入晶体生长炉内的保温筒内，其中环形导模套（7）的壁厚不对称，环形导模套（7）的内径比籽晶（4）直径小，装配后的环形导模套（7）的最大壁厚处与最小壁厚处的连线平行于籽晶定位边，且厚壁面（5）处居于晶体生长大面处， 薄壁面（6）处居于晶体生长小面处；S2:抽真空达到至10
‑4Pa后充氩气至6～13mba后开始加热,控制维持内部中心温度达到2000～2300℃；S3:100～120h后晶体生长结束,以50～80℃/h速率冷却到室温，充入氩气到常压后，再进行取料操作即可。2.一种减少导电型碳化硅晶体PVT法生长多型的生长装置，包括中圈（2）、内腔为锥台型结构的环形导模套（7）、坩埚盖（3）、生长坩埚（1）和籽晶（4），其特征在于：所述环形导模套（7）的壁厚不对称，所述环形导模套（7）的内径比所述籽晶（4）直径小，所述环形导模套（7）包括厚壁面（5）和薄壁面（6），所述厚壁面（5）的最大壁厚处与所述薄壁面（6）的最小壁厚处的连线平行于籽晶定位边，且所述厚壁面（5）处居于晶体生长大面处， 所述薄壁面（6）处居于晶体生长小面处。3.根据权利要求2所述的一种减少导电型碳化硅晶体PVT法生长多型的生长装置，其特征在于：还包括设置于晶体生长大面处的气体缓流结构。4.根据权利要求3所述的一种减少导电型碳化硅晶体PVT法生长多型的生长装置，其特征在于：所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：王升，孔海宽，陈建军，张永良，
申请(专利权)人：安徽微芯长江半导体材料有限公司，
类型：发明
国别省市：