一种无籽晶碳化硅晶体生长的方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111501101A(43)申请公布日2020.08.07(21)申请号202010388304.5(22)申请日2020.05.09(66)本国优先权数据201910569130.X2019.06.27CN(71)申请人江苏超芯星半导体有限公司地址225000江苏省扬州市仪征市经济开发区闽泰大道9号A5栋(72)发明人刘欣宇袁振洲(74)专利代理机构北京轻创知识产权代理有限公司11212代理人王佳妹(51)Int.Cl.C30B29/36(2006.01)C30B23/00(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图2页(54)发明名称一种无籽晶碳化硅晶体生长的方法(57)摘要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。CN111501101ACN111501101A权利要求书1/1页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：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。5.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，所述孔洞形状为六边形、圆形。6.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。7.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，所述碳化硅颗粒的晶型为3C-SiC。8.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，所述碳化硅颗粒直径为100μm～150μm。9.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，所述高压低温生长，压力为1000～3000Pa，温度为2000℃～2200℃。10.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，所述低压高温生长，压力为10～1000Pa，温度为2200℃～2300℃。2CN111501101A说明书1/3页一种无籽晶碳化硅晶体生长的方法技术领域[0001]本发明涉及碳化硅单晶生长技术领域，具体涉及一种无籽晶碳化硅晶体生长的方法。背景技术[0002]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。[0003]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。[0004](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。[0005](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