[发明专利]4H-SiC晶体生长方法

说明书

本发明提供了一种4H‑SiC晶体生长方法，包括：制作多晶碳化硅与金属的混合物，将所述多晶碳化硅与金属的混合物作为原材料生长4H‑SiC晶体，所述多晶碳化硅与金属的混合物被加热融化，能够使硅与碳均匀混合，保证形成的4H‑SiC晶体中硅的含量，提高4H‑SiC晶体的质量。

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种4H-SiC晶体生长方法。

背景技术

作为第三代宽带隙半导体材料的一员，相对于常见的硅(Si)和砷化钙(GaAs)等半导体材料，碳化硅(SiC)材料具有禁带宽度大、载流子饱和迁移速度高，热导率高、临界击穿场强高等诸多优异的性质。基于这些优良的特性，碳化硅材料是制备高温电子器件、高频大功率器件更为理想的材料。特别是在极端条件和恶劣条件下应用时，SiC器件的特性远远超过了Si器件和GaAs器件。在光电子领域，相对传统衬底材料Si与蓝宝石，SiC晶格及热适配更小，用SiC衬底制作的LED(Light-Emitting Diode，发光二极管)性能远优于蓝宝石衬底。

物理气相传输法是目前制备SiC衬底的主要方法。在典型的物理气相传输中，籽晶和源粉二者均被放置在加热到源粉能够升华温度的坩埚中，且在源粉和温度较低的籽晶之间产生温度梯度，这个温度梯度促进了物质从源粉到籽晶的气相移动，随后源粉升华的物质在籽晶上凝结从而导致晶体的生长。

SiC材料具有200多种同素异构体，目前常见的晶型有6H-SiC，4H-SiC和3H-SiC。SiC常见的晶型结构中，4H-SiC电子迁移率是6H-SiC的两倍多，具有较弱的各向异性，被认为是制备高频大功率器件最有前途的SiC材料。4H-SiC晶体生长方法主要包括：移动溶剂法(Traveling Solvent Method，TSM)、缓慢冷却技术(Slow Cooling Technique，SCT)、气液固方法(Vapor Liquid Solid，VLS)以及顶部籽晶溶盐法(Top Seeded Solution Growth，TSSG)。

在TSSG方法中，硅源、碳源在碳石墨坩埚中被加热，碳持续的从碳石墨坩埚的表面析出，然而硅的含量有限，导致最后形成的晶体中缺少硅，从而影响4H-SiC晶体的质量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种4H-SiC晶体生长方法，提高4H-SiC晶体的质量。

本发明的技术方案是一种4H-SiC晶体生长方法，包括：制作多晶碳化硅与金属的混合物，将所述多晶碳化硅与金属的混合物作为原材料生长4H-SiC晶体。

进一步的，还包括：将所述多晶碳化硅与金属的混合物放入碳石墨坩埚中，将所述碳石墨坩埚放入腔室内采用顶部籽晶溶盐法生长4H-SiC晶体。

进一步的，采用化学气相沉积的方法形成所述多晶碳化硅与金属的混合物；反应气体为：SiHCl3、C3H8与M(C2H5)n，其中，M为所述金属，n为正整数。

进一步的，所述金属为镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、或镥。

进一步的，在所述反应气体中，所述Si与M的质量比为1:0.6～1:0.7，所述Si与C的原子比为1:1。

进一步的，在所述化学气相沉积中，反应腔室的温度为1200℃～1300℃，压力为760Torr。

进一步的，所述顶部籽晶溶盐法包括：升高所述腔室的温度使所述多晶碳化硅与金属的混合物融化；将4H-SiC籽晶放置于融化的所述多晶碳化硅与金属的混合物的表面生长4H-SiC晶体。

进一步的，在生长4H-SiC晶体的过程中，不断地从所述腔室的一端中通入氩气，从所述腔室的另一端排出废气。

进一步的，采用射频加热、电阻加热或红外辐射加热的方法升高所述腔室的温度。