[发明专利]大尺寸碳化硅单晶板的制备方法

说明书

本发明公开了一种大尺寸碳化硅单晶板的制备方法，涉及半导体材料制备方法技术领域。所述方法通过助溶剂导模法制备大尺寸碳化硅单晶板，并设计了一种SiC/Cr导电模具，SiC/Cr导模模具将熔体以界面张力吸引至毛细方孔结构中，通过毛细方孔结构加热进一步提高碳的溶解度，碳化硅晶体在毛细方孔结构中的熔体中进行定向生长，同时SiC/Cr导模不断溶解向熔体中提供Si原子及C原子，碳化硅晶体侧面有水冷装置用以提高碳化硅晶体的界面生长稳定性，在碳化硅晶体生长出部分通过温度梯度迁移消除夹杂缺陷，具有成本低，制备的碳化硅晶体尺寸大，且质量高等优点。

技术领域

本发明涉及半导体材料制备方法技术领域，尤其涉及一种大尺寸碳化硅单晶板的制备方法。

背景技术

碳化硅作为第三代宽带隙半导体材料，由于其热导率高，电子饱和迁移速率高，击穿电场高及禁带宽度大等特点，成为高压、高频制备大功率器件的优选材料之一，使其广泛应用于通信领域，弥补了传统半导体材料器件不足，成为下一代网络通信重点半导体材料，因此中国、美国、日本、欧洲先后制订了相应的研究规划，以促进其发展。另外碳化硅晶体还是优异的光学材料，是衡量一个国家光学系统研制水平的标志。碳化硅晶体的制备方法主要为物理气相沉积法和助溶剂法来制备，其中物理气相沉积法较为成熟，但是制造成本高，效率低。助溶剂法由于受到生长尺寸、缺陷及多晶化等原因的影响目前尚未形成成熟的技术途径。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何提供一种成本低、生长尺寸大的碳化硅单晶板的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种大尺寸碳化硅单晶板的制备方法，使用大尺寸碳化硅单晶板的制备装置，其特征在于，包括如下步骤：

按比例将Si-Cr-C放置到坩埚中，通过冷却板循环注水管及冷却板循环回水管向冷却板中通入循环水，给助熔金属迁移低温加热器和助熔金属迁移高温加热器通电加热；通过主加热器对坩埚内的Si料、Cr料及C粉料加热形成Si-Cr-C熔体，加热温度为2000K-2100K；

通过第一辅助加热电极和第二辅助加热电极给毛细方管结构中的Si-Cr-C熔体加热，熔体通过毛细方管结构的毛细作用传输至碳化硅单晶板的下表面，通过炉体外的提拉杆提拉驱动装置将碳化硅单晶板向上缓慢提拉，提拉时需保证碳化硅单晶板的下表面始终与所述Si-Cr-C熔体相接触；

随着碳化硅单晶板向上生长，当碳化硅单晶板运动到助熔金属迁移低温加热器与助熔金属迁移高温加热器之间后，夹杂在碳化硅单晶板内部的助熔金属Cr将迁移至助熔金属迁移高温加热器侧，并从碳化硅单晶板中析出，形成助熔液态金属并流下，通过清理导向轮阻止熔液态金属滴落到冷却板或者SiC/Cr导电模具上，干扰碳化硅单晶板与Si-Cr-C熔体接触面的稳定性；滴下的助溶金属将经过清理导向轮与清理导向轮支撑板下端之间的间隙进入Si-Cr-C熔体中；

随着碳化硅单晶板的生长，所述SiC/Cr导模块、第一辅助加热电极和第二辅助加热电极会逐渐溶解并使得毛细方管结构尺寸变大；根据第一辅助加热电极与第二辅助加热电极之间的电阻值，通过程序控制系统控制第一辅助加热电极和第二辅助加热电极之间的距离，保障毛细方管结构尺寸不变；

随着所述SiC/Cr导模块的消耗，碳化硅单晶板将不断生长，当随着所述SiC/Cr导模块消耗接近完毕后，将第一辅助加热电极和第二辅助加热电极之间的距离变大，使得毛细方管结构尺寸变大，所述毛细方管结构中的Si-Cr-C熔体回流至坩埚中；提出第一辅助加热电极、第二辅助加热电极以及所述SiC/Cr导模块，停止主加热器加热，助熔金属迁移低温加热器以及助熔金属迁移高温加热器停止加热；更换第一辅助加热器电极、第二辅助加热器电极及所述SiC/Cr导模块，使之与所述导模夹块形成新的SiC/Cr导电模具，然后重复上述步骤，继续进行生长，完成大尺寸碳化硅单晶板的生长。