[发明专利]一种碳化硅单晶及其PVT长晶方法

说明书

本申请涉及一种碳化硅单晶及其PVT长晶方法，属于晶体生长领域。该碳化硅单晶的PVT长晶方法包括下述步骤：提供一长晶装置，该长晶装置包括重量传感器、坩埚和在坩埚内可升降的装料部，所述装料部用于装载碳化硅原料，所述重量传感器用于检测装料部内碳化硅原料重量；将装料部装载碳化硅粉料后进行长晶，长晶包括第一长晶阶段和第二长晶阶段，调整装料部的不同部分置于坩埚内的高温区进行长晶。该PVT长晶方法可精确自动控制装料部在热场中的位置，碳化硅单晶长晶环境稳定，生长的碳化硅晶体的质量高，可充分挥发碳化硅长晶原料，提高了长晶原料的利用率，节约了生产成本。

技术领域

本申请涉及一种碳化硅单晶及其PVT长晶方法，属于晶体生长领域。

背景技术

碳化硅作为一种新型半导体材料，具有高耐压、假损耗、高导热率、低漏电流等优异的性能。被普遍认为是替代硅基功率器件最理想的新型半导体器件。物理气相传输法(Physical Vapor Transport-PVT)是用于生长碳化硅晶体的常用方法，该方法将碳化硅籽晶设置在石墨坩埚盖上或顶端，石墨坩埚内装有作为生长原料的碳化硅粉末，控制生长温度使得生长原料分解成气相组分后在石墨坩埚内部轴向温度梯度的驱动下输运到籽晶处结晶生长碳化硅晶体。

中国专利申请CN1069299123A提供了一种分体式碳化硅晶体生长用坩埚，包括：用于盛放SiC晶体生长用原料的原料腔；相对移动地嵌套于所述原料腔的上部以形成晶体结晶区域的生长腔，所述生长在具备生长室、和设于所述生长室的顶壁上的籽晶托；所述生长室的侧壁形成为由内桶与外桶构成的双层结构。该发明申请中的分体坩埚是移动主体坩埚的装料腔室，该分体坩埚的设置方式的晶体生长环境稳定性差，影响长晶质量，并且该分体坩埚内的升华原料易进入嵌套部分的缝隙处冷却后易造成堵塞，使得坩埚移动的稳定性、精确度和灵活性差，进而影响生长晶体的质量。

发明内容

为了解决上述问题，本申请提出了一种碳化硅单晶及其PVT长晶方法，该方法不移动籽晶和坩埚，在坩埚内设置可移动的装料部，并根据不同的长晶阶段调节装料部在坩埚内高温区位置，该PVT长晶方法可稳定晶体生长环境，提高长晶的质量，可充分挥发长晶原料，提高了长晶原料的利用率，节约生产成本。

根据本申请的一个方面，提供了一种碳化硅单晶的PVT长晶方法，其特征在于，包括下述步骤：

提供一长晶装置，该长晶装置包括籽晶、坩埚和在坩埚内可向籽晶方向升降的装料部，所述装料部用于装载碳化硅原料；

将装料部装载碳化硅粉料后进行长晶制备碳化硅单晶，所述的长晶步骤包括：

第一长晶阶段：装料部的1/2高度以下的任一部分置于坩埚内的高温区，此阶段碳化硅原料升华率小于第一升华率；

第二长晶阶段：当碳化硅原料升华率为第一升华率时，降低装料部以使装料部受高温区加热的部分上移，当碳化硅原料升华率为第二升华率时，停止降低装料部，降温冷却，即制得所述的碳化硅单晶；

其中，所述第一升华率为30％-60％，所述第二升华率为70％-90％。

可选地，所述第二长晶阶段中降低装料部的速率为0.2-2mm/h。进一步地，所述降低装料部的速率为0.5-1.5mm/h。更进一步地，所述降低装料部的速率为1mm/h。

可选地，所述第一长晶阶段中的装料部的1/4高度以下的任一部分置于坩埚内的高温区。进一步地，所述第一长晶阶段中的装料部的底部部分置于坩埚内的高温区。

可选地，所述第一升华率为35％。

优选地，长晶阶段的温度为2273-2473K，时间为50-200h，充入惰性气体的压力为0-10⁴Pa。进一步地，长晶阶段的温度为2373K，时间为130h，压力为10³Pa的惰性气氛中。所述优选地，所述的惰性气体选自氩气或氦气。