[发明专利]碳化硅单晶的制备方法与碳化硅支撑系统与单晶生长炉

说明书

本申请公开了一种碳化硅单晶的制备方法与碳化硅支撑系统与单晶生长炉，所述制备方法包括：先在一级原料合成室内放置粒径不一的混合粉料；然后通过旋转一级旋转杆，将生长腔室下底板的非通孔位置与所述一级原料合成室上顶板的第一通孔和第二通孔对准，阻断所述混合粉料向所述生长腔室运动，进行粉料合成；最后通过旋转所述一级旋转杆，控制所述一级原料合成室上顶板的第一通孔或第二通孔对准所述生长腔室下底板的的第三通孔，以保证向所述生长腔室供料浓度的平稳运行，实现单晶生长。应用本发明提供的技术方案，可以有效减少碳化硅单晶生长过程中进入的含N量及后期组分不足造成的台阶宽化，避免堆垛层错的产生。

技术领域

本发明涉及半导体材料生长技术领域，尤其是涉及一种碳化硅单晶的制备方法与碳化硅支撑系统与单晶生长炉。

背景技术

碳化硅(SiC)作为一种新型半导体材料，具有高耐压、低损耗、高导热率、低漏极电流等优异的性能，比普通半导体更高的开关频率以及在标准的125℃结温以上工作的能力，这使得其在高温环境及更小空间的应用中更加自如。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。

随着技术的进步，碳化硅材料及其功率器件制备技术的不断成熟，成本和可靠性的不断优化，近年来碳化硅衬底的直径做的越来越大，随之而来的晶体生长问题也愈显的突出。目前碳化硅有多种多型结构，3C、6H、4H及15R是250多种多型中最为常见的类型。由于碳化硅多型之间的堆垛层错能十分接近，因此当生长条件稍微变化时4H晶型很容易转化成6H、15R或者其他多型，多型导致晶体结构的变化，微管、位错以及其他缺陷会在多型的附近产生，造成晶体质量的恶化。

发明内容

有鉴于此，本申请提供了一种碳化硅单晶的制备方法与碳化硅支撑系统与单晶生长炉，可以减少碳化硅单晶生长过程中进入的含N量及后期组分不足造成的台阶宽化，避免堆垛层错的产生。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种碳化硅单晶的制备方法，为所述制备方法配备一种单晶生长炉，所述单晶生长炉包括生长腔室、一级原料合成室、二级原料合成室以及感应线圈，所述感应线圈位于所述单晶生长炉的两侧，用于对所述单晶生长炉进行感应加热，所述生长腔室内放置有用于单晶生长的碳化硅支撑系统，所述一级原料合成室连接有驱动其左右旋转的一级旋转杆，所述二级原料合成室连接有驱动其上下移动的二级旋转杆；

所述制备方法包括：

在所述一级原料合成室内放置粒径不一的混合粉料；

进行粉料合成；通过旋转所述一级旋转杆，将所述生长腔室下底板的非通孔位置与所述一级原料合成室上顶板的第一通孔和第二通孔对准，阻断所述混合粉料向所述生长腔室运动，并向所述单晶生长炉内通入预设流量的气体，升高至目标压力，以进行粉料合成；

进行单晶生长；通过旋转所述一级旋转杆，将所述一级原料合成室上顶板的第一通孔对准所述生长腔室下底板的第三通孔，对所述生长腔室进行第一次供料，当加热持续第一预设时间后，将所述一级原料合成室上顶板的第二通孔对准所述生长腔室下底板的第三通孔，对所述生长腔室进行第二次供料，当生长进行到第二预设时间后，向上旋转所述二级旋转杆推送所述二级原料合成室，对所述生长腔室进行第三次供料，当生长到第三预设时间时，生长结束；

其中，所述第一次供料的料源小于所述第二次供料的料源，所述第二次供料的料源小于所述第三次供料的料源。

优选的，在上述的制备方法中，在所述一级原料合成室内放置粒径不一的混合粉料，包括：

在所述一级原料合成室中隔板到所述生长腔室内壁的夹层位置放置粒径为2mm的混合粉料，在所述隔板向中心区域的位置放置粒径为40-60μm的混合粉料，在所述中心区域放置粒径为15-20μm的混合粉料；其中，位于所述中心区域混合粉料的体积直径为整体混合粉料体积直径的二分之一。