[发明专利]一种高掺杂均匀性p型SiC的生长方法

说明书

本发明涉及一种高掺杂均匀性p型SiC的生长方法，该方法首先制备含掺杂元素的SiC晶粒或SiC多晶块，通过SiC晶粒或多晶块锁住掺杂元素法来实现掺杂元素的均匀持续释放，密封掺杂元素的SiC晶粒或多晶块作为生长源，可极大的提高掺杂元素在晶锭轴向和径向上掺入的均匀性，得到p型SiC，减缓生长过程掺杂元素的掺入不均匀性，提高晶体质量。

技术领域

本发明涉及一种高掺杂均匀性p型SiC的生长方法，属于半导体技术领域。

背景技术

碳化硅作为第三代半导体材料，具有禁带宽度大、高饱和电子速率、高临界击穿电场强、高热导率等优异的半导体性能，非常适合制备高温、高频、大功率半导体器件。碳化硅器件在航空、航天探测、电网传输、5G通信、新能源汽车等的领域有着重要的应用。IGBT(Insulated-Gate-Bipolar-Transistor)即绝缘栅双极晶体管是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合式半导体。IGBT兼具MOS和BJT的优点，其导通原理与MOSFET类似，都是通过电压驱动进行导通。但是，IGBT相比于MOSFET，拥有高输入阻抗和低导通压降的特点，在高压环境下传导损耗较小。IGBT的应用领域广泛，小到家电、数码产品，大到航空航天、高铁等领域，新能源汽车、智能电网等新兴应用也会大量使用IGBT。理论模拟表明：n沟道SiC IGBT在性能上远远优于p沟道SiC IGBT，因此n沟道SiC IGBT器件是未来主要的大功率电力电子器件发展的重点。由于，p型SiC对高效率n沟道IGBT的构建起着不可替代的作用，故对高质量p型SiC的研发具有很大意义。

目前生长p型SiC常用的掺杂方法有双感应加热区掺杂法和小坩埚密封缓释法。主要的p型SiC掺杂元素有Al、B等。由于Al的电离能最低，故Al元素是最佳的p型SiC掺杂元素。含Al的化合物(Al₄C₃、Al₂O₃等)熔沸点远低于晶体的生长的粉料区温度，传统掺杂工艺很难达到均匀释放Al源的目的。双感应加热区掺杂法包含有两个加热区，将熔沸点较低的Al化合物放置在较低温度的加热区内高温气化，将需要更高温度升华的SiC粉料放置在温度高的加热区，来达到生长过程均匀Al掺入的目的。但是，双感应加热区由于有两个加热系统，操作起来更复杂，在生长过程中很有可能使生长组分倒流向放有掺杂剂的低温区，对碳化硅晶体生长产生不利影响。小坩埚密封法则在高温状态下对Al源进行物理上的密封，通过Al化合物较大的蒸汽压力往外释放。但是，由于Al源的蒸汽压在高温状态下过大，依靠石墨材质很难将Al的释放速率控制。因此在生长过程中，Al源会过早的释放，Al元素集中掺入到晶体生长前期，导致中后期的Al源不足，致使Al掺杂浓度在晶体轴向上极度不均匀。Al源的过早集中释放会同时引起初期较大的晶格畸变，对后面生长晶体的晶型稳定性和结晶质量产生不良影响。

中国专利文献CN202010613663.6公开了利用稀土元素掺入高纯C粉和Si粉中进行含有稀土元素SiC粉料的合成。该发明的目的是为稳定4H-SiC晶体的晶型，过量或少量的掺入均会引起晶体质量的下降，得到的不是p型SiC。

发明内容

针对现有技术的不足，尤其是p型SiC在生长过程中的掺杂不均匀性的难题，本发明提供一种高掺杂均匀性p型SiC的生长方法。

本发明首先制备含掺杂元素的SiC晶粒或SiC多晶块，通过SiC晶粒或多晶块锁住掺杂元素法来实现掺杂元素的均匀持续释放，密封掺杂元素的SiC晶粒或多晶块作为生长源，可极大的提高掺杂元素在晶锭轴向和径向上掺入的均匀性，得到p型SiC，减缓生长过程掺杂元素的掺入不均匀性，提高晶体质量。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种高掺杂均匀性p型SiC的生长方法，包括步骤如下：

1)将C粉和Si粉按摩尔比1～1.4:1的比例混合，掺入掺杂源，混合均匀，得到混合物；