一種SiC單晶晶體質(zhì)量均勻化方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種SiC單晶晶體質(zhì)量均勻化方法，解決了現(xiàn)有生長SiC單晶方法中應(yīng)力、溫場不均勻?qū)е碌腟iC單晶質(zhì)量不均勻問題。包括以下步驟：第一步、在籽晶與石墨托之間涂抹粘接劑Cx(OH)y，并將涂抹粘接劑Cx(OH)y的籽晶與石墨托進(jìn)行預(yù)加熱和長時(shí)焦化處理，以增強(qiáng)籽晶和石墨托之間的致密性；第二步、將粉料、籽晶放置于石墨坩堝內(nèi)；第三步、將坩堝進(jìn)行上下保溫處理，然后放置于真空狀態(tài)下的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)以每分鐘60轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行旋轉(zhuǎn)；第四步、采用物理氣相傳輸法生長SiC單晶。滿足了大尺寸高質(zhì)量單晶材料的生長對(duì)于應(yīng)力、溫場均勻性的要求。
【專利說明】—種SiC單晶晶體質(zhì)量均勻化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種升華法生長SiC單晶中晶體質(zhì)量均勻化的方法，屬于電子工業(yè)和半導(dǎo)體材料【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]SiC單晶材料具有高熱導(dǎo)率、高擊穿場強(qiáng)、高飽和電子漂移速率等優(yōu)點(diǎn)，以SiC單晶為襯底材料制備的半導(dǎo)體器件可以提高裝備性能和可靠性，在雷達(dá)通信、汽車電子、風(fēng)電、智能電網(wǎng)、航空航天等領(lǐng)域擁有巨大的應(yīng)用前景。目前，國內(nèi)外普遍采用升華法進(jìn)行SiC單晶生長，該方法通過感應(yīng)加熱法使石墨坩堝升溫至2200℃-2400℃，促使SiC分體原料發(fā)生升華，氣相物質(zhì)在溫度梯度的作用下傳輸?shù)綔囟容^低的SiC籽晶表面并在籽晶上沉積形成單晶。此種方法采用的SiC籽晶和石墨托都是剛性材料，升溫過程中由于它們之間熱膨脹系數(shù)的不同會(huì)導(dǎo)致生長SiC晶體內(nèi)積聚較大應(yīng)力。采用的保溫材料、加熱線圈、坩堝位置等幾何結(jié)構(gòu)、物理屬性等都不是完全的物理對(duì)稱，在高溫狀態(tài)下往往會(huì)導(dǎo)致石墨坩堝內(nèi)溫度場分布不均勻，從而導(dǎo)致生長的SiC單晶內(nèi)部應(yīng)力分布不均，影響SiC單晶晶圓的質(zhì)量。尤其是隨著目前4-6英寸SiC單晶材料成為市場需求的主流，這種大尺寸高質(zhì)量單晶材料的生長對(duì)于應(yīng)力、溫場均勻性的要求更加嚴(yán)格。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提供了一種SiC單晶晶體質(zhì)量均勻化方法，解決了現(xiàn)有生長SiC單晶方法中應(yīng)力、溫場不均勻?qū)е碌腟iC單晶質(zhì)量不均勻問題。
[0004]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案解決以上技術(shù)問題的:
一種SiC單晶晶體質(zhì)量的均勻化方法，包括以下步驟:
第一步、在籽晶與石墨托之間涂抹粘接劑Cx (OH) y,并將涂抹粘接劑Cx (OH) y的籽晶與石墨托進(jìn)行預(yù)加熱和長時(shí)焦化處理，以增強(qiáng)籽晶和石墨托之間的致密性；
第二步、將粉料、籽晶放置于石墨坩堝內(nèi)；
第三步、將坩堝進(jìn)行上下保溫處理，然后放置于真空狀態(tài)下的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)以每分鐘30轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行旋轉(zhuǎn)；
第四步、采用物理氣相傳輸法生長SiC單晶。
[0005]本發(fā)明中，采用的保溫可以選擇石墨硬氈、軟氈，C-C復(fù)合纖維硬氈等材料。采用的保溫材料的一致性、均勻性越好可以進(jìn)一步提高SiC單晶材料的質(zhì)量。本發(fā)明中，采用Cx(OH)y可以是食用蔗糖、葡萄糖、焦糖等材料，由于SiC籽晶和石墨托都是剛性材料，在升溫過程中由于它們之間熱膨脹系數(shù)的不同會(huì)導(dǎo)致生長SiC晶體內(nèi)積聚較大應(yīng)力，使晶體質(zhì)量較差。通過預(yù)加熱和長時(shí)焦化處理粘接劑Cx(OH)y,增強(qiáng)籽晶和石墨托之間的致密性，可以緩解熱膨脹系數(shù)不同帶來的應(yīng)力積聚問題，從而改善晶體質(zhì)量。
[0006]所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)可以是支撐式旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，也可以是提拉式旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。
[0007]所述的旋轉(zhuǎn)方式可以是石墨坩堝旋轉(zhuǎn)，外保溫固定不動(dòng)，也可以是外保溫旋轉(zhuǎn)，石墨坩堝固定不動(dòng)。在真空系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)坩堝旋轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)相對(duì)更為容易。
[0008]本發(fā)明采用的是外保溫固定不動(dòng)，石墨坩堝旋轉(zhuǎn)的方式進(jìn)行SiC單晶的生長，滿足了大尺寸高質(zhì)量單晶材料的生長對(duì)于應(yīng)力、溫場均勻性的要求。提高了 SiC單晶的半峰寬均勻性以及摻雜過程中電阻率的均勻性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1是本發(fā)明的籽晶粘接工藝路線圖；
圖2是本發(fā)明的采用籽晶粘接工藝I生長晶體的照片；
圖3是本發(fā)明的采用籽晶粘接工藝I生長晶體的照片；
圖4是本發(fā)明的采用無旋轉(zhuǎn)工藝生長晶體的照片及晶片半峰寬質(zhì)量測試；
圖5是本發(fā)明的采用旋轉(zhuǎn)工藝生長晶體的照片及晶片半峰寬質(zhì)量測試；
圖6是本發(fā)明的采用無旋轉(zhuǎn)工藝生長半絕緣單晶電阻率分布及晶片半峰寬質(zhì)量測試； 圖7是本發(fā)明的采用旋轉(zhuǎn)工藝生長半絕緣單晶電阻率分布及晶片半峰寬質(zhì)量測試。
【具體實(shí)施方式】
[0010]以下對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行說明，此處所描述的優(yōu)選實(shí)施例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0011]實(shí)施例1:
采用純度為99.99%的SiC粉料作為原料，采用3英寸4H-SiC晶片為籽晶，將粉料和籽晶放置于坩堝內(nèi)，籽晶粘接工藝根據(jù)圖1中的工藝I，使料到籽晶的具體為30mm，生長溫度控制在2000-2300°C，沖入Ar氣至lOO`Pa，生長50小時(shí)后得到晶體料塊(記為料塊1，如圖2);再以同樣的裝配進(jìn)行SiC單晶生長，籽晶粘接工藝根據(jù)圖1中的工藝2，生長50小時(shí)后得到晶體料塊(記為料塊2，如圖3)?？梢姴捎霉に嘔獲得晶體內(nèi)部空洞、微管等缺陷較多，采用工藝2獲得的晶體內(nèi)部透明缺陷較少。
[0012]實(shí)施例2:
采用純度為99.99%的SiC粉料作為原料，采用3英寸4H-SiC晶片為籽晶，將粉料和籽晶放置于坩堝內(nèi)，使料到籽晶的具體為30mm，生長溫度控制在2000-2300°C，沖入Ar氣至lOOPa，生長50小時(shí)后得到晶體料塊(記為料塊3，如圖4);再以同樣的裝配進(jìn)行SiC單晶生長，設(shè)定坩堝旋轉(zhuǎn)速率為5轉(zhuǎn)/分，生長50小時(shí)后得到晶體料塊(記為料塊4，如圖5)。采用光學(xué)顯微鏡晶對(duì)晶體邊緣分析，采用坩堝旋轉(zhuǎn)工藝生長的晶體邊緣質(zhì)量明顯優(yōu)于不旋轉(zhuǎn)生長的單晶，將料塊進(jìn)行滾圓、切割、研磨拋光后進(jìn)行分析測試，采用旋轉(zhuǎn)工藝生長的晶體半峰寬比較均勻。
[0013]實(shí)施例3:
采用純度為99.999%的SiC粉料作為原料，3英寸4H_SiC單晶作為籽晶，進(jìn)行摻釩半絕緣SiC單晶生長。將粉料和籽晶放置于坩堝內(nèi)，使料到籽晶的具體為30_，生長溫度控制在2000-2300°C，沖入Ar氣至lOOPa，生長100小時(shí)后得到晶體料塊(記為料塊5，如圖6)。再以同樣的裝配進(jìn)行SiC單晶生長，設(shè)定坩堝旋轉(zhuǎn)速率為5轉(zhuǎn)/分，生長100小時(shí)后得到晶體料塊(記為料塊6，如圖7)。將料塊進(jìn)行圓、切割、研磨拋光后進(jìn)行分析測試，單晶晶圓電阻率分布和半峰寬分布均勻性都較不旋轉(zhuǎn)之前更好。[0014] 最后應(yīng)說明的是:以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例進(jìn)行修改、或等同替換。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種SiC單晶晶體質(zhì)量均勻化方法，包括以下步驟: 第一步、在籽晶與石墨托之間涂抹粘接劑Cx (OH) y,并將涂抹粘接劑Cx (OH) y的籽晶與石墨托進(jìn)行預(yù)加熱和長時(shí)焦化處理，以增強(qiáng)籽晶和石墨托之間的致密性； 第二步、將粉料、籽晶放置于石墨坩堝內(nèi)； 第三步、將坩堝進(jìn)行上下保溫處理，然后放置于真空狀態(tài)下的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)以每分鐘30轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行旋轉(zhuǎn)； 第四步、采用物理氣相傳輸法生長`SiC單晶。
【文檔編號(hào)】C30B23/00GK103628141SQ201310667276
【公開日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2013年12月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月11日
【發(fā)明者】毛開禮, 王英民, 李斌, 周立平, 戴鑫, 侯曉蕊, 王利忠, 徐偉, 田牧 申請(qǐng)人:中國電子科技集團(tuán)公司第二研究所