[发明专利]一种籽晶托及碳化硅单晶生长方法

说明书

本申请提供了一种籽晶托及碳化硅单晶生长方法，通过在籽晶托基底的中心区域设有导热层，并且导热层的热导率大于籽晶托基底的热导率。当将SiC籽晶粘结在籽晶托上进行单晶生长时，由于籽晶托中心区域的导热层的热导率比石墨籽晶托基底大，因此，对应该中心区域的籽晶表面温度相比籽晶其它区域温度低，对应生长组分浓度高、过饱和度大，当其过饱和达到临界过饱和度时，便开始成核，而籽晶表面其他区域温度相对较高，还达不到临界过饱和度，无法自发成核。这样，便可以上述中心区域形成的晶核为中心缓慢生长，建立起中心晶核优势，进而获得碳化硅单晶。本申请利用上述导热层调制籽晶表面温场，减少了成核数量，提高了SiC晶体质量。

技术领域

本公开涉及碳化硅晶体制备技术领域，尤其涉及一种籽晶托及碳化硅单晶生长方法。

背景技术

碳化硅(SiC)作为继Si、GaAs之后发展起来的第三代宽禁带半导体材料，由于其具有禁带宽度大、临界击穿电场强度高、热导率高、化学稳定性好等优良的物理化学特性，因此，SiC单晶材料和器件产业已成为高科技领域中的战略性产业，在全世界范围内掀起了SiC器件研究高潮。其中，大尺寸的SiC晶片能够有效提高SiC器件的制备效率，大幅降低SiC器件的成本，更有利于碳化硅单晶实用性的推广。例如，150mm直径SiC衬底以及未来200mm、250mm衬底的广泛实现能赋予SiC基半导体器件的显著成本降低。

目前，生长大尺寸体块SiC单晶最成熟有效的方法是物理气相传输(PhysicalVapor Transport，PVT)法，其基本原理是将SiC多晶粉料加热到一定温度以上，SiC多晶粉料高温升华后的气相成分在浓度梯度的作用下进行物质传输，最后在温度较低的碳化硅籽晶表面重结晶，进行SiC单晶生长。在SiC单晶生长过程，温度场控制和优化是生长高质量晶体的关键，例如，晶体生长界面形状演化和单晶区直径变化等均与晶体生长的温度场相关。进一步的，由于凸或凹的生长界面导致生长界面上的台阶聚并、堆垛层错、多型夹杂及其他缺陷，因此，通常认为近平微凸的生长界面是最有助于高晶体品质。并且，对SiC单晶生长，只有一个成核生长中心是最合理的，这样可以使得台阶向边缘推移并且不受阻挡，进而可以进行稳定生长。然而，在晶体生长初期常常存在多核竞争现象，当一个生长中心湮没另一个生长中心或者两个生长中心相遇的时候，会导致大量缺陷的产生，比如小角度晶界、微管、位错和多型夹杂的出现。而多核竞争产生的原因为，籽晶表面温度分布不均匀，导致籽晶表面生长组分(Si、Si₂C、SiC₂等)过饱和度分布不均匀，对应温度低处，生长组分浓度高，过饱和度大，加上籽晶表面有大量位错露头点，容易自发成核产生大量生长中心。

综上所述，对于大尺寸SiC单晶生长(直径大于100mm)，由于籽晶面积大大增加，对籽晶表面温度场均匀性的要求极高。但是，在实际晶体生长过程中，大尺寸籽晶面积内温度场的绝对均匀性难以保证，当生长初期籽晶表面温度场存在多个局部温度较低点时，并且在此位置过饱和度达到成核所要求的临界值时，就会产生多核现象，导致晶体质量恶化。因此为抑制上述自发成核生长现象，建立初期中心小面成核中心优势，保证单晶的单一生长中心生长，就需引入较大的径向温度梯度，而这与高质量碳化硅单晶生长所要求的近平微凸温场相矛盾，并且对于大尺寸单晶生长，大的径向温度梯度会在单晶内部引入相当大的内应力，在晶体内引入大量位错、堆垛层错等缺陷，甚至直接导致单晶直接开裂。

发明内容

本发明实施例中提供了一种籽晶托及碳化硅单晶生长方法，以解决现有技术中单晶生长中的多核现象的问题。

根据本发明实施例的第一方面，提供了一种籽晶托，该籽晶托包括石墨材质的籽晶托基底，其中：

所述籽晶托基底中用于粘接籽晶的一侧的中心区域设有导热层，所述籽晶通过粘接剂粘接在所述导热层和所述导热层周围的籽晶托基底上；

所述导热层的热导率大于所述籽晶托基底的热导率。

可选地，所述导热层的面积占所述籽晶托基底总面积的5％～10％。