[发明专利]一种抑制导电型碳化硅晶体生长中碳包裹体缺陷生成的方法

说明书

本发明公开了一种抑制导电型碳化硅晶体生长中碳包裹体缺陷生成的方法。其是以碳粉、硅粉和氮气为原料合成含氮碳化硅粉料，然后以所述含氮碳化硅粉料为原料进行碳化硅单晶的生长，得碳化硅晶体。本发明使用含氮碳化硅粉体生长碳化硅晶体，可使氮掺杂在气相组分中分布的更均匀，使得晶片中电阻率均匀性更好，解决了由于外界通入氮气，氮气渗透不均匀，从而导致晶片内N掺杂浓度均匀性差，进而导致晶片电阻率均匀性差的问题。因此，本发明提供的抑制导电型碳化硅晶体中碳包裹体缺陷的方法适合用于生长导电型碳化硅晶体，尤其是适合制备大直径导电型碳化硅晶体，具有广阔的市场应用前景。

技术领域

本发明涉及晶体生长技术领域，尤其涉及一种抑制导电型碳化硅晶体生长中碳包裹体缺陷生成的方法。

背景技术

作为目前发展最成熟的宽带隙半导体材料，碳化硅具有高热导率、高击穿场强、高饱和电子漂移速率和高键合能等优点，其优异的性能可以满足现代电子技术对高温、高频、高功率以及抗辐射的多种要求，因而被广泛应用于电力电子、射频器件、光电子器件等领域。物理气相输运(Physical vapor transport，PVT)法是碳化硅单晶产业中的主流成产方法，也是目前至今为止生长大直径SiC晶体最成功的方法。其主要是通过在高温下使碳化硅原料升华产生的气相源输运至籽晶处重新结晶生长SiC晶体。

PVT法生长碳化硅单晶的生长过程在密闭的石墨坩埚中进行，在高温下生长环境单晶的生长过程处于富碳气氛下。晶体生长初期，由于硅组分的蒸气分压较高，因此晶体生长界面处于硅组分和碳组分相平衡的状态，随着晶体生长的进行，碳化硅原料中的硅组分不断升华减少，导致生长腔室内的气相组分逐渐失衡成为富碳状态，在富碳的生长环境下，晶体生长的前沿界面会有碳的富集，并形成碳包裹体缺陷。碳包裹体是一种很难消除的缺陷，碳包裹体会诱生微管、位错、层错等缺陷，严重影响到碳化硅衬底质量进而影响外延层质量和器件性能，在器件制作中也容易导致出现漏电失效等风险。因此，寻找一种可以降低碳化硅单晶生长过程中碳包裹体产生的方法，对于碳化硅单晶产业的发展具有十分重要的意义。

发明内容

针对现有PTV法生长碳化硅单晶的方法中容易出现碳包裹体的问题，本发明提供一种抑制导电型碳化硅晶体生长中碳包裹体缺陷生成的方法。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：

一种抑制导电型碳化硅晶体生长中碳包裹体缺陷生成的方法，包括以下步骤：以碳粉、硅粉和氮气为原料合成含氮碳化硅粉料，然后以所述含氮碳化硅粉料为原料进行碳化硅单晶的生长，得碳化硅晶体。

本发明提供的抑制导电型碳化硅晶体中碳包裹体缺陷的方法，通过合成氮元素掺杂的含氮碳化硅粉料，以其作为原料进行碳化硅晶体的生长，可保持生长界面的Si/(C+N)比的平衡，减少了C源的过剩，进而抑制了碳包裹物的产生。本发明相对于现有技术的有益效果为：使用含氮碳化硅粉体生长碳化硅晶体，可使氮掺杂在气相组分中分布的更均匀，使得晶片中电阻率均匀性更好，解决了由于外界通入氮气，氮气渗透不均匀，从而导致晶片内N掺杂浓度均匀性差，进而导致晶片电阻率均匀性差的问题，尤其是在制备大尺寸导电型碳化硅晶体中，晶片更容易出现电阻率均匀性差的问题。因此，本发明提供的抑制导电型碳化硅晶体中碳包裹体缺陷的方法适合用于生长导电型碳化硅晶体，尤其是适合制备大直径导电型碳化硅晶体。

优选的，所述的抑制导电型碳化硅晶体中碳包裹体缺陷的方法，包括以下步骤：

步骤a，将碳粉和硅粉混合均匀，在真空状态下，加热至1000-1100℃，通入保护气体和氮气的混合气体，升温至2000-2200℃，反应10-15h，通入保护气体至压力为400-600Torr，降温，得含氮碳化硅粉料；

步骤b，以所述含氮碳化硅粉料和碳化硅籽晶为原料进行碳化硅单晶生长，得碳化硅晶体。

本发明中所述保护气体包括但不仅限于除氮气之外的氦气、氩气等惰性气体。为了尽量减少含氮碳化硅中杂质的引入，要求保护气体为高纯气体。