[发明专利]一种生长大尺寸片状SiC单晶的装置及方法

说明书

本发明公开了一种生长大尺寸片状SiC单晶的装置及方法，包括：坩埚；坩埚内放置有SiC原料，坩埚上设有至少一组进气通道和回流通道，进气通道内设有导模板，在进气通道与回流通道的连接处设有籽晶，籽晶通过在籽晶杆连接在籽晶夹持器；坩埚受热后，SiC原料受热分解产生Si蒸气，Si蒸气与坩埚的侧壁和导模板的侧壁上的C发生反应，反应生成的产物在籽晶上生成SiC单晶；多余的Si蒸气在抽风机的作用下通过回流通道重新进入坩埚中。本发明采用PVT法和导模法相结合的方式，结合层流理论，来对SiC单晶的生长进行控制。本发明能够有效节约材料，降低生产成本，提高单晶尺寸和质量，具有良好的应用价值。

技术领域

本发明涉及一种半导体单晶材料制备领域，具体涉及一种生长大尺寸片状SiC单晶的装置及方法。

背景技术

SiC作为第三代半导体材料中技术发展最为成熟的材料，具有宽带隙、高热导率(Si的3.3倍)、高临界击穿场强(Si的10倍)、高载流子饱和迁移率(Si的2.5倍)以及高键合能等优点，其优异的性能特别适合于制造高频、大功率、抗辐射、抗腐蚀的电子器件。SiC凭借其自身优异性能所展示的巨大应用潜力，被认为是“21世纪极端电子学半导体”的首选材料。

目前，SiC单晶主流的生长方法是物理气相传输法(PVT：Physical VaporTransport)，又称为改良的Lely法。PVT法主要就是将SiC原料放置于高温区，而新引进的籽晶放置在低温区。当温度达到1800℃～2500℃时，升华的原料就会在籽晶上重结晶，从而形成新的晶体。PVT法生长SiC单晶主要包括三个过程：原料的分解与升华、质量传输以及籽晶上结晶。

在原料的分解与升华阶段，主要发生如下反应：

SiC_(s)＝Si_(g)+C_(s)

2SiC_(s)＝Si_(g)+SiC_2(g)

2SiC_(s)＝C_(s)+Si₂C_(g)

在质量传输阶段，Si蒸气进一步地会与石墨坩埚侧壁发生反应生成SiC₂和Si₂C。

2C_(s)+Si_(g)＝SiC_2(g)

C_(s)+2Si_(g)＝Si₂C_(g)

在籽晶表面，三种气相通过如下反应进行生长：

Si₂C_(g)+SiC_2(g)＝3SiC_(s)

Si_(g)+SiC_2(g)＝2SiC_(s)

与之前的技术相比较，PVT法很好地解决了SiC单晶晶型的控制和晶体尺寸等关键性问题。但，近年来，伴随着市场需求的变化，要求使SiC单晶的尺寸不断增加，而目前市场上SiC晶圆的尺寸主要是以3寸和4寸为主，无法满足市场的需求。目前Si晶圆最大尺寸可以做到12寸，SiC单晶的小尺寸也限制了Si基SiC复合晶圆的发展。另外，在提高SiC单晶尺寸的同时，也应该满足SiC的高质量化。

为了更好地实现8寸、12寸甚至更大尺寸的SiC单晶和SiC复合晶圆的制备，需研究一种新的生长大尺寸片状SiC单晶的装置及方法。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种生长大尺寸片状SiC单晶的装置及方法。