[发明专利]一种碳化硅单晶的制备方法

说明书

本发明公开了一种碳化硅单晶的制备方法，属于半导体材料制备技术领域。一种碳化硅单晶的制备方法，包括以下步骤：S1.对具有复合坩埚盖的坩埚进行清洗、空烧处理；S2.在冷却后的坩埚底部放置高纯碳化硅微粉，并在保护气体正压下，以复合加热体加热所述坩埚至1700℃～2400℃；S3.保温步骤S3中体系，之后冷却至室温，即得所述碳化硅单晶。本发明中所用的籽晶为复合坩埚盖的一部分，因此避免了单独设置籽晶(衬底)对坩埚内温场的扰乱；本发明中设置的复合加热体，可以通过调整活动石墨环的位置，调整坩埚所在的温场，因此可以更好控制碳化硅单晶的生长过程。

技术领域

本发明属于半导体材料制备技术领域，具体涉及一种碳化硅单晶的制备方法。

背景技术

随着半导体技术的不断革新，以碳化硅(SiC)为代表的第三代半导体材料逐渐成为新一代信息技术的核心支撑。SiC单晶因具备禁带宽、击穿电场高、热导率大、电子饱和漂移速率快、化学稳定性高、抗辐射能力强等各种优越性能，已成为耐高温、高频、辐射、大功率半导体器件材料的优先选择。

现在SiC单晶的制备工艺主要有热升华法、液相外延法和化学气相沉积法。其中热升华法是较为成熟的制备方法，自该方法被创造以来，经历了三个发展阶段：Acheson法、Lely法和PVT法(物理气相传输法)。以该方法生长SiC单晶，所需设备简单，操作容易控制。

在PVT法中，对碳化硅单晶性能影响最大的因素有：原料碳化硅粉末的纯度、衬底的选择、籽晶与碳化硅单晶的匹配程度以及制备过程中温度场的控制。

PVT晶体生长炉内的温度分布对碳化硅晶体生长有着重要的影响，例如，在一个合理的温度分布下，生长温度、生长气压等工艺参数对晶体生长也有着重要的影响。但是常用的加热体不能有效调整坩埚内部的温度梯度，因此制备的碳化硅单晶中的缺陷浓度也常常超标。

发明内容

本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种碳化硅单晶的制备方法，能够更精确的控制所述氮化硅单晶生长过程中的温度场。

根据本发明的一个方面，提出了一种碳化硅单晶的制备方法，包括以下步骤：

S1.对具有复合坩埚盖的坩埚进行清洗、空烧处理；

S2.在冷却后的坩埚底部放置高纯碳化硅微粉，并在保护气体正压下，以复合加热体加热所述坩埚至1700℃～2400℃；

S3.保温步骤S3中体系，之后冷却至室温，即得所述碳化硅单晶；

所述高纯碳化硅微粉，纯度≥99.9999％。

根据本发明的一种优选的实施方式，至少具有以下有益效果：

(1)本发明中所用的籽晶为复合坩埚盖的一部分，因此避免了单独设置籽晶(衬底)对坩埚内温场的扰乱。

(2)本发明中设置的复合加热体，可以通过调整活动石墨环的位置，调整坩埚所在的温场，因此可以更好控制碳化硅单晶的生长过程。

(3)本发明提供的复合加热体，还适用于气相物理传输法生长其他单晶材料的加热体，适用范围广。

在本发明的一些实施方式中，步骤S1中，所述复合坩埚盖，包括依次设置的石墨层、高纯硅层和籽晶层。

在本发明的一些实施方式中，所述高纯硅层，厚度为180μm～200μm。

在本发明的一些实施方式中，所述高纯硅层，纯度≥99.9999％。

在本发明的一些实施方式中，所述籽晶层材质为碳化硅，所述碳化硅中碳的浓度自所述高纯硅层开始，梯度上升。

在本发明的一些实施方式中，所述籽晶层，材质为Si_xC_y。