[发明专利]一种通过调节碳硅比分布提高晶体质量的方法

说明书

本发明涉及一种通过调节碳硅比分布提高晶体质量的方法，属于碳化硅晶体制备技术领域。为解决PVT法制备碳化硅晶体时碳硅比分布不均的问题，本发明提供了一种通过调节碳硅比分布提高晶体质量的方法，向石墨坩埚中加入碳化硅粉料，在碳化硅粉料中心位置插入辅助碳源，在石墨坩埚盖上粘接籽晶，组合石墨坩埚体与石墨坩埚盖，进行碳化硅晶体生长，得到碳化硅晶体；所述辅助碳源包括长条形中心基体和设置在所述中心基体外表面的若干翅片，所述翅片的长度方向与中心基体的长度方向平行，所述中心基体底部设有锥形插入部。本发明平衡了整个籽晶生长面的碳的供应，实现晶体的均衡快速的生长，抑制晶体生长平衡的逆向移动导致的石墨化。

技术领域

本发明属于碳化硅晶体制备技术领域，尤其涉及一种通过调节碳硅比分布提高晶体质量的方法。

背景技术

碳化硅作为第三代半导体材料，具有宽禁带、高击穿场强、高热导率等特点，可应用于诸如新能源汽车、光伏逆变器、充电桩等领域，以实现降低功耗、提高开关频率、降低总体成本等目标。

由于碳化硅在常压下在加热到熔点之前就会分解，无法直接使用类似于硅晶体生长的方法。目前大尺寸碳化硅晶体生长方法主要有两种：一种是加入助熔剂形成含有碳化硅的熔液，并利用该熔液生长晶体。另一种是PVT法，该方法是将碳化硅粉料放入坩埚底部，将碳化硅籽晶粘贴于坩埚顶部，之后对反应容器抽真空，并加热到1000℃左右，期间保持真空度。之后充入适量的氩气，进一步加热到2000℃左右，在此高温与惰性气氛的条件下使原料发生分解，分解后产生的气相受温度梯度的控制沉积到籽晶上面生长出晶体。

由于第一种方法助溶剂会进入到制备的晶体中造成大量的晶体缺陷，目前大规模生产使用的方法是第二种PVT法。

碳化硅晶体生长过程中，碳和硅并不是等摩尔比分解到气相中的，其气相组分中硅的含量会较高，而粉料由于碳的沉积会逐渐有石墨化的现象发生。气相中的硅会在高温下与石墨坩埚发生反应，生成SiC₂等富碳气相，这一过程为籽晶生长提供一定的碳原子，使得坩埚成为晶体生长过程中重要的碳源。同时由于这一过程是消耗性的，所以在一定次数实验后石墨坩埚需要更换。

上述过程中提到的SiC₂等富碳气相的分压在晶体生长过程中是重要的控制条件，当其分压较低时，晶体生长速度会减缓，而当分压低于最低平衡分压时，晶体会停止生长，甚至反而发生分解导致晶体的石墨化。在一定实验条件下生长出的晶体会中间凹的现象，这是由于坩埚壁附近的SiC₂等富碳造成晶体边缘较中间生长更快。由于目前由晶体加工出的晶片都为圆形，因此中间凹的晶体加工过程会有很大程度的浪费。

目前有专利或文章提出，通过向粉料中加入活性碳粉来提高气相中的SiC₂来促进晶体的生长，但该方法并没有解决由Si气体与坩埚壁反应引起的SiC₂的分布不均匀的问题，并且由于活性碳粉较为细小，有时由于气体的输运夹带导致生长出的晶体有碳包裹体，影响碳化硅晶体质量。

发明内容

为解决PVT法制备碳化硅晶体时碳硅比分布不均的问题，本发明提供了一种通过调节碳硅比分布提高晶体质量的方法。

本发明的技术方案：

一种通过调节碳硅比分布提高晶体质量的方法，向石墨坩埚中加入碳化硅粉料，在碳化硅粉料中心位置插入辅助碳源，在石墨坩埚盖上粘接籽晶，组合石墨坩埚体与石墨坩埚盖，进行碳化硅晶体生长，得到碳化硅晶体；所述辅助碳源包括长条形中心基体和设置在所述中心基体外表面的若干翅片，所述翅片的长度方向与中心基体的长度方向平行，所述中心基体底部设有锥形插入部。

进一步的，所述辅助碳源的材料为石墨或无定形碳，杂质含量小于100ppm，孔隙率为10~40%，平均烧结颗粒直径为10~200μm。

进一步的，所述翅片的个数为0、3、4、5或6个，所述翅片之间的夹角均相等。