[发明专利]一种碳化硅晶体及其制备方法

说明书

本申请公开了一种碳化硅晶体的制备方法，属于半导体材料制备领域。该方法包括：提供反应腔、长晶腔和除料机构，所述反应腔包括原料腔和废料腔，将碳化硅原料装入所述原料腔；长晶阶段：控制长晶条件，所述原料腔内的原料升华产生的原料气经气相传输通道传输至长晶腔进行长晶，当碳化硅原料升华率为第一升华率时，启动除料机构，所述除料机构将所述反应腔内原料升华后产生的废料转移至所述废料腔，所述原料腔内的剩余原料在该长晶条件下继续升华进行长晶，除料机构持续除料至长晶结束，即制得所述碳化硅晶体。本申请可以提高原料的升华速率和利用率，并且减少晶体的缺陷。

技术领域

本申请涉及一种碳化硅晶体及其制备方法，属于半导体材料制备领域。

背景技术

目前碳化硅晶体的制备中，主要使用物理气相传输（简称PVT法）技术，该技术通过将碳化硅原料升华分解成气相组分Si_mC_n后，在轴向温度梯度的驱动下，传输至籽晶处结晶生长为碳化硅晶体。PVT法是一个复杂过程，必须对许多参数综合加以控制，例如生长温度、温度梯度、籽晶与生长原料直接的距离、气体压强等，任何一个参数未能得到很好地控制，晶体生长的稳定性将会被破坏。

在碳化硅晶体的生长后期，碳化硅原料会发生非化学计量比分解，更多的硅原子以各种气相组分Si_mC_n的形式存在，当m＞n时，气相组分Si_mC_n为气态的富硅基团，就会导致碳化硅原料中碳过量，出现石墨化现象，形成废料。碳化硅原料的石墨化是常见的不稳定因素，它将增大晶体石墨化和形成其他缺陷的可能性，使得晶体生长速率在很大程度上受到限制。

目前的解决方法一是在石墨坩埚中加入额外的固态硅，可补偿生长原料中硅的缺失，在一定程度上阻止生长原料的石墨化，但是这将导致液态硅滴的形成与多型结构的转变；二是使用钽坩埚创造一个吸附碳的环境，可以显著抑制生长原料的石墨化，但钽坩埚价格过高，无法大规模化使用。

发明内容

为了解决上述问题，本申请提出了一种碳化硅晶体的制备方法，该方法能够及时将原料腔内的废料移动至废料腔，废料不再继续受热参与长晶，使原料腔内的原料始终保持相同的碳化程度，从而使原料气中气相组分一致性提高，提高原料的升华速率和利用率，并且减少晶体的缺陷。

该碳化硅晶体的制备方法，包括：提供反应腔、长晶腔和除料机构，所述反应腔包括原料腔和废料腔，将碳化硅原料装入所述原料腔；

长晶阶段：控制长晶条件，所述原料腔内的原料升华产生的原料气经气相传输通道传输至长晶腔进行长晶，当碳化硅原料升华率为第一升华率时，启动除料机构，所述除料机构将所述反应腔内原料升华后产生的废料转移至所述废料腔，所述原料腔内的剩余原料在该长晶条件下继续升华进行长晶，除料机构持续除料至长晶结束，即制得所述碳化硅晶体。

可选地，所述原料腔内的原料通过送料机构向靠近所述气相传输通道方向移动，所述送料机构包括设置在所原料腔内并承载所述原料的承载台，所述送料机构能够控制所述承载台带动所述原料移动；

可选地，所述承载台带动所述原料向靠近所述气相传输通道方向移动的速度为0.1-2cm/h；

优选的，所述承载台带动所述原料向靠近所述气相传输通道方向移动的速度为0.1-1cm/h，更优选的，所述速度为0.2cm/h。

可选地，所述除料机构包括除料件和与所述除料件连接的连杆，所述除料件设置在所述气相传输通道内，通过所述连杆控制所述除料件将目标区域和厚度的原料表层废料推动至所述废料腔内；

可选地，所述碳化硅原料的升华率大于所述第一升华率后，所述除料机构匀速将所述目标区域和厚度的原料表层废料推动至所述废料腔内，所述除料机构的除料频率为10-300次/h；优选的，所述除料频率为10-100次/h,更优选的，所述除料频率为50-80次/h。