[发明专利]一种PVT法碳化硅晶体生长中附加碳源的粉料的添加方法

说明书

一种PVT法碳化硅晶体生长中附加碳源的粉料的添加方法，它属于PVT法碳化硅晶体生长技术领域。本发明要解决的技术问题为通过改变粉料的添加方法来优化晶体生长。本发明第一粉料为纯碳化硅粉料、第二粉料为混合均匀的添加10‑30wt％活性碳粉的碳化硅粉料、第三粉料为混合均匀的添加1‑30wt％活性碳粉的碳化硅粉料，首先向坩埚底部加入一定质量的第一粉料，然后在坩埚中心插入第二粉料添加区相同体积、无上下底的圆筒，向圆筒中加入第二粉料，向圆筒和坩埚的缝隙中加入剩余的第一粉料，之后小心取出圆筒，再加入第三粉料，完成PVT法碳化硅晶体生长中附加碳源的粉料的添加。本发明能够提高生长出晶体的总质量。

技术领域

本发明属于PVT法碳化硅晶体生长技术领域；具体涉及一种PVT法碳化硅晶体生长中附加碳源的粉料的添加方法。

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(碳化硅单晶晶片，作为晶体生长的种子)粘贴于坩埚顶部，之后对反应容器抽真空到10^-2-10^-5atm，并加热到1000℃左右，期间保持真空度。之后充入适量的氩气到10^-1-10^-5atm，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。

在一般的热场模式下的碳化硅晶体生长过程中，坩埚底部碳化硅粉料由于热场结构与物质输运导致的升华和重结晶会使得碳化硅粉料逐渐形成三个不同的区域，示意图如2所示：1区域为石墨化区域，该区域临近坩埚壁温度较高，所以碳化硅粉料分解的更多，其是气相组分生成的主要区域，分解过程中，碳原子和硅原子并不是等摩尔比进入到气相中的，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；2区域为中部重结晶形成的晶粒定向排列组成的核，由1区域输运过来的气相物质会在该区域与核发生一定的物质交换；3区域为重结晶形成的针状晶粒定向排列的盘装结构，相对于2区域密度较高，在该区域中也会有气相与固相之间的物质交换；图中箭头标识了气相物质输运的方向。上述过程中提到的碳硅比在晶体生长过程中是重要的控制条件，当碳硅比较低时，对于晶体生长没有足够的碳原子供应，会使得生长速率减缓，同时碳硅比的变化也会使得缺陷增多。

目前通过向粉料中加入活性碳粉来提高气相中碳硅比来提高和维持碳化硅晶体的生长速率，同时减轻由于石墨坩埚消耗，其导热系数变化引起的热场的不稳定变化。但对于上述提到的1区域中，由于温度较高使得活性碳粉难以与气相中硅组分反应，使得活性碳粉在该区域的提高碳硅比的效果较差，同时由于活性碳粉一定程度上会占有原有碳化硅粉料的体积，也会一定程度减少在一次晶体生长流程中生长出的碳化硅晶体的量。综合两方面在1区域添加活性碳粉是不合理的。

发明内容

本发明目的是提供了一种能够优化晶体生长的PVT法碳化硅晶体生长中附加碳源的粉料的添加方法。

本发明通过以下技术方案实现：

一种PVT法碳化硅晶体生长中附加碳源的粉料的添加方法，包括如下步骤：

步骤1、分别配置三种不同的粉料，第一粉料为纯碳化硅粉料、第二粉料为混合均匀的添加10-30wt％活性碳粉的碳化硅粉料、第三粉料为混合均匀的添加1-30wt％活性碳粉的碳化硅粉料；

步骤2、将坩埚内的粉料添加区域划分为第一粉料添加区、第二粉料添加区、第三粉料添加区，设置坩埚粉料添加区域的高为h、半径为r，则第二粉料添加区的高为0.1h-0.8h、半径为0.05-0.8r，第三粉料添加区的高为0.05-0.15h、半径为r，其余剩余空间为第一粉料添加区；