一種高效SiC晶體擴徑方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于晶體生長技術領域，具體涉及一種基于物理氣相傳輸技術生長大尺寸碳化硅單晶方法。
【背景技術】
[0002]碳化硅(SiC)單晶材料具有寬禁帶、高熱導率、高電子飽和迀移速率、高擊穿電場等性質，與第一代半導體材料和第二代半導體材料相比有著明顯的優越性，被認為是制造光電子器件、高頻大功率器件、電力電子器件理想的半導體材料，在白光照明、光存儲、屏幕顯示、航天航空、高溫輻射環境、石油勘探、自動化、雷達與通信、汽車電子化等方面有廣泛應用。目前生長SiC晶體最有效的方法是物理氣相傳輸(PVT)法，坩禍由上部籽晶托和下部的料腔組成，上部的籽晶托用于粘結籽晶，下部料腔用于裝SiC原料。
[0003]隨著SiC晶體應用市場的不斷擴大，為了降低SiC晶體材料的使用成本，近年來國際著名SiC晶體制造商如Cree、I1-VI等公司紛紛開展了進一步擴大碳化硅晶體直徑的研究工作，其中Cree和I1-VI已經報道成功制備出了 8英寸碳化硅晶體，而國內天科合達曾報道過制備出了 6英寸碳化硅晶錠。傳統碳化硅晶體直徑擴大的方法主要是通過坩禍逐漸擴徑來實現，具有耗時耗力、周期長的特點。另外，國外大尺寸晶體比如六英寸以上的碳化硅晶錠對國內實施禁運，所以很難直接獲得4英寸以上的碳化硅籽晶。因此，提供一種高效碳化硅晶體擴徑方法非常必要。
【發明內容】
[0004]針對目前大尺寸SiC晶體研發周期長的問題，本發明的目的在于提供一種快速有效的提高S i C晶體直徑的方法。
[0005]為實現上述目的，本發明的高效擴大碳化硅晶體直徑的方法，在籽晶托上固定由小尺寸籽晶拼接而成的大尺寸籽晶，采用物理氣相傳輸生長方法生長大尺寸碳化硅晶體。
[0006]本發明將小尺寸籽晶拼接為大尺寸籽晶，由此易于獲得大尺寸(例如4英寸以上)的碳化硅籽晶，從而可以高效地擴大碳化硅晶體直徑，獲得大尺寸碳化硅晶體。
[0007]較佳地，所述小尺寸籽晶通過對4英寸及以下晶錠加工處理制得。4英寸以下晶錠在市場已較為成熟，容易獲得，且較為廉價。
[0008]本發明中，所述大尺寸籽晶可為4英寸以上籽晶，優選6英寸籽晶和8英寸籽晶。由此可以獲得6英寸和8英寸碳化硅晶錠。
[0009]本發明中，所述大尺寸籽晶的形狀可為圓形、方形或多邊形。這些形狀較為規則，易于拼接而成。
[0010]較佳地，所述大尺寸籽晶是由四片尺寸相同的1/4扇形小尺寸籽晶拼接而成圓形籽晶。采用這種拼接方式，可有效減小接縫數量從而最大程度提高生長的晶體的質量。
[0011]本發明中，還可以將所得的大尺寸碳化硅晶體加工為籽晶后拼接為更大的籽晶，采用物理氣相傳輸生長方法生長更大尺寸碳化硅晶體。根據本發明，可以不斷獲得更大尺寸的碳化硅晶體。
[0012]所述大尺寸籽晶可以通過粘結劑或卡環方式固定于所述籽晶托的朝向晶體生長原料的一面上。
[0013]較佳地，所述籽晶托為石墨籽晶托，包括石墨基底和設置于石墨基底面向籽晶一側的表面上的致密碳化硅多晶層。根據本發明，通過石墨基底上碳化硅多晶層可有效降低籽晶接縫處的背面蒸發破壞，提高大尺寸晶體質量。
[OOM] 較佳地，所述致密碳化娃多晶層的厚度為0.1?20mm，優選2?10mm。根據本發明，可有效抑制籽晶背部被破壞。
[0015]較佳地，所述致密碳化硅多晶層的平整度為0.1?50μπι，優選〈Ιμπι。根據本發明，致密碳化硅多晶層表面平整，易于粘結緊密。
【附圖說明】
[0016]圖1是物理氣相傳輸(PVT)法生長SiC晶體的生長室結構示意圖；
圖2是籽晶區的結構示意圖；
圖3是4片較小尺寸籽晶拼接成大尺寸籽晶的示意圖；
圖4是本發明獲得的6英寸高質量碳化硅晶錠的實物照片。
【具體實施方式】
[0017]下結合附圖和下述實施方式進一步說明本發明，應理解，附圖及下述實施方式僅用于說明本發明，而非限制本發明。
[0018]針對目前大尺寸SiC晶體研發周期長的問題，本發明提供一種快速有效的提高SiC晶體直徑的方法，即通過物理氣相傳輸技術生長大尺寸碳化硅塊體單晶的方法，以縮短研發周期。本發明基于物理氣相傳輸技術生長碳化硅單晶方法，將小尺寸無多晶高質量籽晶拼接為大尺寸籽晶，由此生長出大尺寸碳化硅塊體單晶。
[0019]圖1示出了物理氣相傳輸(PVT)法生長SiC晶體的生長室結構示意圖。如圖1所示，籽晶6設置于石墨籽晶托I內，位于其頂部，在石墨籽晶托中石墨蓋I的內部。工作時，石墨籽晶托中石墨蓋I蓋于底部放置有碳化硅原料3的石墨料腔2上。其中，籽晶6位于坩禍低溫區部位，原料3位于坩禍高溫區部位。隨著溫度的升高，碳化硅原料3逐漸升華，在籽晶6上生長成碳化娃晶體7。
[0020]圖2示出了籽晶區的結構示意圖。如圖2所示，籽晶6固定在石墨蓋(石墨籽晶托)1的朝向晶體生長原料的一面上。可以通過粘結劑5或卡環(未圖示)固定。作為粘結劑，包括但不限于高溫石墨膠、AB膠、酚醛樹脂膠、環氧樹脂膠或糖膠等。在一個優選的實施方式中，石墨籽晶托I在其內表面(面向籽晶一側的表面)上具有致密碳化硅多晶層4。該致密碳化硅多晶層4在SiC晶體生長溫度下既不升華也不與生長室內的各種氣氛反應同時致密膜層在高溫下極其致密，能阻止氣體分子的通過，因此可有效降低籽晶接縫處的背面蒸發破壞，提高大尺寸晶體質量。致密碳化硅多晶層4的面積最好是大于整個籽晶6的底面積，更優選覆蓋石墨基底整個內表面。致密碳化硅多晶層4可通過PVT法揮發制備得到，也可以通過熱蒸發、物理氣相沉積、化學氣相沉積、磁控濺射、電子束蒸發、反應燒結、等離子體涂層、分子束外延、液相外延、激光沉積等方法制備獲得。其厚度和平整度可通過工藝參數或精細加工控制。在一個示例中，致密碳化娃多晶層4的厚度為0.1?20mm，優選2?10mm。在另一個示例中，致密碳化硅多晶層4的平整度為0.1?50μπι，優選〈Ιμπι。
[0021]本發明中，籽晶6是由多個較