CN114481316A - 一种碳化硅晶体的制造方法及装置 - Google Patents
一种碳化硅晶体的制造方法及装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114481316A CN114481316A CN202210100984.5A CN202210100984A CN114481316A CN 114481316 A CN114481316 A CN 114481316A CN 202210100984 A CN202210100984 A CN 202210100984A CN 114481316 A CN114481316 A CN 114481316A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- silicon carbide
- crystal
- seed
- crucible
- seed crystal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000013078 crystal Substances 0.000 title claims abstract description 318
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 196
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 194
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 38
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 32
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 35
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 28
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 21
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 21
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims abstract description 12
- 230000006698 induction Effects 0.000 claims description 17
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 14
- 239000006184 cosolvent Substances 0.000 claims description 11
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 11
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 8
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 8
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 7
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 claims description 6
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims description 5
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims description 4
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 4
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000005498 polishing Methods 0.000 claims description 4
- 229910052692 Dysprosium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 3
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000007517 polishing process Methods 0.000 claims 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 5
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 4
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- 238000004781 supercooling Methods 0.000 description 2
- 102000029749 Microtubule Human genes 0.000 description 1
- 108091022875 Microtubule Proteins 0.000 description 1
- 239000003570 air Substances 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 210000004688 microtubule Anatomy 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B27/00—Single-crystal growth under a protective fluid
- C30B27/02—Single-crystal growth under a protective fluid by pulling from a melt
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
- C30B29/36—Carbides
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
本发明公开了一种碳化硅晶体的制造方法及装置,其属于晶体生长技术领域,碳化硅晶体的制造方法包括采用溶液生长法在碳化硅籽晶的硅面偏轴生长碳化硅晶体,得到预制晶体,所述偏轴生长是指所述碳化硅籽晶的生长面与形成的所述碳化硅晶体的{0001}面具有夹角;对所述预制晶体进行切割,并得到优质籽晶;采用溶液生长法在所述优质籽晶的碳面生长碳化硅晶体,得到最终碳化硅晶体。本发明提供的碳化硅晶体的制造方法及装置制造得到的碳化硅晶体存在较少的微管,且能够大幅减少螺型位错和刃型位错,还能够减少基面位错,进而能够保证碳化硅器件的性能。
Description
技术领域
本发明涉及晶体生长技术领域,尤其涉及一种碳化硅晶体的制造方法及装置。
背景技术
碳化硅是一种宽禁带半导体材料,以碳化硅单晶衬底制作的器件具有耐高温、耐高压、高频、大功率、抗辐射、效率高等优势,在射频、新能源汽车等领域具有重要的应用价值。
现有技术中,碳化硅晶体的生长方法通常为物理气相传输法。具体地,物理气相传输法是指在真空环境下通过感应加热的方式加热碳化硅粉料,使其升华产生包含Si、Si2C、SiC2等不同气相组分的反应气体,并通过固-气反应产生碳化硅单晶。该方法制造的碳化硅单晶存在含有较多微管、位错等缺陷,影响碳化硅器件的性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种碳化硅晶体的制造方法及装置,得到的碳化硅晶体存在较少的微管,且能够大幅减少螺型位错和刃型位错,还能够减少基面位错,进而能够保证碳化硅器件的性能。
如上构思,本发明所采用的技术方案是:
一种碳化硅晶体的制造方法,包括如下步骤:
S10、采用溶液生长法在碳化硅籽晶的硅面偏轴生长碳化硅晶体,得到预制晶体,所述偏轴生长是指所述碳化硅籽晶的生长面与形成的所述碳化硅晶体的{0001}面具有夹角;
S20、对所述预制晶体进行切割,并得到优质籽晶;
S30、采用溶液生长法在所述优质籽晶的碳面生长碳化硅晶体,得到最终碳化硅晶体。
可选地,步骤S20包括:
S201、切割所述预制晶体的碳化硅晶体,得到过渡籽晶及混合晶体,所述混合晶体中的所述碳化硅晶体的高度大于或等于预设高度;
S202、对所述过渡籽晶进行研磨抛光处理,得到所述优质籽晶。
可选地,在步骤S202中,将所述过渡籽晶切片处理并得到多个过渡籽晶片,对每个所述过渡籽晶片进行研磨抛光处理,得到多个所述优质籽晶;
在步骤S30中,采用溶液生长法在多个所述优质籽晶的碳面分别生长碳化硅晶体,得到多个最终碳化硅晶体。
可选地,所述预设高度的计算公式为:h=D×tan(θ),其中,h表示预设高度,D表示碳化硅籽晶的直径,θ表示所述碳化硅籽晶的生长面与形成的所述碳化硅晶体的{0001}面的夹角,tan(θ)表示θ的正切值。
可选地,所述碳化硅籽晶的生长面与形成的所述碳化硅晶体的{0001}面形成的所述夹角的角度位于2度~10度之间。
可选地,所述溶液生长法具体步骤为:将助熔剂置于坩埚中,利用感应加热的方式熔化所述助熔剂,将碳化硅籽晶置于所述助熔剂的液面,所述碳化硅晶体在所述碳化硅籽晶下方的固液界面处生长。
可选地,所述助熔剂包括Si元素及Ti、Cr、Sc、Ni、Al、Co、Mn、Mg、Ge、As、P、N、O、B、Dy、Y、Nb、Nd、Fe中的一种或多种元素。
一种碳化硅晶体的制造装置,用于实施上述的碳化硅晶体的制造方法,所述碳化硅晶体的制造装置包括:
腔室,所述腔室具有至少一个抽气口,通过所述抽气口能对所述腔室抽真空;
坩埚组件,包括外坩埚、内坩埚及坩埚托,所述外坩埚设于所述腔室内,所述内坩埚设于所述外坩埚内,所述坩埚托固接于所述外坩埚,所述坩埚托能带动所述外坩埚及所述内坩埚旋转,所述外坩埚及所述内坩埚均为石墨坩埚;
螺形感应线圈,设于所述腔室内,并用于对所述内坩埚内的助溶剂感应加热;
籽晶固定组件,所述籽晶固定组件的一端位于所述内坩埚,所述籽晶固定组件的另一端位于所述腔室外,所述籽晶固定组件用于固定碳化硅籽晶及优质籽晶。
可选地,所述籽晶固定组件包括籽晶杆及固接于所述籽晶杆一端且位于内坩埚的籽晶托,所述籽晶杆的另一端位于所述腔室外,所述籽晶杆能带动所述籽晶托旋转,且所述籽晶托的旋转方向与所述内坩埚的旋转方向相反,所述籽晶托用于固定所述碳化硅籽晶及所述优质籽晶。
可选地,还包括隔热套,所述外坩埚设置于所述隔热套内,所述螺形感应线圈位于所述隔热套外,所述坩埚托及所述籽晶杆分别穿设于所述隔热套。
本发明至少具有如下有益效果:
本发明提供的碳化硅晶体的制造方法及装置,先在碳化硅籽晶的硅面偏轴生长碳化硅晶体,并得到预制晶体,然后通过切割选取预制晶体中质量较好的晶体,并得到优质籽晶,最后采用溶液生长法在优质籽晶的碳面生长碳化硅晶体,得到厚度较大且高质量的碳化硅晶体,使得得到的最终碳化硅晶体存在较少的微管,且能够大幅减少螺型位错和刃型位错,还能够减少基面位错,进而能够保证碳化硅器件的性能。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的碳化硅晶体的制造方法的流程图一;
图2是本发明实施例一提供的碳化硅籽晶的结构示意图;
图3是本发明实施例一提供的预制晶体的结构示意图;
图4是本发明实施例一提供的优质籽晶的结构示意图;
图5是本发明实施例一提供的最终碳化硅晶体的结构示意图;
图6是本发明实施例一提供的碳化硅晶体的制造方法的流程图二;
图7是本发明实施例二提供的碳化硅晶体的制造装置的示意图。
图中:
1、腔体;2、坩埚组件;21、外坩埚;22、内坩埚;23、坩埚托;3、坩埚组件;4、籽晶固定组件;41、籽晶杆;42、籽晶托;5、隔热套;100、助溶剂;
10、碳化硅籽晶;101、初始碳面;102、初始硅面;20、碳化硅晶体;201、混合晶体;202、过渡籽晶;30、优质籽晶;301、优质碳面;302、优质硅面;40、优质碳化硅晶体。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚,下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是,此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明,而非对本发明的限定。另外还需要说明的是,为了便于描述,附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。
在本发明的描述中,除非另有明确的规定和限定,术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触,也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本实施例的描述中,术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述和简化操作,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分,并没有特殊的含义。
实施例一
本实施例提供了一种碳化硅晶体的制造方法,用于制造碳化硅晶体,得到的碳化硅晶体存在较少的微管,且能够大幅减少螺型位错和刃型位错,还能够减少基面位错,进而能够保证碳化硅器件的性能。
如图1所示,碳化硅晶体的制造方法包括:
S10、采用溶液生长法在碳化硅籽晶10的硅面偏轴生长碳化硅晶体,得到预制晶体。
图2为本实施例提供的一种碳化硅籽晶10,如图2所示,碳化硅籽晶10具有相对的碳面和硅面,为了便于区分,本实施例将碳化硅籽晶10的碳面命名为初始碳面101,碳化硅籽晶10的硅面命名为初始硅面102。在步骤S10中,采用溶液生长法在初始硅面102生长碳化硅晶体,并得到如图3所示的预制晶体,其中,该预制晶体包括图2所示的碳化硅籽晶10及在其上生长的碳化硅晶体20。
需要说明的是,偏轴生长是指碳化硅籽晶10的生长面(即初始硅面102)与形成的碳化硅晶体的{0001}面具有夹角。由于该夹角的存在,使得随着碳化硅晶体生长过程的进行,碳化硅籽晶10中的螺型位错、刃型位错会转化为堆垛错误,并且逐渐生长至碳化硅晶体20之外,从而得到低螺型位错、低刃型位错的碳化硅晶体20。在一些实施例中,碳化硅晶体的{0001}面可以为碳化硅晶体C向{0001}。其中C表示碳。
溶液生长法能够降低得到的碳化硅晶体中含有较多微管的几率。可选地,溶液生长法具体步骤为:先将助熔剂置于坩埚中,并利用感应加热的方式熔化助熔剂,接下来,将碳化硅籽晶10置于助熔剂的液面,在一些实施例中,可以控制碳化硅籽晶10的底面与助熔剂的液面贴合。坩埚具体为石墨坩埚,助熔剂熔化后,石墨坩埚中的碳溶解到助溶剂中,由于碳化硅籽晶10处的过冷,碳在碳化硅籽晶10的固液界面上析出,并和助溶剂中的硅结合形成碳化硅晶体,也即是,碳化硅晶体在碳化硅籽晶10下方的固液界面处生长。需要说明的是,碳化硅晶体的生长在惰性气体气氛下的密闭腔室内进行,先对密闭腔室抽气,获得所需要的真空度,然后回填惰性气体至所需要的压力。示例地,腔室内的压力值为0.2-2个大气压。在生长过程中,控制坩埚进行旋转,碳化硅籽晶10一边旋转一边以很慢的速度向上提拉。
进一步地,助熔剂包括Si元素及钛Ti、铬Cr、钪Sc、镍Ni、铝Al、钴Co、锰Mn、镁Mg、锗Ge、砷As、硼P、氮N、氧O、硼B、镝Dy、钇Y、铌Nb、钕Nd、铁Fe中的一种或多种元素。
S20、对预制晶体进行切割,并得到优质籽晶30。
步骤S10得到的碳化硅晶体20中,存在缺陷转换部分和低螺型位错、低刃型位错的较高质量的晶体部分,因此,在步骤S20中,可以对碳化硅晶体20进行切割处理,以提取质量较好的晶体部分,本实施例中,将该质量较高的晶体部分称为优质籽晶30,该优质籽晶30作为后序碳化硅晶体生长的籽晶。
在步骤S20中,可以采用切割治具对预制晶体进行切割,为了进一步提高优质籽晶30的质量,切割得到的优质籽晶30的各部分厚度相同。
图4是本实施例提供的一种优质籽晶30的示意图,如图4所示,优质籽晶30具有碳面和硅面,为了便于区分,将优质籽晶30的碳面称为优质碳面301,将优质籽晶30的硅面称为优质硅面302。
S30、采用溶液生长法在优质籽晶30的碳面生长碳化硅晶体,得到最终碳化硅晶体。
在得到优质籽晶30后,再次采用溶液生长法在优质籽晶30的碳面(即优质碳面301)生长碳化硅晶体,为了便于区分,本实施例将步骤S30中生长的碳化硅晶体称为优质碳化硅晶体40,并得到更优质的最终碳化硅晶体。也即是,在步骤S30中,选择优质碳面301作为生长面。优质碳面301作为生长面一方面可以进一步减少基面位错,另一方面优质碳面301界面光滑,利于碳化硅晶体的长时间生长,因此可以得到厚度较大的高质量的晶体(即优质碳化硅晶体40)。图5是本实施例提供的一种最终碳化硅晶体的结构示意图,由图5中可以看出,最终碳化硅晶体的包括优质籽晶30及在其上生长的厚度较大的优质碳化硅晶体40。
本实施例提供的碳化硅晶体的制造方法,先在碳化硅籽晶10的硅面偏轴生长碳化硅晶体,并得到预制晶体,然后通过切割选取预制晶体中质量较好的晶体,并得到优质籽晶30,最后采用溶液生长法在所述优质籽晶30的碳面生长碳化硅晶体,得到厚度较大且高质量的碳化硅晶体,使得得到的最终碳化硅晶体存在较少的微管,且能够大幅减少螺型位错和刃型位错,还能够减少基面位错,进而能够保证碳化硅器件的性能。
可选地,如图6所示,上述步骤S20包括如下步骤:
S201、切割预制晶体的碳化硅晶体,得到过渡籽晶及混合晶体,混合晶体中的碳化硅晶体的高度大于或等于预设高度。
由于碳化硅晶体在生长时,先生长的部分不能降低基面位错,且碳化硅籽晶10的生长面粗糙,因此,靠近碳化硅籽晶10的一定厚度的碳化硅晶体存在缺陷,不利于后序长时间生长碳化硅晶体,因此,选取优质籽晶30时,需要选取超过该一定厚度的碳化硅晶体。为了便于描述,本实施例中,如图2所示,将靠近碳化硅籽晶10的一定厚度的碳化硅晶体称为缺陷转换部分或混合晶体201,将除去该缺陷转换部分或混合晶体的部分称为过渡籽晶202,过渡籽晶202为低螺型位错、低刃型位错的较高质量的晶体,利于后序碳化硅晶体的长时间生长。
需要说明的是,混合晶体201不包括碳化硅籽晶10,混合晶体201中的碳化硅晶体的高度大于或等于预设高度可以理解为混合晶体远离碳化硅籽晶10的表面与碳化硅籽晶10的生长面之间的距离,其中,预设高度在图3中用h表示。也即是,在碳化硅籽晶10上生长的碳化硅晶体的生长高度超过一定值h之后,螺型位错和刃型位错均已转化为堆垛错误并已经长出晶体之外。可以理解的是,在步骤S10中,碳化硅晶体的生长高度应超过h。
S202、对过渡籽晶进行研磨抛光处理,得到优质籽晶30。
为了进一步提高过渡籽晶的质量,可以对过渡籽晶进行研磨抛光处理,进而得到质量更好的优质籽晶30。
本实施例中,为了进一步提高碳化硅晶体的制造效率,在步骤S202中,将厚度较厚的过渡籽晶切片处理并得到多个较薄的过渡籽晶片,对每个过渡籽晶片进行研磨抛光处理,得到多个优质籽晶30。可见,在步骤S202中,能够一次性得到多个优质籽晶30,相较于一个一个的制造优质籽晶30,能够具有较高的效率,还能够降低成本。
相应地,在步骤S30包括:
S301、采用溶液生长法在多个优质籽晶30的碳面分别生长碳化硅晶体,得到多个最终碳化硅晶体。
在步骤S301中,能够得到多个大厚度、高质量的最终碳化硅晶体,进而能够满足了批量生产的需要。
可选地,本实施例中的预设高度的计算公式为:h=D×tan(θ),其中,h表示预设高度,D表示碳化硅籽晶10的直径,通常情况下,碳化硅籽晶10的直径等于在其上生长的碳化硅晶体的直径,因此,D也表示碳化硅晶体的直径。θ表示碳化硅籽晶10的生长面与形成的碳化硅晶体的{0001}面的夹角,该夹角由于偏轴生长产生。tan(θ)表示θ的正切值。本实施例中碳化硅籽晶10的生长面与形成的碳化硅晶体的{0001}面形成的夹角的角度位于2度~10度之间,也即是,2°<θ<10°
示例地,当D等于100毫米,即4英寸,θ=1°时,经过计算,得到h约为2毫米,也即是,生长2毫米后的晶体部分为低螺型位错、低刃型位错的较高质量的晶体。
本实施例提供的碳化硅晶体的制造方法,能够得到高质量、大厚度的碳化硅晶体,且能够大幅减少螺型位错和刃型位错,还能够减少基面位错,进而能够保证碳化硅器件的性能。
实施例二
本实施例提供了一种碳化硅晶体的制造装置,用于实施实施例一中的碳化硅晶体的制造方法,如图7所示,碳化硅晶体的制造装置包括腔室1、坩埚组件2、螺形感应线圈3及籽晶固定组件4。
其中,腔体1用于为碳化硅晶体的生长提供相对密封的空间。且腔室1具有至少一个抽气口,通过抽气口能对腔室1抽真空。在一些实施例中,抽气口与真空装置连接,使得真空装置能够通过抽气口对腔室1进行抽气,以将腔室1内的气压降低至所需的数值。需要说明的是,腔室1还连接至少一个真空计,真空计用于测量腔室1内的压力。本实施例中,腔体1还具有至少一个充气口,通过充气口可以向腔室1内充入空气、氮气、氩气、氦气或其他惰性气体,以使得碳化硅晶体能够在惰性气体环境下生长。
坩埚组件2设置于腔室1内,且坩埚组件2包括外坩埚21、内坩埚22及坩埚托23。其中,如图7所示,外坩埚21设于腔室1内,内坩埚22固设于外坩埚21内并与外坩埚21同轴心,坩埚托23的一端固接于外坩埚21,坩埚托23的另一端穿出腔室1,且坩埚托23能带动外坩埚21及内坩埚22旋转。在一些实施例中,坩埚托23能够在驱动机构的驱动下旋转,进而带动外坩埚21及内坩埚22旋转。需要说明的是,本实施例中的内坩埚22用于盛放助溶剂100,且内坩埚22为石墨坩埚,以使得石墨坩埚中的碳能够溶解在助溶剂100中。外坩埚21也可以为石墨坩埚。
上述螺形感应线圈3设于腔室1内,并用于对内坩埚22内的助溶剂100进行感应加热,使得内坩埚22中的助溶剂100熔融。螺形感应线圈3有多匝,围绕外坩埚21设置,以实现均匀加热。优选的,所述匝数为10-30匝。螺形感应线圈3的电流频率为1~100kHz,且螺形感应线圈3是中空结构的,能够通水冷却。螺形感应线圈3感应加热的原理可以参见现有技术,本实施例在此不做介绍。
籽晶固定组件4用于固定实施例一中步骤S10中的碳化硅籽晶及步骤S30中的优质籽晶。具体的,如图7所示,籽晶固定组件4的一端位于内坩埚22,籽晶固定组件4的另一端位于腔室1外。
本实施例提供的碳化硅晶体的制造装置,能够实现溶液生长法生长碳化硅晶体,具体地,在使用过程中,先将碳化硅籽晶固定在籽晶固定组件4上,然后将籽晶固定组件4伸入内坩埚22中,之后通过螺形感应线圈3对内坩埚22中的含有硅的助溶剂100进行加热,使得助溶剂100处于液态熔融状态,接下来,通过控制籽晶固定组件4,使得碳化硅籽晶的底面与助熔剂的液面贴合、平齐或具有一定的高度差(通常小于5毫米),内坩埚22中的碳溶解到助溶剂100中,由于碳化硅籽晶处的过冷,碳在碳化硅籽晶的固液界面上析出,并和助溶剂100中的硅结合形成碳化硅晶体,进而得到预制晶体。随后将预制晶体从腔室1中拿出,并进行切割处理,得到优质籽晶,之后,将优质籽晶固定在籽晶固定组件4上,重复上述动作以在优质籽晶上生长碳化硅晶体,得到最终碳化硅晶体。
可选地,请继续参见图7,籽晶固定组件4包括籽晶杆41及固接于籽晶杆41一端且位于内坩埚22中的籽晶托42。其中,籽晶杆41的另一端位于腔室1外,籽晶杆41能带动籽晶托42旋转,且籽晶托42的旋转方向与内坩埚22的旋转方向相反,以能够提高得到的碳化硅晶体的质量。籽晶托42用于固定碳化硅籽晶及优质籽晶。需要说明的是,籽晶杆41还能够带动籽晶托42靠近或远离助溶剂100移动。籽晶杆41能够带动籽晶托42远离助溶剂100移动,能够保证晶体的底面始终与助溶剂100的液面平齐,便于碳化硅晶体的析出。
如图7所示,碳化硅晶体的制造装置还包括隔热套5,外坩埚21设置于隔热套5内,螺形感应线圈3位于隔热套5外,坩埚托23及籽晶杆41分别穿设于隔热套5,隔热套5采用隔热材质制成,并用于外坩埚21的保温隔热。
以上实施方式只是阐述了本发明的基本原理和特性,本发明不受上述实施方式限制,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还有各种变化和改变,这些变化和改变都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种碳化硅晶体的制造方法,其特征在于,包括如下步骤:
S10、采用溶液生长法在碳化硅籽晶的硅面偏轴生长碳化硅晶体,得到预制晶体,所述偏轴生长是指所述碳化硅籽晶的生长面与形成的所述碳化硅晶体的{0001}面具有夹角;
S20、对所述预制晶体进行切割,并得到优质籽晶;
S30、采用溶液生长法在所述优质籽晶的碳面生长碳化硅晶体,得到最终碳化硅晶体。
2.根据权利要求1所述的碳化硅晶体的制造方法,其特征在于,步骤S20包括:
S201、切割所述预制晶体的碳化硅晶体,得到过渡籽晶及混合晶体,所述混合晶体中的所述碳化硅晶体的高度大于或等于预设高度;
S202、对所述过渡籽晶进行研磨抛光处理,得到所述优质籽晶。
3.根据权利要求2所述的碳化硅晶体的制造方法,其特征在于,在步骤S202中,将所述过渡籽晶切片处理并得到多个过渡籽晶片,对每个所述过渡籽晶片进行研磨抛光处理,得到多个所述优质籽晶;
在步骤S30中,采用溶液生长法在多个所述优质籽晶的碳面分别生长碳化硅晶体,得到多个最终碳化硅晶体。
4.根据权利要求2所述的碳化硅晶体的制造方法,其特征在于,所述预设高度的计算公式为:h=D×tan(θ),其中,h表示预设高度,D表示碳化硅籽晶的直径,θ表示所述碳化硅籽晶的生长面与形成的所述碳化硅晶体的{0001}面的夹角,tan(θ)表示θ的正切值。
5.根据权利要求1所述的碳化硅晶体的制造方法,其特征在于,所述碳化硅籽晶的生长面与形成的所述碳化硅晶体的{0001}面形成的所述夹角的角度位于2度~10度之间。
6.根据权利要求1所述的碳化硅晶体的制造方法,其特征在于,所述溶液生长法具体步骤为:将助熔剂置于坩埚中,利用感应加热的方式熔化所述助熔剂,将碳化硅籽晶置于所述助熔剂的液面,所述碳化硅晶体在所述碳化硅籽晶下方的固液界面处生长。
7.根据权利要求6所述的碳化硅晶体的制造方法,其特征在于,所述助熔剂包括Si元素及Ti、Cr、Sc、Ni、Al、Co、Mn、Mg、Ge、As、P、N、O、B、Dy、Y、Nb、Nd、Fe中的一种或多种元素。
8.一种碳化硅晶体的制造装置,用于实施权利要求1-7任一项所述的碳化硅晶体的制造方法,其特征在于,所述碳化硅晶体的制造装置包括:
腔室(1),所述腔室(1)具有至少一个抽气口,通过所述抽气口能对所述腔室(1)抽真空;
坩埚组件(2),包括外坩埚(21)、内坩埚(22)及坩埚托(23),所述外坩埚(21)设于所述腔室(1)内,所述内坩埚(22)设于所述外坩埚(21)内,所述坩埚托(23)固接于所述外坩埚(21),所述坩埚托(23)能带动所述外坩埚(21)及所述内坩埚(22)旋转,所述外坩埚(21)及所述内坩埚(22)均为石墨坩埚;
螺形感应线圈(3),设于所述腔室(1)内,并用于对所述内坩埚(22)内的助溶剂感应加热;
籽晶固定组件(4),所述籽晶固定组件(4)的一端位于所述内坩埚(22),所述籽晶固定组件(4)的另一端位于所述腔室(1)外,所述籽晶固定组件(4)用于固定碳化硅籽晶及优质籽晶。
9.根据权利要求8所述的碳化硅晶体的制造装置,其特征在于,所述籽晶固定组件(4)包括籽晶杆(41)及固接于所述籽晶杆(41)一端且位于内坩埚(22)的籽晶托(42),所述籽晶杆(41)的另一端位于所述腔室(1)外,所述籽晶杆(41)能带动所述籽晶托(42)旋转,且所述籽晶托(42)的旋转方向与所述内坩埚(22)的旋转方向相反,所述籽晶托(42)用于固定所述碳化硅籽晶及所述优质籽晶。
10.根据权利要求9所述的碳化硅晶体的制造装置,其特征在于,还包括隔热套(5),所述外坩埚(21)设置于所述隔热套(5)内,所述螺形感应线圈(3)位于所述隔热套(5)外,所述坩埚托(23)及所述籽晶杆(41)分别穿设于所述隔热套(5)。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202210100984.5A CN114481316A (zh) | 2022-01-27 | 2022-01-27 | 一种碳化硅晶体的制造方法及装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202210100984.5A CN114481316A (zh) | 2022-01-27 | 2022-01-27 | 一种碳化硅晶体的制造方法及装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN114481316A true CN114481316A (zh) | 2022-05-13 |
Family
ID=81477442
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202210100984.5A Pending CN114481316A (zh) | 2022-01-27 | 2022-01-27 | 一种碳化硅晶体的制造方法及装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN114481316A (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2024169045A1 (zh) * | 2023-02-14 | 2024-08-22 | 中国科学院物理研究所 | 用于制备3C-SiC单晶的方法 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104024492A (zh) * | 2011-12-02 | 2014-09-03 | 株式会社电装 | SiC单晶、SiC晶片以及半导体器件 |
CN104451885A (zh) * | 2014-12-24 | 2015-03-25 | 山东天岳晶体材料有限公司 | 一种碳化硅晶体生长方法和装置 |
WO2016133172A1 (ja) * | 2015-02-18 | 2016-08-25 | 新日鐵住金株式会社 | 炭化珪素単結晶インゴットの製造方法及び炭化珪素単結晶インゴット |
CN106400116A (zh) * | 2016-10-08 | 2017-02-15 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 高质量碳化硅晶体生长用斜籽晶托以及生长高质量碳化硅晶体的方法 |
CN111349971A (zh) * | 2020-03-30 | 2020-06-30 | 福建北电新材料科技有限公司 | 晶体原料盛载装置及晶体生长装置 |
-
2022
- 2022-01-27 CN CN202210100984.5A patent/CN114481316A/zh active Pending
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104024492A (zh) * | 2011-12-02 | 2014-09-03 | 株式会社电装 | SiC单晶、SiC晶片以及半导体器件 |
CN104451885A (zh) * | 2014-12-24 | 2015-03-25 | 山东天岳晶体材料有限公司 | 一种碳化硅晶体生长方法和装置 |
WO2016133172A1 (ja) * | 2015-02-18 | 2016-08-25 | 新日鐵住金株式会社 | 炭化珪素単結晶インゴットの製造方法及び炭化珪素単結晶インゴット |
CN106400116A (zh) * | 2016-10-08 | 2017-02-15 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 高质量碳化硅晶体生长用斜籽晶托以及生长高质量碳化硅晶体的方法 |
CN111349971A (zh) * | 2020-03-30 | 2020-06-30 | 福建北电新材料科技有限公司 | 晶体原料盛载装置及晶体生长装置 |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2024169045A1 (zh) * | 2023-02-14 | 2024-08-22 | 中国科学院物理研究所 | 用于制备3C-SiC单晶的方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN114395799A (zh) | 一种同时制造碳化硅单晶及碳化硅多晶的装置及方法 | |
CN107002281B (zh) | 碳化硅单晶的制造方法及碳化硅单晶基板 | |
KR101346415B1 (ko) | SiC 단결정막의 제조 방법 및 장치 | |
US20150361580A1 (en) | Device and method for producing multi silicon carbide crystals | |
US9388508B2 (en) | Manufacturing apparatus of SiC single crystal, jig for use in the manufacturing apparatus, and method for manufacturing SiC single crystal | |
WO2011062092A1 (ja) | 単結晶引き上げ装置 | |
WO2012063743A1 (ja) | n型SiC単結晶の製造方法 | |
CN113322510B (zh) | SiC单晶生长装置及液相外延SiC单晶生长方法 | |
CN115627522B (zh) | 一种提高晶体生长质量的方法 | |
CN111074340B (zh) | 一种碳化硅单晶、衬底及其制备方法 | |
WO2023143297A1 (zh) | 碳化硅多晶的制造装置及方法 | |
JP2018140884A (ja) | 単結晶製造装置及び単結晶製造方法 | |
CN111472044A (zh) | 一种高质量碳化硅单晶的制备方法及其装置 | |
CN114717651B (zh) | 一种碳化硅复合基板的制造方法及制造装置 | |
CN114481317A (zh) | 一种制造碳化硅晶体的装置及制造碳化硅晶体的方法 | |
CN114481316A (zh) | 一种碳化硅晶体的制造方法及装置 | |
CN112981532A (zh) | 一种pvt法生长碳化硅晶体的方法及装置 | |
JP2019156660A (ja) | 炭化珪素単結晶の製造方法 | |
WO2007148486A1 (ja) | 単結晶SiC及びその製造方法並びに単結晶SiCの製造装置 | |
CN116446046A (zh) | 一种热交换物理气相输运法生长碳化硅晶体的装置及方法 | |
CN219099384U (zh) | 一种碳化硅晶体生长装置 | |
JP2010173929A (ja) | サファイア単結晶引き上げ装置、サファイア単結晶製造用るつぼ、サファイア単結晶の製造方法 | |
US7455730B2 (en) | Method for growth of silicon carbide single crystal, silicon carbide seed crystal, and silicon carbide single crystal | |
EP3636806B1 (en) | Silicon based melting composition and manufacturing method for silicon carbide single crystal using the same | |
JP2012236755A (ja) | 再使用が可能なシリコン溶融用二重坩堝を備える単結晶シリコンインゴット成長装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20220513 |