CN115161762A - 一种利用锗硅碳三元合金固体生长碳化硅晶锭的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及碳化硅单晶生长技术领域，公开了一种利用锗硅碳三元合金固体生长碳化硅晶锭的方法，包括以下步骤：提供锗硅碳三元合金固体；基于PVT法将所述锗硅碳三元合金固体作为原料生长碳化硅晶体，从而得到掺锗的碳化硅晶锭。本发明通过将所述锗硅碳三元合金固体作为原料生长碳化硅晶体，使得最终可以获得掺杂锗元素均匀的碳化硅晶锭，有利于提高掺锗碳化硅产品的良率。
Description
技术领域
本发明涉及碳化硅单晶生长技术领域，具体为一种利用锗硅碳三元合金固体生长碳化硅晶锭的方法。
背景技术
在碳化硅晶圆中掺入锗元素具有可调节晶格参数，减少与外延层失配度，调节能带，减小接触电阻，控制晶型及点缺陷等优点，因此在碳化硅晶圆中掺锗有利于提高碳化硅的质量。
传统使用PVT法生长碳化硅晶体时，会在碳化硅粉源中加入锗元素粉源来达到在生长的碳化硅晶圆中掺入锗元素的目的，但是该传统方法有一个明显的缺点，就是锗元素粉源的升华温度明显低于碳化硅粉源的升华温度，因此掺锗只会发生在碳化硅晶体的生长初期，后面生长的碳化硅晶体都没有锗元素的掺杂，导致最终得到的碳化硅晶锭中掺锗元素的纵向浓度分布很不均匀。
发明内容
本发明的目的在于克服现有碳化硅晶锭中掺锗元素的纵向浓度分布很不均匀的问题，提供了一种利用锗硅碳三元合金固体生长碳化硅晶锭的方法。
为了实现上述目的，本发明提供一种利用锗硅碳三元合金固体生长碳化硅晶锭的方法，包括以下步骤：
提供锗硅碳三元合金固体；
基于PVT法将所述锗硅碳三元合金固体作为原料生长碳化硅晶体，从而得到掺锗的碳化硅晶锭。
作为一种可实施方式，所述锗硅碳三元合金固体通过Si、Ge、C三种元素混合烧制而成。
作为一种可实施方式，烧制锗硅碳三元合金固体的步骤包括：将碳粉、硅粉和锗粉混合均匀后形成混合粉末，压制混合粉末成一个粉饼；将混合粉饼放入反应炉，经过烧制，形成锗硅碳三元合金固体；其中，在烧制过程中，反应炉保持恒温恒压，反应时间为1-5个小时。
作为一种可实施方式，所述锗硅碳三元合金固体中Si、Ge、C的质量分数比是1：x：1-x；其中，0<x<0.3。
作为一种可实施方式，所述锗硅碳三元合金固体中Ge、C的质量分数比根据在PVT法中所使用的碳化硅籽晶的晶格常数进行确定，使得所述锗硅碳三元合金与所述碳化硅籽晶的晶格常数一致。
作为一种可实施方式，所述锗硅碳三元合金固体中Ge、C的质量分数比是1：0.7-1：2。
作为一种可实施方式，所述锗硅碳三元合金固体中Ge、C的质量分数比是1：1.4。
作为一种可实施方式，基于PVT法将所述锗硅碳三元合金固体作为原料生长碳化硅晶体，从而得到掺锗的碳化硅晶锭的步骤包括：提供坩埚和碳化硅籽晶；将所述锗硅碳三元合金固体作为原料放入坩埚内，并将所述碳化硅籽晶也放入坩埚内；将放有原料和碳化硅籽晶的坩埚放入PVT生长炉内并抽真空，再通入保护气体，设定温度以及压强后，所述锗硅碳三元合金固体升华并在所述碳化硅籽晶表面生成碳化硅晶体，从而得到掺锗的碳化硅晶锭。
作为一种可实施方式，将所述碳化硅籽晶放入坩埚内之前的步骤包括：采用RCA清洗方法对碳化硅籽晶进行清洗，再用HF溶液对碳化硅籽晶进行漂洗，以除去所述碳化硅籽晶表面的氧化层。
作为一种可实施方式，设定的所述压强为3个大气压，所述温度为2100-2600摄氏度。
本发明的有益效果：本发明公开了一种利用锗硅碳三元合金固体生长碳化硅晶锭的方法，包括以下步骤：提供锗硅碳三元合金固体；基于PVT法将所述锗硅碳三元合金固体作为原料生长碳化硅晶体，从而得到掺锗的碳化硅晶锭。通过将所述锗硅碳三元合金固体作为原料生长碳化硅晶体，使得最终可以获得掺杂锗元素均匀的碳化硅晶锭，有利于提高掺锗碳化硅产品的良率。
附图说明
图1为本发明实施例利用锗硅碳三元合金固体生长碳化硅晶锭的方法步骤示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1，本实施例提供一种技术方案：一种利用锗硅碳三元合金固体生长碳化硅晶锭的方法，包括以下步骤：
步骤S100，提供锗硅碳三元合金固体；
步骤S200，基于PVT法将所述锗硅碳三元合金固体作为原料生长碳化硅晶体，从而得到掺锗的碳化硅晶锭。
其中，所述锗硅碳三元合金固体通过Si、Ge、C三种元素混合烧制而成。
具体的，烧制锗硅碳三元合金固体的步骤包括：将碳粉、硅粉和锗粉混合均匀后形成混合粉末，压制混合粉末成一个粉饼；将混合粉饼放入反应炉，经过2300摄氏度的烧制，形成锗硅碳三元合金固体；其中，在烧制过程中，反应炉保持恒温恒压，反应时间为1-5个小时。
本实施例提出了一种利用锗硅碳三元合金即Si1－x－yGexCy给碳化硅晶锭掺锗元素的新方法，其中，所述锗硅碳三元合金的升华温度是一个固定的值，因此锗元素的供给是一直稳定持续的，不会出现开始锗元素很多而后面锗元素耗尽的问题，使得最终可以获得掺杂锗元素均匀的碳化硅晶锭，有利于提高掺锗碳化硅产品的良率。
而且，现有技术中得到的碳化硅晶锭的掺锗浓度是1017-1019atoms/cm3，但通过本实施例的方法得到的掺锗的碳化硅晶锭，可以提高掺锗浓度1到2个数量级，有利于碳化硅中掺锗的浓度提高和均匀化。
另外，由于C、Si、Ge的晶格常数依次增大，若在碳化硅籽晶上生长Si1－xGex外延层时，界面处存在压应变；若在碳化硅籽晶上生长Si1－yCy外延层时，界面处存在拉应变，而将C引入Si1－xGex外延层后，这两种具有相反作用的应变效应相互补偿，在宏观上使应变得以缓解，因此，本实施例通过将所述锗硅碳三元合金固体作为原料，使得生成的掺锗的碳化硅晶体存在的应力场较小，生长的掺锗碳化硅晶体质量好。
所述锗硅碳三元合金固体中Si、Ge、C的质量分数比是1：x：1-x；其中，0<x<0.3。
进一步的，所述锗硅碳三元合金固体中Ge、C的质量分数比根据在PVT法中所使用的碳化硅籽晶的晶格常数进行确定，使得所述锗硅碳三元合金与所述碳化硅籽晶的晶格常数一致，从根本上解决晶格失配的问题。
具体的，所述锗硅碳三元合金中存在以下的化学键：Si－Si、Si－Ge、Si－C、Ge－Ge键，其平均晶格常数遵循Vagard法则，因此可以通过调节Ge/C的比例就能使合金的晶格常数与碳化硅籽晶一致，从根本上解决晶格失配的问题，而具体比例根据实际所选用的碳化硅籽晶进行确定。
进一步的，所述锗硅碳三元合金固体中Ge、C的质量分数比是1：0.7-1：2，有利于提高生长的碳化硅晶体的抗辐照性能。
进一步的，为了同时达到晶格常数一致和提高抗辐照性能，可以设定所述锗硅碳三元合金固体中Ge、C的质量分数比是1：1.4。
在本实施例中，基于PVT法将所述锗硅碳三元合金固体作为原料生长碳化硅晶体，从而得到掺锗的碳化硅晶锭的步骤包括：提供坩埚和碳化硅籽晶；将所述锗硅碳三元合金固体作为原料放入坩埚内，并将所述碳化硅籽晶也放入坩埚内；将放有原料和碳化硅籽晶的坩埚放入PVT生长炉内并抽真空，再通入保护气体，设定温度以及压强后，所述锗硅碳三元合金固体升华并在所述碳化硅籽晶表面生成碳化硅晶体，从而得到掺锗的碳化硅晶锭。
其中，设定的所述压强为3个大气压，所述温度为2100-2600摄氏度。
而为了得到洁净的衬底表面，将所述碳化硅籽晶放入坩埚内之前的步骤包括：采用RCA清洗方法对碳化硅籽晶进行清洗，再用10％HF溶液对碳化硅籽晶进行漂洗，以除去所述碳化硅籽晶表面的氧化层。
本发明将制备得到的锗硅碳三元合金固体作为原料，可以获得掺杂锗元素均匀的碳化硅晶锭，有利于提高掺锗碳化硅产品的良率。
本发明虽然己以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (10)
1.一种利用锗硅碳三元合金固体生长碳化硅晶锭的方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供锗硅碳三元合金固体；
基于PVT法将所述锗硅碳三元合金固体作为原料生长碳化硅晶体，从而得到掺锗的碳化硅晶锭。
2.根据权利要求1所述的利用锗硅碳三元合金固体生长碳化硅晶锭的方法，其特征在于，所述锗硅碳三元合金固体通过Si、Ge、C三种元素混合烧制而成。
3.根据权利要求2所述的利用锗硅碳三元合金固体生长碳化硅晶锭的方法，其特征在于，烧制锗硅碳三元合金固体的步骤包括：将碳粉、硅粉和锗粉混合均匀后形成混合粉末，压制混合粉末成一个粉饼；将混合粉饼放入反应炉，经过烧制，形成锗硅碳三元合金固体；其中，在烧制过程中，反应炉保持恒温恒压，反应时间为1-5个小时。
4.根据权利要求1所述的利用锗硅碳三元合金固体生长碳化硅晶锭的方法，其特征在于，所述锗硅碳三元合金固体中Si、Ge、C的质量分数比是1：x：1-x；其中，0<x<0.3。
5.根据权利要求1所述的利用锗硅碳三元合金固体生长碳化硅晶锭的方法，其特征在于，所述锗硅碳三元合金固体中Ge、C的质量分数比根据在PVT法中所使用的碳化硅籽晶的晶格常数进行确定，使得所述锗硅碳三元合金与所述碳化硅籽晶的晶格常数一致。
6.根据权利要求1所述的利用锗硅碳三元合金固体生长碳化硅晶锭的方法，其特征在于，所述锗硅碳三元合金固体中Ge、C的质量分数比是1：0.7-1：2。
7.根据权利要求6所述的利用锗硅碳三元合金固体生长碳化硅晶锭的方法，其特征在于，所述锗硅碳三元合金固体中Ge、C的质量分数比是1：1.4。
8.根据权利要求1所述的利用锗硅碳三元合金固体生长碳化硅晶锭的方法，其特征在于，基于PVT法将所述锗硅碳三元合金固体作为原料生长碳化硅晶体，从而得到掺锗的碳化硅晶锭的步骤包括：提供坩埚和碳化硅籽晶；将所述锗硅碳三元合金固体作为原料放入坩埚内，并将所述碳化硅籽晶也放入坩埚内；将放有原料和碳化硅籽晶的坩埚放入PVT生长炉内并抽真空，再通入保护气体，设定温度以及压强后，所述锗硅碳三元合金固体升华并在所述碳化硅籽晶表面生成碳化硅晶体，从而得到掺锗的碳化硅晶锭。
9.根据权利要求8所述的利用锗硅碳三元合金固体生长碳化硅晶锭的方法，其特征在于，将所述碳化硅籽晶放入坩埚内之前的步骤包括：采用RCA清洗方法对碳化硅籽晶进行清洗，再用HF溶液对碳化硅籽晶进行漂洗，以除去所述碳化硅籽晶表面的氧化层。
10.根据权利要求8所述的利用锗硅碳三元合金固体生长碳化硅晶锭的方法，其特征在于，设定的所述压强为3个大气压，所述温度为2100-2600摄氏度。
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