含氮的碳化硅粉料的制备方法及碳化硅晶体的生长方法与流程

本申请属于碳化硅晶体制备，具体涉及一种含氮的碳化硅粉料的制备方法及碳化硅晶体的生长方法。

背景技术：

1、随着第三代半导体材料使用领域的扩大，碳化硅单晶材料作为第三代半导体的代表材料，因其具有禁带宽度大、热导率高、饱和电子漂移速率高和击穿场强高等性质，在多个领域具有广阔的应用前景，尤其是在电动汽车(xev)、轨道交通(rail)和电机驱动(motordriving)领域增长迅速，占比逐渐扩大。目前随着碳化硅(sic)市场的不断扩展，对sic衬底需求急剧增大，但市场占比上，全球市场国内仅占比约3％；sic器件的技术难点与成本分布主要在衬底与外延部分，成本占比超过50％；sic衬底主要体现在sic单晶产出合格率较低，其中的缺陷原因就是氮掺杂浓度不均匀引起的微管等缺陷。n型4h-sic在半导体照明与电力电子器件方面主要作为衬底材料应用，衬底材料的电阻率大小以及均匀性对器件的性能有重要影响。

2、当前，行业内碳化硅晶体生长采用的方法是物理气相传输(pvt)法，例如，采用中频感应加热，碳化硅原料放置在石墨坩埚底部，碳化硅籽晶处于石墨坩埚顶部，通过调节保温进行调节温度梯度，使得碳化硅原料处温度较高，而籽晶处温度较低；处于高温处的碳化硅原料升华分解成气相物质，这些气相物质传输到温度较低的籽晶处，结晶生成碳化硅晶体。其中，n型4h-sic是通过通入氮气方式获得，以氩气为载气，通入氮气方式进行。

3、基于目前的碳化硅晶体生长普遍采用pvt法生长，碳化硅粉料受热升华，各种气相组分通过质量传输形式至籽晶上结晶进行生长，为了得到有效的导电性能，在生长过程中充氮生长，尤其是为了制备n型导电碳化硅晶片，在生长时需要通入氮气，让它产生的一部分电子中和掉硼、铝产生的空穴(即补偿)，另外的游离电子使碳化硅表现为n型导电。目前，经过理论和实践得出微凸界面晶体的质量更好，因此碳化硅晶体生长过程中一般为了得到微凸界面晶体，需要使晶体产生径向温梯，即中心温度低，周边温度高；但是现有技术为获得此径向温梯是采用感应线圈对石墨坩埚进行感应发热，利用石墨中心和边缘距离感应线圈距离的原因，产生径向温梯，即中心温度低，周边温度高。然而，随着周边生长温度的升高会导致晶体表面碳化硅组分中的si升华，余下c组分，氮在晶体表面结合减少，电阻率升高。这样导致中心区域电阻率与边缘电阻率差值△ρ逐渐增大，因此晶体的电阻率均匀性变差，引起缺陷问题，如多晶、微管、六方等缺陷，严重降低了产出效率。

技术实现思路

1、本申请实施例的目的是提供一种含氮的碳化硅粉料的制备方法及碳化硅晶体的生长方法，至少能够解决当前碳化硅晶体电阻率均匀性较差引起缺陷的问题。

2、为了解决上述技术问题，本申请是这样实现的：

3、本申请实施例提供了一种含氮的碳化硅粉料的制备方法，所述含氮的碳化硅粉料应用于碳化硅晶体生长，所述制备方法包括：

4、将硅原料和碳原料按预设摩尔比充分混合，得到混合物原料；

5、将放置有所述混合物原料的加热容器置于反应设备中；

6、对所述反应设备抽真空，加热；

7、向所述反应设备内通入保护气体以及氮气，继续加热升高所述反应设备内的温度，使所述碳原料和所述硅原料发生反应，降温，得到所述含氮的碳化硅粉料。

8、本申请实施例还提供了一种碳化硅晶体的生长方法，所述生长方法包括：将采用上述含氮碳的化硅粉料的制备方法制备所得的含氮的碳化硅粉料置于加热容器中并加热，使所述加热容器内的所述含氮的碳化硅粉料升华后在所述加热容器顶部的碳化硅籽晶处结晶，得到碳化硅晶体。

9、本申请实施例中，通过采用含氮的碳化硅粉料的制备方法制备出一种含氮量相对较高的含氮的碳化硅粉料，将该种含氮的碳化硅粉料应用至碳化硅晶体的生长过程中，相比于普通的碳化硅粉料，在晶体生成过程中，可以保证晶体表面的氮组分充足，从而可以缓解外侧区域处由于氮组分在晶体表面结合减少而导致晶体外侧区域升高的问题。

10、另外，本申请实施例中的碳化硅晶体的生长方法，采用更适宜n型碳化硅晶体生长的含氮量较高的含氮的碳化硅粉料，使得在加热过程中，随着温度的升高，尽管晶体表面碳化硅组分中硅组分升华而余下碳组分，使氮在晶体表面结合减少，但由于含氮的碳化硅粉料的含氮量相对较高，从而可以保证晶体表面的氮组分充足，进而可以缓解由于氮在晶体表面结合减少而导致电阻率升高的问题，使得晶体的电阻率差值相对较小，因此可以保证晶体电阻率均匀性，以缓解引起缺陷问题。

技术特征：

1.一种含氮的碳化硅粉料的制备方法，所述含氮的碳化硅粉料应用于碳化硅晶体生长，其特征在于，所述制备方法包括：

2.根据权利要求1所述的含氮的碳化硅粉料的制备方法，其特征在于，所述氮气的流量范围为10sccm～50sccm；

3.根据权利要求1所述的含氮的碳化硅粉料的制备方法，其特征在于，所述硅原料采用硅粉，所述碳原料采用碳粉，所述硅粉与所述碳粉的摩尔比的范围为0.9:1～1.1:1。

4.根据权利要求1所述的含氮的碳化硅粉料的制备方法，其特征在于，对所述反应设备抽真空至所述反应设备内的真空度低于1×10-4pa，加热使所述反应设备内的温度升高至第一温度；

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的含氮的碳化硅粉料的制备方法，其特征在于，

6.一种碳化硅晶体的生长方法，其特征在于，所述生长方法包括：将采用权利要求1至5中任意一项所述的含氮的碳化硅粉料的制备方法制备所得的含氮的碳化硅粉料置于加热容器中并加热，使所述加热容器内的所述含氮的碳化硅粉料升华后在所述加热容器顶部的碳化硅籽晶处结晶，得到碳化硅晶体。

7.根据权利要求6所述的碳化硅晶体的生长方法，其特征在于，所述生长方法还包括：

8.根据权利要求7所述的碳化硅晶体的生长方法，其特征在于，所述石墨环具有中部通孔区域和外缘区域，所述中部通孔区域的直径与所述第二装填区的直径相适应，所述外缘区域的外径与所述第一装填区的外径相适应。

9.根据权利要求8所述的碳化硅晶体的生长方法，其特征在于，所述外缘区域设有多个通气孔；

10.根据权利要求7所述的碳化硅晶体的生长方法，其特征在于，所述第二含氮量为零。

技术总结本申请公开了一种含氮的碳化硅粉料的制备方法及碳化硅晶体的生长方法，涉及碳化硅晶体制备领域。一种含氮的碳化硅粉料的制备方法包括：将硅原料和碳原料按预设摩尔比充分混合，得到混合物原料；将放置有混合物原料的加热容器置于反应设备中；对反应设备抽真空，加热；向反应设备内通入保护气体以及氮气，继续加热升高反应设备内的温度，使碳原料和硅原料发生反应，降温，得到含氮的碳化硅粉料。一种碳化硅晶体的生长方法包括：将上述含氮的碳化硅粉料置于加热容器中并加热，加热容器内的含氮的碳化硅粉料升华后在加热容器顶部的碳化硅籽晶处结晶，得到碳化硅晶体。本申请能够解决碳化硅晶体电阻率均匀性较差引起缺陷的问题。技术研发人员：焦芳,张磊,吴周礼,刘广政,杨牧龙受保护的技术使用者：北京北方华创微电子装备有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/29