一种碳化硅长晶原料的装填方法与流程

本发明涉及碳化硅单晶材料，尤其涉及一种碳化硅长晶原料的装填方法。

背景技术：

1、碳化硅是第三代半导体最具代表性的单晶化合物，因其在高温、高频、大功率电子器件中的巨大应用优势，近年来受到越来越多的关注，尤其是在射频、新能源汽车等领域的应用规模越来越大。

2、目前普遍采用的碳化硅单晶生长方法是物理气相传输法（pvt），具体的生长过程是：在坩埚的底部装填碳化硅原料，坩埚顶部固定有籽晶，在真空环境下通过感应加热的方式进行升温，调节线圈位置和功率，使原料处于高温区，籽晶位于低温区，在2200℃以上的高温下，碳化硅原料开始升华并向上输运，升华过程中的气相组分包含si、sic2、si2c等反应气体，最后在籽晶表面沉积形成单晶。

3、现有pvt法生长碳化硅单晶的技术中，每炉装填的原料基本都只有一种粒径规格。由于坩埚边缘温度比中心高，位于边缘的碳化硅原料升华速率比较快，而且在径向温度梯度的作用下气体容易在中心低温区的料面上沉积使原料表面固化结晶，更不利于中心原料的升华，导致长晶前后期的气相组分比例严重失衡，对晶体质量产生很大影响。另外，由于原料中的硅组分优先分解，尤其是坩埚底部和内壁附近粉料会优先分解，原料迅速石墨化，气相组分也会出现si与c比例失衡。原料石墨化后所产生的碳颗粒会随着气流被带到晶体表面形成碳包裹，碳包裹的形成会直接导致晶体质量的下降。因此，优化气相组分中的硅碳比，抑制原料碳化后的碳颗粒，避免其输运到晶体表面，对于生长高质量碳化硅晶体是至关重要的。

技术实现思路

1、本发明公开了，以解决上述背景技术中提出的：现有的pvt法生长碳化硅单晶生长中因为原料升华速率不一致、气相组分比例不均匀造成的碳化硅晶体良品率低的问题。

2、为解决上述技术问题，现提出以下技术方案：

3、一种碳化硅长晶原料的装填方法，其特征在于，包括以下步骤：

4、s1：在坩埚的装填腔中心装填第一碳化硅长晶原料；

5、s2：将第二碳化硅长晶原料装填于坩埚装填腔的四周和第一碳化硅长晶原料的上层；

6、s3：在第一碳化硅长晶原料中心放入硅粉。

7、优选地，在步骤s1中，先在坩埚中放入第一石墨筒，使第一石墨筒的轴线与坩埚的轴线同轴，在第一石墨筒内铺设第一碳化硅长晶原料。

8、优选地，在步骤s2中，当第一碳化硅长晶原料铺设完成后，在坩埚内壁与第一石墨筒之间装填第二碳化硅长晶原料，当第二碳化硅长晶原料的高度与第一碳化硅长晶原料的高度相同时，取出第一石墨筒，继续将第二碳化硅长晶原料铺设于第一碳化硅长晶原料的上方。

9、优选地，在步骤s3中，当第一碳化硅长晶原料铺设1/2时，在第一石墨筒中心放置第二石墨筒，在第二石墨筒中铺设硅粉，随后继续在第二石墨筒与第一石墨筒之间铺设第一碳化硅长晶原料，当后续第一碳化硅长晶原料铺设至硅粉的相同高度，取出第二石墨筒，继续将第一碳化硅长晶原料铺设至硅粉上方。

10、优选地，第一碳化硅长晶原料的粒径小于第二碳化硅长晶原料的粒径。

11、优选地，第一碳化硅长晶原料的粒径为100-500微米，第二碳化硅长晶原料的粒径为1-3毫米。

12、优选地，第一石墨筒的外径为坩埚内径的1/3，第二石墨筒的外径为坩埚内径的1/5。

13、优选地，第一碳化硅长晶原料的装填高度占总原料装填高度的3/4。

14、本发明的有益效果：本案提供一种碳化硅长晶原料的装填方法，其特征在于，包括以下步骤：s1：在坩埚的装填腔中心装填第一碳化硅长晶原料；s2：将第二碳化硅长晶原料装填于坩埚装填腔的四周和第一碳化硅长晶原料的上层；s3：在第一碳化硅长晶原料中心放入硅粉。该方案有效降低了晶体生长过程中原料升华速率不一致、边缘原料中硅组分流失造成的碳化严重、长晶后期碳硅比过高等对碳化硅单晶生长的不良影响，而且能减少碳包裹缺陷，对晶体品质有大大提升。

技术特征：

1.一种碳化硅长晶原料的装填方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1的一种碳化硅长晶原料的装填方法，其特征在于：在步骤s1中，先在坩埚中放入第一石墨筒，使第一石墨筒的轴线与坩埚的轴线同轴，在第一石墨筒内铺设第一碳化硅长晶原料。

3.根据权利要求1的一种碳化硅长晶原料的装填方法，其特征在于：在步骤s2中，当第一碳化硅长晶原料铺设完成后，在坩埚内壁与第一石墨筒之间装填第二碳化硅长晶原料，当第二碳化硅长晶原料的高度与第一碳化硅长晶原料的高度相同时，取出第一石墨筒，继续将第二碳化硅长晶原料铺设于第一碳化硅长晶原料的上方。

4.根据权利要求2的一种碳化硅长晶原料的装填方法，其特征在于：在步骤s3中，当第一碳化硅长晶原料铺设1/2时，在第一石墨筒中心放置第二石墨筒，在第二石墨筒中铺设硅粉，随后继续在第二石墨筒与第一石墨筒之间铺设第一碳化硅长晶原料，当后续第一碳化硅长晶原料铺设至硅粉的相同高度，取出第二石墨筒，继续将第一碳化硅长晶原料铺设至硅粉上方。

5.根据权利要求1的一种碳化硅长晶原料的装填方法，其特征在于：第一碳化硅长晶原料的粒径小于第二碳化硅长晶原料的粒径。

6.根据权利要求5的一种碳化硅长晶原料的装填方法，其特征在于：第一碳化硅长晶原料的粒径为100-500微米，第二碳化硅长晶原料的粒径为1-3毫米。

7.根据权利要求4的一种碳化硅长晶原料的装填方法，其特征在于：第一石墨筒的外径为坩埚内径的1/3，第二石墨筒的外径为坩埚内径的1/5。

8.根据权利要求1的一种碳化硅长晶原料的装填方法，其特征在于：第一碳化硅长晶原料的装填高度占总原料装填高度的3/4。

技术总结本案提供一种碳化硅长晶原料的装填方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：在坩埚的装填腔中心装填第一碳化硅长晶原料；S2：将第二碳化硅长晶原料装填于坩埚装填腔的四周和第一碳化硅长晶原料的上层；S3：在第一碳化硅长晶原料中心放入硅粉。该方法有效降低了晶体生长过程中原料升华速率不一致、边缘原料中硅组分流失造成的碳化严重、长晶后期碳硅比过高等对碳化硅单晶生长的不良影响，而且能减少碳包裹缺陷，对晶体品质有大大提升。技术研发人员：姚永兴,周林受保护的技术使用者：深圳市国碳半导体科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/5