本申請(qǐng)涉及第三代半導(dǎo)體材料n型碳化硅晶體制備，尤其涉及一種n型碳化硅晶體的制備方法和裝置。

背景技術(shù)：

1、碳化硅作為第三代半導(dǎo)體材料，與第一代和第二代半導(dǎo)體材料相比，具有更寬的禁帶寬度、更高的擊穿場(chǎng)強(qiáng)、更高的熱導(dǎo)率、更高的電子飽和率和更高的抗輻射能力，更適合制造高溫、高頻、大頻率和抗輻射器件，可廣泛應(yīng)用于高壓、高頻、高溫、高可靠性等領(lǐng)域，包括射頻通信、雷達(dá)、衛(wèi)星、電源管理、汽車電子、工業(yè)電力電子等。

2、碳化硅的制備方法主要為物理氣相傳輸法(pvt)、液相法(lpe)、高溫化學(xué)氣相沉積(htcvd)等，其中最成熟、最常用的方法為pvt，在典型的pvt制備碳化硅工藝中，坩堝由石墨制成，通過(guò)感應(yīng)或電阻加熱，放置適當(dāng)?shù)木€圈和保溫材料來(lái)建立和控制所需的溫度梯度。原料粉末是碳化硅，籽晶也是碳化硅。碳化硅粉料垂直放置在籽晶下部，隨著溫度的升高，碳化硅粉料升華，氣相組分在籽晶處凝結(jié)，最終長(zhǎng)成碳化硅晶體。cn214300468u公布了一種碳化硅單晶生長(zhǎng)用坩堝與裝置，在坩堝側(cè)壁設(shè)為透氣性石墨材料，通過(guò)向坩堝側(cè)壁滲透氮?dú)?，提高了大尺寸n型碳化硅單晶摻氮穩(wěn)定性以及電阻率的均勻性。

3、目前n型sic單晶的現(xiàn)有生長(zhǎng)技術(shù)中，主要是通過(guò)向生長(zhǎng)爐內(nèi)通入一定比例的高純氬氣和氮?dú)?，氬氣主要作為載流氣體而氮?dú)庾鳛閾诫sn元素的來(lái)源氣體，來(lái)實(shí)現(xiàn)sic單晶生長(zhǎng)過(guò)程中的氮摻雜。眾所周知，氮?dú)夥肿邮且环N高度穩(wěn)定的分子，其電離主要發(fā)生在高溫和高能量的環(huán)境下。氮元素?fù)诫s進(jìn)入sic單晶，需要氮?dú)庀入婋x成氮原子或氮離子，再吸附進(jìn)入sic晶格。生長(zhǎng)爐內(nèi)氮?dú)獾碾婋x主要依靠的是sic晶體生長(zhǎng)界面的高溫提供能量。這就導(dǎo)致因sic晶體生長(zhǎng)界面存在溫差，而使氮?dú)獾碾婋x和吸附存在差異，進(jìn)而導(dǎo)致sic晶體內(nèi)部氮元素?fù)诫s的不均勻，直接影響sic晶體的電阻率均勻性。

4、因此，提供一種可以提升n型碳化硅晶體的電阻率均勻性的制備方法，是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环Nn型碳化硅晶體的制備方法，將氮等離子體通入sic單晶生長(zhǎng)爐中，進(jìn)行碳化硅的生長(zhǎng)，可顯著促進(jìn)氮源在sic生長(zhǎng)界面的電離和吸附過(guò)程，降低因sic生長(zhǎng)界面溫差效應(yīng)造成的氮源的電離和吸附差異，從而有效改善sic晶體中n摻雜的均勻性，制備出電阻率均勻的sic晶體。

2、本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环Nn型碳化硅晶體的制備方法，包括：

3、碳化硅原料和籽晶在通入惰性氣體和包括氮等離子體的氮摻雜源氣體的條件下進(jìn)行生長(zhǎng)，得到n型碳化硅晶體。

4、在一些具體的實(shí)現(xiàn)方式中，所述包括氮等離子體的氮摻雜源氣體按照以下方法得到：

5、對(duì)氮摻雜源氣體進(jìn)行電離；所述氮摻雜源氣體包括氮?dú)狻?/p>

6、在一些具體的實(shí)現(xiàn)方式中，所述電離的電壓頻率為500hz至1500hz；所述電離的電壓為10kv至40kv；所述電離的壓強(qiáng)為100pa至1000pa。

7、在一些具體的實(shí)現(xiàn)方式中，所述包括氮等離子體的氮摻雜源氣體的流量為10sccm至50sccm。

8、在一些具體的實(shí)現(xiàn)方式中，所述生長(zhǎng)的溫度為2250℃至2450℃；所述生長(zhǎng)的壓強(qiáng)為100pa至1000pa；所述生長(zhǎng)的時(shí)間為80小時(shí)至160小時(shí)。

9、在一些具體的實(shí)現(xiàn)方式中，所述惰性氣體包括氬氣；所述惰性氣體的流量為20sccm至200sccm。

10、本申請(qǐng)還提供一種制備n型碳化硅晶體的裝置，包括：生長(zhǎng)爐，與所述生長(zhǎng)爐氣體入口相連通的等離子體發(fā)生裝置。

11、在一些具體的實(shí)現(xiàn)方式中，所述等離子體發(fā)生裝置包括電離裝置。

12、在一些具體的實(shí)現(xiàn)方式中，所述生長(zhǎng)爐內(nèi)設(shè)有加熱裝置；所述加熱裝置內(nèi)設(shè)有生長(zhǎng)裝置；所述加熱裝置的外表面設(shè)有保溫層。

13、在一些具體的實(shí)現(xiàn)方式中，所述生長(zhǎng)爐氣體入口通過(guò)通氣管與加熱裝置相連通。

14、本申請(qǐng)將包括氮等離子體的氮摻雜源氣體用于碳化硅的摻雜，直接提升了摻雜源氮離子的濃度；同時(shí)也使氮摻雜源氣體具有了較高的初始能量，顯著提升了sic生長(zhǎng)爐腔內(nèi)摻雜源氮離子的有效濃度，降低因sic生長(zhǎng)界面溫差效應(yīng)造成的氮離子的電離和吸附差異，有利于提高sic生長(zhǎng)界面的自由氮原子或氮離子濃度分布的均勻性，進(jìn)而提高n元素?fù)诫s的均勻性。

技術(shù)特征：

1.一種n型碳化硅晶體的制備方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述包括氮等離子體的氮摻雜源氣體按照以下方法得到：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述電離的電壓頻率為500hz至1500hz；所述電離的電壓為10kv至40kv；所述電離的壓強(qiáng)為100pa至1000pa。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述包括氮等離子體的氮摻雜源氣體的流量為10sccm至50sccm。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述生長(zhǎng)的溫度為2250℃至2450℃；所述生長(zhǎng)的壓強(qiáng)為100pa至1000pa；所述生長(zhǎng)的時(shí)間為80小時(shí)至160小時(shí)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述惰性氣體包括氬氣；所述惰性氣體的流量為20sccm至200sccm。

7.一種制備n型碳化硅晶體的裝置，其特征在于，包括：生長(zhǎng)爐，與所述生長(zhǎng)爐氣體入口相連通的等離子體發(fā)生裝置。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述等離子體發(fā)生裝置包括電離裝置。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述生長(zhǎng)爐內(nèi)設(shè)有加熱裝置；所述加熱裝置內(nèi)設(shè)有生長(zhǎng)裝置；所述加熱裝置的外表面設(shè)有保溫層。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述生長(zhǎng)爐氣體入口通過(guò)通氣管與加熱裝置相連通。

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)公開(kāi)了一種N型碳化硅晶體的制備方法，包括：碳化硅原料和籽晶在通入惰性氣體和包括氮等離子體的氮摻雜源氣體的條件下進(jìn)行生長(zhǎng)，得到N型碳化硅晶體。本申請(qǐng)將包括氮等離子體的氮摻雜源氣體用于碳化硅的摻雜，直接提升了摻雜源氮離子的濃度；同時(shí)也使氮摻雜源氣體具有了較高的初始能量，顯著提升了SiC生長(zhǎng)爐腔內(nèi)摻雜源氮離子的有效濃度，降低因SiC生長(zhǎng)界面溫差效應(yīng)造成的氮離子的電離和吸附差異，有利于提高SiC生長(zhǎng)界面的自由氮原子或氮離子濃度分布的均勻性，進(jìn)而提高N元素?fù)诫s的均勻性。

技術(shù)研發(fā)人員：武賀,婁艷芳,張雪霞,劉春俊,彭同華,楊建
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京天科合達(dá)半導(dǎo)體股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15