技術領域

本發明涉及碳化硅晶體的制備，具體涉及一種碳化硅晶體高溫退火處理方法。

背景技術

以碳化硅（SiC）為代表的寬禁帶半導體材料，是繼以硅和砷化鎵為代表的第一代、第二代半導體材料之后迅速發展起來的新型半導體材料。碳化硅材料具有它所特有的寬帶隙、高熱導率、高臨界擊穿電場、高載流子飽和漂移等特點，獨特的物理性質使得碳化硅基半導體器件具有眾多優良的特性，如高功率密度、耐高溫、抗輻射及高功率和截止頻率等，其微波功率器件、電力電子器件、光電子器件已在空間通訊、雷達、艦船、半導體照明燈多個領域展現出巨大的應用價值。

目前碳化硅晶體多數采用物理氣相傳輸法制備，由于在生長過程中熱場環境帶來的溫度梯度變化，使得所得碳化硅晶體內部存在了較大的熱應力，而在接下來的晶體滾圓、切割、研磨等加工過程中，晶片容易出現翹曲，嚴重時發生開裂。同時熱處理過程中晶體易受到雜質污染和表面損傷。

發明內容

鑒于上述現有技術存在的問題和缺陷，本發明提供一種碳化硅晶體高溫退火處理方法。

由于碳化硅單晶生長的非均勻熱場，造成生長晶體內部較大的剪切應力，而且高溫引發晶體生長面附近較大熱應變，受到邊界約束的制約，隨著晶體生長，熱應力會不斷積聚從而進一步加大，當超過臨界值時會發生位錯或開裂，通過晶錠在均勻熱場中的退火處理，去除邊界約束，使熱應力得到充分釋放。同時，在高溫環境下，碳化硅容易發生分解升華：SiC(s)→Si(g)+C(s)，經分析及實驗證明：通過增加碳化硅粉料，可有效避免晶體表面腐蝕損傷。本發明采用了高溫退火的方法，降低了碳化硅晶體內部的熱應力，而且解決了熱處理過程中帶來的雜質污染和晶體損傷問題。

????本發明采取的技術方案是：一種碳化硅晶體高溫退火處理方法，其特征在于，包括如下步驟：

????（1）.在退火石墨坩堝底部均勻放入20~50g碳化硅粉料，以防止在高溫階段中碳化硅晶體表面的反向升華，將碳化硅晶體放置在退火石墨坩堝內，裝配好石墨坩堝，并放置在晶體退火爐內的線圈中心部位；

（2）.晶體退火爐密閉后進行抽真空處理，至真空度小于5×10^-5mbar，升溫至1000~1100℃，升溫時間30min；待真空度小于2×10^-5mbar后，充入Ar氣至壓力500~800mbar；

（3）.升溫至1800~2400℃，升溫時間3h，持續充入Ar氣，流量為30~60ml/min，控制壓力在100~300mbar，保溫時間5~10h，然后以10℃/min緩慢降至室溫后取出碳化硅晶體。

本發明所產生的有益效果是：采用本方法解決了碳化硅晶體內部存在的較大熱應力問題，避免了加工時晶片的翹曲或開裂。對退火石墨坩堝結構進行優化設計，晶體放置于坩堝中心部位，避免高溫下晶體內部出現較大溫度梯度，并且托起晶體使之不與坩堝及其它晶體接觸，以保證熱應力的充分釋放。此外，本方法通過加入純化處理工藝及增加碳化硅源粉，用以解決熱處理過程中帶來的雜質污染和晶體損傷問題。

附圖說明

圖1是高溫退火石墨坩堝結構示意圖。

具體實施方式

以下結合附圖和實施例對本發明作進一步說明：

為了達到系統高純度要求，本方法采取重復充抽高純Ar氣，將步驟（2）中的待真空度小于2×10^-5mbar后，充入Ar氣至壓力500~800mbar的步驟重復進行1至4次。經過系統純化可有效降低系統內部雜質，避免污染晶體。

本方法采用的碳化硅粉料純度≥99.9%。

參照圖1，退火石墨坩堝采用密度≥1.7g/cm³的石墨制成，在內壁中部兩側對應設有支架1。將碳化硅晶體2水平放置在退火石墨坩堝中部位置，放入退火石墨坩堝中的碳化硅晶體數量最多為3個，保證碳化硅晶體之間以及碳化硅晶體與退火石墨坩堝之間不接觸。放入退火石墨坩堝底部的碳化硅粉料量則根據坩堝尺寸大小及碳化硅晶體數量決定。

實施例1：

碳化硅晶體規格：直徑82mm，高度20~30mm，On-axis，高純半絕緣；退火石墨坩堝內徑90mm，高度205mm；退火爐為高頻感應加熱爐。其處理步驟如下：

（A）采用本發明涉及的高密度退火石墨坩堝，在退火石墨坩堝底部均勻放入40g碳化硅粉料3（純度≥99.9%），將三個碳化硅晶體2水平放置在退火石墨坩堝中部位置的支架1上；?