用于碳化硅晶体高速生长的原料及碳化硅晶体的生长方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于碳化硅晶体高速生长的原料及碳化硅晶体的生长方法，属于半导体技术领域。
【背景技术】
[0002]碳化硅单晶具有禁带宽度大、击穿电场高、热导率大和介电常数小及物理和化学性能稳定等独特的特性，被认为是制造光电子器件、高频大功率器件等理想的半导体材料。
[0003]以往，作为碳化硅晶体的制造方法，一般通过在高温条件下使原料碳化硅粉末进行升华再结晶，在碳化硅籽晶上生长而形成碳化硅的单晶体或多晶体。众所周知，作为原料的碳化硅粉末对于升华与结晶的速度有着及其重要的地位。而为了在单晶生长条件下维持速度快且稳定的升华速度和再现性，大多通过采用微颗粒形状规则、大小均一，且形状和大小均分布集中的微粉末作为相应的原料。一般普通的方式为了获得更大的比表面积，大多会采用粒径细小的碳化硅粉末，然而，现有技术中存在的技术偏见是认为由于采用越细小、形状规则的碳化硅粒子的话，堆积在一起的密度就会变的越高，从而使表面以下的碳化硅粉末难以升华，并不能从本质上提高升华的速度和效率。因此，大多采用形状相对较完整的碳化硅粒子作为原料，一般采用lOOymm以上的碳化硅粒子，即使选用较细的碳化硅粒子也需要预先经过二次加工烧制成粒径在100μ_以上的粒子，另一方面原因，现在技术中还存在一定的偏见，认为碳化娃粒子的粒径过小，使碳化娃粉体的强度变低，无法维持粒子的形态，从而影响升华的速度。虽然，采用较小粒径的碳化硅粒子一定程度上提高了比表面积，但是，随着升华过程的进行，堆积在一起的密度会变的越高，从而使表面以下的碳化硅粉末难以升华，并不能从本质上提高升华的速度和效率。
【发明内容】
[0004]本发明针对以上现有技术中存在的缺陷，提供一种用于碳化硅晶体高速生长的原料，解决的问题是如何提高升华速度和效率，使用升华法来使碳化硅晶体能够高速生长。
[0005]本发明的目的之一是通过以下技术方案得以实现的，一种用于碳化硅晶体高速生长的原料，该原料含有碳化硅粒子，且所述碳化硅粒子的平均粒径小于5μπι。
[0006]本发明用于碳化硅晶体高速生长的原料，通过采用平均粒径小于5μπι的碳化硅粒子目的是为了使原料碳化硅粒子能够便于在通入气体时悬浮起来，从而在整体升华过程中，不会出现堆积密度过大而使升华速度和效率降低的问题，而如果粒径过大，则在生长过程中需通入较高气压或较大流量的气体，而由于流量过大，容易使坩祸上部的气态碳化硅被大量带出坩祸，反而会影响升华的速度和效率，不利于碳化硅晶体的高速生长。当然，上述所说的碳化硅晶体可以是碳化硅单晶，也可以是碳化硅多晶的形态。
[0007]在上述的用于碳化硅晶体高速生长的碳化硅粒子原料中，作为优选，所述碳化硅粒子的比表面积大于等于0.5m2/g。通过使碳化硅粒子的比表面积大于等于0.5m2/g，能够提高同时受热与升华的面积，从而提高碳化硅的升华量，同时也保证了坩祸内气态碳化硅的浓度，从而使碳化硅晶体能够高速生长，达到了提高升华速度和效率的目的。作为优选，所述碳化硅粒子的平均粒径在1.ομπι?3.Ομπι。最好选用碳化硅粒子的比表面积大于等于1.0m2/g的碳化娃粒子。
[0008]在上述的用于碳化硅晶体高速生长的碳化硅粒子原料中，作为优选，所述碳化硅粒子的一部分或者全部为带有机械性和/或物理性损伤的碳化硅粒子。为了使原料碳化硅粒子的完整性损伤掉，通过机械性和/或物理性的方法破坏碳化硅粒子的晶界，使其在部分升华后，容易断裂或者开裂，呈现出新的表面，从而更有效地保持一定的升华面积。
[0009]在上述的用于碳化硅晶体高速生长的碳化硅粒子原料中，作为优选，所述原料中还混有在2400°C以下的高温条件下不气化或不熔解的固体物质形成混合原料。通过加入在2400°C以下的高温条件下不气化或不熔解的固体物质，使其在碳化硅粒子的升华过程中不会被升华掉，能够增加混合原料之间的间隙，使混合原料处于较松散的状态，保证有足够的升华面积，实现提高升华速度的效果，而且可以提供位于原料表面之下的碳化硅蒸气通过间隙向上升华，能够提高碳化硅蒸汽的浓度的目的。作为进一步的优选，一般使所述固体物质的平均粒径大于原料中碳化硅的最小平均粒径。最好使固体物质的平均粒径大于原料中碳化硅的最小平均粒径的5倍或以上。更进一步的使混合原料中的碳化硅粒子处于较松散的状态，使其有足够的升华面积，实现提高升华速度与效率的效果。
[0010]在上述的用于碳化硅晶体高速生长的碳化硅粒子原料中，作为优选，所述在2400°C以下的高温条件下不气化或不熔解的固体物质选自钨、钼、碳、钽、碳化钽、氧化锆和氧化镁中的一种或几种。
[0011]在上述的用于碳化硅晶体高速生长的碳化硅粒子原料中，作为优选，所述在2400°C以下的高温条件下不气化或不恪解的固体物质占原料总质量的1.0wt%?40wt%。通过控制固体物质的量一方面能够使碳化硅粒子保持足够的松散性，提高升华面积，另一方面，也能够保证有足够的碳化硅粒子原料，保证体系内有足够的碳化硅。
[0012]本发明的目的之二是通过以下技术方案得以实现的，该原料为采用至少两种不同形状和/或至少两种不同粒径的碳化硅粒子混合而形成的混合原料，且所述原料中至少含有一种平均粒径小于5μπι的碳化硅粒子。
[0013]经过大量的研究，发现现有的为了增加升华的比表面积和可操作性，一般采用大小均一的且微小的碳化硅粉末。然而，这种方式虽然在表面上提高了比表面积，但在实际加工过程中，随着升华过程的进行，细小微粒的堆积密度会增加，从而影响了升华的速度，在实际过程中并体现不出较好的效果。本发明通过采用至少两种粒径的碳化硅粒子作为原料，能够使原料在堆放的过程中以多种层次的方式重叠，增加了碳化硅粒子与粒子之间的空隙，使碳化硅粒子以多元的方式堆放，而在实际升华过程中，由于采用了不同粒径的碳化硅粒子，各粒子间的间隔并不完全相同，即使随着升华过程的进行，也不会因为堆积密度过大而影响升华速度，从而实现提高升华速度的效果;而通过采用形状不同的碳化硅粒子，能够形成立体的空间结构，使原料在升华过程中避免出现因堆积密度过大而影响升华速度的现象；同时，由于形状不同，相当于碳化硅粒子在相同粒径下的比表面积不同，从而使不同形状的碳化硅粒子在升华过程中的升华量有所不同，从而也能够减少因为堆积密度过大而影响升华速度的现象，在整体上提高了升华的速度，而通过使其中至少一种的碳化硅粒子采用平均粒径小于5μπι的碳化硅粒子目的是为了使原料碳化硅粒子能够被坩祸底部通入的气体吹起，能够便于悬浮起来，从而在整体升华过程中，避免出现堆积密度过大而使升华速度和效率降低的问题。通过采用平均粒径小于5μπι的碳化硅粒子能够更有利于被吹起而悬浮，从而大幅提高受热的面积与升华的面积，从而提高了碳化硅气体的浓度，达到碳化硅晶体高速生长的目的。而如果粒径过大，则需要在生长过程中通入较高气压或较大流量的气体，而如果流量过大，容易使坩祸上部的气态碳化硅被大量带出外界，反而会影响升华的速度和效率，不利于碳化硅晶体的高速生长。综上，本发明通过采用不同大小和不同形状的碳化娃粒混合形成立体的空间结构，并结合采用至少一种碳化娃粒子的平均粒径小于5μηι使其更易于悬浮状态，从而达到具有较高的生长速度和效率的效果，达到碳化硅晶体的高速生长的效果。当然，也可以是多种不同平均粒径的碳化硅粒子的平均粒径均小于5μπι。
[0014]在上述的用于碳化硅晶体高速生长的原料中，作为优选，所述碳化硅粒子中至少含有一种比表面积大于等于0.5m2/g的碳化硅粒子。能够增加碳化硅粒子的升华面积，提高升华的速度和效率，最好使不同形状的碳化硅粒子的平均粒径小于5μπι且使比表面积大于等于1.0m2/g。
[0015]在上述的用于碳化硅晶体高速生长的原料中，作为优选，所述混合原料的形状分布不同。由于不同形状分布的混合原料，其在升华过程中的升华量不同，使不同形状分布的混合原料的每个粒子变化量不同，增加粒子之间的间隙，使不会出现堆积密度过大的现象，能够更有效的提高升华速度。作为进一步的优选，所述混合原料的形状分布不同，且所述碳化硅粒子的比表面积大于等于0.5m2/g。
[0016]在上述的用于碳化硅晶体高速生长的原料中，作为优选，所述不同粒径的碳化硅粒子为粒径大小分布不同的碳化硅粒子，且所述混合原料的粒径大小分布曲线中显示至少2个主粒径分布峰值。这里的混合原料是可以包括不同粒径大小或形状的碳化硅粒子，还可以包括混入的在2400°C以下的高温条件下不气化或不熔解的固体物质。使混合原料呈现出较松散的状态，保证具有较大的升华面积和升华量，从而提高升华速度和效率，使碳化硅晶体能够高速生长。作为一种简单的分辨方法:可以将碳化硅粒子放入粒径分析仪进行分析。
[0017]在上述的用于碳化硅晶体高速生长的原料中，作为优选，所述碳化硅粒子中的一部分或者全部为采用带有机械性和/或物理性损伤的碳化硅粒子。同样，目的是为了使原料碳化硅粒子的完整性损伤掉，通过机械性和/或物理性的方法破坏碳化硅粒子的晶界，使其在部分升华后，容易断裂或者开裂，呈现出新的表面，从而保持一定的升华面积。
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