[發(fā)明專利]一種低基面位錯(cuò)密度的碳化硅晶體生長(zhǎng)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811533723.2
• 申請(qǐng)日: 2018-12-14
• 公開（公告）號(hào): CN110592672B
• 公開（公告）日: 2020-09-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉春俊;雍慶;彭同華;趙寧;王波;楊建
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京天科合達(dá)半導(dǎo)體股份有限公司;新疆天科合達(dá)藍(lán)光半導(dǎo)體有限公司;北京天科合達(dá)新材料有限公司
• 主分類號(hào): C30B29/36
• 分類號(hào): C30B29/36;C30B23/00
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 王學(xué)強(qiáng)

本發(fā)明公開了一種低基面位錯(cuò)密度的碳化硅晶體生長(zhǎng)方法，其包括：將裝有碳化硅原料和籽晶的坩堝放于單晶生長(zhǎng)爐中，在特定的溫度和壓力條件下使碳化硅原料發(fā)生升華并在籽晶上結(jié)晶，將晶體冷卻，獲得碳化硅單晶。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：在生長(zhǎng)過(guò)程中，在溫度保持在高溫的條件下，通過(guò)控制生長(zhǎng)室內(nèi)的壓力來(lái)調(diào)控SiC晶體生長(zhǎng)過(guò)程的開始及中斷，使碳化硅晶體在先開始生長(zhǎng)后再中斷生長(zhǎng)然后再緩慢接長(zhǎng)，從而促使基面位錯(cuò)在中斷后接長(zhǎng)時(shí)轉(zhuǎn)換為刃位錯(cuò)，從而獲得低基面位錯(cuò)密度的碳化硅晶體。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種低基面位錯(cuò)密度的碳化硅晶體生長(zhǎng)方法，可以顯著降低碳化硅晶體中的基面位錯(cuò)，涉及碳化硅晶體生長(zhǎng)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

碳化硅是具有寬禁帶寬度的半導(dǎo)體材料，由于其寬帶隙、高臨界擊穿電場(chǎng)、高熱導(dǎo)率、高載流子漂移速度等特點(diǎn)，在高溫、高頻、大功率、光電子及抗輻射等方面具有巨大的應(yīng)用前景。

在碳化硅單晶的生長(zhǎng)方法中最有效的方法為改良型的Lely法，也叫做物理氣相傳輸法。現(xiàn)在，從利用改良型的Lely法制備得到的SiC單晶體，能夠切取獲得50-200mm的SiC單晶晶片，被提供給電力電子領(lǐng)域等的電子器件制作。SiC晶片的品質(zhì)對(duì)器件的性能、量產(chǎn)時(shí)的成品率有很大的影響，因此提高晶體的品質(zhì)、降低晶體缺陷是碳化硅器件應(yīng)用最重要的課題之一。

微管是碳化硅單晶體中最具有代表性的缺陷，大多數(shù)情況下生長(zhǎng)晶體中的微管是繼承了存在于籽晶中的微管缺陷。對(duì)于碳化硅單晶中的微管缺陷，迄今為止已有許多的研究報(bào)告，并取得了重要的進(jìn)展，當(dāng)前在商業(yè)的碳化硅單晶晶片中，微管的平均數(shù)已經(jīng)降低到1/cm2以下，生長(zhǎng)晶體的微管缺陷問(wèn)題基本已經(jīng)得到解決。在這樣的狀況下，近年來(lái)SiC單晶中的位錯(cuò)缺陷引起了較大的關(guān)注。

在采用改良型的Lely法制備碳化硅單晶的過(guò)程中，在碳化硅單晶體中不可避免地會(huì)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，其在最終所得到的單晶晶片內(nèi)部以彈性應(yīng)變或位錯(cuò)（塑性應(yīng)變）的形式殘留。目前市售的SiC晶片，主要包括三種類型的位錯(cuò)，基面位錯(cuò)（BPD）、貫通螺旋位錯(cuò)（TSD）和貫通刃型位錯(cuò)（TED）。根據(jù)關(guān)于晶體缺陷與器件的調(diào)查報(bào)告，BPD會(huì)引起器件的氧化膜不良，造成器件的絕緣擊穿，另外，在雙極性器件中，BPD會(huì)引發(fā)層積缺陷，造成器件性能退化。TSD也會(huì)造成器件漏電流的產(chǎn)生，并使柵氧化膜壽命降低。在碳化硅單晶這三種位錯(cuò)類型中，BPD對(duì)最終制造的器件產(chǎn)品的危害最大、TSD次之，TED的影響最小。

在降低碳化硅單晶體位錯(cuò)密度方面，有過(guò)一些報(bào)道，這些方法主要是通過(guò)調(diào)整單晶生長(zhǎng)區(qū)周圍的溫度梯度，降低晶體的內(nèi)應(yīng)力和彈性應(yīng)變來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如專利文獻(xiàn)1中報(bào)導(dǎo)了，通過(guò)在籽晶周圍區(qū)域安裝熱流速控制構(gòu)件，控制來(lái)自單晶錠側(cè)面的熱量輸入，能夠抑制結(jié)晶生長(zhǎng)中錠的溫度分布的變化，抑制生長(zhǎng)中的BPD、TSD的增殖，同時(shí)也降低彈性應(yīng)變。在專利文獻(xiàn)2中報(bào)告了，利用作為位錯(cuò)集合體的小傾角晶界垂直于生長(zhǎng)表面而傳播的性質(zhì)，使生長(zhǎng)晶體相對(duì)于生長(zhǎng)方向成為凸?fàn)睿纱耸棺鳛槲诲e(cuò)集合體的小傾角晶界向生長(zhǎng)晶體的周邊部位移動(dòng)，在中央部形成小傾角晶界密度低的區(qū)域。

另外，在位錯(cuò)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換方面也有過(guò)一些報(bào)道。例如在采用化學(xué)氣相沉積法（CVD）的SiC薄膜的外延生長(zhǎng)過(guò)程中，由于鏡像力的作用導(dǎo)致BPD轉(zhuǎn)變?yōu)門ED（參照非專利文獻(xiàn)1）；在溶液生長(zhǎng)法中也發(fā)生大致同樣的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換（參照非專利文獻(xiàn)2）。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：CN 105658846 B

專利文獻(xiàn)2：日本特開2001-294499號(hào)公報(bào)

非專利文獻(xiàn)1：S. Ha et al., Journal of Crystal Growth，244， (2002),257-266

非專利文獻(xiàn)2：K. Kamei et al., Journal of Crystal Growth，311, (2009),855-858

但是，在工業(yè)制造碳化硅單晶方面，對(duì)于如何降低BPD，以及如何使BPD轉(zhuǎn)換TED從而減少控制的方法沒(méi)有提及。