[發(fā)明專利]一種摻雜碳化硅單晶、襯底及制備方法和使用的裝置有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201911349956.1 | 申請日： | 2019-12-24 |
| 公開（公告）號： | CN111172592B | 公開（公告）日： | 2021-03-26 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 高超;李霞;寧秀秀;張九陽;宗艷民 | 申請（專利權(quán)）人： | 山東天岳先進科技股份有限公司 |
| 主分類號： | C30B29/36 | 分類號： | C30B29/36;C30B23/00 |
| 代理公司： | 北京君慧知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11716 | 代理人： | 王寬 |
| 地址： | 250118 山*** | 國省代碼： | 山東;37 |
| 權(quán)利要求書： | 查看更多 | 說明書： | 查看更多 |
| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 摻雜 碳化硅 襯底 制備 方法 使用 裝置 | ||
本申請公開了一種摻雜碳化硅單晶、襯底及制備方法和使用的裝置，屬于半導體材料制備領(lǐng)域。該制備方法包括：將原料裝入坩堝側(cè)壁的夾層形成的原料腔，將籽晶柱安裝在坩堝內(nèi)，組裝后放入長晶爐；升高長晶爐溫度，使得原料升華后的升華氣體穿過夾層內(nèi)側(cè)壁并沿徑向氣相傳輸至籽晶柱表面長晶得摻雜碳化硅單晶；所述包括碳化硅，和；原料還包括固相摻雜劑和/或，向坩堝內(nèi)通入的氣相摻雜劑。該方法可以制得任意體積的摻雜碳化硅單晶，尤其體積大和厚度高，長晶效率高，切割的襯底片數(shù)多；該方法制得的摻雜碳化硅單晶的零微管、螺位錯低于100cm?2和刃位錯密度低于220cm?2，缺陷密度甚至達到零；該方法為高質(zhì)量、低成本摻雜碳化硅襯底的大規(guī)模商用化奠定技術(shù)基礎(chǔ)。
技術(shù)領(lǐng)域
本申請涉及一種摻雜碳化硅單晶、襯底及制備方法和使用的裝置，屬于半導體材料制備領(lǐng)域。
背景技術(shù)
現(xiàn)有碳化硅制備技術(shù)以物理氣相傳輸(簡稱PVT)方法為主。PVT法通過放置于底部的碳化硅原料升華分解并沿軸向溫度梯度傳輸至籽晶處結(jié)晶而成。現(xiàn)有技術(shù)中PVT法使用的片狀籽晶并置于坩堝頂部，碳化硅單晶生長時沿單晶的某一徑向垂直向下生長。
由于碳化硅單晶向下生長時受與單晶生長面與原料面間距離的限制，晶體生長厚度通常在20-50mm范圍內(nèi)，由碳化硅單晶制得的襯底的出片率低。此外，由于碳化硅籽晶中的微管、位錯等缺陷多沿0001方向貫穿碳化硅單晶及由此制備的籽晶。這些缺陷在單晶生長過程中會繼續(xù)遺傳至新生長的單晶中并繼續(xù)形成貫穿缺陷，因此單晶及襯底中的缺陷密度控制難度大、成本高，襯底質(zhì)量改善較為困難。
Nature報道了通過晶體橫斷面生長來避免微管、位錯等缺陷遺傳的碳化硅單晶制備方式，但此種方法制備過程繁瑣，雖能降低缺陷密度，然成本高昂，不適用于工業(yè)化生產(chǎn)過程。
發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本申請?zhí)岢隽艘环N摻雜碳化硅單晶、襯底及制備方法和使用的裝置。該摻雜碳化硅單晶可以為任意尺寸，尤其是可以為任意厚度，生產(chǎn)效率高，并且零微管、螺位錯和刃位錯密度可以低至零；襯底的出片率高，質(zhì)量高；制備方法可以高效、高質(zhì)量的制得摻雜碳化硅單晶和襯底；該摻雜碳化硅單晶和襯底穩(wěn)定且導電率高。
根據(jù)本申請的一個方面，提供了一種大尺寸摻雜碳化硅單晶的制備方法，該制備方法可以制得任意體積的摻雜碳化硅單晶，尤其大體積和高厚度，長晶效率高，切割的襯底的片數(shù)多；該方法制得的摻雜碳化硅單晶的零微管、螺位錯低于100cm-2和刃位錯密度低于220cm-2，缺陷密度甚至可以達到零；該方法為高質(zhì)量、低成本碳化硅襯底的大規(guī)模商用化奠定技術(shù)基礎(chǔ)；該摻雜碳化硅單晶和襯底穩(wěn)定且導電率高。
該摻雜碳化硅單晶的制備方法包括下述步驟：
1)提供坩堝和籽晶柱；
2)將原料裝入坩堝側(cè)壁的夾層形成的原料腔，將籽晶柱安裝在坩堝內(nèi)，組裝后放入長晶爐；
3)升高長晶爐的溫度，使得原料升華后的升華氣體穿過夾層的內(nèi)側(cè)壁并沿徑向氣相傳輸至籽晶柱表面，進行長晶，即制得所述摻雜碳化硅單晶；
其中，所述原料包括碳化硅原料和，
所述原料還包括摻雜劑，所述摻雜劑包括盛放于所述原料腔的固相摻雜劑和/或向所述坩堝內(nèi)充入的氣相摻雜劑。
可選地，所述長晶過程中，所述內(nèi)側(cè)壁的內(nèi)表面與所述籽晶表面的溫度差為50-300℃。優(yōu)選地，所述長晶過程中，所述內(nèi)側(cè)壁的內(nèi)表面與所述籽晶表面的溫度差為100-200℃。該溫度的設(shè)置方式使得內(nèi)表面和籽晶之間有足夠的溫度梯度作為驅(qū)動力使升華后的氣相組分向坩堝中心的籽晶橫向傳輸。
優(yōu)選地，所述長晶溫度為2000-2300℃，所述長晶壓力為5-50mbar。
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