碳化硅晶体及其制造方法技术

本发明专利技术公开一种碳化硅晶体及其制造方法，碳化硅晶体包括一晶种层、一块体层以及一形成于晶种层与块体层之间的应力舒缓结构，其中晶种层、块体层与应力舒缓结构均具有一掺杂物，且应力舒缓结构中掺杂物的浓度呈高低交替变化。借此，能大幅降低晶体的缺陷。

【技术实现步骤摘要】
碳化硅晶体及其制造方法
本专利技术涉及一种磊晶结构及其制造方法，特别是涉及一种具有应力舒缓结构的碳化硅晶体及其制造方法。
技术介绍
诸如硅(Si)与砷化镓(GaAs)等材料已被广泛应用于半导体装置中，然而其相对较小的能隙(室温下Si为1.12eV且GaAs为1.42eV)和击穿电压不利于高功率及高频率的应用。碳化硅(SiC)由于其优异的物理化学特性，例如宽能隙、高导热性和导电性、高耐电压性及高饱和电子飘移速度，被期待可以成为次世代半导体装置所必须的材料。SiC晶体并非天然即存在，目前大尺寸SiC单晶晶锭主要是利用物理气相传输法(PhysicalVaporTransportation,PVT)生长，此法是将SiC晶种(seed)配置于坩锅内的低温侧区域且将含Si原料配置于高温侧区域，然后于坩锅内填充惰性气体，并加热坩锅至1450℃～2400℃，使高温侧区域的原料升华而于低温侧区域的SiC晶种表面进行磊晶成长。然而，SiC晶体的成长速度缓慢且非常复杂，加上以PVT法生长SiC晶体时须形成一定的温度梯度，所以在制程控制上相当困难；一旦生长参数(如热场均匀性、气相组成等)不稳定，SiC晶体结构中将很容易有缺陷产生，包括微管缺陷(micro-pipedefect)及基底面位错(basalplanardislocation)等。尤其微管缺陷被视为主要限制SiC应用的最大威胁。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足提供了一种高质量的碳化硅晶体及其制造方法。为了解决上述的技术问题，本专利技术所提供的其中一技术方案是：一种碳化硅晶体，其包括一晶种层(seedlayer)、一块体层(bulklayer)以及一形成于所述晶种层与所述块体层之间的应力舒缓结构，其中所述晶种层、所述块体层与所述应力舒缓结构均具有一掺杂物，且所述应力舒缓结构中掺杂物的浓度呈高低交替变化；其特征在于，所述应力舒缓结构由多个缓冲层与一形成于多个所述缓冲层上的过渡层堆栈而成，其中最接近所述晶种层的所述缓冲层与最接近所述过渡层的所述缓冲层具有大致相同的掺杂物浓度变化趋势，且所述过渡层中掺杂物的浓度与所述晶种层中掺杂物的浓度大致相同。为了解决上述的技术问题，本专利技术所提供的另外一技术方案是：一种碳化硅晶体的制造方法，其在一晶种层(seedlayer)上形成一块体层(bulklayer)的步骤之前，预先形成一应力舒缓结构，其中所述晶种层、所述块体层与所述应力舒缓结构均具有一掺杂物，且所述应力舒缓结构中掺杂物的浓度呈高低交替变化；其特征在于，形成所述应力舒缓结构的步骤包括形成多个相互堆栈的缓冲层以及形成一过渡层于多个所述缓冲层上，并使最接近所述晶种层的所述缓冲层与最接近所述过渡层的所述缓冲层具有大致相同的掺杂物浓度变化趋势，且所述过渡层中掺杂物的浓度与所述晶种层中掺杂物的浓度大致相同。本专利技术的有益效果在于，本专利技术所提供的碳化硅晶体，其能通过“最接近晶种层的缓冲层与最接近过渡层的缓冲层具有大致相同的掺杂物浓度变化趋势”及“过渡层中掺杂物的浓度与晶种层中掺杂物的浓度大致相同”的技术特征，以有效降低晶体的缺陷密度与残留应力，块体层的微管缺陷密度小于0.2个每平方公分(cm-2)，块体层的基底面位错密度小于500个每平方公分(cm-2)，从而获得高质量的晶体。为使能更进一步了解本专利技术的特征及
技术实现思路
，请参阅以下有关本专利技术的详细说明与附图，然而所提供的附图仅用于提供参考与说明，并非用来对本专利技术加以限制。附图说明图1为本专利技术的碳化硅晶体的制造方法的步骤流程图。图2为本专利技术的碳化硅晶体的制造过程示意图。图3A及图3B显示本专利技术的碳化硅晶体的应力舒缓结构中掺杂物的浓度高低交替变化的其中一实施方式。图4为本专利技术的碳化硅晶体的剖面示意图(一)。图5A及图5B显示本专利技术的碳化硅晶体的应力舒缓结构中掺杂物的浓度高低交替变化的另一实施方式。图6A及图6B显示本专利技术的碳化硅晶体的应力舒缓结构中掺杂物的浓度高低交替变化的再一实施方式。图7为本专利技术的碳化硅晶体的剖面示意图(二)。图8显示本专利技术的碳化硅晶体的应力舒缓结构中掺杂物的浓度高低变化的又一实施方式。图9、图10A及图10B显示本专利技术的碳化硅晶体的应力舒缓结构中掺杂物的浓度高低交替变化的又另一实施方式。图11、图12A及图12B显示本专利技术的碳化硅晶体的应力舒缓结构中掺杂物的浓度高低交替变化的又再一实施方式。具体实施方式本专利技术所公开的
技术实现思路
首先提到一种成长碳化硅晶体的创新方法，然后再提到利用此方法得到的碳化硅晶体的结构组成，与利用现有的物理气相传输法所得到的碳化硅晶体相比，本专利技术能降低晶体的缺陷密度与残留应力，而得到高质量的大尺寸晶体。以下是通过特定的具体实施例来说明本专利技术所公开有关“碳化硅晶体及其成长方法”的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容了解本专利技术的优点与效果。本专利技术可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不悖离本专利技术的构思下进行各种修改与变更。另外，本专利技术的附图仅为简单示意说明，并非依实际尺寸的描绘，事先声明。以下的实施方式将进一步详细说明本专利技术的相关
技术实现思路
，但所公开的内容并非用以限制本专利技术的保护范围。应理解，虽然本文中可能使用术语第一、第二、第三等来描述各种组件或者信号，但这些组件或者信号不应受这些术语的限制。这些术语主要是用以区分一组件与另一组件，或者一信号与另一信号。另外，本文中所使用的术语“或”，应视实际情况可能包括相关联的列出项目中的任一个或者多个的组合。实施例1请参阅图1所示，本专利技术的碳化硅晶体的制造方法S100包括：步骤S102，设置晶种层与原料；步骤S104，形成应力舒缓结构于晶种层上，并使应力舒缓结构中掺杂物的浓度呈高低交替变化；以及步骤S106，形成块体层于应力舒缓结构上。步骤S102中，请参阅图2所示，可以将晶种层100与原料M相对设置于反应器200内，例如将晶种层100置于反应器200的顶部，并将原料M置于反应器200的底部。晶种层100可采用SiC晶种层，而原料M可以是能提供晶体成长所需的Si和C元素的固体原料，例如SiC粉末或Si颗粒与碳粉末的混合物。另外，反应器200可采用石墨坩锅，且反应器200的周边可以用绝缘保温材料包覆，并置于真空腔体中(图中未显示)。步骤S104中，请参阅图2、图3A及图3B所示，首先控制反应器200内的压力大于300毫米汞柱(mmHg)、温度介于1900℃至2100℃之间，再将掺杂物以气体形式送入反应器200内，并控制掺杂物的浓度反复地在一大于晶种层100中掺杂物的浓度的第一浓度与晶种层100中掺杂物的浓度(或接近于此)之间连续渐增或渐减。若将晶种层100中掺杂物的浓度当作是基准浓度，则本实施例所述应力舒缓结构102中掺杂物的浓度高低交替变化方式，指的是掺杂物的浓度反复地在一段期间内，从基准浓度持续增加至第一浓度(如图3A所示)，或者从第一浓度持续降低至基准浓度(如图3B所示)。较佳地，每一个缓冲层1022中掺杂物的浓度最高不大于基准浓度的10倍。虽然图3A及图3B中显示，本实施例使用氮作为掺杂物，但是掺杂物可以根据实际需要而有不同的选择，例如硼(B)、磷(P)或铝(Al)，所以本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳化硅晶体，所述碳化硅晶体包括晶种层、块体层以及形成于所述晶种层与所述块体层之间的应力舒缓结构，其中所述晶种层、所述块体层与所述应力舒缓结构均具有掺杂物，且所述应力舒缓结构中掺杂物的浓度呈高低交替变化；其特征在于，所述应力舒缓结构由多个缓冲层与形成于多个所述缓冲层上的过渡层堆栈而成，其中最接近所述晶种层的所述缓冲层与最接近所述过渡层的所述缓冲层具有大致相同的掺杂物浓度变化趋势，且所述过渡层中掺杂物的浓度与所述晶种层中掺杂物的浓度大致相同。

【技术特征摘要】
2017.10.06 TW 1061345481.一种碳化硅晶体，所述碳化硅晶体包括晶种层、块体层以及形成于所述晶种层与所述块体层之间的应力舒缓结构，其中所述晶种层、所述块体层与所述应力舒缓结构均具有掺杂物，且所述应力舒缓结构中掺杂物的浓度呈高低交替变化；其特征在于，所述应力舒缓结构由多个缓冲层与形成于多个所述缓冲层上的过渡层堆栈而成，其中最接近所述晶种层的所述缓冲层与最接近所述过渡层的所述缓冲层具有大致相同的掺杂物浓度变化趋势，且所述过渡层中掺杂物的浓度与所述晶种层中掺杂物的浓度大致相同。2.根据权利要求1所述的碳化硅晶体，其特征在于，每一个所述缓冲层的厚度大于0且小于0.1微米。3.根据权利要求1所述的碳化硅晶体，其特征在于，所述应力舒缓结构的厚度小于0.1毫米。4.根据权利要求1所述的碳化硅晶体，其特征在于，每一个所述缓冲层中掺杂物的浓度于其厚度方向上形成浓度梯度分布。5.根据权利要求4所述的碳化硅晶体，其特征在于，定义所述晶种层中掺杂物的浓度为基准浓度，所述浓度梯度分布是在大于所述基准浓度的第一浓度与所述基准浓度之间连续渐增或渐减。6.根据权利要求4所述的碳化硅晶体，其特征在于，定义所述晶种层中掺杂物的浓度为基准浓度，所述浓度梯度分布是在大于或等于所述基准浓度的第一浓度与小于所述基准浓度的第二浓度之间连续渐增或渐减。7.根据权利要求4所述的碳化硅晶体，其特征在于，定义所述晶种层中掺杂物的浓度为基准浓度，所述浓度梯度分布是从所述基准浓度连续渐增至峰值浓度后，再从所述峰值浓度连续渐减至所述基准浓度。8.根据权利要求4所述的碳化硅晶体，其特征在于，所述浓度梯度...

【专利技术属性】
技术研发人员：林钦山，吕建兴，刘建成，林嫚萱，
申请(专利权)人：环球晶圆股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71