碳化硅晶体及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种碳化硅晶体及其制造方法。所述碳化硅晶体所用的碳化硅晶种的长晶面具有小于2.0nm的表面粗糙度(Ra)，且碳化硅晶种的厚度小于700μm。因此以上述碳化硅晶种进行升华法(PVT)成长得到的碳化硅晶体会具有低基面线性位错缺陷与低微管缺陷密度。

【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碳化硅晶体技术，尤其涉及一种碳化硅晶体及其制造方法。
技术介绍
碳化硅单晶结构由于具有耐高温与稳定性高等特性，因此以广泛用于高功率元件与高频元件的基板材料。目前碳化硅长晶方法中较受瞩目的是升华法(sublimation)，又称为物理气相传输法(physicalvaportransport，PVT)。升华法一般是使用碳化硅原料粉末在高达2200℃以上的温度，以感应加热方式使其升华后，利用一温度梯度在温度较低的碳化硅晶种位置慢慢成长一单晶晶体。在晶体的发展过程中，除了因应后续元件制作的需求而持续发展大尺寸晶片外，技术重点尚包括晶体品质等材料特性，例如晶体成长初期有缺陷多的问题，并因此导致低品质晶片比率高的结果。举例来说，若是碳化硅晶体中的缺陷多的话，由这些碳化硅晶体切割制得的碳化硅晶片也会存在上述缺陷，并且在磊晶过程中几乎全部会贯穿到磊晶层中，对后续制作的功率元件性能产生不同程度的影响。以基面线性位错缺陷(basalplanedislocation，BPD)为例，碳化硅晶体中的基面线性位错缺陷会延伸至磊晶层，造成磊晶层的各种阶层的萧基叠合位错缺陷(Shockley-typestackingfault)，导致元件的漏电流提升，导致此电子元件的效能降低及良率可用元件数降低。
技术实现思路
本专利技术提供一种碳化硅晶种，能减少长晶成本并能降低从其成长得到的碳化硅晶体的结构缺陷。本专利技术另提供一种碳化硅晶体，能降低晶体的基面线性位错缺陷(BPD)与微管缺陷密度(micropipedensity，MPD)。本专利技术再提供一种碳化硅晶体的制造方法，能以较薄的碳化硅晶种成长出缺陷少的碳化硅晶体。本专利技术的碳化硅晶种用于成长碳化硅晶体，所述碳化硅晶种其长晶面具有小于2.0nm的表面粗糙度(Ra)且碳化硅晶种的厚度小于700μm。在本专利技术的一实施例中，上述碳化硅晶种的长晶面具有小于0.5nm的表面粗糙度(Ra)。在本专利技术的一实施例中，上述碳化硅晶种的长晶面具有小于0.3nm的表面粗糙度(Ra)。在本专利技术的一实施例中，上述碳化硅晶种具有小于2μm的平整度(TTV)。在本专利技术的一实施例中，上述碳化硅晶种具有小于30μm的翘曲度(Warp)。在本专利技术的一实施例中，上述碳化硅晶种具有小于20μm的弯曲度(Bow)。本专利技术的碳化硅晶体是以上述碳化硅晶种进行升华法(PVT)成长得到的，其中所述碳化硅晶体具有2200/cm2以下的基面线性位错缺陷。在本专利技术的另一实施例中，上述碳化硅晶体具有22/cm2以下的微管缺陷密度(MPD)。在本专利技术的另一实施例中，上述碳化硅晶种的氮掺杂浓度为1×1015/cm3～1×1019/cm3。在本专利技术的另一实施例中，上述碳化硅晶体与上述碳化硅晶种之间还可有缓冲层。在本专利技术的另一实施例中，上述缓冲层的氮掺杂浓度为碳化硅晶种的氮掺杂浓度的十倍以下。在本专利技术的另一实施例中，上述缓冲层为至少为3层以上的多层结构，且每层厚度小于0.1μm，所述缓冲层的总厚度小于0.1mm。本专利技术的碳化硅晶体的制造方法，包括提供一碳化硅晶种，其中所述碳化硅晶种具有Si面以及C面，其中所述Si面与晶种轴相黏接，而所述C面具有小于2.0nm的表面粗糙度(Ra)且所述碳化硅晶种的厚度小于700μm。然后进行升华法长晶，于碳化硅晶种的所述C面成长缓冲层，其中成长所述缓冲层的压力大于300Torr且温度在1900℃～2100℃之间。继续进行升华法长晶，以于所述缓冲层表面成长碳化硅晶体。在本专利技术的再一实施例中，上述成长碳化硅晶体的压力小于100Torr且温度在2100℃～2200℃之间。在本专利技术的再一实施例中，上述成长缓冲层的起始氮掺杂浓度高于所述碳化硅晶种的氮掺杂浓度，且所述缓冲层为浓度渐变的单层结构。基于上述，本专利技术通过降低晶种的成长面的表面粗糙度以及减小晶种的厚度，所以能同时降低长晶成本以及降低由此晶种成长的碳化硅晶体的结构缺陷，如BPD与MPD。而且，根据本专利技术，能切割出足够薄的碳化硅晶种并搭配适当的长晶工艺参数，所以在升华法(PVT)长晶期间，如此薄的碳化硅晶种不会因高温而被汽化或产生变形。为让本专利技术的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。附图说明图1是依照本专利技术的一实施例的一种碳化硅晶种设置于PVT设备的示意图；图2是依照本专利技术的另一实施例的一种制备碳化硅晶体的步骤图；图3是实验例4的MPD曲线图；图4是实验例4的白缺陷密度曲线图；图5是对照例的白缺陷密度曲线图。附图标号说明100：炉体；102：石墨坩埚；104：晶种轴；106：碳化硅原料；108：碳化硅晶种；110：黏接面；112：生长面；114：感应线圈；116：碳化硅晶体；200、202、204：步骤；T：厚度。具体实施方式以下将参考附图来全面地描述本专利技术的例示性实施例，但本专利技术还可按照多种不同形式来实施，且不应解释为限于本文所述的实施例。在附图中，为了清楚起见，各区域、部位及层的大小与厚度可不按实际比例绘制。图1是依照本专利技术的一实施例的一种碳化硅晶种设置于物理气相传输法(PhysicalVaporTransport，PVT)设备的示意图。请参照图1，本实施例是以物理气相传输法(PhysicalVaporTransport，PVT)作为范例，但并非限制于图1所示的PVT设备，而是可应用于所有以PVT为成长机制的设备与工艺中。PVT设备一般具有炉体100，并在炉体100中设置石墨坩埚102及其晶种轴104。碳化硅原料106会放置于石墨坩埚102的底部，而本实施例的碳化硅晶种108是设置在晶种轴104，且碳化硅晶种108与晶种轴104相黏接的面为黏接面110，碳化硅晶种108朝向碳化硅原料106的面则是的生长面112。石墨坩埚102外还设置有感应线圈114，用以加热石墨坩埚102内的碳化硅原料106。在图1中，碳化硅晶种108的长晶面112具有小于2.0nm的表面粗糙度(Ra)，较佳是小于0.5nm的表面粗糙度(Ra)，更佳是小于0.3nm的表面粗糙度(Ra)。而且，碳化硅晶种108的厚度T可小于700μm，因此能大幅降低长晶的成本。在一实施例中，碳化硅晶种108具有小于2μm的平整度(TTV)、小于30μm的翘曲度(Warp)以及小于20μm的弯曲度(Bow)。请继续参照图1，当感应线圈114加热石墨坩埚102底部的碳化硅原料106至高温，碳化硅原料106会发生分解而不经液相直接升华，并在温度梯度的驱动下传输至处于低温的碳化硅晶种108的生长面112而成核长晶，最终成长得到碳化硅晶体116。在本实施例中，由上述碳化硅晶种108的生长面112成长的碳化硅晶体116可具有2200/cm2以下的基面线性位错缺陷(basalplanedislocation，BPD)，且随着生长面112的表面粗糙度(Ra)越小，BPD可低于103/cm2。此外，碳化硅晶体116可具有22/cm2以下的微管缺陷密度(micropipedensity，MPD)，并且随着生长面112的表面粗糙度(Ra)越小，MPD甚至可为0/cm2。另外，如果碳化硅晶体116是要用作N型基板，则碳化硅晶种108的氮掺杂浓度例如1×1015/cm3～1×10本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳化硅晶种，用于成长碳化硅晶体，其特征在于：所述碳化硅晶种的长晶面具有小于2.0nm的表面粗糙度；以及所述碳化硅晶种的厚度小于700μm。

【技术特征摘要】
2017.10.06 TW 1061345031.一种碳化硅晶种，用于成长碳化硅晶体，其特征在于：所述碳化硅晶种的长晶面具有小于2.0nm的表面粗糙度；以及所述碳化硅晶种的厚度小于700μm。2.根据权利要求1所述的碳化硅晶种，其中所述碳化硅晶种的所述长晶面具有小于0.5nm的表面粗糙度。3.根据权利要求1所述的碳化硅晶种，其中所述碳化硅晶种的所述长晶面具有小于0.3nm的表面粗糙度。4.根据权利要求1所述的碳化硅晶种，其中所述碳化硅晶种具有小于2μm的平整度。5.根据权利要求1所述的碳化硅晶种，其中所述碳化硅晶种具有小于30μm的翘曲度。6.根据权利要求1所述的碳化硅晶种，其中所述碳化硅晶种具有小于20μm的弯曲度。7.一种碳化硅晶体，是以权利要求1～6中任一项所述的碳化硅晶种进行升华法成长得到的，其特征在于所述碳化硅晶体具有2200/cm2以下的基面线性位错缺陷。8.根据权利要求7所述的碳化硅晶体，其中所述碳化硅晶体具有22/cm2以下的微管缺陷密度。9.根据权利要求7所述的碳化硅晶体，其中所述碳化硅晶种的氮掺杂浓度为1×1015/cm3～1×1019/c...

【专利技术属性】
技术研发人员：林钦山，吕建兴，刘建成，李依晴，
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