籽晶托及降低碳化硅单晶中穿透型位错密度的方法技术

本申请提供了一种籽晶托及降低碳化硅单晶中穿透型位错密度的方法，通过在籽晶托上开设沟槽、并在沟槽中填充与石墨热导率不同的材料，或者，直接在籽晶托上镀与石墨热导率不同的薄膜，这样，在晶体生长时，籽晶托表面存在两种热导率不同的物质，使得散热不均匀，进而，会导致籽晶表面温度场分布不均匀。因此，可以利用籽晶托上两种不同热导率物质的周期性分布，调制物理气相传输生长SiC过程中籽晶表面温度场分布，强制在预定义图形对应温度较低区域优先成核，按照预定义图形进行选择优先生长，随后进行侧向生长，以达到降低穿透型位错密度的目的。

Seed support and the method to reduce the density of through dislocation in SiC single crystal

【技术实现步骤摘要】
籽晶托及降低碳化硅单晶中穿透型位错密度的方法
本申请涉及碳化硅单晶生长
，尤其涉及一种籽晶托及降低碳化硅单晶中穿透型位错密度的方法。
技术介绍
作为第三代宽带隙半导体材料的代表，碳化硅材料具有禁带宽度大、载流子饱和迁移速度高、热导率高、临界击穿电场强度高、化学稳定性好等优良的物理化学特性。基于这些优良的特性，SiC材料被认为是制作高频、大功率、耐高温和抗辐射电子器件的理想材料，以其制造的器件在白光照明、汽车电子化、雷达通讯、石油钻井、航空航天、核反应堆系统及军事装备等领域有着广泛的应用。生长大直径、高质量的SiC单晶是实现器件应用的关键。过去的20年中，经过国内外同行的不懈努力，在碳化硅材料研制方面取得了飞速发展，已经实现了大尺寸4英寸(100mm)4H-SiC衬底的商品化，器件的致命缺陷——微管密度已经可以在晶体生长过程中控制在1cm-2以下，甚至达到零微管水平。然而，SiC材料本身仍旧存在位错密度相对较高的问题，典型值为104cm-2量级，制约了SiC材料在电子器件中更广泛的应用，比如在高位错密度衬底上制作的晶体三极管具有较大的漏电流。因此，目前提高SiC单晶材料质量的研究焦点及重点已经转移到如何减少衬底材料中的位错密度。SiC单晶中的位错主要包括穿透型位错(ThreadingDislocations)和基平面位错(BasalPlaneDislocations)，穿透型位错通常是沿生长方向(0001)延伸，沿c轴生长时，籽晶中的穿透型位错能够继承到生长层中。为了SiC单晶中的位错，目前有采用“RepeatedA-Face(RAF)”方法，即通过多次重复a面(11-20)和m面(1-100)面交替生长，然后再进行c面生长，获得低位错密度高质量的SiC单晶，但是，该方法需要多次重复生长，步骤复杂且在多次重复生长中容易引入其他的缺陷；还有设置SiC沿非极性生长面生长，相比沿c轴极性面生长，显示出完全不同的生长动力学及缺陷产生机制，穿透位错密度相比沿c轴生长大大降低，然而该方式会产生大量堆垛层错缺陷。
技术实现思路
针对现有技术中SiC材料仍存在对较高位错密度的不足，本专利技术提供一种籽晶托及降低碳化硅单晶中穿透型位错密度的方法。根据本申请实施例的第一方面，提供了一种籽晶托，包括石墨材质的籽晶托基底，其中：所述籽晶托基底中用于粘接碳化硅籽晶的表面上开设有多个沟槽；所述沟槽内填充有与碳化硅的热导率不同的填充材料,以使所述碳化硅籽晶上可以具有多个成核点。可选地，所述填充材料的热导率高于石墨的热导率。可选地，所述籽晶托基底上，位于沟槽之间的部分为台面，所述台面的宽度为50-1000μm。可选地，所述台面的宽度为100-400μm。可选地，所述台面的形状为菱形、正方形、正三角形或正六边形。可选地，所述沟槽包括第一沟槽和第二沟槽，所述第一沟槽垂直于所述碳化硅籽晶的主定位面，所述第二沟槽与所述主定位面的夹角大于或等于0°且小于90°。可选地，所述第二沟槽与所述主定位面的夹角大于或等于0°且小于45°。根据本申请实施例的第二方面，提供了另一种籽晶托，包括石墨材质的籽晶托基底，其中：所述籽晶托基底包括第一表面、与所述第一表面相对的第二表面，所述第一表面用于粘结碳化硅籽晶；所述第二表面上开设有多个沟槽，所述沟槽内填充有与碳化硅的热导率不同的填充材料,以使所述碳化硅籽晶上可以具有多个成核点。根据本申请实施例的第三方面，提供了又一种籽晶托，包括石墨材质的籽晶托基底，其中：所述籽晶托基底中用于粘接碳化硅籽晶的表面设有周期性分布的薄膜图案；用于形成所述薄膜图案的材料的热导率与石墨的热导率不同，以使所述碳化硅籽晶上可以具有多个成核点。可选地，所述填充材料薄膜的热导率高于石墨的热导率。根据本申请实施例的第四方面，提供了又一种籽晶托，包括石墨材质的籽晶托基底，其中：所述籽晶托基底包括第一表面、与所述第一表面相对的第二表面，所述第一表面用于粘结碳化硅籽晶；所述第二表面上设有周期性分布的薄膜图案，用于形成所述薄膜图案的材料的热导率与石墨的热导率不同，以使所述碳化硅籽晶上可以具有多个成核点。根据本申请实施例的第五方面，提供了一种降低碳化硅单晶中穿透型位错密度的方法，利用本申请实施例第一方面至第四方面任一所提供的籽晶托，该方法包括：将碳化硅籽晶通过粘接剂粘接在所述籽晶托上；将粘接有所述碳化硅籽晶的籽晶托装入生长炉，进行抽真空；控制生长温度在2000-2400℃、温场为近平微凸温场，使所述碳化硅籽晶上与所述籽晶托上的填充材料所围成的多个图案对应区域或薄膜图案所形成的图案对应区域分别进行成核，并以多个所述成核中心形成的台阶逐渐向外扩展，直至多个所述成核中心连通形成连续层；升温降压生长，使碳化硅单晶长厚，直至碳化硅单晶的厚度为预设厚度。本实施例提供的籽晶托及降低碳化硅单晶中穿透型位错密度的方法，通过在籽晶托上开设沟槽、并在沟槽中填充与石墨热导率不同的材料，或者，直接在籽晶托上镀与石墨热导率不同的薄膜，这样，在晶体生长时，籽晶托表面存在两种热导率不同的物质，使得散热不均匀，进而，会导致籽晶表面温度场分布不均匀。因此，可以利用籽晶托上两种不同热导率物质的周期性分布，调制物理气相传输生长SiC过程中籽晶表面温度场分布，强制在预定义图形对应温度较低区域优先成核，按照预定义图形进行选择优先生长，随后进行侧向生长，以达到降低穿透型位错密度的目的。附图说明此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本专利技术的实施例，并与说明书一起用于解释本专利技术的原理。为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本申请实施例提供的一种籽晶托的基本结构示意图；图2为图1中的籽晶粘在籽晶托上的结构示意图；图3为本申请实施例提供的碳化硅籽晶在晶体生长初期成核阶的示意图；图4为图3中的凸台侧壁侧向生长扩展至生长速率慢区域后形成连续层的示意图；图5为本申请实施例提供的碳化硅单晶的生长层表面不同位置位错分布示意图；图6为本申请实施例提供的另一种籽晶托的基本结构示意图；图7为本申请实施例提供的一种降低碳化硅单晶中穿透型位错密度的方法的基本流程示意图。具体实施方式这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本专利技术相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本专利技术的一些方面相一致的装置和方法的例子。图1为本申请实施例提供的一种籽晶托的基本结构示意图。如图1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种籽晶托，其特征在于，包括石墨材质的籽晶托基底，其中：/n所述籽晶托基底中用于粘接碳化硅籽晶的表面上开设有多个沟槽；/n所述沟槽内填充有与碳化硅的热导率不同的填充材料,以使所述碳化硅籽晶上可以具有多个成核点。/n

【技术特征摘要】
1.一种籽晶托，其特征在于，包括石墨材质的籽晶托基底，其中：
所述籽晶托基底中用于粘接碳化硅籽晶的表面上开设有多个沟槽；
所述沟槽内填充有与碳化硅的热导率不同的填充材料,以使所述碳化硅籽晶上可以具有多个成核点。


2.根据权利要求1所述的籽晶托，其特征在于，所述填充材料的热导率高于石墨的热导率。


3.根据权利要求1所述的籽晶托，其特征在于，所述籽晶托基底上，位于沟槽之间的部分为台面，所述台面的宽度为50-1000μm。


4.根据权利要求3所述的籽晶托，其特征在于，所述台面的宽度为100-400μm。


5.根据权利要求1所述的籽晶托，其特征在于，所述沟槽包括第一沟槽和第二沟槽，所述第一沟槽垂直于所述碳化硅籽晶的主定位面，所述第二沟槽与所述主定位面的夹角大于或等于0°且小于90°。


6.根据权利要求5所述的籽晶托，其特征在于，所述第二沟槽与所述主定位面的夹角大于或等于0°且小于45°。


7.一种籽晶托，其特征在于，包括石墨材质的籽晶托基底，其中：
所述籽晶托基底包括第一表面、与所述第一表面相对的第二表面，所述第一表面用于粘结碳化硅籽晶；
所述第二表面上开设有多个沟槽，所述沟槽内填充有与碳化硅的热导率不同的填充材料,以使所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨祥龙，徐现刚，王垚浩，于国建，陈秀芳，
申请(专利权)人：广州南砂晶圆半导体技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44