用于碳化硅晶体材料的位错分布制造技术

公开了提供改进的位错分布的碳化硅(SiC)晶片、SiC晶锭和相关方法。提供的SiC晶锭在更长的晶锭长度上表现出降低的位错密度和改进的位错均匀性。对应的SiC晶片包括降低的总位错密度(TDD)值和改进的TDD径向均匀性。SiC晶体材料的生长条件包括提供过饱和量的源材料，其中在生长期间存在的源材料的量显著高于通常所需的量。这种SiC晶体材料和相关方法适用于提供具有改进的晶体质量的大直径SiC晶锭和对应的SiC晶片。对应的SiC晶片。对应的SiC晶片。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于碳化硅晶体材料的位错分布


[0001]本公开涉及晶体材料，并且更具体地涉及碳化硅晶体材料中的位错分布(dislocation distributions in silicon carbide crystalline materials)。

技术介绍

[0002]碳化硅(SiC)表现出许多有吸引力的电和热物理性能。SiC由于其物理强度和高耐化学侵蚀性以及各种电子性能而特别有用，包括辐射硬度、高击穿场、相对宽的带隙、高饱和电子漂移速度、高温操作、以及在光谱的蓝、紫和紫外区中的高能光子的吸收和发射。与包括硅和蓝宝石的常规晶片(wafer)或基底材料相比，SiC的此类性质使其更适合于制造用于高功率密度固态器件(如功率电子器件、射频器件和光电子器件)的晶片或基底。SiC以称为多型体(polytype)的许多不同晶体结构出现，其中某些多型体(例如，4H
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SiC和6H
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SiC)具有六方晶体结构。
[0003]虽然SiC表现出优异的材料特性，但生长SiC所需的晶体生长技术与其他晶体材料的常规生长工艺相比是非常不同的，并且显著地更具挑战性。在半导体制造中使用的常规晶体材料(如硅和蓝宝石)具有显著较低的熔点，允许从熔融的源材料直接进行晶体生长技术，这使得能够制造大直径晶体材料。相反，块状晶体SiC通常通过在高温下通过晶种升华生长工艺生产，其中，各种挑战包括杂质结合、与热和结晶学应力相关的结构缺陷、以及不同多型体的形成等。在典型的SiC生长技术中，基底和源材料都被放置在反应坩埚内。当坩埚被加热时产生的热梯度促进材料从源材料到基底的气相移动，随后在基底上冷凝，并且导致块状晶体生长。已知杂质可以作为掺杂剂引入SiC中，并且这些掺杂剂可以调节某些性质。对于SiC的升华生长，掺杂剂可以以各种方式引入腔室(chamber)中，使得掺杂剂将存在于由该过程产生的SiC晶体中。控制该过程以提供用于特定应用的掺杂剂的适当浓度。在块状晶体生长之后，可以通过切割块状SiC晶锭块(bulk crystal ingot)或晶锭(boule)来获得SiC的单个晶片，并且随后可以对单个晶片进行额外的处理，诸如研磨(lapping)或抛光。
[0004]SiC晶片的独特特性使得能够设计和制造高功率和/或高频半导体器件阵列。持续的发展使SiC晶片的制造已达到一定的成熟度，从而使此类半导体器件能够被制造用于越来越广泛的商业应用。随着半导体器件工业持续成熟，期望具有更大可用直径的SiC晶片。SiC晶片的可用直径可能受到SiC材料组合物中的某些结构缺陷以及某些晶片形状特性的限制。材料组合物中的结构缺陷可以包括位错(dislocation)(例如，微管位错、刃型(threading edge)位错、螺型(threading screw)位错和/或基面(basal plane)位错)、六方空隙和堆叠层错(stacking fault)等。与SiC相关联的晶片形状特性可以包括可以与晶片平坦度有关的翘曲、弯曲和厚度变化。这些各种结构缺陷和晶片形状特性可以导致结晶学应力，这可能对随后形成在常规SiC晶片上的半导体器件的制造和适当操作有害。这种结晶学应力通常与晶片半径的平方成比例，因此难以经济地制造高质量的较大直径的SiC半导体晶片。
[0005]现有技术继续寻求具有更大直径的改进SiC晶片和相关的固态器件，同时克服与
常规SiC晶片相关的挑战。

技术实现思路

[0006]公开了提供改进的位错分布的碳化硅(SiC)晶片、SiC晶锭和相关方法。提供的SiC晶锭在更长的晶锭长度上表现出降低的位错密度和改进的位错均匀性。对应的SiC晶片包括降低的总位错密度(TDD)值和改进的TDD径向均匀性。SiC晶体材料的生长条件包括提供过饱和量的源材料，其中在生长期间存在的源材料的量显著高于通常所需的量。这种SiC晶体材料和相关方法适用于提供具有改善的晶体质量的大直径SiC晶锭和对应的SiC晶片。
[0007]在一方面中，对于包括1mm宽度和对应于包括SiC晶片的中心的3mm和50mm的范围内(3mm至50mm的范围)的径向晶片位置的外径的任何环形圈，SiC晶片包括至少145毫米(mm)的直径和小于或等于3000每平方厘米(cm2)的总位错密度(TDD)。在某些实施方式中，对于包括1mm宽度和对应于包括距SiC晶片的中心3mm和距SiC晶片的周边边缘2mm的范围内的径向晶片位置的外径的任何环形圈，TDD小于或等于3000/cm2。在某些实施方式中，对于包括1mm宽度和对应于包括SiC晶片的中心的3mm和50mm的范围内的径向晶片位置的外径的任何环形圈，TDD小于或等于2500/cm2。在某些实施方式中，对于包括1mm宽度和对应于SiC晶片的所有径向晶片位置的至少50％的径向晶片位置的外径的任何环形圈，TDD小于或等于2000/cm2。在某些实施方式中，对于包括1mm宽度和对应于SiC晶片的所有径向晶片位置的至少50％的径向晶片位置的外径的任何环形圈，TDD小于或等于1500/cm2。在某些实施方式中，直径在包括145mm至205mm的范围内。在某些实施方式中，直径在包括145mm至155mm的范围内。在某些实施方式中，SiC晶片包括4H
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SiC晶片。在某些实施方式中，SiC晶片包括半绝缘SiC。在某些实施方式中，SiC晶片包括n型碳化硅。在某些实施方式中，TDD大于或等于1000/cm2。
[0008]在另一方面中，SiC晶片包括至少145mm的直径和小于或等于0.3的TDD的变化系数(对于划分成具有1mm宽度的环形圈的晶片区域)，并且晶片区域由距SiC晶片的中心3mm并且距SiC晶片的周边边缘2mm的径向晶片位置界定。在某些实施方式中，变化系数小于或等于0.2。在某些实施方式中，变化系数大于或等于0.1。在某些实施方式中，对于包括1mm宽度和对应于包括SiC晶片的中心的3mm和50mm的范围内的径向晶片位置的外径的任何环形圈，TDD小于或等于3000/cm2。在某些实施方式中，对于包括1mm宽度和对应于SiC晶片的所有径向晶片位置的至少50％的径向晶片位置的外径的任何环形圈，TDD小于或等于2000/cm2。在某些实施方式中，SiC晶片包括4H
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SiC晶片。在某些实施方式中，SiC晶片包括半绝缘SiC。在某些实施方式中，SiC晶片包括n型碳化硅。在某些实施方式中，直径在包括145mm至155mm的范围内。在某些实施方式中，直径在包括145mm至205mm的范围内。
[0009]在另一方面中，SiC晶锭包括在145mm至180mm的范围内的直径和大于50mm的晶锭高度。在某些实施方式中，SiC晶锭的高度的至少75％被配置为提供多个SiC晶片，并且对于包括SiC晶片的中心并且由距SiC晶片的周边边缘2mm的径向晶片位置径向界定的晶片区域，多个SiC晶片中的每个SiC晶片包括小于或等于4600/cm2的TDD。在某些实施方式中，TDD大于或等于1000/cm2。在某些实施方式中，SiC晶锭本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种碳化硅(SiC)晶片，所述碳化硅(SiC)晶片包括至少145毫米(mm)的直径和对于包括1mm宽度和对应于在包括SiC晶片的中心3mm和50mm的范围内的径向晶片位置的外径的任何环形圈，小于或等于3000/平方厘米(cm2)的总位错密度(TDD)。2.根据权利要求1所述的SiC晶片，其中，对于包括1mm宽度和对应于在包括距所述SiC晶片的中心3mm和距所述SiC晶片的周边边缘2mm的范围内的径向晶片位置的外径的任何环形圈，所述TDD小于或等于3000/cm2。3.根据权利要求1所述的SiC晶片，其中，对于包括1mm宽度和对应于在包括所述SiC晶片的中心的3mm和50mm的范围内的径向晶片位置的外径的任何环形圈，所述TDD小于或等于2500/cm2。4.根据权利要求1所述的SiC晶片，其中，对于包括1mm宽度和对应于所述SiC晶片的所有径向晶片位置的至少50％的径向晶片位置的外径的任何环形圈，所述TDD小于或等于2000/cm2。5.根据权利要求1所述的SiC晶片，其中，对于包括1mm宽度和对应于所述SiC晶片的所有径向位置的至少50％的径向晶片位置的外径的任何环形圈，所述TDD小于或等于1500/cm2。6.根据权利要求1所述的SiC晶片，其中，所述直径在包括145mm至205mm的范围内。7.根据权利要求1所述的SiC晶片，其中，所述直径在包括145mm至155mm的范围内。8.根据权利要求1所述的SiC晶片，其中，所述SiC晶片包括4H
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SiC晶片。9.根据权利要求1所述的SiC晶片，其中，所述SiC晶片包括半绝缘SiC。10.根据权利要求1所述的SiC晶片，其中，所述SiC晶片包括n型SiC。11.根据权利要求1所述的SiC晶片，其中，所述TDD大于或等于1000cm2。12.一种碳化硅(SiC)晶片，所述碳化硅(SiC)晶片包括至少145毫米(mm)的直径和对于划分成具有1mm宽度的环形圈的晶片区域，小于或等于0.3的总位错密度(TDD)的变化系数，其中，所述晶片区域由距SiC晶片的中心3mm并且距所述SiC晶片的周边边缘2mm的径向晶片位置界定。13.根据权利要求12所述的SiC晶片，其中，所述变化系数小于或等于0.2。14.根据权利要求12所述的SiC晶片，其中，所述变化系数大于或等于0.1。15.根据权利要求12所述的SiC晶片，其中，对于包括1mm宽度和对应于在包括所述SiC晶片的中心的3mm和50mm的范围内的径向晶片位置的外径的任何环形圈，所述TDD小于或等于3000/平方厘米(cm2)。16.根据权利要求12所述的SiC晶片，其中，对于包括1mm宽度和对应于所述SiC晶片的所有径向晶片位置的至少50％的径向晶片位置的外径的任何环形圈，所述TDD小于或等于2000/平方厘米(cm2)。17.根据权利要求12所述的SiC晶片，其中，所述SiC晶片包括4H
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SiC晶片。18.根据权利要求12所述的SiC晶片，其中，所述SiC晶片包括半绝缘SiC。19.根据权利要求12所述的SiC晶片，其中，所述SiC晶片包括n型SiC。20.根据权利要求12所述的SiC晶片，其中，所述直径在包括145mm至155mm的范围内。21.根据权利要求12所述的SiC晶片，其中，所述直径在包括145mm至205mm的范围内。22.一种碳化硅(SiC)晶锭，包括在包含145毫米(mm)至180mm的范围内的直径和大于
50mm的晶锭高度。23.根据权利要求22所述的SiC晶锭，其中，所述SiC晶锭的高度的至少75％被配置为提供多个SiC晶片，并且对于包括所述SiC晶片的中心并且由距所述SiC晶片的周边边缘2mm的径向晶片位置径向界定的晶片区域，所述多个SiC晶片中的每个SiC晶片包括小于或等于4600/平方厘米(cm2)的总位错密...

【专利技术属性】
技术研发人员：尤里，
申请(专利权)人：沃孚半导体公司，
类型：发明
国别省市：