本方法旨在通过升华生长法生产至少一种SiC体积单晶(2)，其中，在开始生长之前，具有生长表面的SiC籽晶(8)被放置在生长坩埚的晶体生长区中，以及将SiC源材料引入生长坩埚的SiC存储区中。在生长期间，在生长温度达到2,400℃和生长压力介于0.1mbar和100mbar之间时，通过SiC源材料的升华以及通过将升华的气体成分输送到晶体生长区内，产生SiC生长气相，其中SiC体积单晶(2)通过在SiC籽晶体上在沉积SiC生长气相而生长。在开始生长之前，在室温下向SiC籽晶(8)中引入机械应力，使得SiC籽晶(8)中存在的籽螺位错(24)在机械应力的影响下发生位错运动，以便关于各自位错运动中互相接近的籽螺位错(24)互相重组并互相抵消。位错(24)互相重组并互相抵消。位错(24)互相重组并互相抵消。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】不均匀螺位错分布的碳化硅体积单晶的生产方法和碳化硅衬底
[0001]本文通过引用方式并入欧洲专利申请EP 21 163 801.0的内容。
[0002]本专利技术涉及一种借助于升华生长法生产至少一种碳化硅体积单晶的方法和一种单晶碳化硅衬底。
技术介绍
[0003]由于具有出色的物理、化学、电学和光学特性，半导体材料碳化硅(SiC)还被用作(但不限于)电力电子半导体元件、高频元件和特殊发光半导体元件的起始材料。对于这些元件，要求SiC衬底(＝SiC晶圆)具有尽可能大的衬底直径和尽可能高的品质。
[0004]SiC衬底的基础是高等级的碳化硅体积单晶(SiC volume monocrystal)，通常借助于物理气相沉积处理(physical vapour deposition treatment；PVT)法生产，特别是借助于例如US 8,865,324 B2中描述的(升华)方法生产。在这种生长方法中，单晶碳化硅晶片(disc)作为SiC籽晶与合适的源材料一起被引入生长坩埚。在受控的温度和压力条件下，源材料升华且气态物质沉积在SiC籽晶上，使得SiC体积单晶在此生长。
[0005]然后，例如借助线锯，从SiC体积单晶中切割出圆盘状的单晶SiC衬底，在(特别是借助多个抛光步骤)对其表面进行多级精整处理后，作为元件制造工艺的一部分，为其提供至少一个薄的单晶外延层，例如SiC或氮化镓(gallium nitride；GaN)外延层。此外延层的特性以及最终由其生产的元件的特性，决定性地取决于SiC衬底或下层SiC体积单晶的品质。
[0006]对于外延层的生产，SiC衬底中的任何贯穿螺位错(threading screw dislocation；TSD)也很重要，因为螺位错会传播到外延层中，从而导致由此生产的电子元件的品质和/或良率降低。为了高良率，应该尽可能避免晶体生长期间因偏离理想晶体形状而产生的晶体缺陷，比如螺位错等。此外，通过PVT工艺生产SiC体积单晶非常耗费成本和时间。因此，例如由于位错导致晶体结构不完美等原因而无法进一步在元件生产中使用的材料会大大降低良率并增加成本。
[0007]在US 9,234,297 B2中，描述了一种基于两步法生长工艺的方法，其中在低生长速率和增大压力的第一生长阶段，生长中的SiC体积单晶的边缘区域的螺位错转化为堆垛层错(stacking fault)，然后垂直于生长方向向外生长。在后续的第二生长阶段中，生长速率提高(压力降低)，此时生长的SiC体积单晶的晶体体积在边缘区域的螺位错的数量减少。然而，所实现的螺位错密度的降低不足以在SiC衬底上经济地生产电子元件。因此，要进一步降低。
技术实现思路
[0008]与已知方案相比，本专利技术的目的是提供一种改进的SiC体积单晶的生产方法以及
一种改进的单晶SiC衬底。
[0009]为了实现与此方法有关的目的，公开了一种与权利要求1的特征对应的方法。根据本专利技术的方法是一种借助于升华生长法用于生成至少一种SiC体积单晶的方法，其中在开始生长之前，具有生长表面的SiC籽晶被布置在生长坩埚的晶体生长区中，以及SiC源材料，特别是粉末状或者特别是压实的SiC源材料，至少部分压实的SiC源材料较佳，或者特别是单晶或多晶固体块状形式的SiC源材料，密度为3.0g/cm2至3.21g/cm2较佳，或者特别是这些不同SiC源材料的组合。在生长期间，(特别是生长中的SiC体积单晶的生长界面处)在生长温度达到2400℃，以及生长压力介于0.1mbar和100mbar之间，借助于SiC源材料的升华和借助于将升华的气体成分输送到晶体生长区内，在此产生SiC生长气相，其中借助于SiC生长气相的沉积，SiC体积单晶在SiC籽晶上生长。在开始生长之前，在室温下向SiC籽晶中引入机械应力，从而使得SiC籽晶中存在的籽螺位错在机械应力的影响下错位，以便关于各自的位错运动互相接近的籽螺位错互相重组并互相抵消。
[0010]籽螺位错的位错运动和重组较佳地在SiC籽晶内进行。此外，籽螺位错的位错运动特别是基本上沿径向或横向进行，即基本上是沿与生长中的SiC体积单晶的生长方向垂直取向的方向进行。另一方面，生长中的SiC体积单晶的生长方向也可理解为轴向。
[0011]螺位错(screw dislocation)在这里被理解为既是纯螺位错(pure screw dislocation)又是在m
‑
或a
‑
晶体方向还具有至少一个分量的混合形式之一。
[0012]已经认识到，生长中的SiC体积单晶(以及后续由此生成的圆盘状SiC衬底)中螺位错密度增加的主要原因是用于生长的SiC籽晶。因此，在生长过程期间，SiC籽晶中普遍存在的籽螺位错可沿着生长方向传播到生长中的SiC体积单晶中。为了尽可能避免这种情况，SiC籽晶在开始生长之前以及优选还是在室温下经受机械应力，从而减少SiC籽晶中初始存在的籽螺位错的数量，直到开始生长为止。
[0013]通过籽螺位错的相互作用，相关的螺位错可以互相重组，从而互相抵消。这种有利的重组特别是发生在籽螺位错彼此靠近且它们是具有不同旋转方向的螺位错时，即各自的柏氏矢量具有不同的符号(+1c和
‑
1c)。在SiC籽晶中，具有正柏氏矢量的螺位错数量和具有负柏氏矢量的螺位错数量之比通常接近于1，以便原则上存在籽螺位错的有利重组的多种可能性。为了启动有利的重组，对SiC籽晶施加机械应变或应力。应力形成驱动力，使现有的籽螺位错开始移动并在SiC籽晶内将籽螺位错的位置改变一定距离。在这些位错移动的过程中，具有不同旋转方向的局部相邻的籽螺位错可以互相接近，特别是达到发生重组的程度。相应区域中的机械应力越大，这种效果就越明显。机械应力越大，籽螺位错的移动性就越高。此外，籽螺位错在其位错运动期间遵循机械应力的梯度移动，以及根据这个梯度的方向移动较佳。
[0014]因此，相互重组的螺位错甚至在SiC籽晶中优选地彼此消灭，从而无法在生长的SiC体积单晶的晶体结构中继续。这降低了生长中的SiC体积单晶中的螺位错密度。剩余的螺位错特别是不均匀地分布。在横向或径向上，特别是有些区域的局部螺位错密度高于其他区域。较佳地，关于与生长中的SiC体积单晶的生长方向垂直的横截面积，以针对性地方式生产出局部螺位错密度相对低的宽区域(或仅一个宽区域)，而只存在与之相比局部螺位错密度更高的相对小的区域(或仅一个相对较小的区域)。为了进一步加工，优选地确定局部螺位错密度相对低的宽区域(或者甚至仅宽区域)。如果需要，还可以只对SiC籽晶的重组
子区域(例如，只对中心区域或只对边缘区域)施加机械应力，从而特别有利于此处的籽螺位错的有利重组。
[0015]根据本专利技术的方法，优选在特定区域中，例如在边缘区域中或者在中心区域中，能够降低生长中的SiC体积单晶(以及后续由其生产的圆盘状SiC衬底)中的籽螺位错密度。在这些区域中，SiC体积单晶优选地几乎，理想情况下甚至完全没有螺位错。与之前已知的本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种借助于升华生长法来生产至少一种碳化硅SiC体积单晶(2)的方法，其中a)在开始生长之前a1)在生长坩埚(3)的晶体生长区(5)中布置具有生长表面(18)的SiC籽晶(8)，以及a2)将SiC源材料(6)引入所述生长坩埚(3)的SiC存储区(4)内，以及b)在生长温度达到2400℃和生长压力介于0.1mbar和100mbar之间的生长期间，借助于所述SiC源材料(6)的升华并借助于将升华的气体成分输送到所述晶体生长区(5)内，在晶体生长区(5)生成SiC生长气相(9)，其中所述SiC体积单晶(2)借助于SiC生长气相(9)的沉积在所述SiC籽晶(8)上生长，其特征在于，c)在室温下，在开始生长之前，向所述SiC籽晶(8)中引入机械应力，从而使得所述SiC籽晶(8)中存在的籽螺位错(24)在机械应力的影响下发生位错运动，以便关于各自的位错运动互相接近的籽螺位错(24)互相重组并互相抵消。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过加热所述SiC籽晶(8)，热激活所述籽螺位错(24)的位错运动。3.根据权利要求1和2中任一项所述的方法，其特征在于，所述机械应力旋转对称地引入所述SiC籽晶(8)。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述SiC籽晶(8)被弯曲以引入机械应力，特别是最大弯曲距离介于0.1mm至5mm之间。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，借助于至少一个冲头(28；28a；28b；28c；32)弯曲所述SiC籽晶(8)，以引入机械应力。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，至少一个冲头(28)居中放置，并作用于所述SiC籽晶(8)的中心。7.根据权利要求5或6所述的一种方法，其特征在于，数个冲头(28、32)作用于所述SiC籽晶(8)，...
【专利技术属性】
技术研发人员：伯恩哈德，
申请(专利权)人：硅晶体有限公司，
类型：发明
国别省市：
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