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技术

本方法旨在通过升华生长法生产至少一种

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】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 21 163 803.6
的内容
。


[0002]本专利技术涉及一种借助于升华生长法
(sublimation growth)
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
。
为实现良率，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，仅减少边缘区域的螺位错密度并不足以在
SiC
衬底上经济地生产电子元件
。
因此，期望进一步地降低螺位错密度
。

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标，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借助于升华生长而生成至少一种
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，特别是粉末状或特别是压实的
SiC
源材料，至少部分压实的
SiC
源材料较佳，或特别是单晶或多晶固体块状的
SiC
源材料，密度为
3.0g/cm2至
3.21g/cm2较佳，或特别是这些不同
SiC
源材料的组合
。
在生长期间，在达到
2400℃
的生长温度下，特别是在生长中的
SiC
体积单晶的生长界面处，以及生长压力介于
0.1mbar
和
100mbar
之间，借助于
SiC
源材料的升华以及借助于将升华的气态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
。
在这个过程中，在开始生长之前，检查
SiC
的生长表面处是否存在籽螺位错，其中生长表面被划分为籽段，并为每个籽段确定相关的局部螺位错籽段密度
。
此外，在开始生长之前，在
SiC
籽晶的生长表面处进行处理，以便在其局部螺位错籽晶段密度比针对整个生长表面确定的总螺位错籽晶密度至少高出
1.5
到4倍，特别是至少高出2倍的每个籽晶段中产生晶核中心，在此后进行的生长期间，晶核中心是
(
特别可能的
)
至少一个补偿螺旋位错各自的起点
。
[0010]籽段可以各自是圆形
、
正方形或矩形，以及各自具有优选为
1mm2至
100mm2，优选为
5mm2或
10mm2的籽段面积
。
也可以是其他的几何形状
。
所有籽段的籽段几何形状和
/
或籽段面积相同较佳
。
例如，这方面的例外适用于位于
SiC
籽晶的边缘处的籽段
。
但原则上，籽段也可以具有彼此不同的籽段几何形状和
/
或籽段面积，特别是彼此随机不同
。
[0011]总螺位错籽密度本文档来自技高网...

【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、18b)
的
SiC
籽晶
(8、8b)
，以及
a2)
将
SiC
源材料
(6)
引入生长坩埚
(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
SiC
源材料
(6)
的升华并借助于将升华的气态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)
，在晶体生长区
(5)
中借助于来自
SiC
生长气相
(9)
的沉积，
SiC
体积单晶
(2)
在所述
SiC
籽晶
(8、8b)
上生长，其特征在于
c)
在生长表面
(18
，
18b)
上开始生长前，
c1)
针对籽螺位错
(20)
的存在检查所述
SiC
籽晶
(8
，
8b)
，其中所述生长表面
(18
，
18b)
被划分为籽段，并针对每个籽段确定相关的局部螺位错籽段密度，以及
c2)
对所述
SiC
籽晶
(8
，
8b)
进行处理，以便在其局部螺位错籽段密度比针对整个生长表面
(18、18b)
确定的总螺位错籽密度高出至少
1.5
至4倍的每个籽段中产生晶核中心
(22)
，其中晶核中心
(22)
是后续进行的生长期间至少一个补偿螺位错
(23)
各自的起点
。2.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在检测到局部螺位错籽段密度增加的籽段中，生成的晶核中心
(22)
的晶核数是该籽段中确定的籽螺位错
(20)
的位错数的至少一半
。3.
根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，晶核中心
(22)
是通过生长表面
(18、18b)
的限于局部的结构化生成的
。4.
根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，晶核中心
(22)
是利用激光辐射
(29)
对生长表面
(18、18b)
进行限于局部的处理而生成的
。5.
根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，晶核中心
(22)
是利用添加剂通过生长表面
(18b)
的限于局部的涂层
(30)
而生成的
。6.
根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，晶核中心
(22)
是通过生长表面
(18、18b)
的限于局部的抛光而生成的
。7.
根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，...

【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：