无微管碳化硅及其相关制备方法技术

本发明专利技术公开了一种无微管单晶碳化硅（ＳｉＣ）及其相关制备方法。通过将源材料和晶籽固定器上的晶籽材料放置在升华系统的反应坩埚中生长ＳｉＣ，其中包括至少所述源材料、所述晶籽固定器、以及所述反应坩埚的所述升华系统的构成组件基本无有害杂质。在ＰＶＴ工艺期间，控制生长温度、生长压强、ＳｉＣ升华通量和组分、以及所述源材料与所述晶籽材料或生长在所述晶籽材料上的ＳｉＣ晶体之间的温度梯度，消除诱发微管的工艺不稳定性、并且在所述晶籽材料上生长无微管ＳｉＣ晶体。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本申请涉及无微管碳化硅、无微管碳化硅单晶晶圆、及其相关制备 方法。
技术介绍
已证明在制备各种电子器件中单晶碳化硅(SiC)是很有用的材料。 因其物理强度和对许多化学制品的极好耐抗性，SiC可用以制备适于用在 半导体工业的非常坚固的衬底。SiC具有极好的电特性，包括辐射硬度 (radiation hardness )、高击穿场、相对宽的带隙、高饱和电子漂移速度、 高温工作、以及对光谱中蓝、紫、紫外区域的高能光子的吸收和发射。按照惯例，SiC使用各种晶籽升华生长工艺制备。例如，在美国专利 4,912,064; 4,866,005 (再版34,861)和5,679,153中公开了所选择的晶籽升 华生长工艺，通过引用将其整体内容并入此文。在典型的SiC生长法中，晶籽材料和源材料被布置在反应坩埚中， 而后将反应坩埚加热至源材料的升华温度。通过反应坩埚周围环境的受 控力口热，在升华源材料和稍冷的晶籽材料(marginally cooler seed material) 之间形成热梯度。通过热梯度，气相中的源材料被传输到晶籽材料上， 在此其浓缩生长块体晶态梨晶(bulk crystalline boule )。这种类型的晶体 生长方法通常^L称为物理气相传输(PVT)法。在传统的SiC生长方法中，反应坩埚由碳(包括，例如，石墨和/或 其它碳材料)制成，并利用感应或电阻加热技术被加热。将加热圈和关 联绝缘体相对反应坩埚谨慎定位以便形成和保持所需的热梯度。诸如粉末SiC这种源材料通常与竖直定位的反应坩埚联合使用。在PVT法过程 中，该粉末SiC ^皮保持在反应坩埚的下部，而晶籽材料位于反应坩埚的 上部。SiC衬底的独特性质能够设计和生产一批高功率和/或高频率半导体器件。在SiC晶圆生产方面，过去十年的持续发展已经达到了一个成熟的水平，允许以商业可接受的价格点制造这种半导体器件。然而，某些有关材料的问题继续阻碍SiC晶圓在许多商业应用中被选作衬底的广泛使用。这些有关材料的问题主要是由常规生产的SiC的材料合成物中的某些结构缺陷引起的，例如，微管、位错(例如，穿透位错、刃位错、基面位错和/或螺型位错)、六边形空洞、堆垛层错等。每一结构缺陷由组分SiC的材料晶格结构中的一个或多个中断引起。这种结构缺陷有损于随后在SiC衬底上形成的半导体器件的生产和正常工作。因而损害器件 成品率和可靠性。SiC中结构缺陷的性质和说明很好理解，并且尽管这种缺陷的密度随 着时间已4皮降低，然而仍出现相对高的缺陷浓度，并且已证明难以消除。 (例如，参见Nakamura等人的"超高品质碳化硅单晶，，，自然，第430巻 1009页("Ultrahigh quality silicon carbide single crystals", TV"她re, Vol.430 at page 1009 ), (2004年8月26日))。;徵管是Sic中的普通结构缺陷，其在晶籽升华生长工艺中形成或扩散。微管是空心并具有典型沿c轴的伯格斯(Burgers)矢量的超螺型位 错。许多原因导致在SiC中产生孩t管。这些原因包括过量材料夹杂(例 如硅或碳夹杂)、外来杂质(例如金属沉积物)、边界缺陷、以及局部位 错的移动或滑动。(参见，例如，Powell等人的"低微管密度SiC晶圆的 生长，，,材料科学论坛,("Growth of low micropipe density SiC wafers," Materials Science Fo醒)，Vols. 338-40, pp. 437-40 (2000))其它迹象显示与六边形空洞关联。六边形空洞在晶体中是扁平的六 边形板状腔，并且常常具有尾随在其下面的中空管。(参见，例如，Kuhr 等，"SiC升华生长工艺中的六边形空洞和;徵管的形成"，应用物理杂志， ("Hexagonal voids and the formation of micropipes during SiC sublimationgrowth," /oMma/ of^^/zWi^"z'c& ) Vol. 89， No.8 at page 4625 (2001年4 月))随着继续努力使SiC衬底和在SiC衬底上所形成的器件商业化，更 多的重点已放在组分衬底材料的品质上。例如，所谓的a面重复(RAF) 生长法已证明无微管SiC样品。然而，因其长的工艺周期、复杂的工艺、 在晶圆直径扩大方面的困难以及相应的费用，这一方法不适合于用在商 业应用中。因此，尽管工业上已经能够通过延时稳定减小商业SiC衬底 中的微管密度，然而仍需要一种在商业上可行并且提供完全无微管的单 晶SiC的SiC晶圓生长方法。
技术实现思路
本专利技术的实施例涉及无微管碳化硅(SiC)、无微管单晶SiC晶圆和 衬底、及其相关制备方法。在一个实施例中，本专利技术提供一种在升华系统中利用物理气相传输 (PVT)工艺沿名义上的c轴生长方向生长碳化硅(SiC晶体)的方法， 其中，所述晶体完全无微管缺陷，所述方法包括将晶籽材料连接于晶 籽固定器，并在所述晶籽材料和所述晶籽固定器之间形成均匀热接触； 将源材料和连接于所述晶籽固定器的晶籽材料放置在反应坩埚中，其中 包括至少所述源材料、所述晶籽固定器、以及所述反应坩埚的所述升华 系统的构成组件基本无有害杂质；以及在PVT工艺期间，控制生长温度、 生长压强、SiC升华通量和组分、以及所述源材料与所述晶籽材料或生长 在所述晶籽材料上的SiC晶体之间的温度梯度，从而消除诱发微管的工 艺不稳定性、并且在所述晶籽材料上生长无樣t管SiC晶体。在另一实施例中，本专利技术提供一种无微管碳化硅(SiC)晶圆，所述 SiC晶圆自通过在升华系统的反应坩埚中放置源材料和晶籽材料的工艺 沿名义上的c轴方向生长的SiC晶体切出，其中，包括至少所述源材料和 所述反应坩埚的所述升华系统的构成组件基本无有害杂质；以及在物理 气相传输(PVT)工艺期间，控制生长温度、生长压强、SiC升华通量和 组分、以及所述源材料与所述晶籽材料或生长在所述晶籽材料上的SiC晶体之间的温度梯度，从而消除诱发微管的工艺不稳定性。在另一实施例中，本专利技术提供一种半导体晶圆，其包括块体单晶 碳化硅(SiC)衬底，所述SiC衬底自沿名义上的c轴方向生长并且微管密 度为零的SiC晶体切出，所述SiC衬底包括相对的第一和第二表面；外延 层，所述外延层在所述SiC衬底的至少第一表面上形成、并且包括定义用 于外延层的导电率的掺杂原子浓度；以及半导体器件，所述半导体器件在另一实施例中，本专利技术提供一种半导体晶圆，其包括块体单晶 碳化硅(SiC)衬底，所述SiC衬底自沿名义上的c轴方向生长并且微管密 度为零的SiC晶体切出，所述SiC衬底包括相对的第一和第二表面；外延 层，所述外延层在所述SiC衬底的至少第一表面上形成、并且包括定义用 于外延层的导电率的掺杂原子浓度；以及至少部分在所述外延层中形成 的半导体器件。在另 一实施例中，本专利技术才是供一种在升华系统中利用物理气相传输 (PVT)工艺沿名义上的c轴生长方向生长III族氮化物(III族氮化物晶体) 的方法，其中，所述III族氮化物晶体完全无微管缺陷，所述方法包括 将晶籽材料连本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在升华系统中利用物理气相传输（ＰＶＴ）工艺沿名义上的ｃ轴生长方向生长碳化硅（ＳｉＣ晶体）的方法，其中，所述晶体完全无微管缺陷，所述方法包括：　将晶籽材料连接于晶籽固定器，并在所述晶籽材料和所述晶籽固定器之间形成均匀热接触；　 将源材料和连接于所述晶籽固定器的晶籽材料放置在反应坩埚中，其中包括至少所述源材料、所述晶籽固定器、以及所述反应坩埚的所述升华系统的构成组件基本无有害杂质；以及　在ＰＶＴ工艺期间，控制生长温度、生长压强、ＳｉＣ升华通量和组分、以及所述源 材料与所述晶籽材料或生长在所述晶籽材料上的ＳｉＣ晶体之间的温度梯度，从而消除诱发微管的工艺不稳定性、并且在所述晶籽材料上生长无微管ＳｉＣ晶体。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：杰姆巴什切里，尤里赫列布宁科夫，伊戈尔赫列布宁科夫，坚吉兹巴尔卡什，穆拉特N西兰，赫德森麦克德霍布古德，小卡尔文H卡特，维贾伊巴拉克里什纳，罗伯特T伦纳德，阿德里安R鲍威尔，巴莱里茨韦特科夫，贾森R珍妮，
申请(专利权)人：科锐有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]