一種生長(zhǎng)大尺寸低缺陷碳化硅單晶和晶片的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明提供一種制備低缺陷密度的SiC單晶及其加工出SiC晶片的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]碳化硅(SiC)是第三代寬帶隙半導(dǎo)體材料，具有寬禁帶、高熱導(dǎo)率、高電子飽和迀移速率、高擊穿電場(chǎng)等性質(zhì)，被認(rèn)為是制造光電子器件、高頻大功率器件、高溫電子器件理想的半導(dǎo)體材料。常用SiC多為α相即(4H、6H)，其帶隙較寬，可用于大功率電子器件;SiC生長(zhǎng)使用較多的為(0001)面或(0001)面偏〈11-20〉方向0-8度偏角，以此晶面生長(zhǎng)，根據(jù)晶體生長(zhǎng)理論，SiC單晶(0001)面生長(zhǎng)屬于螺位錯(cuò)機(jī)制生長(zhǎng)，生長(zhǎng)表面存在的微管、位錯(cuò)等缺陷提供了晶體生長(zhǎng)的臺(tái)階源。晶體內(nèi)缺陷多繼承于籽晶，即使生長(zhǎng)溫場(chǎng)在理想的情況下，晶體內(nèi)部缺陷相對(duì)籽晶不會(huì)有較大的增殖，但無法降低位錯(cuò)密度。位錯(cuò)表現(xiàn)為SiC晶片中的線缺陷，外延生長(zhǎng)時(shí)位錯(cuò)會(huì)延伸到外延層內(nèi)降低器件的成品率及生產(chǎn)效率，使得SiC單晶襯底的有效使用面積減小，增加了SiC襯底的使用成本。SiC采用{11-20}面和{1-100}面生長(zhǎng)可有效減少微管和位錯(cuò)，這是由于這些晶面的SiC生長(zhǎng)機(jī)理和{0001}面不同，無生長(zhǎng)螺旋和臺(tái)階。以此，微管和位錯(cuò)密度可有效降低，得到了非專利文獻(xiàn)I的證實(shí)。論文僅研究了不同生長(zhǎng)面對(duì)缺陷的影響，且晶片尺寸在I英寸以下，無實(shí)際應(yīng)用。非專利文獻(xiàn)2命名了RAF(RepeatedΑ-Face)工藝，其中a面為{11-20}，m面為{1-100}，論文提出了一種生長(zhǎng)低位錯(cuò)密度、高質(zhì)量的晶體生長(zhǎng)方法，通過先m-a-m面生長(zhǎng)(I次或多次)即重復(fù)a面生長(zhǎng)，最后c面生長(zhǎng)，減少微管及位錯(cuò)。并通過腐蝕坑和X射線形貌圖進(jìn)行了驗(yàn)證。通過該方法生長(zhǎng)的最佳晶體的腐蝕坑密度比傳統(tǒng)方法低3個(gè)數(shù)量級(jí)。同樣證實(shí)了非專利文獻(xiàn)I的結(jié)論，但受制于PVT法生長(zhǎng)出的晶體厚度多在40_以下，這種方法僅限于I英寸以下的晶體。而實(shí)際生產(chǎn)中所用SiC晶片尺寸在4英寸以上，因此無法用于減少大直徑SiC晶體中的位錯(cuò)缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提供了一種生長(zhǎng)大尺寸低缺陷碳化硅單晶和晶片的方法，解決了大直徑SiC晶體中的位錯(cuò)缺陷的難題。
[0004]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案解決以上技術(shù)問題的:
一種生長(zhǎng)大尺寸低缺陷碳化硅單晶和晶片的方法，包括以下步驟:
1.使用市場(chǎng)主流的{0001}面或{0001}面偏〈11-20〉方向0、4度偏角SiC晶片作為生長(zhǎng)的籽晶，特別地，對(duì)其缺陷無特別要求，較多缺陷和較少缺陷皆可，此外，籽晶直徑必須為所需晶片直徑再加上0.5到I英寸。以此籽晶通過PVT法生長(zhǎng)出SiC晶體；
2.從生長(zhǎng)出的SiC晶體切割出晶片，特別地，根據(jù)晶體厚度，在保證切出晶片直徑不小于籽晶的條件下盡可能將晶體生長(zhǎng)面向〈11-20〉方向旋轉(zhuǎn)，切出偏〈11-20〉方向大偏角的SiC晶片作為下步生長(zhǎng)步驟的籽晶。同樣地，可在保證切出晶片直徑不小于籽晶的條件下盡可能將晶體生長(zhǎng)面向〈1-100〉方向旋轉(zhuǎn)，切出偏〈1-100〉方向大偏角的SiC晶片作為下步生長(zhǎng)步驟的籽晶。特別地，籽晶厚度不小于1_，可減少應(yīng)力導(dǎo)致的位錯(cuò)產(chǎn)生； 3.將步驟2中切割出的晶片加工為籽晶，生長(zhǎng)出SiC晶體；
4.將上一步所得SiC晶體切割，特別地，根據(jù)步驟2中的旋轉(zhuǎn)方向，根據(jù)晶體厚度，在保證切出晶片直徑不小于籽晶的條件下盡可能將晶體生長(zhǎng)面向步驟2中的旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)，切出偏步驟2中的旋轉(zhuǎn)方向大偏角的SiC晶片作為下步生長(zhǎng)步驟的籽晶；
5.將上一步中切割出的晶片加工為籽晶，生長(zhǎng)出SiC晶體；
6.重復(fù)步驟4、5，特別地，直至SiC晶體生長(zhǎng)面旋轉(zhuǎn)至{11-20}面或{1-100}面；
7.將上一步所得晶體按其生長(zhǎng)面切割晶片并加工，將加工出的晶片作為籽晶生長(zhǎng)SiC晶體。特別地，選出1-2片晶片測(cè)試，將晶片使用熔融KOH腐蝕并用顯微鏡觀察；
8.重復(fù)步驟7，特別地，將晶片使用熔融KOH腐蝕并用顯微鏡觀察。直至腐蝕晶片經(jīng)觀察無微管且位錯(cuò)密度小于102每平方厘米；
9.將上步所得SiC晶片作為籽晶生長(zhǎng)SiC晶體；
10.從生長(zhǎng)出的SiC晶體切割出晶片，特別地，根據(jù)晶體厚度，在保證切出晶片直徑不小于籽晶的條件下盡可能將晶體生長(zhǎng)面向〈0001 >方向旋轉(zhuǎn)，切出偏〈0001 >方向大偏角的SiC晶片作為下步生長(zhǎng)步驟的籽晶；
11.重復(fù)步驟9、10，直至晶體生長(zhǎng)面平行于{0001}面，特別地將晶體加工為所需直徑晶片，此時(shí)可得到微管密度小于0.5個(gè)每平方厘米、位錯(cuò)密度小于103個(gè)每平方厘米的SiC晶片。
[0005]此發(fā)明的另一步驟在第10步不同，特別地，根據(jù)晶體厚度和此時(shí)的生長(zhǎng)面方向，在保證切出晶片直徑不小于籽晶的條件下盡可能將晶體生長(zhǎng)面向與它垂直的〈11-20〉方向或〈1-100〉方向旋轉(zhuǎn)，切出偏〈11-20〉方向或〈1-100〉方向大偏角的SiC晶片作為下步生長(zhǎng)步驟的籽晶。重復(fù)4-11步即可。實(shí)施該方法前，晶片的微管密度可達(dá)到1-10個(gè)每平方厘米，位錯(cuò)密度在104-105個(gè)每平方厘米，通過本發(fā)明方法，可得到微管密度小于0.5個(gè)每平方厘米、位錯(cuò)密度小于103個(gè)每平方厘米的SiC晶片。通過不同的旋轉(zhuǎn)方向，完成步驟8之后，可獲得SiC晶體生長(zhǎng)面為{11-20}面和{1-100}面的SiC晶片，該尺寸SiC籽晶之后無需再重復(fù)步驟8之前的生長(zhǎng)，可直接從重復(fù)步驟8開始，保證了大直徑、低缺陷密度SiC晶片生長(zhǎng)的連續(xù)，同時(shí)無需再購(gòu)買SiC籽晶。
【附圖說明】
[0006]圖1是本發(fā)明的物理氣相傳輸法生長(zhǎng)SiC晶體的生長(zhǎng)腔體結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明第二步的切割剖面示意；
圖3是本發(fā)明的切割籽晶生長(zhǎng)剖面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0007]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明:
一種生長(zhǎng)大尺寸低缺陷碳化硅單晶和晶片的方法，包括以下步驟:
1.使用市場(chǎng)主流的{0001}面或{0001}面偏〈11-20〉方向0、4度偏角SiC晶片作為生長(zhǎng)的籽晶，特別地，對(duì)其缺陷無特別要求，較多缺陷和較少缺陷皆可，(市場(chǎng)上購(gòu)買的SiC晶片的級(jí)別由其缺陷多少確定，級(jí)別越高，價(jià)格越高)。此外，籽晶直徑必須為所需晶片直徑再加上
0.5到I英寸(由于生長(zhǎng)過程中晶體邊緣徑向溫梯較大以及內(nèi)襯邊緣的干擾，晶體邊緣質(zhì)量較差，要得到高質(zhì)量的晶體和晶片就需要在加工過程去除邊緣質(zhì)量差的部分，根據(jù)晶體尺寸不同選擇0.5到I英寸，所需晶體尺寸越大，那么籽晶的尺寸就需要相應(yīng)的增加越多)。以此籽晶通過PVT法生長(zhǎng)出SiC晶體；
2.從生長(zhǎng)出的SiC晶體切割出晶片，特別地，根據(jù)晶體厚度，在保證切出晶片直徑不小于籽晶的條件下盡可能將晶體生長(zhǎng)面向〈11-20