[发明专利]一种低基面位错密度的碳化硅晶体生长方法

说明书

本发明公开了一种低基面位错密度的碳化硅晶体生长方法，其包括：将装有碳化硅原料和籽晶的坩埚放于单晶生长炉中，在特定的温度和压力条件下使碳化硅原料发生升华并在籽晶上结晶，将晶体冷却，获得碳化硅单晶。本发明的优点是：在生长过程中，在温度保持在高温的条件下，通过控制生长室内的压力来调控SiC晶体生长过程的开始及中断，使碳化硅晶体在先开始生长后再中断生长然后再缓慢接长，从而促使基面位错在中断后接长时转换为刃位错，从而获得低基面位错密度的碳化硅晶体。

技术领域

本发明涉及一种低基面位错密度的碳化硅晶体生长方法，可以显著降低碳化硅晶体中的基面位错，涉及碳化硅晶体生长领域。

背景技术

碳化硅是具有宽禁带宽度的半导体材料，由于其宽带隙、高临界击穿电场、高热导率、高载流子漂移速度等特点，在高温、高频、大功率、光电子及抗辐射等方面具有巨大的应用前景。

在碳化硅单晶的生长方法中最有效的方法为改良型的Lely法，也叫做物理气相传输法。现在，从利用改良型的Lely法制备得到的SiC单晶体，能够切取获得50-200mm的SiC单晶晶片，被提供给电力电子领域等的电子器件制作。SiC晶片的品质对器件的性能、量产时的成品率有很大的影响，因此提高晶体的品质、降低晶体缺陷是碳化硅器件应用最重要的课题之一。

微管是碳化硅单晶体中最具有代表性的缺陷，大多数情况下生长晶体中的微管是继承了存在于籽晶中的微管缺陷。对于碳化硅单晶中的微管缺陷，迄今为止已有许多的研究报告，并取得了重要的进展，当前在商业的碳化硅单晶晶片中，微管的平均数已经降低到1/cm2以下，生长晶体的微管缺陷问题基本已经得到解决。在这样的状况下，近年来SiC单晶中的位错缺陷引起了较大的关注。

在采用改良型的Lely法制备碳化硅单晶的过程中，在碳化硅单晶体中不可避免地会产生内应力，其在最终所得到的单晶晶片内部以弹性应变或位错（塑性应变）的形式残留。目前市售的SiC晶片，主要包括三种类型的位错，基面位错（BPD）、贯通螺旋位错（TSD）和贯通刃型位错（TED）。根据关于晶体缺陷与器件的调查报告，BPD会引起器件的氧化膜不良，造成器件的绝缘击穿，另外，在双极性器件中，BPD会引发层积缺陷，造成器件性能退化。TSD也会造成器件漏电流的产生，并使栅氧化膜寿命降低。在碳化硅单晶这三种位错类型中，BPD对最终制造的器件产品的危害最大、TSD次之，TED的影响最小。

在降低碳化硅单晶体位错密度方面，有过一些报道，这些方法主要是通过调整单晶生长区周围的温度梯度，降低晶体的内应力和弹性应变来实现。例如专利文献1中报导了，通过在籽晶周围区域安装热流速控制构件，控制来自单晶锭侧面的热量输入，能够抑制结晶生长中锭的温度分布的变化，抑制生长中的BPD、TSD的增殖，同时也降低弹性应变。在专利文献2中报告了，利用作为位错集合体的小倾角晶界垂直于生长表面而传播的性质，使生长晶体相对于生长方向成为凸状，由此使作为位错集合体的小倾角晶界向生长晶体的周边部位移动，在中央部形成小倾角晶界密度低的区域。

另外，在位错结构转换方面也有过一些报道。例如在采用化学气相沉积法（CVD）的SiC薄膜的外延生长过程中，由于镜像力的作用导致BPD转变为TED（参照非专利文献1）；在溶液生长法中也发生大致同样的结构转换（参照非专利文献2）。

现有技术文献

专利文献1：CN 105658846 B

专利文献2：日本特开2001-294499号公报

非专利文献1：S. Ha et al., Journal of Crystal Growth，244， (2002),257-266

非专利文献2：K. Kamei et al., Journal of Crystal Growth，311, (2009),855-858

但是，在工业制造碳化硅单晶方面，对于如何降低BPD，以及如何使BPD转换TED从而减少控制的方法没有提及。