本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種n型碳化硅單晶晶體、n型碳化硅襯底及半導(dǎo)體器件，屬于半導(dǎo)體材料技術(shù)領(lǐng)域。所述n型碳化硅單晶晶體距離籽晶面≤10mm部分所得的襯底邊緣10mm環(huán)狀范圍內(nèi)貫穿螺型位錯密度＜300cm<supgt;?2</supgt;，中心130mm直徑范圍內(nèi)貫穿螺型位錯密度<500cm<supgt;?2</supgt;，條狀層錯數(shù)量＜100條；所述n型碳化硅單晶晶體距離籽晶面＞10mm部分所得的襯底邊緣40mm環(huán)狀范圍內(nèi)貫穿螺型位錯密度＜100cm<supgt;?2</supgt;，中心130mm直徑范圍內(nèi)貫穿螺型位錯密度<300cm<supgt;?2</supgt;，條狀層錯數(shù)量＜5條。本發(fā)明專利技術(shù)提供的n型碳化硅單晶晶體具有低貫穿螺型位錯密度及低層錯密度，相比于其他n型碳化硅單晶晶體，明顯改善了晶體制備得到的晶片電阻率均勻性，該n型碳化硅單晶晶體及其制備得到的n型碳化硅襯底均具有較高的品質(zhì)和高度的均勻性。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于半導(dǎo)體材料，具體涉及一種n型碳化硅單晶晶體、n型碳化硅襯底及半導(dǎo)體器件。
技術(shù)介紹
1、碳化硅(sic)是繼第一代半導(dǎo)體材料硅、鍺和第二帶半導(dǎo)體材料砷化鎵、磷化銦后發(fā)展起來的第三代半導(dǎo)體材料。由于具有出色的物理、化學(xué)、電學(xué)和光學(xué)特性，碳化硅(sic)還被用作(但不限于)電力電子半導(dǎo)體元件、高頻元件和特殊發(fā)光半導(dǎo)體元件的起始材料。對于這些元件，要求sic襯底(＝sic晶圓)具有盡可能大的襯底直徑和盡可能高的品質(zhì)。
2、碳化硅襯底的基礎(chǔ)是高等級的碳化硅體積單晶(sic?volume?monocrystal)，通常借助于物理氣相沉積處理(physical?vapour?deposition?treatment；pvt)法生產(chǎn)，特別是借助于例如專利us?8865324?b2中公開的方法生產(chǎn)。在這種生長方法中，單晶碳化硅晶片(disc)作為sic籽晶與合適的源材料一起被引入生長坩堝。在受控的溫度和壓力條件下，源材料升華且氣態(tài)物質(zhì)沉積在sic籽晶上，使得sic體積單晶在此生長。
3、但目前在碳化硅pvt長晶中仍存在一些問題：1)通常襯底邊緣區(qū)域位錯密度、層錯等缺陷密度較高，會對此區(qū)域制備的器件性能產(chǎn)生不利影響；2)晶體在長厚時難以控制在一個穩(wěn)定的微凸的表面形貌，容易引起多型、多晶、微管等多種缺陷的產(chǎn)生。尤其是厚度大于30mm的晶體生長過程中形貌更加難以穩(wěn)定控制。因此，對具有低貫穿螺型位錯密度及低層錯密度的n型碳化硅襯底的研究具有十分重要的意義。
技術(shù)實現(xiàn)思路
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p>1、針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本專利技術(shù)的目的在于提供一種n型碳化硅單晶晶體及n型碳化硅襯底。本專利技術(shù)提供的n型碳化硅襯底具有低貫穿螺型位錯密度及低層錯密度，具有較高的品質(zhì)和高度的均勻性。2、根據(jù)本專利技術(shù)的一方面，提供了一種n型碳化硅單晶晶體，所述n型碳化硅單晶晶體距離籽晶面≤10mm部分所得的襯底邊緣10mm環(huán)狀范圍內(nèi)貫穿螺型位錯密度＜300cm-2，中心130mm直徑范圍內(nèi)貫穿螺型位錯密度<500cm-2，條狀層錯數(shù)量＜100條；所述n型碳化硅單晶晶體距離籽晶面＞10mm部分所得的襯底邊緣40mm環(huán)狀范圍內(nèi)貫穿螺型位錯密度＜100cm-2，中心130mm直徑范圍內(nèi)貫穿螺型位錯密度<300cm-2，條狀層錯數(shù)量＜5條。
3、優(yōu)選的，所述n型碳化硅單晶晶體距離籽晶面≤10mm部分所得的襯底邊緣10mm環(huán)狀范圍內(nèi)貫穿螺型位錯密度＜280cm-2，中心130mm直徑范圍內(nèi)貫穿螺型位錯密度<380cm-2，條狀層錯數(shù)量＜80條；所述n型碳化硅單晶晶體距離籽晶面＞10mm部分所得的襯底邊緣40mm環(huán)狀范圍內(nèi)貫穿螺型位錯密度＜85cm-2，中心130mm直徑范圍內(nèi)貫穿螺型位錯密度<265cm-2，條狀層錯數(shù)量≤3條。
4、可選地，所述n型碳化硅單晶晶體距離籽晶面＞20mm部分所得的襯底邊緣40mm范圍內(nèi)貫穿螺型位錯密度＜50cm-2，中心130mm直徑范圍內(nèi)貫穿螺型位錯密度<200cm-2，條狀層錯數(shù)量≤3條。
5、優(yōu)選的，所述n型碳化硅單晶晶體距離籽晶面＞20mm部分所得的襯底邊緣40mm范圍內(nèi)貫穿螺型位錯密度＜50cm-2，中心130mm直徑范圍內(nèi)貫穿螺型位錯密度<155cm-2。
6、可選地，所述n型碳化硅單晶晶體的中心厚度大于10mm；
7、優(yōu)選的，所述n型碳化硅單晶晶體的中心厚度大于30mm。
8、可選地，所述n型碳化硅單晶晶體的電阻率＜25mω·cm，且電阻率的最大值與最小值的差值小于2.4mω·cm；
9、優(yōu)選的，所述n型碳化硅單晶晶體的電阻率為19-21mω·cm，且所述n型碳化硅單晶晶體在73點測試任意直徑線段內(nèi)電阻率最大值與最小值的差值小于2mω·cm。
10、可選地，所述n型碳化硅單晶晶體在250-1800nm范圍內(nèi)同波長下的折射率的最大值與最小值差異＜2％。
11、可選地，所述n型碳化硅單晶晶體在250-650nm范圍內(nèi)同波長下的吸收系數(shù)的最大值與最小值差異＜2％。
12、根據(jù)本專利技術(shù)的另一方面，提供了一種n型碳化硅襯底，其經(jīng)過權(quán)利要求1～5中任意一項所述的n型碳化硅單晶晶體切割、研磨和拋光制得，所述n型碳化硅襯底邊緣40mm環(huán)狀范圍內(nèi)貫穿螺型位錯密度＜100cm-2，中心130mm直徑范圍內(nèi)貫穿螺型位錯密度<300cm-2，條狀層錯數(shù)量＜5條；
13、優(yōu)選的，所述n型碳化硅襯底邊緣40mm環(huán)狀范圍內(nèi)貫穿螺型位錯密度＜50cm-2，中心130mm直徑范圍內(nèi)貫穿螺型位錯密度<200cm-2，條狀層錯數(shù)量＜3條。
14、可選地，所述n型碳化硅襯底的電阻率＜25mω·cm，且電阻率的最大值與最小值的差值小于2.4mω·cm；
15、優(yōu)選的，所述n型碳化硅襯底的電阻率為19-21mω·cm。
16、更優(yōu)選的，所述n型碳化硅襯底在73點測試任意直徑線段內(nèi)電阻率最大值與最小值的差值小于2mω·cm。
17、可選地，所述n型碳化硅襯底在250-1800nm范圍內(nèi)同波長下的折射率的最大值與最小值差異＜2％。
18、可選地，所述n型碳化硅襯底在250-650nm范圍內(nèi)同波長下的吸收系數(shù)的最大值與最小值差異＜2％。
19、可選地，所述n型碳化硅襯底的基平面位錯密度<300cm-2，彎曲度<10μm。
20、優(yōu)選的，所述n型碳化硅襯底的基平面位錯密度<75cm-2，彎曲度<8.4μm。
21、本專利技術(shù)又一方面提供了一種半導(dǎo)體器件，所述半導(dǎo)體器件含有上述任意一項所述的n型碳化硅單晶晶體制備得到的n型碳化硅襯底或上述任意一項所述的n型碳化硅襯底。
22、本申請用于生長n型碳化硅單晶晶體的生長裝置包括：
23、坩堝體，所述坩堝體內(nèi)部中空設(shè)置形成生長腔，所述坩堝體分為上坩堝和下坩堝，所述下坩堝的壁厚大于所述上坩堝的壁厚，所述上坩堝的頂部固定有籽晶，所述上坩堝的頂部還設(shè)置有至少兩個沿上坩堝的周向均勻分布的氣體通路，所述氣體通路設(shè)置在籽晶與上坩堝的內(nèi)側(cè)壁之間；
24、石墨支撐環(huán)，所述石墨支撐環(huán)設(shè)置在下坩堝的上方，并與上坩堝的內(nèi)側(cè)壁抵接，所述石墨支撐環(huán)的壁厚由下向上逐漸減小；
25、石墨板，所述石墨板設(shè)置在所述石墨支撐環(huán)的上方，所述石墨板為多孔結(jié)構(gòu)且石墨板的孔隙面積由中心向邊緣逐漸減小。
26、可選地，所述生長裝置還包括加熱線圈和保溫結(jié)構(gòu)，所述加熱線圈用于加熱坩堝體，所述保溫結(jié)構(gòu)設(shè)置在所述坩堝體的外部。
27、可選地，所述氣體通路包括抽氣路和氮氣補充路。
28、可選地，所述石墨支撐環(huán)壁厚最厚處的厚度為1.5-5mm，壁厚最薄處的厚度為0.2-1mm。
29、本申請用于生長n型碳化硅單晶晶體的生長方法，包括下述步驟：
30、(1)組裝生長裝置；
<本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
1.一種n型碳化硅單晶晶體，其特征在于，所述n型碳化硅單晶體距離籽晶面≤10mm部分所得的襯底邊緣10mm環(huán)狀范圍內(nèi)貫穿螺型位錯密度＜300cm-2，中心130mm直徑范圍內(nèi)貫穿螺型位錯密度<500cm-2，條狀層錯數(shù)量＜100條；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的n型碳化硅單晶晶體，其特征在于，所述n型碳化硅單晶晶體距離籽晶面＞20mm部分所得的襯底邊緣40mm范圍內(nèi)貫穿螺型位錯密度＜50cm-2，中心130mm直徑范圍內(nèi)貫穿螺型位錯密度<200cm-2，條狀層錯數(shù)量≤3條。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的n型碳化硅單晶晶體，其特征在于，所述n型碳化硅單晶晶體的中心厚度大于10mm；
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的n型碳化硅單晶晶體，其特征在于，所述n型碳化硅單晶晶體的電阻率＜25mΩ·cm，且電阻率的最大值與最小值的差值小于2.4mΩ·cm；
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的n型碳化硅單晶晶體，其特征在于，所述n型碳化硅單晶晶體在250-1800nm范圍內(nèi)同波長下的折射率的最大值與最小值差異＜2％；和/或
6.一種n型碳化硅襯底，其特征在于，其經(jīng)過權(quán)利要求1～5中任意一項所述的n型碳化硅單晶晶體切割、研磨和拋光制得，所述n型碳化硅襯底邊緣40mm環(huán)狀范圍內(nèi)貫穿螺型位錯密度＜100cm-2，中心130mm直徑范圍內(nèi)貫穿螺型位錯密度<300cm-2，條狀層錯數(shù)量＜5條；
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的n型碳化硅襯底，其特征在于，所述n型碳化硅襯底的電阻率＜25mΩ·cm，且電阻率的最大值與最小值的最大差值小于5mΩ·cm；
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的n型碳化硅襯底，其特征在于，所述n型碳化硅襯底在250-1800nm范圍內(nèi)同波長下的折射率的最大值與最小值差異＜2％；和/或
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的n型碳化硅襯底，其特征在于，所述n型碳化硅襯底的基平面位錯密度<300cm-2，彎曲度<10μm。
10.一種半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述半導(dǎo)體器件含有權(quán)利要求1～3任意一項所述的n型碳化硅單晶晶體制備得到的n型碳化硅襯底或權(quán)利要求4～9任意一項所述的n型碳化硅襯底。
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【技術(shù)特征摘要】
1.一種n型碳化硅單晶晶體，其特征在于，所述n型碳化硅單晶體距離籽晶面≤10mm部分所得的襯底邊緣10mm環(huán)狀范圍內(nèi)貫穿螺型位錯密度＜300cm-2，中心130mm直徑范圍內(nèi)貫穿螺型位錯密度<500cm-2，條狀層錯數(shù)量＜100條；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的n型碳化硅單晶晶體，其特征在于，所述n型碳化硅單晶晶體距離籽晶面＞20mm部分所得的襯底邊緣40mm范圍內(nèi)貫穿螺型位錯密度＜50cm-2，中心130mm直徑范圍內(nèi)貫穿螺型位錯密度<200cm-2，條狀層錯數(shù)量≤3條。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的n型碳化硅單晶晶體，其特征在于，所述n型碳化硅單晶晶體的中心厚度大于10mm；
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的n型碳化硅單晶晶體，其特征在于，所述n型碳化硅單晶晶體的電阻率＜25mω·cm，且電阻率的最大值與最小值的差值小于2.4mω·cm；
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的n型碳化硅單晶晶體，其特征在于，所述n型碳化硅單晶晶體在250-1800nm范圍內(nèi)同波長下的折射率的最大值與最小值差異＜2％...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：高宇晗，高超，方帥，王路平，王宗玉，石志強，楊曉俐，寧秀秀，
申請(專利權(quán))人：山東天岳先進(jìn)科技股份有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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