用于碳化硅的受控生長的方法以及由其產生的結構技術

本發明專利技術公開了用于碳化硅的受控生長的方法以及通過所述方法生產的結構。可通過將犧牲基底（104）放置在具有源材料（102）的生長區中而生長碳化硅（SiC）晶體。源材料（102）可包括低溶解度的雜質。隨后在犧牲基底（104）上生長SiC以調節源材料（102）。隨后用最終基底（120）替換犧牲基底（104），并且在最終基底（120）上生長SiC。產生碳化硅的單晶體，其中所述碳化硅晶體具有顯著少的微管缺陷。這種晶體也可以包括基本均勻濃度的低溶解度雜質，并且可以用來制造晶片（200、300）和/或SiC芯片（202、302）。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】用于碳化硅的受控生長的方法以及由其產生的結構
技術介紹
碳化硅(SiC)表現出很多引人關注的電性能和熱物理性能。碳化硅因其物理強度和高的化學侵蝕耐受性而是特別有用的。碳化硅還具有優良的電子特性，包括輻射硬度、高擊穿場強、相對寬的帶隙、高飽和電子漂移速度、高溫操作、以及光譜的藍、紫和紫外區域中的高能光子的吸收和發射。SiC的一些特性使其適于制造高功率密度的固態器件。常常通過籽晶升華生長工藝生產SiC。在典型的碳化硅生長技術中，基底和源材料均被放置在反應坩堝內。當坩堝被加熱時產生的熱梯度促使來自源材料的材料朝向基底的氣相運動，隨后凝結在基底上且導致塊狀晶體的生長。對于很多應用而言，希望晶體具有高的電阻率。已知的是能夠將雜質作為摻雜劑引入SiC內，并且這些摻雜劑能夠調節包括電阻率在內的某些特性。如果SiC以如上面剛剛討論的升華生長工藝生產，則能夠以多種方式中的任何將摻雜劑引入腔室內，使得摻雜 劑將存在于由該工藝所生產的SiC晶體中。控制所述工藝以提供用于特定應用的適當濃度的摻雜劑。
技術實現思路
本專利技術的實施方案提供了一種生長具有相對少微管缺陷的半絕緣碳化硅(SiC)的方法。所述微管缺陷能夠由低溶解度雜質的析出引起，并且經常簡稱為“微管”(Hiicropipe)0本專利技術的實施方案能夠提供SiC結構，例如塊狀晶體、晶片、以及用于其中半絕緣SiC為期望的應用的器件，例如光電導開關。光電導材料應當通常為絕緣的以支持高電壓，但是能夠被光學激勵從而變為導電，并且由此容許用于高電壓應用的快速協調切換。本專利技術的實施方案提供了用于SiC晶體的兩部分生長工藝，其使低溶解度摻雜劑例如釩的析出最少化。在一些實施方案中，通過將犧牲基底放置在具有源材料的生長區中而生長SiC晶體。例如，所述生長區可以為反應坩堝的內部，所述反應坩堝進而被放置在加熱的腔室中。在這種示例中，可以使用物理氣相傳輸(PVT)來生長SiC晶體。在所述犧牲基底上生長SiC以調節所述源材料。在一些實施方案中，所述源材料包括低溶解度雜質，并且生長發生，直到經過下述點在犧牲基底上的SiC中所述低溶解度雜質的析出在此處終止。隨后用最終基底替換所述犧牲基底，并且使用至少所述源材料在所述最終基底上生長SiC。產生碳化硅的單晶體。在一些實施方案中，所述碳化硅晶體包括基本均勻濃度的低溶解度雜質。所述晶體可為各種多型體中的任何，例如6H、4H、15R和3C。在本專利技術的一些實施方案中，低溶解度雜質選自周期律IB族、IIB族、IIIB族、IVB族、VB族、VIB族、VIIB族、VIIIB族和IIIA族。在一些實施方案中，所述低溶解度雜質為釩。在一些實施方案中，所述低溶解度雜質為鉻。在其中所述低溶解度雜質為釩的實施方案中，釩的濃度能夠大于lX1015cnT3。為了實現所述低溶解度雜質的可能濃度的全范圍的益處，可能必要的是在所述晶體中維持極低的背景雜質濃度。在其中所述低溶解度雜質為釩的實施方案中，所述晶體可摻雜有第二雜質。在一些實施方案中，氮能夠用作所述第二雜質。在其中使用釩和氮的實施方案中，所述晶體能夠被摻雜，使得釩具有至少5 X IO16CnT3的濃度，并且在晶體長度的至少一部分上維持具有從約I至約3的釩/氮比率值。本專利技術的實施方案能夠生產具有低微管密度和/或顯著的無微管區的SiC晶體。在一些實施方案中，生產出的塊狀晶體具有至少50mm的尺寸，并且具有多個IOmmX IOmmX Imm的體積,每個具有小于或等于5的微管。在一些實施方案中,所述塊狀晶體具有多個幾何體積，每個具有IOOmm3的體積并且具有小于或等于5的微管。所述晶體可被切成碳化硅晶片。在一些實施方案中，生產出厚度至少為50 μ m的晶片。在一些實施方案中，這些晶片隨后具有至少50mm的尺寸和至少50 μ m的厚度，并且在至少35%的碳化硅晶片上具有多個Imm3的無微管體積。根據本專利技術的實施方案制造的晶片可被切成芯片(die)，其中能夠使用芯片來形成器件。作為示例，能夠以這種方式生產光電導開關。在一些實施方案中，能夠由晶片、晶體、或以其它方式生產用于器件中的芯片。至少一些實施方案中的碳化娃芯片基本沒有微管并且具有至少IOmmX IOmmX Imm的尺寸。在一些實施方案中，所述芯片以大于或等于5X1016cm_3的濃度摻雜釩，并且摻雜氮，使得在芯片內維持具有從約I至約3的值的釩/氮比率。·附圖說明圖I示出了生產晶體的方法以及根據本專利技術的示例實施方案生長的晶體。為了清楚起見，圖I在三頁上以圖1A、圖1B、和圖IC分三部分示出。圖2示出了根據本專利技術的實施方案的示例晶片。圖2的晶片還示出了芯片，所述芯片將由晶片切成以形成根據本專利技術的示例實施方案的器件。圖3示出了根據本專利技術的實施方案的另一示例晶片。圖3的晶片還示出了芯片，所述芯片將由該晶片切成以形成根據本專利技術的示例實施方案的器件。實施本專利技術的最佳方式下面的詳細描述參照了附圖，這些附圖示出了本專利技術的具體實施方案。具有不同結構和操作的其它實施方案并不偏離本專利技術的范圍。本專利技術的實施方案提供了呈半絕緣晶體形式的低溶解度雜質摻雜的碳化硅(SiC)的生產，其用于諸如高電壓開關、光開關、和用作無源基底之類的應用。低溶解度雜質在晶體中的濃度在晶體長度的至少顯著部分上是基本均勻的。能夠使用SiC的各種多型體(polytype)。例如，能夠使用6H、4H、15R和3C的多型體。能夠使用多種低溶解度雜質作為摻雜劑。能夠使用來自周期律IB族、IIB族、IIIB族、IVB族、VB族、VIB族、VIIB族、VIIIB族或IIIA族的雜質。例如，能夠使用釩或鉻。在一些實施方案中，摻雜包括由另一種雜質的補償。例如，能夠使用氮作為第二雜質。在本文所述的示例實施方案中，使用釩(V)和氮(N)作為用于具有半絕緣特性的6H SiC晶體的摻雜劑。使用物理氣相傳輸工藝由坩堝中的SiC源材料生長這種晶體。能夠以多種形式中任何來提供坩堝中的SiC源材料，包括但不限于固體、粉末或氣體。所生成的晶體可具有在高達17mm的晶體長度上保持介于8. 3X IO16CnT3與3. 3X IO17CnT3之間的釩濃度。該晶體能夠具有在相同距離上保持介于6. OX IO16CnT3與I. 2X IO1W之間的氮濃度。不能過分強調的是，該實施方案僅為本專利技術的實施方案可以被如何實施的一個示例。當雜質的濃度超過雜質的溶解度極限時，能夠在SiC中發生低溶解度雜質(例如釩)的析出。析出常常伴隨著該雜質沿著晶體長度的耗盡。雜質的析出使摻雜劑在最終晶體中的分布不均勻，并且還導致高的管密度，也稱為高的微管密度或微管缺陷密度。微管主要為晶體結構內的微小的、管狀空隙。在本專利技術的示例實施方案中，使用兩部分生長工藝來避免析出。在釩和氮摻雜的示例中，在工藝的第一部分期間允許過量的釩析出到在犧牲基底上生長的SiC犧牲層內。工藝的該第一部分可以調節坩堝中的材料(其為源材料或來自坩堝本身的材料)，以便防止進一步的析出。犧牲基底隨后被最終基底替代，在工藝的第二部分中在該最終基底上生長最終晶體。在工藝的該第二部分期間，晶體以濃度小于釩的濃度摻雜氮，以便實現通過釩對氮的完全補償。隨后能夠以氣體形式將氮引入坩堝內。由于使用調節的材料而不存在析出，這導致更均勻的摻雜劑濃度和減小的微管本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：R·T·萊昂納多，H·M·霍布古德，W·A·托爾，
申請(專利權)人：克里公司，
類型：
國別省市：