一种掺杂碳化硅单晶、衬底及制备方法和使用的装置.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111172592A(43)申请公布日2020.05.19(21)申请号201911349956.1(22)申请日2019.12.24(71)申请人山东天岳先进材料科技有限公司地址250100山东省济南市槐荫区天岳南路99号(72)发明人高超李霞宁秀秀张九阳宗艳民(74)专利代理机构北京君慧知识产权代理事务所(普通合伙)11716代理人王宽(51)Int.Cl.C30B29/36(2006.01)C30B23/00(2006.01)权利要求书2页说明书10页附图1页(54)发明名称一种掺杂碳化硅单晶、衬底及制备方法和使用的装置(57)摘要本申请公开了一种掺杂碳化硅单晶、衬底及制备方法和使用的装置，属于半导体材料制备领域。该制备方法包括：将原料装入坩埚侧壁的夹层形成的原料腔，将籽晶柱安装在坩埚内，组装后放入长晶炉；升高长晶炉温度，使得原料升华后的升华气体穿过夹层内侧壁并沿径向气相传输至籽晶柱表面长晶得掺杂碳化硅单晶；所述包括碳化硅，和；原料还包括固相掺杂剂和/或，向坩埚内通入的气相掺杂剂。该方法可以制得任意体积的掺杂碳化硅单晶，尤其体积大和厚度高，长晶效率高，切割的衬底片数多；该方法制得的掺杂碳化硅单晶的零微管、螺位错低于100cm-2和刃位错密度低于220cm-2，缺陷密度甚至达到零；该方法为高质量、低成本掺杂碳化硅衬底的大规模商用化奠定技术基础。CN111172592ACN111172592A权利要求书1/2页1.一种掺杂碳化硅单晶的制备方法，其特征在于，其包括下述步骤：1)提供坩埚和籽晶柱；2)将长晶原料装入坩埚侧壁的夹层形成的原料腔，将籽晶柱安装在坩埚内，组装后放入长晶炉；3)升高长晶炉的温度，使得原料升华后的升华气体穿过夹层的内侧壁并沿径向气相传输至籽晶柱表面，进行长晶，即制得所述掺杂碳化硅单晶；其中，所述原料包括碳化硅原料和，所述原料还包括掺杂剂，所述掺杂剂包括盛放于所述原料腔的固相掺杂剂和/或向所述坩埚内充入的气相掺杂剂。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述长晶过程中，所述内侧壁的内表面与所述籽晶表面的温度差为50-300℃；优选地，所述长晶温度为2000-2300℃，所述长晶压力为5-50mbar。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述固相掺杂剂选自磷单质、锗单质、锡单质、砷单质、磷化合物、锗化合物、锡化合物和砷化合物中的至少一种和/或，所述气相掺杂剂为氮气；优选地，所述固相掺杂剂中包含低阻硅单晶粉；4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述坩埚的侧壁包括夹层，所述夹层包括内侧壁和外侧壁，所述内侧壁比所述外侧壁的孔隙率高，所述夹层形成原料腔；所述籽晶柱与所述坩埚的中轴线的延伸方向大致相同，所述籽晶柱与所述内侧壁的内表面之间形成长晶腔。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述夹层与所述籽晶柱的高度对应设置，所述籽晶柱与所述坩埚共中轴线；优选地，所述内侧壁与所述外侧壁之间的距离D1为50-300mm；优选地，所述内侧壁内表面与所述籽晶柱相对的面之间的距离D2为100-300mm。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碳化硅籽晶设置为六方晶系籽晶，所述掺杂碳化硅单晶为六方晶系单晶，所述籽晶柱设置为包括六个等价晶面的六方棱柱；优选地，所述等价晶面的宽度为5-20mm；优选地，所述籽晶柱设置为一体式或沿所述籽晶柱的轴向拼接而成，所述籽晶柱的轴向长度不低于100mm，所述单晶的轴向长度不低于100mm。7.一种坩埚，其特征在于，其包括权利要求1-6中任一项所述的制备方法中使用的坩埚。8.一种碳化硅籽晶柱，其特征在于，其包括权利要求1-6中任一项所述的制备方法中使用的籽晶柱。9.一种掺杂碳化硅单晶，其特征在于，其由权利要求1-6中任一项所述的方法制备得到，所述掺杂碳化硅单晶的轴向长度不低于100mm，所述掺杂碳化硅单晶的螺位错缺陷密度低于100cm-2；优选地，所述掺杂碳化硅单晶的电阻率为10-20mΩ；优选地，所述掺杂碳化硅单晶中的氮的浓度为1018cm-3-1020cm-3，所述掺杂碳化硅单晶2CN111172592A权利要求书2/2页中的磷的浓度为1017cm-3％-1019cm-3；或所述掺杂碳化硅单晶中的氮的质量百分含量为1019cm-3-1020cm-3。10.一种掺杂碳化硅单晶衬底，其特征在于，其由权利要求9所述的掺杂碳化硅单晶切割和抛光制得，所述掺杂碳化硅单晶衬底的螺位错缺陷密度低于100cm-2；优选地，所述掺杂碳化硅单晶衬底的电阻率为10-20mΩ；优选地，所述掺杂碳化硅单晶衬底中的氮的浓度1018cm-3-1020cm-3和，所述掺杂碳化硅单晶衬底中的磷的质量百分含量为10