專利名稱：低基面位錯塊體生長的SiC晶片的制作方法
低基面位錯塊體生長的SiC晶片
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及低缺陷碳化硅晶片和它們作為半導(dǎo)體用前驅(qū)體的應(yīng) 用，以及涉及大的高質(zhì)量碳化硅單晶的籽晶升華生長。
本發(fā)明涉及下面共同轉(zhuǎn)讓的美國專利申請^^開No. 20050145164、 20050022724 、 20050022727 、 20050164482 、 20060032434 和 20050126471。
近年來發(fā)現(xiàn)碳化硅可作為用于各種電子器件和用途的半導(dǎo)體材料 來應(yīng)用。碳化硅由于其物理強度和高的抗化學(xué)侵蝕性而特別有用。碳 化硅還具有優(yōu)異的電子性能，包括耐輻射性、高的擊穿電場、相對寬 的帶隙、高的飽和電子漂移速度、高溫作業(yè)、以及在光譜的藍區(qū)、紫 區(qū)和紫外區(qū)中高能光子的吸收和發(fā)射。
通常通過籽晶升華生長方法制備單晶碳化硅。在典型的碳化硅生 長技術(shù)中，將籽晶和源粉末均放置在反應(yīng)坩鍋內(nèi)，該坩鍋被加熱至該
源的升華溫度并且以在該源與邊緣的較冷籽晶之間產(chǎn)生熱梯度的方式 進行加熱。該熱梯度促進材料由源至籽晶的氣相運動，隨后在籽晶上 冷凝并導(dǎo)致塊體晶體生長。該方法也被稱作物理氣相傳輸(PVT)。
在典型的碳化硅生長技術(shù)中，蚶鍋由石墨制成并且通過感應(yīng)或電 阻加熱，放置有關(guān)線圏和絕緣體以建立和控制所需的熱梯度。源粉末 是碳化硅，碳化硅也是籽晶。坩鍋垂直定向，源粉末在下部而籽晶位 于頂部，籽晶通常在籽晶夾持器上；見美國專利申請第4，866， 005號 (以No. Re34， 861重新發(fā)布)。這些源物質(zhì)是現(xiàn)代籽晶升華生長技術(shù) 的示例性描述而不是限制性描述。
雖然近年來持續(xù)降低了碳化硅塊晶中結(jié)構(gòu)缺陷的密度，但仍出現(xiàn) 相對高的缺陷密度并發(fā)現(xiàn)難以消除，例如Nakamura等的超高質(zhì)量碳化 珪單晶(Ultrahigh quality silicon carbide single crystals)，Nature, Vol. 430， 2004年8月26日，1009頁。當(dāng)在籽晶襯底的表 面上存在位于晶體基面(c-面)內(nèi)的位錯時，這些位錯可存留在隨后 的晶體生長中。這些缺陷可導(dǎo)致重大問題，該問題在于限制了在這些 襯底上制成的器件的工作特性，或者在某些情況下可完全排除得到有 用器件。
當(dāng)前用于制備大塊碳化硅單晶的籽晶升華技術(shù)，通常在碳化硅晶 體的基面生長表面上產(chǎn)生高于所期望的缺陷密度。較高的缺陷密度可 導(dǎo)致重大問題，該問題在于限制了在這些晶體上或由該晶體所產(chǎn)生的 襯底上制成的器件的工作特性。例如，在一些市售的碳化硅晶片的基 面中，典型的微管缺陷密度可為約100每平方厘米(cm—2)的數(shù)量級。 然而，在碳化硅中形成的兆瓦器件需要約0.4 cm—2數(shù)量級的無缺陷面 積。因此，獲得可用來制造用于高電壓、高電流應(yīng)用的大表面積器件 的大單晶是仍然值得努力的目標(biāo)。
雖然可得到低缺陷碳化硅的小樣品，但碳化硅的更廣泛的商業(yè)應(yīng) 用需要更大的樣品，且尤其需要更大的晶片。通過對比，自1975年已 經(jīng)市售100廳(4")硅晶片，并且在1981年可得到150nrni(6")硅晶片。 砷化鎵(GaAs) 4" ( 100 mm)和6〃 ( 150 mm)晶片也有市售。因此， 50咖(2")和75 mm(3")SiC晶片的商業(yè)可獲得性落在這些其它材料后 面，并且一定程度上限制了在更寬范圍的器件和應(yīng)用中采用和使用 SiC。
在晶體生長技術(shù)中具體缺陷的性質(zhì)和描述一般很好理解。微管是 可在SiC中發(fā)現(xiàn)的普遍缺陷，并且可在SiC晶體的籽晶升華制備過程 中生長或擴展。可存在于SiC晶體中的其它缺陷包括穿透 (threading)、刃型(edge)和螺型位錯以及六方孔隙(hexagonal voids)、堆垛層錯和基面位錯。如杲這些缺陷保留在SiC晶體中，則 得到的在該晶體上生長的器件會引入這些缺陷。
微管是中空心超級螺型位錯，其Burgers矢量典型地沿著c-軸。 提出或確定了許多產(chǎn)生微管的原因。這些包括過量的材料例如硅或碳 內(nèi)含物、外來雜質(zhì)例如金屬沉積物、界面缺陷以及局部位錯的活動或
滑動。例如見Powell等的低微管密度SiC晶片的生長(Growth of Low Micropipe Density SiC Wafers ),材料科學(xué)論壇(Material Science Forum), Vols. 338-340，第437-440頁(2000)。
六方孔隙在晶體中是種平的六方板狀孔穴，該孔穴通常具有拖曳 在它們下面的中空管。 一些證據(jù)顯示微管與六方孔隙有關(guān)。在Kuhr 等的六方孔隙和在SiC升華生長期間微管的形成(Hexagonal Voids And The Formation Of Micropipes During SiC Sublimation Growth )， 應(yīng)用物理雜志(Journal of Applied Physics ) ， Volume 89， No. 8， 4625 頁(2001年4月)中提出了這種缺陷的相對較近期的討論(示例性且非 限制性)。
最近研究表明，用籽晶升華技術(shù)制得的塊晶中的問題可由籽晶本 身及對其進行物理處理的方式引起；例如Sanchez等的在碳化硅的物 理氣相傳輸中熱分解孑L穴的形成(Formation Of Thermal Decomposition Cavities In Physical Vapor Transport Of Silicon Carbide)， 電子材料雜志(Journal of Electronic Materials)， Volume 29， No. 3， 347頁(2000)。在第347頁，Sanchez使用術(shù)語
"微管"來描述，"與[OOOl]軸平行或幾乎平行的排列成行的在超級 螺型位錯的芯中形成的直徑范圍為0. ljam-5jum的近似圓筒狀的孔 隙"。同上，Sanchez稱較大孔隙("直徑為5nm-100nm")為"熱 分解孔穴，，，并且認(rèn)為微管和熱分解孔穴產(chǎn)生自不同的原因。
因此，在用籽晶升華系統(tǒng)形成晶體中，制備具有低基面缺陷水平 的更大的高質(zhì)量碳化硅塊體單晶仍具有不變的技術(shù)商業(yè)目的。
基面位錯通常位于(0001 )面內(nèi)，或者與表面相交或者產(chǎn)生封閉 的環(huán)。對于大多數(shù)應(yīng)用，主要關(guān)切的是可與晶片表面相交且因此擴展 到隨后沉積的外延層內(nèi)的基面位錯的數(shù)目。當(dāng)SiC晶片作為用于外延 生長的襯底使用時，關(guān)鍵是要考慮到與晶片表面相交的位錯的數(shù)目。 通過進行晶片的缺陷腐蝕來測量該數(shù)目，晶片的缺陷腐蝕可顯示在位 錯位置處的凹陷。對于這種測量，當(dāng)增加偏離〈0001〉方向的偏切
(offcut)("離軸，，)角度時，與表面相交的位錯的數(shù)目可增加。目前大多數(shù)商業(yè)SiC晶體用4度的偏切角制得，然而，可使用從0到 90度的任何其它角度。在給定的代表性區(qū)域中計數(shù)位錯(可以直線或 曲線觀測到)的數(shù)目得到代表性的基面缺陷密度。
在其中襯底用作有源器件層的情況中，塊體材料中的缺陷密度也 是相關(guān)的，并且最合適的度量是給定體積的材料中基面位錯的總線長 度。這通過考慮小體積材料(例如包含在用于X射線形貌法的樣品中 的材料)和測量觀測到的位錯的總的長度來測量。然后將該長度除以 樣品體積以得到每cii^的基面位錯總的線長度。
發(fā)明概述
在一方面，本發(fā)明是具有至少約3英寸(75 mm)的直徑和至少一 連續(xù)平方英寸(6.25 cm2)的表面積的高質(zhì)量SiC單晶晶片，所述表 面積具有小于約200 cnf2的基面位錯密度。
在另一方面，本發(fā)明是具有至少約3英寸(75腿)的直徑和至少 一連續(xù)平方英寸(6. 25cm2)的表面積的SiC半導(dǎo)體前驅(qū)體晶片，所述 表面積具有小于約IOO cm—2的基面位錯密度。
在另一方面，本發(fā)明是一種在籽晶升華生長系統(tǒng)中使用具有至少 約3英寸(75 mm)的直徑和至少一連續(xù)平方英寸(6.25 cm2)的表面 積的高質(zhì)量SiC單晶晶片的方法，所述表面積具有小于約100 cii^的 基面位錯密度。
在又一方面，本發(fā)明是在這樣的SiC單晶籽晶上構(gòu)建的多個功率 器件，該SiC單晶籽晶具有至少約3英寸(75 mm)的直徑和至少一連 續(xù)平方英寸(6.25 cm2)的表面積，該表面積具有小于約100 cm—2的 基面位錯密度。
附圖簡要描述
圖l是偏移根據(jù)本發(fā)明的SiC晶片4度的x射線透射形貌像；
圖2是根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體前驅(qū)體晶片的示意性截面視圖3是根據(jù)本發(fā)明的多個半導(dǎo)體前驅(qū)體器件的示意性截面視圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的籽晶升華系統(tǒng)的示意性截面視圖； 圖5是根據(jù)本發(fā)明的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管的示意性截 面視圖；和
圖6是根據(jù)本發(fā)明的金屬半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管的示意性截面視圖。
發(fā)明詳述
本發(fā)明涉及高質(zhì)量的碳化硅晶片。具體地，本發(fā)明包含幾種用于 改善利用籽晶升華的這種晶片的生長的技術(shù)。
在以下描述中，基面位錯密度可規(guī)定為4度離軸晶片的面密度。 然而，存在的明確假設(shè)是，在材料中這種面積測量和總基面線長度之 間存在直接關(guān)系。
一方面，本發(fā)明是具有至少約3英寸(75 mm)的直徑和至少一連 續(xù)平方英寸(6.25 cm2)的表面積的高質(zhì)量SiC單晶晶片，所述表面 積具有小于約500 cm2、更優(yōu)選小于約75cm—2和最優(yōu)選小于約50 cm一2 的基面位錯密度。該單晶碳化硅的多型優(yōu)選是3C、 4H、 6H、 2H或15R 多型。
在考慮籽晶直徑與厚度的比例尺寸時，無論表示成百分比、分?jǐn)?shù) 或比例，應(yīng)當(dāng)理解的是，在本發(fā)明所提供的改進方案的上下文中，這 些比例在本文在此所迷的較大直徑籽晶的背景下具有它們的發(fā)明含 義。
因此，在某些實施方案中，本文以包括晶體的絕對尺寸(通常就 直徑而言，優(yōu)選2英寸(50 mm) 、 3英寸(75 mm)和100 mm直徑的 單晶)的方式在相關(guān)實施方案中對本發(fā)明進行了描述和主張。當(dāng)然更 準(zhǔn)確地，1英寸等于25. 4 mm，表示3英寸等于76. 2 mm。然而，在晶 片領(lǐng)域中有時普遍的是，術(shù)語例如"3英寸"和"75 mm"可互換地使 用。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可認(rèn)識到這種普通慣例以及用"50mm"替代 "2英寸，，、用"100 mm" 替代 "4英寸"等。這些替代不意欲限 制由英制單位到公制單位的轉(zhuǎn)換，而是意欲表示本領(lǐng)域的普通用法。


圖1是根據(jù)本發(fā)明形成的SiC晶片的x射線透射形貌像。該形貌 像是取自3英寸(75 mm)直徑梨晶(boule)的晶片的0.5cmx 0.5cm 區(qū)域。將該晶片減薄至約80jam以在形貌像中獲得較好的對比度。
圖1中所示的4度偏切樣品包括在0. 5cmx 0. 5cm區(qū)域中的11基 面位錯(可觀測到為直線或曲線)。假定所有這些可與樣品表面相交， 則得到44 cm—2的基面缺陷密度。在計算體密度時，這些ll基面位錯 具有0. 05cm的平均長度，得到的總樣品線長度是0. 55 cm。觀察的面 積是0. 5cmx 0. 5cm，樣品厚度為0. 008 cm，得到的樣品體積是0. 002 cm3。因此該樣品每cm—3的總線長度是275cm/cm3即275 cm—2。
又一方面，本發(fā)明是具有4H多型、至少約3英寸(75讓)的直 徑并具有至少一連續(xù)平方英寸(6.25 cm2)的表面積的高質(zhì)量SiC半 導(dǎo)體前驅(qū)體晶片，所述表面積具有約2， 000-20， 000個與晶片表面相交 的位錯(對于4度離軸晶片)。
另一方面，如圖2中所示意性表示的那樣，本發(fā)明是具有化多型、 至少約3英寸(75 mm)的直徑和至少一連續(xù)平方英寸(6， 25 cm2)的 表面積的高質(zhì)量碳化硅半導(dǎo)體前驅(qū)體晶片4，所述表面積具有小于約 500cm-2的基面位錯密度。該晶片另外具有位于表面上的至少一個m族 氮化物層6。 III族氮化物層6優(yōu)選是GaN、 AlGaN、 A1N、 AlInGaN、 InN、 A1 InN及其組合中的 一個層或多個層。
m族氮化物的生長和電子特性在本領(lǐng)域中一般是明了的。碳化硅 襯底上的m族氮化物層是某些類型發(fā)光二極管(LED)的基本部件。在
其它所需的因素中，m族元素的原子分?jǐn)?shù)(例如InxGayN卜x-y)適合組 合物的帶隙(有限地)，從而同樣適合得到的發(fā)射頻率并因此適合LED 的顏色。
圖3是在SiC晶片9上的多個碳化硅半導(dǎo)體器件前驅(qū)體8的示意 性圖解，該晶片9具有至少約3英寸(75隱)的直徑和至少一連續(xù)平 方英寸(6.25 cm2)的表面積，該表面積具有約50-500cm—2的基面位
錯密度。該示意性圖解的器件包括在晶片某些部分上的多個相應(yīng)的ni
族氮化物外延層10。優(yōu)選的III族氮化物外延層獨立地選自GaN、AlGaN、 A1N、 AlInGaN、 InN和AlInN。
另一方面，本發(fā)明是一種在籽晶升華系統(tǒng)中制備高質(zhì)量塊體碳化 硅單晶的方法。在該方面，本發(fā)明包括生長具有至少約3英寸(75mm) 的直徑并具有至少一連續(xù)平方英寸(6. 25 cm2)的表面積的SiC梨晶， 所述表面積具有小于約500 cm—2的基面位錯密度，然后優(yōu)選機械地將 SiC梨晶切成晶片，其中每個晶片在至少一連續(xù)平方英寸(6.25 cm2) 的表面上具有小于約500 cm—2的基面位錯密度。該晶片厚度優(yōu)選為約 0. 5 mm。
可優(yōu)選將SiC晶片減薄，以便為了 X射線形貌法使缺陷更明顯。 出于計數(shù)目的優(yōu)選厚度為約80 pm。對晶片進行減薄以便使表面上的 缺陷更明顯，并且沒必要將其作為籽晶升華的前驅(qū)步驟。因此通常在 沒有減薄的拋光籽晶上進行升華生長。
如本領(lǐng)域中已知的，優(yōu)選在籽晶升華系統(tǒng)中生長SiC梨晶。在將 該梨晶切成片之后，然后可依次使用這些晶片作為在碳化硅單晶的籽 晶升華生長中的籽晶。
如說明書的背景技術(shù)部分所指出的，碳化硅籽晶升華生長的總體 方面已基本上很好地確立多年。此外，熟悉晶體尤其是困難材料體系 例如碳化硅的生長的人可認(rèn)識到的是，取決于相關(guān)情況，通常能夠并 且會有目的地改變所給技術(shù)的細節(jié)。因此，本文中給出的描述最適合 是以一般的和示意性的意義給出，應(yīng)理解的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠 在本文公開內(nèi)容的基礎(chǔ)上進行本發(fā)明的改進而無需過多實驗。
在描述本發(fā)明時，應(yīng)理解許多技術(shù)被公開。這些技術(shù)中的每一種 具有單獨的益處，并且還可將每種技術(shù)與其它公開技術(shù)中的一種或多 種或者在某些情況下為所有相結(jié)合使用。因此，為清楚起見，本說明 書將避免重復(fù)單獨步驟以非必要的方式的每一種可能的組合。然而， 應(yīng)這樣理解來閱讀本說明書和權(quán)利要求書，即這種組合全部落入本發(fā) 明和權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
圖4是用于本發(fā)明中預(yù)期類型的籽晶升華生長的升華系統(tǒng)的截面 示意圖。在12中寬泛地指定了該系統(tǒng)。如在大多數(shù)典型系統(tǒng)中那樣，
系統(tǒng)12包括石墨接受器或坩鍋14和多個感應(yīng)線圏16，當(dāng)施加電流通 過線圏16時感應(yīng)線圏16加熱接受器14。作為可選方案，某些系統(tǒng)包 含電阻加熱。熟悉這些晶體生長技術(shù)的人應(yīng)理解，在某些情況中還可 將該系統(tǒng)裝入例如水冷石英容器中。另外，與接受器14相通的至少一 個氣體入口或出口 (未示出)包括在籽晶升華系統(tǒng)12中。然而，這種 另外的附加物與本發(fā)明相關(guān)度小并且在本文中可略除以有助于使附圖 和說明書更清楚。另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員認(rèn)識到的是，本文中所描述 的這種類型的碳化硅升華系統(tǒng)不僅可商購，而且在可能必要和合適時 可以定做方式建造。因此，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可對它們進行選擇或 設(shè)計而無需過多實驗。
接受器14通常被絕緣體18環(huán)繞，圖4中說明了該絕緣體的幾個 部分。雖然圖4說明了與尺寸和布置基本相一致的絕緣體，但本領(lǐng)域 技術(shù)人員應(yīng)理解和認(rèn)識到的是，可利用絕緣體18的布置和數(shù)量來提供 沿著接受器14的所需熱梯度(軸向和徑向兩者)。此外，出于簡化目 的，未在本文中說明這些可能的變更。
出于清楚目的，在本文中會使用單數(shù)術(shù)語"熱梯度"，但本領(lǐng)域 技術(shù)人員應(yīng)理解的是，幾種梯度可按所需共存于接受器14中并且可被 次歸類為軸向或徑向梯度或者多個等溫線。
接受器14包括用于容納碳化硅粉末源20的一個或多個部分。該 粉末源20最常(雖然不僅僅)用于碳化硅的籽晶升華生長技術(shù)中。圖 4說明了容納在接受器14下部的粉末源20，這是一種典型的布置。作 為另 一種熟悉的變化形式， 一些系統(tǒng)將粉末源垂直地呈圓筒狀布置， 在該布置中，源粉末環(huán)繞接受器14內(nèi)部的比圖4中所說明的布置更為 大的部分?？墒褂脙煞N類型的設(shè)備適當(dāng)?shù)貙嵤┍疚闹兴枋龅陌l(fā)明。
碳化硅籽晶指定為22，并且通常放置在接受器14的上部。籽晶 22優(yōu)選是直徑為至少約3英寸(75 mm)的單晶SiC籽晶。在籽晶升華 生長過程中，生長的晶體26沉積在籽晶22上。
籽晶夾持器28通常將籽晶22夾持在適當(dāng)位置，籽晶夾持器28 以合適的方式連接至接受器14。這可包括本領(lǐng)域中已知的各種布置。
在圖4中所示的定向中，籽晶夾持器28的上部連接至接受器14，優(yōu) 選石墨坩鍋的最上部，以在所需的位置夾持籽晶。籽晶夾持器28優(yōu)選 是石墨籽晶夾持器。
在一些實施方案中，可優(yōu)選在升華系統(tǒng)12中包括摻雜原子。將摻 雜氣體引入籽晶升華系統(tǒng)12使摻雜原子引入生長的晶體中。就摻雜劑 的受主和施主能力對摻雜劑進行選擇。在給定的半導(dǎo)體中，施主摻雜 物產(chǎn)生n型傳導(dǎo)而受主摻雜物產(chǎn)生p型傳導(dǎo)。優(yōu)選的摻雜原子包括n 型和p型摻雜原子。特別優(yōu)選的n型摻雜劑包括N、 P、 As、 Sb、 Bi 及其混合物。特別優(yōu)選的p型摻雜劑包括B、 Al、 Ga、 In、 Tl及其混 合物。
在典型的升華生長技術(shù)中，使具有接受器14相應(yīng)的頻率的電流通 過感應(yīng)線圏16來加熱石墨接受器14。對絕緣體18的數(shù)量和布置進行 選擇，以當(dāng)接受器14將粉末源20加熱至升華溫度時在粉末源20和生 長晶體26之間產(chǎn)生熱梯度，所述升華溫度典型地高于約2000°C，優(yōu) 選為約2100。C-約2500°C。建立熱梯度以維持籽晶22的溫度，此后維 持生長的晶體接近但低于碳化硅源的溫度，從而熱動力學(xué)地促進在碳 化硅升華時產(chǎn)生的氣化物種(Si、 ShC和SiC2)首先冷凝在籽晶上并 然后冷凝在生長的晶體上；例如美國專利第4， 866， 005號。
如果適當(dāng)維持溫度梯度和其它條件(壓力、載氣等)，則總熱動 力學(xué)會促進氣化物種以和籽晶22相同的多型首先冷凝在籽晶22上并 然后冷凝在生長的晶體26上。
在達到所需晶體尺寸之后，通過將系統(tǒng)溫度降至低于約1900匸和 將壓力升至高于約400托來終止生長。
在升華生長過程完成之后可能還需要將晶體退火?？稍谏L溫度 或高于生長溫度下將晶體退火大于約30分鐘時間。
如背景技術(shù)中所一般性提及的，當(dāng)各個器件部分的晶體質(zhì)量得以 改善時，電子器件的工作性能通?？傻靡愿纳?。因此，本發(fā)明晶片的 缺陷減少特性同樣地提供了改善的器件。具體地，當(dāng)在至少一連續(xù)平 方英寸(6.25 cm2)的表面積上的基面位錯密度降至約500 cm2或更低時，逐漸可得到更高功率、更高電流的器件。
因此，在另一方面，本發(fā)明是在低缺陷3英寸(75mm)碳化硅晶片 上形成的多個場效應(yīng)晶體管，所述晶片具有至少一連續(xù)平方英寸(6. 25 cm2)的表面積，該表面積具有約50-500 cm—2的基面位錯密度。
在另一方面以及如圖5中所示意性說明的，本發(fā)明是在低缺陷3 英寸(75 mm)碳化硅襯底44上形成的多個金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶 體管(M0SFET)，該襯底44具有至少一連續(xù)平方英寸(6. 25 cm2)的 表面積，該表面積具有小于約500 cm—2的基面位錯密度，在某些情況 下為約50-500 cm—2，以及在某些情況下(到預(yù)期為止)為小于約50cnf2。 圖5說明了基本的MOSFET結(jié)構(gòu)。塊體單晶襯底44包括互相對置的相 應(yīng)的第一表面48和第二表面50。襯底上的外延層具有相應(yīng)的源極52、 溝道56和漏極54部分，柵極接觸64通過氧化物層62控制溝道56。 相應(yīng)的源極和漏極接觸58、 60在源極和漏極部分52、 54上。M0SFET
此圖5及其說明是示例性的而不是對所主張的發(fā)明的限制。
參考圖6,另一方面，本發(fā)明是在低缺陷3英寸(75 mm)碳化硅晶 片上形成的多個金屬半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(M0SFET) 66，所述晶片具 有至少一連續(xù)平方英寸(6. 25 cm2)的表面積，該表面積具有約50-500 cm-2的基面位錯密度。襯底68包括互相對置的相應(yīng)的第一表面70和 第二表面72。導(dǎo)電溝道74位于襯底68的第一表面70上。歐姆源極 (Ohmic source) 76和漏極78接觸位于導(dǎo)電溝道74上。金屬柵極接觸 80位于導(dǎo)電溝道74上的源極76和漏極78之間，用以在向金屬柵極 接觸80施加偏壓時形成有源溝道。
本領(lǐng)域中已知的是，多于一種類型的器件可位于根據(jù)本發(fā)明的碳 化硅晶片上?？砂ǖ牧硗馄骷墙Y(jié)型場效應(yīng)晶體管、異質(zhì)場效應(yīng)晶 體管(hetero field effect transistor) 、 二極管和本領(lǐng)域中已知 的其它器件。這些(和其它)器件的結(jié)構(gòu)和工作在本領(lǐng)中是明了的， 并且可使用本文中所描述和主張的襯底對其進行實施而無需過多實 驗。
在說明書和附圖中，公開了本發(fā)明的典型實施方案。僅以普遍的 和描述性意義使用具體術(shù)語，并且不是出于限制目的。本發(fā)明的范圍 由下面的權(quán)利要求書規(guī)定。
權(quán)利要求
1.一種高質(zhì)量SiC單晶晶片，該晶片具有至少約3英寸的直徑和至少一連續(xù)平方英寸的表面積，該表面積具有小于約500cm-2的基面位錯密度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的SiC晶體，其中所述至少一連續(xù)平方英寸的 表面積具有小于約100cm-2的基面位錯密度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1的SiC晶體，其中所述至少一連續(xù)平方英寸的 表面積具有小于約50ciif2的基面位錯密度。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1的SiC晶體，其具有選自3C、 4H、 6H、 2H和 15R的多型。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的高質(zhì)量半導(dǎo)體晶片，其具有4H多型，并且在 其表面上基面位錯密度為約50-約500cnT2。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求5的高質(zhì)量半導(dǎo)體晶片，其包含在所述碳化硅晶片的所述表面上的in族氮化物外延層。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6的半導(dǎo)體前驅(qū)體晶片，其中所述III族氮化物層 選自GaN、 AlGaN、 A1N、 AlInGaN、 InN、 AlInN及其混合物。
8.多個半導(dǎo)體器件前驅(qū)體，其包含根據(jù)權(quán)利要求5的碳化硅晶片；和在所述晶片某些部分上的多個相應(yīng)的m族氮化物外延層。
9，根據(jù)權(quán)利要求8的多個半導(dǎo)體器件前驅(qū)體，其中 所述塊體單晶具有互相對置的相應(yīng)的第一表面和第二表面；和 每個所述器件包含，位于襯底上的外延層，所述層具有用于將外延層制成第一傳導(dǎo)型 的合適的摻雜原子的濃度，和各個源極、溝道和漏極部分； 在所述溝道部分上的金屬氧化物層；和在所述金屬氧化物層上的金屬柵極接觸，該金屬柵極接觸用于在 向所述金屬柵極接觸施加偏壓時形成有源溝道。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8的多個半導(dǎo)體器件前驅(qū)體，其中 所述塊體單晶具有互相對置的相應(yīng)的第一表面和第二表面；和 每個所述器件包含在所述襯底上的導(dǎo)電溝道； 在所述導(dǎo)電溝道上的源極和漏極；和在所述導(dǎo)電溝道上的所述源極和所述漏極之間的金屬柵極接觸， 該金屬柵極接觸用于在向所述金屬柵極接觸施加偏壓時形成有源溝 道。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求5的半導(dǎo)體晶片，其還包含位于 所述晶片的第一表面上的多個結(jié)型場效應(yīng)晶體管。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求5的半導(dǎo)體晶片，其還包含位于 所述晶片的第一表面上的多個異質(zhì)場效應(yīng)晶體管。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求5的半導(dǎo)體晶片，其還包含位于 所述晶片的所述表面上的多個二極管。
14. 形成高質(zhì)量SiC單晶晶片的方法，該方法包括 形成直徑略大于3英寸的SiC梨晶，和在偏離0001面約2-12度之間將該梨晶切成具有至少一連續(xù)平方 英寸表面積的晶片，在每一晶片上該表面積具有小于約500cm—2的基面 位錯密度。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中形成SiC梨晶的步驟包括形成 具有至少一連續(xù)平方英寸的表面積的梨晶，該表面積具有小于約 200cn^的基面位錯密度。
16. 據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中形成SiC梨晶的步驟包括形成具 有至少一連續(xù)平方英寸的表面積的梨晶，該表面積具有小于約100cm—2 的基面位錯密度。
17. 根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中形成SiC梨晶的步驟包括形成 具有至少一連續(xù)平方英寸的表面積的梨晶，該表面積具有小于約 50cm—2的基面位錯密度。
18. 權(quán)利要求14的方法，其還包括通過計數(shù)在晶片的顯露出的表 面上的總基面位錯數(shù)目來計數(shù)基面位錯。
19. 根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其還包括將SiC晶片拋光。
20. 根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中形成SiC梨晶的步驟包括SiC 的籽晶升華生長。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中所述SiC的籽晶升華生長包括 單一個多型籽晶升華生長。
22. 根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中形成SiC梨晶的步驟包括生長 具有選自3C、 4H、 6H、 2H和15R的多型的梨晶。
全文摘要
公開了一種高質(zhì)量SiC單晶晶片。該晶片具有至少約3英寸(75mm)的直徑和至少一連續(xù)平方英寸(6.25cm²)的表面積，就4度離軸晶片而言該表面積具有小于約500cm^-2的基面位錯體積密度。
文檔編號C30B29/36GK101194052SQ200680020294
公開日2008年6月4日 申請日期2006年4月5日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月8日
發(fā)明者A·泊韋爾, M·布萊迪, V·F·斯維特科夫 申請人:克里公司