[发明专利]一种碳化硅单晶锭、衬底及其制备方法

说明书

本申请涉及一种碳化硅单晶锭、衬底及其制备方法，属于半导体材料领域。碳化硅衬底包含氮元素，碳化硅衬底具有不大于50个六边形色斑，形成六边形色斑的边部垂直于10‑10方向；六边形色斑的边部包括内侧边和外侧边，内侧边围成六方形区域，内侧边和外侧边之间包含空洞，不小于80％的数量的空洞的中心在内侧边和外侧边之间的中轴线的一侧。本申请提供一种存在新型缺陷即六边形色斑和空洞缺陷数量少的含氮的碳化硅衬底，本申请的碳化硅衬底的电阻率均匀，由其制得的半导体器件的电学性能优良；碳化硅衬底的性能如击穿场强优良，制得的器件延伸产生的空洞数量极低。

技术领域

本申请涉及一种碳化硅单晶锭、衬底及其制备方法，属于半导体材料领域。

背景技术

碳化硅单晶是最重要的第三代半导体材料之一，因其具有禁带宽度大、饱和电子迁移率高、击穿场强大、热导率高等优异性质，而被广泛应用于电力电子、射频器件、光电子器件等领域。目前碳化硅单晶的主要制备方法是物理气相传输(PVT)法，也是目前至今为止生长大直径SiC晶体最成功的方法。其主要是通过在高温下使碳化硅原料升华产生的气相源输运至籽晶处重新结晶生长SiC晶体。

目前已成熟的SiC器件包括：碳化硅肖特基二极管，其主要采用结型势垒肖特基二极管或混合p-n肖特基二极管结构；碳化硅金属-氧化物-半导体场效应管，SiC功率模块在光伏发电、风电、电动汽车、机车牵引、舰船等领域发展迅速；碳化硅光电器件，SiC在光电器件方面的应用主要包括绿光发光二极管、蓝光发光二极管和紫外光电二极。

一些公司已能提供Φ1英寸、2英寸、3英寸和4寸的碳化硅衬底，虽然目前已经可以提供大尺寸的衬底。目前的SiC衬底仍然存在许多结构缺陷，如微管、位错、夹杂以及镶嵌结构等，但是要大规模用到器件上还存在一定的差距，因为器件的性能取决于SiC衬底质量的好坏，尤其SiC衬底的缺陷会影响制得的器件的质量。而碳化硅衬底中存在的微管、位错、夹杂以及镶嵌结构已经被熟知且研究解决的方案比较多。但是，碳化硅单晶长晶质量条件要求高，影响因素复杂，对碳化硅单晶的缺陷认识尚处于不全面的阶段，而碳化硅单晶的质量对制得的器件的重要，需要继续完善碳化硅衬底的质量以保证制得的器件的质量。

发明内容

为了解决上述问题，提供了一种碳化硅单晶锭、衬底及其制备方法。本申请发现一种新型缺陷即六边形色斑和六边形色斑上存在的空洞缺陷，该六边形色斑的颜色不同于碳化硅主体区域的颜色，但与平面六边形空隙缺陷不同并不是六边形的空洞，六边形色斑会使得碳化硅衬底的电阻率不均匀，会严重影响碳化硅衬底制得的半导体器件的电学性能，如使得在碳化硅衬底上做的器件失效；空洞的存在不仅影响碳化硅晶片的性能如击穿场强，并且空洞可能会延伸至以碳化硅衬底作为衬底制得的器件。因此本申请提供了一种包含六边形色斑和空洞数量少的碳化硅晶片和碳化硅晶锭。本申请提供一种存在新型缺陷即六边形色斑和空洞缺陷数量少的含氮的碳化硅衬底，本申请的碳化硅衬底的电阻率均匀，由其制得的半导体器件的电学性能优良；碳化硅衬底的性能如击穿场强优良，制得的器件延伸产生的空洞数量极低。

根据本申请的一个方面，提供了一种碳化硅衬底，所述碳化硅衬底包含氮元素，所述碳化硅衬底包含氮元素，所述碳化硅衬底具有不大于50个六边形色斑，形成所述六边形色斑的边部垂直于10-10方向；所述六边形色斑的边部包括内侧边和外侧边，所述内侧边围成六方形区域，所述内侧边和所述外侧边之间包含空洞，不小于80％的数量的所述空洞的中心在所述内侧边和外侧边之间的中轴线的一侧。该碳化硅衬底的六边形色斑和空洞的新型缺陷的数量少，衬底的质量高。该空洞存在于六边形色斑的边部的区域更集中，更容易修复。由于空洞的数量为整数，空洞数量的80％的得出数量结果包含小数点时四舍五入为整数。

可选地，不小于90％的数量的所述空洞的中心在所述内侧边和外侧边之间的中轴线的一侧；所述六边形色斑的边部包含空洞的数量不大于10个。

可选地，所述六边形色斑的边部包含的空洞数量不大于8个。优选地，所述六边形色斑的边部包含的空洞数量不大于5个。更优选地，所述六边形色斑的边部包含的空洞数量不大于3个，再优选为0个。