[发明专利]一种导电型碳化硅单晶及其制备方法

说明书

本发明提供了一种导电型碳化硅单晶，掺杂元素包括氮和原子半径大于硅的原子半径的元素；所述导电型碳化硅单晶的电阻率为0.01Ω·cm～0.05Ω·cm；所述原子半径大于硅的原子半径的元素的掺杂浓度为氮元素浓度的0.1％到10％。本发明中的碳化硅晶体，在氮元素掺入的基础上，通过原子半径大于硅的原子半径的元素的引入，并控制氮和原子半径大于硅的原子半径的元素的浓度，在保证电阻率处于导电类型碳化硅单晶衬底要求的基础上，能够补偿氮原子和碳原子尺寸差异引起的晶格畸变，降低晶体的内应力，降低晶体内部的位错密度。本发明还提供了一种导电型碳化硅单晶的制备方法。

技术领域

本发明属于半导体技术领域，尤其涉及一种导电型碳化硅单晶及其制备方法。

背景技术

碳化硅(SiC)单晶是一种宽禁带半导体材料，具有禁带宽度大、临界击穿场强大、热导率高、饱和漂移速度高等诸多特点，这些特性使得碳化硅被广泛地应用于制作高温、高频及大功率电子器件。

现有的碳化硅导电衬底，主要掺杂元素为氮，通过控制氮原子浓度至一定含量达到要求的电阻率。氮原子在晶体内，主要占据碳原子位，由于氮原子比碳原子尺寸小，造成晶格畸变，导致晶体内部存在较多的位错。

目前的碳化硅晶片中，主要包含有三类位错：基面位错(BPD)、贯通螺旋位错(TSD)和贯通刃型位错(TED)。根据关于晶体缺陷与器件的调查报告，BPD会引起器件的氧化膜不良，造成器件的绝缘击穿，另外，在双极性器件中，BPD会引发层积缺陷，造成器件性能退化。TSD也会造成器件漏电流的产生，并使栅氧化膜寿命降低。由此可见，在碳化硅单晶内的位错会严重影响器件的使用及寿命，尤其是碳化硅衬底中基平面位错(BPD)的存在，其在外延的过程中很容易转变为堆垛层错(SF)，严重影响器件的性能。

因此，获得位错密度低的碳化硅导电衬底或者减少碳化硅导电衬底中的位错密度是一个重要的研究课题，对于碳化硅衬底质量以及后段器件性能的提升具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种导电型碳化硅单晶及其制备方法，本发明中的导电型碳化硅单晶中的位错等缺陷少。

本发明提供了一种导电型碳化硅单晶，掺杂元素包括氮和原子半径大于硅的原子半径的元素；

所述导电型碳化硅单晶的电阻率为0.01Ω·cm～0.05Ω·cm；

所述原子半径大于硅的原子半径的元素的掺杂浓度为氮元素浓度的0.1％到10％。

优选的，所述电阻率为0.03Ω·cm～0.04Ω·cm。

优选的，所述氮元素的掺杂浓度为1×10¹⁸cm^-3～5×10¹⁸cm^-3。

优选的，所述原子半径大于硅的原子半径的元素为过渡族金属元素。

优选的，所述原子半径大于硅的原子半径的元素为钒(V)、钛(Ti)、钪(Sc)、铬(Cr)、锰(Mn)、铁(Fe)、钨(W)、钽(Ta)、铜(Cu)、锑(Sb)、镓(Ga)、锡(Sn)、金(Au)。

优选的，所述原子半径大于硅的原子半径的元素的掺杂浓度为氮元素浓度的0.5％到5％。

优选的，所述原子半径大于硅的原子半径的元素的掺杂浓度为为氮元素浓度的1％到3％。

优选的，所述导电型碳化硅单晶的穿透螺位错密度小于600cm^-2，基平面位错密度小于400cm^-2，总位错密度小于3000cm^-2。

优选的，穿透螺位错密度小于400cm^-2，基平面位错密度小于200cm^-2，总位错密度小于2500cm^-2。