专利名称：在离轴晶种上一百毫米SiC晶体的生长的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体材料，特别涉及非常高结晶质量(例如低
缺陷)的大直径碳化硅(SiC)单晶的生长。
背景技术：
半导体的电性质直接产生于它们的物理性质，包括它们的 晶体结构。当晶体结构中的缺陷以足够大的浓度中存在时，可 能损害半导体材料的所需物理和电性质。 一些缺陷立即显出问 题，而其它缺陷经过连续使用一段时间后变得明显。
所有晶体包括一些结构缺陷。确实在某些程度上，缺陷的
存在提供用于晶体生长的基础，这是因为某些缺陷的边缘可在 某些条件下提供用于连续有序生长的最佳机会。因此对于半导 体材料及其在电子设备上的应用的相关调查变为这些缺陷的浓 度(典型地表示为每单位面积的缺陷数)和它们的特征而不是它 们基本存在或不存在。如此处使用的，术语"缺陷"指在晶体结 构中的缺陷或结构缺陷，且不包括可有意或无意引入至晶体结 构的杂质元素如掺杂剂。
碳化硅具有大量的使它成为有利的半导体材料的性质。物 理上，该材料非常硬，且具有极其高的熔点，给予其强有力的 物理特性。化学上，碳化硅具有很高的耐化学攻击性，因此提 供化学稳定性以及热稳定性。然而，可能最重要地，碳化硅具
有优良的电性质，包括高的击穿电场、相对宽的带隙(对于4H 多型体在室温下约3.2eV)和高的饱和电子漂移速度。这些性质 给予SiC关于高功率操作、高温操作和辐照硬度的显著优势。 然而在它的晶体形式中，碳化硅能以多于150种多型体(或晶体结构)存在，其中多种通过相对小的热动力学差别而分开。
因此，保持单一多型体同时生长大的SiC晶体代表根本的挑战。
高时，SiC倾向于直接由固相转变为气相)。由升华造成的蒸汽相种类(Si(g)、 SiC2(g)和Si2C(g))还增加了多型体控制的困难。作为另 一个因素，SiC倾向于以非化学计量方式升华且并倾向于留
下固体碳。
因此，某些碳化硅的物理和化学性质能够在碳化硅生长，特别是可用于晶片、具有外延层的晶片和工业可行量的电子设备的工业生产中的尺寸、数量和纯度方面的生长期间造成困难。
典型地制造半导体设备的第一步包括形成最终构成该设备的半导体材料的薄层。在很多应用中，这采用在相同或不同半导体材料的大"块体"基底晶体上生长一层或多层外延层("外延层")的形式。使用非常精确的、公知的技术例如化学气相沉积
(CVD)、分子束外延(molecular beam epitaxy)(MBE)及其它方法，
使外延层具有极高质量地形成。总之，高质量外延层的生长要求相对慢的生长速率。适用于作为基底的块状晶体典型地以相对快的速率生长，但与外延层比较通常质量有些低。然而，因为外延层基本重复其上形成外延层的基底的原子型式(pattern),所以更高质量基底对于生产更高质量的外延层是理想的和必须的。
在碳化硅的技术领域中，在碳化硅基底上的外延层生长可通过沿"离轴"取向生长外延层而得到提高。术语"离轴"通过与"同轴"生长比较非常好理解。同轴生长是指沿与碳化硅晶体限定面之一垂直进行的方向发生的晶体生长。生长方向以公知的晶体米勒-布喇菲符号如[defg]给出，其中括号表示所给定的方向且整数表示沿着虚晶轴(imaginary crystal axe)矢量投影。当米勒指数以圆括号给出时，符号指晶面。因此，将对碳化硅
的硅原子面的法线(垂直)方向指定为对于碳化硅的六边(如6H、4H)多型体的
,同时将碳化硅面本身指定为(0001)面。
该
方向称为c轴，同时将垂直于c轴的面称为c面、c平面或基面。有时将c平面称为"该"基面。
图6说明用于简单六方晶体结构的单位晶胞。c面和c轴在图上标明。
方向和它的相对向
方向也在图6中标出。认
为[oooi]方向和[oooi]方向为等同方向，这是由于该晶体取向是
任意的。等同方向通过使用尖括号表示。所以，符号<0001>指等同于[OOOl]方向的方向 一族。平面族通过括号表示；如{0001}。 SiC晶片的一侧通过硅原子封端，且另一侧通过碳原子封端。根据惯例，将硅侧表示为(0001)且将碳侧表示为(000T)。
依据惯例和排版，"杠"的表示也可在相关整数的前面，即
(000-1)。
术语离轴是指沿除直接垂直于晶面之外的方向生长，且相
对于垂直于晶体c面的c轴典型地轻微地倾斜。这些离轴方向被认为是邻近的，是轻微偏离基本方向或平面。离轴生长可以降低随机成核，因此促进碳化硅外延层以更大的晶格精度生长。这可理解为是由于与同轴面相比暴露于离轴面上的更大数目的
"台阶"所引起。在具体的实例中，已发现偏离<000!>方向朝
向<11^0>或<10〖0>方向为8。的取向对于促进高质量碳化硅外
延层生长特别有效。
示例性的离轴外延层生长方法在美国专利4，912，064中提出，将其全部引入此处以作参考。在制备用于该生长的基底中，将同轴块状碳化硅的较大晶体或"梨晶"以理想的角度(例如8。)切割以提供离轴面，且通常将大量的块状晶片(bulk wafer)以适当的角度切割。
8然而，以8。的角度将SiC同轴生长晶体切片以产生离轴晶 片是非常浪费的；即，必须将梨晶的楔形部分从顶部和底部舍 弃，以提供用于外延层生长的8。离轴基底。
基底生长通常发生在籽晶升华生长方法和系统中，如在普 通受让的美国专利4，866，005及其再颁RE34，861中提出的，将二 者的内容全部引入此处以作参考。升华生长的特性在于梨晶生 长的方向主要由来源(通常但不是必须的，SiC粉末)和晶种之间 的热梯度确定。因此具有8。离轴表面的籽晶将沿热梯度(用暖于 晶种的粉末)的方向生长。
迄今为止在提高碳化硅使用中的局限之一是尺寸因数。通 过比较，在其它半导体材料如硅(Si)和砷化镓(GaAs)中，六英寸 直径的晶片是普通的，并可得到具有300毫米(mm)直径的一些 硅晶片。
相反，由碳化硅提供的物理生长挑战在于二英寸和三英寸 晶片(50.8mm和76.2mm)被认为是典型地商业化的，而100mm以 上晶片不能广泛获得。在碳化硅生长方面最近的工作确认这些 典型的尺寸。例如，Dedulle等，Free Q/" 4i7-57C S少
ikfe//zo<i, M^r五i L4丄S SC/五iVC五 FORt/M Vol. 457-460 (2004)，第71-74页报导了 25mm和45mm直径晶体的生 长。Nakamura等人(同上，第163-168页)在商购的晶片上进行 外延生长而不是延伸基底晶片本身的生长或尺寸。Rost,
C/mw炉，MATERIALS SCIENCE FORUM VOL. 389-393 (2002)第67-70页，同样提到35mm单晶。Anikin ，
S/C 5m/A G腳A, MATERIALS SCIENCE FORUM， VOL. 338-342 (2000),第13-16页才艮道了 30毫米直径的晶体。 Gupta等人，<57/ 4/f-57C 5w/A: GVowf/z Wvawced
9尸rr (C4尸Fr」，mat. res. soc. symp. proc. vol. 8i5 (2004)
报道了2英寸和3英寸碳化硅基底的使用。
当然，圆面积(出于标准化和排列的目的，典型的半导体晶 片是圆形的，具有限定的"平的"边缘部分)与半径的平方成正比
例。因此，增大适当的SiC籽晶的直径，块状晶体在籽晶上生长，
和从块状晶体切割晶片，这潜在地提供几何学的而不是仅边缘 的优点，条件是能够保留合适的最小缺陷浓度(即高质量)。例
如，45mm直径的晶片具有1590mm2的面积；而90mm晶片(即两 倍于该直径)将具有约6360mm2的面积。
在用于得到离轴晶片的常规技术中，更大的晶体典型地偏 离晶体法向取向，接着对着该取向切割晶片，以生产离轴晶种。
晶体偏离法向而取向减少了切割与该晶体同样尺寸的晶片可利 用的有效厚度。该有效的损失能够通过晶片尺寸(直径)和切角 的切线评价。例如，对于在100毫米直径的晶体上的八度(8。)离 轴切割，该8。(0.1405)的切线限定接近14毫米材料的损失。
发明内容
一方面，本发明为半导体晶体。该晶体包括晶种部和在所 述晶种部上的生长部。所述晶种部和所述生长部形成大体上竖 直的圆柱形碳化硅单晶。晶种面定义为在生长部和晶种部之间 的界面，所述晶种面大体平行于竖直的圆柱形晶体的底面，且 位于相对于单晶的{0001}面约0.5°和12°离轴之间。该生长部复 制所述晶种部的多型体和所述生长部具有至少约100mm的直 径。
另一方面，本发明为包含单晶晶种部和在该晶种部上的单 晶生长部的半导体材料，其中所述晶种部和生长部具有足以限 定至少100mm直径的竖直圆柱形碳化硅单晶的直径。晶种面定义为在生长部和晶种部之间的界面，所述晶种面大体平行于竖
直圆柱形晶体的底面，且位于相对于单晶的{0001}面约0.5。和 12。离轴之间。该生长部复制所述晶种部的多型体。
另一方面，本发明为半导体晶片，其包括具有至少100毫 米直径和小于100cm^微管密度的碳化硅的单 一 多型体。
又一方面，本发明为用于生长高质量大直径碳化硅单晶的 方法。该方法包括相对于产生籽晶的块状晶体的c轴呈 一 定角 度，从碳化硅的块体单晶切割碳化硅籽晶，该籽晶具有相对于 该块状晶体的c-面离轴的面，沿垂直于该籽晶的晶种面且相对 于c面不垂直的方向，将主热梯度施加到在籽晶生长系统中的离 轴籽晶，直至获得理想尺寸的块状晶体，和通过平行于该籽晶 的原始面切割块状晶体而从该块状晶体切割离轴晶片，从而生 产具有相对于该晶种晶片(seed wafer)的c轴离轴的面的晶种晶 片。
基于以下结合附图的详细描述，本发明的前述和其它目的 和优点及其完成的方式将变得更加清楚。
图l为根据常规现有技术的块状晶体的示意图。
图2为根据本发明的晶体的示意图。
图3为根据本发明的晶体的另 一 实施方案的示意图。
图4为根据本发明的晶体的另 一 实施方案的示意图。
图5为根据本发明的晶片的示意图。
图6为六方晶体几何学的特定方面的示意图。
图7为根据本发明形成的晶片的高质量表面的 一套三张照片。
图8为根据本发明的块状晶体的示意图。
具体实施例方式
图l为用于获得离轴碳化硅晶片的常规技术的示意图。通
常，将以10广泛指示的块状晶体沿同轴定向生长。因而图l说明 c轴
15垂直于晶体10的c面(0001)14。为了获得用于离轴生 长的离轴晶种，将晶体10沿着多条线13切割，该线13不垂直(离 轴)于c轴15,因此相对于c面14是不平行的。
如在背景技术中提到的，引起一些问题。首先，以这种方 式切割晶体10限定了在晶体10的底部和顶部各自浪费的部分 12。理想的切割线13(其因此限定面)离轴的度数越大，将浪费 越多量的材料。
第二，根据固体和平面几何学的基本原则，如果晶体10为 圆柱体的形式，那么以一定角度而不是平行于平面来切割平面， 产生椭圆形切片而不是圆形切片。尽管这对于碳化硅的微观生 长不是问题，但在宏观上，晶种和晶片常规上是圓形的(在限定 的位置具有正交面)，因此该椭圆形切片必须以某些习惯的方式 处理或修整成常规形状。
图2为根据本发明的以20广泛指示的晶体的第 一 实施方案 的示意性说明。晶体20包括晶种部21和在晶种部21上的生长部 22。晶种部21和生长部22—起形成大致竖直的圆柱形碳化硅单 晶o 晶 种面23定义为在生长部22和晶种部21之间的界面。在实 践中和如本领域熟练技术人员所认知，在生长的晶体中，晶种
面23可为实际的而不是观察的。晶种面23大体上与竖直的圆柱 形晶体20的底面24和25平行，且处于相对于单晶20的c面约0.5 和20度离轴之间。当然，该(0001)c面为{0001}面一族的成员。 生长部22复制晶种部21的多型体，生长部22具有至少约IOO毫米 的直径。
取向倾斜的度数不是由数值本身限定，而通过逻辑函数考虑而限定。例如，夸张地说，在90。"离轴"角上生长必然意味着 在不同晶面上生长。相似地，釆用接近于0。的离轴取向提供与 基面本身最小的不同。因此，将理解尽管成功的生长已在高至8。 的离轴取向得到证实，但是同样期望以更大的角度成功，8°不 表示对于本发明的绝对上限。
图2也说明晶体20的c轴27，同样地说明了在升华期间驱动 晶体生长方向的热梯度30。如在现有技术中公知的，热梯度表 示越过物理距离所需的温度差异；例如，每厘米摄氏度。 一般 来讲，在热梯度存在下，升华的(和其它气态)物质将从较温暖 的位置迁移至(相对)较冷的位置。所以控制晶体生长系统中的 热梯度是控制晶体生长的性质和方向的重要因素。在本文的图 中，各个箭头(16、 30、 60)示意性地表示轴向热梯度。
因而图2说明与在图l中说明的晶体对照，生长不垂直于c 面26而发生，但是替代的是垂直于晶种面23。以相应的方式， 热梯度30和c轴27不再彼此平行，也不意欲彼此平行。
晶种部21和生长部22典型地具有选自由石灰化硅的3C、 4H、 6H和15R多型体组成的组中的多型体，4H多型体对于高频、高 功率设备特别(但不是排他的)有益。相似地，4H和6H多型体对 于高温设备、光电设备和III族氮化物材料的沉积特别有益。可 以了解，这些相对于彼此在相对意义上是有利的，本发明提供 优点而与单晶的多型体无关。
晶种面相对于c面离轴的角度在某些程度上是设计选择的 事项，典型地范围在0.5。和12。之间，但已使用对于6H在约3.5。 和对于4H在约8。的离轴，二者相对于c面表示。
图3和4说明本发明另外的实施方案。特别地，包括升华生 长的晶种碳化硅生长的特性在于即使在最佳条件下， 一些生 长的晶体展示至少为不规则并潜在地包括非单 一 多型体材料的
13边缘，且在某些情况下， 一个或多个表面可为非平面的，这有 时取决于将它们物理安装到生长系统或从生长系统中物理去除 的方式。
因而，图3说明了以34广泛指示的半导体晶体，该半导体晶 体包括单晶晶种部35和在该晶种部35上的单晶生长部36,晶种 部35和生长部36具有相同的多型体。晶体34还包括以37示意性 说明的边缘部，该边缘部可包括其它多型体(即与晶种和生长部 不同)或与经常对于许多电子应用所期望的单晶材料不一致的 多晶材料。
晶种部和生长部36仍然具有足够的直径以限定至少100毫 米直径的竖直圆柱形碳化硅单晶，而不依赖于任何不同的多型 体材料。如在前述实施方案中，晶种面40定义为在生长部36和 具有晶种面40的晶种部35的界面，该晶种面40大体上与竖直圆 柱形晶体34的底面41和42平行，且在相对于单晶34的c面43的约 0.5。和12。离轴之间。如在其它实施方案中，生长部36复制晶种 部35的多型体。
图3也说明将与相对于较前实施方案提出的相同观点进行 说明的c轴57和施加的热梯度60的方向。
图4说明了根据本发明的另 一 晶体44 ，该晶体44包括晶种部 4 5和生长部4 6,非单晶材料边缘部4 7以及可为非平面的表面5 0 和51。该非平面的表面例如50和51的成因是变化的，^f旦是不必 然排除单晶。因此，晶种部45和生长部46在全部晶体44内具有 足以限定至少100毫米竖直圆柱形碳化硅单晶52的直径"D"。
如在其它实施方案中，图4说明定义为在生长部46和晶种部 4 5之间界面的晶种面5 3,晶种面5 3大体上与竖直圆柱型晶体部 52的底面54和55平行。晶种面53又在相对于单晶52的c面56约 0.5。和12。的离轴之间。如在其它实施方案中，生长部46复制晶种部45的多型体。
在又一实施方案中，如在图5中说明，本发明包括具有至少 100mm直径"D"的半导体晶片62，其符合如在不同的来源(如 http:〃www.cree.com/products/pdf/MAT画CATA LOG.00G.pdf [在 线](2006年6月))中讨论的用于晶片或直径测量的常规标准。晶 片62包括大体上平行的面63和64和大体上垂直于面63和64的圆 周边缘65。该晶片特征在于形成晶片的单晶的c面66是在相对于 单晶晶片62的底面63和64呈0.5。和12。度离轴之间。
在晶片形式中，1 OOmm单晶适合于常规材料加工和加工设 备。在晶片形式中，晶体还能用作用于碳化硅或其它材料、特 别是III族氮化物的外延生长的基底，该碳化硅或其它材料、特 别是ni族氮化物用于光电设备例如蓝光发射光发射二极管和蓝 色激光二极管。
因此，在另一方面，本发明是根据本发明的晶片和在晶片 上形成的外延层的组合。具有外延层的晶片提供许多优势(典型 地作为前驱体)。例如，该晶片和外延层能够形成用于金属半导 体场效应晶体管(MESFETs)的基底。根据本发明的单晶晶片提 供与碳化硅和III族氮化物二者接近的晶格匹配。该晶片具有碳 化硅的高热传导性，提供更大功率加工和改进的可靠性。在SiC 基底上的III族氮化物外延层的使用提供了用于短波长激光二极 管的有利途径，该短波长激光二极管与更长波长二极管比较能 够显著地增加光存储能力。作为另一优势，能够形成碳化硅， 该碳化硅具有范围从用于微波设备(如美国专利6,316,793)的绝 缘至用于光发射二极管(如美国专利4，918，497)和激光器(如美 国专利5,592，501)导电的电导率。
根据本发明的晶体和晶片在所有实施方案中具有低于100 每平方厘米(cm,,在一些实施方案中具有低于300111-2,在一些
15实施方案中具有低于15cm々，和在一些实施方案中低于5cm^的 微管密度。
也能将根据本发明的晶体和晶片使用用于描述质量的其它 标准分类。这些标准的一些以一个或多个下列术语描述。
"(区域)污染"指局域化面积中在表面上的任何异物，所述 异物在高强度或漫射照明下显示为由污迹、污点或水斑引起的 外〗現上的变色、斑点或混浊。
"裂紋"指从晶片的前侧延伸至晶片的后侧表面的晶片破裂 或开裂。出于质量描述的目的，"裂紋"在高强度照明下必须超 过0.010英寸的长度。这有助于从可允许的结晶条紋中识别破裂 线。该破裂线典型地展示尖细的传播线，从条紋中识别该尖细 的传播线。
"边缘碎片，，指沿径向深度或宽度超过1.5毫米的任何不规 则的边缘(包括晶片锯退出的痕迹)。当在漫射照明下观察时， 可将边缘碎片确定为从该晶片边缘非故意缺失的材料。
"边缘排除"是指限定的晶片外环面，将该晶片外环面表示 为晶片加工面积且将其从表面加工标准中排除。
"六边板(hex plates)"是指在晶片表面上的六边形薄片，其 在漫射照明下对于肉眼看起来的颜色为银色。
"掩膜缺陷(mask defect)"("小山丘(mound)")指当用漫射照 明观察时在晶片前侧表面之上隆起的明显的面积。
"橘子剥离，，指当在漫射照明下观察时目测可发现的表面粗 糙化。
"凹痕，，指单独可分辨的不规则表面，其看起来像具有长度 和宽度比不低于5至l的晶片表面中的凹陷，且其在高强度照明 下是可见的。
"外来多型体"("夹杂物"或"微晶")是指晶片结晶学区域，其
16为多晶或为晶片残留物以外的其它不同的多型体材料(例如与
6H混合的4H)。多个区域经常显示变色或清楚的边界线且根据 在漫射照明下的面积百分比判断。
"擦痕"定义为进入前侧晶片表面的个别的切口或沟槽，其 具有长度和宽度比大于5至1，且在高强度照明下可见。
"条紋"定义为线性晶体学缺陷，其从晶片表面向下扩展， 其可以或不可以穿过晶片整个厚度且一般在其长度上追随晶体 学平面。
"总的可用面积"是指在边缘排除的区域之内，从前侧晶片 质量面积中累积减去全部显著缺陷的面积。残留百分比值表明 无全部显著缺陷的前侧表面的比例(不包括至边缘排除的两毫 米)。
在如背景技术的这些标准的情况下，根据本发明的晶片展 示边缘碎片具有每一 晶片小于2的浓度。根据本发明的晶片展示 橘子剥离或凹痕不多于晶片面积的百分之三十，且在一些实施 方案中不多于晶片面积的百分之十。
根据本发明的晶片展示条紋为每一晶片20条以下，且在其 它实施方案中为每一 晶片3条以下。根据本发明的晶片没有区域 污染或裂紋。六边板的浓度低于晶片累积面积的百分之三十， 且在其它实施方案中低于晶片的累积面积的百分之十。
根据本发明的晶片具有不多于八条擦痕或在一些实施方案 中不多于五条擦痕。
将根据本发明的晶片在200X显微镜下观察掩膜缺陷(小山 丘)。在所有实施方案中晶片在十字图案中观察的9个视野中的3 个以下具有10个以下的缺陷，或在其它实施方案中晶片在十字 图案中观察的9个视野中的5个以下具有10个以下的缺陷。晶片 没有污染。以累计总量表示，累计面积缺陷为晶片面积的百分之三十以下，在一些实施方案中为晶片面积的百分之十以下。
在另一方面，本发明为用于生长高质量大直径碳化硅单晶 的方法。在这一方面，本发明包括相对于产生籽晶的块状晶体 的C轴呈一定角度，从碳化硅的块体单晶切割碳化硅籽晶，该籽 晶具有相对于该块状晶体的C-面离轴的面，沿垂直于籽晶的晶 种面且相对于c面不垂直的方向，将主热梯度施加到籽晶生长系
统中的离轴籽晶，直至获得理想尺寸的块状晶体，以及通过平 行于籽晶的原始面切割块状晶体而从块状晶体切割离轴晶片，
从而生产具有相对于晶种晶片的c轴离轴的面的晶种晶片。
特别地，该方法典型地包括从块状晶体切割多片晶片。 如相对于本发明的其它方面所注意到的，得到的晶片提供
用于将切割的离轴晶片引晶至块体生长系统的适当晶种。然后 碳化硅的块体生长能够在该引晶的系统中进行。
该方法能进一步包括在晶种晶片的离轴面上生长至少一层 和潜在地多层的外延层，碳化硅和m族氮化物材料的外延层是 特别有利的。
图7为根据本发明形成的碳化硅晶片的一套三张照片。图 7(A)和7(B)略微不垂直的角度拍摄，因此在照片中的晶片表现 为椭圆。然而，该晶片是圆形的，如通过图7(C)的正面照片说 明。这些照片展示根据本发明生产的100mm晶片。
图8为说明该方法及其优点的示意性图。图8说明以70广泛 指示的块状晶体，其中相对面71和72相对于c面73离轴。出于参 考的目的，还示出c轴74。为清晰起见，图8放大了离轴取向的 程度。
与该方法一致，因为生长晶体的面71、 72已相对于晶体的c 面离轴，且4艮设晶体70以立体竖直的圆柱体形式生长(正如典型 的)，所以能将晶体70垂直于其圆柱轴切割，以限定单个晶片75
18具有离轴表面且为圆形而非椭圆形的形式。
将了解尽管相对于SiC的(0001)面和
轴已描述此处叙述的技术，但是能使用其它的面(如{0001}平面)和相对于其
它轴将该技术引入。由于许多原因，(oooi)和(oooi)面便于碳化
硅块体生长，但并非完全如此。因此，本领域熟练技术人员将能够使用除此处描述的那些之外的角度和面引入要求保护的发明。
还将由熟悉碳化硅晶体生长的那些人员所理解的是能将术语"单晶"用于描述具有一些嵌合体特征的大梨晶晶体。如对于本领域熟练技术人员进一步已知的，在具有一起生长以形成单晶的多个成核区的情况下，具有嵌合体特征的晶体生长。得到的区域可通过位错或其它缺陷约束，但当使用已公知的技术特别是X-射线衍射分析时，仍具有单晶特性。这些区域的聚集可具有在晶粒之间含有非常小的倾斜区域的嵌合体结构，但这些区域仍一起生长，从而形成单晶。
根据x-射线衍射，根据本发明生长的晶体的单晶特性将具有来自约36和180角秒(arc second)之间的衍射角的角发散。这在现有技术中的单晶公差的正常范围内，其中40至60角秒(sec")的角发散表示高质量单晶。测量角发散作为在布拉格角处的半值宽度(FWHM),其符合现有技术中公知的标准。
在附图和说明书中，已描述本发明的优选实施方案，尽管已使用具体的术语，但它们仅以普通的和描述性的意义使用，而不是出于限定的目的，将本发明的范围限定在权利要求书中。
权利要求
1. 一种半导体晶体，其包括晶种部；和在所述晶种部上的生长部；所述晶种部和所述生长部形成大体上竖直圆柱形碳化硅单晶；晶种面定义为在所述生长部和所述晶种部之间的界面；所述晶种面大体上平行于所述竖直圆柱形晶体的底面且相对于所述单晶的基面离轴；所述生长部复制所述晶种部的多型体和所述生长部具有至少约100mm的直径。
2. 根据权利要求l所述的半导体晶体，其中所述晶种面在 偏离所述晶体的{0001 }平面的约0.5°和12°离轴之间。
3. 根据权利要求l所述的半导体晶体，其中所述晶种部和 所述生长部具有选自由碳化硅的2H、 3C、 4H、 6H和15R多型体 组成的组中的多型体。
4. 根据权利要求l所述的半导体晶体，其中所述晶种面在 相对于所述晶体的{0001 }平面的约3.5°和8°离轴之间。
5. 根据权利要求l所述的半导体晶体，其中所述多型体选 自由4H和6H组成的组，且所述晶种面在相对于所述晶体的 {0001}平面的约3.5。和8。离轴之间。
6. 根据权利要求2所述的半导体晶体，其中所述晶种面朝 向<1150>方向离轴。
7. 根据权利要求2所述的半导体晶体，其中所述晶种面朝 向<10!0>方向离轴。
8. 根据权利要求l所述的半导体晶体，其具有低于100cm—2 的微管密度。
9. 根据权利要求l所述的半导体晶体，其具有低于20(^-2的微管密度。
10. 根据权利要求l所述的半导体晶体，其具有低于5cm—2 的微管密度。
11. 根据权利要求l所述的半导体晶体，其具有低于lcm-2 的微管密度。
12. —种半导体晶片，其包括 单晶晶种部；和 在所述晶种部上的单晶生长部；所述晶种部和所述生长部具有足以限定至少100毫米直径 的竖直圆柱形碳化硅单晶的直径；晶种面定义为所述生长部和所述晶种部之间的界面；所述 晶种面大体上平行于所述竖直圆柱形晶体的底面，且在相对于 所述单晶的{0001 }平面约0.5°和12°离轴之间；和所述生长部复制所述晶种部的多型体。
13. 根据权利要求12所述的半导体晶片，其中所述晶种部 和所述生长部具有选自由^f友化硅的2H、 3C、 4H、 6H和15R多型 体组成的组中的多型体。
14. 根据权利要求12所述的半导体晶片，其中所述多型体 选自由4H和6H组成的组。
15. 根据权利要求12所述的半导体晶片，其中所述晶种面 朝向<11&>方向离轴。
16. 根据权利要求12所述的半导体晶片，其中所述晶种面 朝向<1010>方向离轴。
17. 根据权利要求12所述的半导体晶片，其进一步包括在 所述竖直圆柱体单晶的底面之一上的至少一层半导体材料的外 延层。
18. 根据权利要求17所述的半导体晶片，其中所述外延层包括碳化硅。
19. 根据权利要求17所述的半导体晶片，其中所述外延层 包括III族氮化物。
20. 根据权利要求17所述的半导体晶片，其包括多层外延层。
21. 用于生长高质量大直径碳化硅单晶的方法，所述方法 包括相对于产生籽晶的块状晶体的c -轴呈 一 定角度，从碳化硅 的块体单晶切割碳化硅籽晶，所述籽晶具有相对于所述块状晶体的c-面离轴的面；将主热梯度施加到在籽晶生长系统中的离轴籽晶，以生产 复制所述晶种轴取向的所得的块状晶体；和通过平行于所述籽晶的原始面切割所述块状晶体而从块状 晶体切割晶片，以生产具有相对于所述晶种晶片的{0001}平面 离轴的面的晶片。
22. 根据权利要求21所述的方法，其包括从所述块状晶体 切割多片晶片。
23. 根据权利要求21所述的方法，其进一步包括将切割的 离轴晶片引晶至块体生长系统。
24. 根据权利要求23所述的方法,其包括在引晶切割的离 轴晶片的籽晶升华系统中进行碳化硅的块体生长。
25. 根据权利要求21所述的方法，其进一步包括在所述晶 种晶片的离轴面上生长至少一层外延层。
26. 根据权利要求25所述的方法，其包括生长多层外延层。
27. 根据权利要求25所述的方法，其包括生长碳化硅的外 延层。
28. 根据权利要求25所述的方法，其包括生长III族氮化物的外延层。
29.根据权利要求21所述的方法，将所述热梯度施加到在 籽晶生长系统中的离轴籽晶。
全文摘要
公开了半导体晶体及其相关的生长方法。该晶体包括晶种部和在晶种部上的生长部。该晶种部和该生长部形成大体上竖直的圆柱形碳化硅单晶。晶种面定义在生长部和晶种部之间的界面，该晶种面大体上平行于竖直圆柱形晶体的底面且相对于单晶的基面离轴。生长部复制晶种部的多型体且生长部具有至少约100mm的直径。
文档编号C30B29/36GK101484616SQ200780025613
公开日2009年7月15日 申请日期2007年5月30日 优先权日2006年7月6日
发明者罗伯特·泰勒·莱昂纳德, 阿德里安·鲍威尔, 马克·贝迪 申请人:科里公司