背景技术：
在过去十年中，sic晶体生长和基板制造取得了重大进展。目前，市售的最大sic衬底是直径为100mm的4h和6hsic晶片。150毫米基板正在开发中，最近，有限量的150毫米n型基板可以试用或取样。广泛实施150mm直径的sic衬底，并且在将来，200mm衬底将使sic和gan基半导体器件的成本显着降低。
开发级150mmn型晶片在本领域中是已知的。然而，基于sic的器件的进步仍然受到商业上可获得的高质量150mmsic衬底的缺乏以及缺少200mm衬底的阻碍。sic衬底中的有害缺陷包括：位错，微管，堆垛层错，外来多型体的夹杂物和碳夹杂物。sic衬底中的应力是另一个对器件性能和技术有害的因素。
技术实现要素：
本发明是一种sic升华晶体生长的改进方法。本发明的主要新颖方面是控制蒸汽传输和温度梯度，其中所述传输被限制在生长晶体的中心区域，而晶体及其周围处于接近零径向温度梯度的条件下。这导致有利形状的生长界面，例如朝向源平坦或略微凸起，降低的晶体应力和降低的晶体缺陷密度。
本发明的其他新颖方面包括通过升华和从源自sic源的颗粒过滤蒸汽来原位致密化sic源。作为任选的特征，本发明包括从元素组分原位合成sic源的步骤。
具体实施方式
本文公开了一种制造sic单晶的方法，包括：(a)在存在温度梯度的情况下在晶种表面上升华生长sic单晶，同时控制所述梯度以实现基本上浅的径向水晶及其周围的梯度；(b)在步骤(a)中，通过将所述通量基本上限制在晶种表面的中心区域来控制含sic蒸汽的通量。
sic升华生长系统，包括：生长坩埚，其被配置为以sic源材料和间隔关系的sic晶种充电；分离板将生长坩埚分离成源室，当生长坩埚装有sic源材料时sic源材料所在的源区和sic晶种所在的结晶室，当生长坩埚装有sic晶种时其中：所述分隔板包括由第二部分围绕的第一中心部分，所述第二部分对sic晶种在sic晶种上的升华生长期间源自sic源材料的sic轴承蒸汽的渗透性低于第一中心部分；和带有sic蒸气的质量传递比率为1厘米。
分隔板可以由以下中的至少一种制成：石墨，耐火化合物，碳化钽或碳化铌。分离板可以与sic晶种隔开一定距离，理想地，在种子下方的种子直径的25％和75％之间。分隔板可包括碳化钽或碳化铌涂层，并且涂层的厚度在约20微米至40微米之间。分离板的第一中心部分可包括通道，每个通道的最大直径在约0.1mm和1mm之间。
升华的源材料到种子的通量可以通过分离板来限制，该分离板具有与升华过程中产生的蒸汽具有显着不同的渗透性的不同区域。源材料可以是sic。
通过将升华的源材料的所述通量过滤通过分离板，可以实现从升华的源材料的通量中去除碳颗粒到种子。
在sic单晶的生长方向上生长的sic单晶的中心与从生长的sic单晶切割的晶片的直径之间的厚度差异可以不大于约6mm。
该方法可以进一步包括从生长的sic单晶切割具有以下一种或多种性质的晶片：晶片平均微管密度不大于约平均1cm-2；或者从晶片中提取的不含微管的2×2mm方形模具的百分比不小于约95％；或者从晶片中提取的不含微管的5×5mm方形模具的百分比不小于约90％；或者晶片平均的位错密度不大于约10.4cm-2；或者螺纹螺旋位错的密度不大于约1000cm-2；或基面位错密度不大于约300厘米/厘米3；或零密度的外来多型包裹体；或一个或多个碳夹杂物云，不超过总晶片面积的约5％；或边缘到边缘的格子曲率不大于约0.15°；或者在晶片的总面积上不超过约25弧秒的半峰全宽(fwhm)×射线反射。
该方法可以进一步包括向第一和第二电阻加热器施加足够程度的电功率以将坩埚温度升高到sic升华温度并在坩埚内部产生温度梯度，包括：种子室中的温度梯度。坩埚，所述种子室温度梯度被控制为其径向分量为正(即，种子室中心较冷，邻近坩埚壁较热)且幅度不超过10k/cm，温度梯度在坩埚的源室中，所述源室温度梯度足以使初始源材料在分离板上升华和凝结，从而形成致密的多晶sic体。
该方法可以进一步包括保持第一和第二电阻加热器的电功率，以使致密的多晶sic体升华并产生蒸汽；迫使在致密化的多晶sic体升华时产生的蒸汽穿过分离板的透气中心区域；迫使穿过分离板的透气部分的蒸汽移动到种子的中心区域并冷凝在所述种子上，使晶体生长；并将晶体生长到所需的大小。
所有步骤都可以在惰性气体存在下在1至100托的压力下进行。
通过上述方法生长的4h和6h多型的大直径，高质量sic衬底可以具有100mm和200mm之间的直径，包括100mm，125mm，150mm和200mm的半导体工业标准直径。基板相对于六边形基面(0001)具有″轴上″取向，即晶片面向(0001)面平行；相对于六边形基面(0001)具有″离轴″取向的基板，即晶片面与(0001)面偏离4°角，或更少。
源材料和坩埚底部之间的空间可以在坩埚内部形成空腔；第一电阻加热器以间隔开的关系设置在坩埚的顶部上方；第二电阻加热器具有第一部分和第二部分，第一部分以间隔关系设置在坩埚底部下方，第二部分以间隔关系设置在坩埚侧面外侧。源材料和籽晶可以由sic制成。第二电阻加热器具有第一部分和第二部分，第一部分以间隔关系设置在坩埚底部下方，第二部分以间隔关系设置在坩埚侧面外侧。源材料和籽晶可以由sic制成。第二电阻加热器具有第一部分和第二部分，第一部分以间隔关系设置在坩埚底部下方，第二部分以间隔关系设置在坩埚侧面外侧。源材料和籽晶可以由sic制成。
本发明是一种改进的sic升华生长工艺，适用于高质量，大直径sic晶体的生长。本发明旨在通过控制生长单元中的温度梯度和升华的源材料的通量来产生平坦或略微凸起的生长界面，其中控制梯度以在晶体中产生正的和基本上浅的径向梯度，并且其周围不超过10k/cm并且其中升华的源材料的通量通过限制从晶锭的源到中心区域的蒸汽传输来控制。此外，公开了通过升华和过滤从颗粒提供给生长的sic晶体的蒸汽的sic源的原位致密化，以及sic源的任选原位合成。
以上对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。