[发明专利]半绝缘单晶碳化硅块材以及粉末

说明书

本申请涉及一种半绝缘单晶碳化硅块材以及粉末，包括单一多形体的单晶，半绝缘单晶碳化硅块材内具有硅空缺，其中硅空缺浓度大于5E11cm^‑3。

技术领域

本申请涉及碳化硅的技术领域，尤其涉及一种具备高硅空缺浓度的半绝缘单晶碳化硅块材以及粉末。

背景技术

半导体材料历经三个发展阶段，第一代是硅(Si)、锗(Ge)等基础功能材料；第二代开始进入由二种以上元素组成的化合物半导体材料，以砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)等为代表；第三代则是氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)等化合物半导体材料。第三代半导体材料属于宽能带隙材料，具有高频、耐高电压、耐高温等优势，且导电性、散热性佳，可降低能量耗损，组件体积相对较小，适合功率半导体应用。但是碳化硅的生产条件的控制难度大，导致碳化硅晶圆量产不易，直接影响了终端芯片与应用的发展。

物理气相传输法(physical vapor transport,PVT)是目前商业量产碳化硅晶体的主流方法。一般而言，利用物理气相传输法生长碳化硅晶体过程为先准备一晶种，将晶种置于坩埚中，该坩埚包括一成长室、一固持器及一料源容器。固持器位于成长室上方，用于固定晶种，并设置于提供温度梯度的热场装置的相对冷端。料源容器位于成长室下方，用以容纳材料源，将碳化物原料盛装于料源容器内，将原料由固体升华为气体分子，将升华的气体分子传送并沉积晶种芯片上，使晶体生长。

为了制造高电阻率的碳化硅晶圆，先前技术主要是使用高纯度的原料以及深能级掺杂剂如钒掺杂来制作，在长晶过程中提供反应气体与浅能级导电元素结合并辅以外加工艺，退火工艺或中子轰击等使晶圆具备高阻率特性。但是当生长晶体尺寸增加后，先前技术的方法并不足以提供有效的大尺寸晶体均匀电阻率及良率，且会增加工艺成本。此外，受限于长晶设备的因素，尺寸越大(例如大于4英吋)的晶体越难制作，良率也不易提升。

而在碳化硅原料部分，一般生成的高纯度碳化硅原料多为多晶型态存在，因此仅能作为高纯度碳化硅长晶原料，产量少、成本高、应用受限。

发明内容

鉴于上述习知技术的缺点，本申请提供一种高电阻率单晶碳化硅块材以及粉末，特别是一种具备硅空缺的高纯度半绝缘单晶碳化硅块材。

根据本申请实施例公开的一种半绝缘单晶碳化硅块材，包括单一多形体的单晶，该半绝缘单晶碳化硅块材内具有硅空缺，其中硅空缺浓度至少大于

5E11cm^-3。

根据本申请公开的大尺寸的高纯度半绝缘单晶碳化硅块材或粉末，其高电阻率特性由晶体本征缺陷(亦即硅空缺)浓度主导，于晶体生长过程中即可完成，由此碳化硅块材所制作的晶圆不须额外进行退火工艺或中子轰击工艺。而在现有技术中，碳化硅的硅空缺浓度约为2E11cm^-3至3E11cm^-3。本申请公开的碳化硅块材或碳化硅粉末的硅空缺浓度至少大于5E11cm^-3。

本申请的其他优点将搭配以下的说明和图式进行更详细的解说。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是本申请用于成长高纯度半绝缘单晶碳化硅晶体的成长系统的示意图；

图2是本申请的第一实施例中的高纯度半绝缘单晶碳化硅晶体的电阻率量测结果；

图3是本申请的第一实施例中的高纯度半绝缘单晶碳化硅晶体的微管密度；

图4是本申请的第一实施例中的高纯度半绝缘单晶碳化硅晶体的电子顺磁共振光谱；

图5是本申请的第二实施例中的高纯度半绝缘单晶碳化硅晶体的电阻率量测结果；