DE102008063124B4 - Preparation method for uniformly doped SiC bulk single crystal and uniformly doped SiC substrate - Google Patents
Preparation method for uniformly doped SiC bulk single crystal and uniformly doped SiC substrate Download PDFInfo
- Publication number
- DE102008063124B4 DE102008063124B4 DE200810063124 DE102008063124A DE102008063124B4 DE 102008063124 B4 DE102008063124 B4 DE 102008063124B4 DE 200810063124 DE200810063124 DE 200810063124 DE 102008063124 A DE102008063124 A DE 102008063124A DE 102008063124 B4 DE102008063124 B4 DE 102008063124B4
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- sic
- dopant
- breeding
- crucible
- growth
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
- C30B29/36—Carbides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B23/00—Single-crystal growth by condensing evaporated or sublimed materials
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
Verfahren zur Herstellung eines SiC-Volumeneinkristalls (2) mit einem spezifischen Widerstand von mindestens 1011 Ωcm und mit einem Durchmesser von mindestens 7,62 cm, wobei a) in einem Kristallwachstumsbereich (5) eines Züchtungstiegels (3) eine SiC-Wachstumsgasphase (7) erzeugt wird und der SiC-Volumeneinkristall (2) mittels Abscheidung aus der SiC-Wachstumsgasphase (7) aufwächst, b) die SiC-Wachstumsgasphase (7) aus einem SiC-Quellmaterial (6), das sich in einem SiC-Vorratsbereich (4) innerhalb des Züchtungstiegels (3) befindet, gespeist wird, c) dem Kristallwachstumsbereich (5) Dotierstoffe (13; 19), die ein tiefliegendes Dotierstoffniveau in einem Abstand von mindestens 500 meV zu einer SiC-Bandkante haben, aus einem außerhalb des Züchtungstiegels (3) angeordneten Dotierstoffvorrat (12; 17) gasförmig zugeführt und innerhalb des Züchtungstiegels (3) verteilt werden, indem sie bezogen auf eine senkrecht zu einer Wachstumsrichtung (8) orientierten Querschnittsebene des Züchtungstiegels (3) an mehreren nebeneinander liegenden Stellen (32) in den Züchtungstiegel (3) eingeleitet werden, d) eine Temperatur des Dotierstoffvorrats (12; 17) unabhängig von einer...A method for producing a SiC bulk single crystal (2) having a resistivity of at least 10 11 Ωcm and a diameter of at least 7.62 cm, wherein a) in a crystal growth region (5) of a growth crucible (3) a SiC growth gas phase (7) and the SiC bulk single crystal (2) grows by deposition from the SiC growth gas phase (7), b) the SiC growth gas phase (7) from a SiC source material (6) located in a SiC storage area (4) c) the crystal growth region (5) dopants (13; 19) having a low level of doping at a distance of at least 500 meV to a SiC band edge, from outside the culture crucible (3 ) are supplied in gaseous form and distributed within the culture crucible (3) by being oriented relative to a cross-sectional plane of the culture oriented perpendicular to a growth direction (8) tungdrehels (3) at a plurality of juxtaposed points (32) are introduced into the crucible crucible (3), d) a temperature of the dopant supply (12; 17) regardless of a ...
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines SiC-Volumeneinkristalls sowie ein einkristallines SiC-Substrat.The invention relates to a method for producing a SiC bulk single crystal and a monocrystalline SiC substrate.
Das Halbleitermaterial Siliziumcarbid (= SiC) wird aufgrund seiner herausragenden physikalischen, chemischen und elektrischen Eigenschaften unter anderem auch als Substratmaterial für Hochfrequenzbauelemente eingesetzt. Dabei kommt es auf eine möglichst geringe Wechselwirkung des eigentlichen Bauelements mit dem Substratmaterial an, um Verluste zu vermeiden. Dies wird beispielsweise dadurch erreicht, dass das einkristalline SiC-Substrat neben einer hohen kristallinen Qualität auch einen möglichst hohen elektrischen Widerstand aufweist. Zur Herstellung eines SiC-Volumeneinkristalls bzw. eines daraus herstellten SiC-Substrats mit hochohmigem Verhalten ist die Kompensation von flachen Störstellen, die innerhalb des Kristalls aufgrund von Verunreinigungen oder intrinsischen Defekten vorliegen, erforderlich. Ein so hergestellter hochohmiger SiC-Volumeneinkristall wird auch als semiisolierend bezeichnet.The semiconductor material silicon carbide (= SiC) is used because of its outstanding physical, chemical and electrical properties, inter alia, as a substrate material for high-frequency components. It depends on the lowest possible interaction of the actual device with the substrate material in order to avoid losses. This is achieved, for example, by virtue of the fact that the monocrystalline SiC substrate not only has a high crystalline quality but also the highest possible electrical resistance. For the production of a SiC bulk single crystal or a SiC substrate made thereof with high-resistance behavior, the compensation of shallow impurities present within the crystal due to impurities or intrinsic defects is required. Such produced high-resistance SiC bulk single crystal is also referred to as semi-insulating.
Zur Kompensation der genannten flachen Störstellen, die insbesondere durch Stickstoff-Verunreinigungen hervorgerufen werden und vorzugsweise donatorisch wirken, werden in der
In der
Bei dem in der
In der
Mittels des in der
In der
Aus dem Fachartikel „Aluminium p-type doping of silicon carbide crystals using a modified physical vapor transport growth method” aus Journal of Crystal Growth 240, 2002, Seiten 117 bis 123, ist ein Züchtungsverfahren für p-dotiertes SiC bekannt. Bei einer in diesem Fachartikel beschriebenen Ausgestaltung des Züchtungsverfahrens wird ein Aluminium-Vorrat innerhalb eines Hohlraums in einer thermischen Isolationsschicht angeordnet. Der Aluminium-Vorrat befindet sich auf niedrigerer Temperatur, als sie beispielsweise innerhalb des eigentlichen Züchtungstiegels herrscht.From the article "Aluminum p-type doping of silicon carbides crystals using a modified physical vapor transport growth method" from Journal of Crystal Growth 240, 2002, pages 117 to 123, a method of growing p-doped SiC is known. at an embodiment of the breeding method described in this article of art, an aluminum supply is disposed within a cavity in a thermal insulation layer. The aluminum supply is at a lower temperature than, for example, prevails within the actual breeding leg.
In der
In dem Fachartikel „Incorporation of boron and vanadium during PVT growth of 6H-SiC crystals” aus Journal of Crystal Growth 233, 2001, Seiten 211 bis 218, werden Züchtungsverfahren zur Herstellung von Bor-dotiertem SiC und Vanadium-dotiertem SiC sowie die entsprechend dotierten SiC-Volumeneinkristalle beschrieben. Die Dotierstoffe werden jeweils dem SiC-Quellmaterial zugemischt. Der Vanadium-dotierte SiC-Volumeneinkristall hat hochohmiges Verhalten, allerdings mit relativ starker Schwankungsbreite des spezifischen elektrischen Widerstands in axialer und radialer Richtung.In the technical article "Incorporation of boron and vanadium during PVT growth of 6H-SiC crystals" from Journal of Crystal Growth 233, 2001, pages 211 to 218, breeding methods for the production of boron-doped SiC and vanadium-doped SiC and the corresponding doped SiC SiC bulk single crystals described. The dopants are mixed in each case with the SiC source material. The vanadium-doped SiC bulk single crystal has high-resistance behavior, but with a relatively large range of variation of the specific electrical resistance in the axial and radial directions.
In dem Fachartikel „Semi-insulating 6H-SiC grown by physical vapor transport” aus Applied Physics Letters 66 (11), 13.03.1995, Seiten 1364 bis 1366, wird ein weiters Züchtungsverfahren für einen hochohmigen SiC-Volumeneinkristall durch Dotierung mittels Vanadium beschrieben. Die gezüchteten Einkristalle haben aber einen relativ kleinen Durchmesser von weniger als 50 mm und auch nur einen vergleichsweise niedrigen spezifischen elektrischen Widerstand von bis zu 103 Ωcm.In the article "Semi-insulating 6H-SiC grown by physical vapor transport" from Applied Physics Letters 66 (11), 13.03.1995, pages 1364 to 1366, a further method of growing a high-resistance SiC bulk single crystal by doping with vanadium is described. However, the grown monocrystals have a relatively small diameter of less than 50 mm and only a comparatively low specific electrical resistance of up to 10 3 Ωcm.
In dem Fachartikel „PVT Growth of p-Type and Semi-Insulating 2 Inch 6H-SiC Crystals” aus Materials Science Forum 433 bis 436, 2003, Seiten 55 bis 58, wird ein weiteres Züchtungsverfahren für Vanadium-dotiertes SiC beschrieben, wobei der Durchmesser des gezüchteten SiC-Volumeneinkristalls etwa 50 mm beträgt. Außerdem schwankt auch der Widerstandswert der in diesem Fachartikel beschriebenen SiC-Volumeneinkristalle sowohl in axialer als auch in radialer Richtung.In the technical article "PVT Growth of p-Type and Semi-Insulating 2 Inch 6H-SiC Crystals" from Materials Science Forum 433 to 436, 2003, pages 55 to 58, a further method of growing vanadium-doped SiC is described, wherein the diameter of the grown SiC bulk single crystal is about 50 mm. In addition, the resistance of the SiC bulk single crystals described in this paper also varies in both the axial and radial directions.
In dem weiteren Fachartikel „On the preparation of vanadium doped PVT grown SiC boules with high semi-insulating yield” aus Journal of Crystal Growth 254, 2003, Seiten 390 bis 399, werden ebenfalls ein Züchtungsverfahren und die damit hergestellten SiC-Volumeneinkristalle beschrieben. Bei diesem Züchtungsverfahren wird ein Behälter mit einem Dotierstoffvorrat innerhalb des SiC-Materials angeordnet. Beschrieben werden mono- und codotierte SiC-Volumeneinkristalle, wobei bei der Monodotierung Vanadium als Dotierstoff und bei der Codotierung Bor und Vanadium als Dotierstoffe vorgesehen ist bzw. sind. Auch die so hergestellten SiC-Volumeneinkristalle haben einen relativ kleinen Durchmesser von etwa höchstens 40 mm. Außerdem schwankt der Widerstandswert auch dieser SiC-Volumeneinkristalle sowohl in axialer als auch in radialer Richtung.The further technical article "On the preparation of vanadium doped PVT grown SiC boules with high semi-insulating yield" from Journal of Crystal Growth 254, 2003, pages 390 to 399, also describes a method of cultivation and the SiC bulk single crystals produced therewith. In this growing method, a container having a dopant supply is disposed within the SiC material. Described are mono- and co-doped SiC bulk single crystals, wherein in the monodotation vanadium is provided as dopant and in the codoping boron and vanadium as dopants or are. Also, the SiC bulk single crystals thus produced have a relatively small diameter of about 40 mm at most. In addition, the resistance value of these SiC bulk single crystals also varies in both the axial and radial directions.
Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines SiC-Volumeneinkristalls sowie ein verbessertes einkristallines SiC-Substrat anzugeben.The object of the invention is therefore to provide an improved method for producing a SiC bulk single crystal and an improved monocrystalline SiC substrate.
Zur Lösung der das Verfahren betreffenden Aufgabe wird ein Verfahren entsprechend den Merkmalen des Patentanspruchs 1 angegeben. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren handelt es sich um ein solches zur Herstellung eines SiC-Volumeneinkristalls mit einem spezifischen Widerstand von mindestens 1011 Ωcm und mit einem Durchmesser von mindestens 7,62 cm, wobei in einem Kristallwachstumsbereich eines Züchtungstiegels eine SiC-Wachstumsgasphase erzeugt wird und der SiC-Volumeneinkristall mittels Abscheidung aus der SiC-Wachstumsgasphase aufwächst, die SiC-Wachstumsgasphase aus einem SiC-Quellmaterial, das sich in einem SiC-Vorratsbereich innerhalb des Züchtungstiegels befindet, gespeist wird, dem Kristallwachstumsbereich Dotierstoffe, die ein tiefliegendes Dotierstoffniveau in einem Abstand von mindestens 500 meV zu einer SiC-Bandkante haben, aus einem außerhalb des Züchtungstiegels angeordneten Dotierstoffvorrat gasförmig zugeführt und innerhalb des Züchtungstiegels verteilt werden, indem sie bezogen auf eine senkrecht zu einer Wachstumsrichtung orientierten Querschnittsebene des Züchtungstiegels an mehreren nebeneinander liegenden Stellen in den Züchtungstiegel eingeleitet werden, eine Temperatur des Dotierstoffvorrats unabhängig von einer Temperatur des SiC-Quellmaterials eingestellt wird, der Dotierstoffvorrat in einem Hohlraum angeordnet wird, der innerhalb einer den Züchtungstiegel umgebenden thermischen Isolationsschicht vorgesehen ist, und eine Position des Dotierstoffvorrats relativ zu dem Züchtungstiegel verändert wird.To solve the problem relating to the method, a method according to the features of claim 1 is given. The method according to the invention is one for producing a SiC bulk single crystal having a resistivity of at least 10 11 Ωcm and a diameter of at least 7.62 cm, wherein in a crystal growth region of a cultivation crucible, a SiC growth gas phase is generated and the Growing SiC bulk single crystal by deposition from the SiC growth gas phase, the SiC growth gas phase is fed from a SiC source material located in a SiC storage region within the growth crucible, the crystal growth region dopants having a low dopant level at a distance of at least Have 500 meV to a SiC band edge, supplied in gaseous form from a dopant reservoir arranged outside the culture crucible and distributed within the culture crucible by attaching to a plurality of cross-sectional planes of the culture crucible oriented perpendicular to a growth direction n adjoining points are introduced into the growth crucible, a temperature of the dopant supply is set independently of a temperature of the SiC source material, the dopant supply is disposed in a cavity provided within a thermal insulation layer surrounding the growth crucible, and a position of the dopant supply relative is changed to the breeding crucible.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Platzierung des Dotierstoffvorrats außerhalb des Züchtungstiegels und der ebenfalls erfindungsgemäßen verteilten Zuleitung der Dotierstoffe in den Züchtungstiegel lassen sich in der SiC-Wachstumsgasphase bezüglich der darin enthaltenen Dotierstoffe besonders homogene Verhältnisse einstellen. Bei Bedarf kann die Dotierstoff-Zuleitung während des Züchtungsprozesses insbesondere an veränderte Gegebenheiten angepasst werden. Die Verteilung der Dotierstoffe innerhalb des Züchtungstiegels erfolgt insbesondere mittels eines Gasverteilers. Außerdem erfolgt die Einleitung vorzugsweise an mindestens zwei verschiedenen Stellen.Because of the placement according to the invention of the dopant supply outside the culture crucible and the distributed feed of the dopants likewise in accordance with the invention into the culture crucible, particularly homogeneous conditions can be established in the SiC growth gas phase with respect to the dopants contained therein. at Demand, the dopant supply line during the breeding process in particular be adapted to changing circumstances. The distribution of the dopants within the breeding crucible takes place in particular by means of a gas distributor. In addition, the introduction is preferably carried out at least two different locations.
Insgesamt erreicht man so, dass der aufwachsende SiC-Volumeneinkristall ein weitestgehend homogenes elektrisches Verhalten aufweist, da die hierfür verantwortlichen Dotierstoffe während des Züchtungsvorgangs kontrolliert und vor allem homogen verteilt in den aufwachsenden SiC-Volumeneinkristall eingebracht werden. Aufgrund der verteilten Zuleitung der Dotierstoffe kann auch ein SiC-Volumeneinkristall mit einem sehr großen Durchmesser von mehr als 7,62 cm (= 3 Zoll) mit dem genannten homogenen elektrischen Verhalten, d. h. einem praktisch überall gleich großen, insbesondere hochohmigen spezifischen Widerstand, hergestellt werden. Im Gegensatz zu den bekannten Verfahren lässt sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren also ein SiC-Volumeneinkristall züchten, der sowohl einen weitestgehend homogen innerhalb des aufwachsenden SiC-Volumeneinkristalls gegebenen hohen spezifischen Widerstand, nämlich von mindestens 1011 Ωcm, als auch einen sehr großen Durchmesser, nämlich von mindestens 7,62 cm, aufweist.Overall, it is thus achieved that the growing SiC bulk single crystal has a largely homogeneous electrical behavior, since the dopants responsible for this are controlled during the growth process and, above all, homogeneously distributed in the growing SiC bulk single crystal. Due to the distributed supply of the dopants and a SiC bulk single crystal with a very large diameter of more than 7.62 cm (= 3 inches) with said homogeneous electrical behavior, ie a practically everywhere the same size, in particular high-impedance resistivity can be produced , In contrast to the known methods can thus be grown with the inventive method, a SiC bulk single crystal, both a given largely homogeneous within the growing SiC bulk single crystal high resistivity, namely of at least 10 11 Ωcm, as well as a very large diameter, namely of at least 7.62 cm.
Aufgrund der Steuerungsmöglichkeit der Dotierstoffvorrattemperatur lässt sich die Dotierstoffzugabe besonders exakt und vor allem auch zeitlich variabel einstellen. So kann die Dotierstoffzuführung an die aktuellen Prozessbedingungen angepasst und vor allem bei Bedarf verändert werden. Due to the possibility of controlling the dopant storage temperature, it is possible to adjust the dopant addition in a particularly precise manner and, above all, in terms of time. Thus, the Dotierstoffzuführung can be adapted to the current process conditions and above all changed if necessary.
Diese Flexibilität in der Dotierstoffzuführung ist bei den bisher bekannten Verfahren mit einer direkten Zugabe der Dotierstoffe in das pulverförmige SiC-Quellmaterial oder mit der Platzierung einer Dotierstoff-gefüllten Kapsel im Inneren des Züchtungstiegels nicht möglich.This flexibility in the dopant supply is not possible in the hitherto known methods with a direct addition of the dopants into the powdery SiC source material or with the placement of a dopant-filled capsule inside the cultivation crucible.
Aufgrund der Anordnung des Züchtungstiegels in dem Hohlraum der thermischen Isolationsschicht resultiert ein kompakter Aufbau der Züchtungsanordnung.Due to the arrangement of the cultivation crucible in the cavity of the thermal insulation layer results in a compact structure of the cultivation arrangement.
Durch die Veränderung der Position des Dotierstoffvorrats lässt sich die Temperatur des Dotierstoffvorrats einstellen. Der Dotierstoffvorrat befindet sich dann mehr oder weniger weit innerhalb des Einflussbereichs der zur Beheizung des Züchtungstiegels vorhandenen Heizeinrichtung.By changing the position of the dopant supply, the temperature of the dopant supply can be adjusted. The dopant supply is then more or less far within the range of influence of the existing heating of the breeding crucible heater.
Gemäß einer besonderen Ausgestaltung werden die ersten und die zweiten Dotierstoffe dem Kristallwachstumsbereich so zugeführt, dass ihre jeweilige Konzentration innerhalb einer senkrecht zu einer Wachstumsrichtung orientierten Querschnittsebene des Züchtungstiegels höchstens 5% um einen Konzentrationsmittelwert schwankt. Eine lokale Konzentration wird dabei insbesondere jeweils bezogen auf eine beliebige 4 mm2 große Teilfläche der kompletten inneren Querschnittsfläche des Züchtungstiegels ermittelt. Die Dotierstoffe sind also insbesondere innerhalb dieser Querschnittsfläche weitgehend gleichmäßig verteilt.According to a particular embodiment, the first and the second dopants are supplied to the crystal growth region such that their respective concentration within a cross-sectional plane of the culture crucible oriented perpendicular to a growth direction varies by a concentration average of at most 5%. In this case, a local concentration is determined in each case in each case based on an arbitrary 4 mm 2 partial surface of the complete inner cross-sectional area of the culture crucible. The dopants are thus distributed substantially uniformly, in particular within this cross-sectional area.
Gemäß einer weiteren besonderen Ausgestaltung wird der Dotierstoffvorrat gesondert von einer Beheizung des Züchtungstiegels beheizt. Damit lässt sich die Temperatur des Dotierstoffvorrats besonders einfach gezielt einstellen und vor allem auch ändern.According to a further particular embodiment, the dopant supply is heated separately from a heating of the breeding crucible. In this way, the temperature of the dopant supply can be adjusted in a particularly simple manner and, above all, changed.
Gemäß einer weiteren besonderen Ausgestaltung wird der Dotierstoffvorrat von einem Inertgas durchströmt. Dadurch ergibt sich ein verbesserter Transport der gasförmigen Dotierstoffe in den Züchtungstiegel. Außerdem bietet sich so durch eine Veränderung des Inertgasflusses eine zusätzliche Möglichkeit zur Regelung/Steuerung der eingetragenen Dotierstoffmenge. Weiterhin verhindert der Inertgasstrom vor allem bei besonders langen Züchtungszeiten ein Zuwachsen der Zuleitung zum Züchtungstiegel mit SiC, das aus dem heißen Innenraum der Züchtungstiegels in das kältere Rohr der Zuleitung gelangen kann.According to a further particular embodiment, the dopant supply is flowed through by an inert gas. This results in an improved transport of the gaseous dopants in the crucible. In addition, a change in the inert gas flow offers an additional possibility for regulating / controlling the amount of dopant introduced. Furthermore, the inert gas stream prevents, especially in the case of particularly long cultivation times, the supply line to the culture crucible having SiC, which can pass from the hot interior of the culture crucible into the colder tube of the supply line.
Gemäß einer weiteren besonderen Ausgestaltung werden die Dotierstoffe in den SiC-Vorratsbereich oder direkt in den Kristallwachstumsbereich eingeleitet. Bei einer Einleitung in den SiC-Vorratsbereich gelangen die Dotierstoff von dort aus in den Kristallwachstumsbereich.According to a further particular embodiment, the dopants are introduced into the SiC storage region or directly into the crystal growth region. When introduced into the SiC storage region, the dopants pass from there into the crystal growth region.
Zur Lösung der das SiC-Substrat betreffenden Aufgabe wird ein SiC-Substrat entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 6 angegeben. Bei dem erfindungsgemäßen einkristallinen SiC-Substrat handelt es sich um ein solches mit einer Substrathauptoberfläche, wobei die Substrathauptoberfläche einen Durchmesser von mindestens 7,62 cm hat, eine Dotierung mit einem Dotierstoff vorgesehen ist, wobei der Dotierstoff ein tiefliegendes Dotierstoffniveau in einem Abstand von mindestens 500 meV zu einer SiC-Bandkante hat, eine für ein beliebiges Teilvolumen ermittelte lokale Konzentration des Dotierstoffs um weniger als 5% von einer globalen Konzentration des Dotierstoffs abweicht, wobei das Teilvolumen durch eine beliebige 4 mm2 große Teilfläche der Substrathauptoberfläche und senkrecht dazu durch eine Substratdicke definiert ist, und ein für eine beliebige 4 mm2 große, insbesondere quadratische, Teilfläche der Substrathauptoberfläche ermittelter spezifischer Widerstand bei mindestens 1011 Ωcm liegt und der spezifische Widerstand von mindestens 1011 Ωcm überall an der Substrathauptoberfläche gegeben ist.To solve the SiC substrate-related object, a SiC substrate according to the features of
Die globale Konzentration ist dabei insbesondere die insgesamt, d. h. für das gesamte SiC-Substrat, ermittelte Konzentration. Außerdem gilt die genannte homogene Verteilung der Dotierstoffe vorzugsweise sowohl in lateraler (= radialer) und als auch in axialer Richtung. The global concentration is in particular the total, ie for the entire SiC substrate, determined concentration. In addition, the said homogeneous distribution of the dopants preferably applies both in the lateral (= radial) and in the axial direction.
Das erfindungsgemäße SiC-Substrat hat also zum einen einen außergewöhnlich großen Durchmesser und zeichnet sich zum anderen durch einen äußerst homogenen Einbau der Dotierstoffe aus, womit ein sehr homogenes elektrisches Verhalten des SiC-Substrats einhergeht. Der spezifische Widerstand unterliegt über die Substrathauptoberfläche gesehen, wenn überhaupt, nur sehr geringen Schwankungen. Das erfindungsgemäße SiC-Substrat kann folglich mit hoher Ausbeute als hochohmiges bzw. semiisolierendes Substrat zur Herstellung von Hochfrequenzbauelementen eingesetzt werden. Aufgrund des großen Substrat-Durchmessers und des hohen spezifischen Widerstands, der sehr homogen überall an der Substratoberfläche vorliegt, ist die Herstellung derartiger Hochfrequenzbauelemente besonders effizient und kostengünstig. So vorteilhafte großflächige SiC-Substrate mit einer weitestgehend homogenen Dotierstoffverteilung gab es bislang nicht. Sie lassen sich erst aus den mittels des vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens gezüchteten SiC-Volumeneinkristallen herstellen.The SiC substrate according to the invention thus has, on the one hand, an exceptionally large diameter and, on the other hand, is characterized by an extremely homogeneous incorporation of the dopants, which results in a very homogeneous electrical behavior of the SiC substrate. The resistivity is subject to very little, if any, variation across the substrate bulk. The SiC substrate according to the invention can consequently be used with high yield as a high-resistance or semi-insulating substrate for the production of high-frequency components. Due to the large substrate diameter and the high resistivity, which is very homogeneous everywhere on the substrate surface, the production of such high-frequency components is particularly efficient and inexpensive. Such advantageous large-area SiC substrates with a largely homogeneous dopant distribution did not exist so far. They can first be prepared from the SiC bulk single crystals grown by means of the method according to the invention described above.
An der Substrathauptoberfläche ist also überall ein spezifischer Widerstand von mindestens 1011 Ωcm gegeben. Dieses SiC-Substrat hat also einen sehr hohen spezifischen Widerstand. Aufgrund der Homogenität des hohen spezifischen Widerstands eignet sich das SiC-Substrat besonders gut zur Herstellung von Hochfrequenzbauelementen.At the substrate main surface, therefore, a specific resistance of at least 10 11 Ωcm is given everywhere. This SiC substrate thus has a very high resistivity. Due to the homogeneity of the high resistivity, the SiC substrate is particularly suitable for the production of high-frequency components.
Gemäß einer besonderen Ausgestaltung ist der Dotierstoff ein Akzeptor und egalisiert donatorisch wirkende Verunreinigungen zumindest.According to a particular embodiment, the dopant is an acceptor and at least equalizes donor-acting impurities.
Gemäß einer weiteren besonderen Ausgestaltung ist der Dotierstoff Vanadium oder Scandium.According to a further particular embodiment, the dopant is vanadium or scandium.
Gemäß einer weiteren besonderen Ausgestaltung ist der Dotierstoff Vanadium und hat eine Konzentration zwischen 1·1016 cm–3 und 5·1017 cm–3.According to a further particular embodiment, the dopant is vanadium and has a concentration between 1 × 10 16 cm -3 and 5 × 10 17 cm -3 .
Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Es zeigt:Further features, advantages and details of the invention will become apparent from the following description of exemplary embodiments with reference to the drawing. It shows:
Einander entsprechende Teile sind in
In
An einer dem SiC-Vorratsbereich
Die SiC-Wachstumsgasphase
Um den Züchtungstiegel
Außerhalb des Züchtungstiegels
Das Dotierstoffmaterial
In beiden Fällen resultiert ein hochohmiger SiC-Volumeneinkristall mit einem spezifischen Widerstand von mindestens 1011 Ωcm bei der Monodotierung bzw. von mindestens 1012 Ωcm bei der Codotierung. Aufgrund der externen Anordnung des Dotierstoffvorrats
In
Bei dem in
Aufgrund der veränderbaren Beheizung der Dotierstoffvorräte
Bei den weiteren Ausführungsbeispielen alternativer Züchtungsanordnungen
Vorzugsweise erfolgt der Einbau der Dotierstoffe auch bei der Züchtung eines sehr großen SiC-Volumeneinkristalls
Bei den Züchtungsanordnungen
Die Dotierstoffvorräte
In
Dadurch erreicht man in lateraler Richtung eine besonders homogene Verteilung der Dotierstoffe sowohl innerhalb der SiC-Wachstumsgasphase
Aufgrund der vorstehend beschriebenen Maßnahmen lässt sich der SiC-Volumeneinkristall
In
Die vorstehend beschriebenen Züchtungsanordnungen
Claims (9)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE200810063124 DE102008063124B4 (en) | 2008-12-24 | 2008-12-24 | Preparation method for uniformly doped SiC bulk single crystal and uniformly doped SiC substrate |
JP2009290677A JP5623071B2 (en) | 2008-12-24 | 2009-12-22 | Method for producing uniformly doped SiC bulk single crystal and uniformly doped SiC substrate |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE200810063124 DE102008063124B4 (en) | 2008-12-24 | 2008-12-24 | Preparation method for uniformly doped SiC bulk single crystal and uniformly doped SiC substrate |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102008063124A1 DE102008063124A1 (en) | 2010-07-01 |
DE102008063124B4 true DE102008063124B4 (en) | 2013-05-16 |
Family
ID=42220740
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE200810063124 Active DE102008063124B4 (en) | 2008-12-24 | 2008-12-24 | Preparation method for uniformly doped SiC bulk single crystal and uniformly doped SiC substrate |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5623071B2 (en) |
DE (1) | DE102008063124B4 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102014217956A1 (en) | 2014-09-09 | 2016-03-10 | Sicrystal Ag | A method of producing a vanadium-doped SiC bulk single crystal and a vanadium-doped SiC substrate |
DE102020131840A1 (en) | 2020-12-01 | 2022-06-02 | Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Körperschaft des öffentlichen Rechts | PROCESS FOR PRODUCTION OF A SINGLE CRYSTAL IN A GROWTH CRUCIBLE |
Families Citing this family (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5659381B2 (en) * | 2010-07-29 | 2015-01-28 | 株式会社デンソー | Silicon carbide single crystal manufacturing apparatus and manufacturing method |
JPWO2014041736A1 (en) * | 2012-09-13 | 2016-08-12 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Nitride semiconductor structure |
US9322110B2 (en) * | 2013-02-21 | 2016-04-26 | Ii-Vi Incorporated | Vanadium doped SiC single crystals and method thereof |
DE102015116068A1 (en) * | 2015-09-23 | 2017-03-23 | Forschungsverbund Berlin E.V. | (Sc, Y): AIN single crystals for lattice-matched AlGaN systems |
EP3382067B1 (en) | 2017-03-29 | 2021-08-18 | SiCrystal GmbH | Silicon carbide substrate and method of growing sic single crystal boules |
EP3382068B1 (en) * | 2017-03-29 | 2022-05-18 | SiCrystal GmbH | Silicon carbide substrate and method of growing sic single crystal boules |
JP6952098B2 (en) * | 2019-12-20 | 2021-10-20 | 國家中山科學研究院 | Equipment for producing uniform silicon carbide crystals |
US11072871B2 (en) | 2019-12-20 | 2021-07-27 | National Chung-Shan Institute Of Science And Technology | Preparation apparatus for silicon carbide crystals comprising a circular cylinder, a doping tablet, and a plate |
CN114438588B (en) * | 2022-02-15 | 2023-04-07 | 合肥世纪金芯半导体有限公司 | Preparation method of silicon carbide single crystal, silicon carbide supporting system and single crystal growth furnace |
WO2023157514A1 (en) * | 2022-02-17 | 2023-08-24 | 住友電気工業株式会社 | Silicon carbide substrate, method for manufacturing silicon carbide substrate, and apparatus for manufacturing silicon carbide substrate |
JP7214034B1 (en) | 2022-06-02 | 2023-01-27 | 昭和電工株式会社 | SiC device manufacturing method |
JP7185089B1 (en) | 2022-06-02 | 2022-12-06 | 昭和電工株式会社 | SiC substrate and SiC ingot |
JP7185088B1 (en) | 2022-06-02 | 2022-12-06 | 昭和電工株式会社 | SiC substrate and SiC ingot |
JP7214032B1 (en) | 2022-06-02 | 2023-01-27 | 昭和電工株式会社 | SiC device manufacturing method |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4325804A1 (en) * | 1993-07-31 | 1995-02-02 | Daimler Benz Ag | Process for the production of high-resistance silicon carbide |
US20070262322A1 (en) * | 2004-10-13 | 2007-11-15 | Nippon Steel Corporation | Monocrystalline Silicon Carbide Ingot, Monocrystalline Silicon Carbide Wafer and Method of Manufacturing the Same |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5611955A (en) | 1993-10-18 | 1997-03-18 | Northrop Grumman Corp. | High resistivity silicon carbide substrates for high power microwave devices |
JPH0977594A (en) * | 1995-09-11 | 1997-03-25 | Nippon Steel Corp | Production of low resistance single crystal silicon carbide |
JP2001509768A (en) * | 1997-01-31 | 2001-07-24 | ノースロップ グラマン コーポレーション | High-resistance silicon carbide substrate for high-power microwave equipment |
US6396080B2 (en) | 1999-05-18 | 2002-05-28 | Cree, Inc | Semi-insulating silicon carbide without vanadium domination |
US7220313B2 (en) | 2003-07-28 | 2007-05-22 | Cree, Inc. | Reducing nitrogen content in silicon carbide crystals by sublimation growth in a hydrogen-containing ambient |
WO2006017074A2 (en) | 2004-07-07 | 2006-02-16 | Ii-Vi Incorporated | Low-doped semi-insulating sic crystals and method |
JP2006124246A (en) * | 2004-10-29 | 2006-05-18 | Shikusuon:Kk | Method of manufacturing silicon carbide single crystal and silicon carbide single crystal substrate |
US7608524B2 (en) * | 2005-04-19 | 2009-10-27 | Ii-Vi Incorporated | Method of and system for forming SiC crystals having spatially uniform doping impurities |
-
2008
- 2008-12-24 DE DE200810063124 patent/DE102008063124B4/en active Active
-
2009
- 2009-12-22 JP JP2009290677A patent/JP5623071B2/en active Active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4325804A1 (en) * | 1993-07-31 | 1995-02-02 | Daimler Benz Ag | Process for the production of high-resistance silicon carbide |
US20070262322A1 (en) * | 2004-10-13 | 2007-11-15 | Nippon Steel Corporation | Monocrystalline Silicon Carbide Ingot, Monocrystalline Silicon Carbide Wafer and Method of Manufacturing the Same |
Non-Patent Citations (6)
Title |
---|
H.McD., Hobgood, [et.al.]: Semi-insulating 6H-SiC grown by physical vapor transport, Appl. Phys. Lett.66 (1995), 1364, DOI:10.1063/1.113202 * |
M. Bickermann, R. Weingärtner, A. Winnacker, On the preparation of vanadium doped PVT grown SiC boules with high semi-insulating yield, Journal of Crystal Growth, Volume 254, Issues 3-4, July 2003, Pages 390-399, ISSN 0022-0248, DOI: 10.1016/S0022-0248(03)01179-5. * |
M. Bickermann, R. Weingärtner, A. Winnacker, On the preparation of vanadium doped PVT grown SiC boules with high semi-insulating yield, Journal of Crystal Growth, Volume 254, Issues 3–4, July 2003, Pages 390-399, ISSN 0022-0248, DOI: 10.1016/S0022-0248(03)01179-5. |
M.Bickermann, [et.al.]: Incorporation of boron and vanadium during PVT growth of 6H-SiC crystals, Journal of Crystal Growth, 233 (2001), 211-218, DOI: 10.1016/S0022-0248(01)01579-2 * |
Michael Rasp et al., 2003, Materials Science Forum, 433-436, 55 * |
P.J.,Wellmann, [et.al.]: Aluminum p-type doping of silicon carbide crystals using a modified physical vapor transport growth method, Journal of Crystal Growth, 240, (2002), 117-123, DOI: 10.1016/S0022-0248(02)00917-X * |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102014217956A1 (en) | 2014-09-09 | 2016-03-10 | Sicrystal Ag | A method of producing a vanadium-doped SiC bulk single crystal and a vanadium-doped SiC substrate |
US9732438B2 (en) | 2014-09-09 | 2017-08-15 | Sicrystal Ag | Method for producing a vanadium-doped silicon carbide volume monocrystal, and vanadium-doped silicon carbide substrate |
DE102014217956B4 (en) | 2014-09-09 | 2018-05-09 | Sicrystal Ag | A method of producing a vanadium-doped SiC bulk single crystal and a vanadium-doped SiC substrate |
DE102020131840A1 (en) | 2020-12-01 | 2022-06-02 | Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Körperschaft des öffentlichen Rechts | PROCESS FOR PRODUCTION OF A SINGLE CRYSTAL IN A GROWTH CRUCIBLE |
EP4008811A1 (en) | 2020-12-01 | 2022-06-08 | Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg | Method for producing a single crystal in a growing crucible |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE102008063124A1 (en) | 2010-07-01 |
JP2010150133A (en) | 2010-07-08 |
JP5623071B2 (en) | 2014-11-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE102008063124B4 (en) | Preparation method for uniformly doped SiC bulk single crystal and uniformly doped SiC substrate | |
DE102008063129B4 (en) | Production method for a co-doped SiC bulk single crystal and high-resistance SiC substrate | |
DE102010029755B4 (en) | Manufacturing process for a SiC bulk single crystal without facet and single crystal SiC substrate with homogeneous resistance distribution | |
DE102014217956B4 (en) | A method of producing a vanadium-doped SiC bulk single crystal and a vanadium-doped SiC substrate | |
DE102012222841B4 (en) | Production method for a SiC bulk single crystal with homogeneous lattice plane course | |
DE112014002133B4 (en) | A production method of a single crystal, silicon single crystal, a method of producing a silicon wafer, a production method of a silicon epitaxial wafer, and silicon epitaxial wafers | |
DE602004001802T3 (en) | Apparatus and method for producing single crystals by vapor deposition | |
DE102009016132B4 (en) | A method for producing a long volume single crystal of SiC or AlN and long volume single crystal of SiC or AlN | |
DE102010029756A1 (en) | A production method for a large-facet SiC bulk single crystal and single-crystal SiC substrate with homogeneous resistance distribution | |
EP2379783B1 (en) | Method and device for producing thin silicon rods | |
DE68908435T2 (en) | Crystal pulling apparatus and method. | |
DE102012222843B4 (en) | Production method for a SiC volume single crystal with inhomogeneous lattice plane course and monocrystalline SiC substrate with inhomogeneous lattice plane course | |
DE19917601A1 (en) | Silicon carbide single crystal production apparatus comprises a crucible with one or more heat flux control inserts of non-reactive vitreous carbon | |
AT524248B1 (en) | Process for growing crystals | |
DE112017004790T5 (en) | single crystal | |
DE102009056638B4 (en) | Method for drawing a single crystal of silicon with a section of constant diameter | |
DE112010003035B4 (en) | Method and device for producing a semiconductor crystal | |
DE60036359T2 (en) | IMPROVED TYPE-N SILICON MATERIAL FOR EPITAXY SUBSTRATE AND METHOD FOR ITS MANUFACTURE | |
WO2022002745A1 (en) | Crystal growing unit for producing a single crystal | |
DE102009048868B4 (en) | Production method of SiC bulk single crystal by a thermal treatment and low-resistance SiC single-crystal substrate | |
DE102009016131B4 (en) | Production method of a SiC bulk single crystal by means of a gas barrier and low-dislocation monocrystalline SiC substrate | |
EP3464688B1 (en) | Method for producing a semiconductor wafer of monocrystalline silicon and device for producing a semiconductor wafer of monocrystalline silicon | |
EP3868925A1 (en) | Method for producing a single crystal in a growth crucible | |
DE69622182T3 (en) | PROCESS FOR PRODUCING OBJECTS BY EPITACTIC GROWTH AND DEVICE | |
EP4060097B1 (en) | Device and method of manufacturing a doped silicon monocrystalline rod |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
R082 | Change of representative |
Representative=s name: RAU, SCHNECK & HUEBNER PATENT- UND RECHTSANWAE, DE |
|
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: SICRYSTAL AG, DE Free format text: FORMER OWNER: SICRYSTAL AG, 91058 ERLANGEN, DE Effective date: 20120926 Owner name: SICRYSTAL GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: SICRYSTAL AG, 91058 ERLANGEN, DE Effective date: 20120926 |
|
R082 | Change of representative |
Representative=s name: RAU, SCHNECK & HUEBNER PATENT- UND RECHTSANWAE, DE Effective date: 20120926 Representative=s name: RAU, SCHNECK & HUEBNER PATENTANWAELTE RECHTSAN, DE Effective date: 20120926 |
|
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final |
Effective date: 20130817 |
|
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: SICRYSTAL GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: SICRYSTAL AG, 90411 NUERNBERG, DE |
|
R082 | Change of representative |
Representative=s name: RAU, SCHNECK & HUEBNER PATENTANWAELTE RECHTSAN, DE |