TWI811746B - 碳化矽晶種及其製造方法、碳化矽晶體的製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種碳化矽晶種及其製造方法、及碳化矽晶體的製造方法。碳化矽晶種具有矽面、以及相對矽面的碳面，其中矽面的基面位錯密度BPD1與所述碳面的基面錯位密度BPD2之間的差異比D滿足下述式（1）：
D＝（BPD1-BPD2）/BPD1 ≤ 25% （1）。
Description
本發明是有關於一種半導體晶種及其製造方法、及半導體晶體的製造方法，且特別是有關於一種碳化矽晶種及其製造方法。
在半導體產業中，製造晶圓的方法包括先形成晶體，接著將晶體切片以獲得晶圓。晶體例如是在高溫的環境中製造。在常見的晶體製造方法中，晶種被置放於高溫爐中，晶種接觸氣態或液態的原料，並形成半導體材料於晶種的表面，直到獲得具有預期尺寸的晶體為止。晶體可以視製造方式與製造原料而有不同的結晶構造。
在長晶的製作過程中，晶種的品質是攸關所成長出晶體品質的關鍵因素。舉例來說，以碳化矽晶種為例，倘若碳化矽晶種品質不佳，將導致於晶體生長過程中因成長方向不一而產生很多缺陷，並影響良率。
此外，碳化矽晶體成長時晶種為必備的材質，但現有技術中，碳化矽晶種被使用來成長完碳化矽晶體之後，由於碳化矽晶種及其周邊的缺陷較多且應力較大，所以通常該碳化矽晶種無法再重覆使用，導致長晶的製造成本增加。
本發明提供一種碳化矽晶種，其相對兩表面的基面位錯(basal plane dislocations; BPD)密度差異比低，可以讓晶體成長方向較一致，能降低從其成長得到的碳化矽晶體的結構缺陷，並能重複使用，降低碳化矽的長晶成本。
本發明另提供一種碳化矽晶種的製造方法，其用以形成上述碳化矽晶種，藉此所形成的晶體經加工後能夠作為另一碳化矽晶體製造過程中的碳化矽晶種，使得所製得的碳化矽晶種可被重複使用，因此能減少長晶成本。
本發明再提供一種碳化矽晶體的製造方法，其為利用上述碳化矽晶種來成長缺陷少高品質之碳化矽晶體。
本發明的碳化矽晶種具有矽面、以及相對矽面的碳面，其中矽面的基面位錯密度BPD1與碳面的基面位錯密度BPD2之間的差異比D滿足下述式（1）：
D＝（BPD1-BPD2）/BPD1 ≤ 25% （1）。
在本發明之一實施例中，矽面與碳面之間的基面位錯密度差異比D較佳為20%以下，更佳為15%以下。
本發明提供一種形成上述碳化矽晶種的製造方法，其包括下述步驟：將含碳化矽原料放置於坩堝內；將碳化矽晶種放置於坩堝頂部；對碳化矽原料加熱，於坩堝內形成熱場，使碳化矽原料在坩堝的熱場中昇華，其中在坩堝中熱場的徑向溫度梯度大於等於5℃/cm且小於等於50℃/cm；昇華後的碳化矽在接觸放置於坩堝頂部的晶種後成長為碳化矽單晶；持續使碳化矽單晶生長於晶種上，以獲得碳化矽晶體；以及將所獲得的碳化矽晶體經過加工後形成多個碳化矽晶種，其中所述多個碳化矽晶種包括滿足D為25%以下的上述碳化矽晶種。
本發明提供一種形成上述碳化矽晶種的製造方法，其包括下述步驟：將含碳化矽原料放置於坩堝內；將碳化矽晶種放置於坩堝頂部；對碳化矽原料加熱，於坩堝內形成熱場，使碳化矽原料在坩堝的熱場中昇華，其中在坩堝中熱場的徑向溫度梯度大於等於5℃/cm且小於等於50℃/cm；昇華後的碳化矽在接觸放置於坩堝頂部的晶種後成長為碳化矽單晶；持續使碳化矽單晶成長於晶種上，以獲得碳化矽晶體，其中位於坩堝頂部的碳化矽晶種為第一晶種，利用第一晶種成長所獲得的碳化矽晶體經加工後滿足D≤25%者作為第二晶種，第二晶種的製造方法更包括下述步驟：將第二晶種放置於坩堝頂部，使碳化矽單晶生長於第二晶種上，以成長第N個碳化矽晶體；以及重複使用第二晶種，以於第二晶種上成長第N+1個碳化矽晶體。
在本發明之形成上述碳化矽晶種的製造方法之一實施例中，包括將上述的第二晶種放置於坩堝頂部；將含碳化矽原料放置於坩堝內；對碳化矽原料加熱，使碳化矽原料在所述坩堝的熱場中昇華，其中在坩堝中熱場的徑向溫度梯度大於等於5℃/cm且小於等於50℃/cm；昇華後的碳化矽在接觸碳化矽晶種後成長為碳化矽單晶；以及持續使碳化矽單晶生長於碳化矽晶種上，以獲得第N+1個碳化矽晶體。在一實施例中，未加工前的碳化矽晶體的基面位錯(Basal Plane Dislocations，BPD)密度為300 EA /cm2
以下、堆積缺陷(Stacking Fault, SF)密度為10 EA/cm2
以下、貫通螺旋位錯(Threading Screw Dislocation TSD)密度為35 EA/cm2
以下。
在本發明之利用上述碳化矽晶種的碳化矽晶體的製造方法之一實施例中，更包括將所獲得的碳化矽晶體經過加工後形成一可重複使用之碳化矽晶種及多個碳化矽晶圓。在一實施例中，加工包括切割、研磨或拋光，且經加工的碳化矽晶種的矽面與碳面之基面位錯密度差異比D為25%以下。亦即，可形成前述的本發明的碳化矽晶種，且此晶種能夠被重複使用於長晶製程。
基於上述，本發明之碳化矽晶種藉由控制矽面與碳面之間的基面位錯密度差異比，可以讓晶體生長方向一致化，製造高品質缺陷少的碳化矽晶體。本發明提供一種碳化矽晶種的製造方法，藉此能夠形成上述矽面與碳面之間的基面位錯密度差異小的碳化矽晶種，且此晶種能夠被重複使用於長晶製程。
以下將參考圖式來全面地描述本發明的例示性實施例，但本發明還可按照多種不同形式來實施，且不應解釋為限於本文所述的實施例。在圖式中，為了清楚起見，各區域、部位及層的大小與厚度可不按實際比例繪製。
＜碳化矽晶種＞
圖1為本發明一實施例中碳化矽晶種的示意圖。如圖1所示，碳化矽晶種10具有矽面10Si、以及相對矽面10Si的碳面10C。值得注意的是，本發明之碳化矽晶種10的矽面10Si的基面位錯密度BPD1與碳面10C的基面位錯密度BPD2之間的差異比D滿足下述式（1）：
D＝（BPD1-BPD2）/BPD1 ≤ 25% （1）。
碳化矽晶種10具有矽面10Si、以及相對矽面10Si的碳面10C。藉由本發明滿足式（1）之碳化矽晶種10，使長晶面與相對於長晶面的表面之間的基面位錯密度比D控制在特定範圍內，藉此確認出能夠使據此成長的晶體具備低缺陷、且該晶體經加工製程後所製得的多個碳化矽晶種10能夠再被利用於長晶製程，分別作為另一個碳化矽晶體製造過程中的晶種，接續成長新的碳化矽晶體。本發明之碳化矽的晶種長晶面可以是矽面10Si、也可以是碳面10C，且加工製程可以包含切割、研磨、拋光，而碳化矽晶種10可為6H碳化矽或4H碳化矽，本發明並不以此為限。
以碳面10C作為長晶面為例，本發明通過使碳化矽晶種10中作為成長面之碳面10C的基面位錯密度BPD2與碳化矽晶種10另一面為矽面10Si的基面位錯密度BPD1之間滿足上述式（1），藉此能夠解決晶體成長過程中，因晶種品質不佳導致在長晶過程中晶體生長方向不一，而產生很多缺陷，特別是藉此所製得的晶體於晶種側分佈有較高密度的缺陷的問題。倘若碳化矽晶體中存在較多的缺陷，由這些碳化矽晶體切割製得的碳化矽晶圓也會存在上述缺陷，無法再被利用作為碳化矽晶種10。以基面位錯密度為例，所製得的碳化矽晶體中的基面位錯密度會延伸至磊晶層，造成磊晶層的各種階層的蕭基疊合差排缺陷(Shockley-type stacking fault)，導致元件的漏電流提昇，從而導致此電子元件的效能降低及良率可用元件數降低。當長晶面為矽面10Si時，其成長機制與趨勢與上述相同，不再贅述。在本實施例中，碳化矽晶種10的厚度例如為8mm至50mm，較佳為17mm~20mm。
本實施例中，基面位錯BPD密度的檢測方式例如可以採下述的方式進行分析：以KOH於500°C進行蝕刻碳化矽晶體，再以量測儀器例如為自動光學檢查（Automated Optical Inspection，簡稱AOI），計算單位面積的BPD數量密度。AOI儀器為高速高精度光學影像檢測系統，包含量測鏡頭技術、光學照明技術、定位量測技術、電子電路測試技術、影像處理技術及自動化技術應用等，其運用機器視覺做為檢測標準技術。量測儀器利用光學儀器取得成品的表面狀態，再以電腦影像處理技術來檢出異物或圖案異常等瑕疵。
在本實施例中，矽面10Si與碳面10C之間的基面位錯密度差異比D為25%以下，較佳為20%以下，更佳為15%以下，10%以下，最佳為5%以下，在其他實施例中可為3%至5%、3%至10%、3%至25%、5%至10%、5%至25%、10%至25%。碳化矽晶種10中矽面10Si的基面位錯密度BPD1可以是70~300 EA/cm2
，較佳為70~200 EA/cm2
，在其他實施例中可以是70~130 EA/cm2
，或70~90 EA/cm2
，碳化矽晶種10中碳面10C的基面位錯密度BPD2可以是70~300EA/cm2
，較佳為70~170 EA/cm2
，在其他實施例中可以是70~120 EA/cm2
，或70~90 EA/cm2 ，
但本發明並不以此為限。
在本實施例中，對碳化矽晶種10的加工製程可包括切割製程、研磨製程、拋光製程、蝕刻製程及/或其他製程，本發明並不以此為限。
以下對形成上述碳化矽晶種的製造方法進行說明。
＜形成上述碳化矽晶種的碳化矽晶體的製造方法＞
圖2是依照本發明的一實施例的一種製備碳化矽晶體的步驟圖。
請參照圖2，於步驟S200中，將含碳化矽原料放置於坩堝內。於步驟S210中，對碳化矽原料加熱，於坩堝內形成熱場，使碳化矽原料在坩堝的熱場中昇華。值得注意的是，在坩堝中熱場的徑向溫度梯度被控制為小於等於50℃/cm，藉此能夠抑制長晶製程中缺陷的產生。倘若坩堝中熱場的徑向溫度梯度為50℃/cm以上，所成長的碳化矽晶體的基面位錯密度變大，導致所成長出來的碳化矽晶體缺陷過多，造成後續加工製程及磊晶製程品質不佳。此外，基於製程時間考量，坩堝中熱場的徑向溫度梯度的下限較佳為5 ℃/cm以上。此外，後續控制坩堝中熱場的徑向溫度梯度的方式可以是5℃/cm至30℃/cm、5℃/cm至25℃/cm，但本發明不以此為限。
更具體來說，請繼續參照圖2，在坩堝中熱場的徑向溫度梯度被控制為小於等於50℃/cm的前提下，於步驟S220中，昇華後的碳化矽在接觸放置於坩堝頂部的晶種後成長為碳化矽單晶。之後，於步驟S230中，持續使碳化矽單晶生長於晶種上，以獲得碳化矽晶體。
接著，於步驟S240中，將所獲得的碳化矽晶體經過加工後形成多個如上述圖1的碳化矽晶種10，其中碳化矽晶種10的矽面10Si與碳面10C的基面位錯BPD密度差異比D為25%以下。在本實施例中，加工包括對所獲得的碳化矽晶體進行切割以形成多個碳化矽晶種10。
因此，依據本發明之碳化矽晶種的製造方法，通過控制在坩堝中熱場的徑向溫度梯度小於等於50℃/cm，據此，能夠使得藉此所成長出來的碳化矽晶體經加工而成的晶種其兩相對表面的基面位錯密度之差異比為25%以下，也就是晶種的碳面及矽面的基面位錯密度之差異比為25%以下。
圖3是依照本發明一實施例中一種碳化矽晶種設置於物理氣相傳輸法(Physical Vapor Transport，PVT)設備的示意圖。
請參照圖3，本實施例是以物理氣相傳輸法(Physical Vapor Transport，PVT)作為範例，但並非限制於圖2所示的PVT設備，而是可應用於所有以PVT為成長機制的設備與製程中。
PVT設備一般具有爐體100，並在爐體100中設置石墨坩堝102及其晶種承載台104。碳化矽原料106會放置於石墨坩堝102的底部，而在本實施例之以可重複使用之碳化矽晶種來成長碳化矽晶體的實施態樣中，其碳化矽晶種10是設置在承載台104。並且在本實施例中，碳化矽晶種10的碳面10C朝向碳化矽原料106的面則是作為成長面112。在其他實施例之製造碳化矽晶種的實施態樣中，碳化矽晶種10也可以原始晶種2替代，本發明並不以此為限。石墨坩堝102外還設置有感應線圈114，用以加熱石墨坩堝102內的碳化矽原料106。
在圖3中，碳化矽晶種10的矽面10Si的基面位錯密度BPD1與碳面10C的基面位錯密度BPD2之間的差異比D小於等於25%，其可以是利用本發明之碳化矽晶體經加工後所製得的。請繼續參照圖3，當感應線圈114加熱石墨坩堝102底部的碳化矽原料106至高溫，碳化矽原料106會發生分解而不經液相直接昇華，並在溫度梯度G的驅動下傳輸至處於低溫的碳化矽晶種10的生長面112而成核長晶，最終成長得到碳化矽晶體116。
值得注意的是，本發明之碳化矽晶種10的製造方法中，如圖3所示，坩堝102中熱場的徑向溫度梯度G小於等於50℃/cm，通過控制坩堝102中熱場的徑向溫度梯度G而在碳化矽晶種10的成長面112成長的碳化矽晶體116，其經加工而成的碳化矽晶種的兩相對表面的基面位錯密度差異比D可小於等於25%，作為前述圖1的碳化矽晶種10。其中加工製程包含切割、研磨、拋光等，本發明不以此為限。
＜利用上述可重複使用之碳化矽晶種來製造碳化矽晶體的製造方法＞
圖4是依照本發明之一實施例的一種製備碳化矽晶體的步驟圖，在本實施例中，可使用如前述圖3的物理氣相傳輸法設備來進行圖4所示的步驟。
請參照圖3與圖4，於步驟S300中，將D為25%以下的碳化矽晶種10放置於坩堝102頂部，並將含碳化矽原料106放置於坩堝102內。之後，於步驟S310，對碳化矽原料106加熱，使碳化矽原料106在坩堝102的熱場中昇華。值得注意的是，在坩堝中熱場的徑向溫度梯度G被控制為大於等於5℃/cm且小於等於50℃/cm，藉此能夠抑制長晶製程中缺陷的產生，但本發明不以此為限，可視需求不同而調整不同之長晶的製程條件。
更具體來說，請繼續參照圖3與圖4，於步驟S320中，昇華後的碳化矽在接觸碳化矽晶種10後成長為碳化矽單晶。然後，於步驟S330中，持續使碳化矽單晶生長於碳化矽晶種10上，以獲得碳化矽晶體116。因此，依據本發明之利用如上述圖1之碳化矽晶種10之碳化矽晶體的製造方法，能夠成長出高品質低缺陷的碳化矽晶體116。具體而言，所成長出來的未加工前的碳化矽晶體116的基面位錯BPD密度為300 EA/cm2
以下、堆積缺陷SF密度為10 EA/cm2
以下、貫通螺旋位錯TSD密度為35 EA/cm2
以下。
此外，如圖4所示，本發明之利用如上述圖1之碳化矽晶種10之碳化矽晶體的製造方法可更包括步驟S340。於步驟340中，可將所獲得的碳化矽晶體116進一步加工，得到D滿足為25%以下的碳化矽晶種10，以及多個碳化矽晶圓，而D滿足為25%以下的碳化矽晶種10可再被使重複使用作為另一批次（batch）的原晶種。舉例來說，如圖4的步驟S300至步驟S340所示，將第一次成長碳化矽晶體的位於坩堝頂部的碳化矽晶種的設定為第一晶種，利用第一晶種成長所獲得的碳化矽晶體，其晶種端經加工後滿足D≤25%者作為第二晶種。利用第二晶種可以再重複地使用，如圖4所示的步驟S350，將所述第二晶種放置於坩堝頂部，使碳化矽單晶生長於第二晶種上，以成長第N個碳化矽晶體。並且，在成長完地N個碳化矽晶體後，如圖4的步驟S360，可重複使用相同的第二晶種，以再於經重複利用之第二晶種上成長第N+1個所述碳化矽晶體。此處所述的加工包括切割、研磨或拋光，不再贅述。並且，經加工後的碳化矽晶種10的矽面10Si與碳面10C之間的基面位錯密度的差異比D可為25%以下，由於長晶的品質優異，經加工後晶種10可再次利用在另一次的長晶製程中，不造成原料的浪費。
＜碳化矽晶種10的再利用（re-use）＞
圖5A至5D是運用本發明一實施例中一種碳化矽晶種及其製造方法、以及碳化矽晶體的製造方法的示意圖。
請參照圖5A，本發明之碳化矽晶種10例如可在前述圖3的物理氣相傳輸法(Physical Vapor Transport，PVT)設備中，利用前述如圖2之碳化矽晶種的製造方法所製得。具體而言，請參照圖5A，碳化矽晶體116例如可從原始碳化矽晶種2（在本文中亦可稱為第一晶種）成長出碳化矽晶體116（下述製備例的表格記載為晶體）。
接著，請參照圖5B，經成長後的碳化矽晶體116可經切片後形成多個碳化矽晶圓10a。並且，如圖5B箭頭所示，至少其中之一的碳化矽晶圓10a經檢測其矽面10Si與碳面10C的基面位錯密度差異比D小於等於25%，因此可作為本發明上述的碳化矽晶種10（在本文中亦可稱為第二晶種）而再被重複使用。
此外，如圖5C所示，由於藉此所製得的作為第二晶種的碳化矽晶種10滿足式（1），具有低缺陷特性，故該碳化矽晶種10可被再利用。具體而言，請參照圖3、圖4的步驟S360與圖5C，將來源於碳化矽晶體116加工而得之該碳化矽晶種10再度放置於圖3的物理氣相傳輸法設備中來成長另一碳化矽晶體216。另外，請參照圖3、圖4重複進行步驟S310至步驟S340與圖5D，碳化矽晶種10在製造完碳化矽晶體216後，碳化矽晶種10可再度被重複使用，成長再一批次的碳化矽晶體316。如此，重複前述製造步驟，本發明的碳化矽晶種10（第二晶種）除可製造出第N批次的第N個碳化碳化矽晶體216，亦可作為製造出第N+1批次的第N+1個碳化碳化矽晶體316，本發明並不限定N的數值。
基於上述可知，本發明之碳化矽晶種10藉由控制矽面10Si與碳面10C之間的基面位錯密度差異比，可以讓晶體生長方向一致化，製造高品質缺陷少的碳化矽晶體，並且，通過運用本發明之碳化矽晶種10的製造方法，能夠製造出缺陷少高品質之碳化矽晶體，並且藉此所獲得的經加工後的碳化矽晶種10能夠被重複使用，降低碳化矽的長晶成本。
以下列舉數個實驗來驗證本發明之功效，但實驗內容並非用以限制本發明的範圍。
〈製備例1-9〉
在如圖3之設備中一將含碳化矽原料放置於坩堝內，對碳化矽原料加熱。調整溫度梯度，以分別於坩堝內形成不同徑向溫度梯度的熱場。如下表1所示，比較例1-3的溫度梯度大於50℃/cm，實施例1-6的溫度梯度小於等於50℃/cm。下表1的實施例1中，於坩堝內形成徑向溫度梯度為15℃/cm的熱場。之後，使碳化矽原料在坩堝的熱場中昇華。接著，昇華後的碳化矽在接觸放置於坩堝頂部的原始晶種2（或可重複使用的晶種10），以於該晶種上成長碳化矽單晶。持續使碳化矽單晶生長於原晶種2/或可重複使用的晶種10上，以獲得碳化矽晶體。將所獲得的碳化矽晶體經過切割後形成多個碳化矽晶圓以及滿足D為25%以下，例如實施例1之D為8%的至少一可重複使用的碳化矽晶種。利用滿足D為25%以下的碳化矽晶種10如圖5C與圖5D所示可重複製造碳化矽晶體216、316。
〈晶體缺陷分析〉
基面位錯(Basal Plane Dislocation，BPD)密度分析：將碳化矽晶體切割成多個晶片，以KOH於500°C進行蝕刻晶片，再以量測儀器例如為自動光學檢查（Automated Optical Inspection，簡稱AOI），計算單位面積的碳化矽晶種10的矽面10Si與碳面10C之BPD數量密度。結果顯示於下表1。
〈拋光研磨條件〉
以化學機械研磨(CMP)來加工上述碳化矽晶圓而形成碳化矽晶種10，其中CMP期間的壓力大於15 g/cm2
，拋光速度：不小於15 rpm，時間：0.5 hr。
〈晶體的基面位錯密度BPD〉
對成長後的碳化矽晶體進行基面位錯密度的測定，測得結果如下表1所示。其中，晶體的基面位錯密度BPD評價如下：
所測得晶體的基面位錯BPD密度大於300 EA/cm2
者評價為NG，代表品質不佳，該數值小於等於300 EA/cm2
者評價為G，代表品質佳。
表1
| 製備例 | 比較例1 | 比較例2 | 比較例3 | 實施例1 | 實施例2 | 實施例3 | 實施例4 | 實施例5 | 實施例6 |
| 晶種BPD 1 (EA/cm2 ) | 1403 | 1353 | 1295 | 118 | 285 | 213 | 158 | 86 | 79 |
| 晶種BPD 2 (EA/cm2 ) | 1105 | 976 | 998 | 109 | 229 | 172 | 141 | 82 | 76 |
| D | 26.97% | 38.63% | 29.76% | 8.26% | 24.45% | 23.84% | 12.06% | 4.88% | 3.95% |
| 溫度梯度(℃/cm) | 65 | 85 | 70 | 15 | 25 | 30 | 50 | 5 | 10 |
| 晶體 SF 密度(EA/cm2 ) | 25 | 22 | 23 | 6 | 8 | 10 | 9 | 3 | 5 |
| 晶體BPD密度(EA/cm2 ) | 1451 | 1958 | 1898 | 95 | 203 | 156 | 102 | 76 | 71 |
| 晶體TSD密度(EA/cm2 ) | 198 | 153 | 185 | 30 | 25 | 31 | 30 | 23 | 26 |
| 評價 | NG | NG | NG | G | G | G | G | G | G |
如表1的比較例1至3的碳化矽晶種所示，以矽面與碳面之間的基面位錯密度差異比D大於25%作為成長碳化矽晶體的晶種，據此所製造出來的碳化矽晶體品質不佳，無法成長出能在下一批次再被重複地使用的碳化矽晶種。相對於此，如表1的實施例1至6的碳化矽晶種所示，以矽面與碳面之間的基面位錯密度差異比D≤25%作為成長碳化矽晶體的晶種，據此製造出品質佳的碳化矽晶體，而該碳化矽晶體經加工後的碳化矽晶種能夠被重複使用，降低碳化矽的長晶成本。另外，分別比較由實施例1至6以及比較例1至3之碳化矽晶種成長的碳化矽晶體品質和由可知，溫度梯度小於等於50℃/cm時，晶體成長過程較穩定，缺陷比較少。但若溫度梯度小於5℃/cm，則無法成長晶體。另外，溫度梯度過低則會造成製程時間過長，溫度梯度較佳可大於等於5℃/cm。相反地，若溫度梯度太高，晶體生長快速，會造成所成長的碳化矽晶體中存在較多的缺陷，影響晶體品質及後續加工製程的良率，所以溫度梯度較佳可小於等於50℃/cm。
綜上所述，本發明的碳化矽晶種由於碳化矽晶種作為成長面及其相對表面之間的基面位錯密度差異比D小於等於25%，所以從其成長得到的碳化矽晶體具有少於300/cm2
的基面位錯BPD密度，或較佳少於900/cm2
的基面位錯BPD密度，並因而能確保後續磊晶所形成的膜層的品質。而且，利用本發明的碳化矽晶種進行長晶，所成長出來的碳化矽晶體經加工後因具備低缺陷的特點，能夠作為碳化矽晶種再度被使用，因此能減少長晶成本。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
2:碳化矽晶種（第一晶種）
10:碳化矽晶種（第二晶種）
10a:碳化矽晶圓
10Si:矽面
10C:碳面
100:爐體
102:坩堝
104:承載台
106:碳化矽原料
112:成長面
114:感應線圈
116、216、316:碳化矽晶體
BPD1:矽面的基面位錯密度
BPD2:碳面的基面位錯密度
D:基面位錯密度差異比
G:徑向溫度梯度
S200、S210、S220、S230、S240、S300、S310、S320、S330、S340、S350、S360:步驟
圖1為本發明一實施例中碳化矽晶種的示意圖。
圖2是依照本發明的一實施例的一種製備碳化矽晶體的步驟圖。
圖3是依照本發明一實施例中一種碳化矽晶種設置於物理氣相傳輸法(Physical Vapor Transport，PVT)設備的示意圖。
圖4是依照本發明之一實施例的一種製備碳化矽晶體的步驟圖。
圖5A至5C是運用本發明一實施例中一種碳化矽晶種及其製造方法、以及碳化矽晶體的製造方法的示意圖，圖5D是重複使用圖5C之本發明一實施例中的碳化矽晶種，以製作出另一批次的碳化矽晶體的製造方法的示意圖。
10:碳化矽晶種
10Si:矽面
10C:碳面
BPD1:矽面的基面位錯密度
BPD2:碳面的基面位錯密度
Claims (9)
- 一種碳化矽晶種，所述碳化矽晶種具有矽面、以及相對所述矽面的碳面，其中所述矽面的基面位錯密度BPD1與所述碳面的基面位錯密度BPD2之間的差異比D滿足下述式(1)：D=(BPD1-BPD2)/BPD125% (1)。
- 如申請專利範圍第1項所述的碳化矽晶種，其中所述矽面與所述碳面之間的基面位錯密度的差異比D為20%以下。
- 如申請專利範圍第1項所述的碳化矽晶種，其中所述矽面與所述碳面之間的基面位錯密度的差異比D為15%以下。
- 一種碳化矽晶種的製造方法，包括：將含碳化矽原料放置於坩堝內；將碳化矽晶種放置於坩堝頂部；對所述碳化矽原料加熱，於所述坩堝內形成熱場，使所述碳化矽原料在所述坩堝的熱場中昇華，其中在所述坩堝中所述熱場的徑向溫度梯度大於等於5℃/cm且小於等於50℃/cm；昇華後的碳化矽在接觸放置於所述坩堝頂部的晶種後成長為碳化矽單晶；持續使所述碳化矽單晶成長於所述晶種上，以獲得碳化矽晶體；以及將所獲得的碳化矽晶體經過加工後形成多個碳化矽晶種，其中所述多個碳化矽晶種包括如申請專利範圍第1項所述的碳化矽晶種。
- 一種碳化矽晶種的製造方法，包括：將含碳化矽原料放置於坩堝內；將碳化矽晶種放置於坩堝頂部；對所述碳化矽原料加熱，於所述坩堝內形成熱場，使所述碳化矽原料在所述坩堝的熱場中昇華，其中在所述坩堝中所述熱場的徑向溫度梯度D小於等於50℃/cm；昇華後的碳化矽在接觸放置於所述坩堝頂部的晶種後成長為碳化矽單晶；以及持續使所述碳化矽單晶成長於所述晶種上，以獲得碳化矽晶體，其中位於所述坩堝頂部的碳化矽晶種為第一晶種，利用所述第一晶種成長所獲得的所述碳化矽晶體經加工後滿足基面位錯密度的差異比D25%者作為第二晶種，所述碳化矽晶種具有矽面、以及相對所述矽面的碳面，所述第二晶種的所述D滿足下述式(1)：D=(BPD1-BPD2)/BPD1
25% (1)，式(1)中，所述BPD1為所述矽面的基面位錯密度，所述BPD2為所述碳面的基面位錯密度，所述第二晶種的製造方法更包括：將所述第二晶種放置於坩堝頂部，使碳化矽單晶生長於所述第二晶種上，以成長第N個所述碳化矽晶體；以及重複使用所述第二晶種，以於所述第二晶種上成長第N+1個所述碳化矽晶體。
- 一種碳化矽晶體的製造方法，包括： 將如申請專利範圍第5項所述的第二晶種放置於坩堝頂部；將含碳化矽原料放置於坩堝內；對所述碳化矽原料加熱，使所述碳化矽原料在所述坩堝的熱場中昇華，其中在所述坩堝中所述熱場的徑向溫度梯度大於等於5℃/cm且小於等於50℃/cm；昇華後的碳化矽在接觸所述碳化矽晶種後成長為碳化矽單晶；以及持續使所述碳化矽單晶生長於所述碳化矽晶種上，以獲得第N+1個碳化矽晶體。
- 如申請專利範圍第6項所述的碳化矽晶體的製造方法，更包括：將所獲得的所述碳化矽晶體經過加工後形成一可重複使用之碳化矽晶種及多個碳化矽晶圓。
- 如申請專利範圍第7項所述的碳化矽晶種的製造方法，其中所述加工包括切割、研磨或拋光，且經加工的所述碳化矽可重複使用之晶種的所述矽面與所述碳面的基面位錯密度差異比D為25%以下。
- 如申請專利範圍第6項所述的碳化矽晶體的製造方法，其中未加工前的所述碳化矽晶體的基面位錯密度為300EA/cm2以下、堆積缺陷SF密度為10EA/cm2以下、貫通螺旋位錯TSD密度為35EA/cm2以下。
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