摘要：
采用PVT方法制备出来了200mm直径的n型4H-SiC晶片。对生长温场进行了修改，更有利于生长比150mm标准直径更大的晶体。并且引入加热单元来增加了传输物质沉积速率。相对于先前工艺，单晶生长速率提高了25%。制备的200mm与150mm碳化硅晶片电阻率均匀性一致。利用光学和X射线同步辐射来评估晶片质量，表明晶片表面状态和内部缺陷在外延生长可接受范围。
引言：
近期电动汽车的市场的激增，以及对节能减排的要求。对能够在高温、大功率运行的电源转换模块的需求不断增加。器件厂商为了提高产量，并且降低生长成本的方法。试图通过扩大制作器件碳化硅衬底面积来提高有效利用面积。与将100mm扩大到150mm直径的艰难研发工作一样，进一步扩大到200mm的关键是不断增加碳化硅晶体的尺寸，在增加直径的同时还要保持产量和晶体的质量。可预知，工艺条件和热温场改变都会引发多型产生，并产生对器件有害的位错缺陷增生。本文通过改善温场设计，以提高晶体的生长速率，并分析了200mm碳化硅单晶片中缺陷的形成。
实验：
采用PVT方法制备了导电性4H碳化硅晶体，并通过常规的切磨抛技术将其加工成晶片。对生长温场进行了改进，以适应大于150mm直径的晶体生长，同时调整加热单元来调控生长物质流传输速率。使用涡流法测试了晶片的电阻率。使用光致发光技术（SICA 88）对加工的晶片的表面和内部缺陷进行了测试。并使用XRT获得了完整晶片的宏观缺陷图像，采用高分辨率的反射模式对晶片的中的基平面位错密度进行了定性评估。
结果与讨论：
图1显示了标准150mm和200mm晶体平均生长速率的相对值。为了实现高密度的质量传输，需要通过调整生长装配来增加生长腔内的热驱动力。相对于标准的150mm的工艺水平，200mm生长的平均生长速率增加25%。
碳化硅晶片中电阻率的空间均匀性对后续制备器件的可重复性影响重大。如上图2所示，与标准的150mm晶片相比，200mm晶片的电阻率均匀性同样很高。这表明了氮掺杂受生长前沿较大表面积或增加生长速率的影响微弱。
上图显示了制作的200mm碳化硅晶片的SICA 88 光致发光以及激光扫描图像。碳化硅衬底的表面和晶体内部缺陷以及加工产生划痕和凹坑等表面损伤都会降低器件芯片的良率。本文证明了在扩大晶体直径的改进工艺中不会导致明显的缺陷产生。图3展示的结果表明加工的200mm碳化硅单晶衬底的缺陷数量在外延工艺要求的范围之内。晶体中的微管密度为0.36cm-2。
作为PL表征技术的补充，XRT用于检测晶片中的晶界、微管和层错的存在，这些缺陷可能是由生长速率增加所引入的。从图4（a）中，可以看出在200mm碳化硅晶片的大部分区域是没有这些缺陷的，只在晶片边缘能够观察到晶界。晶片具有较低的微管和层错缺陷。沿径向进行16mm X 72mm进行高分辨的XRT扫描，图4（c）和（d）表明200mm碳化硅单晶衬底中的基平面位错缺陷密度与150mm衬底中基本接近。
总结：
本文创造了一种通过PVT法制备200mm epi-ready导电性碳化硅单晶衬底的方法。改进工艺后，生长速率较标准的150mm工艺提高了25%，从而确保了生长周期不受晶体尺寸增加的影响。所得到的200mm碳化硅单晶晶片的电阻率表现出良好的均匀性。PL和XRT结果表明制备的晶片中存在较低的微观和宏观缺陷。并使用高分辨XRT扫描对位错密度进行了定性比较。仍需要进一步研究工作来提高晶片边缘的结晶质量。
声明：本文数据来自SK siltron公司
