锗氮共掺碳化硅晶体杂质浓度表征及其电学性质研究

采用物理气相传输(PVT)法生长了2英寸(1英寸=25.4 mm)锗氮(Ge-N)共掺和单一Ge掺杂碳化硅晶体材料, 并制备成10 mm× 10 mm的SiC晶片。利用半导体工艺技术在不同衬底的碳面上制备钛(Ti)/铂(Pt)/金(Au)多层金属电极。使用二次离子质谱仪(SIMS)、霍尔测试仪(Hall)等测试手段对其表征。结果表明, Ge元素和N元素的共同掺杂可以有效提高SiC中Ge元素的掺杂浓度, Ge浓度可以达到1.19×10¹⁹ /cm³。所有晶片衬底均可以在不低于700℃的退火环境中形成欧姆接触, 且在700℃时退火形成最佳欧姆接触。高浓度Ge掺杂衬底接触电阻明显小于低浓度Ge掺杂衬底接触电阻, 这表明可以通过提高晶体中Ge元素浓度来提高器件性能。Hall测试结果表明, 随着Ge掺杂浓度的升高, 衬底迁移率会逐渐降低。这是由于Ge-N共掺后, SiC晶格匹配度提高, Ge元素的掺杂浓度变大, 增加了杂质散射对迁移率的影响。     

Ge掺杂碳化硅晶体的生长缺陷

采用物理气相传输法(PVT)制备了2英寸Ge掺杂和非掺SiC晶体, 并使用二次离子质谱仪(SIMS)、显微拉曼光谱(Raman spectra)仪、体式显微镜、激光共聚焦显微镜(LEXT)和高分辨X射线衍射(HRXRD)仪等测试手段对其进行了表征。结果表明, Ge元素可以有效地掺入SiC晶体材料中, 且掺杂浓度达到2.52×10¹⁸/cm³, 伴随生长过程中Ge组份的消耗和泄漏, 掺杂浓度逐渐降低; 生长初期高浓度Ge掺杂会促使6H-SiC向15R-SiC晶型转化, 并随着生长过程中Ge浓度的降低快速地转回6H-SiC稳定生长。用LEXT显微镜观察发现, 生长初期过高的Ge掺杂导致空洞明显增多, 位错密度增加, 掺杂晶体中位错密度较非掺晶体增大一倍。HRXRD分析表明掺Ge能增大SiC晶格常数, 这将有利于提高与外延III族氮化物材料适配度, 并改善器件的性能。     

低位错密度8英寸导电型碳化硅单晶衬底制备

碳化硅具有优异的物理化学性能,在电动汽车、轨道交通、高压输变电、光伏、5G通信等领域具有广泛应用前景。8英寸(1英寸=2.54 cm)SiC衬底在降低器件单位成本、增加产能供应方面具有巨大的潜力,成为行业重要的技术发展方向。近期山东大学与广州南砂晶圆半导体技术有限公司在8英寸SiC衬底位错缺陷控制方面取得了重大突破,使用物理气相传输法(Physical vapor transport,PVT)制备了低位错密度8英寸导电型4H-SiC单晶衬底,其中螺位错(Threading screw dislocation,TSD)密度为0.55 cm^-2,基平面位错(Basal plane dislocation,BPD)密度为202 cm^-2。