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一种半绝缘的制备方法、晶圆片及半导体器件

申请号 CN202311705692.5 申请日 2023-12-12 公开(公告)号 CN117702282A 公开(公告)日 2024-03-15
申请人 浙江大学杭州国际科创中心; 发明人 宋立辉; 皮孝东; 杨德仁; 刘帅; 黄渊超; 熊慧凡;
摘要 本 发明 涉及 半导体 加工技术领域,提供了一种半绝缘 碳 化 硅 的制备方法、 晶圆 片及半导体器件,通过对设置在碳化硅晶圆片表面的 电极 施加高频高压电脉冲,利用高频高压的瞬态特征以及交流电特征,使得可以从不同方向轰击碳化硅晶圆片中的 原子 ,位移所述碳化硅晶圆片中的部分原子,从而在所述碳化硅晶圆片中形成空位和各种复杂点 缺陷 ,得到高 电阻 率 且 稳定性 更好的半绝缘碳化硅晶圆片,而且,得到的半绝缘碳化硅晶圆片的纵向电阻分布均匀,可以提高半绝缘碳化硅晶圆片的纵向半绝缘特性。
权利要求

1.一种半绝缘的制备方法,其特征在于,包括:
提供碳化硅晶圆片;
在所述碳化硅晶圆片的上表面和下表面分别设置至少一个电极
对所述电极施加高频高压电脉冲,使得位移所述碳化硅晶圆片中的部分原子,在所述碳化硅晶圆片中形成空位和复杂点缺陷,得到半绝缘碳化硅晶圆片。
2.根据权利要求1所述的半绝缘碳化硅的制备方法,其特征在于,所述高频高压电脉冲的电压范围为1000V‑8000V,脉冲宽度范围为0.1us‑3us,脉冲重复频率范围为300Hz‑2000 Hz,高频高压电脉冲的施加时间范围为3min‑30min。
3.根据权利要求1所述的半绝缘碳化硅的制备方法,其特征在于,所述电极为两个,两个电极分别位于所述碳化硅晶圆片的上表面和下表面。
4.根据权利要求3所述的半绝缘碳化硅的制备方法,其特征在于,两个电极之间的距离为所述碳化硅晶圆片的厚度,所述碳化硅晶圆片的厚度范围为300μm‑400μm。
5.根据权利要求1所述的半绝缘碳化硅的制备方法,其特征在于,所述电极的材料为金属。
6.根据权利要求1所述的半绝缘碳化硅的制备方法,其特征在于,每个所述电极和碳化
2 2
硅晶圆片表面的接触面积范围为1cm‑30cm。
7.根据权利要求1所述的半绝缘碳化硅的制备方法,其特征在于,所述碳化硅晶圆片的
2 5 11
电阻率范围为10 Ω·cm‑10 Ω·cm,所述半绝缘碳化硅晶圆片的电阻率为10 Ω·cm以上。
8.根据权利要求1所述的半绝缘碳化硅的制备方法,其特征在于,还包括:
利用预定退火温度对形成的半绝缘碳化硅晶圆片进行退火处理,使得消除不稳定的缺陷。
9.一种根据权利要求1‑8任一项所述的半绝缘碳化硅的制备方法制备得到的半绝缘碳化硅晶圆片。
10.一种包含根据权利要求1‑8任一项所述的半绝缘碳化硅的制备方法制备得到的半绝缘碳化硅晶圆片的半导体器件。

说明书全文

一种半绝缘的制备方法、晶圆片及半导体器件

技术领域

[0001] 本发明涉及半导体加工技术领域,具体为一种半绝缘碳化硅的制备方法、晶圆片及半导体器件。

背景技术

[0002] 现有形成半绝缘碳化硅晶圆的方法,例如可以通过掺杂V()元素形成半绝缘碳化硅,但是掺杂V(钒)元素的半绝缘碳化硅的缺点一在于V(钒)的掺杂浓度需要准确控制,如果V(钒)的掺杂浓度太低,无法达到理想的半绝缘特性效果,如果V(钒)元素的掺杂浓度过高,容易引起含V的沉淀物,导致半绝缘碳化硅材料中产生微管缺陷。且掺杂V元素的半绝缘碳化硅的另一个缺点在于V元素的掺杂深度不一定很深,导致碳化硅晶圆的纵向电阻分布不一定均匀,使纵向半绝缘特性变差。
[0003] 而其他一些方式例如通过电子辐照直接产生的点缺陷种类也较为简单,导致其热5
稳定性较差,在1400℃退火后,电子辐照后的样品电阻率仍然会降低到10 Ω·cm以下,使碳化硅半绝缘特性变差。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于克服现有制备半绝缘碳化硅的方法效果不好的问题,提供了一种半绝缘碳化硅的制备方法、晶圆片及半导体器件。
[0005] 为了实现上述目的,本发明提供一种半绝缘碳化硅的制备方法,包括:
[0006] 提供碳化硅晶圆片;
[0007] 在所述碳化硅晶圆片的上表面和下表面分别设置至少一个电极
[0008] 对所述电极施加高频高压电脉冲,使得位移所述碳化硅晶圆片中的部分原子,在所述碳化硅晶圆片中形成空位和复杂点缺陷,得到半绝缘碳化硅晶圆片。
[0009] 作为一种可实施方式,所述高频高压电脉冲的电压范围为1000V‑8000V,脉冲宽度范围为0.1us‑3us,脉冲重复频率范围为300Hz‑2000 Hz,高频高压电脉冲的施加时间范围为3min‑30min。
[0010] 作为一种可实施方式,所述电极为两个,两个电极分别位于所述碳化硅晶圆片的上表面和下表面。
[0011] 作为一种可实施方式,两个电极之间的距离为所述碳化硅晶圆片的厚度,所述碳化硅晶圆片的厚度范围为300μm‑400μm。
[0012] 作为一种可实施方式,所述电极的材料为金属。
[0013] 作为一种可实施方式,每个所述电极和碳化硅晶圆片表面的接触面积范围为2 2
1cm‑30 cm。
[0014] 作为一种可实施方式,所述碳化硅晶圆片的电阻率范围为102Ω·cm‑105Ω·cm,11
所述半绝缘碳化硅晶圆片的电阻率为10 Ω·cm以上。
[0015] 作为一种可实施方式,还包括:利用预定退火温度对形成的半绝缘碳化硅晶圆片进行退火处理,使得消除不稳定的缺陷。
[0016] 相应的,本发明还提供一种根据所述的半绝缘碳化硅的制备方法制备得到的半绝缘碳化硅晶圆片。
[0017] 相应的,本发明还提供一种包含所述的半绝缘碳化硅的制备方法制备得到的半绝缘碳化硅晶圆片的半导体器件。
[0018] 本发明的有益效果:本发明提供了一种半绝缘碳化硅的制备方法、晶圆片及半导体器件,通过对设置在碳化硅晶圆片表面的电极施加高频高压电脉冲,利用高频高压的瞬态特征以及交流电特征,使得可以从不同方向轰击碳化硅晶圆片中的原子,最终使得位移所述碳化硅晶圆片中的部分原子,从而在所述碳化硅晶圆片中形成空位和复杂点缺陷,通过上述深能级缺陷的载流子捕获效应,得到高电阻率且稳定性更好的半绝缘碳化硅晶圆片。而且,得到的半绝缘碳化硅晶圆片的纵向电阻分布均匀,可以提高半绝缘碳化硅晶圆片的纵向半绝缘特性。附图说明
[0019] 图1为本发明一些实施例提供的一种半绝缘碳化硅的制备方法步骤示意图。

具体实施方式

[0020] 下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
[0021] 参见图1,本发明一些实施例提供了一种半绝缘碳化硅的制备方法,包括:
[0022] 步骤S100,提供碳化硅晶圆片;
[0023] 步骤S200,在所述碳化硅晶圆片的上表面和下表面分别设置至少一个电极;;
[0024] 步骤S300,对所述电极施加高频高压电脉冲,使得位移所述碳化硅晶圆片中的原子,在所述碳化硅晶圆片中形成空位和复杂点缺陷,得到半绝缘碳化硅晶圆片。
[0025] 本发明一些实施例通过对设置在碳化硅晶圆片表面的电极施加高频高压电脉冲,利用高频高压的瞬态特征以及交流电特征,瞬态特征可以产生瞬时的强冲击,交流特性可以使原子受到左右两个方向的作用力,更有利于原子脱离原来的位置,使得可以从不同方向轰击碳化硅晶圆片中的原子,最终使得位移所述碳化硅晶圆片中的原子,且相邻的原子被电场激发脱离了原有位置,留下多个空位或者反位,从而在所述碳化硅晶圆片中形成空位和复杂点缺陷,使得通过上述深能级缺陷的载流子捕获效应,从而得到高电阻率且稳定性更好的半绝缘碳化硅晶圆片。而且,得到的半绝缘碳化硅晶圆片的纵向电阻分布均匀,可以提高半绝缘碳化硅晶圆片的纵向半绝缘特性,解决了“V(钒)元素的掺杂深度不一定很深,导致碳化硅晶圆的纵向电阻分布不一定均匀,使纵向半绝缘特性变差”的问题。
[0026] 通过高频高压电脉冲的方法,可以让处理时间更短,形成半绝缘碳化硅晶圆。通过高频高压电脉冲的方法,还可以让成本降低,比传统方法便宜60%以上,更有利于工业化。
[0027] 执行步骤S100:
[0028] 在一些实施例中,可以提供较纯的碳化硅晶圆片,而一般提供的所述碳化硅晶圆2 5
片初始电阻率范围可以为10 Ω·cm‑10 Ω·cm,所述碳化硅晶圆片的厚度范围可以为300μm‑400μm。
[0029] 执行步骤S200:
[0030] 在一些实施例中,可以设置所述电极为两个,两个电极分别位于所述碳化硅晶圆片的上表面和下表面,两个电极之间的距离为所述碳化硅晶圆片的厚度。在一些实施例中,所述电极的材料可以为金属,具体可以为汞电极,可以采用电子束蒸发的方式形成电极。在2 2
一些实施例中,每个所述电极和碳化硅晶圆片表面的接触面积范围可以为1cm‑30 cm,能产生满足要求的电场范围和强度。
[0031] 执行步骤S300:
[0032] 在一些实施例中,所述高频高压电脉冲的电压范围为1000V‑8000V,脉冲宽度范围为0.1us‑3us,脉冲重复频率范围为300Hz‑2000Hz,高频高压电脉冲的施加时间范围为11
3min‑30min;使得形成的所述半绝缘碳化硅晶圆片的电阻率为10 Ω·cm以上。
[0033] 在一些实施例中,所述原子可以为硅原子,也可以为碳原子;所述空位可以为对应的硅空位和碳空位;所述复杂点缺点可以为双空位。
[0034] 在一些实施例中,在得到半绝缘碳化硅晶圆片之后的步骤还包括:利用预定退火温度对所述半绝缘碳化硅晶圆片进行快速退火处理,使得消除不稳定的缺陷。所述预定退火温度范围为300℃‑800℃。而且由于高频高压电脉冲后因为相邻的原子都被电场激发脱离了原有位置,留下多个空位或者反位,因此产生的缺陷主要类型为复杂点缺陷,热稳定性比较高,因此在高温退火后,仍然能保持比较好的半绝缘特性。在一些实施例中,不稳定的缺陷可以为例如Si空位,由于Si空位在400℃以上时就会消失,因此退火温度可以为400℃‑800℃。
[0035] 相应的,本发明一些实施例还提供了一种根据所述的半绝缘碳化硅的制备方法制备得到的半绝缘碳化硅晶圆片。
[0036] 相应的,本发明还提供了一种包含所述的半绝缘碳化硅的制备方法制备得到的半绝缘碳化硅晶圆片的半导体器件。
[0037] 本发明虽然己以较佳实施例公开如上,但其并不是用来限定本发明,任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内,都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改,因此,凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰,均属于本发明技术方案的保护范围。