一种偏向SiC晶体的大边、小边精确定向方法技术

本发明专利技术涉及一种偏向SiC晶体的大边、小边精确定向方法，属于晶体加工领域，方法包括提供进行过磨平面处理的偏向SiC晶体，提供X射线定向仪；标记偏向SiC晶体的生长大边、生长小边；选取偏向SiC晶体的衍射面，将X射线定向仪的探测器位置固定在该衍射面发生布拉格衍射位置处，测试位于(0001)面与(11‑20)面或(0001)面与(1‑100)面之间衍射面衍射角的位置，在磨平的平面内旋转晶体，不断测试调整晶体表面的衍射方向，直至测得的衍射角与偏向后的理论值一致，实现对偏向SiC晶体大边、小边的精确定向。本方法定位准确，误差小，无需对晶体进行二次滚圆，降低了晶体开裂的风险。

An accurate orientation method for large and small edges of SiC crystals

The invention relates to a large side, towards the SiC crystal small side directional method, belonging to the processing field of crystal, a method includes providing a biased SiC crystal plane grinding processing, X ray orientation; growth side, marking the crystal growth of SiC small side bias; selection bias towards the diffraction planes of SiC crystal the detector position X ray orientation is fixed on the surface of Prague diffraction diffraction test at the position (0001) and (11 20) or (0001) and (1 100) diffraction diffraction angle between rotating crystal plane in the flat, continuous adjustment and test of diffraction the direction of the crystal surface, until the measured diffraction angle and deviation after the theoretical value, to achieve precise directional bias SiC crystal edge, small side. This method is accurate, the error is small, there is no need for a two round of crystals, reducing the risk of crystal cracking.

【技术实现步骤摘要】
一种偏向SiC晶体的大边、小边精确定向方法
本专利技术涉及一种偏向SiC晶体的大边、小边精确定向方法，属于晶体加工领域。
技术介绍
SiC作为第三代宽禁带半导体材料的一员，具有禁带宽度大、热导率高、临界击穿场强高、化学性能稳定等优异的性质。基于这些性质，SiC材料在高温、高频、高压、大功率、光电子及抗辐射等方面具有巨大的引用潜力。目前，SiC基电子器件已被广泛应用于航空航天、智能电网、混合动力汽车等领域。目前常用的SiC衬底材料为4H-SiC、6H-SiC，它们均属于六方晶系。衬底表面一般为(0001)面或(0001)面附近的近邻面。根据半导体业界传统的要求，需要在半导体衬底材料上做定位边来标记晶体的晶向。在4H-SiC或6H-SiC单晶中存在两个定位边，分别为主定位边(大边)、副定位边(小边)。主定位边指向晶体学[1-100]方向，副定位边指向晶体学[11-20]方向，主定位边与副定位边之间呈90°夹角。此外，在SiC衬底中，定位边还能够表明晶体偏向的方向。如同质外延SiC薄膜时采用的(0001)偏向[11-20]方向4°或8°的衬底材料，此时衬底表面的法线方向偏向小边方向，并与[0001]方向成4°或8°的夹角。当衬底的大边、小边位置定向不准时，会严重影响衬底的后期使用，如容易导致采用该衬底外延的SiC薄膜中产生多型夹杂等问题。因此准确定位大边、小边的方向对描述晶体的晶向及偏角具有重要意义。当SiC单晶生长完成后，一般需要经过磨平面、晶体定向、滚圆、磨定位边、切割、研磨、抛光等过程，最终加工成SiC衬底。目前在对晶体定向时，一般有两种方法。第一种方法是按照籽晶生长大边的位置确定晶体的大边、小边方向：将籽晶的大边作为晶体的大边方向，然后在与生长大边垂直90°方向上确定小边。当采用该方法时，晶体大边、小边定向的准确性严重受籽晶大边、小边定向准确性的影响，当籽晶的大边、小边定向不准确时，该方法得到的晶体的大边、小边方向通常也不准确。同时，生长大边在生长结束后有时无法明确辨别，需要凭借经验进行寻找生长大边，因此导致此方法中人为因素引入的误差较大。第二种方法是先将晶体进行磨平面，然后再将晶体进行初步滚圆，得到圆柱形晶体，再采用X射线定向仪，实现对晶体的大边、小边方向进行精确定向，最后对晶体进行二次滚圆，将晶体直径滚成目标直径。该方法虽然能够实现对大边、小边方向的精确定向，但实际采用X射线定向仪定向过程中，需要不断转动晶体的外圆，步骤繁琐。同时，该步骤中晶体需要进行两次滚圆，而第二次滚圆时晶体容易发生开裂，因此该定向方法，实际操作过程步骤繁琐，且增大了晶体开裂的风险。中国专利CN203542884U公开了一种用于SiC单晶定位边定向的夹具。该夹具作为SiC单晶晶体加工过程中定向仪定向、平面磨床磨定位边的辅助工具，能够将确定定位边后的晶体准确的移动到平面磨床进行下一步加工。该方法中，通过升降旋转电机旋转晶体寻找SiC单晶的衍射面。由于六方SiC的对称性，采用此方法能够准确的定位出6个完全等价的(11-20)面和6个完全等价的(1-100)面，因此该方法能够准确定位出正向晶体的定位边。但，当晶体为偏向生长晶体时，此方法虽然也能够定位出的6个(11-20)面和6个(1-100)面，但此时6个(11-20)面、(1-100)面已经不再等价，其中仅有1个(11-20)面、(1-100)面能够用于描述晶体的偏向。该方法中得到定位边的方位后需将晶体转移至磨床，无法再对晶体的表面进行进一步定向。因此使用该方法无法对偏向晶体的定位边定向，也无法与后续工序无缝配合。此外，该方法中的夹具需要步进电机，在定向过程中若晶体旋转过快，X射线定向仪的灵敏度无法实现同步；若晶体旋转过慢，在对晶体端面360°旋转的过程中费时较长。因此，此方法中步进电机旋转晶体在实际操作过程中可用性不强。
技术实现思路
根据现有技术中的不足，本专利技术提供一种偏向SiC晶体的大边、小边精确定向方法。术语说明：偏向SiC晶体：本专利技术中指，偏向的SiC单晶表面法线不是c轴，而是SiC单晶硅面法线偏离<11-20>或<1-100>方向一小角度。偏向SiC单晶的表面不是c面，而是与c面存在一定夹角的近邻面。大边：指SiC单晶晶体的主定位边，方向为<1-100>。对六方SiC单晶而言，在正向晶体中存在6个完全等价的大边。小边：指SiC单晶晶体的副定位边，方向为<11-20>。对六方SiC单晶而言，在正向晶体中存在6个完全等价的小边。生长大边：本专利技术中指SiC晶体背部籽晶的主定位边。生长小边：本专利技术中指SiC晶体背部籽晶的副定位边。籽晶面：本专利技术中指晶体含有籽晶的面。原生面：本专利技术中指晶体的生长面，此面一般不平整，存在凸率。本专利技术的技术方案如下：一种偏向SiC晶体的大边、小边精确定向方法，包括：提供进行过磨平面处理的偏向SiC晶体，提供X射线定向仪；标记偏向SiC晶体的生长大边、生长小边；选取偏向SiC晶体的衍射面，将X射线定向仪的探测器位置固定在该衍射面发生布拉格衍射位置处，测试位于(0001)面与(11-20)面或(0001)面与(1-100)面之间衍射面衍射角的位置，在磨平的平面内旋转晶体，不断测试调整晶体表面的衍射方向，直至测得的衍射角与偏向后的理论值一致，实现对偏向SiC晶体大边、小边的精确定向。根据本专利技术优选的，所述的定向方法包括步骤如下：(1)将偏向SiC晶体的籽晶面、原生面进行磨平面处理，获得上下表面都平整的SiC晶体；(2)在磨平面的上表面内，用游标卡尺找到晶体的中心点(即晶体的圆心)，标记为O；观察籽晶面找出生长大边点标记为点C；过晶体中心点O与生长大边点C作直线，直线与晶体周边弧线的交点为A，A为生长大边对面点；过晶体中心点O作直线AC的垂线，垂线与晶体周边弧线的交点标记为B、D；如附图1所示；(3)当步骤(1)中的偏向SiC晶体偏<11-20>方向时，根据X射线衍射理论和晶体表面偏向可知，平行于<11-20>方向(即BO、DO方向)的衍射角会发生变化，变化值为晶体的偏角，而垂直于<11-20>方向(即AO、CO方向)的衍射角将不会发生变化。选取(11-2n)作为衍射面，将X射线定向仪的探测器位置固定在该衍射面发生布拉格衍射位置处，分别测试BO方向和DO方向的衍射角，(一般在偏向的情况下，此时BO、DO方向的测试结果与偏向后的理论值不同，需要经过后期定向寻找小边方向)，作BO的垂线M1N1，并分别测试M1O，N1O方向的衍射角度；若M1O方向的衍射角度比BO方向的衍射角度更接近偏向后的理论值，则真正的小边点或小边对面点位于弧AB段；若N1O方向的衍射角度比BO方向的衍射角度更接近偏向后的理论值，则真正的小边点或小边对面点位于弧BC段，如图2所示；当步骤(1)中的偏向SiC晶体偏<1-100>方向时，根据X射线衍射理论和晶体表面偏向可知，平行于<1-100>方向(即AO、CO方向)的衍射角会发生变化，变化值为晶体的偏角，而垂直于<1-100>方向(即BO、DO方向)的衍射角将不会发生变化。选取(1-10n)作为衍射面，将X射线定向仪本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种偏向SiC晶体的大边、小边精确定向方法，其特征在于，包括：提供进行过磨平面处理的偏向SiC晶体，提供X射线定向仪；标记偏向SiC晶体的生长大边、生长小边；选取偏向SiC晶体的衍射面，将X射线定向仪的探测器位置固定在该衍射面发生布拉格衍射位置处，测试位于(0001)面与(11‑20)面或(0001)面与(1‑100)面之间衍射面衍射角的位置，在磨平的平面内旋转晶体，不断测试调整晶体表面的衍射方向，直至测得的衍射角与偏向后的理论值一致，实现对偏向SiC晶体大边、小边的精确定向。

【技术特征摘要】
1.一种偏向SiC晶体的大边、小边精确定向方法，其特征在于，包括：提供进行过磨平面处理的偏向SiC晶体，提供X射线定向仪；标记偏向SiC晶体的生长大边、生长小边；选取偏向SiC晶体的衍射面，将X射线定向仪的探测器位置固定在该衍射面发生布拉格衍射位置处，测试位于(0001)面与(11-20)面或(0001)面与(1-100)面之间衍射面衍射角的位置，在磨平的平面内旋转晶体，不断测试调整晶体表面的衍射方向，直至测得的衍射角与偏向后的理论值一致，实现对偏向SiC晶体大边、小边的精确定向。2.根据权利要求1所述的偏向SiC晶体的大边、小边精确定向方法，其特征在于，所述的定向方法包括步骤如下：(1)将偏向SiC晶体的籽晶面、原生面进行磨平面处理，获得上下表面都平整的SiC晶体；(2)在磨平面的上表面内，用游标卡尺找到晶体的中心点，标记为O；观察籽晶面找出生长大边点标记为点C；过晶体中心点O与生长大边点C作直线，直线与晶体周边弧线的交点为A，A为生长大边对面点；过晶体中心点O作直线AC的垂线，垂线与晶体周边弧线的交点标记为B、D；(3)当步骤(1)中的偏向SiC晶体偏<11-20>方向时，选取(11-2n)作为衍射面，将X射线定向仪的探测器位置固定在该衍射面发生布拉格衍射位置处，分别测试BO方向和DO方向的衍射角，作BO的垂线M1N1，并分别测试M1O，N1O方向的衍射角度；若M1O方向的衍射角度比BO方向的衍射角度更接近偏向后的理论值，则真正的小边点或小边对面点位于弧AB段；若N1O方向的衍射角度比BO方向的衍射角度更接近偏向后的理论值，则真正的小边点或小边对面点位于弧BC段；当步骤(1)中的偏向SiC晶体偏<1-100>方向时，选取(1-10n)作为衍射面，将X射线定向仪的探测器位置固定在该衍射面发生布拉格衍射位置处，分别测试AO方向和CO方向的衍射角，作CO的垂线M1N1，分别测试M1O，N1O方向的衍射角度；若M1O方向的衍射角度比CO方向的衍射角度更接近偏向后的理论值，则真正的大边点位于弧DC段；若N1O方向的衍射角度比CO方向的衍射角度更接近偏向后的理论值，则真正的大边点位于弧BC段；(4)在步骤(3)确定弧段的基础上，进一步在弧段对应的直线M1N1上作点M2，M3，……或者N2，N3，……，分别测试M2O、M3O……方向的衍射角或者N2O、N3O……方向的衍射角，直至MiO方向或NiO方向测试的衍射角与偏向后的理论值相符，确定点Mi或Ni；(5)当步骤(1)中的偏向SiC晶体偏<11-20>方向时，将步骤(4)中确定的Mi或Ni点与圆心O相连，并延长MiO或NiO至弧线AB或BC的交点为点B’；延长B’O至与晶体周边弧线相交于点D’；过O点作D’B’的垂线，垂线与晶体周边弧线的交点为点A’、点C’，点A’为大边对面点，点C’为大边点，确定晶体大边、小边；当步骤(1)中的偏向SiC晶体偏<1-100>方向时，将步骤(4)中确定的Mi或Ni点与圆心O相连，并延长MiO或NiO至弧线DC或BC的交点为点C’，C’是大边点；延长C’O至与晶体周边弧线相交于点A’，点A’为大边对面点；过O点作A’C’的垂线，垂线与晶体周边弧线的交点为点B’、点D’，确定晶体大边、小边；(6)将X射线定向仪的探测器固定在(000Y)面发生布拉格衍射位置处，分别测试A’O、B’O、C’O、D’O方向的衍射角，若衍射角值与偏向后的理论值相同，则说明大边、小边定向准确...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈秀芳，谢雪健，胡小波，徐现刚，张磊，
申请(专利权)人：山东大学，国网山东省电力公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：山东,37