一种直径8英寸及以上尺寸高质量SiC籽晶的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种直径8英寸及以上尺寸高质量SiC籽晶的制备方法。该方法包括：小尺寸SiC晶片或SiC晶体切割，拼接，磨削、抛光，然后进行同质外延生长；所述同质外延生长分两个阶段进行：(1)侧向外延：在圆形拼接SiC籽晶拼接缝隙处进行侧向外延生长以填充拼接缝隙，(2)表面外延：在拼接缝隙填充完成后，改变生长条件，促进籽晶的(0001)面生长速率，大幅度降低籽晶生长面的缺陷密度，提高籽晶生长面的结晶质量，获得表面总厚度变化小、无裂缝、缺陷密度少的8英寸及以上尺寸的高质量SiC籽晶。

A preparation method of high quality SiC seed with diameter of 8 inches and above

The invention relates to a preparation method of high quality SiC seed crystal with a diameter of 8 inches and above. The method includes: cutting, splicing, grinding and polishing of small-size SiC chips or SiC Crystals, and then homoepitaxial growth; the homoepitaxial growth is divided into two stages: (1) lateral epitaxial growth: lateral epitaxial growth is carried out at the splicing gap of circular splicing SiC seed crystals to fill the splicing gap; (2) surface epitaxial growth: after the splicing gap is filled, the growth conditions are changed to promote The growth rate of (0001) surface of seed crystal can greatly reduce the defect density of seed crystal growth surface, improve the crystal quality of seed crystal growth surface, and obtain high-quality SiC seed crystal of 8 inches and above with small surface thickness change, no crack and less defect density.

【技术实现步骤摘要】
一种直径8英寸及以上尺寸高质量SiC籽晶的制备方法
本专利技术涉及一种直径8英寸及以上尺寸高质量SiC籽晶的制备方法，属于晶体生长

技术介绍
SiC作为典型的第三代半导体材料，具有宽禁带、热导率高、击穿电场强、电子饱和速率高等优异的物理性能，是制备电力电子器件、高频微波器件、光电子器件的理想材料。目前，SiC衬底直径以4英寸、6英寸为主，随着SiC基器件的逐步推广应用，为了降低器件制备成本，需要更大尺寸的SiC衬底。以6英寸SiC衬底为例，使用6英寸SiC衬底相对于直径为4英寸SiC衬底能够节省大约30％的器件制备成本。此外为了提高器件制作良率、降低器件制作成本，需要低微管、位错密度的高质量SiC衬底。以基平面位错为例，基平面位错能显著增大SiCMOSFETs、JFETs等功率器件阻断模式下的漏电流，严重影响器件性能。在未来20-30年SiC衬底将会向着大尺寸、低缺陷密度的方向快速发展。SiC单晶生长主要有物理气相传输法、溶液法、高温化学气相沉积法。其中物理气相传输法是SiC单晶生长最成熟的技术。一般情况下，可以采用两种方法生本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种直径8英寸及以上尺寸的高质量SiC籽晶制备方法，包括：/n-切割：提供若干所需形状的小尺寸SiC晶片，或用SiC晶体切割形成小尺寸SiC晶片并磨削得到所需形状，使晶片的磨削方向偏差小于0.5°；/n-拼接：将小尺寸SiC晶片进行紧密拼接，使拼接后SiC籽晶的尺寸大于目标SiC籽晶尺寸；/n-磨削：采用外圆磨床将拼接籽晶进行磨削；得圆形拼接SiC籽晶；然后抛光；/n-外延生长：对抛光后的圆形拼接SiC籽晶进行同质外延生长，所述同质外延生长分两个阶段进行：/n(1)侧向外延：在圆形拼接SiC籽晶拼接缝隙处进行侧向外延生长以填充拼接缝隙，侧向外延温度控制在1200-1500℃，压力为10-5...

【技术特征摘要】
1.一种直径8英寸及以上尺寸的高质量SiC籽晶制备方法，包括：
-切割：提供若干所需形状的小尺寸SiC晶片，或用SiC晶体切割形成小尺寸SiC晶片并磨削得到所需形状，使晶片的磨削方向偏差小于0.5°；
-拼接：将小尺寸SiC晶片进行紧密拼接，使拼接后SiC籽晶的尺寸大于目标SiC籽晶尺寸；
-磨削：采用外圆磨床将拼接籽晶进行磨削；得圆形拼接SiC籽晶；然后抛光；
-外延生长：对抛光后的圆形拼接SiC籽晶进行同质外延生长，所述同质外延生长分两个阶段进行：
(1)侧向外延：在圆形拼接SiC籽晶拼接缝隙处进行侧向外延生长以填充拼接缝隙，侧向外延温度控制在1200-1500℃，压力为10-50mbar，控制C/Si比为0.95-1.05，以促进晶体(11-20)、(1-100)面的生长速率，抑制(0001)面的生长速率，实现SiC拼接籽晶缝隙的侧向外延，填充裂缝；
(2)表面外延：在拼接缝隙填充完成后，改变生长条件，控制生长温度为1500-1800℃，生长压力80-300mbar，控制C/Si比为0.8-1.2，以促进籽晶的(0001)面生长速率，实现在圆形SiC籽晶表面上外延一层SiC薄膜，得到无拼接缝隙的大直径高质量SiC籽晶，直径≥8英寸。


2.如权利要求1所述的SiC籽晶制备方法，其特征在于，还包括以下步骤：
采用上述制备的大直径高质量SiC籽晶进行大直径SiC单晶生长，得到大直径SiC单晶；然后对大直径高质量SiC单晶进行切割加工，制得多片大直径高质量SiC籽晶。


3.如权利要求1所述的SiC籽晶制备方法，其特征在于，所述小尺寸SiC晶片或SiC晶体的表面为<0001>方向偏<11-20>方向0～8°；优选的，所述小尺寸的SiC晶片的切割方向沿<11-20>或<1-100>方向，方向偏差小于5°。


4.如权利要求1所述的SiC籽晶制备方法，其特征在于，采用平面磨床磨削SiC晶体，并在磨削晶体时结合X射线定向仪精确确定磨削方向，使晶体的磨削方向偏差小于0.5°。


5.如权利要求1所述的SiC籽晶制备方法，其特征在于，所述SiC晶片拼接时，将SiC晶片的相同晶面拼接到一起；优选的，(11-20)面与(11-20)面拼接到一起，(1-100)面和(1-100)面拼接到一起；进一步优选的，使SiC晶片拼接缝隙小于1mm，最优选，拼接缝隙小于0.3mm。


6.如权利要求1所述的SiC籽晶制备方法，其特征在于，所述磨削步骤是采用外圆磨床，磨削拼接籽晶使其外边呈圆形；优选的，磨削时，设定外圆磨床的单次进给量为1～20μm；磨削量为拼接后的籽晶直径与目标籽晶直径差。


7.如权利要求1所述的SiC籽晶制备方法，其特征在于，所述侧向外延的生长温度和压力低于表面外延的生长温度和压力；优选的，在圆形拼接SiC籽晶拼接缝隙处进行侧向外延时，所述侧向外延生长的时间为4-12小时。


8.如权利要求1所述的SiC籽晶制备方法，其特征在于，在拼接缝隙填充完成后，在SiC籽晶生长面上表面外延SiC薄膜的厚度为1～60μm；优选厚度为15-50μm。


9.一种8英寸4H-SiC籽晶的制备方法，步骤如下：
(1)选择4片4°偏角的6英寸4H-SiC晶片，在晶片上标出半径为100mm的四分之一圆，分别沿<11-20>和...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢雪健，陈秀芳，徐现刚，彭燕，杨祥龙，胡小波，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37