一种籽晶及其制备方法技术

本申请公开了一种籽晶的制备方法，尤其涉及一种碳化硅籽晶及其制备方法，属于半导体材料技术领域。该制备方法包括以下步骤：采用熔融态组分所形成的气相对籽晶生长面的台阶进行修复或重构；其中，所述熔融态组分包括反应元素中的至少一种，所述反应元素能够与所述籽晶中的至少一种元素形成固态物质。该制备方法可以对籽晶生长面被破坏的台阶进行修复，或者在籽晶生长面重构出新的台阶，可以简单高效的控制籽晶生长面的台阶密度，即实现籽晶生长面信息的可修复或可调控，为后续生长得到超高品质的晶体奠定基础。质的晶体奠定基础。质的晶体奠定基础。

【技术实现步骤摘要】
一种籽晶及其制备方法


[0001]本申请涉及一种籽晶及其制备方法，尤其涉及一种碳化硅籽晶及其制备方法，属于半导体材料


技术介绍

[0002]碳化硅晶体作为重要的第三代半导体材料之一，在高温、高频、高功率、抗辐射等方面具有优秀的性能，碳化硅基器件已经在军事、民事、航空航天等多领域得到了广泛应用，是各国科学技术研究的重点领域。
[0003]目前，生长碳化硅晶体采用最广泛的是物理气相传输法，其次还有液相法以及化学气相传输方法等。采用上述生长方法来制备高品质的碳化硅衬底时，都离不开高质量的碳化硅籽晶，即在籽晶上同质外延生长碳化硅晶体。由于籽晶为后续的晶体生长提供一个生长中心，籽晶中存在的问题往往会遗传到后续生长的晶体中，因此籽晶的质量、尺寸对生长晶体的质量、尺寸有着至关重要的影响。
[0004]传统的碳化硅籽晶在制备过程中需要经过切割、磨平等步骤，因此在加工过程中不可避免的破坏了晶体表面原有的生长信息，尤其对原子台阶产生了严重破坏，引入大量缺陷特征，导致后续生长的晶体质量变坏。此外，为了获得足够高的生长台阶密度和高质量晶体，通常以偏离C面(0001)一定角度进行生长，为了使籽晶的生长面偏离C面一定角度，加工过程中对生长台阶的破坏更加严重。专利CN110670123A提出了一种延续单一生长中心制备碳化硅单晶的方法，对于传统籽晶生长获得的晶体，挑选具有不经过处理的拥有单一生长中心的晶片作为籽晶，避免多核生长现象，有效降低了单晶内部缺陷密度。然而上述籽晶的处理方式，由于后期生长物料的配比失衡，很难获得高质量无宏观缺陷的籽晶晶片，并且效率低下，每个晶棒只能获取一片籽晶；而采用重复多次生长a面进行籽晶优化，其周期很长且生长过程耦合因素太多不易获得高质量的籽晶。
[0005]此外，由于传统籽晶的原子台阶密度不可控，因此生长过程中容易产生多型以及位错等缺陷，难以保证后续生长的碳化硅晶体的质量。

技术实现思路

[0006]为了解决上述问题，本申请提出了一种籽晶及其制备方法，该制备方法可以对籽晶生长面被破坏的原子台阶进行修复，或者在籽晶生长面重构出新的原子台阶，可以简单高效的控制籽晶生长面的台阶密度，即实现籽晶生长面信息的可修复或可调控，为后续生长得到超高品质的晶体奠定基础。
[0007]根据本申请的一个方面，提供了一种籽晶的制备方法，其包括以下步骤：采用熔融态组分所形成的气相对籽晶生长面的原子台阶进行修复或重构；
[0008]其中，所述熔融态组分包括反应元素中的至少一种，所述反应元素能够与所述籽晶中的至少一种元素形成固态物质。
[0009]熔融态组分所形成的气相组分可以与籽晶中的至少一种元素形成化学键(包括共
价键和/或离子键)，当新化学键的键长与籽晶中原有的化学键相等时，可以修复已经破坏的籽晶生长面的原子台阶，使之重新具有完整的晶格结构，即修复籽晶生长面的原有生长信息；当新化学键的键长与籽晶中原有的化学键不相等时，可以构建新的原子台阶，即完成籽晶生长面生长信息的重构。综上，通过控制熔融态组分的种类，使之与籽晶中的元素形成不同键长的化学键，从而调控籽晶生长面的台阶密度。
[0010]可选地，所述反应元素选自金属元素或类金属元素中的至少一种，其中，所述类金属元素为硼、碳、硅、砷、硒或碲；
[0011]优选的，所述反应元素选自硅、铝、硼、钒、镓、钪、钛、铬、锰、铈和镨中的至少一种。根据所需的台阶密度，选择反应元素的种类，当需要较小尺寸的原子台阶时，反应元素与籽晶中的元素所形成的化学键键长小于籽晶中各元素之间的化学键键长；当需要较大尺寸的原子台阶时，反应元素与籽晶中的元素所形成的化学键键长大于籽晶中各元素之间的化学键键长；此外，通过选择反应元素的种类，保证反应元素具有较高的活性，可以与籽晶中的各元素快速形成化学键。
[0012]可选地，将所述籽晶在第一位置预热后，将所述籽晶调整至第二位置，使所述籽晶靠近所述熔融态组分的液面，以使所述熔融态组分的气相与所述籽晶中的至少一种元素形成固态物质，从而对所述籽晶生长面的原子台阶进行修复或重构。通过将籽晶在第一位置预热，使籽晶中沸点较低的组分部分挥发，从而对籽晶的生长面进行“活化”，使籽晶生长面产生部分自由基，具有较高的反应活性，保证升华的反应元素与籽晶中的自由基形成化学键；同时防止籽晶生长面温度过低导致反应元素直接凝固。将籽晶预热后调整至第二位置，使籽晶的生长面靠近熔融态组分的液面，从而增加籽晶中沸点较低的组分的升华量，即增加籽晶生长面中自由基的数量，提高原子台阶的修复和重构速率。
[0013]可选地，当籽晶处于第一位置时，控制其所处的压力为10
‑6mbar以下，加热温度与所述熔融态组分的熔点的差值为50～500℃，优选为200℃。
[0014]可选地，将所述籽晶从第一位置调整至第二位置的时间不大于1200s，
[0015]优选的，将所述籽晶从第一位置调整至第二位置的时间为60～600s，更优选为120s。通过控制籽晶从第一位置调整至第二位置的时间，不仅可以保证修复或重构的原子台阶形状均匀，还可以防止调整速度过快而导致气氛扰动，进而提高籽晶的质量。
[0016]可选地，当所述籽晶处于第二位置时，所述熔融态组分的升华速率为0.01～1mL/s，优选为0.05mL/s；和/或
[0017]当所述籽晶处于第二位置时，所述熔融态组分的加热温度与所述熔融态组分的熔点的差值为50～500℃，优选为200℃；和/或
[0018]当所述籽晶处于第二位置时，所述熔融态组分所处的压力为20～40mbar，优选为30mbar。
[0019]通过控制加热温度及压力，进而控制熔融态组分的升华速率，保证原子台阶的修复或重构效率，此外，还可以防止熔融态组分升华过快而导致形核紊乱，影响籽晶的质量。
[0020]可选地，所述籽晶处于所述第一位置时，预热时间为30～120min，优选为50～80min，更优选为60min，且所述籽晶的生长面与所述熔融态组分的液面的距离为10～100mm，优选为10～80mm，更优选为10～50mm，最优选为20mm；和/或
[0021]当所述籽晶处于第二位置时，对所述籽晶生长面的原子台阶进行修复或重构的时
间为2～50min，优选为10～40min，更优选为30min；且所述籽晶的生长面与所述熔融态组分的液面的距离为2～20mm，优选为2～10mm，更优选为5mm。
[0022]当籽晶处于第一位置预热时，控制籽晶的预热时间及预热距离，使籽晶的生长面能够产生足够的自由基，保证原子台阶修复或重构的速度。
[0023]当籽晶处于第二位置时，通过控制籽晶处于第二位置的时间，能够保证反应元素与籽晶中残留自由基的反应时间，使籽晶生长面的原子台阶被完全修复或充分重构出所需的台阶信息，同时可以避免反应时间过长导致籽晶生长面中出现多型或位错现象；通过控制处于第二位置时籽晶生长面与熔融态组分液面的距离，避免反应元素的气相组分在传输过程出现过冷现象而导致本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种籽晶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：采用熔融态组分所形成的气相对籽晶生长面的原子台阶进行修复或重构；其中，所述熔融态组分包括反应元素中的至少一种，所述反应元素能够与所述籽晶中的至少一种元素形成固态物质。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述反应元素选自金属元素或类金属元素中的至少一种，其中，所述类金属元素为硼、碳、硅、砷、硒或碲；优选的，所述反应元素选自硅、铝、硼、钒、镓、钪、钛、铬、锰、铈和镨中的至少一种。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述籽晶在第一位置预热后，将所述籽晶调整至第二位置，使所述籽晶靠近所述熔融态组分的液面，以使所述熔融态组分的气相升华至所述籽晶的生长面，并与所述籽晶中的至少一种元素形成固态物质，从而对所述籽晶生长面的原子台阶进行修复或重构。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，将所述籽晶从第一位置调整至第二位置的时间不大于1200s，优选的，将所述籽晶从第一位置调整至第二位置的时间为60～600s，更优选为120s。5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，当所述籽晶处于第二位置时，所述熔融态组分的升华速率为0.01～1mL/s，优选为0.05mL/s；和/或当所述籽晶处于第二位置时，所述熔融态组分的加热温度与所述熔融态组分的熔点的差值为50～500℃，优选为200℃；和/或当所述籽晶处于第二位置时，所述熔融态组分所处的压力为20～40mbar，优选为30mbar。6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述籽晶处于所述第一位置时，预热时间为30～120min，优选为60min，且所述籽晶的生长面与所述熔融态组分的液面的距离为10～100mm，优选为20mm；和/或当所述籽晶处于第二位置时，对所述籽晶生长面的原子台阶进行修复或重构的时间为2～50min，优选为30min；且所述籽晶的生长面与所述熔融态组分的液面的距离为2～20mm，优选为5mm。7.根据权利要求3所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宁，杨晓俐，李加林，刘星，高超，方帅，石志强，刘家朋，
申请(专利权)人：山东天岳先进科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：