一种碳化硅PVT长晶用高质量籽晶的制备方法与流程

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种氮化硅pvt长晶用高质量籽晶的制备方法。

背景技术：

对于电子器件、电力器件、机械零部件而言，材料是一个非常重要的参数，会影响与决定其元器零件的终性能。sic是一种宽带间隙半导体，宽带间隙由2.2到3.3ev。传统上，sic晶体因其优越的物理和化学特性一直当作为未来半导体材料进行研究和开发。近年来，sic作为短波长光学器件，（从蓝色到紫外线）、高压、大功率、高频电子器件的材料备受关注，并积极开展其相关研发工作。

sic晶体具有制备方法，其中，物理气相输运法（pvt）具有能够生产高产优质碳化硅的优势，现已得到广泛应用。物理气相输运法是一种通过粘合材料将籽晶连接到籽晶托盘底座的方法，并从托盘底座上的籽晶生长碳化硅晶锭。该方法生长出的sic晶体存在的缺陷有两个发生源，一是由现有籽晶中原本就存在的缺陷产生，二是生长过程初始阶段产生的缺陷。可见，籽晶的质量直接影响了制备出的sic晶体的质量。

为了尽量减少籽晶自身的缺陷，许多研究正在使用重复生长的高质量籽晶。然而，目前制造这些高质量籽晶的技术极其有限，这类籽晶存在个成本效益的问题。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种碳化硅pvt长晶用高质量籽晶的制备方法，其成本低且质量高。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是;

一种碳化硅pvt长晶用高质量籽晶的制备方法，其包括以下步骤：

步骤1、根据所需尺寸及形状裁切碳化硅晶圆，并对碳化硅晶圆表面进行清洁处理；

步骤2、在碳化硅晶圆上外延生长阻隔层；

步骤3、对碳化硅晶圆进行图形化光刻处理，并在碳化硅晶圆上形成阻隔区域和开放区域，其中，开放区域没有阻隔层；

步骤4、采用化学沉积横向外延过生长方法在碳化硅晶圆上生长碳化硅外延层，即可形成高质量籽晶。

所述步骤1中，采用rca工艺对碳化硅晶圆表面进行清洁处理。

所述步骤2中，采用mocvd方法进行阻隔层的生长。

所述阻隔层的材料为二氧化硅、氮化硅或氮化铝。

所述步骤3中，阻隔区域和开放区域的比例小于0.7，宽度小于10μm。

所述步骤3中，阻隔层的厚度为100-1000nm，。

所述步骤1中，裁切出的碳化硅晶圆为偏轴晶圆。

所述碳化硅晶圆的偏轴角度为4°-8°，偏轴方向为<11-20>[0.5°]。

所述步骤3中，阻隔区域的偏轴方向与晶圆的偏轴方向相同。

所述步骤1中，碳化硅晶圆的缺陷密度小于10微管道/cm²，弯曲度小于50μm。

采用上述方案后，本发明采用横向外延过生长外延生长籽晶是可以最大限度地减少籽晶用于生长界面上缺陷和其他平面缺陷，提高了籽晶的质量；由于工艺成熟，简单，可大大降低成本。

附图说明

图1为本发明籽晶的制备流程；

图2为本发明籽晶制备过程示意图。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明揭示了一种碳化硅pvt长晶用高质量籽晶的制备方法，其包括以下步骤：

步骤1、根据所需尺寸及形状裁切碳化硅晶圆1，并对碳化硅晶圆1表面进行清洁处理。

本发明采用的晶圆在应用时会掺杂质，掺杂氮气形成n型，或者掺杂b（錋boron）或v（钒vanadium）形成高电阻态或轻p型晶圆。而对晶圆表面进行清洁处理时采用rca工艺。

步骤2、在碳化硅晶圆1上外延生长阻隔层2。

阻隔层2的材料为二氧化硅、氮化硅或氮化铝，其生长采用pecvd方法，阻隔层2的厚度为100-1000nm。

步骤3、对碳化硅晶圆1进行图形化光刻处理，并在碳化硅晶圆1上形成阻隔区域21和开放区域22，其中，开放区域22没有阻隔层2。

阻隔区域21和开放区域22的比例小于0.7，阻隔区域21的宽度小于10μm。

本发明使用图像化光刻工艺，易于实现相同质量的大规模生产。根据开放区域22的大小和形状以及开放位置区域，可以通过图形化光刻工艺获得正确的图形。图形通常可以条纹，特别情况下可以使用方形、六边形和圆形，图形化后的阻隔区域21的偏轴方向与晶圆的偏轴方向相同。

步骤4、采用化学沉积横向外延过生长方法在碳化硅晶圆1上生长碳化硅外延层3，即可形成高质量籽晶4。

使用化学沉积横向外延过生长方法生长籽晶具体如下：首先通过开放区生长sic膜要比阻隔层2厚，然后再进行横向生长，从而覆盖整个阻隔层2，形成质量更好的sic层，即籽晶。

碳化硅晶圆1有多种晶格型态：有4h、6h和3c。使用化学沉积横向外延过生长方法是确保籽晶制备不被这些多型态的问题影响。但是，每一种型态都有自身适合的外延生长温度。不同与3c情况的，在4h或6h，，基底表面的晶格形态对重建epi的初时阶段有很大影响。为了尽量减少这种影响，本发明使用偏轴晶圆，取4°~8°偏轴角度，偏轴方向在<11-20>[0.5°]的偏轴晶圆，制备用的原始晶圆缺陷密度<10微管道/cm2，弯曲度<50um。在该情况下，步骤3中图形化后的阻隔区域21的偏轴角度与氮化硅晶圆的偏轴方向相同。

典型的碳化硅mocvd制程在大于1300℃的温度和大于150torr的气压下进行，sic生长源大多采用sih4、ch3cl和c3h8。在sic生长以温度控制sio2和sin气体反应在晶圆表面上形成薄膜。将生长温度控制在1100℃至1200℃，以防止sic在sio2层表面上结晶。此外，使用hcl气体抑制sio2阻隔膜边缘产生的缺陷。为了确保sio2层生长和结晶性能，可用hcds[六氯异丙烷]/si2cl6或hmds（hmds）/c6h19nsi2替代sih4，sic的生长温度可降到1200℃以下。

本发明采用横向外延过生长外延生长籽晶是可以最大限度地减少籽晶用于生长界面上缺陷和其他平面缺陷，提高了籽晶的质量；由于工艺成熟，简单，可大大降低成本。

以上所述，仅是本发明实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

技术特征：

1.一种碳化硅pvt长晶用高质量籽晶的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、根据所需尺寸及形状裁切碳化硅晶圆，并对碳化硅晶圆表面进行清洁处理；

步骤2、在碳化硅晶圆上外延生长阻隔层；

步骤3、对碳化硅晶圆进行图形化光刻处理，并在碳化硅晶圆上形成阻隔区域和开放区域，其中，开放区域没有阻隔层；

步骤4、采用化学沉积横向外延过生长方法在碳化硅晶圆上生长碳化硅外延层，即可形成高质量籽晶。

2.根据权利要求1所述的一种碳化硅pvt长晶用高质量籽晶的制备方法，其特征在于：所述步骤1中，采用rca工艺对碳化硅晶圆表面进行清洁处理。

3.根据权利要求1所述的一种碳化硅pvt长晶用高质量籽晶的制备方法，其特征在于：所述步骤2中，采用mocvd方法进行阻隔层的生长。

4.根据权利要求1所述的一种碳化硅pvt长晶用高质量籽晶的制备方法，其特征在于：所述阻隔层的材料为二氧化硅、氮化硅或氮化铝。

5.根据权利要求1所述的一种碳化硅pvt长晶用高质量籽晶的制备方法，其特征在于：所述步骤3中，阻隔区域和开放区域的比例小于0.7，宽度小于10μm。

6.根据权利要求1所述的一种碳化硅pvt长晶用高质量籽晶的制备方法，其特征在于：所述步骤3中，阻隔层的厚度为100-1000nm。

7.根据权利要求1所述的一种碳化硅pvt长晶用高质量籽晶的制备方法，其特征在于：所述步骤1中，裁切出的碳化硅晶圆为偏轴晶圆。

8.根据权利要求7所述的一种碳化硅pvt长晶用高质量籽晶的制备方法，其特征在于：所述碳化硅晶圆的偏轴角度为4°-8°，偏轴方向为<11-20>[0.5°]。

9.根据权利要求7或8所述的一种碳化硅pvt长晶用高质量籽晶的制备方法，其特征在于：所述步骤3中，阻隔区域的偏轴方向与晶圆的偏轴方向相同。

10.根据权利要求1所述的一种碳化硅pvt长晶用高质量籽晶的制备方法，其特征在于：所述步骤1中，碳化硅晶圆的缺陷密度小于10微管道/cm²，弯曲度小于50μm。

技术总结
本发明涉及一种碳化硅PVT长晶用高质量籽晶的制备方法，其包括以下步骤：步骤1、根据所需尺寸及形状裁切碳化硅晶圆，并对碳化硅晶圆表面进行清洁处理；步骤2、在碳化硅晶圆上外延生长阻隔层；步骤3、对碳化硅晶圆进行图形化光刻处理，并在碳化硅晶圆上形成阻隔区域和开放区域，其中，开放区域没有阻隔层；步骤4、采用化学沉积横向外延过生长方法在碳化硅晶圆上生长碳化硅外延层，即可形成高质量籽晶。本发明制备方法成本低，且制备出的籽晶质量高。

技术研发人员：李东键;叶宏伦;钟健;张本义;姜政余
受保护的技术使用者：璨隆科技发展有限公司;阿克苏爱矽卡半导体技术研发有限公司;新疆璨科半导体材料制造有限公司
技术研发日：2020.07.06
技术公布日：2020.10.30