[发明专利]一种低缺陷密度碳化硅单晶衬底的制备方法

说明书

本发明公开了一种低缺陷密度碳化硅单晶衬底的制备方法。所述低缺陷密度碳化硅单晶衬底的制备方法，包括：提供一待处理的碳化硅单晶衬底，晶向为C向[0001]；使用电解研磨工艺于所述待处理的碳化硅单晶衬底上形成具有凹部和凸部的第一沟槽结构，以进行第一次开槽，所述第一沟槽结构的凹部侧壁平行于碳化硅单晶A面(1120)或M面(1100)，底壁平行于碳化硅单晶C面(0001)；于所述第一沟槽结构表面生长第一碳化硅晶体，以进行第一次修复，得到所述低缺陷密度碳化硅单晶衬底。基于本发明，能够大幅降低碳化硅单晶衬底的缺陷密度，有利于提高采用该衬底片制备的器件质量，提高低质量碳化硅单晶衬底的经济价值。

技术领域

本发明涉及到碳化硅晶体生长领域，具体涉及一种低缺陷密度碳化硅单晶衬底的制备方法。

背景技术

第三代半导体材料逐渐成为新一代信息技术的核心支撑。随着半导体技术的不断革新，第三代宽禁带材料中的碳化硅（SiC）由于自身材料优良特性和SiC器件呈现出的巨大应用前景而得到飞速发展，因而SiC晶体的生长以及相关器件的研究一直是国内外的前沿研究热点。SiC单晶因具备禁带宽度大、击穿电场高、热导率大、电子饱和漂移速率快、化学稳定性高、抗辐射能力强等各种优越性能，成为耐高温、高频、抗辐射、大功率半导体器件材料的优先选择。涉猎SiC晶体生产加工的研究也越来越多，碳化硅相关产业链也初具规模。要充分实现SiC基器件优异的性能，高质量SiC单晶生长技术是关键。

碳化硅基器件，需要在碳化硅单晶衬底上进行续产品的决定性因素，而且这两种缺陷都存在延C向[0001]延伸的倾向。同质外延生长或异质外延生长，而单晶衬底的质量对后续生长出的晶体质量起到决定性的影响，因此在生长过程中选用高品质低缺陷密度的单晶衬底是必要的。碳化硅晶体，其主要缺陷有，微观缺陷有TSD、TED、SF和BPD，介观缺陷有微管等缺陷，其中微管和TSD是影响后传统衬底片的制备方案，一般是将晶体进行切片，然后对晶片进行磨抛，最后可能会采用反应离子刻蚀也可能不使用，这样获得单晶衬底片，但传统加工过程其主要提高的或降低的是翘曲，平面度，粗糙和降低磨削应力等，对TSD和微管是无济于事的，且都只针对平面加工，而不包括沟槽加工；在外延生长过程中，单晶衬底的TSD和微管缺陷会继承到后续生产出来的晶体上，目前采用的化学气相外延(CVD)其生长速度慢，其工艺过程中的H₂清洗只能产生纳米级别的去除，外延生长过程中对TSD修复只有1/10的概率，而TSD是不能通过CVD来修复的。另一方面，高品质低缺陷密度的碳化硅单晶衬底的价格比同尺寸低品质单晶衬底的价格高若干倍。

因此提供一种高效实现单晶衬底表面沟槽加工，再降低单晶衬底的缺陷密度，进而提高最终器件良率的方法极具经济价值。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种低缺陷密度碳化硅单晶衬底的制备方法，所述制备方法通过若干次开槽和修复的方式，利用延A向[112 ̅0]或M向[11 ̅00]生长的以修复C向[0001]继承缺陷，得到低缺陷密度单晶衬底。

为实现上述目的，本发明提供一种低缺陷密度碳化硅单晶衬底的制备方法，包括：提供一待处理的碳化硅单晶衬底，晶向为C向[0001]；使用电解研磨工艺于所述待处理的碳化硅单晶衬底上形成具有凹部和凸部的第一沟槽结构，以进行第一次开槽，所述第一沟槽结构的凹部侧壁平行于碳化硅单晶A面(112 ̅0)或M面(11 ̅00)，底壁平行于碳化硅单晶C面(0001)；于所述第一沟槽结构表面生长第一碳化硅晶体，以进行第一次修复，得到所述低缺陷密度碳化硅单晶衬底。

在一些实施例中，所述制备方法还包括：使用所述电解研磨工艺去除所述第一沟槽结构的凸部及其表面的第一碳化硅单晶而形成第二沟槽结构，以进行第二次开槽，所述第二沟槽结构的凹部的侧壁平行于碳化硅单晶A面(112 ̅0)或M面(11 ̅00)，底壁平行于碳化硅单晶C面 (0001)；于所述第二沟槽结构表面生长第二碳化硅晶体，以进行第二次修复。