[发明专利]大尺寸碳化硅籽晶的生长方法、对应单晶的生长方法

说明书

本发明涉及碳化硅晶体生长领域，提供了一种大尺寸碳化硅籽晶的生长方法、大尺寸碳化硅单晶的生长方法，通过对晶面相同的多片小尺寸碳化硅单晶片沿特定晶向切割形成扇环状碳化硅单晶片，将所述多块扇环状碳化硅单晶片围绕在无定位边的小尺寸碳化硅单晶片按照相同的空间结晶取向进行拼接并固定，形成大尺寸的碳化硅拼接籽晶片，并通过一次或多次籽晶拼接缝闭合生长工艺直到拼接缝完全闭合，形成大尺寸碳化硅籽晶，解决了现有获得不了大尺寸碳化硅籽晶的难题，且成本较低。

技术领域

本发明涉及碳化硅单晶生长领域，特别涉及一种大尺寸碳化硅籽晶的生长方法、对应单晶的生长方法。

背景技术

碳化硅(SiC)单晶材料作为第三代半导体材料的代表，具有禁带宽度大、击穿电场高、热导率高、电子饱和迁移率高及抗辐射能力强等优越性能，可以满足功率器件对耐高温、高功率、高电压的要求，也可以满足射频器件对高频以及抗辐射等恶劣条件的要求。

碳化硅(SiC)单晶材料应用于半导体器件领域，通常要将单晶材料加工成晶圆薄片，越大的晶圆尺寸意味着单位时间可以加工更多的器件，带来更低的器件成本。单晶硅作为最成熟的半导体材料，晶圆尺寸已经做到了12英寸，目前碳化硅单晶量产水平只做到6寸，8寸以及更大尺寸的碳化硅生长技术国内仍然处于研发阶段，无法稳定生产出高质量、低缺陷密度的晶体。

碳化硅单晶通常采用的是物理气相输运法(PVT)进行生长。生长某一个直径尺寸的晶体，通常需要一片接近该直径的低缺陷密度的籽晶作为种子层，提供晶体生长的模板，在此模板基础上继续生长相同晶体结构的单晶，直到一定厚度的晶体，如现有技术水平下利用6英寸4H-SiC籽晶可以生长到6英寸的SiC单晶。但要生长8英寸或者更大直径的碳化硅单晶，就需要对应的大直径籽晶，但是大直径低缺陷密度的籽晶目前仅国际少数行业巨头掌握生产技术且通常不会对外销售，国内厂商难以获得，因此没办法稳定生产出高质量、低缺陷密度的晶体。

目前报道的大尺寸(8英寸或以上)碳化硅籽晶的主要方法是扩径生长法。

扩径生长方法是指在碳化硅单晶生长过程中，通过坩埚的结构设计和生长工艺参数的调节，可以实现籽晶的横向生长(通常称之为“扩径”工艺)。现有技术水平下，要生长8英寸的碳化硅单晶，需要通过现有的6英寸籽晶，配合扩径坩埚设计和扩径的生长工艺，通过若干次生长过程，才能逐步生长到8英寸直径。现有扩径工艺存在如下两个方面的问题：1)籽晶的尺寸不能与待生长的晶体直径相差太大，否则扩径出来的区域边缘容易出现多晶的缺陷。常规工艺中，每一次生长过程的扩径都控制在5mm以内，因此从6英寸(直径150mm)生长到8英寸(直径200mm)通常需要10次以上的扩径生长，每次扩径生长大约需要1周左右时间，至少需要两三个月的时间，扩径过程耗时很长；2)每次“扩径”单晶直径略微变大，相应的需要改变每一次单晶生长炉的坩埚设计，并且需要优化热场设计，扩径过程成本很高。此外，每次“扩径”生长结束后，还需要对晶体进行籽晶片的加工，通过切磨抛工艺将直径变大的晶体加工成籽晶，作为下次“扩径”生长的模板。整个扩径工艺流程复杂，中间环节多，对各个环节的工艺控制和成品率要求高，因此“扩径”生长的成功率低，8英寸及以上碳化硅单晶仍然难以获得。

发明内容

本发明为了克服现有技术的不足，提供了一种大尺寸碳化硅籽晶的生长方法、对应单晶的生长方法。

为了实现上述目的，本发明实施例提供了一种大尺寸碳化硅籽晶的生长方法，包括：

获取多片晶面相同的小尺寸碳化硅单晶片，其中至少一片为无定位边的小尺寸碳化硅单晶片；

对多片小尺寸碳化硅单晶片沿特定晶向进行切割，每一片分别切割形成至少一个扇环状碳化硅单晶片，所述多片扇环状碳化硅单晶片用于拼接成一个完整的环状碳化硅单晶片，其中扇环状碳化硅单晶片的内径与小尺寸碳化硅单晶片的外径一致，且多个扇环状碳化硅单晶片的切割方向不一致，但拼接成一个完整的环状碳化硅单晶片时各个扇环状碳化硅单晶片的空间结晶取向一致；