中国粉体网讯 近期，国家知识产权局公开一批天科合达碳化硅领域核心专利，覆盖晶片加工、晶体生长、外延设备、坩埚设计、籽晶结构等全链条核心环节，全面提升碳化硅材料制备效率、良率与品质，以下为核心技术梳理。
碳化硅晶片减薄方法
对待处理晶片进行粗磨处理；对待处理晶片进行精磨处理，精磨处理阶段的平均主轴进给速率不大于粗磨处理阶段的平均主轴进给速率；粗磨处理阶段和精磨处理阶段中的至少1个处理阶段包括至少2个子阶段，在后子阶段的主轴转速大于在前子阶段；粗磨处理阶段和精磨处理阶段适于通入冷却液以降低待处理晶片与砂轮的接触区域的温度。
所述方法精准控制磨削过程的力与热，有效提升晶片平整度，减少晶片表面损伤、降低残余应力，抑制晶片翘曲；适配晶片减薄各阶段加工需求，在保证材料去除率的同时提升晶片加工质量，减少砂轮损耗、延长砂轮使用寿命，降低晶片因翘曲、裂纹导致的报废，提升晶片加工良率，节约制造成本。
一种碳化硅晶体生长方法及装置
将装有碳化硅原料以及籽晶的坩埚放置于长晶炉内，对长晶炉内抽真空；向坩埚内充入掺杂气体，加热碳化硅原料，以在籽晶上生长碳化硅晶体；碳化硅晶体包括交替层叠的第一碳化硅层和第二碳化硅层；在碳化硅晶体的厚度方向上，在籽晶上交替生长导电参数不同的第一碳化硅层和第二碳化硅层，相邻的第一碳化硅层与第二碳化硅层之间形成半导体结。
本申请利用物理气相沉积法制备碳化硅晶体，并且碳化硅晶体包括交替的不同导电参数的第一碳化硅层和第二碳化硅层，减少碳化硅晶体外延生长过程的缺陷产生，并且降低生产成本。
进气装置、进气系统、进气控制方法和碳化硅外延炉
进气装置包括：进气腔，进气腔至少为两个且沿第一方向层叠分布；相邻两个进气腔隔离设置，进气腔包括至少三个进气部，至少三个进气部沿第二方向依次分布，相邻两个进气部隔离设置，每个进气部均沿第三方向延伸设置。进气装置在正常使用过程中，第一方向可以为竖直方向，各个进气腔自下而上依次单独供工艺气体通过，在每个进气腔供工艺气体通过的情况下，每个进气腔的所有进气部均供工艺气体通过。
进气装置可以降低立方碳化硅对工艺气体流动模型的影响，可以减小流动模型的改变几率以及的改变程度，从而可以减小对外延产品的影响，进而可以提高外延产品的合格率。
一种碳化硅籽晶及碳化硅晶体生长装置
该碳化硅籽晶包括：碳面；碳面包括第一生长面以及第二生长面；第二生长面覆盖碳化硅籽晶的小面；碳化硅籽晶包括第一部分和第二部分，第一部分的碳面为第一生长面，第二部分的碳面为第二生长面；第二部分中至少部分区域的厚度小于所述第一部分的厚度。
通过改变碳化硅籽晶的面型，使得覆盖碳化硅籽晶小面的第二生长面对应的第二部分中至少部分区域的厚度小于所述第一部分的厚度，进而在制备碳化硅晶体的过程中，限制小面与SF位错随台阶流向碳化硅晶体中心生长，降低碳化硅晶体位错密度，减少堆垛层错的产生，提高碳化硅晶体片内电阻率均匀性。
一种晶体生长坩埚
该晶体生长坩埚包括底部和环绕底部的环形侧壁，环形侧壁包括相连接的第一环形侧壁区和第二环形侧壁区，第一环形侧壁区与底部连接，构成原料区；第二环形侧壁区位于第一环形侧壁区背离底部的一侧，第二环形侧壁区围成的空间为传输区，沿背离底部的方向，传输区在平行于底部的平面内的截面面积逐渐增大，从而随着气相物质越向上传输，坩埚的传输区空间越宽敞，形成核心上升流，减少涡流和回流趋势，还有利于坩埚内侧壁处的快速气流与中心区域的慢速气流充分混合，在籽晶表面形成更加均匀的气流，有效降低大颗粒粉末被携带到籽晶表面形成缺陷的概率，确保晶体均匀生长，提高晶体的结晶质量。
一种碳化硅单晶的制备装置及制备方法
该制备装置包括坩埚和位于坩埚上方的籽晶托；坩埚包括由下至上分布的原料区、升华区和生长区，原料区用于放置碳化硅原料；籽晶托位于生长区的上方，籽晶托用于粘接籽晶，籽晶位于籽晶托和生长区之间；在籽晶托所在平面内，籽晶托包括第一部分和第二部分，第一部分被第二部分包围，在垂直籽晶托所在平面的方向上，第一部分具有第一厚度，第二部分具有第二厚度，第一厚度大于第二厚度。这样，第一部分的籽晶托相比第二部分能够具有更好的集热性，散热更差，使得热量能够在第一部分聚集，缩小第一部分和第二部分之间的径向温度梯度，进而减少碳化硅晶体表面缺陷，提高碳化硅质量。
一种降低半绝缘型碳化硅材料光学吸收的方法
该方法采用依次包括低温预处理、高温修复和梯度冷却的多阶段退火工艺，其中，低温预处理消除应力，高温修复针对性去除点缺陷，梯度冷却避免新缺陷产生，三者协同作用，有效减少碳化硅晶体中的缺陷数量，尤其降低了对400~500 nm波段光子有强吸收的缺陷能级密度；进一步，本发明将多阶段退火工艺与后续切磨抛工艺结合，特别是化学机械抛光，降低表面粗糙度，减少光散射，进一步降低该波段的吸收率，经检测，处理后的碳化硅晶体在400~500 nm波段的吸收率较处理前显著降低，有利于减少光信号在光波导中的传输损耗。
一种碳化硅晶体的生长装置
碳化硅晶体的生长装置包括：坩埚主体；位于坩埚主体内部的环形气腔结构；位于坩埚主体开口处的坩埚盖；固定在坩埚盖上的籽晶；在垂直于坩埚盖所在平面的方向上，环形气腔结构的正投影覆盖籽晶的边缘区域；环形气腔结构面向籽晶一侧的表面的内径为D1，环形气腔结构面向坩埚主体底部一侧的表面的内径为D2，D1＜D2。通过在坩埚主体的内部增设环形气腔结构，有效缓冲热应力、均化气相物质输运，从而为碳化硅晶体的生长提供一个更稳定、更均匀的生长环境，显著降低微管、位错等晶体缺陷的密度，即从根本上调控生长界面附近的物理化学环境， 从而抑制缺陷的产生。
用于晶体生长的搅拌结构以及液相生长装置
用于晶体生长的搅拌结构包括：坩埚盖；搅拌杆，搅拌杆设置于坩埚盖朝向坩埚的一侧并且搅拌杆与坩埚盖相连接；第一旋转电机，第一旋转电机设置于坩埚盖的另一侧，第一旋转电机适于驱动坩埚盖绕预设的转轴转动。搅拌杆设置于坩埚盖朝向坩埚的一侧并且搅拌杆与坩埚盖相连接，搅拌杆通过机械搅拌的方式增强熔液内部涡流，强化熔液的传质与传热效率，优化熔液流场分布，进而提升晶体生长质量。使用搅拌杆对坩埚盛装的生长原料进行搅拌以提升传质效率的方式，避免坩埚自转方式提升传质效率导致接液系统异常引发结晶质量下降的问题，提升了传质效率，保证接液系统正常工作，改善结晶质量。
一种碳化硅单晶及其制备方法
制备方法包括以下步骤：S1、将碳化硅粉料装填至坩埚底部，进行振实处理；将碳化硅籽晶固定于坩埚盖顶部的籽晶托上，采用等离子体对碳化硅籽晶生长面进行清理和改性处理；S2、将坩埚与坩埚盖进行装配，组成生长坩埚；S3、将所述生长坩埚放置于碳化硅单晶生长炉中，生长碳化硅晶体，得到碳化硅单晶。本发明提供的制备方法可以有效抑制碳化硅单晶生长过程中籽晶贯穿螺位错的继承和增殖，从而得到贯穿螺位错缺陷密度显著低于籽晶的碳化硅单晶。
参考来源：国家知识产权局
（中国粉体网编辑整理/初末）
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