本技術(shù)涉及一種三維方向應(yīng)力分布均勻的sic襯底及sic晶體，屬于sic生產(chǎn)加工。

背景技術(shù)：

1、sic晶體在生長(zhǎng)過(guò)程中，由于si/c比例失衡、雜質(zhì)引入及溫梯變化等易在晶體中引入多晶、多型、微管、位錯(cuò)等各類(lèi)缺陷，缺陷會(huì)造成晶格畸變，更嚴(yán)重會(huì)使晶型發(fā)生轉(zhuǎn)變，如產(chǎn)生4h、6h、3c、15r等多型共生，晶格畸變通過(guò)產(chǎn)生缺陷從而釋放應(yīng)力，即在sic中引入體內(nèi)應(yīng)力，從而降低sic晶體的質(zhì)量，限制晶體的使用范圍，影響sic晶體后續(xù)的加工過(guò)程，并降低產(chǎn)品的良品率。

2、另一方面，sic襯底在加工過(guò)程中，大部分通過(guò)機(jī)械加工，如激光切割、線切割等方法從晶棒中切割獲得，隨后再通過(guò)研磨、拋光等機(jī)械加工工藝進(jìn)行表面處理，在襯底加工過(guò)程中由于機(jī)械應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致表面存在微裂紋從而引入損傷層。而對(duì)于sic而言，c、si面損傷層厚度的差異會(huì)影響襯底面型質(zhì)量，從而影響下游產(chǎn)品的生產(chǎn)加工。因此sic襯底中既存在體內(nèi)應(yīng)力又存在表面應(yīng)力，將sic襯底用于長(zhǎng)晶或外延層生長(zhǎng)時(shí)，sic襯底的應(yīng)力會(huì)遺傳至晶體或外延層中，導(dǎo)致外延層和晶體缺陷增多，易產(chǎn)生開(kāi)裂且質(zhì)量不均勻，難以進(jìn)行后續(xù)加工生產(chǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述問(wèn)題，提供了一種三維方向應(yīng)力分布均勻的sic襯底及sic晶體，該sic襯底分為第一表層、第二表層和中間層，上述第一表層、第二表層和中間層中sic襯底中的徑向應(yīng)力均較低，且各個(gè)層之間的應(yīng)力分布均勻性好，能夠提高sic襯底的質(zhì)量，擴(kuò)大該sic襯底的使用范圍，并有利于下游產(chǎn)品的生產(chǎn)加工，將其用于晶體或外延層生長(zhǎng)時(shí)，能夠提高晶體和外延層的質(zhì)量。

2、根據(jù)本技術(shù)的一個(gè)方面，提供了一種三維方向應(yīng)力分布均勻的sic襯底，所述sic襯底的厚度不小于100μm，所述sic襯底包括第一主表面和第二主表面，所述第一主表面朝向第二主表面10nm～30μm的區(qū)域?yàn)榈谝槐韺樱龅诙鞅砻娉虻谝恢鞅砻鏋?0nm～30μm的區(qū)域?yàn)榈诙韺?，所述第一表層和第二表層之間為中間層；

3、同一軸線上，任意平行于第一主表面或第二主表面的平面處，smax1代表第一表層中徑向應(yīng)力絕對(duì)值最大值，smax2代表中間層中徑向應(yīng)力絕對(duì)值最大值，smax3代表第二表層中徑向應(yīng)力絕對(duì)值最大值，△s1＝smax2-smax1，△s2＝smax2-smax3，-15mpa≤△s1≤10mpa，-15mpa≤△s2≤10mpa；

4、優(yōu)選的，-14.9mpa≤△s1≤7.7mpa，-14.6mpa≤△s2≤7.9mpa。

5、上述△s1代表第一表層和中間層徑向應(yīng)力的差異性，△s2代表第二表層和中間層徑向應(yīng)力的差異性，△s1數(shù)值越接近于0，則代表第一表層和中間層的徑向應(yīng)力分布均勻性越好，襯底的質(zhì)量越好，△s2數(shù)值越接近于0，則代表第二表層和中間層的徑向應(yīng)力分布均勻性越好，襯底的質(zhì)量也越好，若△s1和△s2均同時(shí)接近于0，則代表整個(gè)軸向上，襯底的徑向應(yīng)力分布均勻，襯底的質(zhì)量達(dá)到最佳。

6、可選地，在所述第一表層中任意平行于第一主表面的平面處，所述sic襯底的徑向應(yīng)力為-15mpa～15mpa，在所述第二表層中任意平行于第二主表面的平面處，所述sic襯底的徑向應(yīng)力為-15mpa～15mpa；

7、在所述中間層中任意平行于第一主表面或第二主表面的平面處，所述sic襯底的徑向應(yīng)力為-10mpa～10mpa。

8、由于sic襯底內(nèi)部受到拉壓應(yīng)力導(dǎo)致晶面間距d發(fā)生對(duì)應(yīng)伸、縮變化，因此在使用拉曼對(duì)應(yīng)力進(jìn)行測(cè)試時(shí)，拉曼峰強(qiáng)會(huì)出現(xiàn)向低頻或高頻移動(dòng)，當(dāng)襯底內(nèi)部受到拉應(yīng)力時(shí)，拉曼峰向低頻偏移，則得到的應(yīng)力值為正值，當(dāng)襯底內(nèi)部受到壓應(yīng)力時(shí)，拉曼峰向高頻偏移，則得到的應(yīng)力值為負(fù)值，因此本技術(shù)中的應(yīng)力數(shù)值前的正負(fù)代表的是襯底內(nèi)部的受力方向，數(shù)值的絕對(duì)值代表的是應(yīng)力的大小。例如sic襯底第一表層中的徑向應(yīng)力為-15mpa，第二表層中的徑向應(yīng)力為-10mpa時(shí)，則代表第一表層和第二表層中的徑向?yàn)閴簯?yīng)力，并且第一表層的徑向壓力大于第二表層的徑向壓力。

9、第一表層和第二表層為襯底的表面應(yīng)力，第一表層和第二表層的厚度隨襯底切割、研磨和拋光等加工工藝的不同而變化，第一表層和第二表層的厚度越薄，則第一表層和第二表層的徑向應(yīng)力越小。所述第一主表面朝向第二主表面10nm～30μm的區(qū)域?yàn)榈谝槐韺?，?dāng)上述區(qū)域的數(shù)值越接近10nm時(shí)，所述第一表層中sic襯底的徑向應(yīng)力越小，即越接近0mpa，當(dāng)上述區(qū)域的數(shù)值越接近30μm時(shí)，所述第一表層中sic襯底的徑向應(yīng)力越大，即越接近-15mpa或15mpa；同理，所述第二主表面朝向第一主表面為10nm～30μm的區(qū)域?yàn)榈诙韺?，?dāng)上述區(qū)域的數(shù)值越接近10nm時(shí)，所述第二表層中sic襯底的徑向應(yīng)力越小，即越接近0mpa，當(dāng)上述區(qū)域的數(shù)值越接近30μm時(shí)，所述第二表層中sic襯底的徑向應(yīng)力越大，即越接近-15mpa或15mpa。

10、優(yōu)選的，-5mpa≤smax3-smax1≤5mpa，更優(yōu)選的，-4.9mpa≤smax3-smax1≤5mpa。該smax3-smax1代表第一表層和第二表層的徑向應(yīng)力差異性，該數(shù)值越小，則襯底第一表層和第二表層的徑向應(yīng)力分布均勻性越好。

11、可選地，所述sic襯底的直徑為150mm以上，優(yōu)選為200mm以上。

12、可選地，所述徑向應(yīng)力包括徑向絕對(duì)應(yīng)力和徑向相對(duì)應(yīng)力；

13、在所述第一表層中任意平行于第一主表面的平面處，所述sic襯底的徑向絕對(duì)應(yīng)力為-15mpa～15mpa，所述sic襯底的徑向相對(duì)應(yīng)力為-15mpa～14.5mpa，優(yōu)選為-14.9mpa～14.5mpa；

14、在所述第二表層中任意平行于第二主表面的平面處，所述sic襯底的徑向絕對(duì)應(yīng)力為-15mpa～15mpa，所述sic襯底的徑向相對(duì)應(yīng)力為-15mpa～14.5mpa，優(yōu)選為-14.7mpa～14.5mpa；

15、在所述中間層中任意平行于第一主表面或第二主表面的平面處，所述sic襯底的徑向絕對(duì)應(yīng)力為-10mpa～10mpa，所述sic襯底的徑向相對(duì)應(yīng)力為-8mpa～8mpa。

16、絕對(duì)應(yīng)力能夠反映襯底與無(wú)缺陷的完美sic晶體差異，用以確定sic襯底應(yīng)力水平。但由于當(dāng)今技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)完美無(wú)sic襯底，因此通過(guò)相對(duì)應(yīng)力可以判斷襯底面內(nèi)相對(duì)的應(yīng)力分布。

17、例如，當(dāng)襯底的絕對(duì)應(yīng)力較大，相對(duì)應(yīng)力較小，說(shuō)明面內(nèi)缺陷較多，但應(yīng)力分布均勻，晶體質(zhì)量較差，且在襯底的各個(gè)區(qū)域均勻性質(zhì)量較差；若絕對(duì)應(yīng)力較小，相對(duì)應(yīng)力較大，則整體襯底質(zhì)量較好，但局部存在異常質(zhì)量偏差。

18、本技術(shù)中絕對(duì)應(yīng)力的基準(zhǔn)值是根據(jù)sic完美晶格參數(shù)得到的標(biāo)準(zhǔn)拉曼峰位計(jì)算所得基準(zhǔn)應(yīng)力，標(biāo)記為0；相對(duì)應(yīng)力是以在整個(gè)測(cè)試平面上取一個(gè)基準(zhǔn)值，每個(gè)測(cè)試點(diǎn)的數(shù)值與基準(zhǔn)值進(jìn)行相關(guān)數(shù)值運(yùn)算得到該測(cè)試點(diǎn)的相對(duì)應(yīng)力值，該基準(zhǔn)值包括但不限于整個(gè)測(cè)試平面所有應(yīng)力值的平均值、中位數(shù)、眾數(shù)及其他統(tǒng)計(jì)函數(shù)計(jì)算所得結(jié)果中的任意一個(gè)。

19、可選地，同一軸線上，任意平行于所述第一主表面或第二主表面的平面處，smin1代表第一表層中徑向應(yīng)力絕對(duì)值最小值，smin2代表中間層中徑向應(yīng)力絕對(duì)值最小值，smin3代表第二表層中徑向應(yīng)力絕對(duì)值最小值，△s3＝smin2-smin1，△s4＝smin2-smin3，-5mpa≤△s3≤5mpa，-5mpa≤△s4≤5mpa；

20、優(yōu)選的，-5mpa≤smin3-smin1≤5mpa。

21、更優(yōu)選的，-4.8mpa≤△s3≤5mpa，-5mpa≤△s4≤4.8mpa，-4.5mpa≤smin3-smin1≤4.4mpa

22、可選地，自所述第一主表面的任意一點(diǎn)垂直向所述sic襯底內(nèi)延伸進(jìn)行軸向測(cè)試，第一表層中所述sic襯底的軸向應(yīng)力為-10mpa～10mpa，中間層中所述sic襯底的軸向應(yīng)力為-10mpa～10mpa，第二表層中所述sic襯底的軸向應(yīng)力為-10mpa～10mpa。

23、可選地，所述軸向應(yīng)力包括軸向絕對(duì)應(yīng)力和軸向相對(duì)應(yīng)力，自所述第一主表面的任意一點(diǎn)垂直向所述sic襯底內(nèi)延伸進(jìn)行軸向測(cè)試；

24、第一表層中所述sic襯底的軸向絕對(duì)應(yīng)力為-10mpa～10mpa，第一表層中所述sic襯底的軸向相對(duì)應(yīng)力為-8mpa～8mpa，優(yōu)選為-7.8mpa～7.9mpa；

25、所述中間層中所述sic襯底的軸向絕對(duì)應(yīng)力為-10mpa～10mpa，所述中間層中所述sic襯底的軸向相對(duì)應(yīng)力為-8mpa～8mpa，優(yōu)選為-8.0mpa～7.8mpa；

26、第二表層中所述sic襯底的軸向絕對(duì)應(yīng)力為-10mpa～10mpa，第二表層中所述sic襯底的軸向相對(duì)應(yīng)力為-8mpa～8mpa，優(yōu)選為-7.8mpa～8.0mpa。

27、可選地，自所述第一主表面的任意一點(diǎn)垂直向所述sic襯底內(nèi)延伸進(jìn)行軸向測(cè)試，s1記為第一表層中軸向應(yīng)力最大值，s2記為第一表層中軸向應(yīng)力最小值，△s5＝s1-s2，0mpa≤△s5≤15mpa；

28、s3記為中間層中軸向應(yīng)力最大值，s4記為中間層中軸向應(yīng)力最小值，△s6＝s3-s4，0mpa≤△s6≤10mpa；

29、s5記為第二表層中軸向應(yīng)力最大值，s6記為第二表層中軸向應(yīng)力最小值，△s7＝s5-s6，0mpa≤△s7≤15mpa。

30、上述軸向應(yīng)力最大值與軸向應(yīng)力最小值是指軸向應(yīng)力的真實(shí)數(shù)值，在軸向上區(qū)分壓應(yīng)力和拉應(yīng)力，例如任意軸線上，中間層的軸向綜合應(yīng)力為-5-1mpa，則軸向應(yīng)力的最大值為1mpa，軸向應(yīng)力的最小值為-5mpa，△s6即為6mpa，該△s5、△s6和△s7代表了微觀上襯底在第一表層、中間層和第二表層軸向的晶面間距之間的變化程度，上述△s5、△s6和△s7越小，則證明襯底在軸向的晶面間距變化越小。

31、優(yōu)選的，0mpa≤△s5≤14.9mpa，0mpa≤△s7≤14.3mpa。

32、可選地，所述sic襯底的晶型為2h-sic、4h-sic、6h-sic、3c-sic、15r-sic中的一種，優(yōu)選為4h-sic。

33、可選地，所述sic襯底為半絕緣型sic襯底或?qū)щ娦蛃ic襯底。

34、可選地，所述sic襯底的彎曲度為-100μm～100μm，優(yōu)選為-50μm～50μm，更優(yōu)選為-11μm～15μm。

35、優(yōu)選的，所述第一主表面和/或所述第二主表面相對(duì)于{0001}面的偏角為4°以下。

36、根據(jù)本技術(shù)的另一個(gè)方面，提供了一種三維方向應(yīng)力分布均勻的sic晶體，所述sic晶體的厚度不小于0.35mm，所述sic晶體包括上表面和下表面，自所述上表面至所述下表面的區(qū)域中，任意水平面處的徑向應(yīng)力為-10mpa～10mpa。

37、優(yōu)選的，所述sic晶體的直徑為150mm以上，優(yōu)選為200mm以上。

38、可選地，自所述sic晶體的上表面任意一點(diǎn)向下延伸進(jìn)行軸向測(cè)試，所述sic晶體的軸向應(yīng)力為-10mpa～10mpa。

39、優(yōu)選的，所述軸向應(yīng)力包括軸向絕對(duì)應(yīng)力和軸向相對(duì)應(yīng)力；

40、自所述sic晶體的上表面任意一點(diǎn)向下延伸進(jìn)行軸向測(cè)試，所述sic晶體的軸向絕對(duì)應(yīng)力為-10mpa～10mpa，所述sic晶體的軸向相對(duì)應(yīng)力為-8mpa～8mpa，優(yōu)選為-8mpa～7.8mpa。

41、可選地，所述徑向應(yīng)力包括徑向絕對(duì)應(yīng)力和徑向相對(duì)應(yīng)力；

42、自所述上表面至所述下表面的區(qū)域中，所述sic晶體任意水平面處的徑向絕對(duì)應(yīng)力為-10mpa～10mpa，所述sic晶體任意水平面處的徑向相對(duì)應(yīng)力為-8mpa～8mpa。

43、上述絕對(duì)應(yīng)力和相對(duì)應(yīng)力與襯底絕對(duì)應(yīng)力和相對(duì)應(yīng)力能夠反映出的特性相同。

44、可選地，自所述sic晶體的上表面任意一點(diǎn)向下延伸進(jìn)行軸向測(cè)試，s7記為sic晶體軸向應(yīng)力最大值，s8記為sic晶體軸向應(yīng)力最小值，△s8＝s7-s8，0mpa≤△s8≤10mpa。

45、上述軸向應(yīng)力最大值與軸向應(yīng)力最小值是指軸向應(yīng)力的真實(shí)數(shù)值，在軸向上區(qū)分壓應(yīng)力和拉應(yīng)力，例如任意軸線上，sic晶體的軸向應(yīng)力為-5mpa～5mpa，則軸向應(yīng)力的最大值為5mpa，軸向應(yīng)力的最小值為-5mpa，△s8即為10mpa，該△s8代表了晶體在軸向的晶面間距之間的變化程度，該△s8越小，則證明晶體在軸向的晶面間距變化越小。

46、優(yōu)選的，0mpa≤△s8≤6.3mpa，更優(yōu)選的，0mpa≤△s8≤1.1mpa。

47、根據(jù)本技術(shù)的另一個(gè)方面，提供了一種sic單晶晶體的制備方法，包括下述步驟：

48、(1)向石墨坩堝中加入碳化硅粉料；

49、(2)將爐體內(nèi)真空抽至10-6mbar以下，然后通入高純惰性氣體至300-500mbar，重復(fù)此過(guò)程2-3次，最終將爐體內(nèi)真空抽至10-6mbar以下；

50、(3)向爐體內(nèi)通入高純惰性氣體，1-3h內(nèi)將壓力升至10-100mbar，持續(xù)通入高純惰性氣體并保持壓力不變；

51、(4)長(zhǎng)晶階段：在保持壓力不變的情況下，3-5h內(nèi)將爐體內(nèi)溫度升至晶體生長(zhǎng)溫度2200k-2800k，生長(zhǎng)時(shí)間為30-150h；

52、(5)晶體生長(zhǎng)結(jié)束，打開(kāi)爐體，取出石墨坩堝即可得到sic晶體。

53、可選地，所述石墨坩堝上包覆有tac涂層，所述tac涂層沉積在所述石墨基材表面，所述tac涂層中均勻分布有貫穿型通孔，所述貫穿型通孔的密度為160-310個(gè)/mm2。此tac涂層中含有貫穿型通孔，能夠在提高碳化硅原料氣氛的傳輸速率的同時(shí)，提高晶體生長(zhǎng)中溫場(chǎng)的均勻性，從而提高晶體的生長(zhǎng)速率并降低晶體的體內(nèi)應(yīng)力，得到一種高質(zhì)量且低應(yīng)力的碳化硅晶體。

54、可選地，所述貫穿型通孔的孔徑為2-7μm，優(yōu)選為2.3-6.1μm。該孔徑既能夠提高碳化硅原料氣氛的傳輸速率，不會(huì)降低對(duì)石墨基材的保護(hù)性能，避免晶體在熱場(chǎng)中受石墨基材熱膨脹擠壓產(chǎn)生邊緣應(yīng)力，進(jìn)一步降低晶體中的應(yīng)力。

55、可選地，所述tac涂層的厚度為30-400μm，所述tac涂層中的tac晶粒按堆垛錯(cuò)排方式進(jìn)行排列，所述tac晶粒的尺寸為15-50μm。所述tac涂層中的tac晶粒沿[200]與[220]方向取向生長(zhǎng)。該tac晶粒的生長(zhǎng)方向可提高該tac涂層的耐溫性和耐熱化學(xué)侵蝕性，從而減少石墨基材對(duì)晶體生長(zhǎng)環(huán)境的干擾，提高晶體環(huán)境的穩(wěn)定性。

56、本技術(shù)的有益效果包括但不限于：

57、1.sic晶體生長(zhǎng)過(guò)程中由溫梯變化或長(zhǎng)晶環(huán)境變化而引入的應(yīng)力即為sic襯底中間層的應(yīng)力，sic襯底第一表層和第二表層中應(yīng)力為sic晶體加工成sic襯底過(guò)程中產(chǎn)生的應(yīng)力，本技術(shù)的sic襯底在第一表層、第二表層和中間層中的應(yīng)力分布均勻且應(yīng)力值很低，證明sic襯底的質(zhì)量較好，有利于下游產(chǎn)品的生產(chǎn)加工。

58、2.本技術(shù)對(duì)sic襯底的應(yīng)力定量進(jìn)行測(cè)試，并對(duì)sic襯底中的表面應(yīng)力和體內(nèi)應(yīng)力進(jìn)行區(qū)分，能夠根據(jù)sic襯底用于制備的下游產(chǎn)品的不同，在合理的范圍內(nèi)控制sic襯底的應(yīng)力分布，以擴(kuò)大該sic襯底的使用范圍。

59、3.根據(jù)本技術(shù)的sic襯底，第一表層、第二表層和中間層中，三維方向應(yīng)力分布均勻，證明該sic襯底可視作一個(gè)應(yīng)力均一體，sic襯底的面型也得到改善。

60、4.本技術(shù)利用在坩堝表面上形成的具有貫穿型通孔的tac涂層，能夠保證晶體生長(zhǎng)中原料氣氛傳輸?shù)耐瑫r(shí)使得提高溫場(chǎng)的均勻性，從而可用于制備低應(yīng)力的碳化硅晶體，該晶體制備的襯底能夠提高外延片和后續(xù)晶體的長(zhǎng)晶質(zhì)量。

61、5.根據(jù)本技術(shù)的sic襯底在各個(gè)層中的應(yīng)力的分布，可以根據(jù)晶體生長(zhǎng)和/或襯底加工的各工序參數(shù)調(diào)整，以制備得到高質(zhì)量的sic襯底，并且通過(guò)本技術(shù)的定量測(cè)試方法，檢測(cè)出的應(yīng)力還包括襯底中存在晶格畸變尚未通過(guò)以缺陷進(jìn)行釋放的應(yīng)力，提高sic襯底中應(yīng)力的檢測(cè)準(zhǔn)確度，反映了整個(gè)sic襯底全部的應(yīng)力信息。