無論是PVT還是HTCVD生長碳化硅單晶,，都涉及到了氣固相變,。所以，這個生長具有三種模式：島狀生長（Volmer-Weber,，VW）,、層狀生長（Frankvander-Merwe，F(xiàn)M）,、混合生長（Stranski-Krasannov,，SK）。 這是由于存在兩種作用的平衡：沉積的氣體原子與沉積的氣體原子的作用,，沉積的氣體原子與襯底原子的作用,。

1. 島狀生長：沉積原子與襯底原子的作用＜沉積原子與沉積原子的作用；

2. 層狀生長：沉積原子與襯底原子的作用＞沉積原子與沉積原子的作用,；

3. 混合生長：先層狀生長,，再島狀生長。

圖1,，碳化硅單晶三種生長模式示意圖：（a）VW模式（b）FM模式（c）SK模式

島狀生長容易在4H-SiC上長出3C-SiC,，為了防止生成其他晶型，需要控制生長方式為層狀生長,。但是,，純碳硅雙分子層反而會發(fā)生混合生長——就算一開始是層狀生長,，后面就開始島狀生長其他晶型的碳化硅單晶。

可以從微觀上分析原因：如果將沉積的氣體原子視為六面體,，一片襯底的表面根據(jù)接觸面的多少,，分為臺面（Terrace）、臺階（Ledge,、Step）,、扭折（Kink），合稱TLK結(jié)構(gòu)：

• 臺面與沉積原子接觸面為1,；

• 臺階與沉積原子接觸面為2,；

• 扭折與沉積原子接觸面為3。

圖2 有偏角襯底表面的terrace-ledge-kink(TLK)結(jié)構(gòu)

理所當(dāng)然,，臺階的接觸面多于臺面,，沉積原子與襯底原子的作用更強(qiáng)。這樣越能實(shí)現(xiàn)沉積原子與襯底原子的作用＞沉積原子與沉積原子的作用,。所以,，一般按照一定的偏角切割單晶，得到具有偏角的襯底或者籽晶,，使得臺面變成臺階,。

這就是，SiC的臺階流（Step-controlled epitaxy）生長：使用與（0001）面有偏角的襯底,，構(gòu)建更多的臺階,，減少臺面，防止自發(fā)成核,，進(jìn)一步防止生成3C-SiC,。美國Cree公司的產(chǎn)品為4.0? toward[1120] ± 0.5?

因此碳化硅端面的4.0?偏角的準(zhǔn)確性很重要，且4.0? 偏角需向[1120]方向傾斜,，角度在 ± 0.5?以內(nèi),，現(xiàn)已有公司提升至±0.15°。 Malvernpanalytical Freiberg晶相定位XRD的傾角精度可達(dá)0.003°,，傾角方向的精度可達(dá)0.03°,。

圖3 4H-SiC外延生長模式：（a）3C-SiC二維生長模式（b）4H-SiC同質(zhì)外延的臺階流生長模式

偏4°及以下的低偏角襯底仍舊會發(fā)生3C-SiC成核，造成三角形缺陷,。三角形缺陷=兩個基面位錯+堆垛層錯,，兩個基面位錯延伸成為斜邊，而中間就是堆垛層錯,，這個層錯容易直接塌陷,。這需要控制溫度、氣流等條件，進(jìn)一步調(diào)控,。

Omega/theta 晶向定位XRD的端面磨的定位和固定夾具如下圖：

將晶錠粘在post支架上,，底部突出部位嵌入端面夾具藍(lán)色豎線標(biāo)注的圓孔處，通過設(shè)備進(jìn)行定向測量后,，根據(jù)軟件提示，對夾具臺面下的兩個羅盤進(jìn)行調(diào)節(jié),，經(jīng)過復(fù)檢后,，鎖定測量好的晶相，將整個夾具和樣品移動至磨床上進(jìn)行研磨,。設(shè)備可對研磨后的樣品進(jìn)行復(fù)檢,。

下圖展示使用馬爾文帕納科設(shè)備及夾具進(jìn)行端面調(diào)向研磨后的數(shù)據(jù)：

參考文獻(xiàn)：

[1] 4H-SiC低壓同質(zhì)外延生長和器件驗(yàn)證 西安電子科大 博士論文胡繼超