CN111822876B - 基于溶液射流辅助激光图形化碳化硅籽晶的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于溶液射流辅助激光图形化碳化硅籽晶的方法，通过喷嘴向碳化硅籽晶喷涂包含抗氧化剂以及金属离子添加剂的辅助液，以在碳化硅籽晶表面形成持续流动的液膜层；在刻蚀过程中，通过液膜层能有效降低非激光聚焦处的温度，防止碳化硅的升华，减小重熔区；通过流动的辅助液，可对加工残渣和毛刺进行冲击，以提高加工精度；通过抗氧化剂可降低氧化硅的形成概率；通过金属离子添加剂配合空泡，可提高碳化硅籽晶的去除速率；在激光加工后，还可通过进一步的刻蚀步骤，以去除微量的热损伤层，从而进一步的提高碳化硅籽晶表面的质量，以提高后续制备的碳化硅晶体的质量。

Description

基于溶液射流辅助激光图形化碳化硅籽晶的方法

技术领域

本发明属于半导体技术领域，涉及一种基于溶液射流辅助激光图形化碳化硅籽晶的方法。

背景技术

随着半导体技术的不断革新，第三代半导体材料逐渐成为新一代信息技术的核心支撑。其中，第三代宽禁带材料碳化硅（SiC）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、抗辐射能力强等优越性能，已成为耐高温、高频、抗辐射、大功率半导体器件材料的优先选择。

由于SiC自身材料的优良特性和SiC器件所呈现出的巨大应用前景，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，涉猎SiC晶体生产加工的研究也越来越多，SiC相关产业链也初具规模。

要充分实现SiC器件的优异性能，高质量的SiC单晶生长技术是其关键。目前，SiC单晶的生长方法主要有物理气相传输法（Physical Vapor Transportmethod，PVT）、高温化学气相沉积法、溶液法等。其中，PVT法因其具有较高的生长速率、较为稳定的生长工艺和成本优势，已基本成为SiC单晶生长的标准方法。

PVT法的生长过程主要可概括为多晶SiC在高温低压的条件下升华所产生的气相组分（主要为Si，Si₂C，SiC₂），在温度梯度的驱动下，到达位于较低温度的SiC籽晶处，以产生过饱和度，而在SiC籽晶上结晶，从而不断生长SiC单晶。一般做法是将SiC粉料放置在石墨坩埚底部，将SiC籽晶放置在坩埚埚盖附近，坩埚通过射频感应加热，通过石墨毡或多孔石墨绝热，以产生一定的温度梯度，且在温度梯度的驱动下，升华的多晶SiC气相组分可以在SiC籽晶上凝结并结晶，以得到SiC单晶。

SiC籽晶作为晶体生长的成核基础，其表面的质量对形成的SiC晶体质量有着巨大的影响。目前，SiC籽晶的加工过程基本是依靠机械磨刨加工和反应离子刻蚀。其中，由于机械加工需要对SiC籽晶表面施加剪切力，因此被加工的SiC籽晶表面会存在凹槽、粉化和微裂纹的损伤。在液相化学腐蚀中，则会在加工表面留下微孔层；气相化学腐蚀去除效率一般在100nm/min，对于微米级的图形刻蚀时间过长，而且长时间刻蚀则易形成微掩膜，会降低刻蚀速度，比较适合精密修复加工表面损伤；激光加工效率和精度比较高，但一般的激光会使加工晶体周围发生重熔，且在重熔过程中存在氧化问题，以及在加工区容易出现毛刺、鱼鳞碎片等缺陷。

因此，提供一种基于溶液射流辅助激光图形化碳化硅籽晶的方法，实属必要。

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基于溶液射流辅助激光图形化碳化硅籽晶的方法，用于解决现有技术中在图形化碳化硅籽晶时所存在的上述一系列的缺陷问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于溶液射流辅助激光图形化碳化硅籽晶的方法，所述方法包括步骤：

提供碳化硅籽晶，并将所述碳化硅籽晶固定在激光器的托盘上；

通过喷嘴向所述碳化硅籽晶喷涂辅助液，以在所述碳化硅籽晶表面形成具有预设厚度的液膜层，且所述液膜层持续流动，其中，所述辅助液包含抗氧化剂以及金属离子添加剂；

调整脉冲激光束，使所述脉冲激光束透过所述液膜层形成垂直照射的聚焦平面，以图形化所述碳化硅籽晶；在刻蚀过程中，通过所述抗氧化剂降低氧化硅的形成概率，通过所述金属离子添加剂配合空泡提高所述碳化硅籽晶的去除速率。

可选地，所述抗氧化剂包括溶于水或醇的硅酸钠、硅酸锂及苯甲酸钠中的一种或组合。

可选地，所述金属离子添加剂包括硫酸铜、氯化钠、氯化铝、硝酸铬及硝酸铅中的一种或组合。

可选地，还包括采用反应离子刻蚀法或感应耦合等离子刻蚀法刻蚀所述碳化硅籽晶的步骤，以去除所述碳化硅籽晶表面的热损伤层；刻蚀深度的范围包括0.5μm~1.5μm。

可选地，所述液膜层的所述预设厚度的范围包括0.5mm~5mm。

可选地，所述喷嘴的中心线与所述脉冲激光束的中心线在所述碳化硅籽晶表面的交点所形成的偏置距离的范围包括0.1mm~5mm；所述喷嘴的中心线与所述碳化硅籽晶表面的法向夹角所形成的射流倾角的范围包括1°~89°；所述喷嘴的中心线与所述碳化硅籽晶表面的直线距离所形成的喷嘴靶距的范围包括0.5mm~5mm。

可选地，所述喷嘴的出口内径的范围包括0.2mm~1mm；所述辅助液经所述喷嘴喷出时的出口压力的范围包括0.2MPa~20MPa。

可选地，所述脉冲激光束的波长范围包括10nm~1500nm；所述脉冲激光束的宽度范围包括10ns~500ns；所述脉冲激光束的束腰直径范围包括15μm~200μm。

可选地，所述脉冲激光束透过所述液膜层形成的所述聚焦平面距所述碳化硅籽晶表面的距离的范围包括-1mm~1mm；所述脉冲激光束的平均功率的范围包括1W~50W；所述脉冲激光束的扫描速度的范围包括0.1mm/s~500mm/s。

可选地，图形化所述碳化硅籽晶所形成的开槽深度的范围包括50μm~500μm。

可选地，图形化所述碳化硅籽晶后，获得的所述碳化硅籽晶的水平截面形貌包括圆形、多边形或椭圆形中的一种或组合。

可选地，所述激光器包括晶体激光器、CO₂激光器及掺稀土玻璃光纤激光器中的一种。

如上所述，本发明的基于溶液射流辅助激光图形化碳化硅籽晶的方法，至少具有以下有益效果：

通过向碳化硅籽晶喷涂辅助液，可在碳化硅籽晶表面形成具有预设厚度的液膜层，从而通过液膜层能有效降低非激光聚焦处的温度，防止碳化硅的升华，减小重熔区；

通过流动的辅助液，可对加工残渣和毛刺进行冲击，以提高加工精度；

在刻蚀过程中，辅助液中的抗氧化剂，能够有效降低由于脉冲激光束聚焦液体中的水分子时，由水分子所产生的氧离子与碳化硅籽晶中的硅离子相结合形成氧化硅的概率；

在刻蚀过程中，脉冲激光束可诱导液膜层产生空泡破裂，因而由空泡破裂产生的冲击波可提高材料去除效率，通过辅助液中的金属离子添加剂，可使金属离子在吸收脉冲激光束的能量后，配合空泡，进一步的加速剥离材料，从而可进一步的提高材料去除效率，且所选的金属离子添加剂为无毒且易于清除的材料，可提高操作安全性并降低工艺难度；

进一步的，在激光加工后，还可包括反应离子刻蚀或感应耦合等离子刻蚀的步骤，以进一步去除碳化硅籽晶表面所存在微量的热损伤层，从而进一步的提高碳化硅籽晶表面的质量，以提高后续制备的碳化硅晶体的质量。

附图说明

图1显示为本发明中基于溶液射流辅助激光图形化碳化硅籽晶的工艺流程示意图。

图2显示为本发明中在进行图形化碳化硅籽晶时的结构示意图。

图3显示为实施例一中形成的图形化的碳化硅籽晶的结构示意图。

图4显示为实施例二中形成的图形化的碳化硅籽晶的结构示意图。

元件标号说明

100-碳化硅籽晶；200-喷嘴；300-液膜层；400-聚焦镜头；500-脉冲激光束。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

如在详述本发明实施例时，为便于说明，图示会不依一般比例作局部放大或缩小，而且所述示意图只是示例，在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等的空间关系词语来描述附图中的位置关系。将理解到，这些空间关系词语意图包含除了附图中描绘的方向之外的其他方向。此外，当一层被称为在两层“之间”时，它可以是所述两层之间仅有的层，或者也可以存在一个或多个介于其间的层。

在本申请的上下文中，所描述的第一特征在第二特征“之上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，其组件布局型态也可能更为复杂。

如图1及图2所示，本发明提供一种基于溶液射流辅助激光图形化碳化硅籽晶的方法，所述方法包括步骤：

提供碳化硅籽晶100，并将所述碳化硅籽晶100固定在激光器的托盘（未图示）上；

通过喷嘴200向所述碳化硅籽晶100喷涂辅助液，以在所述碳化硅籽晶100表面形成具有预设厚度b的液膜层300，且所述液膜层300持续流动，其中，所述辅助液包含抗氧化剂以及金属离子添加剂；

调整脉冲激光束500，使所述脉冲激光束500透过所述液膜层300形成垂直照射的聚焦平面，以图形化所述碳化硅籽晶100；在刻蚀过程中，通过所述抗氧化剂降低氧化硅的形成概率，通过所述金属离子添加剂配合空泡提高所述碳化硅籽晶的去除速率。

本发明通过向所述碳化硅籽晶100喷涂所述辅助液，可在所述碳化硅籽晶100表面形成具有所述预设厚度b的所述液膜层300，从而通过所述液膜层300能有效降低非激光聚焦处的温度，防止碳化硅的升华，减小重熔区；通过流动的所述辅助液，可对加工残渣和毛刺进行冲击，以提高加工精度；在刻蚀过程中，所述辅助液中的所述抗氧化剂，能够有效降低由于所述脉冲激光束500聚焦液体中的水分子时，由水分子所产生的氧离子与所述碳化硅籽晶100中的硅离子相结合形成氧化硅的概率；在刻蚀过程中，所述脉冲激光束可诱导所述液膜层300产生空泡破裂，因而由空泡破裂产生的冲击波可提高材料去除效率；进一步的，所述辅助液中的所述金属离子添加剂，可在吸收所述脉冲激光束的能量后，配合空泡，以进一步的加速剥离材料，从而可进一步的提高材料去除效率，且所选的所述金属离子添加剂为无毒且易于清除的材料，可提高操作安全性并降低工艺难度。

具体的，参阅图2，显示为在进行图形化所述碳化硅籽晶100时的结构示意图。其中，所述脉冲激光束500的束腰直径为a；所述液膜层300的厚度为b；所述喷嘴200的中心线与所述脉冲激光束500的中心线在所述碳化硅籽晶100表面的交点所形成的偏置距离为c；所述喷嘴200的出口内径为d；所述喷嘴200的中心线与所述碳化硅籽晶100表面的法向夹角所形成的射流倾角为e；所述喷嘴200的中心线与所述碳化硅籽晶100表面的直线距离所形成的喷嘴靶距为f。

在刻蚀过程中，通过流动的所述辅助液，对加工残渣和毛刺进行冲击以提高加工精度的原理如下：

其中，τ_m代表所述脉冲激光束500对所述碳化硅籽晶100表面所产生的切应力；p_w代表所述辅助液经所述喷嘴200喷出时的出口压力；c代表所述喷嘴100的偏置距离；d代表所述喷嘴200的出口内径；f代表所述喷嘴200的喷嘴靶距；e代表所述射流倾角；r代表所述辅助液的发散角，其与所述辅助液的粘度及所添加的助剂相关。

在刻蚀过程中，所述脉冲激光束500会诱导所述液膜层300产生空泡破裂现象，且所述空泡破裂现象产生的冲击波可提高所述碳化硅籽晶100的去除效率，所述脉冲激光束500诱导所述液膜层300产生空泡破裂现象的原理如下：

其中，E_s代表冲击波的能量；b代表所述液膜层的厚度；ρ代表所述辅助液的密度，而u_s和u_p分别代表冲击波速度和冲击波波后速度，p代表冲击波的压力，t代表冲击波的持续时间，以上参数受到激光功率和溶液对激光吸收效率的影响。

在刻蚀过程中，所述脉冲激光束500去除所述碳化硅籽晶100的基本原理是光致发热，其与所述脉冲激光束500的束腰直径a及平均功率相关，但由于所述液膜层300的存在，因此在计算所述束腰直径a时，需考量由所述液膜层300所产生的折射现象，原理如下：

其中，a代表束腰直径；a_o代表所述脉冲激光束500透过所述液膜层300经折射后的束腰直径；λ代表所述脉冲激光束500的激光波长。

作为示例，所述抗氧化剂包括溶于水或醇的硅酸钠、硅酸锂及苯甲酸钠中的一种或组合。

具体的，所述辅助液中包括溶剂，所述溶剂的种类可包括有机溶剂或无机溶剂或混合液，如水或醇类溶剂，进一步的，所述溶剂可包括如纯水或乙醇等，但并非局限于此。当所述脉冲激光束500经所述聚焦镜头400聚焦穿透所述液膜层300时，所述液膜层300中的水分子会被所述脉冲激光束500等离子体化，从而会产生氧离子，而所述氧离子则会与所述碳化硅籽晶100中的硅离子结合，生成氧化硅，而所述氧化硅对于多种波长的激光都具有较高的透过率，从而对激光的吸收率较低，因此所述氧化硅较难去除，其会阻碍所述脉冲激光束500对所述碳化硅籽晶100的刻蚀，使得刻蚀所述碳化硅籽晶100的难度加大。而当添加所述抗氧化剂后，则能够有效降低氧离子与硅离子结合生成氧化硅的概率，从而可降低后续图形化所述碳化硅籽晶100的工艺难度。其中，所述抗氧化剂包括溶于水或醇的硅酸钠、硅酸锂及苯甲酸钠中的一种或组合，具体可根据需要进行选择。

作为示例，所述金属离子添加剂包括硫酸铜、氯化钠、氯化铝、硝酸铬及硝酸铅中的一种或组合。

具体的，在刻蚀过程中，所述金属离子添加剂中的金属离子可吸收所述脉冲激光束500的能量，而后配合空泡，可加速剥离所述碳化硅籽晶100，以提高了去除效率；同时所选的所述金属离子为无毒且易于清除的材料，从而可提高操作安全性并降低工艺难度。其中，所述金属离子添加剂可包括硫酸铜、氯化钠、氯化铝、硝酸铬及硝酸铅中的一种或组合，具体可根据实际需要进行选择。

作为示例，还包括采用反应离子刻蚀法或感应耦合等离子刻蚀法刻蚀所述碳化硅籽晶100的步骤，以去除所述碳化硅籽晶100表面的热损伤层；其中，刻蚀深度的范围包括0.5μm~1.5μm。

具体的，所述脉冲激光束500在刻蚀所述碳化硅籽晶100后，难以避免的在所述碳化硅籽晶100的表面会存在微量的热损伤层，从而经过所述反应离子刻蚀或感应耦合等离子刻蚀后，可进一步去除所述热损伤层，以进一步提高所述碳化硅籽晶100表面的质量，以有利于提高后续制备的碳化硅晶体的质量，其中，刻蚀深度的范围包括0.5μm~1.5μm，如1.0μm、1.2μm等任何界限范围内的点值，此处不作过分限制。

作为示例，所述液膜层300的所述预设厚度b的范围包括0.5mm~5mm，具体数值可根据需要进行选择，如所述预设厚度b可选为1.0mm、1.5mm、2.0mm、2.5mm、3.0mm、4.0mm等任何界限范围内的点值，此处不作过分限制。

作为示例，所述喷嘴200的中心线与所述脉冲激光束500的中心线在所述碳化硅籽晶100表面的交点所形成的所述偏置距离c的范围包括0.1mm~5mm，如0.2mm、0.3mm、1.0mm、2.0mm、3.0mm、4.0mm等任何界限范围内的点值；所述喷嘴200的中心线与所述碳化硅籽晶100表面的法向夹角所形成的所述射流倾角e的范围包括1°~89°，如30°、45°、55°、60°、75°等任何界限范围内的点值；所述喷嘴200的中心线与所述碳化硅籽晶100表面的直线距离所形成的所述喷嘴靶距f的范围包括0.5mm~5mm，如0.8mm、1.0mm、2.0mm、3.0mm、4.0mm等任何界限范围内的点值；具体数据可根据需要进行选择，此处不作过分限制。

作为示例，所述喷嘴200的所述出口内径d的范围包括0.2mm~1mm，如0.4mm、0.6mm、0.8mm等任何界限范围内的点值；所述辅助液经所述喷嘴200喷出时的所述出口压力p_w的范围包括0.2MPa~20MPa，如0.4MPa、0.8MPa、2.0MPa、5.0MPa、10MPa、15MPa等任何界限范围内的点值；具体数据可根据需要进行选择，此处不作过分限制。

作为示例，所述脉冲激光束500的所述波长λ范围包括10nm~1500nm，如100nm、500nm、1000nm、1500nm等何界限范围内的点值；所述脉冲激光束500的宽度范围包括10ns~500ns，如20ns、30ns、100ns、200ns、400ns等任何界限范围内的点值；所述脉冲激光束500的束腰直径a的范围包括15μm~200μm，如40μm、60μm、80μm、100μm、150μm等任何界限范围内的点值；具体数据可根据需要进行选择，此处不作过分限制。

作为示例，所述脉冲激光束500透过所述液膜层300形成的所述聚焦平面距所述碳化硅籽晶100表面的距离的范围包括-1mm~1mm，如-0.5mm、-0.2mm、0.2mm、0.5mm等任何界限范围内的点值；所述脉冲激光束500的平均功率的范围包括1W~50W，如5W、10W、20W、25W、30W、45W等任何界限范围内的点值；所述脉冲激光束500的扫描速度的范围包括0.1mm/s~500mm/s，如0.5mm/s、1.0mm/s、10mm/s、100mm/s、200mm/s、300mm/s、400mm/s等任何界限范围内的点值；具体数据可根据需要进行选择，此处不作过分限制。

作为示例，图形化所述碳化硅籽晶100所形成的开槽深度的范围包括50μm~500μm，如100μm、200μm、300μm、400μm等任何界限范围内的点值，具体数据可根据需要进行选择，此处不作过分限制。

作为示例，图形化所述碳化硅籽晶100后，获得的所述碳化硅籽晶100的水平截面形貌包括圆形、多边形或椭圆形中的一种或组合。

具体的，可通过调节所述托盘上的所述碳化硅籽晶100的位置，根据需要重复刻蚀步骤，以获得不同形貌的所述碳化硅籽晶100，其中，所述碳化硅籽晶100的水平截面形貌可包括圆形、多边形或椭圆形中的一种或组合，具体重复步骤，以及形成的所述碳化硅籽晶100的形貌此处不作过分限制。

作为示例，所述激光器可包括晶体激光器、CO₂激光器及掺稀土玻璃光纤激光器中的一种，具体种类可根据需要进行选择，此处不作过分限制。

以下通过具体的实施例以具体说明本发明的构思，以便于本领域技术人员更易了解本发明的优点与功效。当然在没有背离本发明的精神下，可进行各种修饰或改变，并非仅局限于以下实施例。

实施例一

步骤S1：将4H碳化硅籽晶的碳面向上固定在托盘上；

步骤S2：调整喷嘴的偏置距离为0.2mm，调整射流倾角为45°，固定喷嘴靶距为1.5mm，打开喷嘴，以将辅助液喷涂在所述4H碳化硅籽晶的表面上，形成厚度为1.5mm流动的液膜层；

步骤S3：调整脉冲激光束，使得脉冲激光束垂直照射在所述4H碳化硅籽晶的碳表面上，调整聚焦镜头，以使所述脉冲激光束透过所述液膜层形成聚焦平面距所述4H碳化硅籽晶的碳面距离为-0.133mm，根据所需图形调整所述脉冲激光束的平均功率为35W，并以15mm/s的速度对整个所述4H碳化硅籽晶的碳面进行刻蚀；

步骤S4：根据图3的图形，调整所述4H碳化硅籽晶的角度，顺时针60°，并重复S3的步骤进行扫描刻蚀。

步骤S5：得到图形化的所述4H碳化硅籽晶，如图3所示，获得周期性均匀分布的正六边形台阶，其每层台阶开槽深度为50μm，所得顶层台阶边长为80μm，底层台阶边长为160μm，底层台阶间距为80μm；

步骤S6：利用反应离子刻蚀或感应耦合等离子刻蚀，去除0.8μm厚的所述4H碳化硅籽晶，以去除所述4H碳化硅籽晶的热损伤层。

具体的，本实施例中以4H碳化硅籽晶作为示例，但并非局限于此，也可包括6H碳化硅籽晶等。其中，所述辅助液的溶剂为水、抗氧化剂为硅酸锂，金属离子添加剂为硫酸铜，且三者按质量分数80:15:5进行混合而成。所述脉冲激光束采用YAG激光器发出，其波长为1064nm，脉冲宽度为120ns，束腰直径为15μm。获得的所述4H碳化硅籽晶的水平截面为六边形，但并非局限在于此。所述4H碳化硅籽晶的具体形貌可通过调节刻蚀工艺进行调整，此处不作过分限制。

实施例二

如图4所示，本实施例所选工艺步骤可参阅实施例一，不同之处主要在于：获得了不同形貌的碳化硅籽晶，即形成的所述碳化硅籽晶的形貌为放射性渐变高度且周期性排列。

具体实施过程中，可通过调整喷嘴位置、脉冲激光束的输出功率、扫描速度及再次调制频率等，以满足：

其中，

代表脉冲激光束的平均功率，a_o代表脉冲激光束的光斑，v代表脉冲激光 束的扫描速度，ω代表再次调制频率。此输出功率为渐变调整，实现了所述碳化硅籽晶表面 的去除量渐变调整，最终可获得如图4所示的具有放射性渐变高度的图形。具体步骤此处不 作赘述。

综上所述，本发明基于溶液射流辅助激光图形化碳化硅籽晶的方法，通过向碳化硅籽晶喷涂辅助液，可在碳化硅籽晶表面形成具有预设厚度的液膜层，从而通过液膜层能有效降低非激光聚焦处的温度，防止碳化硅的升华，减小重熔区；通过流动的辅助液，可对加工残渣和毛刺进行冲击，以提高加工精度；在刻蚀过程中，辅助液中的抗氧化剂，能够有效降低由于脉冲激光束聚焦液体中的水分子时，由水分子所产生的氧离子与碳化硅籽晶中的硅离子相结合形成氧化硅的概率；在刻蚀过程中，脉冲激光束可诱导液膜层产生空泡破裂，因而由空泡破裂产生的冲击波，可提高材料去除效率；进一步的，辅助液中的金属离子添加剂，可在吸收脉冲激光束的能量后，配合空泡，以进一步的加速剥离材料，从而可进一步的提高材料去除效率，且所选的金属离子添加剂为无毒且易于清除的材料，可提高操作安全性并降低工艺难度；在激光加工后，还可包括反应离子刻蚀或感应耦合等离子刻蚀的步骤，以进一步去除碳化硅籽晶所存在的微量的热损伤层，从而进一步的提高碳化硅籽晶表面的质量，提高后续制备的碳化硅晶体的质量。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种基于溶液射流辅助激光图形化碳化硅籽晶的方法，其特征在于，所述方法包括步骤：

提供碳化硅籽晶，并将所述碳化硅籽晶固定在激光器的托盘上；

通过喷嘴向所述碳化硅籽晶喷涂辅助液，以在所述碳化硅籽晶表面形成具有预设厚度的液膜层，且所述液膜层持续流动，其中，所述辅助液包含抗氧化剂以及金属离子添加剂；

调整脉冲激光束，使所述脉冲激光束透过所述液膜层形成垂直照射的聚焦平面，以图形化所述碳化硅籽晶；在刻蚀过程中，通过所述抗氧化剂降低氧化硅的形成概率，通过所述金属离子添加剂配合空泡提高所述碳化硅籽晶的去除速率。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述抗氧化剂包括溶于水或醇的硅酸钠、硅酸锂及苯甲酸钠中的一种或组合。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述金属离子添加剂包括硫酸铜、氯化钠、氯化铝、硝酸铬及硝酸铅中的一种或组合。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：还包括采用反应离子刻蚀法或感应耦合等离子刻蚀法刻蚀所述碳化硅籽晶的步骤，以去除所述碳化硅籽晶表面的热损伤层，其中，采用所述反应离子刻蚀法或感应耦合等离子刻蚀法所刻蚀的刻蚀深度的范围为0.5μm~1.5μm。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述液膜层的所述预设厚度的范围为0.5mm~5mm。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述喷嘴的中心线与所述脉冲激光束的中心线在所述碳化硅籽晶表面的交点所形成的偏置距离的范围为0.1mm~5mm；所述喷嘴的中心线与所述碳化硅籽晶表面的法向夹角所形成的射流倾角的范围为1°~89°；所述喷嘴的中心线与所述碳化硅籽晶表面的直线距离所形成的喷嘴靶距的范围为0.5mm~5mm。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述喷嘴的出口内径的范围为0.2mm~1mm；所述辅助液经所述喷嘴喷出时的出口压力的范围为0.2MPa~20MPa。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述脉冲激光束透过所述液膜层形成的所述聚焦平面距所述碳化硅籽晶表面的距离的范围为-1mm~1mm；所述脉冲激光束的平均功率的范围为1W~50W；所述脉冲激光束的扫描速度的范围为0.1mm/s~500mm/s。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：图形化所述碳化硅籽晶所形成的开槽深度的范围为50μm~500μm；图形化所述碳化硅籽晶后，获得的所述碳化硅籽晶的水平截面形貌包括圆形、多边形或椭圆形中的一种或组合。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述激光器包括晶体激光器、CO₂激光器及掺稀土玻璃光纤激光器中的一种；所述脉冲激光束的波长范围为10nm~1500nm；所述脉冲激光束的宽度范围为10ns~500ns；所述脉冲激光束的束腰直径范围为15μm~200μm。

Images