CN112048768A - 碳化硅晶体及碳化硅晶种片 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种碳化硅晶体及碳化硅晶种片，所述碳化硅晶种片包含材质为单晶碳化硅的一晶棒生长区、材质为碳化硅的一缺陷阻隔区、及材质为碳化硅的应力吸收区。所述缺陷阻隔区呈环状且围绕于所述晶棒生长区的外周缘。所述缺陷阻隔区为一非共格界面。所述应力吸收区呈环状且围绕于所述缺陷阻隔区的外周缘。据此，所述碳化硅晶种片能在晶棒生长区的外侧形成有呈非共格界面的缺陷阻隔区及应力吸收区，以避免晶棒生长区受到外部环境影响、并有效地降低晶棒生长区内的缺陷的生长速度。
Description
技术领域
本发明涉及一种晶种片，尤其涉及一种碳化硅晶体及碳化硅晶种片。
背景技术
为使碳化硅晶棒具备有较佳的质量，其需以缺陷数量极低的晶种片进行长晶作业，据以避免晶种片的缺陷蔓延至碳化硅晶棒内。然而，纵使以上述缺陷数量极低的晶种片进行长晶作业，其所生长而成的碳化硅晶棒还是容易受到其他因素影响(如：外在环境或内在应力)而导致缺陷产生，并且缺陷数量极低的晶种片的成本也极为高昂。
于是，本发明人认为上述缺陷可改善，乃特潜心研究并配合科学原理的运用，终于提出一种设计合理且有效改善上述缺陷的本发明。
发明内容
本发明实施例在于提供一种碳化硅晶体及碳化硅晶种片，其能有效地改善现有晶种片所可能产生的缺陷。
本发明实施例公开一种碳化硅晶体，其包括：一碳化硅晶种片，包含：一晶棒生长区，其材质为单晶碳化硅，并且晶棒生长区定义有一中心轴；一缺陷阻隔区，其材质为碳化硅，缺陷阻隔区呈环状且围绕于晶棒生长区的外侧缘；其中，缺陷阻隔区为一非共格界面(non-coherent interface)；及一应力吸收区，其材质为碳化硅，应力吸收区呈环状且围绕于缺陷阻隔区的外侧缘；一单晶硅晶棒，自晶棒生长区沿中心轴长晶所形成；一内牺牲层，自缺陷阻隔区沿平行中心轴的方向长晶所形成，并且内牺牲层呈环状且围绕于单晶硅晶棒的外侧缘；以及一外牺牲层，自应力吸收区沿平行中心轴的方向长晶所形成，并且外牺牲层呈环状且围绕于内牺牲层的外侧缘；其中，外牺牲层的每单位区域的缺陷数量大于单晶硅晶棒的每单位区域的缺陷数量。
优选地，缺陷阻隔区能使内牺牲层用来阻隔外牺牲层中的缺陷蔓延至单晶硅晶棒，并且应力吸收区能使外牺牲层用来吸收来自单晶硅晶棒的应力；其中，应力吸收区的材质进一步限定为单晶碳化硅，并且应力吸收区的每单位区域的缺陷数量为晶棒生长区的每单位区域的缺陷数量的至少两倍；或者，应力吸收区的材质进一步限定为多晶碳化硅。
优选地，于通过中心轴的碳化硅晶种片的一外径中，晶棒生长区所占的长度为应力吸收区所占的长度的1～6倍，并且缺陷阻隔区所占的长度不大于10微米(μm)。
优选地，单晶硅晶棒包含有一内区块及呈环状且围绕于内区块的一外区块，并且外牺牲层的每单位区域的缺陷数量大于内区块的每单位区域的缺陷数量，而内区块的每单位区域的缺陷数量大于外区块的每单位区域的缺陷数量；其中，碳化硅晶种片能与单晶硅晶棒、内牺牲层、及外牺牲层分离，用以长晶生成另一单晶硅晶棒、另一内牺牲层、及另一外牺牲层。
本发明实施例也公开一种碳化硅晶种片，其包括：一晶棒生长区，其材质为单晶碳化硅；一缺陷阻隔区，其材质为碳化硅，缺陷阻隔区呈环状且围绕于晶棒生长区的外周缘；其中，缺陷阻隔区为一非共格界面(non-coherent interface)；以及一应力吸收区，其材质为碳化硅，应力吸收区呈环状且围绕于缺陷阻隔区的外周缘。
优选地，应力吸收区的材质进一步限定为单晶碳化硅，并且应力吸收区的每单位区域的缺陷数量大于晶棒生长区的每单位区域的缺陷数量。
优选地，应力吸收区的每单位区域的缺陷数量为晶棒生长区的每单位区域的缺陷数量的至少两倍。
优选地，应力吸收区的材质进一步限定为多晶碳化硅。
优选地，晶棒生长区定义有一中心轴；于通过中心轴的碳化硅晶种片的一外径中，晶棒生长区所占的长度不小于应力吸收区所占的长度，并且应力吸收区所占的长度大于缺陷阻隔区所占的长度。
优选地，碳化硅晶种片的外径中，晶棒生长区所占的长度为应力吸收区所占的长度的1～6倍，并且缺陷阻隔区所占的长度不大于10微米(μm)。
综上所述，本发明实施例所公开的碳化硅晶体及碳化硅晶种片，其能在晶棒生长区的外侧形成有呈非共格界面的缺陷阻隔区及应力吸收区，据以避免晶棒生长区受到外部环境影响、并有效地降低晶棒生长区内的缺陷的生长速度。
据此，所述碳化硅晶种片(的晶棒生长区)通过长晶作业所形成的单晶硅晶棒能够具备有较佳的质量(即低缺陷)，并且由于所述碳化硅晶种片于晶棒生长区之外另行增设有缺陷阻隔区与应力吸收区，以使得碳化硅晶种片的晶棒生长区的缺陷数量要求较低，据以有效降低成本。
为能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，但是此等说明与附图仅用来说明本发明，而非对本发明的保护范围作任何的限制。
附图说明
图1为本发明实施例一的碳化硅晶种片的立体示意图。
图2为图1的俯视示意图。
图3为本发明实施例二的碳化硅晶体的立体示意图。
图4为图3的俯视示意图。
图5为图3中的碳化硅晶种片脱离的立体示意图。
图6为图5中的单晶硅晶棒在去除外侧的内牺牲层与外牺牲层之后的立体示意图。
图7为图5中的碳化硅晶种片长晶形成另一碳化硅晶体的立体示意图。
具体实施方式
请参阅图1至图7所示，其为本发明的实施例，需先说明的是，本实施例对应附图所提及的相关数量与外型，仅用来具体地说明本发明的实施方式，以便于了解本发明的内容，而非用来局限本发明的保护范围。
[实施例一]
请参阅图1和图2所示，其为本发明的实施例一。本实施例公开一种碳化硅晶种片100；也就是说，材质非为碳化硅的晶种片则非为本实施例所指的碳化硅晶种片100。其中，所述碳化硅晶种片100于本实施例中是以厚度T介于0.5公厘(mm)～1公厘的一圆形片体来说明，但本发明不受限于此。举例来说，在本发明未绘示的其他实施例中，所述碳化硅晶种片100也可以是方形等其他形状。
所述碳化硅晶种片100包含有材质为单晶碳化硅的一晶棒生长区1、材质为碳化硅的一缺陷阻隔区2、及材质为碳化硅的一应力吸收区3。其中，所述晶棒生长区1于本实施例中呈圆形，并且上述晶棒生长区1的具体尺寸可依据设计需求而加以变化(如：2吋、4吋、5吋、6吋、或8吋)。再者，所述晶棒生长区1定义有一中心轴C，并且上述中心轴C于本实施例中垂直于晶棒生长区1且通过晶棒生长区1的圆心。
所述缺陷阻隔区2呈环状且围绕于上述晶棒生长区1的外周缘，并且所述应力吸收区3呈环状且围绕于上述缺陷阻隔区2的外周缘。其中，所述缺陷阻隔区2与应力吸收区3于本实施例中各是以圆环状来说明，但于本发明未绘示的其他实施例中，所述缺陷阻隔区2与应力吸收区3也可以是其他形状。
进一步地说，所述缺陷阻隔区2为一非共格界面(non-coherent interface)，借以阻隔位于上述缺陷阻隔区2外侧的缺陷蔓延至所述晶棒生长区1内。其中，所述非共格界面为大角度晶界，且其指向差异大于15度以上。再者，所述应力吸收区3能隔开上述晶棒生长区1与外部环境，据以避免晶棒生长区1受到外部环境影响。并且所述应力吸收区3还能用来吸收晶棒生长区1内的缺陷所释放的应力，据以有效地降低晶棒生长区1内的缺陷的生长速度。
需额外说明的是，所述应力吸收区3能够透过各种结构设计来达到吸收晶棒生长区1内的缺陷所释放应力的效果，而本实施例的应力吸收区3仅以下述两种实施态样来说明，但本发明不受限于此。
第一实施态样(以缺陷区分)：所述应力吸收区3材质与晶棒生长区1相同(也就是，皆为单晶碳化硅)，但所述应力吸收区3的每单位区域的缺陷数量大于所述晶棒生长区1的每单位区域的缺陷数量，据以使上述应力吸收区3的结构能够相对于晶棒生长区1更为松散，以利于吸收上述晶棒生长区1内的缺陷所释放应力。其中，所述应力吸收区3的每单位区域的缺陷数量于本实施例中较佳为晶棒生长区1的每单位区域的缺陷数量的至少两倍，但本发明不受限于此。
第二实施态样(以晶向区分)：所述应力吸收区3的材质不同于晶棒生长区1，而所述应力吸收区3的材质可以是多晶碳化硅，据以使上述应力吸收区3的结构能够相对于晶棒生长区1更为松散，以利于吸收上述晶棒生长区1内的缺陷所释放应力。
此外，为使本实施例的碳化硅晶种片100所形成的单晶硅晶棒具有较佳的质量，所述碳化硅晶种片100还可以进一步具备有下述结构限制，但本发明不受限于此。进一步地说，于通过所述中心轴C的碳化硅晶种片100的一外径中，所述晶棒生长区1所占的长度不小于应力吸收区3所占的长度，并且所述应力吸收区3所占的长度大于缺陷阻隔区2所占的长度。其中，所述晶棒生长区1所占的长度为应力吸收区3所占的长度的1～6倍，并且所述缺陷阻隔区2所占的长度不大于10微米(μm)。换个角度来看，当上述碳化硅晶种片100的外径对应更换为图2中的半径R呈现时，则上述晶棒生长区1的长度、应力吸收区3的长度、及缺陷阻隔区2的长度则分别对应于图2中的R1、R3、及R2。
[实施例二]
请参阅图3至图7所示，其为本发明的实施例二，本实施例类似于上述实施例一，所以两个实施例的相同处(如：碳化硅晶种片100)则不再加以赘述，而本实施例与上述实施例一的差异主要在于：本实施例公开一种碳化硅晶体1000，其能以上述实施例一的碳化硅晶种片100进行长晶作业而制成，但本发明不受限于此。
具体来说，如图3和图4所示，所述碳化硅晶体1000包含有一碳化硅晶种片100、一单晶硅晶棒200、一内牺牲层300、及一外牺牲层400。其中，所述单晶硅晶棒200自上述碳化硅晶种片100的晶棒生长区1沿中心轴C长晶所形成；所述内牺牲层300自上述碳化硅晶种片100的缺陷阻隔区2沿平行所述中心轴C的方向(如：图3中的向上)长晶所形成，并且所述内牺牲层300呈环状且围绕于单晶硅晶棒200的外侧缘；所述外牺牲层400自上述碳化硅晶种片100的应力吸收区3沿平行中心轴C的方向(如：图3中的向上)长晶所形成，并且所述外牺牲层400呈环状且围绕于内牺牲层300的外侧缘。
再者，基于上述碳化硅晶种片100的结构设计(也就是，应力吸收区3的每单位区域的缺陷数量大于晶棒生长区1的每单位区域的缺陷数量)，据以使所述外牺牲层400的每单位区域的缺陷数量大于上述单晶硅晶棒200的每单位区域的缺陷数量。
进一步地说，所述单晶硅晶棒200包含有一内区块201及呈环状且围绕于所述内区块201的一外区块202，并且所述外牺牲层400的每单位区域的缺陷数量大于所述内区块201的每单位区域的缺陷数量，而所述内区块201的每单位区域的缺陷数量大于所述外区块202的每单位区域的缺陷数量。据此，所述碳化硅晶体1000的每单位区域的缺陷数量由外而内是呈现渐减而后再渐增的分布型态，据以利于单晶硅晶棒200保有较佳的品质。
另，所述碳化硅晶种片100的缺陷阻隔区2能使上述内牺牲层300用来阻隔所述外牺牲层400中的缺陷蔓延至所述单晶硅晶棒200，并且所述碳化硅晶种片100的应力吸收区3能使所述外牺牲层400用来吸收来自所述单晶硅晶棒200的应力(如：单晶硅晶棒200内的缺陷所释放的应力)。据此，所述碳化硅晶体1000通过自碳化硅晶种片100的缺陷阻隔区2与应力吸收区3所延伸形成的内牺牲层300与外牺牲层400，而能有效地降低单晶硅晶棒200内的缺陷形成，以提升其质量。
需额外说明的是，如图5至图7所示，所述碳化硅晶体1000在移除碳化硅晶种片100、内牺牲层300、与外牺牲层400之后所留下的单晶硅晶棒200，其用来切割以形成多片晶圆(wafer)。也就是说，所述内牺牲层300与外牺牲层400是被舍弃而非是晶圆的一部分，所以碳化硅晶体1000中被用来作为晶圆的任何部位则非为本实施例所指的内牺牲层300与外牺牲层400。
再者，所述碳化硅晶种片100在与上述单晶硅晶棒200、所述内牺牲层300、及所述外牺牲层400分离之后，能用来长晶生成另一单晶硅晶棒200a、另一内牺牲层300a、及另一外牺牲层400a(如：图5)，以形成另一碳化硅晶体1000a。
[本发明实施例的技术效果]
综上所述，本发明实施例所公开的碳化硅晶体及碳化硅晶种片，其能在晶棒生长区的外侧形成有呈非共格界面的缺陷阻隔区，借以阻隔位于上述缺陷阻隔区外侧的缺陷蔓延至所述晶棒生长区内。再者，所述应力吸收区能隔开上述晶棒生长区与外部环境，据以避免晶棒生长区受到外部环境影响。并且所述应力吸收区还能用来吸收晶棒生长区内的缺陷所释放的应力，据以有效地降低晶棒生长区内的缺陷的生长速度。
据此，所述碳化硅晶种片(的晶棒生长区)通过长晶作业所形成的单晶硅晶棒能够具备有较佳的质量(即低缺陷)，并且由于所述碳化硅晶种片于晶棒生长区之外另行增设有缺陷阻隔区与应力吸收区，以使得碳化硅晶种片的晶棒生长区的缺陷数量要求较低，据以有效降低成本。
以上所公开的内容仅为本发明的优选可行实施例，并非因此局限本发明的专利范围，所以凡是运用本发明说明书及图式内容所做的等效技术变化，均包含于本发明的专利范围内。
Claims (10)
1.一种碳化硅晶体，其特征在于，所述碳化硅晶体包括：
一碳化硅晶种片，包含：
一晶棒生长区，其材质为单晶碳化硅，并且所述晶棒生长区定义有一中心轴；
一缺陷阻隔区，其材质为碳化硅，所述缺陷阻隔区呈环状且围绕于所述晶棒生长区的外侧缘；其中，所述缺陷阻隔区为一非共格界面；及
一应力吸收区，其材质为碳化硅，所述应力吸收区呈环状且围绕于所述缺陷阻隔区的外侧缘；
一单晶硅晶棒，自所述晶棒生长区沿所述中心轴长晶所形成；
一内牺牲层，自所述缺陷阻隔区沿平行所述中心轴的方向长晶所形成，并且所述内牺牲层呈环状且围绕于所述单晶硅晶棒的外侧缘；以及
一外牺牲层，自所述应力吸收区沿平行所述中心轴的方向长晶所形成，并且所述外牺牲层呈环状且围绕于所述内牺牲层的外侧缘；其中，所述外牺牲层的每单位区域的缺陷数量大于所述单晶硅晶棒的每单位区域的缺陷数量。
2.如权利要求1所述的碳化硅晶体，其特征在于，其中，所述缺陷阻隔区能使所述内牺牲层用来阻隔所述外牺牲层中的缺陷蔓延至所述单晶硅晶棒，并且所述应力吸收区能使所述外牺牲层用来吸收来自所述单晶硅晶棒的应力；其中，所述应力吸收区的材质进一步限定为单晶碳化硅，并且所述应力吸收区的每单位区域的缺陷数量为所述晶棒生长区的每单位区域的缺陷数量的至少两倍；或者，所述应力吸收区的材质进一步限定为多晶碳化硅。
3.如权利要求1所述的碳化硅晶体，其特征在于，于通过所述中心轴的所述碳化硅晶种片的一外径中，所述晶棒生长区所占的长度为所述应力吸收区所占的长度的1～6倍，并且所述缺陷阻隔区所占的长度不大于10微米。
4.如权利要求1所述的碳化硅晶体，其特征在于，所述单晶硅晶棒包含有一内区块及呈环状且围绕于所述内区块的一外区块，并且所述外牺牲层的每单位区域的缺陷数量大于所述内区块的每单位区域的缺陷数量，而所述内区块的每单位区域的缺陷数量大于所述外区块的每单位区域的缺陷数量；其中，所述碳化硅晶种片能与所述单晶硅晶棒、所述内牺牲层、及所述外牺牲层分离，用以长晶生成另一单晶硅晶棒、另一内牺牲层、及另一外牺牲层。
5.一种碳化硅晶种片，其特征在于，所述碳化硅晶种片包括：
一晶棒生长区，其材质为单晶碳化硅；
一缺陷阻隔区，其材质为碳化硅，所述缺陷阻隔区呈环状且围绕于所述晶棒生长区的外周缘；其中，所述缺陷阻隔区为一非共格界面；以及
一应力吸收区，其材质为碳化硅，所述应力吸收区呈环状且围绕于所述缺陷阻隔区的外周缘。
6.如权利要求5所述的碳化硅晶种片，其特征在于，所述应力吸收区的材质进一步限定为单晶碳化硅，并且所述应力吸收区的每单位区域的缺陷数量大于所述晶棒生长区的每单位区域的缺陷数量。
7.如权利要求6所述的碳化硅晶种片，其特征在于，所述应力吸收区的每单位区域的缺陷数量为所述晶棒生长区的每单位区域的缺陷数量的至少两倍。
8.如权利要求5所述的碳化硅晶种片，其特征在于，所述应力吸收区的材质进一步限定为多晶碳化硅。
9.如权利要求5所述的碳化硅晶种片，其特征在于，所述晶棒生长区定义有一中心轴；于通过所述中心轴的所述碳化硅晶种片的一外径中，所述晶棒生长区所占的长度不小于所述应力吸收区所占的长度，并且所述应力吸收区所占的长度大于所述缺陷阻隔区所占的长度。
10.如权利要求9所述的碳化硅晶种片，其特征在于，所述碳化硅晶种片的所述外径中，所述晶棒生长区所占的长度为所述应力吸收区所占的长度的1～6倍，并且所述缺陷阻隔区所占的长度不大于10微米。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20201208 |
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