CN114808128B - 一种碳化硅籽晶及由其制得的碳化硅单晶片、单晶锭 - Google Patents

一种碳化硅籽晶及由其制得的碳化硅单晶片、单晶锭 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种碳化硅籽晶及由其制得的碳化硅单晶片、单晶锭。其中，所述碳化硅单晶片包括第一表面及与所述第一表面相对的第二表面，所述第一表面和第二表面的不同位置处的XRD半高宽均不大于16arcsec；所述第一表面和第二表面的不同位置处的XRD半高宽的差值不大于5arcsec。本申请的碳化硅单晶片质量较高且不同位置处结晶质量均匀，晶型一致性好。

Description

一种碳化硅籽晶及由其制得的碳化硅单晶片、单晶锭
技术领域
本申请涉及一种碳化硅籽晶及由其制得的碳化硅单晶片、单晶锭，属于半导体材料技术领域。
背景技术
碳化硅(SiC)单晶衬底由于具有禁带宽度大、电阻率及热导率高、击穿场强大等优异的物理性能而成为制备GaN基高频微波器件的优选半导体材料。随着5G技术的不断发展，市场端对碳化硅单晶衬底的需求数量不断扩大，更重要的，批量商业化的应用对碳化硅单晶衬底的质量要求也提出了更高的要求。
目前已经产业化的碳化硅单晶制备方法主要是在物理气相法(PVT)，在使用PVT法进行SiC长晶时，对碳化硅单晶经过切割、研磨等加工后，筛选得到一片优质籽晶作为“种子”，在稳定的长晶工艺下使粉料中C、Si粉料升华并发生化合反应形成SiC气氛，在籽晶面按一定的原子排列继续生长。因此通常通过调控长晶工艺及对籽晶进行预处理来提高SiC衬底的结晶质量。
然而，在PVT长晶时，富碳环境中的碳颗粒会随着流场进入晶体中形成碳包裹物，在切割形成衬底的过程中，包裹物大概率会包括在碳化硅衬底表面，以凹坑填补C杂质形式出现，以该衬底作为籽晶进行晶体生长，表面暴露包裹物影响SiC晶体形核质量，进而造成晶格缺陷，造成生长晶体结晶质量变差。此外，由于生长过程中贯穿性位错的遗传，导致籽晶在迭代过程中缺陷累加，导致位错密度逐渐增大，结晶质量逐渐降低，因此导致其生长得到的碳化硅单晶及衬底的质量也逐渐降低，进一步导致其加工制得的籽晶质量降低，从而难以持续产出高质量的SiC单晶、衬底及籽晶。
发明内容
为了解决上述问题，提供了一种碳化硅籽晶及由其制得的碳化硅单晶片、单晶锭。本申请的碳化硅单晶片质量较高，结晶质量均匀，其可以继续作为籽晶进行长晶，能够持续产出高质量的碳化硅单晶片。
根据本申请的一个方面，提供了一种碳化硅单晶片，其包括第一表面及与所述第一表面相对的第二表面，所述第一表面和第二表面的不同位置处的XRD半高宽均不大于16arcsec；所述第一表面和第二表面的不同位置处的XRD半高宽的差值不大于5arcsec。
可选地，所述第一表面与第二表面之间具有多条沿轴向延伸的轴线，每条所述轴线的不同位置处的XRD半高宽均不大于20arcsec；
优选的，每条轴线的不同位置处的XRD半高宽的差值不大于3arcsec。
该碳化硅单晶片结晶质量高，且沿第一表面、第二表面及多条轴线的不同位置处的XRD半峰宽差值很小，说明结晶质量均匀。
可选地，所述碳化硅单晶片表面具有原子台阶，所述原子台阶的高度与理论碳硅双原子层的高度之比为0.9-1.1:1。本申请中碳化硅单晶片晶格畸变小，碳硅双原子层的高度接近理论值，因此其作为籽晶时，能够稳定长晶。
可选地，所述第一表面和第二表面的不同位置处的XRD半高宽的差值不大于3arcsec。
可选地，所述碳化硅单晶片的刃位错密度不大于2500cm-2，螺位错密度不大于100cm-2，基平面位错密度不大于100cm-2，总位错密度不大于2500cm-2；和/或
所述碳化硅单晶片的TTV不大于3μm，BOW不大于3μm，Warp不大于5μm。
可选地，相邻代的所述碳化硅单晶片的XRD半高宽的差值不大于3arcsec，且所述碳化硅单晶片由多层碳硅双原子层组成，相邻代的所述碳化硅单晶片表面的碳硅双原子层层数之比为0.9-1.1:1；优选为0.95-1.05:1；
其中，相邻代的所述碳化硅单晶片包括前代单晶片和后代单晶片，所述后代单晶片由前代单晶片加工的籽晶制备得到。
其中，本申请中的碳化硅单晶片的碳硅双原子层层数为实际测量的层数；
优选的，所述后代单晶片的XRD半高宽不大于所述前代单晶片的半高宽。
可选地，相邻代的所述碳化硅单晶片的拉曼光谱中特征峰的偏移量不大于0.35cm-1；
优选的，相邻代的所述碳化硅单晶片的拉曼光谱中特征峰的偏移量不大于0.1cm-1。相邻代之间的单晶片拉曼特征峰偏移量较小，说明结晶质量良好，且相邻代之间的晶格一致性良好、应力差异小，晶型不发生改变。
可选地，相邻代的所述碳化硅单晶片的刃位错密度的差值不大于60cm-2，螺位错密度的差值不大于30cm-2，基平面位错密度的差值不大于20cm-2，总位错密度的差值不大于150cm-2；
优选的，所述后代单晶片的刃位错密度不大于所述前代单晶片的刃位错密度，所述后代单晶片的螺位错密度不大于所述前代单晶片的螺位错密度，所述后代单晶片的基平面位错密度不大于所述前代单晶片的螺位错密度，所述后代单晶片的总位错密度不大于所述前代单晶片的总位错密度；
更优选的，所述后代单晶片的总位错密度小于所述前代单晶片的总位错密度。
该碳化硅单晶片位错密度较低，与前代单晶片相比，质量稳定，其继续加工后得到的籽晶位错密度低，因此可以持续产出高质量的籽晶及单晶片。
根据本申请的另一个方面，提供了一种碳化硅单晶锭，其包括多个径向延伸面和多条沿轴向延伸的轴线，每个所述径向延伸面的不同位置处的XRD半高宽均不大于16arcsec，每条所述轴线的不同位置处的XRD半高宽均不大于20arcsec；
所述径向延伸面的不同位置处的XRD半高宽的差值不大于5arcsec，每条轴线的不同位置处的XRD半高宽的差值不大于3arcsec。
优选的，所述径向延伸面的不同位置处的XRD半高宽的差值不大于3arcsec，每条轴线的不同位置处的XRD半高宽的差值不大于1arcsec。
可选地，相邻代的所述碳化硅单晶锭的XRD半高宽的差值不大于3arcsec，且所述碳化硅单晶锭由多层碳硅双原子层组成，相邻代的所述碳化硅单晶锭的表面碳硅双原子层层数之比为0.9-1.1:1；
其中，相邻代的所述碳化硅单晶锭包括前代单晶锭和后代单晶锭，所述后代单晶锭由前代单晶锭加工的籽晶制备得到。
本申请中的碳化硅单晶锭表面的碳硅双原子层层数为实际测量的层数。
可选地，相邻代的所述碳化硅单晶锭的拉曼光谱中特征峰的偏移量不大于0.35cm-1；
优选的，相邻代的所述碳化硅单晶锭的拉曼光谱中特征峰的偏移量不大于0.1cm-1。
可选地，相邻代的所述碳化硅单晶锭的刃位错密度的差值不大于60cm-2，螺位错密度的差值不大于30cm-2，基平面位错密度的差值不大于20cm-2，总位错密度的差值不大于150cm-2；
优选的，相邻代的所述碳化硅单晶锭的刃位错密度的差值不大于40cm-2，螺位错密度的差值不大于10cm-2，基平面位错密度的差值不大于10cm-2，总位错密度的差值不大于50cm-2。
优选的，所述碳化硅单晶锭的刃位错密度不大于2500cm-2，螺位错密度不大于100cm-2，基平面位错密度不大于100cm-2，总位错密度不大于2500cm-2。
可选地，所述后代单晶锭的刃位错密度不大于所述前代单晶锭的刃位错密度，所述后代单晶锭的螺位错密度不大于所述前代单晶锭的螺位错密度，所述后代单晶锭的基平面位错密度不大于所述前代单晶锭的螺位错密度，所述后代单晶锭的总位错密度不大于所述前代单晶锭的总位错密度；
优选的，所述后代单晶锭的总位错密度小于所述前代单晶锭的总位错密度。
根据本申请的又一个方面，提供了一种用于制备上述任一项所述的碳化硅单晶或上述任一项所述的碳化硅单晶锭的碳化硅籽晶，所述碳化硅籽晶生长面的碳包裹体浓度不大于0.01个/cm2，后代籽晶生长面的碳包裹体浓度不大于前代籽晶生长面的碳包裹体浓度；
其中，所述后代籽晶由前代籽晶制备的单晶加工得到。
优选的，所述碳化硅籽晶生长面的碳包裹体为0个。本申请的碳化硅籽晶无碳包裹体，质量高，随着迭代次数的增加，碳包裹体浓度不会上升，因此能够持续产出高质量的碳化硅单晶；此外，由于单晶的结晶质量在迭代过程中不会下降，甚至有所提高，因此籽晶的结晶质量在迭代过程中也基本保持不变甚至逐渐提高。
可选地，所述碳化硅籽晶沿径向延伸面的不同位置处的半高宽均不大于20arcsec；和/或
所述碳化硅籽晶的刃位错密度不大于2500cm-2，螺位错密度不大于100cm-2，基平面位错密度不大于100cm-2，总位错密度不大于2500cm-2；和/或
所述碳化硅籽晶的生长面具有多个原子台阶，所述原子台阶由碳硅双原子层组成，每个原子台阶的高度与理论碳硅双原子层的高度之比为0.9-1.1:1。
根据本申请的又一个方面，提供了一种籽晶的处理方法，其包括以下步骤：
(1)将碳化硅衬底的第一表面涂覆粘附剂，待所述粘附剂干燥后，形成涂覆膜，将所述涂覆膜从所述碳化硅衬底的表面剥离，以将所述碳化硅衬底表面的至少部分碳包裹体除去；
通过在碳化硅衬底表面涂覆粘附剂，在毛细作用下，该粘附剂浸润凹坑并将其中的碳颗粒包裹住，该粘附剂形成的涂覆膜与碳包裹物形成结合力，通过将该涂覆膜与碳化硅衬底剥离从而将碳包裹物从碳化硅衬底的凹坑中带出。
(2)将经步骤(1)处理得到的碳化硅衬底在氧气氛围下至少保温1h后冷却，其中，保温温度为500-900℃；
通过将碳化硅衬底置于氧气氛围下，保证残余的碳包裹物或碳元素被氧化，进一步除去碳化硅衬底表面的碳包裹物。
(3)将步骤(2)处理得到的碳化硅衬底的第一表面进行抛光后，得到所述籽晶。
可以理解的是，所述碳化硅衬底包括第一表面及与所述第一表面相对的第二表面，且经过处理的第一表面作为籽晶生长面。
可选地，步骤(1)中，按重量份数计，所述粘附剂包括4-8份的有机溶剂、1-3份的成膜剂、1-3份的增塑剂及1-5份的表面活性剂。
优选的，所述粘附剂包括6份的有机溶剂、2份的成膜剂、2份的增塑剂及3份的表面活性剂。
可选地，所述有机溶剂选自酮类有机溶剂和醇类有机溶剂中的至少一种，优选为异丙醇；和/或
所述成膜剂选自丙烯酸树脂成膜剂、聚乙烯醇类成膜剂和PVP(聚乙烯吡咯烷酮)非离子型高分子化合物类成膜剂中的至少一种，优选为聚乙烯醇；和/或
所述增塑剂选自聚合型醇类和邻苯二甲酸酯类中的至少一种，优选为聚乙二醇；和/或
所述表面活性剂包括非离子型表面活性剂和离子型表面活性剂中的至少一种，优选为重量比为2:1的纤维素醚类表面活性剂和甘油，更优选为为重量比为2:1的羟乙基纤维素醚表面活性剂和甘油。
可选地，所述涂覆膜的厚度为0.5-2mm，优选为1-1.5mm，更优选为1.2mm。该设置方式可以保证涂覆膜具有足够的粘附力，能最大程度的去除衬底表面的包裹物。
具体的，所述涂覆膜的厚度可以均匀也可以不均匀，优选的，所受涂覆膜的厚度均匀。
可选地，步骤(2)分为两个阶段：第一阶段中将经步骤(1)处理得到的碳化硅衬底在氧气氛围下至少保温1h后，第二阶段中向氧气氛围中的所述碳化硅衬底的第一表面喷射压力为0.03-0.07MPa的惰性气体，至少喷射1.5h后降温冷却。
可选地，步骤(2)中，第一阶段中，所述氧气的流量为900-1100mL/min，优选为900mL/min，先在1h内升温至300℃，保温0.5h，继续在1.5h内升温至600℃，保温2h；第二阶段中，保持氧气的流量为700-900mL/min，优选为800mL/min，氩气的流量为700-900mL/min，优选为800mL/min，氩气以0.05MPa的喷射压力喷射2h后，将所述氩气的流量降至200mL/min，喷射压力降至0MPa，将所述氧气的流量降为0mL/min，冷却至室温。
可选地，步骤(3)中，将所述碳化硅衬底的第一表面抛光去除的厚度为1-1.5μm。经抛光处理后，可以去除碳化硅衬底表面的氧化层，同时可以除去因碳包裹物残留的小坑，以保证籽晶表面的平整度。
可选地，在步骤(1)之前，还包括通过表面缺陷测试仪筛选碳化硅衬底的过程，以得到表面碳包裹物较少的碳化硅衬底作为待处理的原料。
可选的，在筛选碳化硅衬底之后，步骤(1)之前，还包括使用酸液、双氧水浸泡所述碳化硅衬底并进行表面清洗的过程。该过程可以降低碳化硅衬底表面碳包裹物的附着力，使之更易被除去。
可选地，在筛选碳化硅衬底之后，步骤(1)之前，使用稀酸浸泡所述碳化硅衬底后并刷洗，使用双氧水浸泡所述碳化硅衬底后并刷洗，使用弱碱液将所述碳化硅衬底上的残留稀酸中和，然后使用过去离子水进行表面清洗。
本申请的有益效果包括但不限于：
1.根据本申请的碳化硅单晶片，结晶质量高，沿径向延伸面及多个轴线的不同位置处结晶质量均匀，碳硅双原子层高度接近理论值，晶格畸变小，且位错密度低，质量较高。
2.根据本申请的碳化硅单晶锭，结晶质量高且均匀，位错密度低，能够加工得到高质量的碳化硅单晶片。
3.根据本申请的碳化硅籽晶，无碳包裹体，质量较高，且迭代质量稳定，相邻代的碳化硅籽晶结晶质量相近，晶型一致性好，因此其作为晶种生长的碳化硅晶体结晶质量高，且能持续生产出质量较高的碳化硅单晶。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本申请实施例1涉及的表面镀膜设备示意图；
图2为本申请实施例2涉及的碳化硅衬底表面处理装置示意图。
图3为本申请实施例3步骤(2)中涉及的去除碳包裹物的示意图。
图4为本申请实施例3中碳化硅衬底的表面缺陷测试图(仪器厂家为Candela，设备型号为CS920)。
图5为本申请实施例3中籽晶1#的表面缺陷测试图(仪器厂家为Candela，设备型号为CS920)。
图6为本申请实施例3中籽晶1#的XRD测试图(仪器厂家为Bruker，设备型号为JV-DX)。
图7为本申请实施例3中籽晶1#的XRD密集点测试图(仪器厂家为Bruker，设备型号为JV-DX)。
图8为本申请实施例5中籽晶1#、籽晶1a#及籽晶1b#的XRD密集点测试曲线图(仪器厂家为Bruker，设备型号为JV-DX)。
图9(a)为本申请实施例5中籽晶1#及籽晶1a#之间的半高宽差值图(仪器厂家为Bruker，设备型号为JV-DX)。
图9(b)为本申请实施例5中籽晶1a#及籽晶1b#之间的半高宽差值图(仪器厂家为Bruker，设备型号为JV-DX)。
图10为本申请实施例5中籽晶1#、籽晶1a#及籽晶1b#的拉曼测试图(仪器厂家为HORIBA，设备型号为HREVOLUTION)。
图11为本申请实施例5中单晶1b#的轴向结晶质量测试图(仪器厂家为Bruker，设备型号为JV-DX)。
图12(a)为本申请实施例5中单晶1b#的X射线单晶衍射图(仪器厂家为Bruker，设备型号为D8 Venture)。
图12(b)本申请实施例5中单晶1b#的AFM图(仪器厂家为Bruker，设备型号为Dimension Fast Scan)。
具体实施方式
下面结合实施例详述本申请，但本申请并不局限于这些实施例。
如无特别说明，本申请的实施例中的原料和催化剂均通过商业途径购买。
实施例1
如图1所示，本申请的实施例1提供了一种表面镀膜设备，其包括底座1、传送架2、涂胶组件及匀胶刷3，传送架2位于底座1上方，匀胶刷3架设在传送架2上方，涂胶组件位于传送架2上方，涂胶组件包括依次相连的浆料筒4、导管5及喷头6，浆料筒4内设置有搅拌扇叶7，导管5上连接有压缩气管路8。
对碳化硅衬底9进行镀膜时，首先将碳化硅置于传送架2上，通过传送架2将碳化硅晶片运送至喷头6下方，通过压缩气管路8鼓入压缩空气形成局部压力，使得浆料筒4内的粘附剂通过喷头6喷射至衬底9表面，启动匀胶刷3，将粘附剂在衬底9表面均匀刷涂，借助粘附剂流平在表面形成一层薄而均匀的粘附剂薄膜，完成对碳化硅衬底9表面的镀膜过程。
实施例2
如图2所示，本申请的实施例2提供了一种碳化硅衬底表面处理装置，其包括炉体10，炉体10的两端分别为进气口11和出气口12，进气口11与氧气气源及惰性气体气源相连，炉体10上开设若干个旋转卡槽13，旋转卡槽13用于放置待处理的碳化硅衬底，并能将使碳化硅衬底旋转，旋转卡槽13的开口处能够安装紧固螺栓14，紧固螺栓14用于将旋转卡槽13的开口处密封；炉体10可以通过加热线圈15加热，且炉体10可以为石英管。
炉体10通过隔热托架16架设在安装架上，且安装架上安装有加热按钮17、电源按钮18、温控显示器19、流量显示器20及旋转控制器21等。
对碳化硅衬底进行表面处理时，将待处理的碳化硅衬底放置于旋转卡槽13中，并使得碳化硅衬底作为籽晶时的长晶面朝向进气口11，随后上紧紧固螺栓14，对炉体10通入氧气或惰性气体，和/或加热实现对碳化硅衬底的表面处理。
实施例3籽晶1#的制备
(1)通过表面缺陷测试仪筛选碳包裹物含量较少(碳包裹物浓度为0.4个/cm2)的碳化硅衬底，放入稀硫酸中浸泡5min，并用软毛刷进行刷洗，再将碳化硅衬底放入浓度为6％的双氧水中浸泡5min，并用软毛刷进行刷洗，然后使用碳氢酸钠弱碱性溶液对碳化硅衬底表面的残余酸液进行中和，最后使用去离子水进行表面清洗；
(2)使用实施例1中的表面镀膜设备对步骤(1)得到的碳化硅衬底表面进行镀膜：将6重量份的异丙醇、2重量份的聚乙烯醇、2重量份的聚乙二醇、1重量份的甘油及2重量份的纤维素醚置于浆料桶中搅拌均匀形成粘附剂，并涂刷在碳化硅衬底作为籽晶时的生长面上，形成一层薄而均匀的粘附剂薄膜，室温下干燥10min后形成一层约1-1.5mm的涂覆膜，将该涂覆膜从碳化硅衬底的表面剥离，从而将至少部分碳包裹物从衬底凹坑中带出，如附图3所示。
(3)使用实施例2中的表面处理装置对步骤(2)得到的碳化硅衬底表面进行处理：将碳化硅衬底置入旋转卡槽中，并使碳化硅衬底作为籽晶时的生长面朝向进气口，上紧紧固螺栓；
向炉体内通入流量为1L/min的氧气，持续0.5h进行气氛洗炉，保证炉体内为氧气环境；随后将氧气流量调整为900mL/min持续通入，同时打开加热开关，设置表面处理程序：1h升温至300℃，保温0.5h；1.5h升温至600℃，保温2h后打开氩气进气口，开始向炉体内喷射氩气，氩气气流流量设置为800mL/min，喷射压力为0.05MPa，同时设置旋转卡槽转速为5r/min，氧气流量调整为800mL/min，维持2h；最后，将氩气流量降至200mL/min，压力调至0MPa，温度开始自然冷却，氧气流量降为0mL/min，持续冷却至管式炉内温度降至室温，将衬底取出即可。
(4)对步骤(3)得到的碳化硅衬底进行化学机械抛光处理，控制去除的厚度为1-1.5μm，从而除去衬底表面的氧化层及因碳包裹物氧化而残留的小坑。
(5)对步骤(4)得到的碳化硅衬底进行表面清洗，干燥即可得到表面无包裹物的籽晶1#。
对处理前的碳化硅衬底及处理后得到的籽晶1#采用表面缺陷测试仪进行测试，观察其表面的包裹物情况，测试结果如图4-5所示，其中，图4为处理前的碳化硅衬底的包裹物情况，图5为处理后的籽晶1#的包裹物情况，可以观察到，处理后的籽晶1#表面无碳包裹物。
实施例4籽晶2#的制备
实施例4与实施例3的不同之处在于：实施例4与实施例3选取的碳化硅衬底质量不同，本实施例中碳化硅衬底表面的碳包裹物的浓度为0.7个/cm2。
对比例1籽晶D1#的制备
对比例1与实施例3的不同之处在于：对比例1中的制备方法不包括步骤(3)对碳化硅衬底进行表面处理的过程。
实施例5碳化硅单晶片的制备
选取未经实施例3中处理方法处理的籽晶作为籽晶D2#，将籽晶1#-2#及籽晶D1#-D2#分别作为晶种进行长晶，分别得到碳化硅单晶片1#-2#及单晶片D1#-D2#，长晶步骤如下：
1)真空除杂：组装生长原料及配件并对炉体真空升温；
2)形核：控制长晶形核温度为1000～1500℃，形核压力为60000Pa，形核时间为50～100h；
3)长晶：控制长晶温度为2000～2500℃，长晶压力为3000Pa，形核时间为100～150h；
4)取出晶锭；并将晶体切割后得到单晶片。
将制得的单晶片分别记为碳化硅单晶1#-2#及单晶D1#-D2#，将碳化硅单晶1#-2#及单晶D1#-D2#经切割后，分别制得多个碳化硅衬底，分别从碳化硅单晶1#-2#及单晶D1#-D2#的衬底中选取一个加工成籽晶，分别记为籽晶1a#、2a#、D1a#及D2a#，其中，每个衬底的加工方法与其上代籽晶的加工方法一致。
继续将籽晶1a#、2a#、D1a#及D2a#作为晶种进行长晶，长晶方法同上，分别得到碳化硅单晶1a#-2a#及单晶D1a#-D2a#，并经切割后制得多个碳化硅衬底，分别从碳化硅单晶1a#-2a#及单晶D1a#-D2a#的衬底中选取一个加工成籽晶，分别记为籽晶1b#、2b#、D1b#及D2b#，其中，每个衬底的加工方法与其上代籽晶的加工方法一致。
继续将籽晶1b#、2b#、D1b#及D2b#作为晶种进行长晶，长晶方法同上，分别得到碳化硅单晶1b#-2b#及单晶D1b#-D2b#。
另外，从碳化硅单晶2#的衬底不经处理直接作为籽晶进行长晶，记为籽晶3#，第一代长晶后得到的单晶片记为单晶3a#，将单晶3#切割得到的衬底中选取一个不经处理直接作为籽晶进行长晶，记为籽晶3b#，长晶后得到的单晶片记为单晶3b#，其中，长晶方法同上。
实验例
将上述得到的籽晶和单晶片分别进行XRD、拉曼表征，并测试刃位错密度(TED)、螺位错密度(TSD)及基平面位错密度(BPD)，测试结果表1所示：
表1
由表1可知，经本申请的处理方法处理后的籽晶1#，无碳包裹物，结晶质量高，且迭代质量稳定，经多代迭代后仍然能维持较高质量，位错密度接近，结晶质量稳定，且由其生长得到的碳化硅单晶片结晶质量高，位错密度低，且沿径向延伸面及不同轴线的不同位置处均结晶质量均匀。籽晶2#结晶质量稍差，经本申请的处理方法处理后，由其生长得到的碳化硅单晶片结晶质量提高，每次迭代后，质量均有所提高。籽晶2#经本申请的处理方法进行加工后进行第一次长晶，后续迭代过程中未经本申请的处理方法进行加工，结果表明，结晶质量有波动，但并无明显下降。籽晶D1#未经表面处理，存在残余碳颗粒，因此影响后续长晶质量及迭代质量；籽晶D2#在每次长晶后都未经处理，结果表明，每次迭代后结晶质量都会出现明显下降。
另外，对单晶1#进行XRD测试，测试结果如图6所示，无杂峰，衍射峰中心对称，峰窄且尖锐，结果表明该单晶结晶质量好，对单晶1#间隔1cm2进行XRD密集点测试，测试结果如图7所示，结果表明该单晶片沿径向延伸面结晶质量稳定。
图8为单晶1#、单晶1a#及单晶1b#的XRD密集点测试曲线，图9(a)为单晶1#及单晶1a#之间的半高宽差值图，图9(b)为单晶1a#及单晶1b#之间的半高宽差值图，可以看出，多次迭代后单晶片结晶质量稳定，且结晶质量高。
另外，对单晶1#、单晶1a#及单晶1b#分别进行拉曼测试，测试结果如图10所示，测试结果表明，经多次迭代的单晶片的拉曼特征峰偏移量小，晶格一致性好，相邻代之间应力差异小。
对单晶1b#进行轴向结晶质量检测，首先将单晶1b#多线切割获得薄片，将薄片通过研磨抛光使其表面处于镜面态，并对薄片分别选取5点进行测试，并保证每个薄片的5点处于单晶1b#中的同一条轴线上，测试结果如图11所示，测试结果表明，不同位置处的XRD半峰宽均≤20arcsec，换算至晶体厚度，可获得SiC晶体轴向(004)结晶质量半高宽≤20arcsec/0.5mm，即一种高质量SiC晶体。
如图12(a)所示，对单晶1b#进行APEX单晶衍射测试分析，可以得到晶胞参数，进而得到实际的碳硅双原子层的高度，结果表明，单晶1b#中碳硅双原子层的高度极接近理论值，结合图12(b)中的单晶1b#的AFM测试结果，可以看出，经多次迭代后的碳化硅单晶片的原子台阶均匀，且高度接近理论值，无明显畸变现象，说明长晶稳定，一致性良好。
以上所述，仅为本申请的实施例而已，本申请的保护范围并不受这些具体实施例的限制，而是由本申请的权利要求书来确定。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的技术思想和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种碳化硅单晶片，其特征在于，其包括第一表面及与所述第一表面相对的第二表面，所述第一表面和第二表面的不同位置处的XRD半高宽均不大于16arcsec；所述第一表面和第二表面的不同位置处的XRD半高宽的差值不大于5arcsec；
所述碳化硅单晶片表面具有原子台阶，所述原子台阶的高度与理论碳硅双原子层的高度之比为0.9-1.1:1。
2.根据权利要求1所述的碳化硅单晶片，其特征在于，所述第一表面和第二表面的不同位置处的XRD半高宽的差值不大于3arcsec。
3.根据权利要求1所述的碳化硅单晶片，其特征在于，所述碳化硅单晶片的刃位错密度不大于2500cm-2，螺位错密度不大于100cm-2，基平面位错密度不大于100cm-2，总位错密度不大于2500cm-2；和/或
所述碳化硅单晶片的TTV不大于3μm，BOW不大于3μm，Warp不大于5μm。
4.根据权利要求1-3任一项所述的碳化硅单晶片，其特征在于，相邻代的所述碳化硅单晶片的XRD半高宽的差值不大于3arcsec，且所述碳化硅单晶片由多层碳硅双原子层组成，相邻代的所述碳化硅单晶片的表面碳硅双原子层层数之比为0.9-1.1:1；
其中，相邻代的所述碳化硅单晶片包括前代单晶片和后代单晶片，所述后代单晶片由前代单晶片加工的籽晶制备得到。
5.根据权利要求4所述的碳化硅单晶片，其特征在于，所述后代单晶片的XRD半高宽不大于所述前代单晶片的半高宽。
6.根据权利要求1-3任一项所述的碳化硅单晶片，其特征在于，相邻代的所述碳化硅单晶片的拉曼光谱中特征峰的偏移量不大于0.35cm-1。
7.根据权利要求6所述的碳化硅单晶片，其特征在于，相邻代的所述碳化硅单晶片的拉曼光谱中特征峰的偏移量不大于0.1cm-1。
8.根据权利要求4所述的碳化硅单晶片，其特征在于，相邻代的所述碳化硅单晶片的刃位错密度的差值不大于60cm-2，螺位错密度的差值不大于30cm-2，基平面位错密度的差值不大于20cm-2，总位错密度的差值不大于150cm-2。
9.根据权利要求8所述的碳化硅单晶片，其特征在于，所述后代单晶片的刃位错密度不大于所述前代单晶片的刃位错密度，所述后代单晶片的螺位错密度不大于所述前代单晶片的螺位错密度，所述后代单晶片的基平面位错密度不大于所述前代单晶片的螺位错密度，所述后代单晶片的总位错密度不大于所述前代单晶片的总位错密度。
10.根据权利要求9所述的碳化硅单晶片，其特征在于，所述后代单晶片的总位错密度小于所述前代单晶片的总位错密度。
11.一种碳化硅单晶锭，其特征在于，其包括多个径向延伸面和多条沿轴向延伸的轴线，每个所述径向延伸面的不同位置处的XRD半高宽均不大于16arcsec，每条所述轴线的不同位置处的XRD半高宽均不大于20arcsec；
所述径向延伸面的不同位置处的XRD半高宽的差值不大于5arcsec，每条轴线的不同位置处的XRD半高宽的差值不大于3arcsec；
且所述碳化硅单晶锭由多层碳硅双原子层组成，相邻代的所述碳化硅单晶锭的表面碳硅双原子层层数之比为0.9-1.1:1；
其中，相邻代的所述碳化硅单晶锭包括前代单晶锭和后代单晶锭，所述后代单晶锭由前代单晶锭加工的籽晶制备得到。
12.根据权利要求11所述的碳化硅单晶锭，其特征在于，相邻代的所述碳化硅单晶锭的XRD半高宽的差值不大于3arcsec。
13.用于制备权利要求1-10任一项所述的碳化硅单晶片或权利要求11或12所述的碳化硅单晶锭的碳化硅籽晶，其特征在于，所述碳化硅籽晶生长面的碳包裹体浓度不大于0.01个/cm2，后代籽晶生长面的碳包裹体浓度不大于前代籽晶生长面的碳包裹体浓度；
其中，所述后代籽晶由前代籽晶制备的单晶加工得到。
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