阅读说明：本技术 图案化的碳化硅籽晶及其加工方法和应用、碳化硅晶体、外延层、半导体器件 (Patterned silicon carbide seed crystal, processing method and application thereof, silicon carbide crystal, epitaxial layer and semiconductor device ) 是由 汪良 张洁 邓树军 于 2019-09-25 设计创作，主要内容包括：本发明涉及碳化硅晶体生长领域,具体而言,提供了一种图案化的碳化硅籽晶及其加工方法和应用、碳化硅晶体、外延层、半导体器件。该图案化的碳化硅籽晶包括籽晶表面,所述籽晶表面包括至少两个凸起,相邻两个凸起之间的凹槽的横截面积由下向上逐渐变大。该碳化硅籽晶的表面呈特定的凹凸结构,因而采用该籽晶进行碳化硅晶体的生长时,碳化硅原子优先生长于相邻两个凸起之间的凹槽,在该凹槽内生长时,缺陷生长方向由纵向逐渐转变为横向,当碳化硅原子填满该凹槽后,碳化硅原子开始纵向生长,因此横向生长的缺陷将消失,从而使碳化硅晶体的缺陷密度得到有效降低。(The invention relates to the field of silicon carbide crystal growth, and particularly provides a patterned silicon carbide seed crystal, a processing method and application thereof, a silicon carbide crystal, an epitaxial layer and a semiconductor device. The patterned silicon carbide seed crystal comprises a seed crystal surface, wherein the seed crystal surface comprises at least two protrusions, and the cross sectional area of a groove between every two adjacent protrusions is gradually increased from bottom to top. The surface of the silicon carbide seed crystal is of a specific concave-convex structure, so when the seed crystal is adopted for growing the silicon carbide crystal, silicon carbide atoms preferentially grow in the groove between the two adjacent bulges, when the silicon carbide crystal grows in the groove, the growth direction of the defects is gradually changed from the longitudinal direction to the transverse direction, and after the groove is filled with the silicon carbide atoms, the silicon carbide atoms start to grow longitudinally, so that the defects growing transversely disappear, and the defect density of the silicon carbide crystal is effectively reduced.)

图案化的碳化硅籽晶及其加工方法和应用、碳化硅晶体、外延 层、半导体器件

技术领域

本发明涉及碳化硅晶体生长领域，具体而言，涉及一种图案化的碳化硅籽晶及其加工方法和应用、碳化硅晶体、外延层、半导体器件。

背景技术

SiC作为宽禁带材料的代表，是继Si和GaAs之后的第三代半导体。SiC相对于Si和GaAs而言，具有更优异的高击穿场强、高热导率、高键合能和高饱和电子漂移速率等性能，在高频、高功率、高温及抗辐射器件方面拥有巨大的应用前景。此外，由于SiC与GaN相近的晶格常数和热膨胀系数，使其在光电器件领域也具有极其广阔的应用前景。

目前生长SiC晶体的方法是物理气相传输法，其原理是利用底部原料与SiC籽晶间的温度梯度，使经过高温加热后升华的SiC气态物传输到坩埚顶部低温的SiC籽晶上面，SiC气态物遇到低温的SiC籽晶，在其表面缓慢结晶，从而生长出SiC晶体。

以上方法中，在晶体生长的过程中，升华到坩埚顶部籽晶上的SiC气态物将沿着籽晶的轴向进行原子排列生长(即碳化硅单晶纵向生长)，但当遇到籽晶原有缺陷时，晶体在生长的过程中会将大部分缺陷继承下去。当所得SiC晶体被加工成衬底后，缺陷将在衬底内部保留下来；在SiC衬底表面生长外延层后将会形成新的缺陷，即使不形成新的缺陷也会对生长在SiC衬底表面的外延层质量造成不良影响，从而降低采用该外延层制成的器件的成品率。因此，如何生长出缺陷密度低的SiC晶体变得极其重要。

目前降低SiC晶体的缺陷密度的方法多集中在改造SiC单晶炉设备和优化SiC晶体的制备工艺方面，然而这些方法无法从根本上降低SiC晶体的缺陷密度，SiC晶体的缺陷密度无法得到有效降低。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种图案化的碳化硅籽晶，该碳化硅籽晶的表面呈特定的凹凸结构，因而采用该籽晶进行碳化硅晶体的生长时，碳化硅原子优先生长于相邻两个凸起之间的凹槽内，在该凹槽内生长时，缺陷生长方向由纵向逐渐转变为横向，当碳化硅原子填满该凹槽后，碳化硅原子开始纵向生长，因此横向生长的缺陷将消失，从而使碳化硅晶体的缺陷密度得到有效降低。

本发明的第二目的在于提供一种上述图案化的碳化硅籽晶的制备方法。

本发明的第三目的在于提供一种上述图案化的碳化硅籽晶在制备碳化硅晶体中的应用。

本发明的第四目的在于提供一种碳化硅晶体。

本发明的第五目的在于提供一种外延层。

本发明的第六目的在于提供一种半导体器件。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种图案化的碳化硅籽晶，包括籽晶表面，所述籽晶表面包括至少两个凸起，相邻两个凸起之间的凹槽的横截面积由下向上逐渐变大。

作为进一步优选的技术方案，所述凸起的形状包括圆锥、圆台、棱锥体或多棱台中的至少一种；

优选地，棱锥体包括三棱锥、四棱锥、五棱锥或六棱锥中的至少一种；

优选地，多棱台包括三棱台、四棱台、五棱台或六棱台中的至少一种；

优选地，圆锥底面的直径或圆台底面的直径各自独立的为0.5-5μm；

优选地，棱锥体底面的最大边长或多棱台底面的最大边长各自独立的为0.5-5μm。

作为进一步优选的技术方案，相邻两个凸起之间的凹槽底面宽度为0-5μm；

优选地，至少一个所述凸起的高度为0.5-10μm，优选各凸起的高度均独立的为3-8μm。

第二方面，本发明提供了一种上述图案化的碳化硅籽晶的加工方法，包括：对碳化硅籽晶依次进行光刻和刻蚀，得到所述图案化的碳化硅籽晶。

作为进一步优选的技术方案，光刻包括：在碳化硅籽晶表面依次设置阻挡层和光刻板，然后用光照射所述碳化硅籽晶表面，最后将产生质变的阻挡层去除；

优选地，阻挡层包括光刻胶或无机非金属材料；

优选地，无机非金属材料包括二氧化硅、氮化镓或氧化铝；

优选地，阻挡层的厚度为2-10μm；

优选地，光刻板上的图形包括圆形、三角形、四边形、五边形或六边形中的至少一种；

优选地，圆形的直径为0.5-5μm；

优选地，三角形、四边形、五边形或六边形的最大边长各自独立的为0.5-5μm。

作为进一步优选的技术方案，刻蚀包括干法刻蚀或湿法刻蚀，优选为干法刻蚀；

优选地，采用刻蚀气体对光刻后的碳化硅籽晶进行刻蚀；

优选地，所述干法刻蚀满足如下条件(a)-条件(d)中的至少一个：

(a)刻蚀气体包括氢气、氧气或一氧化碳；

(b)刻蚀气体的流量为25-100mL/min；

(c)刻蚀时的环境温度为80-300℃；

(d)刻蚀时的环境压力为100-400Pa。

第三方面，本发明提供了一种上述图案化的碳化硅籽晶或采用上述加工方法制备得到的图案化的碳化硅籽晶在制备碳化硅晶体中的应用。

第四方面，本发明提供了一种碳化硅晶体，采用上述图案化的碳化硅籽晶或采用上述的加工方法制备得到的图案化的碳化硅籽晶制备得到。

第五方面，本发明提供了一种外延层，所述外延层生长于所述碳化硅晶体的表面。

第六方面，本发明提供了一种半导体器件，包括所述外延层。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供的图案化的碳化硅籽晶与现有的碳化硅籽晶结构不同，现有的碳化硅籽晶表面是平整的，而该图案化的碳化硅籽晶中，籽晶表面的至少两个凸起与相连两个凸起之间的凹槽形成特定的凹凸结构，由此形成表面凹凸不平的图案化的碳化硅籽晶。

采用该图案化的碳化硅籽晶进行碳化硅晶体的生长时，碳化硅原子优先生长于相邻两个凸起之间的凹槽，此时，碳化硅为纵向生长。由于该凹槽的横截面积由下向上逐渐变大，因而随着生长的进行，碳化硅原子的横向生长空间将逐渐扩大，原子在纵向生长的同时将向横向生长以填补扩大的空间。原子排列生长的过程中因凸起改变了原来的晶体生长方向，同时也改变了原本贯穿籽晶的缺陷的生长方向，大部分缺陷将因原子的横向排列而改变成横向生长，当碳化硅原子填满上述凹槽后，籽晶原本凹凸不平的表面将变得平整，原子排列从这个位置开始将纵向排列。由于碳化硅原子中的缺陷在相邻两个凸起之间的凹槽中已基本改成横向生长，因此后续原子在纵向生长时，横向生长的缺陷将消失，从而使碳化硅晶体内的缺陷密度得到有效降低。

附图说明

图1为表面涂覆有光刻胶的碳化硅籽晶的截面结构示意图；

图2为光刻过程示意图；

图3为光刻后碳化硅籽晶截面结构示意图；

图4为刻蚀过程示意图；

图5为刻蚀和清洗后碳化硅籽晶截面结构示意图；

图6为实施例27得到的图案化的碳化硅籽晶的立体图；

图7为实施例28得到的图案化的碳化硅籽晶的立体图。

图标：1-碳化硅籽晶；2-光刻胶；3-光刻板；4-紫外光；5-刻蚀气体；6-刻蚀区域；7-图案化的碳化硅籽晶；8-凸起；9-凹槽；a-凹槽底面；b-凹槽顶面；c-凸起的底面；d-凸起的顶端。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。

根据本发明的一个方面，提供了一种图案化的碳化硅籽晶，包括籽晶表面，所述籽晶表面包括至少两个凸起，相邻两个凸起之间的凹槽的横截面积由下向上逐渐变大。

上述图案化的碳化硅籽晶与现有的碳化硅籽晶结构不同，现有的碳化硅籽晶表面是平整的，而该图案化的碳化硅籽晶中，籽晶表面的至少两个凸起与相邻两个凸起之间的凹槽形成特定的凹凸结构，由此形成表面凹凸不平的图案化的碳化硅籽晶。

采用该图案化的碳化硅籽晶进行碳化硅晶体的生长时，碳化硅原子优先生长于相邻两个凸起之间的凹槽，此时，碳化硅为纵向生长。由于该凹槽的横截面积由下向上逐渐变大，因而随着生长的进行，碳化硅原子的横向生长空间将逐渐扩大，原子在纵向生长的同时将向横向生长以填补扩大的空间。原子排列生长的过程中因凸起改变了原来的晶体生长方向，同时也改变了原本贯穿籽晶的缺陷的生长方向，大部分缺陷将因原子的横向排列而改变成横向生长，当碳化硅原子填满上述凹槽后，籽晶原本凹凸不平的表面将变得平整，原子排列从这个位置开始将纵向排列。由于碳化硅原子中的缺陷在相邻两个凸起之间的凹槽中已基本改成横向生长，因此后续原子在纵向生长时，横向生长的缺陷将消失，从而使碳化硅晶体内的缺陷密度得到有效降低。

需要说明的是：

例如图5所示，上述“相邻两个凸起之间的凹槽的横截面积”是指该凹槽9在平行于该凹槽底面a的各平面上的截面积。该凹槽底面a是指该凹槽9与凸起8的侧面相连的表面。

例如图5所示，上述“由下向上”是指由该凹槽底面a向该凹槽顶面b的方向，也就是凹槽9开口的方向。该凹槽顶面b是指该凹槽9中远离该凹槽底面a的平面，该平面是一虚拟平面，该平面与该凹槽底面a之间的距离最远。

因此，“相邻两个凸起之间的凹槽的横截面积由下向上逐渐变大”是指凹槽的横截面积由凹槽底面向凹槽开口方向逐渐变大。

在一种优选的实施方式中，所述凸起的形状包括圆锥、圆台、棱锥体或多棱台中的至少一种。以上几种形状规整，有利于碳化硅原子在凸起之间的凹槽内均匀生长，且以上形状的横截面积均是从上到下依次增大的，能够保证相邻两个凸起之间的凹槽的横截面积的规律达到要求。上述凸起的形状包括但不限于圆锥，圆台，棱锥体，多棱台，圆锥和圆台的组合，圆锥和棱锥体的组合，棱锥体和多棱台的组合，圆锥和多棱台的组合，或圆锥、棱锥体和多棱台的组合等。

“圆台”是指用一个平行于圆锥底面的平面去截圆锥，底面与截面之间的部分叫做圆台。

“棱锥体”是指底面为多边形，其余各面(或称棱锥侧面)是有一个公共顶点的三角形的多面体。

“多棱台”是指底面和顶面均为多边形，底面和顶面的多边形的边数相同，其余各面(或称多棱台侧面)均为梯形的台体。

优选地，棱锥体包括三棱锥、四棱锥、五棱锥或六棱锥中的至少一种。上述棱锥体包括但不限于三棱锥，四棱锥，五棱锥，六棱锥，三棱锥和四棱锥的组合，五棱锥和六棱锥的组合，三棱锥、四棱锥和五棱锥的组合，四棱锥、五棱锥和六棱锥的组合，或三棱锥、四棱锥、五棱锥和六棱锥的组合等。

优选地，多棱台包括三棱台、四棱台、五棱台或六棱台中的至少一种。上述多棱台包括但不限于三棱台，四棱台，五棱台，六棱台，三棱台和四棱台的组合，五棱台和六棱台的组合，三棱台、四棱台和五棱台的组合，四棱台、五棱台和六棱台的组合，或三棱台、四棱台、五棱台和六棱台的组合等。

在一种优选的实施方式中，圆锥底面的直径或圆台底面的直径各自独立的为0.5-5μm。上述直径典型但非限制性的为0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5或5μm。应当理解的是，上述“圆台底面”是指圆台的下底面，即面积较大的那个底面。

优选地，棱锥体底面的最大边长或多棱台底面的最大边长各自独立的为0.5-5μm。该最大边长是指棱锥体底面或多棱台底面中最长的边长的长度。上述边长典型但非限制性的为0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5或5μm。上述“棱锥体底面”是指棱锥体与相邻两个凸起之间的凹槽的底面相平齐的那一面。上述“多棱台底面”是指多棱台与相邻两个凸起之间的凹槽的底面相平齐的那一面。

当圆锥底面的直径、棱锥体底面的最大边长或多棱台底面的最大边长各自独立的为在以上范围内时，可以完全覆盖碳化硅生长所涉及的可继承性缺陷尺寸，更有利于缺陷在生长过程中转化消失。

在一种优选的实施方式中，相邻两个凸起之间的凹槽底面宽度为0-5μm。每个凸起的侧面与凹槽底面之间均存在一条交线，该凹槽底面宽度是指相邻两条交线之间的最短距离。如图5所示，该凹槽底面宽度即为凹槽底面a的宽度。上述距离典型但非限制性的为0、0.5μm、1μm、1.5μm、2μm、2.5μm、3μm、3.5μm、4μm、4.5μm或5μm。相邻两个凸起之间的凹槽底面宽度不宜过高，过高则会使凹槽的尺寸过大，碳化硅原子在该凹槽内生长的同时，一部分原子也会在凸起上生长，无法充分体现出在该凹槽优先生长的优势，在凸起生长的碳化硅中的缺陷密度无法降低，进而使碳化硅晶体内的缺陷密度的降低程度较小。当凹槽底面宽度在以上范围内时，碳化硅原子基本全部在相邻两个凸起之间的凹槽生长，使碳化硅晶体的缺陷密度得到进一步降低。

在一种优选的实施方式中，至少一个所述凸起的高度为0.5-10μm，优选各凸起的高度均独立的为3-8μm。上述高度典型但非限制性的为0.5、1、2、3、4、5、6、7、8、9或10μm。如图5所示，上述凸起的高度是指凸起的底面c到凸起的顶端d(或顶面)之间的垂直距离。该高度与凹槽的深度是相对应的。当凸起的高度在以上范围内时，该相邻两个凸起之间的凹槽能够尽可能使籽晶内纵向生长的缺陷转变为横向生长，从而进一步降低后续纵向生长的碳化硅原子内的缺陷密度。

根据本发明的另一方面，提供了一种上述图案化的碳化硅籽晶的加工方法，包括：对碳化硅籽晶依次进行光刻和刻蚀，得到所述图案化的碳化硅籽晶。该加工方法工艺步骤科学合理，能够得到表面凹凸不平、尺寸精准的图案化的碳化硅籽晶。

“光刻”是指在光照作用下，借助阻挡层将光刻板上的图形转移到基片上的技术，光刻技术传递图形的尺寸限度小(可到亚微米级)、精准度高。“刻蚀”是指对光刻后表面留有图案化阻挡层的碳化硅籽晶进行腐蚀，以使碳化硅表面形成规则的凹凸状的图形。

在一种优选的实施方式中，光刻包括：在碳化硅籽晶表面依次设置阻挡层和光刻板，然后用光照射所述碳化硅籽晶表面，最后将产生质变的阻挡层去除。当光照射到碳化硅籽晶表面后，光照使暴露的阻挡层部分产生质变，而在光刻板遮蔽下的阻挡层部分未被光照射到，不产生质变，因而使得光刻板上的图形被复制到阻挡层上，最后将产生质变的阻挡层去除掉，此时碳化硅籽晶表面留有特定图案的阻挡层。

“将产生质变的阻挡层去除”的过程也可称为显影，显影所用的显影液选用本领域常用的即可，包括所有能够用于腐蚀去除产生质变的阻挡层的化学气体和/或化学液体。

优选地，阻挡层包括光刻胶或无机非金属材料。

可选地，当阻挡层为光刻胶时，阻挡层的设置方式可选涂覆(也称为涂胶)，涂覆要均匀，厚度偏差控制在0.5微米内，涂覆后对光刻胶进行干燥，干燥温度可选50-150℃。在对产生质变的光刻胶去除时，可依次采用化学试剂(例如显影液、硫酸或盐酸)进行浸泡和采用水进行清洗。应当理解的是，浸泡时间根据光刻胶的厚度而定，清洗时间以将化学试剂充分清洗干净为准。

可选地，涂胶所用的涂胶机包括但不限于单片涂胶机、多片涂胶机、全自动涂胶机或手动涂胶机等。

优选地，无机非金属材料包括二氧化硅、氮化镓或氧化铝。

优选地，阻挡层的厚度为2-10μm。上述厚度典型但非限制性的为2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm或10μm。当阻挡层的厚度在以上范围内时，利于光刻的进行，光刻时间和光的波长均较为合理，有利于在后续刻蚀工序中形成高度合适的凸起，保证相邻两个凸起之间的凹槽的深度合理。如果厚度过小，则光照时间太短，不易控制；如果厚度过大，则需要更短波长和更长的时间对其进行曝光，制造成本过高。

优选地，光刻板上的图形包括圆形、三角形、四边形、五边形或六边形中的至少一种。上述图形包括圆形，三角形，四边形，五边形，六边形，圆形和三角形的组合，三角形和四边形的组合，圆形和四边形的组合，五边形和六边形的组合，或圆形、三角形和四边形的组合等。以上图形的光刻易于制备，来源丰富，能够降低籽晶的制备成本，并且，将该图形转移到阻挡层后，方便后续形成形状规整的凸起。

可选地，三角形包括等边三角形。

可选地，四边形包括矩形。

优选地，圆形的直径为0.5-5μm。上述直径典型但非限制性的为0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5或5μm。

优选地，三角形、四边形、五边形或六边形的最大边长各自独立的为0.5-5μm。上述边长典型但非限制性的为0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5或5μm。该最大边长是指三角形、四边形、五边形或六边形中最长的边长的长度。

当圆形的直径、三角形的最大边长、四边形的最大边长、五边形的最大边长或六边形的最大边长在以上范围内时，更加有利于后续的刻蚀和碳化硅晶体的纵向生长，直径或长度过小，则刻蚀后凸起的横向尺寸过小，不利于后续碳化硅晶体的纵向生长，直径或长度过大，则需要刻蚀掉的阻挡层过多，加工成本较高。

可选地，光包括紫外光。紫外光是指波长为10-400nm的光。紫外光能量较强，光刻效率较高，且采用紫外光为光源的光刻设备较多，来源广泛，可选择性多。

在一种优选的实施方式中，刻蚀包括干法刻蚀或湿法刻蚀，优选为干法刻蚀。干法刻蚀是用等离子体进行薄膜刻蚀的技术，通过气体放电，使刻蚀气体分解、电离，由产生的活性基及离子对基板进行刻蚀。湿法刻蚀是将刻蚀材料浸泡在腐蚀液内进行腐蚀的技术。相对于湿法刻蚀，干法刻蚀能够高质量的完成图形的转移和复制的工作。

优选地，干法刻蚀包括：采用刻蚀气体对光刻后的碳化硅籽晶进行刻蚀。

优选地，所述干法刻蚀满足如下条件(a)-条件(d)中的至少一个：

(a)刻蚀气体包括氢气、氧气或一氧化碳。

(b)刻蚀气体的流量为25-100mL/min。上述流量典型但非限制性的为25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95或100mL/min。刻蚀气体的流量在以上范围内时，刻蚀速度较快，刻蚀精度较高。若流量过低，则刻蚀速度过慢；若流量过高，则刻蚀精度较低。

(c)刻蚀时的环境温度为80-300℃。上述环境温度典型但非限制性的为80、90、100、120、160、180、200、220、260或300℃。上述环境温度是指刻蚀时反应腔内的温度。当环境温度在以上范围内时，碳化硅籽晶容易被刻蚀掉，温度过低，则刻蚀较为困难，会增加刻蚀时间等，温度过高，则容易引起阻挡层的玻璃化或碳化，导致刻蚀表面变得粗糙，进而降低后续晶体生长的规则性。

(d)刻蚀时的环境压力为100-400Pa。上述环境压力典型但非限制性的为100、150、200、250、300、350或400Pa。

可选地，刻蚀后还包括清洗的步骤，如果刻蚀后无法将阻挡层全部去除，则需要对其进行清洗，使刻蚀后留在籽晶表面的阻挡层被去除掉，从而得到图案化的碳化硅籽晶。

清洗的工艺采用本领域常用的即可，本发明对此不做特别限制，例如：清洗所用的清洗剂包括酸和/或碱。清洗剂包括但不限于酸，碱，或酸和碱的组合。

可选地，酸包括无机酸。

可选地，无机酸包括盐酸、硫酸或双氧水中的至少一种。无机酸包括但不限于盐酸，硫酸，双氧水，盐酸和硫酸的组合，硫酸和双氧水的组合，盐酸和双氧水的组合，或盐酸、硫酸和双氧水的组合等。

可选地，碱包括无机碱。

可选地，无机碱包括氢氧化钾、氢氧化钠或氨水。

可选地，清洗剂包括硫酸和双氧水。

可选地，浓度为98％的硫酸和浓度为40％的双氧水的体积比为3:1-5:1。上述体积比典型但非限制性的为3:1、4:1或5:1。

可选地，清洗剂包括氨水和双氧水。

可选地，浓度为10％的氨水和浓度为40％的双氧水的体积比为3:1-1:1。上述体积比典型但非限制性的为3:1、2:1或1:1。

需要说明的是，以上“浓度”均指质量百分含量，是指溶质质量占溶液质量的百分含量，例如，浓度为98％的硫酸是指硫酸溶液中H₂SO₄的质量占硫酸溶液总质量的百分含量为98％。

可选地，在对碳化硅籽晶进行光刻之前还包括对碳化硅籽晶进行清洁的步骤，采用本领域常规的清洁方式即可，以使籽晶表面无颗粒和有机物等残留即可，保证阻挡层质量，减少脱落。

可选地，在清洗后还包括对碳化硅籽晶进行干燥的步骤，干燥方式采用本领域常用的即可，例如甩干或烘干等。

图1-图6示出了采用上述加工工艺制备图案化的碳化硅籽晶的各个典型工序的示意图，如图1所示为表面涂覆有光刻胶2的碳化硅籽晶1，将光刻板3覆盖在碳化硅籽晶1和光刻胶2上方；然后采用紫外光4照射(如图2所示)，然后将变质的光刻胶去除掉，得到光刻后的碳化硅籽晶(如图3所示)，光刻后的碳化硅籽晶表面留有图案化的光刻胶；然后采用刻蚀气体5对光刻后的碳化硅籽晶进行刻蚀(刻蚀过程如图4所示)，刻蚀区域6包括一部分碳化硅籽晶和一部分光刻胶(图4虚线以上部分)；经过刻蚀和清洗后得到图案化的碳化硅籽晶7(如图5所示)，该图案化的碳化硅籽晶7包括多个凸起8和相邻两个凸起8之间的凹槽9，凹槽9的横截面积由下向上逐渐变大。

根据本发明的另一方面，提供了一种上述图案化的碳化硅籽晶在制备碳化硅晶体中的应用。将上述图案化的碳化硅籽晶应用于制备碳化硅晶体中，能够从根本上降低碳化硅晶体的缺陷密度，使得其缺陷密度得到有效降低。

需要说明的是，碳化硅晶体的具体生长工艺采用本领域常用的即可，本发明对此不做特别限制。

根据本发明的另一方面，提供了一种碳化硅晶体，采用上述图案化的碳化硅籽晶制备得到。该碳化硅晶体采用上述图案化的碳化硅籽晶制备得到，因而具有缺陷密度低的优点。

根据本发明的另一方面，提供了一种外延层，所述外延层生长于所述碳化硅晶体的表面。该外延层生长于上述碳化硅晶体的表面，因此外延层上缺陷密度低，外延层质量高。

上述“外延层”是指在集成电路制造工艺中，生长沉积在晶圆衬底上的那一部分，该晶圆由上述碳化硅晶体制成。

根据本发明的另一方面，提供了一种半导体器件，包括所述外延层。该半导体器件包括上述外延层，由于该外延层缺陷密度低、质量高，从而使得半导体器件具有成本率高的优点。

上述“半导体器件”是指导电性介于良导电体与绝缘体之间，利用半导体材料特殊电特性来完成特定功能的电子器件，可用来产生、控制、接收、变换、放大信号或进行能量转换等。

下面结合实施例和对比例对本发明做进一步详细的说明。

实施例1

一种图案化的碳化硅籽晶，包括籽晶表面，所述籽晶表面包括两个凸起，相邻两个凸起之间的凹槽的横截面积由下向上逐渐变大，凸起的形状为圆锥，圆锥底面的直径为8μm，相邻两个凸起之间的凹槽底面宽度为6μm，凸起的高度为1μm。

实施例2-3

一种图案化的碳化硅籽晶，与实施例1不同的是，实施例2-3中，凸起的形状分别为三棱锥和四棱锥，三棱锥和四棱锥的最大边长均为8μm。

实施例4

一种图案化的碳化硅籽晶，与实施例1不同的是，本实施例中，凸起的数量为30个。

实施例5-7

一种图案化的碳化硅籽晶，与实施例4不同的是，实施例5-7中，圆锥底面的直径分别为0.5、2和5μm。

实施例5-7中圆锥底面的直径在本发明优选范围内。

实施例8-10

一种图案化的碳化硅籽晶，与实施例7不同的是，实施例8-10中，相邻两个凸起之间的凹槽底面宽度分别为0、2.5和5μm。

实施例8-10中相邻两个凸起之间的凹槽底面宽度在本发明优选范围内。

实施例11-13

一种图案化的碳化硅籽晶，与实施例10不同的是，实施例11-13中，凸起的高度分别为3、5和8μm。

实施例11-13中凸起的高度在本发明优选范围内。

上述各实施例中各图案化的碳化硅籽晶均采用以下工艺制备得到：

(a)光刻：在碳化硅籽晶表面依次设置二氧化硅阻挡层和光刻板(光刻板上的图形为圆形，圆形的直径为7μm)，然后用紫外光照射碳化硅籽晶表面，最后将产生质变的阻挡层去除；

(b)刻蚀：采用氢气对光刻后的碳化硅籽晶进行刻蚀，氢气的流量为20mL/min，刻蚀时的环境温度为75℃，刻蚀时的环境压力为80Pa，得到图案化的碳化硅籽晶。

实施例14

实施例13中图案化的碳化硅籽晶的加工工艺，与实施例13不同的是，本实施例中阻挡层为型号AZ601的光刻胶。

实施例15-17

实施例13中图案化的碳化硅籽晶的加工工艺，与实施例14不同的是，实施例15-17中光刻板上圆形的直径分别为0.5、2.5和5μm。

实施例15-17中，光刻板上圆形的直径在本发明优选范围内。

实施例18-20

实施例13中图案化的碳化硅籽晶的加工工艺，与实施例17不同的是，实施例18-20中氢气的流量分别为25、50和100mL/min。

实施例18-20中，氢气的流量在本发明优选范围内。

实施例21-23

实施例13中图案化的碳化硅籽晶的加工工艺，与实施例20不同的是，实施例21-23中刻蚀时的环境温度分别为80、180和300℃。

实施例21-23中，刻蚀时的环境温度在本发明优选范围内。

实施例24-26

实施例13中图案化的碳化硅籽晶的加工工艺，与实施例23不同的是，实施例24-26中刻蚀时的环境压力分别为100、200和400Pa。

实施例24-26中，刻蚀时的环境压力在本发明优选范围内。

实施例27

一种图案化的碳化硅籽晶的加工工艺，包括以下步骤：

(a)在碳化硅籽晶表面涂5微米型号AZ601光刻胶，110℃下加热120s，然后23℃冷却150s。

(b)采用2.5微米直径圆孔的光刻板，365nm波长的光刻机光源，对碳化硅籽晶表面进行曝光，单点曝光时间为100毫秒。

(c)在显影机中对碳化硅籽晶冲水15秒，甩干；滴显影液15mL于光刻胶表面，静置50s，在转速为500rmp下旋转并冲水80s，甩干。120℃加热盘加热120s，23℃冷却盘冷却180s。

(d)在100℃的干法刻蚀炉腔体中，通50mL/min氢气，保持气体压力在200Pa，进行刻蚀30min。

(e)浓度为98％的硫酸和浓度为40％的双氧水体积比3:1浸泡15分钟，纯水冲洗，单片甩干。

图6为采用本实施例得到的图案化的碳化硅籽晶的立体图，从图中可以看出，得到了凸起形状为圆锥的碳化硅籽晶。

实施例28

一种图案化的碳化硅籽晶的加工工艺，包括以下步骤：

(a)在碳化硅籽晶表面涂3微米型号AZ601光刻胶，120℃下加热120s，然后23℃冷却150s。

(b)采用3微米边长的等边三角形孔的光刻板，365nm波长的光刻机光源，对碳化硅籽晶表面进行曝光，单点曝光时间为70毫秒。

(c)在显影机中对碳化硅籽晶冲水10秒，甩干。滴显影液15mL于光刻胶表面，静置50s，在转速为500rmp下旋转并冲水80s，甩干。120℃加热盘加热120s，23℃冷却盘冷却180s。

(d)在100℃的干法刻蚀炉腔体中，通80mL/min氢气，保持气体压力在200Pa，进行刻蚀30min。

(e)浓度为98％硫酸和浓度为40％双氧水体积比5:1浸泡15分钟，纯水冲洗，单片甩干。

图7为采用本实施例得到的图案化的碳化硅籽晶的立体图，从图中可以看出，得到了凸起形状为三棱锥的碳化硅籽晶。

对比例1

一种图案化的碳化硅籽晶，包括籽晶表面，所述籽晶表面包括一个凸起，凸起的形状为圆锥，圆锥底面的直径为8μm，凸起的高度为8μm。

与实施例1不同的是，本对比例中籽晶表面仅有一个凸起。

对比例2

一种图案化的碳化硅籽晶，包括籽晶表面，所述籽晶表面包括一个凹槽，凹槽的横截面积由下向上逐渐变大。

对比例1-2中图案化的碳化硅籽晶的制备方法与实施例1的相同。

对比例3

一种碳化硅籽晶，籽晶表面为一平面。

上述“型号AZ-601光刻胶”是指型号为安智AZGXR-601的光刻胶。

分别采用以上各实施例和各对比例所得到的图案化的碳化硅籽晶或碳化硅籽晶制备碳化硅晶体，制备方法为：物理气相输运法(PVT，physical vapor transport)。然后对所得到的碳化硅晶体进行EPD(位错密度)测试，TSD螺位错、TED刃型位错、BPD基平面位错。结果见表1。

表1

由表1可知，实施例4的综合性能优于实施例1，说明凸起的数量较多时，所得碳化硅晶体中的缺陷更少；实施例5-7的综合性能优于实施例4，说明通过优选圆锥底面的直径能够使碳化硅晶体中的缺陷进一步减少；实施例8-10的综合性能优于实施例7，说明通过优选相邻两个凸起之间的凹槽底面宽度能够使碳化硅晶体中的缺陷进一步减少；实施例11-13的综合性能优于实施例10，说明通过优选凸起的高度能够使碳化硅晶体中的缺陷进一步减少。

实施例14的综合性能优于实施例13，说明通过优选采用光刻胶能够使碳化硅晶体中的缺陷进一步减少；实施例15-17的综合性能优于实施例14，说明通过优选光刻板上圆形的直径能够使碳化硅晶体中的缺陷进一步减少；实施例18-20的综合性能优于实施例17，说明通过优选氢气的流量能够使碳化硅晶体中的缺陷进一步减少；实施例21-23的综合性能优于实施例20，说明通过优选刻蚀时的环境温度能够使碳化硅晶体中的缺陷进一步减少；实施例24-26的综合性能优于实施例23，说明通过优选刻蚀时的环境压力能够使碳化硅晶体中的缺陷进一步减少。

尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。