具体实施方式

为了更清楚的阐释本申请的整体构思，下面结合说明书附图以示例的方式进行详细说明。

为了能够更清楚地理解本申请的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本申请进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是，本申请还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本申请的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

另外，在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不是必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

本申请的实施例以碳化硅籽晶，并将该碳化硅籽晶用于PVT法生长碳化硅单晶为例进行说明。

实施例1

参考图1-3，本申请的实施例公开了一种碳化硅籽晶50的加工装置，该装置包括：支撑机构，用于固定碳化硅籽晶50；加工机构，加工机构包括与碳化硅籽晶50相对设置的环形滑轨22，环形滑轨22通过电磁控制机构中的电磁铁73与刻刀35连接，电磁控制机构能够带动刻刀35沿环形滑轨22移动；电磁控制机构通过电磁铁73产生的磁力实现与刻刀35的吸合与分离，以调整刻刀35与碳化硅籽晶50表面的压力，从而在碳化硅籽晶50的表面环形阻隔带。电磁铁73放置于壳体33内，电磁控制机构在中心控制系统的作用下，对电磁铁73进行通电，通过调整通入电磁铁73的电流大小来控制与刻刀35的距离，进而调节刻刀35与碳化硅籽晶50表面的距离，并且电磁控制机构能够向中心控制系统反馈刻刀35与碳化硅籽晶50之间的压力，中心控制系统根据反馈的压力实时调整电磁铁73与刻刀35之间的距离，进而促使刻刀35对碳化硅籽晶50的环形阻隔带进行精准加工，以获得深度适中且不损伤碳化硅籽晶50其他部位的环形阻隔带，避免在加工过程中碳化硅籽晶50出现破裂及破碎的情况，提高加工的成品率，节约加工成本。

具体的，刻刀35沿环形滑轨22移动并向碳化硅籽晶50运动，从而使碳化硅籽晶50的表面形成环形阻隔带，将具有环形阻隔带的碳化硅籽晶50作为籽晶进行长晶时，得到具有环形形貌的晶体，该环形形貌用以防止碳化硅晶体在长晶过程中形成的边缘位错向内滑移，阻挡边缘小角晶界(简称LAGB)向内延伸，从而得到高质量的碳化硅晶锭。

具体的，支撑机构和加工机构相对设置，支撑机构与加工机构的相对位置不做具体限定，可以为支撑机构在加工机构下方，加工机构对碳化硅籽晶50的上表面进行加工，也可以为支撑机构在加工机构的上方，加工机构对碳化硅籽晶50的下表面进行加工，也可以为其他相对设置的方式，只要能实现对碳化硅籽晶50的表面进行加工即可。

具体的，中心控制系统包括计算机41和传输终端42，计算机41和传输终端42之间通过连接线43连接，计算机41将个参数信息以电信号的形式传输给传输终端42，传输终端42再向各个机构发出指令，电磁控制机构所反馈的信号经传输终端42传输至计算机41，计算机41根据接收到的信号再进行参数调整，以灵活控制碳化硅籽晶50的加工过程。

参考图4，作为一种实施方式，加工机构设置在支撑机构的上方，刻刀35的一端通过软铁垫片72与复位弹簧71连接，另一端相对于碳化硅籽晶50悬空设置，电磁铁73设置在复位弹簧71下方，电磁铁73通电产生磁力使得软铁垫片72向下运动，以推动刻刀35向碳化硅籽晶50方向运动。复位弹簧71上端固定，下端与软铁垫片72连接，当电磁铁73通电时，电磁铁73与软铁垫片72之间产生吸力，该吸力促使软铁垫片72向下运动，推动刻刀35与碳化硅籽晶50接触后进行环形阻隔带的加工，此时复位弹簧71处于伸长状态；当电磁铁73断电后，电磁铁73产生的磁力消失，软垫垫片72在复位弹簧71的作用下带动刻刀恢复至初始位置，刻刀35停止对碳化硅籽晶50表面的加工。

具体的，电磁铁73可以为一块，也可以为多块，只要能在通电时对软铁垫片72产生足够的吸力来推动刻刀35对碳化硅籽晶50施加一定的作用力即可。当电磁铁73为多块时，多块电磁铁73之间形成供刻刀35发生相对运动的运动通道，并且多块电磁铁73设置在运动通道的两侧，以保证软铁垫片72在推动刻刀35对碳化硅籽晶50进行加工的过程中，刻刀35不会发生偏移，提高环形阻隔带的质量。优选的，电磁铁73围绕上述软铁垫片72的周向设置，参考图2，复位弹簧71设置在电磁铁73的上方，电磁铁73的中心设置有供软铁垫片72运动的通道。

作为一种实施方式，参考图2，电磁控制机构还包括压力传感器34，压力传感器34用于指示刻刀35与碳化硅籽晶50之间的压力。压力传感器34能够检测刻刀35对碳化硅籽晶50施加的压力，并将该压力反馈至中心控制系统，中心控制系统通过控制传输至刻刀35的电流，进而调整电磁铁73的磁场，促使电磁铁73与刻刀35之间距离发生变化，以达到调整刻刀35与碳化硅籽晶50之间压力的目的。通过压力传感器34和电磁铁73的相互配合，能够精确控制刻刀35作用于碳化硅籽晶50上的压力，以获得质量一致的环形阻隔带，并且避免在环形阻隔带的加工过程中对碳化硅籽晶50的其他部位造成损伤，进一步提高下游器件的质量。

具体的，启动该加工装置后，传输终端42接收到计算机41发送的电信号后，向电磁铁73的控制机构输入指令，电磁铁73的控制机构控制通入电磁铁73的电流，电磁铁73产生的磁力驱动刻刀35与碳化硅籽晶50表面接触，压力传感器34指示刻刀35与碳化硅籽晶50表面之间的压力，并将该压力通过传输终端42传输至计算机41，计算机41再根据接收到的压力传感器34的数值向传输终端42发送信号，以调整通入电磁铁73的电流，最终使得刻刀35与碳化硅籽晶50之间的压力处于50-90g/cm²。

作为一种实施方式，刻刀35倾斜设置，刻刀35与碳化硅籽晶50的夹角为100°-150°，优选为100°-120°。当刻刀35与碳化硅籽晶50垂直加工时，刻刀35对碳化硅籽晶50的接触阻力大，进而刻刀35在加工过程中会使碳化硅籽晶50易产生应力集中，影响碳化硅籽晶50的质量，严重时会在加工初期碳化硅籽晶50产生裂纹或者破碎，从而本申请将刻刀35呈该夹角倾斜设置，在对碳化硅籽晶50进行加工时，能够减少刻刀35与碳化硅籽晶50表面的接触阻力，便于加工。

作为一种优选的实施方式，参考图5，A为刻刀35的倾斜方向，B为刻刀35加工的切线方向，刻刀35的倾斜方向与刻刀35加工的切线方向反向，即此种设置方式下，刻刀35在边加工的过程中产生对碳化硅籽晶50相应的推力，进一步降低刻刀35与碳化硅籽晶50之间的接触阻力。

作为一种实施方式，刻刀35呈圆台形，刻刀35的径向横截面积随与碳化硅籽晶50距离的缩短而减小。呈圆台形的刻刀35，自环形滑轨22向碳化硅籽晶50方向，直径逐渐变小，以使得碳化硅籽晶50的环形阻隔带呈梯形的环形凹槽状，该梯形的环形凹槽的宽度沿碳化硅籽晶50的表面向内逐渐减小，能够进一步阻止晶体在长晶过程中边缘位错向内滑移和边缘小角晶界的向内延伸，促使位错和小角晶界沿环形形貌的边缘向外延伸，进一步提高碳化硅晶体的质量。该梯形形状的环形阻隔带相对于V型环形阻隔带，环形凹槽存在底边，该底边的宽度使得环形形貌具有一定的宽度，可进一步对位错和小角晶界进行阻挡，而V型环形阻隔带可能会导致形成的环形形貌过窄，不足以形成理想的环形形貌，从而出现位错和小角晶界沿V型尖端向内滑移的现象。

进一步地，V型刻刀35相对于圆台形的刻刀35在加工过程中不可避免的会出现应力集中的现象，从而使得碳化硅籽晶50产生裂纹，降低碳化硅籽晶50的成品率，提高生产成本。

作为一种实施方式，电磁控制机构还包括电动移位器31，电动移位器31的一端设置在环形滑轨22内，另一端通过电磁铁73与刻刀35连接，刻刀35通过电动移位器31与环形滑轨22连接，并带动刻刀35沿环形滑轨22移动，以将碳化硅籽晶50的表面加工出环形阻隔带，电动移位器的31设置提高了刻刀35在碳化硅籽晶50表面运动的稳定性，可保证碳化硅籽晶50的环形阻隔带是均匀且平整的。

作为一种实施方式，电磁控制机构还包括电动悬臂32，电动移位器31、电动悬臂32、电磁铁73、压力传感器34和刻刀35依次连接；电动悬臂32可伸缩，用以带动刻刀35移动至靠近碳化硅籽晶50表面，此时刻刀35与碳化硅籽晶50表面并不接触，且存在一定的距离，电磁铁73产生的磁力带动刻刀35与碳化硅籽晶50表面接触，并在电动移位器31的带动下，将碳化硅籽晶50的表面加工形成环形阻隔带。通过电动悬臂32来实现刻刀35向碳化硅籽晶50移动至一定距离，再通过电磁铁73来微调刻刀35与碳化硅籽晶50之间的距离，若电动悬臂32直接带动刻刀35与直接接触，及造成应力集中，使得碳化硅籽晶50容易破碎，无法顺利加工成环形阻隔带。电磁铁73、电动悬臂32和电动移位器31的配合共同来提高对碳化硅籽晶50的加工效率。

具体的，电动悬臂32的末端连接复位弹簧71的上端，电动悬臂32在大范围内调整刻刀35移动至与碳化硅籽晶50表面相距一定距离，之后通过电磁铁73与复位弹簧71的配合精准控制刻刀35与碳化硅籽晶50接触，并向碳化硅籽晶50施加的压力，并根据压力传感器34的数值，由中心控制系统控制通入电磁铁73的电流，进而实时调整刻刀35与碳化硅籽晶50表面的压力，提高该环形阻隔带质量的一致性，来获得一种深度适中且具有一定宽度的环形阻隔带。上述配合方式能够大批量生产质量一致的碳化硅籽晶50，可适用于工业化大规模加工生产碳化硅籽晶50。

具体的，压力传感器34可与刻刀35直接连接，也可以通过支撑结构再与刻刀35连接，通过支撑结构实现连接的方式能够避免压力传感器34直接与刻刀35接触，提高零部件的耐用性。

作为一种实施方式，其还包括驱动所述电动移位器31沿环形滑轨22移动的第一动力机构、驱动电动悬臂32伸缩的第二动力机构和驱动刻刀35旋转的第三动力机构，通过第三动力机构来控制刻刀35的旋转，能够减少刻刀35在加工过程中与碳化硅籽晶50之间的加工阻力，提高加工效率，在刻刀35的旋转过程中，相当于对碳化硅籽晶50边打磨边进行加工，不会出现局部作用力过大的现象，避免对碳化硅籽晶50造成损坏。通过第一动力机构和第二动力机构来控制刻刀35与碳化硅籽晶50的相对运动，电动移位器31在第一动力机构的作用下沿环形滑轨22往复运动，以将碳化硅籽晶50的外周侧加工成具有理想的环形阻隔带。

具体的，参考图3，环形滑轨22可以设置为多个同心圆的滑轨，根据所需要的环形阻隔带的位置与碳化硅籽晶50外周侧之间的距离，来选择合适的滑轨，以提高该加工装置的普适性和实用性。

作为一种实施方式，刻刀35为金刚石刻刀，金刚石刻刀在对碳化硅籽晶50的加工过程中，金刚石刻刀的耐用度较高，即使长期使用也不会出现变形，能够延长加工装置的使用寿命，进一步地，金刚石刻刀能够避免对碳化硅籽晶50引入金属污染，提高碳化硅籽晶50的质量。

作为一种实施方式，支撑机构包括支撑板11和电动平台12，电动平台12能够相对于支撑板11相对运动，碳化硅籽晶50固定放置于电动平台12上。将碳化硅籽晶50放置于电动平台12上，电动平台12带动碳化硅籽晶50相对于支撑板11运动，以将碳化硅籽晶50放置于合适的加工位置，并且将加工后的碳化硅籽晶50自加工位置移出，电动平台12的设置便于碳化硅籽晶50的取放和定位，进一步提高加工的精度。具体的，电动平台12的移动通过中心控制系统来控制。

作为一种实施方式，加工机构设置在支撑机构上方，加工机构包括滑轨面板21，滑轨面板21设置在支撑板11的上方，环形滑轨22设置在滑轨面板21的下端面上，刻刀35向下运动以对碳化硅籽晶50的上表面进行加工。将加工机构设置在支撑机构的上方，碳化硅籽晶50则放置在电动平台12的上方，利于碳化硅籽晶50的固定，该设置下刻刀35自上而下向碳化硅籽晶50进行加工，提高操作的便捷性。滑轨面板21的下端面上设置环形滑轨22，为环形滑轨22的多个同心滑轨提供了更多的设置空间，具体的，环形滑轨22与滑轨面板21为一体设置，提高该加工装置的紧凑性。

具体的，电动平台12上设有固定吸盘，该固定吸盘用于将碳化硅籽晶50牢牢固定于电动平台12上，防止在加工过程中碳化硅籽晶50出现滑移，进而导致加工出现偏差的现象。

具体的，支撑板11与滑轨面板21之间通过侧板60连接，该侧板60为加工机构和电磁控制机构提供了支撑力，防止滑轨面板21在加工过程中出现轻微移动，进一步提高加工的精准性。

实施例2

使用实施例1中任一加工装置对碳化硅籽晶进行加工，具体的加工方法包括下述步骤：

1)准备阶段：提供加工装置，所述加工装置包括承载籽晶的支撑平台和与所述籽晶生长面相对设置的刻刀；

2)加工阶段：所述刻刀沿所述籽晶生长面的周向运动，并对所述籽晶生长面施加50-90g/cm²的压力，以使得所述籽晶生长面的周向形成环形凹槽；

3)后处理阶段：将制得具有环形凹槽的籽晶进行包括研磨、抛光步骤，即制得具有环形阻隔带的籽晶。

其中，未研磨、抛光前，环形凹槽的宽度为130-160μm，深度为20-45μm；研磨、抛光步骤中，对籽晶生长面的去除厚度为10-20μm，优选为10-15μm，研磨、抛光后环形阻隔带的宽度为10-20μm，深度为5-30μm。

刻刀在沿籽晶生长面周向运动的运动速度为5-10mm/min，刻刀在加工阶段的旋转速度为150-750r/min，刻刀与籽晶的夹角为100°-150°。

按照上述加工方法加工籽晶1#-7#和对比籽晶D1#-D2#及对比籽晶D3#(为不经任何加工处理的籽晶)，具体的加工方法和上述方法的不同之处如表1所示，每一相同加工方法至少加工5块籽晶，计算籽晶的环形阻隔带的平均深度及宽度和成品率。

表1

使用上述表1的加工方法对籽晶1#-7#和对比籽晶D1#-D3#进行加工，其中相同的处理方法所处理的籽晶的数量不少于5块，并且上述籽晶的研磨、抛光及清洗工艺相同，测试上述籽晶环形阻隔带的数值，具体步骤如下：

研磨：研磨压力为300g/cm²,研磨盘转速为40r/mi n，使用质量百分数为0.6％的B₄C研磨液，PH控制在8；

抛光：使用金刚石粉和氧化铝粉配成抛光液，在200g/cm2的压力下，抛光盘转速为60rpm进行机械抛光；

清洗：在百级清洗间中使用自动清洗机，在70KHz的超声下控制清洗PH值为5，清洗液中清洗剂含量为17％超声清洗15mi n。

清洗后在干净的惰性气体下进行干燥，干燥完成后的籽晶使用显微镜扫描，测试环形阻隔带的深度及宽度，测试结果见下表2。

表2

实施例3

将上述实施例2加工后的籽晶1#-7#和对比籽晶D1#-D3#制备碳化硅单晶，制备方法包括下述步骤：

(1)将上述籽晶、碳化硅原料放置于长晶炉中并密封，对长晶炉抽真空和通入惰性气体进行除杂；

(2)炉体内通入高纯惰性气体，使得长晶炉内压力升至500mbar，持续通入高纯惰性气体并保持压力不变，控制长晶炉内的温度升至1700℃；

(3)控制长晶温度为2000-2500℃，长晶压力为500mbar，保持时间80-120h，即制得碳化硅单晶，将上述碳化硅单晶经相同的切割、研磨、抛光及清洗工艺得到碳化硅衬底1#-7#和对比碳化硅衬底D1#-D3#，对上述碳化硅衬底进行测试，测试结果见表3。

表3

刻刀对籽晶施加的压力越大，所形成的环形阻隔带的宽度及深度越大，当环形损伤层的深度过深会造成位错伯式矢量增大，当位错伯式矢量增大到一定程度，在晶体的生长中会形成微管，因此通过控制环形阻隔带的损伤层深度，可使其长晶无微管诱生，从而使得碳化硅晶体获得所需的环形形貌；当环形损伤层的宽度过窄，则晶体中环形形貌的宽度也较窄，会使得晶体边缘的小角晶界通过环形形貌向内延伸，此时的环形形貌无法对小角晶界起到有效的阻挡作用，当环形阻隔带的宽度过宽，则使得晶体在环形形貌处的位错堆积密度过小，容易向内滑移，同时会导致晶体的环形形貌过宽，在后续切除时晶体的损伤量增多。

由上述表中的数据可知，通过在籽晶的生长面上加工形成具有一定宽度和深度的环形阻隔带，该环形阻隔带在碳化硅晶体的长晶过程中，环形阻隔带区域内生长的晶体的缺陷密度小于环形阻隔带区域外生长的晶体的缺陷密度，该缺陷密度包括位错和晶界，该环形阻隔带制备得到具有环形形貌的晶体，通过环形形貌阻挡晶体的边缘位错向内滑移、边缘小角晶界向内延伸，并将边缘应力格挡在外，并且环形阻隔带区域外生长的晶体的原子台阶宽度、环形阻隔带处生长的晶体的原子台阶宽度和环形阻隔带区域内生长的晶体的原子台阶宽度依次增加。表3中晶体的半峰宽数值越小，代表晶体的结晶质量越好，因此可知籽晶中存在环形阻隔带能够将缺陷阻挡在晶体的环形形貌外，进而提高碳化硅晶体的质量，通过表3的数据可知，只有籽晶表面的环形阻隔带在一定的深度及宽度的范围内，才使得晶体中形成的环形形貌可以对缺陷起到阻挡作用，提高环形阻隔带区域内生长的晶体的结晶质量。

参考图6-图9，为籽晶2#在研磨、抛光步骤前的显微镜测试图，并对此时的环形阻隔带进行测量，测得环形阻隔带的宽度为152μm，深度为31.4μm，环形阻隔带的宽度及深度数值均较大；参考图10-图13，将加工后的籽晶2#再进行研磨、抛光步骤，并对研磨、抛光后的籽晶2#进行环形阻隔带的测量，此时环形阻隔带的宽度为14μm，深度为15.9μm，研磨、抛光步骤去除籽晶的厚度为15.5μm，由于环形阻隔带的形状为梯形，因此研磨、抛光步骤后环形阻隔带的宽度降低较为明显，既能保证形成的环形形貌对缺陷进行有效阻挡，又能降低晶体切除的损失量。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神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权利要求范围之内。