低翘曲度、弯曲度和TTV的75毫米碳化硅晶片制造技术

本发明专利技术公开一种高质量的ＳｉＣ单晶片。该晶片具有至少约３英寸的直径、小于约５μｍ的翘曲度、小于约５μｍ的弯曲度、以及小于约２．０μｍ的ＴＴＶ。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及低缺陷的碳化硅晶片及其用作用于半导体目的的前 体，以用引晶升华法生长大的高质量的碳化硅单晶以及在这种低缺陷 的晶片上进行高质量的外延生长。本专利技术还涉及下面共同未审的共同转让的美国专利申请公开No. 20050145164、 No.20050022724、 No.20050022727、 No. 20050164482、 No. 20060032434和No. 20050126471。
技术介绍
近年来已经发现碳化硅用作用于各种电子器件和目的的半导体 材料。碳化硅由于其物理强度和高抗化学侵蚀性而尤其有用。碳化硅 还具有优异的电子性质，包括耐辐射性、高击穿场、较宽带隙、高饱 和电子漂移速度、高温工作以及对蓝色、紫色和紫外光谱区域中的高 能光子的吸收和发射。碳化硅是难以工作的材料，因为它可以以150以上的多型形式结 晶，其中的一些以非常小的热力学性质差异而相互不同。而且，由于 碳化硅的高熔点(在高压下2700°C以上)，使用碳化硅的很多过程， 包括外延膜沉积，常常需要在比其它半导体材料中的类似反应更高的 温度下进行。如相关领域中的普通技术人员所广泛地认可的那样，由给定半导 体材料制成或者包含给定的半导体材料的器件的电子性能取决于该 器件的结构，材料的物理特性(例如，带隙限制可产生的光的最高频 率波长)以及晶体的质量。换句话来说，尽管一些电子器件可以用多 晶半导体材料成功地形成，但是更多的电子器件需要具有高晶体质量 并产生良好性能的单晶半导体部分。以另一方式来说，包括碳化硅在内的给定的半导体材料除非且直到可以以有用的质量和数量生产，否 则该材料的理论能力在功能上仍然是没有意义的。单晶碳化硅通常通过引晶升华法生长过程来制造。在典型的碳化 硅生长技术中，籽晶和源粉末都以在源和边缘较冷籽晶之间产生热梯 度的方式放置在反应坩埚中，该反应坩埚被加热至源的升华温度。热 梯度促进材料从源到籽晶的汽相运动，然后在籽晶上凝结，从而进行体型晶体生长。该方法也称为物理汽相传输(PVT)。在典型的碳化硅生长技术中，坩埚由石墨制成，并且通过感应或 者电阻加热，其中的相关线圏和绝缘体设置成建立和控制所需的热梯 度。源粉末是碳化硅，籽晶也是。坩埚竖直地定向，源粉末设置在下 部，籽晶设置在上部，通常在籽晶夹持器上，参见美国专利No. 4,866,005 (再z^告为No. Re 34,861 )。这些源是示例性地而不是限制 性地描述现代的引晶升华法生长技术。在体型晶体生长之后，常常将晶体切成具有预定形状的块，在外 围进行打磨，然后设置在切片机中。在切片机中，通过高速旋转刀片 将晶体块切成具有预定厚度的晶片。通常，切刀片典型地是内径锯，该锯通过下述方式来制得将薄 的不锈钢片切成环形，并沉积Ni电镀层，其中，金刚石磨料嵌入在 成形的不锈钢片的内边缘上。由于各种条件，例如，施加在切刀片上的张力，金刚石磨料对刀 片的内边缘的粘附性以及切片机的旋转轴的尺寸精确度，通过以这样 的方式切割晶锭而得到的晶片很可能在厚度和平坦度上有所偏差。如 果切片条件不合适，则从表面延伸的加工损伤层会深入发展到所切的 晶片的内部。该切片操作也可以通过使用线锯来实现，其中，使用丝线来替代 切割刀片。在这种情况下，磨料嵌入在丝线中，或者包含在浆液中， 该浆液在紧接切片操作之前喷射在线上。在这种情况下，观察到相似 的厚度和平坦度的变化。由于切片所引起的这些不良的偏差可以通过研磨所切的晶片来减少。参照图l(a)和图l(b)，在常规的研磨方法中，多个晶片2设置在 托架(carrier) 4上，并且以这样的方式定位在下研磨板6上，使得 晶片2均匀地分布在下研磨板6上。降低上研磨板8以接触晶片2， 将磨料进送到下研磨板6和上研磨板8之间的间隙中，并且，旋转和 转动晶片2。在旋转和转动的过程中，用磨料研磨晶片2。通过将作 为磨料的具有约10nm的粒径的金刚石或者氮化硼颗粒悬浮在适量的 水或者其它溶剂中，来制备常用的浆液。传统的研磨和切片技术的一个缺点是在所切的晶片中引入翘曲、 弯曲和总厚度变化(TTV)。"翘曲度"定义为从参考平面所测的晶 片表面的最小值和最大值之间的差。偏差包括凸凹变化。翘曲是体缺 陷(即，影响整个晶片的缺陷，而不仅仅是晶片表面部分)。"弯曲 度"是从晶片的中心所测的晶片的凹度或者变形，与任何厚度变化无 关。"总厚度变化"定义为晶片的最厚部分和最薄部分之间的绝对厚 度差。由于若干原因，具有高翘曲度、弯曲度和TTV的晶片可能是不 希望的。例如，在外延生长过程中，高的翘曲度、弯曲度和TTV水 平导致在晶片和基座(susceptor)之间的不均匀的接触。在外延生长 过程中，这种不均匀的接触可以引起整个籽晶上的热变化。此外，在 器件制造步骤中，由于当晶片被吸于真空吸盘时所引起的应力，高翘 曲度值可以提高晶片破裂的风险。因此，在由在升华法引晶系统(seeded sublimation system)中 形成的晶体所切成的晶片中产生具有低翘曲度、弯曲度和TTV水平 的大的更高质量的碳化硅仍是不变的商业技术目标。
技术实现思路
在一个方面，本专利技术是高质量的SiC单晶片，该晶片具有至少约 75毫米(3英寸)的直径、小于约0.5 nm的翘曲度、小于约0.5 jim 的弯曲度、以及小于约1.0 jim的TTV。在另一方面中，本专利技术是具有至少约75毫米(3英寸)的直径、 小于约0.4 nm的翘曲度、小于约0.4 jim的弯曲度和小于约0.9 jim的 TTV的SiC半导体晶片。在另一方面中，本专利技术是在高质量的SiC单晶片上外延生长SiC 或者III-V材料的方法，该晶片具有至少约75毫米(3英寸)的直径、 小于约0.5 nm的翘曲度、小于约0.5 nm的弯曲度、以及小于约1.0 jim 的TTV。在另一方面中，本专利技术是在SiC单晶村底上建立的多个功率、微 波和LED器件，该衬底具有至少约75毫米(3英寸)的直径、小于 约0.5 nm的翘曲度、小于约0.5 nm的弯曲度、以及小于约1.0 nm的 TTV。附图说明图l(a)和图l(b)示意性地示出根据本专利技术所用的常规双面研磨机；图2是根据本专利技术的半导体晶片； 图3是根据本专利技术的多个半导体前体器件； 图4是根据本专利技术的升华法引晶系统的示意剖视图； 图5是根据本专利技术的金属氧化物半导体场效应晶体管的示意剖 视图；以及图6是根据本专利技术的金属半导体场效应晶体管的示意剖视图。具体实施方式本专利技术结合了用于改善高质量碳化硅晶片的几种技术。 在一个方面中，本专利技术是高质量的SiC单晶片，该晶片具有至少 约75毫米(3英寸)的直径、小于约0.5 fim(较优选地小于约0.4 nm， 更优选地小于约0.3nm)的翘曲度、小于约0.5nm (较优选地小于约 0.4 nm，更优选地小于约0.3 jim)的弯曲度、以及小于约2.0jim(较 优选地小于约0.9 ftm，更优选地小于约0.8 nm)的TTV。单晶SiC的多型优选地是3C、 4H、 6H、 2H或者15R。在考虑籽晶的直径和厚度的成比例尺寸时，不管表示为百分率、 分数还是表示为比值，也应该理解，在由本专利技术提供改善的背景下， 这些比例在此处所述的更大直径的籽晶的背景下具有创造性的含义。因此，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高质量的ＳｉＣ单晶片，该单晶片具有至少约７５毫米（３英寸）的直径、小于约５μｍ的翘曲度、小于约５μｍ的弯曲度、以及小于约２．０μｍ的ＴＴＶ。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：艾德里安鲍威尔，威廉H布里克休斯，罗伯特T里奥纳多，戴维斯M麦克卢尔，迈克尔P劳纳，
申请(专利权)人：克里公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]