具有降低的晶体应力的大尺寸碳化硅单晶材料制造技术

公开了包括SiC晶片和SiC晶锭的碳化硅(SiC)材料和相关方法，其提供具有降低的晶体应力的大尺寸SiC晶片。SiC材料的生长条件包括保持SiC晶体的大体上凸形的生长表面、调节生长的SiC晶体的前侧到后侧热分布中的差异、供应足够的源通量以允许SiC晶体的商业上可行的生长速率以及减少SiC源材料和对应的SiC晶体中污染物或非SiC颗粒的包含。通过形成表现出较低晶体应力的较大尺寸SiC晶体，可减小与缺失的或附加的原子平面相关联的总位错密度，从而提高晶体质量和可用的SiC晶体生长高度。而提高晶体质量和可用的SiC晶体生长高度。而提高晶体质量和可用的SiC晶体生长高度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有降低的晶体应力的大尺寸碳化硅单晶材料


[0001]本公开涉及晶体材料，并且更具体地涉及具有降低的晶体应力的大尺寸碳化硅单晶材料。

技术介绍

[0002]碳化硅(SiC)表现出许多吸引人的电学和热物理性质。由于其物理强度和高耐化学侵蚀性以及各种电子性质，包括辐射硬度、高击穿场、相对宽的带隙、高饱和电子漂移速度、高温操作以及在光谱的蓝色、紫色和紫外区域中高能光子的吸收和发射，SiC特别有用。与包括硅和蓝宝石在内的常规晶片或衬底材料相比，SiC的此类性质使其更适合于制造用于诸如功率电子设备、射频设备和光电设备的高功率密度固态设备的晶片或衬底。SiC存在于称为多型体的许多不同的晶体结构中，其中某些常见的多型体(例如，4H
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SiC和6H
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SiC)具有六方晶体结构。
[0003]虽然SiC表现出优越的材料性质，但是生长SiC所需的晶体生长技术与用于其它晶体材料的常规生长过程非常不同，并且显著地更具挑战性。半导体制造中利用的常规晶体材料(诸如硅和蓝宝石)具有显著更低的熔点，从而允许有从熔融的源材料直接生长晶体的技术，这使得能够制造大直径晶体材料。相比之下，块状(bulk)晶体SiC通常通过在高温下的晶种升华生长过程产生，其中各种挑战包括杂质掺入、与热和晶体应力相关联的结构缺陷以及意外多型体的形成等。在典型的SiC生长技术中，衬底和源材料都被放置在反应坩埚内部。当坩埚被加热时产生的热梯度促进材料从源材料到衬底的气相移动，随后在衬底上冷凝并导致块状晶体生长。众所周知，杂质可作为掺杂剂引入SiC，并且这些掺杂剂可调节某些性质。对于SiC的升华生长，可以多种方式将掺杂剂引入室中，以使得掺杂剂将存在于由该过程产生的SiC晶体中。该过程被控制以提供用于特定应用的适当浓度的掺杂剂。在块状晶体生长之后，可通过将SiC的块状晶体锭或晶锭切片来获得SiC的单个晶片，并且单个晶片可随后经受诸如精磨或抛光的附加的过程。
[0004]SiC晶片的独特性质使得能够设计和制造高功率和/或高频半导体设备的阵列。持续的发展已经导致SiC晶片的制造达到一定的成熟水平，其允许这样的半导体设备被制造用于日益广泛的商业应用。随着半导体设备工业的不断成熟，期望具有更大可用直径的SiC晶片。SiC晶片的可用直径可受到SiC的材料组成中的某些结构缺陷以及某些晶片形状特征的限制。材料组成中的结构缺陷可包括位错(例如，微管、螺旋刃位错、螺旋螺位错和/或基平面位错)、六边形空隙和堆垛层错等。与SiC相关联的晶片形状特征可包括可涉及晶片平整度的翘曲、弓曲和厚度变化。这些不同的结构缺陷和晶片形状特征可促成晶体应力，该晶体应力可不利于随后在常规SiC晶片上形成的半导体设备的制造和正确操作。这样的晶体应力大体上与晶片的半径平方成正比，并且结果，难以经济地制造高质量的较大直径的SiC半导体晶片。
[0005]本领域继续寻求具有更大尺寸的改进的SiC晶片和相关的固态设备，同时克服与常规SiC晶片相关联的挑战。

技术实现思路

[0006]公开了包括SiC晶片和SiC晶锭的碳化硅(SiC)材料和相关方法，其提供具有降低的晶体应力的大尺寸SiC晶片。SiC材料的生长条件包括保持SiC晶体的大体上凸形的生长表面、调节生长的SiC晶体的前侧到后侧热分布中的差异、供应足够的源通量以允许SiC晶体的商业上可行的生长速率以及减少SiC源材料和对应的SiC晶体中污染物或非SiC颗粒的包含。通过形成表现出较低晶体应力的较大尺寸SiC晶体，可减小与缺失的或附加的原子平面相关联的总位错密度，从而提高晶体质量和可用的SiC晶体生长高度。
[0007]在一个方面中，SiC晶片包括至少195毫米(mm)的尺寸以及对于由从SiC晶片的中心起的半径界定的第一区域来说小于1000厘米/立方厘米(cm/cm3)的在晶面族的5度内对齐的基平面位错的总线密度，该半径占SiC晶片的晶片半径的至少50％。在某些实施例中，该尺寸在从195mm至205mm的范围内，或在从195mm至455mm的范围内，或在从195mm至305mm的范围内。在某些实施例中，在晶面族的5度内对齐的基平面位错的总线密度在从0cm/cm3至小于1000cm/cm3的范围内，或者在从20cm/cm3至小于1000cm/cm3的范围内。在某些实施例中，在第一区域中在晶面族的5度内对齐的基平面位错的总线密度小于200cm/cm3，或者小于100cm/cm3。在某些实施例中，界定第一区域的半径占SiC晶片的晶片半径的至少90％或SiC晶片的晶片半径的至少95％。在某些实施例中，SiC晶片还包括限定在第一区域和SiC晶片的周边边缘之间的第二区域，其中，第二区域包括高于第一区域的在晶面族的5度内对齐的基平面位错的总线密度。在某些实施例中，在第二区域中在晶面族的5度内对齐的基平面位错的总线密度小于1000cm/cm3。在某些实施例中，SiC晶片包括4H
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SiC晶片或半绝缘SiC或n型SiC。
[0008]在另一个方面中，SiC晶锭包括在从195mm至305mm的范围内的宽度和在从50mm至300mm的范围内的晶锭高度。在某些实施例中，宽度在从195mm至205mm的范围内，或者在从100mm至300mm的范围内。在某些实施例中，晶锭高度的至少50％构造成提供多个SiC晶片，并且多个SiC晶片中的每个SiC晶片包括对于由从SiC晶片的中心起的半径界定的第一区域来说小于1000cm/cm3的在晶面族的5度内对齐的基平面位错的总线密度，该半径占SiC晶片的晶片半径的至少50％。在某些实施例中，半径是晶片半径的至少90％。在某些实施例中，在第一区域中在晶面族的5度内对齐的基平面位错的总线密度小于200cm/cm3，或者小于100cm/cm3。在某些实施例中，晶锭高度的至少75％构造成提供多个SiC晶片，并且多个SiC晶片中的每个SiC晶片包括对于由从SiC晶片的中心起的半径界定的第一区域来说小于1000cm/cm3的在晶面族的5度内对齐的基平面位错的总线密度，该半径占SiC晶片的晶片半径的至少50％。在某些实施例中，半径是晶片半径的至少90％。在某些实施例中，在第一区域中在晶面族的5度内对齐的基平面位错的总线密度小于200cm/cm3，或者小于100cm/cm3。在某些实施例中，SiC晶锭是A面SiC晶锭、或M面SiC晶锭或面SiC晶锭。
[0009]在另一个方面中，一种用于提供用于晶体生长的SiC源材料的方法包括：由SiC晶体材料形成多个研磨介质；以及通过用多个研磨介质研磨SiC源粉末来增加SiC源粉末的密
度。在某些实施例中，该方法还包括在减小SiC源粉末的颗粒尺寸之前从多个研磨介质中移除表面污染物。在某些实施例中，移除表面污染物包括在减小SiC源粉末的颗粒尺寸之前使用研磨过程。在某些实施例中，移除表面污染物还包括对多个研磨介质施加化学蚀刻。在某些实施例中，SiC晶体材料包括SiC晶体晶锭。在某些实施例中，形成多个研磨介质包括对SiC晶体晶锭进行线锯切割。在某些实施例中，SiC源粉末本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种碳化硅(SiC)晶片，包括至少195毫米(mm)的尺寸以及对于由从所述SiC晶片的中心起的半径界定的第一区域来说小于1000厘米/立方厘米(cm/cm3)的在晶面族的5度内对齐的基平面位错的总线密度，所述半径占所述SiC晶片的晶片半径的至少50％。2.根据权利要求1所述的SiC晶片，其中，所述尺寸在从195mm至205mm的范围内。3.根据权利要求1所述的SiC晶片，其中，所述尺寸在从195mm至455mm的范围内。4.根据权利要求1所述的SiC晶片，其中，所述尺寸在从195mm至305mm的范围内。5.根据权利要求1所述的SiC晶片，其中，在所述晶面族的5度内对齐的基平面位错的所述总线密度在从0cm/cm3至小于1000cm/cm3的范围内。6.根据权利要求1所述的SiC晶片，其中，在所述晶面族的5度内对齐的基平面位错的所述总线密度在从20cm/cm3至小于1000cm/cm3的范围内。7.根据权利要求1所述的SiC晶片，其中，在所述第一区域中在所述晶面族的5度内对齐的基平面位错的所述总线密度小于200cm/cm3。8.根据权利要求1所述的SiC晶片，其中，在所述第一区域中在所述晶面族的5度内对齐的基平面位错的所述总线密度小于100cm/cm3。9.根据权利要求1所述的SiC晶片，其中，界定所述第一区域的所述半径占所述SiC晶片的所述晶片半径的至少90％。10.根据权利要求1所述的SiC晶片，其中，界定所述第一区域的所述半径占所述SiC晶片的所述晶片半径的至少95％。11.根据权利要求1所述的SiC晶片，还包括限定在所述第一区域和所述SiC晶片的周边边缘之间的第二区域，其中，所述第二区域包括高于所述第一区域的在所述晶面族的5度内对齐的基平面位错的总线密度。12.根据权利要求11所述的SiC晶片，其中，在所述第二区域中在所述晶面族的5度内对齐的基平面位错的所述总线密度小于1000cm/cm3。13.根据权利要求1所述的SiC晶片，其中，所述SiC晶片包括4H
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SiC晶片。14.根据权利要求1所述的SiC晶片，其中，所述SiC晶片包括半绝缘SiC。15.根据权利要求1所述的SiC晶片，其中，所述SiC晶片包括n型SiC。16.一种碳化硅(SiC)晶锭，包括在从195毫米(mm)至305mm的范围内的宽度和在从50mm至300mm的范围内的晶锭高度。17.根据权利要求16所述的SiC晶锭，其中，所述宽度在从195mm至205mm的范围内。18.根据权利要求16所述的SiC晶锭，其中，所述晶锭高度在从100mm至300mm的范围内。19.根据权利要求16所述的SiC晶锭，其中，所述晶锭高度的至少50％构造成提供多个SiC晶片，并且所述多个SiC晶片中的每个SiC晶片包括对于由从所述SiC晶片的中心起的半径界定的第一区域来说小于1000厘米/立方厘米(cm/cm3)的在晶面族的5度内对齐的基平面位错的总线密度，所述半径占所述SiC晶片的晶片半径的至少50％。20.根据权利要求19所述的SiC晶锭，其中，所述半径是所述晶片半径的至少90％。21.根据权利要求19所述的SiC晶锭，其中，在所述第一区域中在所述晶面族的5
度内对齐的基平面位错的所述总线密度小于200cm/cm3。22.根据权利要求19所述的SiC晶片，其中，在所述第一区域中在所述晶面族的5度内对齐的基平面位错的所述总线密度小于100cm/cm3。23.根据权利要求16所述的SiC晶锭，其中，所述晶锭高度的至少75％构造成提供多个SiC晶片，并且所述多个SiC晶片中的每个SiC晶片包括对于由从所述SiC晶片的中心起的半径界定的第一区域来说小于1000厘米/立方厘米(cm/cm3)的在晶面族的5度内对齐的基平面位错的总线密度，所述半径占所述SiC晶片的晶片半径的至少50％。24.根据权利要求23所述的SiC晶锭，其中，所述半径是所述晶片半径的至少90％。25.根据权利要求23所述的SiC晶锭，其中，在所述第一区域中在所述晶面族的5度内对齐的基平面位错的所述总线密度小于200cm/cm3。26.根据权利要求23所述的SiC晶锭，其中，在所述第一区域中在所述晶面族的...

【专利技术属性】
技术研发人员：Y，
申请(专利权)人：沃孚半导体公司，
类型：发明
国别省市：