大直径碳化硅晶片
1.相关申请
2.本技术要求享有2019年12月27日提交的临时专利申请序列号62/954,082的权益，该申请公开内容通过引用以其整体结合于本文中。
技术领域
3.本公开涉及晶体材料，并且更具体而言涉及大直径碳化硅晶片。
背景技术：4.碳化硅(sic)表现出许多吸引人的电学和热物理性质。sic因其物理强度和高抗化学侵蚀性以及各种电子特性，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、高温操作以及蓝、紫和紫外区光谱中高能光子吸收和发射，而特别有用。与传统的晶片或基底材料(包括硅和蓝宝石)相比，sic的这些特性使其更适合制造用于高功率密度固态器件的晶片或基底，如电力电子器件、射频器件和光电器件。sic以许多不同的晶体结构出现，称为多型体(polytype)，其中某些多型体(例如，4h-sic和6h-sic)具有六方晶体结构。
5.虽然sic表现出优异的材料特性，但生长sic所需的晶体生长技术与其他晶体材料的常规生长工艺相比非常不同并且更具显著的挑战性。半导体制造中使用的常规晶体材料如硅和蓝宝石具有显著较低的熔点，允许从熔化的源材料进行直接晶体生长技术，从而能够制造大直径晶体材料。相比之下，块状晶体sic通常是在高温下通过接种升华生长工艺而生产，其中各种挑战包括杂质引入、与热和晶体应力相关的结构缺陷以及不同多型体的形成，等等。在典型的sic生长技术中，基底和源材料都放置于反应坩埚内。加热坩埚时产生的热梯度促使材料从源材料向基底的气相运动，随后在基底上冷凝并导致块状晶体生长。众所周知，杂质能够作为掺杂剂引入sic中，并且这些掺杂剂能够调节某些特性。对于sic的升华生长，掺杂剂能够以多种方式引入腔室中，而使该掺杂剂将存在于由该工艺方法生产的sic晶体中。该工艺经过控制而针对特定应用提供适当浓度的掺杂剂。在块状晶体生长之后，通过切片块状sic晶锭或块锭可以获得各个sic晶片，并随后可以对各个晶片进行其他工艺，如研磨或抛光。
6.sic晶片的独特特性使之能够设计和制造出高功率和/或高频半导体器件的阵列。持续的发展已经导致制造sic晶片的成熟水平，这允许制造这种半导体器件用于日益广泛的商业应用。随着半导体器件行业的不断成熟，需要具有更大可用直径的sic晶片。sic晶片的可用直径可能会受到sic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。材料组合物中的结构缺陷可以包括微管、位错(例如，螺纹位错、边缘位错、螺旋位错和/或基面位错)、六角形空隙和堆叠层错等。与sic相关的晶片形状特征可能包括翘曲度(warp)、弯曲度(bow)和厚度变化，这些变化会改变晶片的平坦度。这些不同的结构缺陷和晶片形状特征会贡献晶体学应力，这会不利于随后在常规sic晶片上形成的半导体器件的制造和正常运行。这种晶体应力通常与晶片的半径的平方成比例，而因此难以经济地制造高质量的较大直径的sic半导体晶片。
7.本领域继续寻求具有更大直径的改进sic晶片和相关固态器件，而同时克服与传统sic晶片相关的挑战。
技术实现要素：8.本文公开了碳化硅(sic)晶片和相关方法，其包括具有适合半导体制造的晶片形状特征的大直径sic晶片。本文公开了具有减小变形的大直径sic晶片。该变形可能与与形成这种sic晶片相关的应力和应变效应有关。正如本文所述，晶片形状和平坦度特性可以通过在sic晶块或晶锭的生长期间降低晶体应力曲线(profile)而改善。晶片形状和平坦度特性也可以在各个sic晶片已从相应sic晶锭中分离出之后得以改善。在这方面，公开了sic晶片和相关方法，包括具有合适晶体质量和晶片形状特征(包括低值的晶片弯曲度、翘曲度和厚度变化)的大直径sic晶片。
9.在一个方面中，sic晶片包括至少195毫米(mm)的直径、300微米(μm)至1000μm范围内的厚度和-25μm至25μm范围内的弯曲度。在某些实施方式中，sic晶片还包括小于或等于40μm的翘曲度。在某些实施方式中，该直径处于195-455mm的范围内，或195-305mm的范围内。在某些实施方式中，该厚度处于100μm-500μm的范围内，或200μm-500μm的范围内。在某些实施方式中，该sic晶片包括小于7μm或小于2.6μm的总厚度变化(ttv)。在某些实施方式中，对于1cm2的位点面积(site area)，该sic晶片包括小于4μm的局部厚度变化(ltv)。在某些实施方式中，对于1cm2的位点面积，sic晶片包括小于1.5μm的位点正面最小二乘范围(sfqr)最大值。在某些实施方式中，该sic晶片包括4-hsic。sic晶片可以包括半绝缘sic或n-型sic。对于n-型sic，该sic可以包括氮作为n-型掺杂剂。在某些实施方式中，该n-型掺杂剂形成较高掺杂区和较低掺杂区，而使较高掺杂区由较低掺杂区横向界定。较高掺杂区可以与sic晶片的中心区对齐(register)，或较高掺杂区域可以偏离sic晶片中心区。在某些实施方式中，该sic晶片还包括硼、铝、锗、铍、镓、锡、砷、磷、钛和钒中的至少之一。
10.在另一方面中，一种方法包括：生长sic的晶体材料；将sic晶片从sic晶体材料上分离而形成直径至少195mm、厚度处于300-1000μm范围内、弯曲度处于-25μm至25μm范围内的sic晶片。在某些实施方式中，该sic晶片包括小于或等于40μm的翘曲度。在某些实施方式中，该直径处于195-455mm的范围内。在某些实施方式中，生长所述sic晶体材料包括通过在生长期间降低横跨sic晶体材料的径向热梯度；或在生长期间提高横跨sic晶体材料的径向热梯度，而控制径向块状材料特性。在某些实施方式中，生长所述sic晶体材料包括沿着sic晶片的外周部分形成增加的晶体缺陷。在某些实施方式中，该方法还包括在对sic晶片施加机械负载的同时对sic晶片进行退火。在某些实施方式中，该方法还包括沿着sic晶片的碳面的外周部分选择性注入sic晶片。在某些实施方式中，该方法还包括在选择性注入sic晶片之后对sic晶片进行退火。在某些实施方式中，该方法还包括沿着sic晶片的碳面的外周部分选择性沉积膜。在某些实施方式中，该方法还包括在选择性沉积膜之后对sic晶片进行退火。在某些实施方式中，该方法还包括在对sic晶片进行退火之后去除膜。
11.在某些实施方式中，分离sic晶片包括基于晶体材料的缺陷曲线(profile)可变地调节横跨晶体材料的切割深度。在某些实施方式中，分离sic晶片包括基于所述晶体材料的掺杂曲线(profile)可变地调节横跨所述晶体材料的切割深度。在某些实施方式中，分离sic晶片包括基于先前与晶体材料分离的另一sic晶片的晶片形状特征可变地调节横跨所
述晶体材料的切割深度。在某些实施方式中，分离sic晶片包括基于所述晶体材料的顶表面的形状可变地调节横跨所述晶体材料的切割深度。
12.在另一方面中，一种方法包括：提供形成第一晶片形状的sic晶片；对sic晶片施加机械负载；在施加机械负载期间对sic晶片进行退火，而使所述sic晶片形成不同于第一晶片形状的第二晶片形状。在某些实施方式中，该机械负载施加于sic晶片的一个或多个局部部分。在其他实施方式中，该机械负载施加于整个sic晶片上。在某些实施方式中，在施加机械负载期间，sic晶片由边缘支撑布置支撑。在某些实施方式中，该sic晶片的第二形状包括195-455mm范围内的直径、不超过500μm的厚度、不超过25μm的弯曲度和不超过40μm的翘曲度。在某些实施方式中，该直径处于195-305mm的范围内。
13.在另一方面中，sic晶片包括至少195mm的直径、500μm-2000μm范围内的厚度和-25μm至25μm范围内的弯曲度。在某些实施方式中，该厚度处于500μm-1500μm的范围内。在某些实施方式中，该sic晶片还包括小于或等于40μm的翘曲度。在某些实施方式中，该直径处于195-455mm的范围内。在某些实施方式中，该直径处于195-305mm的范围内。
14.在另一方面中，该sic晶片包括至少195mm的直径、至少500的直径/厚度比和-25μm至25μm范围内的弯曲度。在某些实施方式中，该sic晶片还包括小于或等于40μm的翘曲度。在某些实施方式中，该直径处于195-305mm的范围内。在某些实施方式中，该直径/厚度比为至少600。在某些实施方式中，该直径/厚度比为至少900。
15.在另一方面中，该sic晶片包括至少195mm的直径、475μm-525μm范围内的厚度和小于或等于150μm的最大边缘支撑弯沉值。在某些实施方式中，该最大边缘支持弯沉值小于或等于120μm。在某些实施方式中，该最大边缘支持弯沉值小于或等于110μm。在某些实施方式中，该最大边缘支持弯沉值处于110μm-150μm的范围内。在某些实施方式中，该最大边缘支撑弯沉值小于或等于50μm，或小于或等于10μm，或处于5μm-150μm的范围内，或处于5μm-100μm的范围内，或5μm-50μm的范围内，或15μm-40μm的范围内，或5μm-20μm的范围内。在某些实施方式中，该sic晶片还包括-5μm至-20μm范围内的边缘支撑弯曲度值。在某些实施方式中，该直径处于195-305mm的范围内。
16.在另一方面中，一种方法包括：在生长温度下生长sic晶体材料，而同时在生长温度下将至少20％的晶体材料的应力保持低于sic的临界分辨剪切应力(critical resolved shear stress)；和将sic晶片从sic晶体材料上分离而形成直径至少195mm的碳化硅晶片。在某些实施方式中，生长所述sic晶体材料包括将至少百分之四十的晶体材料的应力维持低于sic的临界分辨剪切应力。在某些实施方式中，生长所述sic晶体材料包括将至少百分之八十的晶体材料的应力维持低于sic的临界分辨剪切应力。在某些实施方式中，该sic晶片包括300μm-1000μm范围内的厚度和-25μm至25μm范围内的弯曲度。在某些实施方式中，该直径处于195-305mm范围内。在某些实施方式中，该直径处于195-455mm的范围内。
17.在另一方面中，一种方法包括：生长sic的晶体材料；通过可变地调节横跨晶体材料的切割深度，将sic晶片从sic的晶体材料上分离而形成直径至少195mm、弯曲度处于-25μm至25μm范围内的sic晶片。在某些实施方式中，该sic晶片的直径处于195-305mm的范围内。在某些实施方式中，该sic晶片的直径处于195-455mm的范围内。在某些实施方式中，该sic晶片包括处于300μm-1000μm范围内的厚度。在某些实施方式中，分离sic晶片包括基于所述晶体材料的缺陷曲线可变地调节跨晶体材料的切割深度。在某些实施方式中，分离sic晶片
包括基于所述晶体材料的掺杂曲线可变地调节横跨所述晶体材料的切割深度。在某些实施方式中，分离sic晶片包括基于先前与晶体材料分离的另一sic晶片的晶片形状特征可变地调节横跨晶体材料的切割深度。在某些实施方式中，分离sic晶片包括基于晶体材料的顶表面的形状可变地调节横跨晶体材料的切割深度。在某些实施方式中，分离sic晶片包括晶体材料的激光辅助分离。在某些实施方式中，分离sic晶片包括锯切所述晶体材料。
18.在另一方面中，一种方法包括：生长sic的晶体材料；表征sic的晶体材料或表征已经从sic晶体材料分离的初始sic晶片而确定晶体缺陷曲线、掺杂曲线、晶体应力曲线(profile)和形状中的一项或多项；和通过基于晶体缺陷曲线、掺杂曲线、晶体应力曲线和形状中的一项或多项可变地调节横跨晶体材料的切割深度，从sic的晶体材料上分离后续sic晶片。在某些实施方式中，所述后续sic晶片包括至少195mm的直径和-25μm至25μm范围内的弯曲度。在某些实施方式中，该形状包括初始sic晶片的晶片形状特征。在某些实施方式中，该形状包括在所述后续sic晶片分离之前的所述晶体材料的顶表面的形状。在某些实施方式中，分离后续sic晶片包括所述晶体材料的激光辅助分离。在某些实施方式中，分离后续sic晶片包括锯切所述晶体材料。
19.在另一方面中，任何前述方面各自或一起，和/或如本文所述的各个单独方面和特征，可以进行组合以获得额外的优点。任何如本文所公开的各种特征和元件都可以与一个或多个其他所公开的特征和元件进行组合，除非本文另有相反指示。
20.在结合附图阅读以下对优选实施方式的详细描述后，本领域技术人员将会理解本公开的范围并实现其附加方面。
附图说明
21.引入并构成本说明书一部分的附图图示说明了本公开的多个方面，并且与说明书一起用于解释本公开的原理。
22.图1a和图1b图示说明了根据本文公开的实施方式生长晶体碳化硅(sic)的工艺方法。
23.图2包括提供由传统线锯工具接收并经受线锯工艺过程的晶锭的立体图的第一框架，以及提供由线锯工艺过程获得的多个晶片的立体图的第二框架。
24.图3是表示诸如4hsic的六方晶体的坐标系的第一立体晶面图。
25.图4是六方晶体的第二立体图晶面图，图示说明了与c面不平行的面。
26.图5a是立体图晶片取向图，显示了邻近晶片相对于c面的取向。
27.图5b是图5a的邻近晶片叠加至晶锭的一部分上的简化截面图。
28.图6a和图6b是示例性sic晶片的俯视图，叠加的箭头显示了晶面。
29.图7是示例性激光工具的立体示意图，该激光工具配置成将激光发射聚焦于晶体材料内部而进行激光辅助分离。
30.图8a是图示说明未夹紧晶片的翘曲度测量的侧面截面示意图。
31.图8b是图示说明未夹紧晶片的弯曲度测量的侧截面示意图。
32.图8c是图示说明晶片的总厚度变化(ttv)测量的侧截面示意图。
33.图8d是图示说明在晶片不同位置处的局部厚度变化(ltv)测量的侧截面示意图。
34.图8e是图示说明在晶片不同位置处的位点正面(site front)最小二乘范围
(sfqr)测量的侧面横截面示意图。
35.图9是根据本文公开的实施方式具有指示应力梯度和方向的叠加箭头的示例性sic晶锭的立体图。
36.图10a是晶种上的sic晶体材料的侧截面示意图，显示了从晶种向上延伸沿其中心部分穿过sic晶体材料的厚度的圆柱形较高掺杂区。
37.图10b是源自图10a的sic晶体材料沿其横截面部分的sic晶片的俯视示意图。
38.图11是晶种上的sic晶体材料的侧截面示意图，显示了从晶种向上延伸沿其中心部分穿过sic晶体材料的厚度的截头圆锥形较高掺杂区。
39.图12是所述晶种上的sic晶体材料的侧面横截面示意图，显示了从所述晶种在相对于晶种中心的非中心位置处向上延伸并向上穿过sic晶体材料厚度的截头圆锥形较高掺杂区。
40.图13a是所述晶种上的sic晶体材料的侧横截面示意图，显示了由靠近晶种的较高掺杂区横向界定的第一较低掺杂区，随后是由第二低掺杂区横向界定的较高掺杂区。
41.图13b是源自图13a的sic晶体材料的sic晶片沿其横截面部分的俯视示意图。
42.图14是晶种上的sic晶体材料的侧横截面示意图，显示了多个由靠近所述晶种的较高掺杂区域横向界定的第一低掺杂区域，随后是由第二较低掺杂区横向界定的较高掺杂区。
43.图15-图17是晶种上的sic晶体材料的侧截面示意图，显示了穿过sic晶体材料厚度而形成非对称形状的较高掺杂区。
44.图18是晶种上的sic晶体材料的侧截面示意图，显示了形成于整个sic晶体材料中的较高掺杂区。
45.图19a-图19c是在用于在机械应力下对sic晶片进行退火而改进晶片形状的制造工艺的各种状态下的sic晶片的示意性横截面图。
46.图19d是图示说明根据图19a-图19c在机械应力下退火后sic晶片的位错曲线(profile)图的俯视图。
47.图19e是图示说明根据图19a-图19c的未在机械应力下经受退火的比较sic晶片的位错曲线图的俯视图。
48.图20a-图20c是在用于选择性注入sic晶片而改善晶片形状的制造工艺的各种状态下的sic晶片的示意性横截面图。
49.图21a-图21c是在用于在sic晶片上选择性沉积膜而改进晶片形状的制造工艺的各种状态下的sic晶片的示意性横截面图。
50.图22a是根据本文公开的实施方式用于弯沉表征的边缘支撑配置的sic晶片的侧截面示意图。
51.图22b是图示说明根据本文公开的实施方式对用于测定弯沉值的sic晶片测量的边缘支撑偏差值的等高线图。
52.图22c是图示说明根据本文公开的实施方式对用于测定弯沉值的另一sic晶片测量的边缘支撑偏差值的等高线图。
53.图22d是图示说明根据本文公开的实施方式对用于测定弯沉值的另一sic晶片测量的边缘支持偏差值的等高线图。
54.图22e是根据本文公开的实施方式对用于弯沉表征的中心支撑配置的sic晶片的侧截面示意图。
55.图23a是sic晶锭的侧截面示意图，其中所述叠加的虚线指示可以从sic晶锭分离的sic晶片的位置。
56.图23b是图23a的sic晶片分离之后的侧截面示意图。
57.图23c是图23a的sic晶锭的侧截面示意图，其中所述叠加的虚线表示可以通过可变分离技术从sic晶锭上分离的sic晶片的位置。
58.图23d是图23c的sic晶片分离后的侧截面示意图。
具体实施方式
59.下面阐述的实施方式代表了使本领域技术人员能够实施各实施方式并举例说明实施各实施方式的最佳模式的必要信息。在根据附图阅读以下描述后，本领域技术人员将会理解本公开的概念并且将认识到这些概念在本文中未具体提及的应用。应当理解的是，这些概念和应用都落入本公开和所附权利要求的范围内。
60.应当理解的是，尽管术语第一、第二等可以在本文中用于描述各种元件，但这些元件不应该受到这些术语的限制。这些术语仅用于将一个要素与另一个要素区分开。例如，第一要素能够称为第二要素，并且类似地，第二要素也能够称为第一要素，而不脱离本公开的范围。正如本文所用，术语“和/或”包括一个或多个相关列出的条目的任何和所有组合。
61.应当理解的是，当诸如层、区或基底的元件被称为“在”或“延伸到”另一个元件之上时，它可以直接处于另一个元件上或直接延伸到另一个元件上，或也可能存在中间元件。相反，当一个元件被称为“直接处于”或“直接延伸到”另一元件之上时，不存在中间元件。同样，应当理解的是，当诸如层、区或基底的元件被称为“在”另一个元件“上方”或“在”另一元件上方延伸时，它可以直接在或直接延伸于其他元件上方或中间元件也是可能存在的。相对而言，当一个元件被称为“直接在”或“直接延伸于”另一个元件上方时，不存在中间元件。还将理解的是，当一个元件被称为“连接”或“耦合”于另一元件时，它可以直接连接或耦合于另一元件，或可以存在中间元件。相对而言，当一个元件被称为“直接连接”或“直接耦合”于另一个元件时，不存在中间元件。
62.诸如“下方”或“上方”或“上部”或“下部”或“水平”或“垂直”等相对术语在本文中可以用于描述一个元件、层或区另一元件、层或区的关系(与正如各图所示的)。应当理解的是，这些术语和上面讨论的那些术语旨在涵盖除了图中描绘的取向之外的设备的不同取向。
63.本文使用的术语仅出于描述具体实施方式的目的，并非旨在限制本公开。正如本文所用，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文另有明确指示。应该进一步理解的是，术语“包含”、“含有”、“包括”和/或“囊括”在本文中使用时指定了所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其组群。
64.除非另有定义，否则本文使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本公开所属领域的普通技术人员通常理解的相同含义。将会进一步理解的是，本文使用的术语应该被解释为具有与其在本说明书和相关技术的上下文中的含义一致的含义，并且除非本文明
确如此定义，否则不会以理想化或过于形式化的意义进行解释。
65.本文公开了碳化硅(sic)晶片和相关方法，其包括具有适合于半导体制造的晶片形状特征的大直径sic晶片。本文公开了大直径sic晶片，其减少了与形成这种sic晶片相关的应力和应变效应相关的变形。正如本文所述，晶片形状和平坦度特性可以通过在sic晶块(boule)或晶锭(ingot)的生长期间减少晶体学应力曲线(profile)而得以改进。在各sic晶片与相应的sic晶锭分离后，晶片形状和平坦度特性也可以得到改善。在这方面中，公开了sic晶片和相关方法，其包括具有合适晶体质量和晶片形状特征，包括低值的晶片弯曲度(wafer bow)、翘曲度和厚度变化的大直径sic晶片。
66.sic可能是一种对于生长非常具有挑战性的晶体材料，因为在常压下它不具有液态，而是直接从固体转化为气体并返回固体。这使得它与大多数材料的不同之处在于液相生长不可用。sic晶体生长的另一个主要挑战是在sic中观察到的层错能(stacking fault energy)非常低，这使得额外的原子平面及其相关缺陷结构引入晶格变得非常容易。这种低层错能与sic的常规物理气相传输生长中采用的非常高的温度相结合，而使得在局部应力场可用的能量低于产生层错所需的能量的情况下保持生长具有挑战性。sic的晶体学应力能够受许多因素控制。晶体高度和晶体直径可以发挥重要作用，因为应力能够与晶体高度和直径的平方成比例增加。传统的sic生长技术已经实现了100和150毫米(mm)直径的sic晶体。这种sic晶体的长度能够受到限制，以防止诱导晶体应力超过其中形成高密度位错的sic晶体的临界分辨剪切应力(critical resolved shear stress)。对于如本文所公开的较大直径sic晶体(例如，大于150mm)，直径量的增加会不成比例地增加晶体应力，从而产生更短的晶体高度。在这方面，传统的晶体生长技术不一定适用于更大的直径。
67.sic接种升华生长工艺的通用方面已经充分确立。因此，晶体生长领域的技术人员，而特别是sic生长和相关系统领域的技术人员将认识到，给定技术或工艺的具体细节能够根据许多相关环境、加工条件和设备设置而变化。因此，本文给出的描述最合适以一般和示意性的意义给出，并认识到本领域技术人员将能够基于所提供的公开内容实现和使用本文公开的各种实施方式而无需进行过度实验。此外，那些本领域的技术人员将会认识到，本文所述类型的sic升华系统按照各种标准配置能够商购获得。或者，在必要或适当的情况下，可以在定制配置中设计和实施升华系统。因此，本文描述的实施方式不限于升华系统的特定子集或任何特定系统配置。相反，根据本文公开的实施方式，许多不同类型和配置的升华系统可以用于生长sic晶体材料。
68.图1a和图1b图示说明了根据本文公开的实施方式的晶体生长工艺过程。在图1a中，坩埚100包含源材料102并且坩埚100的内部用作生长区。源材料102可以包括任何合适的材料，如硅、碳、sic、硅化合物、碳化合物或前述任何或所有项以各种形式中任一种的组合，包括但不限于固体、粉末和气体中的一种或多种组合。源材料102中也可以包括其他可选元件，如掺杂剂(例如，氮等)和应变补偿组分(例如，锗、锡、砷和磷等)。应变补偿组分，当存在时，优选是等电子的或具有与掺杂剂相同的多数载流子类型(majority carrier type)(例如，n-型或p-型、供体或受体)。或者，一种、一些或所有其他元件能够以不同于包括于源材料102中的方式引入到生长区中。晶种104，如晶体sic，可以放置于随后置于坩埚100上的坩埚盖110附近，如图1a的虚线箭头所示。按照这种方式，随着坩埚100被加热时，晶种104悬挂于源材料102上方的坩埚100中。在其他排布设置中，晶种104能够放置于坩埚100
面，并且钢丝部分116平行于端面120'锯穿晶锭120，则每个所得晶片122a-122g将具有平行于晶体学c-面的“同轴(on-axis)”端面120”。线锯能够引入与分离过程相关的各种应力，这些应力会影响所得晶片的形状，特别是大直径晶片的形状。
73.图3是显示六方晶体如4h-sic的坐标系的第一立体图晶面图，其中c-面((0001)面)(对应于外延晶体生长的[0001](垂直)方向)，垂直于m-面(面)和a-面(面)，并且不垂直于r-面(面)。具有小切角(offcut)(例如，距晶体学c-面不到半度)的同轴(on-axis)sic晶片经常用作生长基底，用于sic以及其他材料(例如，aln和其他iii族氮化物)的同质外延层的高质量外延生长。
[0074]
还有可能的是生产具有不平行于晶体学c-面的端面的邻接(也称为切角(offcut，斜料)或“离轴(off-axis)”)晶片。具有不同度数(例如，0.1、0.25、0.5、0.75、1、2、4、6、8或更多度)切角的邻接晶片(例如，sic的邻接晶片)经常被用作sic以及其他材料(例如，aln和其他iii族氮化物)的同质外延层的高质量外延生长的生长基底。通过在远离c-轴方向上生长晶块或晶锭(例如，在相邻晶种材料上生长并垂直于晶锭侧壁锯切晶锭)，或通过以同轴晶种材料开始生长晶锭并以偏离垂直于晶锭侧壁的角度锯切或切割晶锭，可以生产邻接晶片。
[0075]
图4是六方晶体的第二立体晶体平面图，图示说明了与c-面不平行的平面128，其中矢量130(其垂直于平面128)以倾斜角β倾斜远离[0001]方向，而倾斜角β向方向(稍微)倾斜。
[0076]
图5a是显示邻接晶片132相对于c-面((0001)面)取向的立体晶片取向图，其中矢量130a(其垂直于晶片面132')以倾斜角β倾斜远离[0001]方向。该倾斜角β等于跨越(0001)平面和晶片面132'的投影134之间的正交倾斜角(或错取向角，misorientation angle)β。图5b是叠加于一部分晶锭135(例如，具有平行于邻接晶片132可以由其界定的(0001)面的端面135'的同轴晶锭)上的邻接晶片132的简化截面图。图5b显示了邻接晶片132的晶片面132'相对于(0001)面以倾斜角β错开。
[0077]
图6a和图6b是包括上表面136'(例如，其平行于(0001)面(c-面)并且垂直于[0001]方向)并由大致圆形边缘136”(具有直径)横向界定的示例性sic晶片136-1、136-2的俯视图。在图6a中，该sic晶片136-1的圆形边缘136”包括垂直于平面且平行于方向的主平面138(具有长度lf)。在图6b中，该sic晶片136-2的圆形边缘136”包括凹口140，代替图6a所示的主平面138。取决于具体应用，可以提供凹口140以与可以在其上加工sic晶片136-2的各种半导体制造工具兼容。如前所述，该sic晶片136-1、136-2也可能与c-面错位(例如，相对于c-面以一定斜角偏轴)。
[0078]
用于将晶片或基底与块状晶体材料分离的另一种方法包括激光辅助分离技术，该技术包括在块状晶体材料内形成激光亚表面损伤并且随后沿着激光亚表面损伤将晶片从块状晶体材料上分离。用于在晶体材料中形成亚表面损伤的工具允许将激光发射聚焦于晶体材料的内部，并使激光能够相对于晶体材料横向移动。典型的激光损伤模式可以包括在晶体材料内的一定深度处相对于彼此形成横向分隔开的平行线。诸如聚焦深度、激光功率、平移速度和亚表面损伤线间距等参数可以经过调节而赋予激光损伤，但某些因素的调节会
涉及平衡折中。增加激光功率往往会带来更大的亚表面损伤，这可能会提高压裂的容易程度(例如，通过降低完成压裂所需的应力)，但更大的亚表面损伤会增加表面沿由压裂而暴露的表面的不规则性，而使之可能需要额外的加工处理才能赋予后续处理(例如，用于结合到电子设备中)足够的这种表面光滑度，而额外的加工处理会导致额外的切口(kerf)损失。减小亚表面激光损伤线之间的横向间距也可以提高断裂的容易程度，但减小激光损伤线之间的间距会增加基底和激光器之间的平移通道数，从而降低工具的生产率。与线锯技术相比，这种激光辅助分离技术可以提供减少的切口损失。切口损失(kerf loss)是指与从块状晶体材料形成单个晶片相关的材料损失总量。
[0079]
图7是激光工具142的一个实例的立体示意图，该激光工具142配置成将激光发射聚焦于晶体材料144(例如，sic等)内而形成亚表面损伤146。晶体材料144包括上表面144'和相对的下表面144”，并且亚表面损伤146形成于上表面144'和下表面144”之间的晶体材料144的内部。激光发射148用透镜组件150聚焦而产生聚焦光束152，其焦点位于晶体材料144的内部。这样的激光发射148可以以任何合适的频率(通常处于纳秒、皮秒或飞秒范围内)和光束强度产生脉冲，而其波长低于晶体材料144的带隙以允许激光发射148聚焦于其表面下的目标深度处。在焦点处，光束尺寸和短脉冲宽度会导致足够高的能量密度，从而导致形成亚表面损伤146的非常局部的吸收。透镜组件150的一个或多个特性可以经过改变而调节聚焦光束152的焦点到晶体材料144内的所需深度。透镜组件150和晶体材料144之间可以进行相对横向运动(例如，横向平移)而在所需方向154上传播亚表面损伤146，如通过虚线示意性表示。这种横向运动可以以各种模式重复，包括下文所述的模式。
[0080]
正如本文所用，“基底”或“晶片”是指晶体材料，如单晶半导体材料。在某些实施方式中，基底可以具有足够的厚度(i)以进行表面加工处理(例如，研磨(lap)和抛光(polish))而支撑一个或多个半导体材料层的外延沉积，并且可选地(ii)如果和在从刚性载体分离时会自支撑。在某些实施方式中，基材可具有大致圆柱形或圆形形状，和/或可以具有约至少一种或多种以下厚度的厚度：200微米(μm)、300μm、350μm、500μm、750μm、1毫米(mm)、2mm或更大或更小。在某些实施方式中，基底可以包括能够分成两个较薄晶片的较厚晶片。在某些实施方式中，基底可以是具有布置于其上作为具有多个电操作器件的器件晶片的部分的一个或多个外延层(可选地连同一个或多个金属触点)的较厚基底或晶片的部分。根据本公开的方面可以分开器件晶片而产生更薄的器件晶片和第二更薄的晶片，其上可以随后(可选地连同一个或多个金属触点)形成一个或多个外延层。在某些实施方式中，大直径晶片或基底可以包括195mm或更大，或200mm或更大，或300mm或更大，或450mm或更大，或195-455mm范围内的直径。在某些实施方式中，晶片或基底可以包含直径195mm或更大，或200mm或更大，厚度处于100-1000μm或100-800μm范围内，或100-600μm的范围内，或150-500μm的范围内，或150-400μm的范围内，或200-500μm的范围内，或300-1000μm的范围内，或500-2000μm的范围内，或500-1500μm的范围内，或在任何其他厚度范围内或具有本文规定的任何其他厚度值的4h-sic。在某些实施方式中，术语“基底”和“晶片”可以互换使用，因为晶片通常用作可以在其上形成的半导体器件的基底。因此，基底或晶片可以是指已与较大块体晶体材料或基底分离的自支撑晶体材料。
[0081]
本文公开的实施方式可以应用于单晶和多晶类型的各种晶体材料的基底或晶片。在某些实施方式中，基底或晶片可以包括立方、六方和其他晶体结构，并且可以包括具有同
轴(on-axis)和偏轴(off-axis)晶体学取向的晶体材料。示例性实施方式可以包括具有六方晶体结构的单晶半导体材料，如4h-sic、6h-sic。下文描述的各种举例说明性实施方式一般提及sic或具体提及4h-sic，但应该理解的是，可以使用其他合适的晶体材料。在各种sic多型体中，该4h-sic多型体因其高导热性、宽带隙和各向同性电子迁移率而对电力电子器件特别有吸引力。本文公开的实施方式可以应用于同轴sic(即，与其c-面没有故意的角度偏差)或偏轴sic(即，通常与诸如c轴的生长轴偏离非零角，该非零角度通常处于0.5-10度的范围内或其子范围，如2-6度，或另一个子范围)。本文公开的某些实施方式可以利用具有处于1-10度，或2-6度，或约2、4、6或8度范围内的切角(offcut)的同轴4h-sic或邻近(偏轴)4h-sic。本文公开的实施方式还可以应用于掺杂的晶体半导体材料(例如，n掺杂的导电sic和/或p掺杂的sic)、共掺杂和/或未掺杂的晶体半导体材料(例如，半绝缘sic或高电阻率碳化硅)。在某些实施方式中，包括sic晶锭和sic晶片的sic晶体材料可以包含浓度处于1
×
10
17
cm-3-1
×
10
21
cm-3
范围内或1
×
10
17
cm-3-3
×
10
18
cm-3
，或1
×
10
18
cm-3-1
×
10
19
cm-3
范围内，或1
×
10
18
cm-3-3
×
10
18
cm-3
范围内，或小于1
×
10
17
cm-3
等的n-型掺杂(包括有意和无意掺杂剂如氮)。在某些实施方式中，n-掺杂的sic晶体材料可以具有0.001-0.05ohm-cm范围内，或0.001-0.03ohm-cm范围内，或0.005-0.05ohm-cm范围内，或0.005-0.03ohm-cm范围内的电阻率。在其他实施方式中，较高电阻率的sic晶体材料，包括半绝缘sic晶锭和半绝缘sic晶片，可以包括具有至少1500ohm-cm或至少5000ohm-cm，或至少50,000ohm-cm，或至少1
×
105ohm-cm，或至少1
×
106ohm-cm，或至少1
×
109ohm-cm，或1500-1
×
109ohm-cm的范围内，或1
×
10
5-1
×
109ohm-cm的范围内的电阻率的无意掺杂或未掺杂的sic。半绝缘sic晶片可以掺杂钒、铝或其组合。取决于该实施方式，共掺杂的sic晶片可以包括两种或更多种掺杂剂如氮、铝和钒等的组合。
[0082]
晶体sic可包括各种结构晶体缺陷，包括微管、位错(例如，螺纹位错、边缘位错、螺旋位错和/或基面位错等)、六角形空隙和堆叠层错(stacking fault)等。结构晶体缺陷可能在晶体生长期间和/或在生长后的冷却期间形成，其中在晶体sic的材料晶格结构中形成一种或多种不连续性。这种结构晶体缺陷可能有损于随后在sic晶片上形成的半导体器件的制造、正常操作、器件产量和可靠性。各种结构晶体缺陷的存在会在自支撑sic晶片中产生应力，这可能会促成晶片形状的各种偏差(例如，如下所述的平坦度特性降低)。在通过如先前描述的线锯或激光辅助分离技术将晶片从晶锭或晶块分离期间，可能会形成对晶片形状的额外偏差。
[0083]
晶片平坦度特性可以由翘曲度、弯曲度、总厚度变化(ttv)、局部厚度变化(ltv)、位点正面最小二乘范围(sfqr)和晶片弯沉值(wafer deflection value)中的一项或多项进行定义。“翘曲度(warp)”可以定义为与未夹紧晶片的焦平面的最大正偏差和负偏差之和。或者，翘曲度可以定义为未夹紧晶片的中间表面与参考平面的最大和最小距离之间的差异。“弯曲度(bow)”可以定义为在晶片表面与聚焦平面之间的未夹紧晶片中心处测量的距离。或者，弯曲度可以定义为未夹紧晶片的中间表面的中心点与由沿着直径小于晶片标称直径指定量的圆等距分布的三个点定义的中间表面参考平面的偏差。在与sic相关的某些实施方式中，弯曲度可以从sic晶片的si-面测量。“ttv”可以定义为晶片的最厚部分和最薄部分之间的厚度差。“ltv”可以定义为晶片特定区域的最厚和最薄部分之间的厚度差。“sfqr”可以定义为对于晶片具体位置通过最小二乘法计算的与前参考平面的最大和最小
偏差范围。在某些实施方式中，ttv、ltv和sfqr可以由夹持的晶片或保持于真空吸盘(chuck)下的晶片进行测量。“弯沉(deflection)”可以定义为跨晶片表面测量的与水平面的最大和最小偏差值之间的分布(spread)。
[0084]
根据本文公开的实施方式，可以使用各种技术测量晶片平坦度特性。在某些实施方式中，本文提供的晶片平坦度特性通过由纽约费尔波特(fairport，nk)的corning tropel corporation制造的可商购获得的tropelultrasort自动化晶片平坦度分析系统进行测量。对于这样的分析系统，用于获得翘曲度和弯曲度测量的未夹紧晶片的焦平面可以由晶片上三个特定点处的表面高度进行定义。正如2007年2月修订号为j的tropelultrasort operator's manual中所述，三个特定点可以定义于沿晶片表面彼此相隔120度并位于晶片半径的97％处，减去某个边缘修整或排除区域的位置。
[0085]
图8a-图8e的提供用于举例说明本文中如何量化晶片平坦度特性。在方面，可以使用其他测量工具和设备以类似的方式量化晶片平坦度特性。图8a是图示说明未夹紧晶片的翘曲度测量的侧截面示意图。如上所述的焦平面(fp)被图示为水平虚线。a
max
代表从fp到fp上方的晶片表面的最大距离，b
max
代表从fp到fp下方的晶片表面的最大距离。然后，翘曲度可以表征为a
max
和b
max
的绝对值之和。图8b是图示说明未夹紧晶片的弯曲度测量的侧截面示意图。弯曲度可以表征为fp和晶片表面的中心点(cp)之间的距离。图8c是图示说明晶片的ttv测量的侧截面示意图。对于ttv测量，晶片通过施加于晶片背面(bs)的真空吸盘(chuck)固定到位。ttv可以表征为相对于bs的晶片前表面(fs)的最大升高(maxium elevation，最大仰角)(max)和最小升高(minimum elevation，最小仰角)(min)之间的差。图8d是图示说明在晶片的不同位置处的ltv测量的侧横截面示意图。ltv可以表征为晶片保持于夹持状态或抵靠真空吸盘的晶片特定区域的局部最大升高(l
max
)和局部最小升高(l
min
)之差。在图8d中，图示说明了五个区域或晶片位点(位点1-位点5)，并且l
max
和l
min
在每个位点内用水平实线表示。图8e是图示说明在晶片的不同位置处的sfqr测量的侧截面示意图。该晶片可以保持于夹紧状态或抵靠真空吸盘。对于每个位点(图8e中的位点1-位点3)，局部焦平面(l
fp
)由所示的局部最小二乘拟合方法定义。a
max
表示从lfp到lfp上方的晶片表面的最大距离，b
max
表示从lfp到lfp下方的晶片表面的最大距离。然后可以将sfqr表征为晶片的每个局部区域或位点的a
max
和b
max
的绝对值之和。
[0086]
在某些实施方式中，这种测量技术可以包括干涉测量法。在某些实施方式中，测量技术可以包括使用用于测定晶片平坦度的光学平面，或其缺乏。翘曲度、弯曲度和ttv可以称为全局形状特性(即，影响整个晶片，而不仅仅是晶片表面的部分的特性)，而同时ltv和sfqr可以称为局部形状特征。由于若干原因，具有任何这种全局或局部形状特征的晶片可能是不合需要的。例如，在外延生长过程期间，高翘曲度、弯曲度或ttv值可能会导致该晶片和支撑承接器之间的接触不均匀，这会导致横跨晶片的热变化，从而导致外延层不均匀并降低其上形成的所得器件的工艺产量。此外，由于晶片被真空吸盘、晶片载体等固定时所产生的应力，高翘曲度、弯曲度或ttv值可能会增加某些器件制造步骤期间的晶片破裂风险。具有不同ltv和sfqr值的晶片能够导致外延生长的局部变化，这也能够降低其上形成的器件的工艺产量。
[0087]
与晶体生长期间形成的结构晶体缺陷相关的晶片应力或来自晶片从晶锭或晶块分离期间形成的晶片形状特性的晶片应力能够对晶片平坦度，特别是对于较大直径的sic
晶片(例如，直径大于150mm)，产生负面影响。在本文公开的实施方式中，公开了具有合适晶片平坦度值的sic晶片，其包括至少约200mm的直径。关于相对尺寸，术语“大约”被定义为是指在一定公差，如直径尺寸的正负5mm内的标称尺寸。例如，如本文所用，具有“200mm”直径的晶片可以涵盖包括195-205mm的直径范围，具有“300mm”直径的晶片可以涵盖包括295-305mm的直径范围，以及具有“450mm”直径的晶片可以涵盖包括445-455mm的直径范围。在进一步的实施方式中，这样的公差可以更小，如正负1mm，或正负0.25mm。在某些实施方式中，公开了具有合适晶片平坦度值的sic晶片，其包括处于约200-450mm范围内，或处于约200-300mm范围内的直径，和处于100-1000μm范围内，或100-800μm范围内，或200-600μm范围内，或100-500μm范围内，或200-500μm范围内，或300-1000μm范围内，或500-2000μm范围内，或500-1500μm范围内的厚度。因此，在某些实施方式中，sic晶片包括至少250；或至少350；或至少400；或至少500；或至少600；或至少1250；或处于250-1250范围内的直径/厚度比。在某些实例中，200mm直径的sic晶片包括：对于直径/厚度比为250，800μm(0.8mm)的厚度；或对于直径/厚度之比为400，500μm(0.5mm)的厚度；或对于直径/厚度之比为571(四舍五入)，350μm(0.35mm)的厚度。在其他实例中，直径为300mm的sic晶片包括：对于直径/厚度之比为375，800μm(0.8mm)的厚度；或对于直径/厚度之比为600，500μm(0.5mm)的厚度；或直径/厚度之比为857(四舍五入)，350μm(0.35mm)的厚度。在还有的其他实例中，直径为450mm的sic晶片包括：对于直径/厚度之比为563(四舍五入)，800μm(0.8mm)的厚度；或对于直径/厚度之比为900，500μm(0.5mm)的厚度；或对于直径/厚度之比为1286(四舍五入)，350μm(0.35mm)的厚度。
[0088]
对于具有这种直径和厚度尺寸的sic晶片，与更小和更厚的晶片相比，机械刚性可能难以保持。以这种方式，与形成大直径sic晶片相关的应力和应变的变形效应被放大。如本文所述，公开了提供具有改进的机械刚性和晶片平坦度特性的大直径sic晶片的sic晶片和相关方法。在本文公开的某些实施方式中，具有至少约200mm直径和300-1000μm范围内或500-2000μm范围内的厚度的sic晶片包括-25μm至25μm，或-10μm至10μm，或-4μm至4μm范围内的弯曲度。根据进一步的实施方式，具有至少约200mm的直径和至少500或至少600或至少900的直径/厚度比的sic晶片包括-25μm至25μm，或-10μm至10μm，或-4μm至4μm范围内的弯曲度。在本文公开的某些实施方式中，具有这样尺寸的sic晶片(包括具有上述厚度范围和/或直径/厚度比的至少约200mm的直径)，包括小于40μm，或小于40μm，或小于12μm的翘曲度。在本文公开的某些实施方式中，具有这种尺寸的sic晶片包括小于7μm，或小于2.6μm，或小于2.2μm的ttv。在本文公开的某些实施方式中，具有这种尺寸的sic晶片包括小于4μm，或小于1.3μm，或小于1μm的1cm2位点面积的ltv值或平均值。在本文公开的某些实施方式中，具有这种尺寸的sic晶片包括小于1.5μm，或小于0.6μm，或小于0.43μm的1cm2位点面积的sfqr最大值。上述弯曲度、翘曲度、ttv、ltv和sfqr值由如上所述的tropelultrasort自动化晶片平坦度分析系统测量提供。对于弯曲度和翘曲度测量，焦平面由未夹紧晶片上的三个点定义，其中第一个点位于与主平面成180度的晶片顶部，且另外两个点提供于与第一个点分开120度的单独位置。这三个点每个都在晶片半径减去2毫米边缘修整或排斥区域距离的97％处与晶片边缘隔开。举例而言，半径减去200mm晶片的边缘修整值将是98mm。因此，这三个点将定位于98mm的97％或95.06mm处。
[0089]
在本文公开的某些实施方式中，较大直径的sic晶片的晶片形状和平坦度特性通
过降低生长的sic晶锭或晶块中的晶体学应力，如环向应力等而得到改善。图9是根据本文公开的实施方式的示例性sic晶锭156的立体图。如图所示，sic晶锭156包括端面156'、沿可以形成大致圆柱形形状的sic晶锭156的周边的侧表面156”和中心轴158。根据应用，端面156'可以对应于晶体学c-面并且中心轴158可以对应于[0001]方向。在其他实施方式中，端面156'可以对应于相对于晶体学c-面的偏轴平面，或端面156'可以对应于sic的其他晶体学平面。在晶体生长和随后的高温步骤期间，应力可能主要由于热梯度而存在于晶体中，但其他因素如差异性掺杂和点缺陷浓度也可能发挥一定作用。如果这种应力超过材料的临界解析剪切应力，则可能会激活引入和移动位错的滑移和爬升机制。这些机制的净结果可能会在晶体的不同区域产生不同密度的原子平面。这可以称为原子的“错失(missing)”或“附加(additional)”平面。在sic晶体生长的典型实例中，原子的“错失”平面可能沿着sic晶体晶锭156的外周部分更为普遍，而使该“错失”原子平面的位置比中心轴158更靠近侧表面156”。生长后，sic晶锭156包含“错失”原子平面的区域可以形成低密度sic区域。在某些实例中，这种低密度sic区域能够在sic晶锭156的外周形成环形环。以这种方式，径向应力梯度160形成于从中心轴158朝向侧表面156”的方向上，这进而可能贡献于环向应力162或相对于中心轴158旋转分布的周向应力。在某些实例中，由于原子的“错失”平面引起的应力也可称为“镜像应力”。在图9中，曲线虚线叠加于sic晶锭156上以指示可以与sic晶锭156分离的sic晶片164的位置。环向应力162存在于sic晶片164中并且因此可能促成晶片形状变形，如sic晶片164的弯曲度、翘曲度、ttv、ltv和sfqr值中的一种或多种增加。对于大直径晶体生长，如直径至少约200mm的sic晶片的生长，形成额外或错失的原子平面和相应的环向应力162的增加可能导致更大的晶片形状变形。
[0090]
根据本文公开的实施方式，可以降低大直径晶体生长中的环应力162而形成具有适合于半导体制造的晶片形状和平坦度特性的大直径sic晶片。在某些实施方式中，可以通过沿着sic晶锭156的一个或多个外周部分和中心部分改变一种或多种晶体生长条件而降低环向应力162以及其他晶体应力。改变的晶体生长条件可以通过修改生长条件的开始(例如，图1b中sic在晶种104上的初始生长)，和/或在晶锭156的整个生长期间提供改变的生长条件，和/或在晶锭156的生长之后提供改变的冷却条件而提供。在这方面，可以在生长温度下生长sic的晶体材料的同时将晶体材料的一个或多个部分的应力保持低于生长温度下sic的临界分辨剪切应力。
[0091]
sic晶体的生长条件通常可以通过将含si-和c-气体物质供给到晶种表面并随后将si和c组分沉积到晶种表面上而进行。实现这一点的方式有很多，并且提供本文描述的实施方式用于改变sic晶体生长的某些方面，以降低大直径sic晶锭和所得sic晶片中与生长相关的晶体应力。该含si和含c气体物质通过由加热固体源材料产生一种或多种sic、sic2、si2c和si气体而提供，所述固体源材料可以包括一种或多种多晶sic、单晶sic、si和c聚合物、si与c比例为1:1或该1:1比例的20％公差内的的si和c粉末混合物、si与c比例为1:1或该1:1比例的20％公差内的的sic、si和c粉末混合物、非晶或结晶sic的圆盘(puck)或块(lump)(例如，多晶或单晶)和多孔网格sic。在某些实施方式中，分开地或除了上述固体源材料之外，气态源也可以用于供应含si和c的气体物质。这种气体源可以包括一种或多种物质，如sih4、si2h6、sicl2h2、sicl3h、sicl4、ch4、c2h6和si(ch3)4。在包括气态和固态源的组合的实施方式中，由于一些所述si或c供应由气体提供，固态源中的si:c的比率可以从1:1发
生改变。
[0092]
在某些实施方式中，这些源可以主要包括纯sic，但通常可以添加杂质而实现晶体有意掺杂、表面能改变、点缺陷有意产生和晶格尺寸改变。这些杂质能够包括几乎元素周期表中的任何元素，通常是iii族元素如b以诱导p型掺杂，或n以诱导n型掺杂，更大的原子半径原子包括ge和sn，v和一些镧系元素可以包括在内以修改表面能，并改变所得晶格参数大小，或引入深能级电缺陷(deep level electrical defect)。
[0093]
在某些实施方式中，源供应区可以保持于比晶种更高的温度，而使之从源供应区朝向坩埚晶种区域产生温度梯度。这种温度梯度有助于将si和c物质传输到晶种。随着固体源升华并凝结于晶种上，气态源也可以由从源区到晶种区的气流驱动。在某些实施方式中，该气体源可以被驱动通过高温区而使气体能够裂解成组成部分而与晶种表面相互作用，或气体物质可以直接与晶种表面相互作用。在某些实施方式中，一个或多个高频电场用于辅助气体裂解过程。
[0094]
源区和晶种区通常都包含于坩埚中，并且源区可以位于晶种区的上方、下方或与之邻近。在某些实施方式中，坩埚可以由对含si和c气体相对稳定的材料制成。在某些实施方式中，坩埚可以包括石墨、涂有tac和nbc的石墨以及固体tac和nbc等中的一种或多种。在某些实施方式中，坩埚可以被密封而防止气体逸出，或部分打开以允许一些气体流出坩埚。在某些实施方式中，坩埚可以是导电的，而允许感应加热，而在其他实施方式中，可以使用辐射加热，并且在还有的其他实施方式中，可以使用感应加热和辐射加热的组合。在某些实施方式中，可以控制这些坩埚中的温度曲线，而使之既考虑系统的热输入又将绝缘挡板用于控制热流。
[0095]
由于源区通常可以设置于比晶种区更高的温度下，可能在晶种区处引起热梯度。因此，晶种和随后生长的sic晶体可能不是等温的，而相反可以包含热梯度。为了防止在sic晶体生长期间产生高应力，可以控制晶体生长条件而降低晶体在生长工艺过程期间或在生长后冷却至室温期间超过sic临界分辨剪切应力的面积。举例而言，sic的晶体材料可以在生长温度下生长，而同时将晶体材料的一个或多个部分的应力维持低于生长温度下sic的临界分辨剪切应力。在某些实施方式中，对于至少百分之二十由其形成大直径sic晶片(例如，大约200mm的直径)的晶体材料，应力可以保持低于临界分辨剪切应力。在进一步的实施方式中，对于至少百分之四十或至少百分之六十或至少百分之八十或甚至百分之百由其形成sic晶片的晶体材料，应力可以保持低于临界分辨剪切应力。在这方面，可以在生长期间管理应力而提供具有合适晶片平坦度特性，包括如前所述的弯曲度、翘曲度、ttv、ltv和sfqr值中的一个或多个的大直径sic晶片。在sic晶体的生长和冷却中提供低热应力的机制有很多，并且可以通过所概述的技术的一种或多种组合实现足够低的应力。
[0096]
在某些实施方式中，在晶体上方和下方使用绝缘或绝缘挡板可以配置成降低轴向热梯度。在某些实施方式中，可以在晶种区的侧面周围提供绝缘材料或挡板而减少轴向梯度。在某些实施方式中，使用直接感应加热、来自坩埚或系统的较热区域的照射或通过来自生长系统的较热区域的高传导材料的热传导中的一种或多种选择性加热坩埚的各个区域可以配置成降低轴向梯度。在某些实施方式中，还可以通过凭借提供一个或多个高传导性路径以将热量吸引到生长系统的一个或多个较冷区域而移除一些热量以改变热量曲线。在某些实施方式中，包括晶种和源材料的坩埚可以布置于绝缘材料内，并且热传导材料的顶
棒可以布置成提供热量耗散的路径，而使晶种区域可以保持于比源区更低的温度下。在某些实施方式中，可以提供位于晶种区下方的固体挡板或管用于允许气体通量的方向控制，这也可以用作热能的传递机构。
[0097]
在某些实施方式中，用于加热坩埚和/或坩埚盖的加热元件可以调整为在sic晶体晶锭156生长开始、整个生长和在冷却期间的一个或多期间改变中心轴线158和侧表面156”之间的径向热梯度。对于环应力162的改进，具体的径向热梯度在晶体生长设备之间可能是独特的。取决于具体生长设备的晶体生长工艺条件以及所得晶体的应力曲线，改变径向热梯度可以包括增加或减少中心轴158和侧表面156”之间的热梯度。因此，径向生长曲线可以针对具体生长工艺过程和设备进行调整，以提供额外原子平面形成以及用于环应力162释放的相应bpd的减少或更均匀。在某些实施方式中，通过在晶种(图1b的104)和坩埚盖(图1b的110)或用于所得sic晶锭156的侧表面156”的其他晶种固定器之间提供分级热接触，与中心轴158相比，可以改变热梯度。在某些实施方式中，可以改变生长条件而有意沿sic晶锭156的外周部分提供晶体缺陷，这可以改变晶体的弹性模量曲线而抵消可能形成的额外原子平面，从而减轻环应力162。在其他实施方式中，可以改变生长条件而有意沿sic晶锭156的中心部分提供晶体缺陷以抵消或减轻环应力162。这样的晶体缺陷可以包括缺陷簇、晶体和/或六方空隙、堆叠层错、不同多型体、微管和其他位错(例如，螺纹位错、边缘位错、螺旋位错和/或基面位错)等。在某些实施方式中，晶种(图1b的104)可以配置成具有沿外周或中心部分增加的缺陷，而促进所得sic晶锭156的相应区域(外周或中心)中缺陷形成增加。在某些实施方式中，可以在晶种(图1b的104)和坩埚盖(图1b的110)之间有意形成机械应力，而有意改变晶种(图1b的104)的平坦度。因此，可以基于晶种平坦度的相对变化而调整沿sic晶锭156的外周或中心部分的生长条件。
[0098]
根据所选择的晶体生长设备的相对配置，可以提供上述改变的晶体生长条件的单独设备和各种组合而降低应力和/或提供具有改进的晶片形状(该形状具有用于半导体制造的合适平坦度特性)的大直径sic晶片。在这方面，改变的晶体生长条件可以包括外周晶体生长条件，其被配置为不同于中心晶体生长条件以促进跨大直径晶锭的晶体应力降低。这种改变的晶体生长条件可以适用于掺杂的晶体sic(例如，n掺杂的导电sic)和无意掺杂或未掺杂的晶体sic(例如，半绝缘sic或高电阻率sic)。
[0099]
对于掺杂的晶体sic，n型掺杂剂(例如，氮)的存在能够引入额外的晶体缺陷，这些缺陷，特别是在大直径sic晶片中，会进一步贡献于晶体应力和晶片平坦度降低。对于高导电率sic晶片，由于sic晶体的多面(faceted)生长特性，随着可变的径向掺杂曲线，该sic晶片内的氮掺杂浓度通常处于1
×
10
18
cm-3
到4
×
10
21
cm-3
的范围内。图10a-图18图示说明了具有可变掺杂曲线的块状sic晶体材料的各种视图。图10a是晶种104上的sic晶体材料166的侧截面示意图，显示了沿其中心部分从晶种104向上延伸穿过sic晶体材料166的整个厚度的圆柱形较高掺杂区域168。在某些实施方式中，较高掺杂区168由沿sic晶体材料166的周边布置的较低掺杂区170横向界定。在某些实施方式中，较低掺杂区170可以是有意掺杂、无意掺杂或未掺杂的。虽然图10a显示较高掺杂区168的尺寸(例如，宽度或直径)在整个sic晶体材料166的厚度上基本恒定，但较高掺杂区168的尺寸能够随sic晶体材料166内的垂直位置而变化(例如，通常在越靠近晶种104时宽度或直径越大，并且随着远离晶种104的距离增加而越小)。此外，较高掺杂区168内的掺杂量能够随sic晶体材料166中的垂直位置而变化。
sic晶体材料166的薄横截面部分172-1以虚线表示。图10b是源自图10a的sic晶体材料166沿部分172-1横截面的sic晶片174-1的俯视示意图。如图所示，较高掺杂区168形成圆形，其与sic晶片174-1的中心区域对齐(register)并且由sic晶片174-1的环形较低掺杂区170横向界定。
[0100]
图11是具有沿其中心部分从晶种104向上延伸穿过sic晶体材料166的整个厚度的截头圆锥形的较高掺杂区168的晶种104上的sic晶体材料166的侧截面示意图。如果相邻(例如，以不平行于c-面的角度的切角)晶种104用于sic晶体材料166的生长，在某些实施方式中，较高掺杂区168的横向位置和形状能够相对于图11所示的配置不同。例如，对于相邻晶体生长，较高掺杂区168可以比对于给定横截面的圆形形状更椭圆，和/或可以相对于sic晶体材料166的中心横向偏移(offset)。图12是晶种104上的sic晶体材料166的侧截面示意图，显示了在相对于晶种104中心的非中心化位置处从晶种104向上延伸穿过sic晶体材料166的整个厚度的较高掺杂区168。在图12中，晶种104可以包括相邻(例如，切角)晶种，并且较高掺杂区168可以形成从上方观察时偏离中心的大致椭圆形。在某些实施方式中，较高掺杂区168可以形成从中心偏移的其他形状。
[0101]
图13a是用于其中较高掺杂区168最初可能不在晶种104的中心形成的实施方式的晶种104上的sic晶体材料166的侧横截面示意图。因此，第一较低掺杂区170-1最初可以在由较高掺杂区168横向界定的sic晶体材料166的中心形成。在生长一段时间后，较高掺杂区168可以沿中心连续形成，而使较高掺杂区168由第二较低掺杂区170-2横向界定。以这种方式，以虚线表示的sic晶体材料166的薄横截面部分172-1可以限定如图10b所示的sic晶片174-1，而sic晶体材料166的下部薄截面部分172-2可以定义图13b中所示的sic晶片174-2。图13b是源自图13a的sic晶体材料166的沿横截面部分172-2的sic晶片174-2的俯视示意图。如图所示，较高掺杂区168形成横向界定较低掺杂区170-1的圆形。
[0102]
图14是用于其中较高掺杂区168最初可能并未沿着晶种104的一个或多个位置形成的实施方式的晶种104上的sic晶体材料166的侧截面示意图。因此，一个或多个可以最初形成的第一较低掺杂区170-1与sic晶体材料166的一个或多个不同位置对齐(register)。在某些实施方式中，所述一个或多个第一较低掺杂区170-1由较高掺杂区168横向界定。在一段生长时间后，较高掺杂区168可以沿中心连续形成，而使较高掺杂区168由第二较低掺杂区170-2横向界定。
[0103]
图15-图17是其中较高掺杂区168可以穿过sic晶体材料166的厚度而形成非对称形状的实施方式的晶种104上的sic晶体材料166的侧截面示意图。正如图15中所示，生长条件最初可以形成具有横跨晶种104的较宽区域、随后的较窄区域和返回到朝向sic晶体材料166末端的较宽区域的较高掺杂区168。在图16中，生长条件可以最初在晶种104附近形成较低掺杂区170，随后形成具有沿sic晶体材料166厚度在径向区域中扩展的不对称形状的较高掺杂区168。在图17中，生长条件最初可以沿晶种104的大部分形成较高掺杂区168，随后是沿sic晶体材料166厚度在径向区域中扩展的较高掺杂区168的非对称形状。
[0104]
图18是其中在沿大部分sic晶体材料166均匀提供较高掺杂区168的实施方式的晶种104上的sic晶体材料166的侧截面示意图。在某些实施方式中，生长条件可以形成横跨绝大部分sic晶体材料166的，或横跨整个sic晶体材料166的较高掺杂区168。
[0105]
正如图10a-图18的较高掺杂区168的可变形状所证明的那样，较高掺杂区168和较
低掺杂区170、170-1、170-2的横向尺寸能够根据sic晶体材料166内的垂直和横向位置而变化。以这种方式，与掺杂相关的晶体应力可以在由相同的块状sic晶体材料形成的n型sic晶片上是可变的，从而导致晶片形状出现非所需的偏差，特别是对于直径大于至少约200mm的n型sic晶片而言。在某些实施方式中，在晶体生长期间可以添加共掺杂剂或应变补偿组分中的一种或多种组合而抵消与由升高浓度的n-型掺杂剂引入的晶体缺陷相关的应力和/或应变。共掺杂剂和/或应变补偿组分可以包括硼、铝、锗、铍、镓、锡、砷、磷、钛、钒及其组合中的至少之一。在某些实施方式中，由于sic晶体的小面(faceted)生长特性，共掺杂剂和应变补偿组分可以与类似于n-型掺杂剂的较高和较低掺杂区168、170的可变径向曲线的可变径向曲线结合。因此，公开了大直径n型sic晶片(例如，至少约200mm)的平坦度特性具有适合半导体制造的改进晶片形状。
[0106]
在某些实施方式中，大直径sic晶片的晶片形状可以在各个sic晶片已经与相应sic晶锭分离之后而得到改善。在这方面中，由于与晶体生长条件和/或随后的晶片分离工艺过程相关的应力相关变形，自支撑大直径sic晶片(例如，至少约200mm)可能具有翘曲度、弯曲度、ttv、ltv和sfqr中的一项或多项的非所需的平坦度值。因此，公开了用于减轻晶体应力和改善自支撑sic晶片的晶片形状的各种方法，包括在机械负载或应力下对sic晶片进行退火，选择性植入sic晶片的表面，和选择性地在sic晶片的表面上沉积膜。
[0107]
图19a-图19c是在用于在机械应力下对sic晶片176进行退火的制造工艺的各种状态下的sic晶片176的示意性截面图。在图19a中，该sic晶片176在与晶锭(未示出)分离之后是自支撑的并且呈现出变形的晶片形状。为了举例说明的目的，该sic晶片176被图示为具有波浪曲线形状；然而，可能存在任何数量的提供不合需要的平坦度值的晶片形状。如前所述，所述变形的晶片形状可以通过与各种晶体生长条件中的一种或多种和随后的晶片分离工艺相关的应力相关变形而形成。在图19b中，将机械负载178或应力施加于sic晶片176以改变图19a所示的变形晶片形状。机械负载178可以包括施加于sic晶片176的一个或多个部分上而足以至少暂时地保持sic晶片176具有更平坦晶片形状的重量或其他力。在这方面，机械负载178可以向sic晶片176提供与来自晶体生长条件和/或晶片分离工艺的晶体应力相反的应力。当在机械负载178下时，该sic晶片176然后可以经受退火工艺，其中sic晶片176被加热并且随后冷却，而使sic晶片176在退火之后保持更平坦的晶片形状，如图19c所示。在某些实施方式中，退火可以在等于或高于1000℃，或处于1000-2000℃的范围内的温度下进行。在其他实施方式中，该sic晶片176可以在不经受机械负载178的情况下进行退火而改善晶片形状特性。正如本文公开，该sic晶片176可以形成如图19a所示的第一晶片形状，并且在机械负载178下对sic晶片176进行退火可以形成如图19c所示的第二晶片形状。在某些实施方式中，第二晶片形状可能包括翘曲度、弯曲度、ttv、ltv和sfqr中的一种或多种的改进平坦度值。以这种方式，可以通过在机械负载178下对sic晶片176进行退火而改变sic晶片176的应力曲线和相应的缺陷曲线。例如，可以形成位错或将位错移动到sic晶片176的某些位置以抵消sic晶片176的其他位置的现有结构缺陷，或可以增加位错或将位错移动到与现有结构缺陷相同的位置。在某些实施方式中，机械负载178可以以均匀的方式施加于sic晶片176的某些部分上，或以均匀的方式施加于整个sic晶片176上。在其他实施方式中，根据晶片形状变形的类型，机械负载178可以横跨该sic晶片176以非均匀的方式施加。例如，机械负载178可以施加于sic晶片176的一个或多个局部部分，如sic晶片176的中
心，或沿着sic晶片176的外周部分，或这两者。在各种下游半导体制造工艺中，如外延生长和其他器件制造步骤，该sic晶片176可以由连续平坦表面或以边缘支撑配置进行支撑。取决于特定的下游应用，该sic晶片176可以因此在机械负载178施加期间由连续平坦表面或由边缘支撑配置(例如，三点支撑、环形支撑等)支撑。以这种方式，可以为sic晶片176提供为具体下游应用定制的晶片形状。在其他实施方式中，该sic晶片176可以在不经受机械负载178的情况下进行退火而改变应力曲线和相应的缺陷曲线，以提供改进的晶片形状特性。
[0108]
图19d和图19e是图示说明根据本文公开的实施方式的sic晶片的位错曲线图的sic晶片的俯视图。图19d是根据图19a-图19c的sic晶片180在机械应力下退火后的俯视图。例如，在约1500℃的退火期间，机械负载(图19b的178)作为沿sic晶片180中心的盘形力施加于sic晶片180。在图像中，较暗区对应于sic晶片180具有较高位错的区域，而较亮区对应于具有较低位错的区域。如图所示，与sic晶片180的中心区域相比，具有位错增加的较暗区倾向于设置于更靠近sic晶片180的周边边缘。如前所述，位错密度的这种变化能够导致应力曲线，这降低大直径晶片的平坦度特性。在用施加到sic晶片180中心的盘形机械载荷进行退火之后，位错的相应增加作为沿图像x轴和y轴的值约-30mm和30mm之间的较暗圆形区域是可见的。出于参考目的，图19e是未在机械应力下进行退火的sic晶片182的俯视图。为了比较，该sic晶片182是由与图19d的sic晶片180相同的晶锭的附近切片形成的晶片。以此方式，该sic晶片182表现出与退火前的sic晶片180相同或相似的位错曲线。如图所示，该sic晶片182的中心部分包括比周边部分通常更低的位错曲线。在这方面中，在机械负载下对sic晶片进行退火可以提供改变的位错或其他结构缺陷曲线，它们能够经过调整而抵消或平衡sic晶片中的应力，从而提高平坦度。虽然在图19d中展示了盘形机械负载，机械负载可以提供于sic晶片的不同形状和不同位置中，以辅助可能存在的各种与应力相关的形状变形。为了确定出位错，对sic晶片180、182进行表面蚀刻工艺(例如，氢氧化钾(koh))以露出对应于位错位置的蚀刻坑。此外，图19d和图19e的sic晶片180、182也可以选用150mm直径；然而，机械负载下的退火可以应用于任何直径的晶片，包括直径小于150毫米和处于约200-450mm范围内的晶片。
[0109]
图20a-图20c是sic晶片184在进行选择性注入sic晶片184的制造工艺的各种状态下的示意性截面图。在图20a中，该sic晶片184在与晶锭(未显示)分离之后是自支撑的，并且呈现出变形的晶片形状。为了图示说明的目的，该sic晶片184被图示为具有弯曲或凸出形状；然而，可能存在提供不合需要的平坦度值的任何数量的晶片形状。如前所述，变形的晶片形状可以通过与各种晶体生长条件中的一种或多种和随后的晶片分离工艺相关的应力相关变形而形成。在图20b所示，选择性离子注入被施加于sic晶片184的正面或背面的周边部分(例如，186-1、186-3)和中心部分(例如，186-2、186-4)中的一个或多个，以抵消某些与应力相关的变形。离子注入(ion implantation)是一种灵活方便的方法，用于sic晶片184的晶格的选择性掺杂部分。在离子注入工艺过程中，掺杂剂离子被加速到高能量，通常以kev或mev表示，并且导向sic晶片184的正面(或碳面)。在其他实施方式中，离子注入可以施加于sic晶片184的背面(或硅面)。注入剂会穿透sic晶片184的表面并到达而停留于sic晶片184的晶体结构或晶格内的某处。注入的离子的数量，称为剂量，通常以每平方厘米的离子表示。离子的注入能够通过sic晶片184内的晶体结构的局部膨胀、收缩、加热和/或位移中的一种或多种而改变应力和应变。因此，在sic晶片184的某些区域中可以选择性地注
入离子而抵消与应力相关的变形。因此，注入的离子可以向sic晶片184的一个或多个区域提供机械负载。选择性离子注入可以通过掩蔽sic晶片184的其他部分而执行，以防止离子穿透受掩蔽部分。在某些实施方式中，可以实施多重掺杂工艺而创建sic晶片184的堆叠掺杂区域。在离子注入中，掺杂剂原子可以包括，但不限于，氮、磷、铝、锗和/或硼。离子注入可以包括注入电活性材料或非活性材料如氦、氖、氩、氪和/或氡。在某些实施方式中，选择性离子注入实施于sic晶片184的周边部分186-1、186-3中，其中将不会形成后续半导体器件，如距sic晶片184的周边边缘不超过约5mm。如图20c所示，可以提供选择性离子注入部分186-1至186-4中任一个的一个或多个组合，以抵消图20a所示的sic晶片184的应力相关变形，从而改善晶片平坦度。通过离子注入改善晶片形状的示例性(但非限制性)技术和结构在共同转让的美国专利申请序列号16/269,837中进行了阐述，该申请通过引用结合于本文中。在其他实施方式中，可以对sic晶片184的部分186-1至186-4中的任何部分施加亚表面损伤而抵消与应力相关的变形。通过利用金刚石颗粒、sic颗粒或粉末的一种或多种组合向sic晶片184施加机械力，可以形成亚表面损伤。在某些实施方式中，在sic晶片184的一个或多个表面进行抛光之后可以施加亚表面损伤。在某些实施方式中，该sic晶片184可以在选择性离子注入之后如上所述进行退火而保持改善的晶片形状特性。
[0110]
图21a-图21c是sic晶片188在用于在sic晶片188上选择性地沉积膜的制造工艺的各种状态下的示意性截面图。在图21a中，该sic晶片188在从晶锭(未显示)上分离之后是自支撑的，并且呈现出变形的晶片形状。为了图示说明的目的，该sic晶片188被图示为具有弯曲或凸出的形状；然而，可能存在提供不合需要的平坦度值的任何数量的晶片形状。如前所述，变形的晶片形状可以通过与各种晶体生长条件中的一项或多项和随后的晶片分离工艺相关的应力相关变形而形成。在图21b中，沿着sic晶片188的表面的周边部分选择性地沉积膜190而抵消某些与应力相关的变形。膜190的材料和/或厚度可以经过选择而提供与sic晶片188的热膨胀系数(cte)失配，该晶片配置成提供抵消sic晶片188的其他应力和应变的应力。以这种方式，膜190可以向sic晶片188的一个或多个区域提供机械负载。在某些实施方式中，膜190可以包括sic、sin或各种其他氧化物中的一种或多种。在某些实施方式中，膜190的选择性沉积可以实施于sic晶片188的不会形成后续半导体器件的区域中，如距sic晶片188的外周边缘不超过约5mm。如图21c所示，可以提供膜190的选择性沉积以抵消图21a所示的sic晶片188的应力相关变形，从而提高晶片平坦度。在某些实施方式中，可以在沉积膜190之后如上所述对sic晶片188进行退火而保持改进的晶片形状特性。在方面，膜190可以保留于晶片188上或它可以被去除并且该晶片可以保持改进的晶片形状特性。
[0111]
图22a是sic晶片在根据本文公开的实施方式用于弯沉表征的边缘支撑配置中的侧横截面示意图。如前所述，在各种器件制造步骤期间，可以将sic晶片布置成边缘支撑配置。对于具有特定厚度的大面积sic晶片，弯沉值可以包括来自边缘支撑配置中的晶体应力、晶体应变和晶片重力中的一种或多种的贡献。在图22a中，具有直径和厚度t的sic晶片192布置于边缘支撑件194上。在某些实施方式中，边缘支撑件194包括用于sic晶片192的三点支撑件。在其他实施方式中，边缘支撑件194可以包括连续环或一系列不连续的环段。在这样的布置中，该sic晶片192可以从至少三个接触点接触连续环或一系列不连续环段。如图所示，边缘支撑件194与sic晶片192的外周边缘间隔距离x，并且边缘支撑件194在与sic晶片192的直径相同的方向上形成厚度y1。对于具有在一定直径和厚度t的sic晶片
192，晶体应力、晶体应变和重力中的一项或多项的影响会引起变形，这会形成具有不同形状和边缘支撑偏差z1的sic晶片192'。z1值可以横跨sic晶片192'的顶表面而获得。sic晶片192'可以通过单个接触点196接触每个边缘支撑件194。因此，每个边缘支撑件194的单个接触点196可以包括距离x和厚度y1之和的距离。在某些实施方式中，距离x可以是直径的约30％，但只要距离x在用于比较目的的测量组之间是常见的，可以使用其他距离。
[0112]
从sic晶片192'的顶表面到未变形的sic晶片192的顶表面测量的横跨sic晶片192'的边缘支持偏差值z1可以通过各种技术，包括使用光学平面的干涉测量法、落差规(drop gauge)等进行测量。未变形sic晶片192的顶面可以由如前所述的三点焦平面提供。在测定横跨sic晶片192'的边缘支持偏差值z1之后，边缘支持弯沉值可以定义为最大和最小边缘支持偏差值z1之间的差幅(spread)。
[0113]
图22b是图示说明根据本文公开的实施方式对用于确定弯沉值的sic晶片测量的边缘支撑偏差值的等高线图。为了测量的目的，对sic晶片选择了200mm的直径和500μm的厚度。sic晶片在tropelultrasort自动晶片平坦度分析系统中以边缘支撑配置进行排布设置，其中距离x和厚度y1(图22a)的总和设置为距晶片边缘2mm的值。在图22b中，图示说明了各种等高线而显示所测量的偏差值横跨sic晶片如何不同。此外，特定的偏差值会指示于横跨晶片上的不同点，而显示偏差值在等高线内和等高线上如何变化。如图所示，-50.850μm的最小偏差值(min)指示于sic晶片的中心附近，而59.677μm的最大偏差值(max)指示于sic晶片的周边附近。因此，图22b的sic晶片的最大边缘支撑弯沉值可以定义为最大和最小绝对值之间的差幅，或110.527μm。在某些实施方式中，如本文所公开的具有至少约200mm直径和475μm-525μm范围内的厚度的sic晶片验证了小于或等于150μm，或小于或等于120μm，或小于或等于110μm，或110μm-150μm范围内的最大边缘支撑弯沉值。在某些实施方式中，具有这种弯沉值的sic晶片可以包括约200-300mm范围内的直径。
[0114]
图22c是图示说明根据本文公开的实施方式对用于确定弯沉值的另一sic晶片测量的边缘支撑偏差值的等高线图。为了测量的目的，为sic晶片选择200mm的直径和489μm厚度。sic晶片在tropelultrasort自动晶片平坦度分析系统中按照边缘支撑配置进行排布设置，其中距离x和厚度y1(图22a)的总和设置为距晶片边缘3mm的值。在图22c中，图示了各等高线而显示从三点焦平面测量的偏差值横跨sic晶片如何不同。此外，特定的偏差值会指示于横跨晶片上的不同点，以显示偏差值在等高线内和等高线上如何变化。如图所示，-31.591μm的最小偏差值(min)指示于sic晶片的中心附近，而6.473μm的最大偏差值(max)指示于sic晶片的周边附近。因此，图22c的sic晶片的最大边缘支撑弯沉值可以定义为最大和最小绝对值之间的差幅，或38.064μm。最大边缘支撑弯沉值也可以称为sic晶片的环形翘曲度。如前所述，晶片弯曲度可以定义为在晶片表面和焦平面之间未夹紧晶片的中心处测量的距离。在图22c的边缘支撑配置中，晶片的中心点具有在焦平面下方-29.956μm的值。在这方面，图22c的晶片包括-29.956μm的边缘支撑弯曲度或环形弯曲度。
[0115]
图22d是图示说明根据本文公开的实施方式对用于确定弯沉值的还有另一sic晶片测量的边缘支撑偏差值的等高线图。为了测量的目的，为sic晶片选择了200mm的直径和495μm的厚度。sic晶片在tropelultrasort自动晶片平坦度分析系统中按照边缘支撑配置进行排布，其中距离x和厚度y1(图22a)的总和设置为距晶片边缘3mm的值。在图22d中，图示了各种等高线以显示从三点焦平面测量的偏差值在横跨sic晶片上是如何不同。此外，具体
的偏差值会指示于横跨晶片上的不同点，以显示偏差值在等高线内和等高线上如何变化。如图所示，-14.503μm的最小偏差值(min)指示于sic晶片的中心附近，而3.572μm的最大偏差值(max)指示于sic晶片的周边附近。因此，图22d的sic晶片的最大边缘支撑弯沉值或环形翘曲度测量为18.075μm。图22d的sic晶片的中心点测量为在焦平面下方-14.469μm的值。在这方面，图22c的晶片包括-14.469μm的边缘支撑弯曲度或环形弯曲度。
[0116]
提供了直径至少约200mm且厚度处于475μm-525μm范围内的其他sic晶片，并如图22c和图22d中所述进行表征。最大边缘支撑弯沉值或环形翘曲度测量值小于或等于50μm，或小于或等于10μm，或处于5μm-150μm范围内，或处于5μm-100μm范围内，或处于5μm-50μm的范围内，或处于15μm-40μm的范围内，或处于5μm-20μm的范围内。边缘支撑弯曲度或环形弯曲度的测量值范围为-5μm至-50μm，或-5μm至-20μm，或-5μm至-10μm。也在非边缘支撑配置中收集了标准的弯曲度和翘曲度测量值。在这方面，提供了-20μm至25μm或-5μm至5μm范围内的非边缘支撑弯曲度测量，并且提供了2μm至31μm范围内，或2μm至15μm范围内的非边缘支撑翘曲度测量。
[0117]
在如图22e所示的替代配置中，该sic晶片192布置于与由半径r限定的sic晶片192的中心点对齐(register)的中心支撑件198上。以这种方式，该sic晶片192'的变形可以沿着外周边缘发生，而使之可以测量横跨sic晶片192'的中心支撑偏差值z2。对于中心支撑布置，该sic晶片192'可以沿着至少两个被中心支撑件198的厚度y2隔开的接触点196变形并接触中心支撑198。以这种方式，中心支撑弯沉值可以定义为最大和最小绝对中心支持偏差值z2之间的差幅。
[0118]
另外，任何上述实施方式可以适于提供具有有意或强加的晶片形状的sic晶片，这些晶片形状被配置为减少与此类晶片由于重力或晶体应力引起的变形、弯曲度或下沉相关的制造问题。以这种方式，当这种sic晶片在随后的制造过程中被布置为具有边缘支撑的配置时，可以减少与sic晶片，特别是大面积sic晶片的变形、弯曲度或下沉相关的影响。如本文所用，晶片的“正弯曲度”通常是指从晶片的器件面向外弯曲、弯曲度或翘曲度的形状，例如，来自器件面的凸形。还如本文所用，“松弛的正弯曲度”是指在忽略由于重力引起的晶片的任何弯曲的情况下建立的晶片的正弯曲度。sic晶片通常形成与碳面相对的硅面，在其间形成晶片厚度。在许多半导体应用中，器件通常形成于sic晶片的硅面上。当硅面和碳面中的一个或多个形成与参考平面的表面偏差时，会发生晶片弯曲度、翘曲度等。因此，该sic晶片的正弯曲度或松弛正弯曲度通常是指从sic晶片的硅面向外弯曲、弯曲度或翘曲度的形状，例如，来自硅表面的凸形。在某些实施方式中，碳面的形状可以对应于sic晶片的硅面的正弯曲度或松弛正弯曲度。在其他实施方式中，仅硅面可以形成正弯曲度或松弛正弯曲度。在某些实施方式中，该sic晶片包括处于大于0μm至50μm或0μm至40μm或0μm至15μm或30μm至50μm或8μm至16μm范围内的松弛正弯曲度。在共同转让的美国专利申请序列号16/415,721中阐述了用于提供和表征具有松弛正弯曲度的sic晶片的示例性(但非限制性)技术和结构，该专利申请通过引用结合于本文中。
[0119]
在某些实施方式中，大直径sic晶片的晶片形状特性可以通过可变地调节用于将这种sic晶片从相应sic晶锭上分离的条件而改善。如前所述，晶体材料内的各种结构缺陷曲线、掺杂曲线和晶体学应力曲线都能够导致从这种晶体材料分离的晶片的非所需的形状特征。在这方面上，当每个后续晶片从晶体材料上分离时，晶片分离条件可以进行可变调
节，以补偿各种结构缺陷和晶体学应力。在某些实施方式中，可以将初始晶片从晶体材料上分离并表征而确定晶片形状特征、晶体缺陷曲线、掺杂曲线和晶体应力曲线中的一项或多项，随后它们可用于可变调节从同一晶体材料上形成后续晶片的分离条件。在某些实施方式中，对晶体材料可以表征一种或多种晶体缺陷曲线、掺杂曲线、晶体应力曲线和晶体材料形状，其可以用于预测从晶体材料上分离的自支撑晶片的晶片形状特征和可变调整由晶体材料形成实际晶片的分离条件。在某些实施方式中，晶片分离条件可以基于晶体材料的顶表面的形状而可变调节。因此，可以提供反馈回路，以基于sic晶体材料和/或已从sic晶体材料上分离的初始sic晶片的一项或多项先前确定的特性而调节或补偿sic晶片从sic晶体材料上分离的分离条件。在这方面，基于可变晶片分离工艺，自支撑大直径sic晶片(例如，至少约200mm)可以具有翘曲度、弯曲度、ttv、ltv和sfqr中的一项或多项的所需平坦度值。
[0120]
图23a是sic晶锭200的侧视截面示意图，其中叠加的虚线指示可以从sic晶锭200上分离的初始sic晶片202-1的位置。图23b是在从sic晶锭200上分离之后的初始sic晶片202-1的侧视截面示意图。如图所示，初始sic晶片202-1在分离之后可能具有非所需的晶片形状特征。如前所述，这样的晶片形状特征可以至少部分由sic晶锭200内的可变缺陷曲线、掺杂曲线或可变晶体学应力中的一项或多项所引起。因此，可以表征初始sic晶片202-1的一种或多种性质，包括晶片形状特征、结构缺陷、掺杂曲线和晶体学应力，而此类信息可以用于调节从初始sic晶锭202-1上分离的后续晶片的分离条件。以这种方式，从晶锭200分离后续sic晶片的步骤可以横跨晶锭200调节或改变以进行补偿。在其他实施方式中，可以表征包括sic晶体晶锭200的结构缺陷、掺杂曲线和晶体应力的一种或多种特性以预测晶片形状特征并确定如何调节从sic晶锭200上分离的sic晶片的分离条件。
[0121]
图23c是sic晶锭200的侧视截面示意图，其中叠加的虚线指示可以通过可变分离技术从sic晶锭200上分离的后续sic晶片202-2的位置。如图所示，图23a中的叠加虚线是非线性的，表明横跨sic晶锭200的切割深度基于sic晶锭200内的可变缺陷曲线、掺杂曲线或可变晶体学应力中的一项或多项而可变地调节。作为示例，图23c中叠加的虚线的形状被图示为与图23b的初始sic晶片202-1的形状垂直反转。
[0122]
图23d是在从sic晶锭200上分离之后的后续sic晶片202-2的侧视截面示意图。通过以这种方式可变切割后续sic晶片202-2，后续sic晶片202-2可以从sic晶锭200上分离，而与图23b的初始sic晶片202-1相比，在松弛状态下具有改善的晶片形状特性。在某些实施方式中，后续sic晶片202-2的切割深度可以基于先前从sic晶锭200上分离的初始sic晶片202-1的晶片形状特征进行可变调节。在其他实施方式中，除了或代替初始sic晶片202-1的晶片形状特征，后续sic晶片202-2的切割深度可以基于在后续的sic晶片202-2分离之前的sic晶锭200的顶表面200'的形状(例如，凸面)进行可变调节。在还有的其他实施方式中，后续sic晶片202-2的切割深度可以基于初始sic晶片202-1或sic晶锭200中的一个或多个的缺陷曲线、掺杂曲线或应力曲线进行可变调节。可变切割深度可以包括通过在sic晶锭200内和横跨sic晶锭200提供聚焦激光发射，然后施加力而沿聚焦激光发射区域分离后续sic晶片202-2的激光辅助分离。在其他实施方式中，该可变切割深度可以通过机械锯切工艺方法提供。
[0123]
据设想，任何前述方面和/或如本文所述的各单独方面和特征，可以为了额外的优点而进行组合。除非本文另有相反指示，本文所公开的各个实施方式的任一种都可以与一
个或多个其他所公开的实施方式进行组合。
[0124]
本领域技术人员将会认识到对本公开的优选实施方式的改进和修改。所有这些改进和修改都被认为处于本文公开的概念和所附权利要求的范围内。
技术特征：1.一种碳化硅(sic)晶片，包括至少195毫米(mm)的直径、在300微米(μm)至1000μm范围内的厚度和在-25μm至25μm范围内的弯曲度。2.根据权利要求1所述的sic晶片，还包括小于或等于40μm的翘曲度。3.根据权利要求1所述的sic晶片，其中所述直径在195-455mm的范围内。4.根据权利要求1所述的sic晶片，其中所述直径在195mm-305mm的范围内。5.根据权利要求1所述的sic晶片，其中所述厚度在300-500μm的范围内。6.根据权利要求1所述的sic晶片，其中，所述厚度在300-800μm的范围内。7.根据权利要求1所述的sic晶片，还包括小于7μm的总厚度变化(ttv)。8.根据权利要求1所述的sic晶片，还包括小于2.6μm的总厚度变化(ttv)。9.根据权利要求1所述的sic晶片，还包括对于1cm2的位点面积小于4μm的局部厚度变化(ltv)。10.根据权利要求1所述的sic晶片，还包括对于1cm2的位点面积小于1.5μm的位点正面最小二乘(sfqr)最大值。11.根据权利要求1所述的sic晶片，其中所述sic晶片包括4-h sic。12.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。13.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。14.根据权利要求13所述的sic晶片，其中所述sic晶片包含用于n-型掺杂剂的氮。15.根据权利要求14所述的sic晶片，其中所述n-型掺杂剂形成较高掺杂区和较低掺杂区，使得所述较高掺杂区横向界定所述较低掺杂区。16.根据权利要求15所述的sic晶片，其中所述较高掺杂区与所述sic晶片的中心区对齐。17.根据权利要求15所述的sic晶片，其中所述较高掺杂区偏离所述sic晶片的中心区。18.根据权利要求14所述的sic晶片，其中所述sic晶片还包括硼、铝、锗、铍、镓、锡、砷、磷、钛和钒中的至少一种。19.一种方法，包括：生长碳化硅(sic)晶体材料；和将sic晶片与所述sic晶体材料分离以形成直径至少195毫米(mm)、厚度在300微米(μm)至1000μm范围内以及弯曲度在-25μm至25μm范围内的sic晶片。20.根据权利要求19所述的方法，其中所述sic晶片还包括小于或等于40μm的翘曲度。21.根据权利要求19所述的方法，其中所述直径在195mm-455mm的范围内。22.根据权利要求19所述的方法，其中所述直径在195mm-305mm的范围内。23.根据权利要求19所述的方法，其中所述生长sic晶体材料包括在生长期间降低横跨sic晶体材料的径向热梯度。24.根据权利要求19所述的方法，其中所述生长sic晶体材料包括在生长期间提高横跨sic晶体材料的径向热梯度。25.根据权利要求19所述的方法，其中所述生长sic晶体材料包括沿着sic晶片的外周部分形成增加的晶体缺陷。26.根据权利要求19所述的方法，还包括在对所述sic晶片施加机械负载的同时对所述sic晶片进行退火。
27.根据权利要求19所述的方法，还包括沿着sic晶片碳面的外周部分选择性植入所述sic晶片。28.根据权利要求27所述的方法，还包括在选择性地植入所述sic晶片之后对所述sic晶片进行退火。29.根据权利要求19所述的方法，还包括沿着sic晶片碳面的外周部分选择性沉积膜。30.根据权利要求29所述的方法，还包括在选择性沉积所述膜之后对所述sic晶片进行退火。31.根据权利要求30所述的方法，还包括在对所述sic晶片退火之后取出所述膜。32.根据权利要求19所述的方法，其中分离所述sic晶片包括基于所述晶体材料的缺陷曲线可变地调节横跨所述晶体材料的切割深度。33.根据权利要求19所述的方法，其中分离所述sic晶片包括基于所述晶体材料的掺杂曲线可变地调节横跨所述晶体材料的切割深度。34.根据权利要求19所述的方法，其中分离所述sic晶片包括基于先前与所述晶体材料分离的另一sic晶片的晶片形状特征可变地调节横跨所述晶体材料的切割深度。35.根据权利要求19所述的方法，其中分离所述sic晶片包括基于所述晶体材料的顶表面的形状可变地调节横跨所述晶体材料的切割深度。36.一种方法，包括：提供形成第一晶片形状的碳化硅(sic)晶片；对所述sic晶片施加机械负载；和在施加所述机械负载期间对所述sic晶片进行退火，使得所述sic晶片形成不同于所述第一晶片形状的第二晶片形状。37.根据权利要求36所述的方法，其中所述机械负载施加于所述sic晶片的一个或多个局部部分。38.根据权利要求36所述的方法，其中所述机械负载施加于整个所述sic晶片。39.根据权利要求36所述的方法，其中在施加所述机械负载期间，所述sic晶片由边缘支撑布置支撑。40.根据权利要求36所述的方法，其中所述sic晶片的第二形状包括在195毫米(mm)至455mm范围内的直径、不超过500微米(μm)的厚度、不超过25μm的弯曲度，和不超过40μm的翘曲度。41.根据权利要求40所述的方法，其中所述直径在195mm-305mm的范围内。42.一种碳化硅(sic)晶片，包括至少195毫米(mm)的直径、在500微米(μm)至2000μm范围内的厚度和在-25μm至25μm范围内的弯曲度。43.根据权利要求42所述的sic晶片，其中所述厚度在500μm-1500μm的范围内。44.根据权利要求42所述的sic晶片，还包括小于或等于40μm的翘曲度。45.根据权利要求42所述的sic晶片，其中所述直径在195mm-455mm的范围内。46.根据权利要求42所述的sic晶片，其中所述直径在195mm-305mm的范围内。47.一种碳化硅(sic)晶片，包括至少195毫米(mm)的直径、至少500的直径与厚度比和在-25微米(μm)至25μm范围内的弯曲度。48.根据权利要求47所述的sic晶片，还包括小于或等于40μm的翘曲度。
49.根据权利要求47所述的sic晶片，其中所述直径在195mm-305mm的范围内。50.根据权利要求47所述的sic晶片，其中所述直径与厚度比为至少600。51.根据权利要求47所述的sic晶片，其中所述直径与厚度比为至少900。52.一种碳化硅(sic)晶片，包括至少195毫米(mm)的直径、在475微米(μm)至525μm范围内的厚度和小于或等于150μm的最大边缘支撑弯沉值。53.根据权利要求52所述的sic晶片，其中所述最大边缘支撑弯沉值小于或等于120μm。54.根据权利要求52所述的sic晶片，其中所述最大边缘支撑弯沉值小于或等于110μm。55.根据权利要求52所述的sic晶片，其中所述最大边缘支撑弯沉值在110μm-150μm的范围内。56.根据权利要求52所述的sic晶片，其中，所述最大边缘支撑弯沉值小于或等于50μm。57.根据权利要求52所述的sic晶片，其中所述最大边缘支撑弯沉值小于或等于10μm。58.根据权利要求52所述的sic晶片，其中，所述最大边缘支撑弯沉值在5μm-50μm的范围内。59.根据权利要求52所述的sic晶片，还包括在-5μm至-20μm范围内的边缘支撑弯曲度值。60.根据权利要求52所述的sic晶片，其中所述直径在195mm-305mm的范围内。61.一种方法，包括：在生长温度下生长碳化硅(sic)晶体材料，同时保持至少20％的晶体材料的应力低于在所述生长温度下sic的临界分辨剪切应力；和将sic晶片与sic晶体材料分离以形成直径至少195毫米(mm)的sic晶片。62.根据权利要求61所述的方法，其中生长所述sic晶体材料包括保持至少40％所述晶体材料的应力低于sic的临界分辨剪切应力。63.根据权利要求61所述的方法，其中生长所述sic晶体材料包括保持至少80％所述晶体材料的应力低于sic的临界分辨剪切应力。64.根据权利要求61所述的方法，其中所述sic晶片包括在300微米(μm)至1000μm范围内的厚度和在-25μm至25μm范围内的弯曲度。65.根据权利要求61所述的方法，其中所述直径在195mm-305mm的范围内。66.根据权利要求61所述的方法，其中所述直径在195mm-455mm的范围内。67.一种方法，包括：生长碳化硅(sic)晶体材料；和通过可变地调节横跨所述晶体材料的切割深度将sic晶片与sic晶体材料分离，以形成具有至少195毫米(mm)的直径和在-25微米(μm)至25μm范围内的弯曲度的sic晶片。68.根据权利要求67所述的方法，其中所述sic晶片的直径在195mm-305mm的范围内。69.根据权利要求67所述的方法，其中所述sic晶片的直径在195mm-455mm的范围内。70.根据权利要求67所述的方法，其中所述sic晶片包括在300μm-1000μm范围内的厚度。71.根据权利要求67所述的方法，其中分离所述sic晶片包括基于所述晶体材料的缺陷曲线可变地调节横跨所述晶体材料的切割深度。72.根据权利要求67所述的方法，其中分离所述sic晶片包括基于所述晶体材料的掺杂
曲线可变地调节横跨所述晶体材料的切割深度。73.根据权利要求67所述的方法，其中分离所述sic晶片包括基于先前与所述晶体材料分离的另一sic晶片的晶片形状特征可变地调节横跨所述晶体材料的切割深度。74.根据权利要求67所述的方法，其中分离所述sic晶片包括基于所述晶体材料的顶表面的形状可变地调节横跨所述晶体材料的切割深度。75.根据权利要求67所述的方法，其中分离所述sic晶片包括激光辅助分离所述晶体材料。76.根据权利要求67所述的方法，其中分离所述sic晶片包括锯切所述晶体材料。77.一种方法，包括：生长碳化硅(sic)晶体材料；表征sic晶体材料或与sic晶体材料分离的初始sic晶片，以确定晶体缺陷曲线、掺杂曲线、晶体应力曲线和形状中的一项或多项；和通过基于所述晶体缺陷曲线、掺杂曲线、晶体应力曲线和形状中的一项或多项可变地调节横跨所述晶体材料的切割深度，将后续sic晶片与所述sic晶体材料分离。78.根据权利要求77所述的方法，其中所述后续sic晶片包括至少195毫米(mm)的直径和在-25微米(μm)至25μm范围内的弯曲度。79.根据权利要求77所述的方法，其中所述形状包括所述初始sic晶片的晶片形状特征。80.根据权利要求77所述的方法，其中所述形状包括在分离所述后续sic晶片之前所述晶体材料的顶表面的形状。81.根据权利要求77所述的方法，其中分离所述后续sic晶片包括激光辅助分离所述晶体材料。82.根据权利要求77所述的方法，其中分离所述后续sic晶片包括锯切所述晶体材料。
技术总结公开了碳化硅(SiC)晶片和相关方法，其包括具有适合半导体制造的晶片形状特征的大直径SiC晶片。公开的大直径SiC晶片降低了与形成这种SiC晶片相关的应力和应变效应相关的变形。正如本文所述，晶片形状和平坦度特性可以通过在SiC晶块或晶锭的生长期间降低晶体学应力曲线而得以改进。在各SiC晶片与相应SiC晶锭分离后，晶片形状和平坦度特性也可以得到改善。在这方面，公开的SiC晶片和相关方法包括具有合适的晶体质量和包括低值的晶片弯曲度、翘曲度和厚度变化的晶片形状特征的大直径SiC晶片。片。片。
技术研发人员：尤里
受保护的技术使用者：沃孚半导体公司
技术研发日：2020.12.17
技术公布日：2022/11/1
