[发明专利]低翘曲度、弯曲度和TTV的75毫米碳化硅晶片

说明书

技术领域

本发明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。

本发明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。

背景技术

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℃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，其中的相关线圈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(再公告为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1(a)和图1(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10μm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。