[发明专利]通过升华制造大直径碳化硅晶体及相关半导体SIC晶片的方法

权利要求书

1.一种制造SiC晶体至生长体积的方法，包括：

i.将包含硅芯片的混合物引入到反应池中，所述反应池由石墨制成并且具有圆柱形内部，所述圆柱形内部的内部体积在所述SiC晶体的所述生长体积的6至12倍范围内；

ii.将碳化硅晶种置于所述反应池内部邻近述反应池的盖子处；

iii.使用所述盖子密封所述反应池；

iv.用石墨绝缘体围绕所述反应池；

v.将反应池引入到真空炉中；

vi.将所述真空炉抽真空；

vii.用包含惰性气体的气体混合物将所述真空炉填充至接近大气压的压力；

viii.将所述反应池在所述真空炉中加热至1975℃至2500℃范围内的温度；

ix.将所述真空炉中的压力减小至从0.05托至低于50托；

x.将碳气源引入所述真空炉中，并且流入氮气，其配置为引入大于3E18/cm²且高达6E18/cm²的氮供体浓度；以及

xi.使硅物质和碳物质升华以及蒸气冷凝到所述晶种上，并在所述SiC晶体的生长体积达到所述反应池的内部体积的十二分之一至六分之一且所述SiC晶体足够大以产生十个或更多个衬底时停止所述升华，

其中所述晶种设置在所述反应池上方，所述晶种的边缘受搁架支撑，

其中所述盖子的一部分设置在所述晶种上方，

其中在所述盖子的下方形成保持器作为所述盖子的一部分，将保持器置于晶种上方而不接触晶种，并且在所述保持器的底部提供气体通道，

其中在所述盖子中提供多个孔作为气体收集器，且所述多个孔在竖直方向上提供，以及

其中在所述晶种与所述盖子之间提供间隙。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述反应池具有4000cm³至16000cm³的体积。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述反应池具有0.8至4.0范围内的内高与内径比。

4.根据权利要求1所述的方法，还包括：

将所述晶体以某个方向切成薄片，使得所得的晶片具有偏离c-轴朝11-20方向倾斜3.5至4.4度的表面；

研磨和抛光每个晶片，从而使每个晶片的厚度减小至365mm至675mm范围内的平均厚度；

研磨每个晶片的圆周边缘，以形成斜切边缘；以及，

其中执行研磨和抛光每个晶片，以产生0.5μm至5μm范围内的总厚度变化，以及1μm至40μm范围内的翘曲。

5.根据权利要求4所述的方法，还包括清洁所述晶片，从而得到通过TXRF测定的在所述衬底的C面或Si面上的表面金属污染水平，其作为Na、Mg、Al、Ca、K、Mg的面密度总和为25E10/cm²至250E10/cm²并且原子P、Ni、Fe、Co、Cu、Mn的面密度总和为10E10/cm²至150E10/cm²。

6.根据权利要求5所述的方法，其中清洁所述晶片包括将所述晶片浸渍在超声清洁槽中，所述超声清洁槽具有pH大于9至小于12且混合于去离子水中的低浓度碱性表面活性剂。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述碱性表面活性剂的浓度为0.5％至10％。

8.根据权利要求7所述的方法，还包括进行冲洗和旋转干燥工序。

9.根据权利要求8所述的方法，还包括在抛光后使用pH小于4的酸性溶液清洁所述衬底，以便移除颗粒和残余的金属污染。

10.根据权利要求9所述的方法，还包括使用聚乙烯醇刷擦洗所述晶片。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述衬底中的晶体位错的面密度中值在1/cm²与2600/cm²之间。