本申請(qǐng)要求2014年12月29日提交的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No.14/585,101和2014年7月29日提交的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)No.62/030,490的優(yōu)先權(quán)益，這兩份專(zhuān)利申請(qǐng)的內(nèi)容均全文以引用方式并入本文。
背景技術(shù)：
：1.
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開(kāi)涉及功率器件的制造，具體地講，涉及用于功率器件的大直徑晶片的制造。2.相關(guān)技術(shù)碳化硅SiC是熟悉材料科學(xué)、電子學(xué)和物理學(xué)的技術(shù)人員所公認(rèn)對(duì)于寬帶隙特性以及也對(duì)于極高硬度、高導(dǎo)熱性和化學(xué)惰性特性有利的晶體半導(dǎo)體材料。這些特性使SiC成為對(duì)于制造功率半導(dǎo)體器件極具吸引力的半導(dǎo)體，使得與由更常見(jiàn)材料如硅制成的器件相比，功率密度和性能得以增強(qiáng)。最常見(jiàn)形式的SiC由原子的立方或六方排列組成。Si和C層的堆疊可呈現(xiàn)多種形式，稱(chēng)為多型體。碳化硅晶體的類(lèi)型由表示堆疊序列中的重復(fù)單元數(shù)的數(shù)字加上代表晶形的字母來(lái)表示。例如，3C-SiC多型體是指3個(gè)重復(fù)單元和立方(C)晶格，而4H-SiC多型體是指4個(gè)重復(fù)單元和六方(H)晶格。不同的碳化硅多型體在材料特性方面有一些差別，最明顯的是電特性。4H-SiC多型體具有相對(duì)較大的帶隙，而3C-SiC具有較小的帶隙，大多數(shù)其他多型體的帶隙則落在兩者之間。對(duì)于高性能功率器件應(yīng)用，當(dāng)帶隙較大時(shí)，理論上，材料更能夠提供相對(duì)更好的高功率和導(dǎo)熱性性能。SiC晶體并非天然存在的，因此必須合成。SiC晶體的生長(zhǎng)可通過(guò)升華(也稱(chēng)為物理氣相輸運(yùn))或化學(xué)氣相沉積來(lái)進(jìn)行。SiC通過(guò)升華來(lái)生長(zhǎng)極具挑戰(zhàn)性。通過(guò)升華來(lái)生成Si和C物質(zhì)的蒸氣流要求溫度超過(guò)2000℃，這極大地限制了反應(yīng)池組件和熔爐設(shè)計(jì)。最初，將通過(guò)如艾奇遜法之類(lèi)的工藝形成的SiC研磨材料用作晶體的Si和C原子的來(lái)源，隨著技術(shù)成熟，多個(gè)團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出了合成專(zhuān)用于SiC晶體生長(zhǎng)的SiC源粉末的裝置。通常在處于真空室內(nèi)的石墨容器中進(jìn)行該生長(zhǎng)。通過(guò)電阻法或感應(yīng)法加熱石墨容器。以小心的方式隔絕容器以便在體積內(nèi)形成受控的溫度梯度。使用晶種，并且其形狀通常類(lèi)似于板狀或盤(pán)狀。晶種通常以其生長(zhǎng)表面面向源材料而取向。容器中的晶種的位置被設(shè)計(jì)成使得當(dāng)加熱容器時(shí)，晶種位于相對(duì)較低溫度位置，而Si-C源材料位于較高溫度位置。當(dāng)將容器加熱至足以使源材料升華的溫度時(shí)，蒸氣將向低溫區(qū)域穿行并冷凝在晶種上。雖然該過(guò)程在概念上看似簡(jiǎn)單，但在實(shí)施過(guò)程中，SiC的生長(zhǎng)非常復(fù)雜并且是操作人員公認(rèn)很難進(jìn)行的。歷史上，基于SiC升華的晶體生長(zhǎng)的最初進(jìn)展首次由Lely(US2854364-1958)描述，其未加晶種的晶體生長(zhǎng)的方法得到小六方SiC片晶。在1970年代和1980年代，產(chǎn)生對(duì)于制備器件具有吸引力的尺寸的首種晶體的技術(shù)由Tairov和Tsvetkov在俄羅斯完成(JournalofCrystalGrowth,52(1981)p.146-50(《晶體生長(zhǎng)雜志》，第52卷，1981年，第146-150頁(yè))和ProgressinControllingtheGrowthofPolytypicCrystalsinCrystalGrowthandCharacterizationofPolytypeStructures,P.Krishna,ed.,PergammonPress,London,p.111(1983)(《控制晶體生長(zhǎng)中多型晶體的生長(zhǎng)及多型體結(jié)構(gòu)的表征的進(jìn)展》，P.Krishna編輯，帕加蒙出版社，倫敦，第111頁(yè)，1983年))。他們的方法使用Lely晶體作為晶種，并通過(guò)如上所述的升華和運(yùn)輸進(jìn)行生長(zhǎng)。這些結(jié)果顯示了通過(guò)晶種、壓力控制和溫度梯度的選擇來(lái)進(jìn)行多型體控制的方法。隨后，Davis(US4866005–1989)揭示了通過(guò)源材料和梯度控制的恰當(dāng)選擇所實(shí)現(xiàn)的改進(jìn)。對(duì)Tairov、Tsvetkov和Davis的方法的改良至今仍在不斷揭示。圖1示出了代表現(xiàn)有技術(shù)的通過(guò)物理氣相運(yùn)輸進(jìn)行SiC晶體生長(zhǎng)的一般布置。示出了具有蓋子55的PVT反應(yīng)池40，其被構(gòu)造成用于SiC晶體生長(zhǎng)。反應(yīng)池40通常由石墨容器形成。將?；疭iC或硅和碳材料42置于池的底部。定位于容器上部中的是晶種48，其固定到池頂部之內(nèi)，例如夾緊或粘結(jié)到蓋子55。值得注意的是，在圖1的構(gòu)造中，在處理過(guò)程中，晶種48的背表面接觸蓋子55的底部表面，而不論是通過(guò)物理附連，諸如粘合劑或夾鉗，還是通過(guò)壓差來(lái)接觸，如JP2011-20860中闡釋。整個(gè)容器被諸如石墨氈或泡沫的絕緣層54圍繞。將反應(yīng)池40置于通過(guò)真空泵抽吸的真空爐70中。如果對(duì)池進(jìn)行電阻加熱，則真空爐70可由鋼構(gòu)成，或如果對(duì)池進(jìn)行感應(yīng)加熱，則其可由電介質(zhì)如玻璃構(gòu)成。在所示的實(shí)施例中，真空爐由玻璃構(gòu)成并通過(guò)射頻感應(yīng)線(xiàn)圈72加熱。硅和碳從源材料42蒸發(fā)并冷凝到晶種48上。未冷凝到晶種上的硅和碳從反應(yīng)容器中擴(kuò)散出來(lái)并進(jìn)入真空爐。該擴(kuò)散由反應(yīng)容器內(nèi)部與真空爐之間的壓力梯度驅(qū)動(dòng)。注入真空爐中的氣體(諸如氮?dú)?、氬氣和摻雜劑)穿過(guò)石墨坩堝壁擴(kuò)散進(jìn)反應(yīng)容器。該擴(kuò)散通過(guò)真空室與反應(yīng)容器內(nèi)部之間的濃度梯度驅(qū)動(dòng)。當(dāng)產(chǎn)生較大晶體的方法出現(xiàn)時(shí)，關(guān)注點(diǎn)也會(huì)轉(zhuǎn)移到控制晶體中的缺陷。缺陷可歸類(lèi)為包裹物和晶體位錯(cuò)。SiC晶體中的主要晶體缺陷是螺旋位錯(cuò)。稱(chēng)為微管或空芯螺旋位錯(cuò)的特例就屬于該類(lèi)型。另外，還存在基面位錯(cuò)和螺紋型刃位錯(cuò)。這些缺陷源于多種來(lái)源。例如，晶種中所含的缺陷可傳遞到新生長(zhǎng)的晶體體積中。溫度梯度和熱膨脹不匹配所產(chǎn)生并傳遞給生長(zhǎng)過(guò)程中的晶種和晶體的應(yīng)力可導(dǎo)致形成位錯(cuò)。在來(lái)自形成SiC所需物的升華蒸氣流中的化學(xué)計(jì)量的偏差可導(dǎo)致不穩(wěn)定多型體生長(zhǎng)，繼而在生長(zhǎng)的晶體中產(chǎn)生多型體包裹物，導(dǎo)致多型體邊界處的位錯(cuò)的形成。甚至位錯(cuò)之間的相互作用也可形成或消除位錯(cuò)。由所指出的方法產(chǎn)生的SiC晶體具有高濃度的位錯(cuò)。截至本申請(qǐng)?zhí)峤粫r(shí)為止，螺旋位錯(cuò)和基面濃度的通常報(bào)告值在標(biāo)稱(chēng)上分別為5000-10000/cm2。位錯(cuò)最常通過(guò)在垂直于晶體對(duì)稱(chēng)軸的平面中對(duì)晶體切片來(lái)進(jìn)行評(píng)估。用熔融鹽如氫氧化鉀在350-500℃范圍內(nèi)的溫度下蝕刻暴露的晶體表面將揭示位錯(cuò)。每種位錯(cuò)類(lèi)型具有獨(dú)特的形狀，從而可對(duì)它們獨(dú)特地計(jì)數(shù)。位錯(cuò)通常以數(shù)量除以檢測(cè)面積來(lái)計(jì)數(shù)和報(bào)告。該表征方法是有用的，因?yàn)槠涫沟迷诰w平面上形成的平面半導(dǎo)體器件中所含的缺陷容易關(guān)聯(lián)。文獻(xiàn)中有許多例子顯示位錯(cuò)在觀察平面中不均勻地分布。較大計(jì)數(shù)的位錯(cuò)使得對(duì)每個(gè)位錯(cuò)計(jì)數(shù)顯得非常不切實(shí)際，特別是由于如今要求對(duì)大于或等于相當(dāng)于100mm直徑圓形的截面進(jìn)行檢測(cè)。因此，對(duì)蝕刻區(qū)取樣以確定位錯(cuò)的量。不正確的取樣方法可導(dǎo)致與較大晶體相關(guān)的位錯(cuò)濃度的估值錯(cuò)誤。在大多數(shù)報(bào)告中，未提供取樣方法的細(xì)節(jié)，因此結(jié)果通常難以重現(xiàn)(如果并非不可能的話(huà))。在固態(tài)物理學(xué)和半導(dǎo)體器件方面富有經(jīng)驗(yàn)的科學(xué)家認(rèn)識(shí)到，位錯(cuò)導(dǎo)致器件性能低于材料的理論特性。因此，現(xiàn)今的努力集中于改善半導(dǎo)體SiC晶體質(zhì)量外觀以識(shí)別和控制那些可減少源于晶體生長(zhǎng)的缺陷的因素。一旦產(chǎn)生足夠大的晶體，就必須將晶體切割并制造成晶片，以便適應(yīng)使用平面制造方法制造半導(dǎo)體器件的設(shè)備。由于許多半導(dǎo)體晶體(例如，硅、砷化鎵)已成功開(kāi)發(fā)并商業(yè)化為晶片產(chǎn)品，由大塊晶體制造晶片的方法是已知的。晶片制造的常見(jiàn)方法和要求及表征的標(biāo)準(zhǔn)方法的綜述可見(jiàn)于WolfandTauber,SiliconProcessingfortheVLSIEra,Vol.1-ProcessTechnology,Chapter1(LatticePress-1986)(Wolf和Tauber，《超大規(guī)模集成電路時(shí)代的硅處理，第1卷-工藝技術(shù)》，第1章，萊迪思出版社，1986年)。由于其硬度，與處理其他常見(jiàn)半導(dǎo)體晶體如硅或砷化鎵相比，SiC晶片襯底的制造帶來(lái)了獨(dú)特的挑戰(zhàn)。必須對(duì)機(jī)器進(jìn)行改造，并改變研磨劑的選擇而不使用常用材料。為適應(yīng)SiC而對(duì)常見(jiàn)晶片制造技術(shù)的改造通常作為專(zhuān)有資料保留。據(jù)報(bào)告，可在鏡面拋光SiC晶片上觀察到大量亞表面損傷，這可通過(guò)使用類(lèi)似于硅行業(yè)中使用的化學(xué)增強(qiáng)機(jī)械拋光方法來(lái)減少或移除(Zhou,L.,etal.,ChemomechanicalPolishingofSiliconCarbide,J.Electrochem.Soc.,Vol.144,no.6,June1997,pp.L161-L163(Zhou,L.等人，碳化硅的化學(xué)機(jī)械拋光，《電化學(xué)學(xué)會(huì)雜志》，第144卷，第6期，1997年6月，第L161-L163頁(yè)))。為了在SiC晶片上構(gòu)造半導(dǎo)體器件，必須將另外的晶體SiC膜沉積在晶片上以形成具有所需電導(dǎo)率值和導(dǎo)體類(lèi)型的器件有源區(qū)。這通常使用化學(xué)氣相沉積(CVD)方法完成。自1970年代以來(lái)，俄羅斯、日本和美國(guó)的多個(gè)團(tuán)隊(duì)公布了通過(guò)CVD外延來(lái)生長(zhǎng)SiC的技術(shù)。通過(guò)CVD來(lái)生長(zhǎng)SiC的最常見(jiàn)的化學(xué)物質(zhì)是含硅的源氣體(例如，甲硅烷或氯硅烷)和含碳的源氣體(例如，烴氣體)的混合物。低缺陷外延層的生長(zhǎng)的關(guān)鍵要素是襯底表面偏離晶體對(duì)稱(chēng)軸傾斜以允許化學(xué)原子以襯底晶體所建立的堆疊順序附接至表面。當(dāng)該傾斜不足時(shí)，CVD工藝將在表面上產(chǎn)生三維缺陷，并且此類(lèi)缺陷將產(chǎn)生不可操作的半導(dǎo)體器件。表面瑕疵諸如裂紋、亞表面損傷、凹坑、顆粒、劃痕或污染會(huì)妨礙通過(guò)CVD工藝復(fù)制晶片的晶體結(jié)構(gòu)(參見(jiàn)例如PowellandLarkin,Phys.Stat.Sol.(b)202,529(1997)(Powell和Larkin，《固體物理(b)》，第202卷，第529頁(yè)，1997年))。重要的是用于制造晶片的拋光和清洗工藝要最大程度減少表面瑕疵。在存在這些表面瑕疵的情況下，可在外延膜中產(chǎn)生若干缺陷，包括基面位錯(cuò)和立方SiC包裹物(參見(jiàn)例如Powell,et.al.TransactionsThirdInternationalHigh-TemperatureElectronicsConference,Volume1,pp.II-3-II-8,SandiaNationalLaboratories,Albuquerque,NMUSA,9-14June1996(Powell等人，《第三屆國(guó)際高溫電子學(xué)會(huì)議匯刊》，第I卷，第II-3-II-8頁(yè)，美國(guó)新墨西哥州阿爾伯克基的桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，1996年6月9-14日))。SiC中的缺陷已知能夠限制或破壞缺陷上形成的半導(dǎo)體器件的操作。據(jù)Neudeck和Powell報(bào)道，空芯螺旋位錯(cuò)(微管)嚴(yán)重限制SiC二極管的電壓閉鎖性能(P.G.NeudeckandJ.A.Powell,IEEEElectronDeviceLetters,vol.15,no.2,pp.63-65,(1994)(P.G.Neudeck和J.A.Powell，《IEEE電子器件快報(bào)》，第15卷，第2期，第63-65頁(yè)，1994年))。Neudeck在1994年綜述了晶體(晶片)和外延來(lái)源缺陷對(duì)功率器件的影響，著重說(shuō)明了由于螺旋位錯(cuò)和形態(tài)外延缺陷而對(duì)功率器件功能的限制(Neudeck,Mat.Sci.Forum,Vols338-342,pp.1161-1166(2000)(Neudeck，《材料科學(xué)論壇》，第338-342卷，第1161-1166頁(yè)，2000年))。Hull報(bào)道了當(dāng)在具有較低螺旋位錯(cuò)密度的襯底上制造二極管時(shí)高電壓二極管反向偏置漏電流的分布向較低值的偏移(Hull,et.al.,Mat.Sci.forum,Vol.600-603,p.931-934(2009)(Hull等人，《材料科學(xué)論壇》，第600-603卷，第931-934頁(yè)，2009年))。Lendenmann報(bào)道了雙極性二極管中的正向電壓下降與源自襯底中的基面位錯(cuò)的外延層中的基面位錯(cuò)有關(guān)(Lendenmannet.al.,Mat.Sci.Forum,Vols338-342,pp.1161-1166(2000)(Neudeck，《材料科學(xué)論壇》，第338-342卷，第1161-1166頁(yè)，2000年))。雖然對(duì)于改善SiC晶體和使用該材料作為晶體管和二極管的襯底已實(shí)現(xiàn)許多進(jìn)展，但主流功率電子器件中對(duì)這些工藝和器件的采用仍緩慢。當(dāng)今，大多數(shù)功率半導(dǎo)體器件制造是用直徑為150mm或更大的硅襯底實(shí)現(xiàn)的。這些襯底對(duì)于純度、表面污染、顆粒、厚度均勻性和平坦度具有極端的要求。硅襯底上的純度和表面污染問(wèn)題在硅器件制造工藝中至關(guān)重要，因?yàn)槌Ｒ?jiàn)的雜質(zhì)將擴(kuò)散到硅中，然后在表面聚集，從而導(dǎo)致在該襯底表面上制造的器件性能不良。功率器件的制造使用相對(duì)大的晶粒尺寸，并且為了實(shí)現(xiàn)高制造和操作產(chǎn)量，襯底材料的晶體質(zhì)量反映了高度完美性。用于制造功率器件的現(xiàn)代方法使用具有完美的晶體質(zhì)量即低位錯(cuò)密度和低表面缺陷的硅襯底。半導(dǎo)體SiC是有望用于新一代功率半導(dǎo)體器件的材料。采用SiC晶片來(lái)制造功率電子器件的進(jìn)展緩慢，因?yàn)榇蠖鄶?shù)制備的SiC襯底比硅具有相對(duì)更小的直徑(76-100mm)，具有更大的缺陷密度并且更昂貴。使用除直徑小于150mm的硅之外的晶片使得功率器件制造成本更高，并且增加了用針對(duì)150mm或更大直徑而設(shè)計(jì)的設(shè)備來(lái)處理小晶片的復(fù)雜性。為了解決采用的問(wèn)題，必須開(kāi)發(fā)仿效所有以下屬性的SiC襯底工藝：○150mm或更大的晶片直徑○與類(lèi)似的硅晶片相當(dāng)?shù)幕蚺c硅工藝設(shè)備相容的晶片厚度、斜角和平坦度○極低的晶體缺陷密度○極低的表面污染水平，以便防止與共享的設(shè)備上進(jìn)行的硅工藝發(fā)生交叉污染。○與SiC外延的相容性，以使襯底能夠適用于器件制造。直徑等于或大于150mm的SiC晶體的生長(zhǎng)非常困難。傳統(tǒng)的升華方法受到反應(yīng)池中可包含的Si/C源材料量的限制。要生長(zhǎng)150mm直徑或更大的晶體需要極大量的源材料，這可占用反應(yīng)池和熔爐中大量的體積。這就必須使用非常大的反應(yīng)池。較大的反應(yīng)池幾何形狀可導(dǎo)致大的徑向和軸向溫度梯度，繼而導(dǎo)致晶體中大的應(yīng)力和/或過(guò)快的生長(zhǎng)速率。這種應(yīng)力導(dǎo)致晶體中形成缺陷，而大的生長(zhǎng)速率導(dǎo)致在晶體的多型體的控制中存在挑戰(zhàn)。大的缺陷密度(總位錯(cuò)大于2E4/cm2)并未低到足以制造可靠的功率器件。緊湊的反應(yīng)池設(shè)計(jì)可限制溫度梯度，甚至限制到?jīng)]有足夠驅(qū)動(dòng)力來(lái)支持蒸氣運(yùn)輸?shù)某潭?，并且所得的晶體非常小，對(duì)于切割襯底不切實(shí)際。對(duì)具有150mm直徑和低位錯(cuò)密度的SiC晶體的討論在現(xiàn)有技術(shù)中有所論述。Fujimoto的US2010/0295059Al公開(kāi)了通過(guò)升華使具有低位錯(cuò)密度的SiC晶體生長(zhǎng)的方法，其評(píng)論稱(chēng)該方法可支持使晶體生長(zhǎng)至250mm直徑的能力，但所提供的例子全部低于100mm直徑。Fujimoto僅僅根據(jù)位錯(cuò)密度控制來(lái)論證將該工藝擴(kuò)展至達(dá)250mm的直徑，而沒(méi)有對(duì)如何放大升華工藝以適應(yīng)大晶體提出任何見(jiàn)解。Nakabayashi的US201110206929Al公開(kāi)了通過(guò)升華使具有低位錯(cuò)密度的SiC晶體生長(zhǎng)的方法，其評(píng)論稱(chēng)該方法可支持使晶體生長(zhǎng)至300mm直徑的能力，但例子全部在75-105mm的范圍內(nèi)。與Fujimoto類(lèi)似，未提供有關(guān)放大該工藝以適應(yīng)大晶體的任何細(xì)節(jié)；僅討論了缺陷控制的方法。公開(kāi)了大直徑晶片的其他參考文獻(xiàn)包括US8,747,982和US8,741,413。Kondo(Mat.Sci.ForumVols.778-780(2014)p.17(《材料科學(xué)論壇》，第778-780卷，2014年，第17頁(yè)))公開(kāi)了通過(guò)稱(chēng)為重復(fù)A面法的方法生長(zhǎng)150mm直徑的碳化硅晶體的方法。結(jié)果顯示出低缺陷密度。Kondo未討論關(guān)于該方法延伸至通過(guò)升華來(lái)制備直徑大于150mm的4H-SiC晶體的細(xì)節(jié)。上述專(zhuān)利均未公開(kāi)通過(guò)適用于制造功率器件的大SiC晶體來(lái)制備大直徑襯底的方法。此外，上述專(zhuān)利均未提出或解決在對(duì)較大晶體使用較大反應(yīng)池時(shí)可能出現(xiàn)的熱梯度和應(yīng)力的問(wèn)題。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：列入了以下
發(fā)明內(nèi)容以提供本發(fā)明的一些方面和特征的基本理解。該
發(fā)明內(nèi)容不是本發(fā)明的詳細(xì)綜述，因此并非旨在特別指出本發(fā)明的關(guān)鍵或重要因素或劃定本發(fā)明的范圍。其唯一目的是以簡(jiǎn)化形式提出本發(fā)明的一些概念，作為下述更詳細(xì)描述的前序。授予Loboda的美國(guó)專(zhuān)利公布2012/0114545公開(kāi)了用于生長(zhǎng)達(dá)150mm直徑的較大的碳化硅鑄錠的方法，其中對(duì)Si/C源組合物和升華方法進(jìn)行改善，以提供較大的4HSiC晶體。本公開(kāi)的主題示出，以下一體化制造策略可制備密切效仿硅襯底的屬性并且可用于也用來(lái)制造硅器件的制造工藝的SiC襯底：○直徑大于149mm，通常為150+/-1mm或200+/-1mm的SiC襯底，其為4H-SiC多型體并且該襯底的取向使得晶體襯底的表面偏離c-軸朝<11-20>方向傾斜3.5-4.4度。出于更嚴(yán)格的要求，晶體襯底偏離c-軸朝<11-20>方向傾斜3.8-4.2度。○為了制備很大直徑的4H-SiC晶體，必須仔細(xì)地管理在升華晶體生長(zhǎng)過(guò)程中施加的應(yīng)力。應(yīng)力源自于晶體與晶體在其中生長(zhǎng)的反應(yīng)池之間的溫度梯度和膨脹系數(shù)失配。用于生長(zhǎng)大SiC晶體的適當(dāng)?shù)膽?yīng)力管理包括用由硅和碳原子構(gòu)成的負(fù)荷填充石墨坩堝反應(yīng)池，以及將晶種置于坩堝的頂部，使得其并不剛性附接到坩堝，并且對(duì)晶種的支撐不會(huì)因加熱或冷卻過(guò)程中的膨脹系數(shù)失配而將應(yīng)力轉(zhuǎn)移到晶種。晶種附接和坩堝設(shè)計(jì)既允許升華的蒸氣在晶片表面上冷凝，又允許一些蒸氣繞過(guò)晶片并逸出容納生長(zhǎng)的晶體的坩堝容積。○為了生長(zhǎng)晶體達(dá)到可產(chǎn)生許多直徑大于149mm的襯底的尺寸，據(jù)發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)池的內(nèi)部容積與目標(biāo)晶體尺寸的體積(直徑和長(zhǎng)度)之間存在重要關(guān)系。具體地講，除直徑大于149mm之外，生長(zhǎng)的晶體必須具有足夠大的體積以產(chǎn)生許多切片，這些切片可轉(zhuǎn)變成用于器件制造的襯底，其中最少10個(gè)或更多個(gè)對(duì)于制造才切合實(shí)際。反應(yīng)池應(yīng)當(dāng)具有足夠的體積，以適應(yīng)生長(zhǎng)的晶體的體積以及生長(zhǎng)晶體所需的源材料的體積。這樣，反應(yīng)池的內(nèi)部體積必須在最終晶體的預(yù)期體積的6-12倍范圍內(nèi)。優(yōu)選的設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)于內(nèi)高與內(nèi)徑比在0.8至4.0范圍內(nèi)的反應(yīng)池?！餝iC晶體的電阻率也必須控制到低值和窄范圍，才可用于制造功率器件。由晶體制成的襯底成為典型的豎直功率器件設(shè)計(jì)中的電流路徑的一部分，并且如果電阻率較高，則在襯底上制造的器件將效率低下。通過(guò)向晶體生長(zhǎng)過(guò)程添加N2氣來(lái)實(shí)現(xiàn)大直徑SiC晶體生長(zhǎng)的電阻率控制。除具有足夠的體積以產(chǎn)生足夠數(shù)量的襯底之外，據(jù)發(fā)現(xiàn)，來(lái)自一種晶體和來(lái)自不同晶體之中的所有襯底必須表現(xiàn)出共同的電阻率范圍。使用所述方法，據(jù)發(fā)現(xiàn)，對(duì)從單晶切割的晶片測(cè)定的電阻率值范圍在0.013-0.022Ω-cm范圍內(nèi)。這對(duì)應(yīng)于大于3E18/cm2并且高達(dá)約6E18/cm2的氮供體濃度。○為了能夠?qū)iC晶片引入硅處理系統(tǒng)并獲得可接受的工藝特性，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)?shù)刂苽銼iC晶片的表面。具體地講，表面污染和顆粒應(yīng)當(dāng)控制到特定水平。類(lèi)似地，金屬污染應(yīng)當(dāng)控制到特定水平。位錯(cuò)和刮痕密度也需要保持低于特定水平。下文將更詳細(xì)地描述所有上述規(guī)范。應(yīng)當(dāng)注意到，當(dāng)處理硅晶片時(shí)，可在沉積過(guò)程之前使用氧化過(guò)程來(lái)調(diào)節(jié)晶片表面。然而，SiC不會(huì)氧化。因此，標(biāo)準(zhǔn)氧化過(guò)程對(duì)于調(diào)節(jié)SiC表面無(wú)效，使得需要如本文所公開(kāi)的那樣來(lái)制備SiC晶片，然后將它們引入到沉積處理室中。根據(jù)本發(fā)明所公開(kāi)的具體實(shí)施例，公開(kāi)了經(jīng)拋光的4H-SiC碳化硅半導(dǎo)體襯底，該襯底被制備成用于外延生長(zhǎng)，該襯底具有：149至152mm的直徑；365-675mm的厚度；傾斜的圓周邊緣(例如，相對(duì)于襯底的制造表面具有22.5+/-0.2度的最大角度)；0.5μm至5μm的總厚度變化(TTV)范圍，以及1μm至40μm的翹曲范圍；通過(guò)TXRF測(cè)定的襯底的C面或Si面上的表面金屬污染水平作為Na、Mg、Al、Ca、K、Mg的面密度總和在25E10/cm2至275E10/cm2之間，并且原子P、Ni、Fe、Co、Cu、Mn的面密度總和在10E10/cm2至150E10/cm2之間；襯底中的由螺紋型螺旋位錯(cuò)、基面位錯(cuò)和微管構(gòu)成的晶體位錯(cuò)的面密度中值在1/cm2至2600/cm2之間；聚集刮痕長(zhǎng)度在5μm至5000μm范圍內(nèi)；以及，顆粒計(jì)數(shù)在5至500總顆粒范圍內(nèi)，而顆粒直徑在0.5μm至10μm范圍內(nèi)。在一些實(shí)施例中，襯底可以被取向?yàn)槭沟肹0001]襯底表面偏離c-軸朝<11-20>方向傾斜3.5-4.4度。在一些實(shí)施例中，當(dāng)在熔融KOH中蝕刻襯底并且在19個(gè)部位(每個(gè)部位為1×1mm2，所述部位在整個(gè)制造表面上均勻分布)測(cè)定時(shí)，基面位錯(cuò)的面密度中值在1/cm2至2500/cm2范圍內(nèi)，而螺紋型螺旋位錯(cuò)的面密度中值在0/cm2至400/cm2范圍內(nèi)，并且襯底上的至少一個(gè)部位測(cè)定為0螺旋位錯(cuò)。另外，襯底內(nèi)的電阻率值可以在0.013Ω-cm至0.022Ω-cm范圍內(nèi)。襯底還可以包括沉積到硅或碳表面上的一個(gè)或多個(gè)SiC同質(zhì)外延層，其復(fù)合厚度在1.5μm至160μm范圍內(nèi)，并且外延層中的至少一個(gè)具有濃度在1E14/cm3至3E19/cm3范圍內(nèi)的n-型或p-型摻雜原子。可以通過(guò)包括以下步驟的外延工藝制造外延膜：i。將一個(gè)或多個(gè)襯底加載到CVD外延系統(tǒng)中；ii。當(dāng)襯底暴露于氫氣和氯化氫的氣體混合物時(shí)，將襯底加熱至足以蝕刻制造表面的高溫；以及，iii。使用包含至少一種具有氯原子的氣體的氣體混合物將外延膜沉積到襯底上。在一些實(shí)施例中，通過(guò)TXRF測(cè)定的襯底的C面或Si面上的表面金屬污染水平作為Na、Mg、Al、Ca、K的面密度總和在25E10/cm2至275E10/cm2之間，并且原子P、Ni、Fe、Co、Cu、Mn的面密度總和在10E10/cm2至150E10/cm2之間。另外，當(dāng)在熔融KOH中蝕刻SiC同質(zhì)外延層并且在分布于整個(gè)表面上的19個(gè)部位測(cè)定時(shí)，螺旋位錯(cuò)的面密度中值在0/cm2至400/cm2范圍內(nèi)，并且至少一個(gè)部位測(cè)定為0螺旋位錯(cuò)，而基面位錯(cuò)的面密度中值在0/cm2至20/cm2范圍內(nèi)，并且至少一個(gè)部位測(cè)定為0基面位錯(cuò)。根據(jù)本發(fā)明所公開(kāi)的某些實(shí)施例，提供了生長(zhǎng)最大直徑超過(guò)149mm的4H-SiC晶體的方法，該方法包括：i。制備內(nèi)部體積為4000cm3至16000cm3并且內(nèi)徑與內(nèi)高比在0.8至4.0范圍內(nèi)的中空、圓柱形石墨反應(yīng)池；ii。將硅原子源和碳原子源引入到反應(yīng)池中；iii。將4H-SiC碳化硅晶種置于反應(yīng)池內(nèi)部；iv。密封反應(yīng)池并用石墨絕緣體圍繞反應(yīng)池；v。將圓柱形反應(yīng)池引入到真空爐中；vi。將該爐抽真空；vii。用基本上為惰性氣體的氣體混合物將爐填充至接近大氣壓的壓力；viii。將圓柱形反應(yīng)池在爐中加熱至1975℃至2500℃范圍內(nèi)的溫度；ix。將爐中壓力減小至低于50托但不低于0.05托；以及，x。使源升華以及硅和碳蒸氣冷凝到晶種上。在本發(fā)明所公開(kāi)的方法中，硅原子源可以包括含多晶硅芯片的混合物。在一些具體實(shí)施例中，當(dāng)晶體體積達(dá)到反應(yīng)池的內(nèi)部體積的1/12至1/6時(shí)可以停止升華。該方法還可以包括將晶體以某個(gè)方向切成薄片，使得所得的晶片具有偏離c-軸朝<11-20>方向傾斜3.5至4.4度的表面。該方法還可以包括將一個(gè)或多個(gè)SiC同質(zhì)外延層沉積到硅或碳表面上，其復(fù)合厚度在1.5μm至160μm范圍內(nèi)，并且外延層中的至少一個(gè)具有濃度在1E14/cm3至3E19/cm3范圍內(nèi)的n-型或p-型摻雜原子。沉積一個(gè)或多個(gè)SiC同質(zhì)外延層可以包括：i。將一個(gè)或多個(gè)襯底置于CVD外延系統(tǒng)中；ii。當(dāng)襯底暴露于氫氣和氯化氫的氣體混合物時(shí)，將襯底加熱至足以蝕刻襯底表面的高溫；以及，iii。使用包含至少一種具有氯原子的氣體的氣體混合物將外延膜沉積到襯底上。在一些實(shí)施例中，通過(guò)TXRF測(cè)定的襯底的C面或Si面上的表面金屬污染水平作為Na、Mg、Al、Ca、K、Mg的面密度總和在25E10/cm2至275E10/cm2之間，并且原子P、Ni、Fe、Co、Cu、Mn的面密度總和在10E10/cm2至150E10/cm2之間。另外，當(dāng)在熔融KOH中蝕刻SiC同質(zhì)外延層并且在分布于整個(gè)表面上的19個(gè)部位測(cè)定時(shí)，螺旋位錯(cuò)的面密度中值在0/cm2至400/cm2范圍內(nèi)，并且至少一個(gè)部位測(cè)定為0螺旋位錯(cuò)，而基面位錯(cuò)的面密度中值在0/cm2至20/cm2范圍內(nèi)，并且至少一個(gè)部位測(cè)定為0基面位錯(cuò)。已切成薄片的晶片中的氮供體濃度可大于3E18/cm2并且可高達(dá)約6E18/cm2。對(duì)從單晶切割的晶片測(cè)定的電阻率值可以在0.013至0.022Ω-cm范圍內(nèi)。另外，本發(fā)明公開(kāi)了用于在SiC晶片上外延生長(zhǎng)SiC外延層的方法，該方法包括：將SiC晶片置于外延生長(zhǎng)室中；進(jìn)行將晶片加熱至1400-1600℃范圍內(nèi)的溫度的預(yù)生長(zhǎng)清潔步驟，然后將晶片暴露于將蝕刻晶片表面的氣體。在一些實(shí)施例中，該氣體包含氫氣和氯化氫的混合物。在預(yù)生長(zhǎng)清潔步驟之后，該方法繼續(xù)進(jìn)行到外延生長(zhǎng)步驟，其中使一種或多種含氯的化學(xué)氣體流進(jìn)生長(zhǎng)室中。該方法還可以包括以下步驟：在將晶片置于外延生長(zhǎng)室中之前，使用布?jí)|并且在30-60℃范圍內(nèi)的溫度下，用二氧化硅或氧化鋁磨料對(duì)襯底拋光，以便將晶片的表面粗糙度減小至低于1nm。另外，在對(duì)晶片拋光之后，該方法可以包括使用酸性溶液(pH小于4)清潔晶片以移除顆粒和殘余金屬污染的步驟。在拋光步驟后，可以在超聲清潔機(jī)中清潔晶片并用聚合物刷(使用聚乙烯醇(PVA)刷)擦洗。清潔和擦洗步驟之后可以是旋轉(zhuǎn)沖洗和干燥。在一些實(shí)施例中，通過(guò)將SiC晶體切成薄片以制備4H-SiC晶片來(lái)獲得用于外延生長(zhǎng)的晶片，使得所得的晶片表面偏離c-軸朝<11-20>方向成4度的角度。然后將晶片邊緣倒角至22.5+/-0.1度的角度。所公開(kāi)的發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將通過(guò)下文提供的與示例性實(shí)施例相關(guān)的詳細(xì)描述而變得顯而易見(jiàn)。附圖說(shuō)明并入并構(gòu)成本說(shuō)明書(shū)一部分的附圖舉例說(shuō)明了本發(fā)明的實(shí)施例，并且與文字描述一起用于解釋和說(shuō)明本發(fā)明的原理。附圖旨在以圖解的方式說(shuō)明示例性實(shí)施例的主要特征。附圖并非旨在示出實(shí)際實(shí)施例的每個(gè)特征，也非示出所示元件的相對(duì)維度，并且未按比例繪制。圖1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的反應(yīng)池；圖2示出了用于本發(fā)明的實(shí)施例的反應(yīng)池。具體實(shí)施方式在升華系統(tǒng)中使用物理氣相運(yùn)輸來(lái)生長(zhǎng)SiC晶體。在所述實(shí)施例中，使晶體生長(zhǎng)至的直徑可產(chǎn)生直徑為至少150mm或200mm的晶片。另外，作出規(guī)定，要求顯著降低應(yīng)力，從而最大程度減小生長(zhǎng)的晶體內(nèi)的缺陷。通過(guò)在生長(zhǎng)過(guò)程中適當(dāng)包含氮來(lái)控制電阻率。本文所述的方法的實(shí)施例提供勝過(guò)晶種生長(zhǎng)的現(xiàn)有方法和設(shè)備的若干優(yōu)勢(shì)。大多數(shù)現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)使晶種背表面與坩堝或反應(yīng)池頂部形成接觸或?qū)⒕ХN物理連接(例如，粘附)到蓋子。這種接觸是不必要的，并且可能對(duì)晶體形成有害。通過(guò)最大程度減小晶種與反應(yīng)池之間的接觸，在生長(zhǎng)過(guò)程中施加于晶體的應(yīng)力也被最大程度減小，從而改善生長(zhǎng)的晶體的質(zhì)量，這可由低晶體缺陷密度為證。本文所公開(kāi)的反應(yīng)池的各種所公開(kāi)的構(gòu)造最大程度減小固定過(guò)程中晶種的損壞或彎曲，并且因?yàn)榫ХN從反應(yīng)池機(jī)械脫開(kāi)，所以晶種可以在生長(zhǎng)期間獨(dú)立于反應(yīng)池膨脹和收縮，從而最大程度減小應(yīng)力?，F(xiàn)在參見(jiàn)圖2，示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的PVT反應(yīng)池，其被構(gòu)造成用于SiC晶體生長(zhǎng)。反應(yīng)池40優(yōu)選地由具有石墨蓋子55的石墨容器形成。該反應(yīng)池的內(nèi)徑用“d”標(biāo)明，而反應(yīng)體積用V標(biāo)明。反應(yīng)體積是指蒸氣在其上運(yùn)輸著落到晶種48上并生長(zhǎng)晶體的體積。在反應(yīng)池的上部提供擱架46，擱架的內(nèi)徑(在圖2中用“ds”標(biāo)明)略小于晶種48的直徑。擱架46可被制成粘結(jié)到容器側(cè)壁的石墨環(huán)?；蛘撸瑪R架46可與容器整體制成，例如，容器可與擱架形成為容器40的內(nèi)部側(cè)壁的一體部分。當(dāng)然，擱架的壁不需要為豎直的，而是可以為傾斜的，在此情況下，直徑“ds”在擱架的源側(cè)上的值可大于在晶種側(cè)上的值。擱架46用于在其周邊邊緣支撐晶種48，而無(wú)任何物理附連。相反，晶種48只是置于容器的內(nèi)部以便擱在擱架46上。擱架頂部的池內(nèi)徑略大于晶種直徑，以在平面內(nèi)(即，水平地)適應(yīng)晶種的熱膨脹。然后將石墨保持器53置于晶種上方而不接觸晶種，以便在晶種上方維持自由空間，但允許晶種在有界空間內(nèi)垂直地自由移動(dòng)。保持器53被構(gòu)造成防止晶種垂直移動(dòng)到晶種的背表面將會(huì)接觸蓋子55的表面的程度。在一些實(shí)施例中，保持器53形成為蓋子55的一部分。例如，保持器53可以是與蓋子55整體機(jī)加工或制造的環(huán)延伸部，如圖中的小圖所示。任選地，在石墨保持器或墊片53的底部提供氣體通道59。氣體通道的例子在圖中的小圖中顯示，示出了在面向晶種的表面上提供的并有助于氣體流動(dòng)的凹槽59?；蛘?，可以在晶種上方、晶種下方或晶種上方和下方提供單獨(dú)的氣體通道環(huán)。在圖1中，氣體通道環(huán)50被提供在晶種48下方，并用于引導(dǎo)氣體進(jìn)入蓋子55與晶種48之間的間隙31。氣體通道環(huán)50通常具有平墊圈的形狀，在其面向晶種48的側(cè)面具有流動(dòng)通道，類(lèi)似于通道59，即，在圖1所示的情況下，在環(huán)50的頂部表面上提供通道。根據(jù)環(huán)50的一個(gè)變體，通道或凹槽59提供在面向晶種的表面上和環(huán)50的外邊緣上。在圖2的例子中，氣體通過(guò)蓋子55中的氣體收集器61離開(kāi)反應(yīng)池40；然而，氣體收集器可以是增大氣體相對(duì)于徑向方向以離開(kāi)池頂部的方向傳導(dǎo)的任何幾何形狀或材料。一般來(lái)講，該布置被構(gòu)造成從晶種48的下方生成氣流，圍繞晶種邊緣并穿過(guò)氣體通道環(huán)50進(jìn)入間隙31，再離開(kāi)容器的頂部，如圖1中的虛線(xiàn)箭頭所示。氣體通道配件和氣體收集器均應(yīng)由與方法溫度和SiC晶體生長(zhǎng)中所用的化學(xué)物質(zhì)(例如石墨、鉬等)相容的材料構(gòu)成。該總體布置使得晶種的垂直運(yùn)動(dòng)受限以便在蓋子與晶種背表面之間維持間隙31。這樣，晶種的背表面始終不會(huì)接觸蓋子，并且可因這種接觸而導(dǎo)致的應(yīng)力得以避免。另外，該布置還使得晶種可以在加熱和冷卻時(shí)自由膨脹和收縮，而不會(huì)因池向晶種賦予應(yīng)力。如圖中的小圖所示，在該具體例子中，蓋子55與用作保持環(huán)53的延伸部53整體形成。氣體流動(dòng)通道59在延伸部53的底部形成，以允許氣體流動(dòng)。當(dāng)將蓋子55置于容器的頂部上時(shí)，其在蓋子55與晶種48之間形成間隙31。底部氣體流動(dòng)環(huán)50使得氣體可以從晶種下方進(jìn)入。另外，存在供晶種48縱向運(yùn)動(dòng)(即，浮動(dòng)或被氣流向上抬升)的后退空間，但其縱向運(yùn)動(dòng)被延伸部53限于預(yù)定的距離量，使得其背表面從不接觸蓋子的表面。另外，在蓋子55中提供孔61以使得能夠?qū)怏w通過(guò)蓋子55抽出容器。反應(yīng)池40根據(jù)在其中待生長(zhǎng)的晶體的尺寸來(lái)構(gòu)造。反應(yīng)池被設(shè)計(jì)成具有足夠的體積V，以適應(yīng)生長(zhǎng)的晶體的體積以及生長(zhǎng)晶體所需的源材料的體積。源材料可以包括多晶硅芯片。根據(jù)下文進(jìn)一步詳細(xì)描述的例子，已確定，為了獲得高品質(zhì)晶體，反應(yīng)池的內(nèi)部體積應(yīng)當(dāng)在最終晶體的預(yù)期體積的6至12倍范圍內(nèi)。也就是說(shuō)，直徑d和體積V被構(gòu)造成使得所得的體積將是反應(yīng)池內(nèi)生長(zhǎng)的晶體的體積的6至12倍。更具體地講，反應(yīng)池應(yīng)具有0.8至4.0范圍內(nèi)的內(nèi)高與內(nèi)徑比(h/d)。在其他實(shí)施例中，反應(yīng)池的內(nèi)部體積被設(shè)定為8000至20000cm3，并且在一些實(shí)施例中，反應(yīng)池的內(nèi)徑與內(nèi)高比被設(shè)定為2至8。在許多情況下，采用4H-SiC進(jìn)行功率器件制造需要在用于制造器件的工藝設(shè)備中，將SiC襯底與硅襯底并排使用。因此，為了確保相容性，SiC襯底不應(yīng)導(dǎo)致工藝中設(shè)備的任何交叉污染，并且襯底的尺寸應(yīng)當(dāng)與當(dāng)前使用硅晶片的設(shè)備相容。之前已公開(kāi)了用于制備適于CVD外延和器件制造的SiC晶片的現(xiàn)有策略(Loboda等人，13/959,896)。在本文所公開(kāi)的某些實(shí)施例中，遵循以下步驟，其中這些步驟被特定地開(kāi)發(fā)以便制備與硅器件工廠中的制造相容的SiC襯底，如上所述。首先使用多線(xiàn)切片工藝將SiC晶體切成薄片，以形成具有600至750μm范圍內(nèi)的平均厚度的薄片。使用帶金剛石涂層的槽輪對(duì)襯底施加斜面，這產(chǎn)生相對(duì)于晶片表面1與25度之間的斜角。用于硅晶片的典型斜角為約22.5度，并且在該實(shí)施例中該值也應(yīng)用于SiC晶片。使用金剛石磨料經(jīng)由固定磨料研磨和單/雙側(cè)松散磨料拋光的組合將襯底厚度減小至365-675μm范圍內(nèi)的值，以制備雙側(cè)拋光襯底。為了制備適于光刻工藝的平坦襯底，使用具有大拋光臺(tái)的拋光設(shè)備進(jìn)行批量晶片拋光。拋光機(jī)上的臺(tái)面的直徑通常至少相當(dāng)于102cm(40英寸)，并且能夠拋光直徑大到200mm的批量襯底。在這些實(shí)施例中，在兩塊板上使用布?jí)|并使用基于金剛石的漿料進(jìn)行拋光。SiC襯底厚度的目標(biāo)值故意地小于用于制造功率器件的典型硅晶片(Si襯底平均厚度大于625μm)。這是為了確保，SiC襯底造成的電阻不會(huì)限制功率器件的操作。在襯底上產(chǎn)生機(jī)械和化學(xué)作用的方法中，用二氧化硅或氧化鋁磨料、布?jí)|和30-60℃范圍內(nèi)的溫度完成襯底的最終拋光。目標(biāo)是將表面粗糙度減小至低于1nm，以便使得晶片適于制造半導(dǎo)體器件所需的CVD外延工藝。在一些實(shí)施例中，僅在晶片的旨在用于生長(zhǎng)外延膜的一側(cè)上進(jìn)行最終拋光。研磨和拋光SiC晶片的工藝可能增加表面的金屬污染和/或顆粒。顆粒將導(dǎo)致沉積到襯底上的外延膜中的缺陷。用拋光布?jí)|拋光，相比使用軟金屬板諸如銅或錫的拋光機(jī)拋光，可最大程度減少金屬污染。在金剛石拋光后，使用低濃度(0.5-10％)堿性表面活性劑(9<pH<12)混合于去離子水中，經(jīng)由超聲清潔槽清潔襯底的顆粒。這些步驟之后是沖洗和旋轉(zhuǎn)干燥工序。在最終拋光后，使用酸性溶液(pH<4)清潔襯底，以移除顆粒和殘余的金屬污染。在最終拋光后，利用超聲清潔和聚合物刷擦洗(例如，聚乙烯醇(PVA)刷)來(lái)清潔襯底表面，然后旋轉(zhuǎn)沖洗和干燥。一旦SiC襯底被拋光，就必須對(duì)其檢查以確保其表面沒(méi)有污染和缺陷。使用所述方法制造襯底，對(duì)通過(guò)該方法制造的襯底的檢查揭示出以下信息：○激光散射光譜測(cè)定法是一種非破壞性測(cè)試，用這種測(cè)定法來(lái)檢查襯底的顆粒、刮痕和其他表面瑕疵。對(duì)于上述SiC襯底而言，該測(cè)試顯示聚集刮痕長(zhǎng)度小于或等于5000μm，并且直徑大于0.5μm的顆粒的總顆粒計(jì)數(shù)小于或等于500。相同測(cè)試可用于計(jì)數(shù)襯底表面上的微管。通過(guò)對(duì)微管計(jì)數(shù)并將該計(jì)數(shù)除以檢查面積，發(fā)現(xiàn)微管的面密度小于或等于0.1/cm2?！鹜ㄟ^(guò)TXRF檢查SiC襯底的表面，表面上的總金屬濃度表征為原子Na、Mg、Al、Ca、K、Mg的面密度總和小于或等于275E10/cm2，并且原子P、Ni、Fe、Co、Cu、Mn的面密度總和小于或等于300E10/cm2?！鹪u(píng)價(jià)晶片形狀顯示出TTV小于5μm，翹曲小于40μm。在使用所述方法制造的拋光SiC襯底上測(cè)得的低水平污染物、刮痕和顆粒顯示，這些值與在用于制造功率器件的硅襯底上測(cè)得的水平幾乎相當(dāng)。這種品質(zhì)允許在相同制造生產(chǎn)線(xiàn)上在SiC襯底與Si襯底之間進(jìn)行交換，同時(shí)最大程度減小生產(chǎn)損耗的風(fēng)險(xiǎn)。優(yōu)選的聚集刮痕長(zhǎng)度在5μm至5000μm范圍內(nèi)，但5μm至10000μm范圍內(nèi)的聚集刮痕長(zhǎng)度也是可行的。顆粒計(jì)數(shù)應(yīng)保持在直徑在0.5μm至10μm范圍內(nèi)的5至500總顆粒，對(duì)于更嚴(yán)格的工藝要求而言，應(yīng)遵守直徑在0.5μm至10μm范圍內(nèi)的5-250總顆粒的顆粒計(jì)數(shù)，而對(duì)于稍微放松的要求而言，應(yīng)遵守直徑在0.5μm至10μm范圍內(nèi)的5-1000總顆粒的顆粒計(jì)數(shù)。另外，總厚度變化(TTV)設(shè)定在0.5μm至5μm范圍內(nèi)，并且翹曲設(shè)定在1μm至40μm范圍內(nèi)；在某些實(shí)施例中，翹曲限于12-30μm，以確保更平的晶片和更高的器件產(chǎn)量。為確認(rèn)晶體完美性符合可靠的功率器件的制造要求，通過(guò)熔融鹽(KOH)蝕刻對(duì)制造的SiC襯底的有限取樣進(jìn)行破壞性測(cè)試。通常，每個(gè)生長(zhǎng)的晶體測(cè)試一個(gè)薄片。熔融鹽蝕刻工藝將修飾螺紋型螺旋位錯(cuò)、基面位錯(cuò)和微管。在襯底上的19個(gè)點(diǎn)處(每個(gè)點(diǎn)1mm2檢查面積)對(duì)位錯(cuò)進(jìn)行計(jì)數(shù)。螺旋位錯(cuò)的面密度中值等于或小于400/cm2，并且基面位錯(cuò)的面密度中值小于2600/cm2。在某些實(shí)施例中，基面位錯(cuò)范圍設(shè)定在1至800/cm2，并且對(duì)于更嚴(yán)格的規(guī)范而言，基面位錯(cuò)范圍設(shè)定在1至250/cm2。一旦確認(rèn)SiC襯底沒(méi)有污染并且與制造工藝的襯底使用相容，就必須通過(guò)CVD外延工藝將晶體SiC的膜沉積到大直徑SiC襯底上。在能夠批量處理許多襯底的化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)中進(jìn)行該工藝。通常，晶片的硅面為沉積表面，但一些新興的器件設(shè)計(jì)使SiC在碳面上外延生長(zhǎng)。在沉積外延膜之前，將襯底加熱至1400-1600℃范圍內(nèi)的溫度，然后暴露于將蝕刻襯底表面的氣體。氫氣和氯化氫混合物是用于蝕刻的有效氣體，并且提供了將從暴露表面移除金屬和VI-A族元素污染的額外有益效果。在一些實(shí)施例中，用于SiC外延的一種或多種化學(xué)氣體含氯。據(jù)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)將氯物質(zhì)用于生長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)，存在的額外有益效果在于：生長(zhǎng)的膜的頂部表面上的金屬污染水平將與在開(kāi)始生長(zhǎng)之前拋光襯底的表面的金屬污染水平同樣低或更低。因此，在本發(fā)明所公開(kāi)的實(shí)施例中，嚴(yán)格控制在開(kāi)始生長(zhǎng)過(guò)程之前晶片表面上的污染水平。另外，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在沉積過(guò)程之前或期間，在沉積室中使用氯氣流將金屬污染物從SiC晶片的表面移除。據(jù)發(fā)現(xiàn)，通過(guò)使用流動(dòng)的氯氣，沉積的外延層中的任何所產(chǎn)生的金屬污染低于SiC晶片中的金屬污染。一旦外延過(guò)程完成，便通過(guò)使用超聲浴來(lái)清潔晶片以移除松散的顆粒，然后沖洗和旋轉(zhuǎn)干燥。在沉積的外延膜較厚(10-100+μm)的一些應(yīng)用中，晶片的背表面可能變得更粗糙。為了使晶片的背側(cè)返回其外延之前的條件，用二氧化硅或氧化鋁磨料、布?jí)|和30-60℃范圍內(nèi)的溫度，采用在襯底上產(chǎn)生機(jī)械和化學(xué)作用的方法，進(jìn)行襯底的拋光。在該拋光后，使用酸性溶液(pH<4)清潔襯底，以移除顆粒和殘余的金屬污染?？梢允褂贸暻鍧嵑途酆衔锼⒉料?例如，PVA刷)中的任一者或兩者進(jìn)行該清潔，然后是旋轉(zhuǎn)沖洗和干燥工序。當(dāng)設(shè)計(jì)外延膜結(jié)構(gòu)以構(gòu)造晶體管或二極管時(shí)，通常最少沉積兩層膜，其中第一層膜具有類(lèi)似于襯底的摻雜劑類(lèi)型、濃度和電阻率，并且第二層膜具有相同類(lèi)型摻雜劑但濃度較低，這導(dǎo)致比襯底更高的電阻率。還可以添加用供體或受體原子摻雜的另外的膜。在一個(gè)例子中，為了制造MOSFET，需要兩層，第一層具有類(lèi)似于襯底的電阻率，第二層膜具有比襯底高得多的電阻率。當(dāng)外延過(guò)程完成時(shí)，清潔襯底以移除可能在外延生長(zhǎng)或處理過(guò)程中轉(zhuǎn)移到襯底的顆粒。外延過(guò)程非常清潔并且不會(huì)對(duì)襯底表面造成另外的金屬污染。在采樣的基礎(chǔ)上進(jìn)行類(lèi)似于拋光晶片的測(cè)試方法，以確認(rèn)金屬污染物、刮痕、顆粒的濃度等于或小于拋光襯底上要求和實(shí)現(xiàn)的濃度。為確認(rèn)外延膜層的晶體完美性符合可靠的功率器件的制造要求，通過(guò)熔融鹽(KOH)蝕刻對(duì)制造的SiC晶片的有限取樣進(jìn)行破壞性測(cè)試。熔融鹽蝕刻工藝將修飾螺紋型螺旋位錯(cuò)、基面位錯(cuò)和微管。在襯底上的19個(gè)點(diǎn)處(每個(gè)點(diǎn)1mm2檢查面積)對(duì)位錯(cuò)進(jìn)行計(jì)數(shù)。螺旋位錯(cuò)的面密度中值等于或小于300/cm2。在一些實(shí)施例中，螺旋位錯(cuò)的面密度中值在0/cm2至400/cm2范圍內(nèi)，并且在其他實(shí)施例中，螺旋位錯(cuò)的面密度中值在1/cm2至200/cm2范圍內(nèi)。在晶片上的19個(gè)部位中的任何一個(gè)處，基面位錯(cuò)的面密度中值小于或等于1/cm2。隨著可用于制造功率器件的SiC襯底出現(xiàn)在使用硅襯底的制造生產(chǎn)線(xiàn)中，下一個(gè)步驟是將SiC襯底的直徑超出149mm而擴(kuò)展到大于200mm的值，以便改善器件制造過(guò)程的制造成本。所述的制造SiC晶體和襯底的方法可擴(kuò)展到直徑達(dá)202mm的襯底。實(shí)例1在與圖2所示的反應(yīng)池類(lèi)似的并且其內(nèi)部體積為反應(yīng)池內(nèi)生長(zhǎng)的晶體的體積的6至12倍的反應(yīng)池中生長(zhǎng)晶體。在這方面，應(yīng)當(dāng)注意到，在一些實(shí)施例中，當(dāng)晶體體積達(dá)到反應(yīng)池的內(nèi)部體積的1/12至1/6時(shí)停止升華晶體生長(zhǎng)過(guò)程。在其他實(shí)施例中，當(dāng)晶體體積達(dá)到反應(yīng)池的內(nèi)部體積的1/3時(shí)停止升華晶體生長(zhǎng)過(guò)程。將晶體切成薄片以制備4H-SiC襯底，使得所得表面偏離c-軸朝<11-20>方向成4度的角度。使用帶凹槽的金剛石砂輪將襯底的邊緣倒角至22.5+/-0.1度的角度。在邊緣倒角過(guò)程后晶片直徑在150+/-0.4mm的規(guī)范內(nèi)。然后通過(guò)表面研磨和拋光在兩側(cè)上處理晶片，實(shí)現(xiàn)<1nm的RMS表面粗糙度。下表提供了若干150mm直徑襯底上的金屬污染的總x-射線(xiàn)熒光(TXRF)測(cè)量，其中測(cè)試的例子在硅面或碳面上進(jìn)行。在晶片的硅面(0001)上的三個(gè)位置(半徑＝0處，半徑＝3.75mm、120度處，半徑＝3.75mm、300度處)進(jìn)行TXRF測(cè)量。每種元素的測(cè)量中最小可檢測(cè)濃度如下所示：金屬PtKCaMnFeNiCuCoPAlNaMg痕量值3.892.470.270.180.180.350.1853405040各組污染物金屬的最大和最小濃度如下列表顯示。硅面金屬污染物Si面上的元素組最小值(×E10)最大值(×E10)Na、Mg、Al、Ca、K的總和126210P、Ni、Fe、Co、Cu、Mn的總和5490碳面金屬污染物金屬PtKCaMnFeNiCuCoPAlNaMg痕量值3.892.470.270.180.180.350.18534050406B14080007-0713.92.590.270.310.180.350.185399.1504023.92.970.270.420.180.350.185366.27504033.93.980.5312.170.750.350.18534050406B141000013-0913.92.470.271.291.060.350.185346.95504023.93.790.270.730.180.350.185340504033.93.160.270.320.180.350.18534050406B14110012-1413.92.560.270.410.180.350.185344.34504023.95.890.271.150.180.350.185343.61504033.93.580.270.580.180.350.1853405040最大值3.95.890.5312.171.060.350.1899.199.15040最小值3.92.470.270.310.180.350.1853405040C面上的元素組最小值(×E10)最大值(×E10)Na、Mg、Al、Ca、K的總和136199P、Ni、Fe、Co、Cu、Mn的總和54113實(shí)例2晶片形狀和電阻率在與圖2所示的反應(yīng)池類(lèi)似的并且其內(nèi)部體積為反應(yīng)池內(nèi)生長(zhǎng)的晶體的體積的6至12倍的反應(yīng)池中生長(zhǎng)晶體。將晶體切成薄片以制備4H-SiC襯底，使得所得表面偏離c-軸朝<11-20>方向成4度的角度。使用帶凹槽的金剛石砂輪將襯底的邊緣倒角至22.5+/-0.1度的角度。在邊緣倒角過(guò)程后晶片直徑在150+/-0.4mm的規(guī)范內(nèi)。然后通過(guò)表面研磨和拋光在兩側(cè)上處理晶片，實(shí)現(xiàn)小于1nm的RMS表面粗糙度。初始晶體尺寸、拋光晶片直徑、拋光晶片厚度、拋光晶片形狀尺度以及電阻率列表顯示。晶片IDCE1410-09CO1411-04目標(biāo)平均晶片厚度350μm500μm粗晶直徑160.0mm161.3mm晶片直徑150mm150mmTTV3.15μm2.12μm翹曲度17.03μm28.44μm平均電阻率0.01842Ω.cm0.02068Ω.cm最大電阻率0.01849Ω.cm0.02087Ω.cm最小電阻率0.01838Ω.cm0.01903Ω.cm實(shí)例3：在與圖2所示的反應(yīng)池類(lèi)似的并且其內(nèi)部體積為反應(yīng)池內(nèi)生長(zhǎng)的晶體的體積的6至12倍的反應(yīng)池中生長(zhǎng)晶體。將晶體切成薄片以制備4H-SiC襯底，使得所得表面偏離c-軸朝<11-20>方向成4度的角度。使用帶凹槽的金剛石砂輪將襯底的邊緣倒角至22.5+/-0.1度的角度。在邊緣倒角過(guò)程后晶片直徑在150+/-0.4mm的規(guī)范內(nèi)。使用具有2mm邊緣排除的激光散射光譜儀評(píng)價(jià)硅面上的刮痕和顆粒。測(cè)定的初始晶體直徑、拋光晶片厚度、晶片刮痕和顆粒如下表顯示。晶片IDCK1406-08晶體直徑159mm晶片直徑150mm目標(biāo)晶片厚度365μm總顆粒346總刮痕長(zhǎng)度282μm實(shí)例4：晶體缺陷在與圖2所示的反應(yīng)池類(lèi)似的并且其內(nèi)部體積為反應(yīng)池內(nèi)生長(zhǎng)的晶體的體積的6至12倍的反應(yīng)池中生長(zhǎng)晶體。將四個(gè)不同的晶體切成薄片以制備4H-SiC襯底，所述襯底被加工成150mm直徑的拋光襯底。然后將每個(gè)襯底在熔融KOH中蝕刻以揭露位錯(cuò)。在位于均勻分布于襯底上的19個(gè)位置處的1×1mm部位中對(duì)螺旋位錯(cuò)(TSD)和基面位錯(cuò)(BPD)數(shù)量進(jìn)行計(jì)數(shù)。結(jié)果如下列表顯示：統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示如下：基面位錯(cuò)面密度(cm-2)螺旋位錯(cuò)面密度(cm-2)實(shí)例5。外延晶片晶體缺陷將4H-SiC襯底切割并加工成150mm直徑的拋光襯底。使用批量暖壁CVD系統(tǒng)將具有15μm的目標(biāo)厚度和6E15/cm3的目標(biāo)摻雜的外延膜沉積到晶片上。將外延晶片在熔融KOH中蝕刻以揭露位錯(cuò)。在位于均勻分布于襯底上的19個(gè)位置處的1×1mm部位中對(duì)螺旋位錯(cuò)和基面位錯(cuò)數(shù)量進(jìn)行計(jì)數(shù)。結(jié)果如下列表顯示：實(shí)例6：外延晶片金屬污染下表提供了若干150mm直徑襯底上的金屬污染的總x-射線(xiàn)熒光(TXRF)測(cè)量，其中測(cè)試的例子在硅面和碳面上進(jìn)行。在晶片上的三個(gè)位置(半徑＝0處，半徑＝3.75mm、120度處，半徑＝3.75mm、300度處)進(jìn)行TXRF測(cè)量。各組污染物金屬的最大和最小濃度如下列表顯示。將4H-SiC襯底切割并加工成150mm直徑的拋光襯底。使用批量暖壁CVD系統(tǒng)將具有5μm的目標(biāo)厚度和1.5-2.0E15/cm3的目標(biāo)摻雜的外延膜沉積到晶片上。在硅面上進(jìn)行TXRF測(cè)量。序列號(hào)部位KCaMnFeNiCuCoAlNaMgPND值3.892.470.270.180.180.350.18405040536B14050014-0513.893.020.270.320.180.350.18405040536B14050014-0523.894.680.271.330.180.350.18405040536B14050014-0533.892.470.270.270.180.350.18405040536B14070008-0513.893.640.270.680.180.350.18405040536B14070008-0523.892.780.276.930.940.350.18405040536B14070008-0533.893.850.270.90.180.350.1840504053Si面上的元素組最小值(×E10)最大值(×E10)Na、Mg、Al、Ca、K的總和136.36138.57P、Ni、Fe、Co、Cu、Mn的總和53.9061.32將4H-SiC襯底切割并加工成150mm直徑的拋光襯底。使用批量暖壁CVD系統(tǒng)將具有15μm的目標(biāo)厚度和3.6E15/cm3的目標(biāo)摻雜的外延膜沉積到晶片上。在硅面和碳面兩者上進(jìn)行TXRF測(cè)量。C面上的元素組最小值(×E10)最大值(×E10)Na、Mg、Al、Ca、K的總和156.95261.68P、Ni、Fe、Co、Cu、Mn的總和54.6662.68Si面上的元素組最小值(×E10)最大值(×E10)Na、Mg、Al、Ca、K的總和137.56139.70P、Ni、Fe、Co、Cu、Mn的總和54.4155.07應(yīng)當(dāng)理解，本文所述的工藝和技術(shù)不與任何具體設(shè)備固有地相關(guān)，并且可通過(guò)組件的任何合適組合來(lái)實(shí)施。此外，可根據(jù)本文所述的教導(dǎo)內(nèi)容使用各種類(lèi)型的通用器件。還可以證明有利的是構(gòu)造特殊的設(shè)備，以執(zhí)行本文所述的方法步驟。已結(jié)合具體實(shí)例描述了本發(fā)明，所述具體實(shí)例在所有方面均旨在是示例性的而非限制性的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，功能元件的多種不同組合將適于實(shí)踐本發(fā)明。此外，在考慮本說(shuō)明書(shū)并實(shí)施本文所公開(kāi)的發(fā)明后，本發(fā)明的其他具體實(shí)施對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員將顯而易見(jiàn)。在相關(guān)領(lǐng)域中可單獨(dú)地或以任何組合使用所述實(shí)施例的各個(gè)方面和/或組成部分。旨在使本說(shuō)明書(shū)和實(shí)例僅以舉例方式考慮，而本發(fā)明的真實(shí)范圍和精神由以下權(quán)利要求書(shū)指示。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3