CN104813439A - 平坦的SiC半导体基板 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于制造具有优异的弯曲度、翘曲度、总厚度变化(TTV)、局部厚度变化(LTV)和部位正面最小二乘焦平面范围(SFQR)技术规格的碳化硅晶片的方法。所得的SiC晶片具有适合SiC的外延沉积的镜状表面。在增添所述外延层后，所述弯曲度、翘曲度、总厚度变化(TTV)、局部厚度变化(LTV)和部位正面最小二乘焦平面范围(SFQR)技术规格得以保持。

Description

平坦的SiC半导体基板
相关专利申请的交叉引用
本申请要求2012年10月26日提交的美国临时专利申请No.61/719,310和2013年8月6日提交的美国专利申请No.13/959,896的权益和优先权，这两份专利申请的名称均为“FLAT SiC SEMICONDUCTORSUBSTRATE”(平坦的SiC半导体基板)，它们的全部公开内容据此以引用方式并入本文。
背景技术
1.技术领域
本公开涉及半导体晶片的制造，更具体地讲，涉及由碳化硅制成的半导体晶片。
2.相关技术
半导体芯片行业很大程度上的成功归因于硅的天然性质。这些性质包括易于生长自然氧化物(SiO2)、其自然氧化物优异的绝缘性以及相对容易制造硅晶片和硅晶片内的器件。例如，硅及其自然氧化物易于用湿法或干法等离子体蚀刻方法蚀刻。因此，已开发了用于制造高纯(99.9999999％纯)单晶和相对大的(300mm，同时450mm的制备正在进行中)硅晶片的许多方法。硅晶片是用于制造供计算和功率电子器件用的芯片的主要材料。
其他材料比如蓝宝石、GaN(氮化镓)、AlN(氮化铝)和SiC(碳化硅)表现出可用于制造半导体器件诸如检测器、光发射器和功率器件的性质；然而，迄今为止，它们在主流制造中的应用因制造困难而受阻。一般来讲，当加工这些其他半导体材料时，无法采用标准硅方法。例如，虽然纯单晶硅可容易地用柴氏长晶法生长，但是这样的生长方法无法用于生长SiC。相反，必须采用高温升华方法。相似地，由于SiC无法容易地蚀刻，因此无法轻易地采用标准硅晶片切割技术来进行SiC晶片切割。
在另一方面，高温/高压半导体电子器件可受益于SiC的天然性质。例如，将SiC用于超快、高压肖特基二极管，MOSFET和大功率开关用高温晶闸管，以及大功率LED。因此，增加SiC的可用性可有助于开发此类半导体器件。例如，100mm SiC晶片的当前制造远远落后于标准300mm硅晶片。
此外，在单晶碳化硅中，无法通过扩散而可靠地形成晶体管和二极管中的复杂掺杂分布形状。复杂几何掺杂构型必须使用离子注入通过用步进型光刻方法形成的微米/亚微米几何掩模来实现。为了实现在半导体内的目标掺杂剂掺入所需的注入，必须将平坦的基板用于光刻过程，特别是随着器件的几何尺寸增大时。
一般来讲，半导体基板的特征在于评估平坦度和粗糙度时的若干指标。这些指标包括弯曲度、翘曲度、总厚度变化(TTV或全局背面指示读数-GBIR)、局部厚度变化(LTV或部位后表面基准理想平面/范围-SBIR)和部位正面最小二乘焦平面范围(部位平坦度质量要求-SFQR)。(有关定义和计算，参见例如SEMI M1-1103、ASTM F657、ASTM F1390、ASTM F1530)。
除了为平坦的以外，基板在表面上还必须为光滑的且无机械损伤。该要求是强制性的，作为器件制造方法的一部分，基板将被置于用来生长晶体薄膜的化学气相沉积外延过程中。随着薄膜的生长，其复制在基板表面上呈现的晶体结构。因此，在基板表面上过高的粗糙度和机械损伤将会导致不良的膜质量。
制备平坦和光滑的基板最常用的方法涉及一系列按顺序的切割步骤以逐渐实现高水平的平坦度和低粗糙度。每个抛光步骤使用越来越小的磨料颗粒将表面粗糙度降低到目标值。选择具有经策略性选择的机械性质的抛光垫，以控制会影响基板的最终波纹度的“平整化长度”，并实现局部平坦度目标。
例如，在硅基板加工中，对晶片进行切片，然后用研磨或磨削方法处理以使得基板的每个面平行，从而实现全局平坦度。但是，这些方法导致对基板表面大量的机械损伤，并可导致基板弯曲度或翘曲度的增加。为了移除损伤，通常将硅晶片浸入用来蚀刻表面损伤的化学溶液中。该方法(通常称为锯伤移除)可使得基板表面的波纹度极高，并且必须应用后续平坦化方法。接下来，为了将基板带到目标厚度范围，应用一系列称为坯料移除(stock removal)的工序。在硅加工中，坯料移除包括一个或若干个使用化学机械抛光方法的抛光步骤，这些方法用于将基板的厚度有效降低到接近目标厚度并降低波纹度。接下来，用更细磨料的化学机械抛光方法、长平整化长度抛光垫并以小移除目标值进一步抛光晶片，以便实现所需的平坦度和粗糙度技术规格。虽然存在许多步骤，但从研磨/磨削到完成的过程持续时间仅为几个小时，并且其可得到具有满足光刻目标而需要的平坦度和粗糙度的硅晶片，甚至在将CVD(化学气相沉积)外延层施加到基板上之后也是如此。
若干出版物描述了抛光硅晶片以实现对全局和局部平坦度的同时控制的方法。用于硅晶片的这些方法之中最常见的是一系列切片、边缘倒角、研磨或磨削、蚀刻、抛光，其中抛光步骤是单面或双面抛光-或按顺序使用的这两种类型。双面抛光在US3691694中有所描述。US 6583050详细描述了用于实现对硅晶片平坦度的控制的采用双面抛光的方法。
然而，由于其作为硬质和耐化学性材料的性质，单晶SiC的切割、研磨和抛光方法诉诸于使用金刚石和金属碳化物磨料来进行基板的初步成形。SiC的化学性质使得对基板进行蚀刻以移除粗切割相关表面损伤是不切实际的。当对硅晶片进行抛光时，使用化学机械抛光方法，并且材料的移除非常有效，因为抛光化学物质可同时氧化蚀刻和磨蚀晶片。对SiC采用化学增强机械抛光是不切实际的，原因是化学反应速率非常慢并且与方法相关的成本变得非常高。
加工SiC所需的金刚石磨料与用于抛光硅基板的标准磨料相比非常贵。SiC抛光时间相当长，甚至用金刚石磨料也是如此-SiC的材料移除速率是相应的硅基板过程的1/5至1/20。实际上，SiC是用于切割和抛光硅晶片的磨料。低效的移除速率和昂贵的磨料使得用该方法抛光SiC的成本极高，特别是在将制备平坦晶片的常规策略应用于SiC时。
为了满足可接受SiC半导体器件的商业和经济要求，必须开发抛光SiC基板的创新方法。必须实现以最低程度的磨料使用和最少的中间步骤切割和抛光SiC基板的有效方法。抛光过程的持续时间必须对于高产量制造而言切实可行。抛光策略的总体性能还必须实现通常将通过比如用于硅抛光中的批量化学蚀刻工序所获得的晶片表面晶体质量效益(光滑且无损伤)。最后，抛光的基板必须适于外延方法，并且具有外延层的最终基板必须满足与制造电气设备所需的光刻步骤相关的平坦度要求。
US 8436366描述了将实现在外延和器件制造期间对晶片全局平坦度的控制的制备SiC晶片的方法。该方法由以下步骤组成：SiC晶片切片，然后双面磨削以调节平坦度，用金刚石浆液双面研磨以减小粗糙度，用金刚石浆液双面机械抛光以进一步减小粗糙度，以及单面化学机械抛光。该方法叙述了目标在于控制晶片的弯曲度和翘曲度的步骤顺序，但并未详细描述影响晶片平坦度参数的步骤之间的相互影响，或每个步骤对最终晶片形状的影响，只是举出双面加工为关键的要素。该方法并未公开控制局部平坦度指标或局部平坦度/厚度指标所产生的性能的手段。通过包括许多不同材料的移除步骤，结果将是高昂的制造成本。该抛光的晶片被设计为具有平坦度性能偏差，以补偿在半导体器件制造步骤中可能发生的不期望的晶片弯曲。
本发明出人意料的结果在于可以使用简单的方法以良好的全局和局部平坦度以及厚度抛光碳化硅晶片。该方法需要研磨或按顺序的两面磨削步骤以确立低全局和局部平坦度值并设定厚度，且需要双面抛光步骤以将粗糙度降低到可接受的值。本发明的关键特征是使用大直径的研磨和抛光设备同时地控制和维持局部和全局平坦度。不需要晶片蚀刻即可实现平坦度或厚度控制，也无需使用蚀刻来移除机械损伤。在本发明的抛光晶片上实现的全局和局部平坦度性能均可在用于将均方根粗糙度降低到较小的值的化学机械抛光步骤之后，或者在执行气相蚀刻并将SiC外延膜层施加到抛光晶片的表面上之后得以维持。作为抛光晶片制造策略的结果，最终的外延晶片具有有利的全局和局部平坦度性能，这将产生更佳的实用性以制造具有大有效面积的半导体器件。
发明内容
列入了以下发明内容以提供本发明的一些方面和特征的基本理解。该发明内容不是本发明的详细综述，因此并非旨在特别指出本发明的关键或重要因素或划定本发明的范围。其唯一目的是以简化形式提出本发明的一些概念，作为下述更详细描述的前序。
多种实施例提供用于有效抛光SiC晶片以实现无机械损伤的表面以及施加外延层且同时得到平坦度方面的优异性能的方法。不受任何理论的约束，一些本发明所公开的方法以下列发现为基础：来自用在SiC上的磨料的抛光损伤的蔓延遵循独特的行为。已发现，涉及不同磨料、中间过程目标和具有较大直径的研磨/抛光台的批加工设备的SiC晶片抛光方法的策略性整合实现了符合成本效率的方法，其满足适于在功率半导体行业中销售产品的方法持续时间和质量目标。
为了在SiC中制造大面积(>0.75cm2)功率半导体器件，基板必须在施加外延层之后在局部和全局水平上均平坦，因为CVD外延可使相对于抛光基板的厚度变化或平坦度劣化。抛光后的基板平坦度取决于若干制造步骤(切片/研磨或磨削/抛光)的复杂相互作用。另据发现，通过明智地选择相互依赖的步骤以使用正确选择的抛光设备和磨料实现关键性平坦度和粗糙度目标，可以获得协同的结果。
根据本发明的多个方面，提供了一种用于制造单晶SiC晶片的方法，该方法包括以下步骤：(i)将单晶SiC的铸锭切成多个晶片，其中每个晶片同时满足小于10μm的总厚度变化和小于35μm的翘曲度；(ii)对步骤(i)的晶片的每一个的周缘进行倒角；(iii)对步骤(ii)的晶片的每一个的前表面和后表面进行研磨；以及(iv)对得自步骤(iii)的每个晶片进行双面抛光；从而制造基于一平方厘米的部位大小具有0.1至5μm的总厚度变化、0.1与35μm之间的翘曲度、0.1至1.5μm的局部厚度变化和0.01至0.3μm的部位正面最小二乘焦平面范围SFQR的晶片。US8436366并未公开将在抛光晶片或具有外延层的抛光晶片上确立低全局和局部厚度变化值和平坦度的方法。
根据其他方面，提供了一种具有后表面和针对外延沉积进行了调节的前表面的抛光SiC晶片，其中前表面具有<的均方根粗糙度Rq。由于双面抛光方法的性质，后表面具有类似的均方根粗糙度值。另外，基于一平方厘米的部位大小，晶片具有0.1至5μm的总厚度变化(TTV)和0.1至1.5μm的局部厚度变化(LTV)。此外，基于一平方厘米的部位大小，晶片表现出0.1与35μm之间的翘曲度和0.01至0.3μm的部位正面最小二乘焦平面范围。当将抛光后的晶片用于在其前表面上进行SiC层的外延沉积时，晶片保持良好的全局和局部平坦度和厚度性能。
在一个方面，提供了一种基板，其包括具有后表面和前表面的抛光碳化硅晶片，前表面针对外延沉积进行了调节，其中基于一平方厘米的部位大小该抛光碳化硅晶片具有0.1至1.5μm的局部厚度变化(LTV)和0.01至0.3μm的部位正面最小二乘焦平面范围(SFQR)。
在该方面的一个实施例中，前表面具有<的均方根粗糙度Rq。
在该方面的另一个实施例中，基板具有0.1至5μm范围内的总厚度变化(TTV)。
在该方面的另一个实施例中，基板还具有0.1至35μm的翘曲度。
在另一个方面，本文提供了一种包括后表面和前表面的单晶碳化硅基板，前表面具有在其上生长的SiC的外延层，该具有外延层的基板基于一平方厘米的部位大小表现出0.1至1.8μm的局部厚度变化(LTV)和0.01至0.45μm的部位正面最小二乘焦平面范围(SFQR)。
在该方面的一个实施例中，该具有外延层的基板还同时表现出0.1至6μm的总厚度变化(TTV)和0.1至40μm的翘曲度。
在该方面的另一个实施例中，前表面的均方根粗糙度值Rq在2.0×2.0μm的部位大小上测量时小于2nm。
在该方面的另一个实施例中，基于一平方厘米的部位大小该基板同时表现出0.1至5μm的总厚度变化(TTV)、0.1至35μm的翘曲度、0.1至1.5μm的局部厚度变化(LTV)和0.01至0.3μm的部位正面最小二乘焦平面范围(SFQR)。
在另一个方面，本文提供了一种用于制造单晶碳化硅晶片的方法，该方法包括：(i)将单晶硅的铸锭切成多个晶片；(ii)对步骤(i)的晶片的每一个的周缘进行倒角；(iii)从步骤(ii)的晶片的每一个的前表面和后表面执行锯伤移除；以及(iv)对步骤(iii)的每个晶片的两个表面同时抛光；从而制造基于一平方厘米的部位大小具有0.1至1.5μm的局部厚度变化(LTV)和0.01至0.3μm的部位正面最小二乘焦平面范围(SFQR)的晶片。
在该方面的一个实施例中，在步骤(i)中，每个晶片同时满足小于10μm的总厚度变化(TTV)和小于35μm的翘曲度。
在该方面的另一个实施例中，从而制造基于一平方厘米的部位大小具有0.1至5μm的总厚度变化(TTV)、0.1至35μm的翘曲度和0.1至1.5μm的局部厚度变化(LTV)的晶片。
在该方面的另一个实施例中，使用具有直径为晶片直径的至少三倍的表面的研磨工具执行锯伤移除步骤。
在该方面的另一个实施例中，在台面直径为晶片直径的至少三倍的双面研磨机上研磨基板切片。
在该方面的另一个实施例中，其中在切片后，使用单晶片、金刚石砂轮磨床一次一侧地加工基板。
在该方面的另一个实施例中，使用具有直径为晶片直径的至少三倍的表面的研磨工具执行抛光步骤。
在该方面的另一个实施例中，通过将晶片置于不锈钢载具中执行抛光步骤。
在该方面的另一个实施例中，执行抛光步骤以便移除在锯伤移除步骤中移除的那样多的SiC的25％。
在该方面的另一个实施例中，该方法还包括向前表面施加化学增强机械抛光。
在该方面的另一个实施例中，使用直径为晶片直径的三倍以上的抛光机执行施加化学增强机械抛光的步骤。
在该方面的另一个实施例中，该方法还包括在CVD室中使用包含氢气和/或氯气的气体混合物在高于1300℃的温度下蚀刻晶片的前表面。
在该方面的另一个实施例中，该方法还包括用化学增强机械抛光和/或高温气相蚀刻处理前表面，之后在前表面上沉积SiC的外延层。
在该方面的另一个实施例中，执行锯伤移除步骤以便从每个晶片移除60至85μm的SiC材料，并且执行抛光步骤以便移除在锯伤移除步骤中移除的SiC材料量的四分之一。
附图说明
并入并构成本说明书一部分的附图举例说明了本发明的实施例，并且与文字描述一起用于解释和说明本发明的原理。附图旨在以图解的方式说明示例性实施例的主要特征。附图并非旨在示出实际实施例的每个特征，也非示出所示元件的相对维度，并且未按比例绘制。
在类似附图标记指代本说明书中的类似特征的附图中：
图1是根据本发明的一个实施例示出了制造SiC晶体的方法的一般步骤的流程图。
具体实施方式
应当理解本发明不限于本文所述的具体方法、方案等，因此可以有差别。本文所用的术语仅出于描述具体实施例的目的，并非旨在限制本发明的范围，本发明的范围仅由权利要求书限定。
如本文和权利要求书中所用，单数形式包括复数引用，反之亦然，除非上下文另外明确指出。除操作实例中或另外指出的地方中以外，本文所用的表示数量的所有数字在所有情况下均应当理解为被术语“约”修饰。
所指出的所有出版物均明确地以引用的方式并入本文，以便描述和公开例如可能结合本发明使用的此类出版物中所述的方法。这些出版物仅提供它们在本申请提交日之前的公开内容。不应将这一点视为承认本发明人无权由于在先发明或任何其他原因而将此类公开内容提前。关于日期的所有声明或关于这些文献内容的表述都是基于申请人可以得到的信息，而不构成对这些文献的日期或内容正确性的任何承认。
除非另外指出，否则本文所用的所有技术和科学术语都具有本发明所属的领域的普通技术人员通常理解的相同含义。虽然任何已知的方法、器件和材料都可用于实施或测试本发明，但本文描述了就此而言的方法、器件和材料。
一些所选的定义
除非另外说明或上下文暗示，否则以下术语和短语包括以下提供的含义。除非另外明确说明或从上下文明显看出的，以下术语和短语不排除术语或短语在其所属领域所具有的含义。提供定义以有助于描述本文所述的方面的具体实施例，并且不旨在限制要求保护的发明，因为本发明的范围仅由权利要求书限制。另外，除非上下文另外要求的，否则单数术语应包括复数并且复数术语应包括单数。
如本文所用，术语“包括”或“包含”结合对本发明所必要的组合物、方法和其各自组成部分使用，同时不限制包含未指定的元素，而不论必要与否。
如本文所用，术语“基本上由…组成”是指给定实施例所需要的那些元素。该术语允许存在不实质影响本发明的该实施例的基本和新颖或功能特性的另外元素。
术语“由…组成”是指如本文所述的组合物、方法和其各自组成部分，其不包括未在实施例的该描述中列举的任何元素。
除操作实例中或另外指出的地方中以外，本文所用的表示数量的所有数字在所有情况下均应当理解为被术语“约”修饰。术语“约”在结合百分比使用时可意指±1％。
单数术语“一个”、“一种”和“该”包括复数指代物，除非上下文明确地另外指出。类似地，词“或”旨在包括“和”，除非上下文明确地另外指出。因此，例如对“方法”的引用包括本文所述的和/或本领域技术人员在阅读本公开后将显而易见的类型的一种或多种方法和/或步骤等等。
虽然类似于或等同于本文所述的那些的方法和材料可用于实施或测试本公开，但以下描述了合适的方法和材料。术语“具有”意指“包括”。缩写“e.g.”源自拉丁语exempli gratia(例如)，在本文中用于指示非限制性例子。因此，缩写“e.g.”与术语“例如”同义。
对于尚未指示的范围，本领域普通技术人员应当理解，可对本文所述和所示的各个实施例中的任何一个进行进一步修改以并入本文所公开的其他实施例中的任何一个中所示的特征。
以下实例示出了本发明的一些实施例和方面。对于相关领域技术人员显而易见的是，可在不改变本发明的精神或范围的情况下进行各种修改、添加、替换等，并且此类修改形式和变型形式涵盖于如下权利要求书中所限定的本发明的范围内。以下实例不以任何方式限制本发明。
以下提供了根据本发明实施例的制造方法的例子，这些例子得到了适于基于光刻法的器件制造的基板。多种方法提供具有所需的弯曲度、翘曲度、总厚度变化、局部厚度变化和部位正面最小二乘焦平面范围技术规格的基板。
用于制备SiC晶片的实施例遵循在这里概述并在图1中示出的一般过程。在步骤100中，获得SiC铸锭。SiC铸锭通常用升华方法长成。可以裁切(未示出)铸锭以得到所需的一般形状，例如具有圆形或方形横截面的柱体。在步骤105中，将铸锭切成薄晶片。然后，在步骤110中，对每个晶片的周缘倒角。已知的是，铸锭的切片对切割后的晶片产生表面和表面下损伤。在该实施例中，将研磨或磨削方法用于步骤115以在晶片的两个表面上从加工中移除一定的厚度，例如50至100微米，从而在一个步骤中移除切片损伤并使晶片平坦化。研磨之后是步骤120中的双面抛光过程。在抛光后，晶片即可用于步骤125中的外延；然而，任选地，还可以在步骤125的外延之前在步骤130中用化学机械抛光(CMP)使用于外延的表面光滑化。
现在将更具体地提供例子。如前所述，该例子始于SiC晶体的切片。由于SiC比硅硬得多(SiC在莫氏硬度表上为9.5，而Si为7)，因此对SiC铸锭的切片需要对标准硅切片方法进行修改。例如，通常用于硅铸锭切片的SiC浆液无法用于SiC铸锭切片。相反，必须使用金刚石浆液(金刚石在莫氏硬度表上为10)。还已研究了固定磨料金刚石线，以使得不需要金刚石浆液。然而，在该特定例子中，使用被构造成得到同时满足10μm或更小的TTV和35μm或更小的翘曲度的切片的多线锯和金刚石浆液执行切片。通常对切片速率、磨料粒度和流动这些切片参数进行调节，以最大程度减少在切片的表面上形成切痕。具体地讲，据发现，当TTV超过10μm时，在随后的方法步骤中对该值进行纠正将导致不期望的支出。因此，在切片过程中对切片参数进行调整以得到<10μm的TTV。
接下来，对晶片边缘倒角。这在研磨之前完成，以便避免在晶片周边的崩裂或在研磨期间的破裂。硅晶片的倒角在例如美国专利公布2009/0324896中有所公开；然而，在本发明中，倒角使用具有梯形槽形状的金刚石磨轮(以考虑到SiC的硬度)完成。
通过研磨或磨削进行锯伤移除。常规的研磨机在例如美国专利4,582,561中有所公开。然而，据发现，为了对当前大小的SiC晶片(76至150mm)正确使用研磨和抛光，需要直径大于20英寸(约500mm)的研磨和抛光设备。也就是说，研磨和抛光工具的表面应当为SiC晶片的直径的至少三倍，以便同时控制全局和局部晶片厚度和平坦度。
正如已经指出的，将研磨用于锯伤移除，因为切片可产生波纹表面-在这里将研磨用于使晶片平坦且使表面平行。在一个例子中，将直径大于20英寸的双面金刚石磨料研磨机用于同时在切片后的晶片的双面上移除材料。该步骤的平均金刚石粒度范围为4至12μm。或者，将金刚石磨轮按顺序施加到每一侧以在切片后的晶片的每一侧上移除材料。用在磨轮上的典型金刚石磨料粒度通常为500至2000目(约25至5μm)。使用任一种方法从晶片的两个表面移除的典型净目标量为60至85μm。从两个表面移除的量通常相等，以使得从每个表面移除约30至45μm。移除的量必须消除切片过程的表面损伤和切痕，并且通常可以在不到一小时内实现。加工后的晶片的TTV和翘曲度必须小于切片后的来料的值。
在锯伤移除步骤之后是坯料抛光(stock polish)步骤。在直径大于20英寸的机器上执行双面金刚石浆液抛光过程，以从研磨/磨削后的晶片的双面移除机械表面损伤材料，并将厚度降低到大致目标值。将晶片置于不锈钢载具中，因为金刚石浆液将会腐蚀标准聚四氟乙烯(PTFE)载具。坯料抛光步骤可在一个步骤中进行或分成使用具有不同平均粒度分布的浆液的若干步骤以便最大程度提高移除效率并实现所需的最终表面粗糙度。移除的材料的典型量为研磨步骤的大约25％。加工时间根据所用的磨料的粒度通常为2至4小时。当使用中值粒度在0.45至0.55μm范围内的金刚石浆液执行最后抛光步骤时得到最好的结果，从而产生镜状表面。
据发现，该集成过程将得到具有镜状表面的抛光晶片。从以上例子得到的晶片满足以下所有技术规格：在预外延的晶片表面和相对的晶片表面上均为10至的均方根粗糙度Rq、<5μm的TTV、<1.5μm的LTV、<0.3μm的SFQR，所有的均针对1×1cm2的部位大小。该晶片可在以下情况中用于外延：在CVD生长之前应用预外延、气相高温表面蚀刻步骤，以全局性移除剩余的表面下机械损伤，通常对应于0.5至2.0nm的蚀刻。例如，可使用包含氢气和/或含卤素的气体的气体混合物在高于1300℃的温度下进行蚀刻。
或者，还可以使用化学增强机械抛光方法(化学氧化)对目标在于外延的晶片侧进行抛光，该方法可以为例如溶液中的氧化铝或二氧化硅磨料，其在对晶片表面造成腐蚀时使晶片表面氧化。移除的量小于1μm，且表面下损伤几乎消除。按照本发明的方法的实施例，与晶片相关的平坦度指标在该步骤之后基本上无变化(小于+/-10％)，而在使用化学机械抛光所抛光的面上粗糙度值Rq低于0.5nm。
然后将SiC外延沉积在晶片上。可以应用通过化学气相沉积生长SiC的领域的技术人员已知的任何标准技术。可使用温度均匀性、压力和流动调整CVD工具处的外延沉积，以使得晶片TTV和LTV保持基本上无变化(低于+/-20％)。最终的晶片由于起始抛光晶片的平坦度而在外延表面上表现出有限的台阶积累或无台阶积累。
实例1
将上文所公开的且在图1中示出的方法流程用于制造75mm和100mm直径的4H-SiC晶片。晶片表现出0.015至0.028Ω·cm的电阻率范围。对于步骤100-105-110，将SiC铸锭加工成正确的柱体。将柱形铸锭安装在塑料梁上并置于多线锯中。使用线锯和引导在铸锭周边上的金刚石浆液流切割铸锭。从锯中移除梁并沉入浴中以将切片与梁分离。对切片进行冲洗，然后放到盒中。将晶片转移到自动化边缘磨削系统，其中使用金刚石轮形成梯形边缘轮廓。该方法遵循SEMI标准M55的指导原则。
对于步骤115，如所指出的那样，使用研磨或磨削执行锯伤移除。使用直径>40英寸的研磨机在晶片双面上同时执行研磨。将晶片置于位于研磨台上的若干不锈钢载具中。研磨台由铁制成，将含有金刚石粒子的浆液引到台面上，同时使载具在研磨板之间旋转。在一项单独的尝试中，使用单晶片方法并用粘结金刚石磨轮按顺序磨削晶片的每一侧来执行磨削而不是研磨。在从晶片移除材料后，在任一种情况下，均对晶片进行洗涤和冲洗。
使用直径>40英寸的抛光机在晶片双面上同时执行步骤120(抛光)。聚氨酯抛光垫覆盖抛光台顶板和底板。将晶片置于位于抛光台上的若干不锈钢载具中。将含有金刚石粒子的抛光浆液在抛光过程中引到台面上，同时使载具在抛光板之间旋转。在从晶片移除材料后，对晶片进行洗涤和冲洗。
对于使用步骤130(CMP抛光)加工的样品，将晶片置于由塑料载具形成的若干凹坑之一中，这些塑料载具连接到直径大于20英寸的单面抛光系统上的三个抛光头之一。每个抛光头可根据晶片直径容纳若干晶片。将聚氨酯布置于抛光台上。将抛光头降低到台上，并使台旋转，且在台旋转的同时将具有氧化物磨料颗粒的抛光浆液引到台上。
对于使用步骤125(外延)加工的样品，使用间歇式CVD系统将SiC的CVD膜沉积在抛光后的晶片上。将晶片置于石墨基座上然后置于真空室中。将室抽到真空，并使用射频感应加热将基座加热到1500℃以上的温度。首先，将包含氢气和氯化氢的气体混合物进料至室内以蚀刻晶片的表面。将系统排空，并用氢气灌注到工艺压力。将氮、硅和碳气体的混合物引入室中以形成膜。最终的膜厚为10μm，膜掺杂在3-6×1016/cm3的范围内。
已使用MTI Instruments Incorporated(MTI仪器公司)AutoScan 200测量系统对SiC基板晶片进行了测试。这是一种基于电容的晶片形状测试，其中计算按照ASTM/SEMI标准(TTV ASTM/SEMI F533、弯曲度ASTM/SEMI F534、翘曲度ASTM/SEMI F1390和平坦度ASTM/SEMIF1530-02)进行。用于SBIR和SFQR测量的部位大小为1×1cm。使用Digital Instruments Inc.(数字仪器公司)原子力显微镜以轻敲模式评价了粗糙度。评价了晶片中心2×2微米的部位。应该指出的是，US8436366并未使用相同的测量方案来测量TTV，US8436366中的附图显示了以背面为基准的或夹在卡盘上的测量，而本项工作中报道的TTV测量基于浮动基板。因此，不直接在本发明与US8436366之间比较TTV值。
表1列出了76mm直径的抛光SiC晶片的平坦度的测量。对于该晶片，通过研磨进行了锯伤移除，并通过化学机械抛光步骤执行了抛光。
测量 值(微米)
中心厚度 399.1
平均厚度 398.6
最小厚度 397.6
最大厚度 399.3
TTV 1.7
弯曲度 0.5
翘曲度 23.3
SORI 15.8
GBIR 1.7
最大SFQR .17
最大SBIR 0.51
均方根粗糙度AFM(2×2μm部位) 0.072x 10-3
表2列出了100mm直径的抛光SiC晶片的平坦度的测量。对于该晶片，通过磨削进行了锯伤移除，并通过坯料抛光步骤执行了抛光。
测量 值(微米)
中心厚度 358.8
平均厚度 358.41
最小厚度 357.8
最大厚度 358.9
TTV 1.05
弯曲度 -9.3
翘曲度 15.6
SORI 15.3
GBIR 1.05
最大SFQR 0.20
最大SBIR 0.88
均方根粗糙度AFM(2×2μm部位) 0.741x 10-3
表3列出了具有10μm外延膜的76mm直径的SiC晶片的平坦度的测量。对于该晶片，通过磨削进行了锯伤移除，并通过坯料抛光步骤执行了抛光。
测量 值(微米)
中心厚度 372.1
平均厚度 371.9
最小厚度 371.4
最大厚度 372.2
TTV 0.79
弯曲度 -7.30
翘曲度 15.2
SORI 14.2
GBIR 0.79
最大SFQR 0.21
最大SBIR 0.58
表4列出了具有10μm外延膜的100mm直径的SiC晶片的平坦度的测量。对于该晶片，通过磨削进行了锯伤移除，并通过坯料抛光步骤执行了抛光。
测量 值(微米)
中心厚度 372.7
平均厚度 372.9
最小厚度 372.6
最大厚度 373.3
TTV 0.73
弯曲度 -2.85
翘曲度 15.6
SORI 10.0
GBIR 0.73
最大SFQR 0.23
最大SBIR 0.38
应当理解，本文所述的工艺和技术不与任何具体设备固有地相关，并且可通过组件的任何合适组合来实施。此外，可根据本文所述的教导内容使用各种类型的通用器件。已结合具体实例描述了本发明，所述具体实例在所有方面均旨在是示例性的而非限制性的。本领域技术人员将理解，多种不同组合将适用于实施本发明。
此外，在考虑本说明书并实施本文所公开的发明后，本发明的其他具体实施对于本领域技术人员将显而易见。可单独地或以任何组合使用所述实施例的各个方面和/或组成部分。旨在使本说明书和实例仅以举例方式考虑，而本发明的真实范围和精神由以下权利要求书指示。

Claims (22)

1.一种基板，包括具有后表面和前表面的抛光碳化硅晶片，所述前表面针对外延沉积进行了调节，其中基于一平方厘米的部位大小所述抛光碳化硅晶片具有0.1至1.5μm的局部厚度变化(LTV)和0.01至0.3μm的部位正面最小二乘焦平面范围(SFQR)。
2.根据权利要求1所述的基板，其中所述前表面具有的均方根粗糙度Rq。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的基板，其中所述基板具有0.1至5μm范围内的总厚度变化(TTV)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的基板，其中所述基板还具有0.1至35μm的翘曲度。
5.一种包括后表面和前表面的单晶碳化硅基板，所述前表面具有在其上生长的SiC的外延层，具有所述外延层的所述基板基于一平方厘米的部位大小表现出0.1至1.8μm的局部厚度变化(LTV)和0.01至0.45μm的部位正面最小二乘焦平面范围(SFQR)。
6.根据权利要求5所述的基板，其中具有所述外延层的所述基板还同时表现出0.1至6μm的总厚度变化(TTV)和0.1至40μm的翘曲度。
7.根据权利要求5至6中任一项所述的基板，其中所述前表面的均方根粗糙度值Rq在2.0×2.0μm的部位大小上测量时小于2nm。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的单晶碳化硅基板，其中基于一平方厘米的部位大小所述基板同时表现出0.1至5μm的总厚度变化(TTV)、0.1至35μm的翘曲度、0.1至1.5μm的局部厚度变化(LTV)和0.01至0.3μm的部位正面最小二乘焦平面范围(SFQR)。
9.一种制造单晶碳化硅晶片的方法，包括：
(i)将单晶硅的铸锭切成多个晶片；
(ii)对步骤(i)的所述晶片的每一个的周缘进行倒角；
(iii)从步骤(ii)的所述晶片的每一个的前表面和后表面执行锯伤移除；以及
(iv)对步骤(iii)的每个晶片的两个表面同时抛光；从而制造基于一平方厘米的部位大小具有0.1至1.5μm的局部厚度变化(LTV)和0.01至0.3μm的部位正面最小二乘焦平面范围(SFQR)的晶片。
10.根据权利要求9所述的方法，其中在步骤(i)中，每个晶片同时满足小于10μm的总厚度变化(TTV)和小于35μm的翘曲度。
11.根据权利要求9至10中任一项所述的方法，从而制造基于一平方厘米的部位大小具有0.1至5μm的总厚度变化(TTV)、0.1至35μm的翘曲度和0.1至1.5μm的局部厚度变化(LTV)的晶片。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的方法，其中使用具有直径为所述晶片的直径的至少三倍的表面的研磨工具执行所述锯伤移除步骤。
13.根据权利要求11至12中任一项所述的方法，其中在台面直径为所述晶片的直径的至少三倍的双面研磨机上研磨所述基板切片。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，其中在切片后，使用单晶片、金刚石砂轮磨床一次一侧地加工所述基板。
15.根据权利要求9至14中任一项所述的方法，其中使用具有直径为所述晶片的直径的至少三倍的表面的抛光工具执行所述抛光步骤。
16.根据权利要求13至15中任一项所述的方法，其中通过将所述晶片置于不锈钢载具中执行所述抛光步骤。
17.根据权利要求14至16中任一项所述的方法，其中执行所述抛光步骤以便移除在所述锯伤移除步骤中移除的那样多的SiC的25％。
18.根据权利要求9至17中任一项所述的方法，还包括对所述前表面施加化学增强机械抛光。
19.根据权利要求16至18中任一项所述的方法，其中使用直径为所述晶片直径的三倍以上的抛光机执行施加化学增强机械抛光的所述步骤。
20.根据权利要求9至19中任一项所述的方法，还包括在CVD室中使用包含氢气和/或氯气的气体混合物在高于1300℃的温度下蚀刻所述晶片的所述前表面。
21.根据权利要求9至20中任一项所述的方法，还包括用化学增强机械抛光和/或高温气相蚀刻处理所述前表面，并之后在所述前表面上沉积SiC的外延层。
22.根据权利要求9至21中任一项所述的方法，其中执行所述锯伤移除步骤以便从每个晶片移除60至85μm的SiC材料，并且执行所述抛光步骤以便移除在所述锯伤移除步骤中移除的SiC材料量的四分之一。
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