TWI792126B - 大直徑碳化矽晶圓 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示碳化矽(SiC)晶圓及相關方法，其等包含具有適合於半導體製造之晶圓形狀特性之大直徑SiC晶圓。本發明揭示大直徑SiC晶圓，其等具有與形成此等SiC晶圓相關聯之應力及應變效應有關之減少變形。如本文中描述，可藉由在SiC晶體人造剛玉或晶錠之生長期間減小結晶應力分佈而改良晶圓形狀及平整度特性。亦可在個別SiC晶圓已從對應SiC晶體人造剛玉分離之後改良晶圓形狀及平整度特性。在此方面，本發明揭示SiC晶圓及相關方法，其等包含具有適合晶體品質及晶圓形狀特性之大直徑SiC晶圓，包含晶圓彎曲、翹曲及厚度變化之低值。

Description

大直徑碳化矽晶圓
本發明係關於結晶材料，且更特定言之係關於大直徑碳化矽晶圓。
碳化矽(SiC)展現許多吸引人之電及熱物理性質。SiC歸因於其之實體強度及對化學侵蝕之高抵抗力以及各種電子性質而係尤其有用的，包含輻射硬度、高崩潰電場、一相對寬能隙、高飽和電子漂移速率、高溫操作及光譜之藍光、紫光及紫外線區域中之高能光子之吸收及發射。與包含矽及藍寶石之習知晶圓或基板材料相比，SiC之此等性質使其更適合於製造高功率密度固態裝置(諸如功率電子、射頻及光電子裝置)之晶圓或基板。SiC以稱為多型體之許多不同晶體結構出現，其中某些多型體(例如，4H-SiC及6H-SiC)具有一六方晶體結構。
儘管SiC展現優越材料性質，然生長SiC所需之晶體生長技術非常不同且比其他結晶材料之習知生長程序顯著更具挑戰性。在半導體製造中利用之習知結晶材料(諸如矽及藍寶石)具有顯著較低熔點，從而容許從熔融源材料直接進行晶體生長技術以能夠製造大直徑結晶材料。相比之下，塊狀結晶SiC通常係在高溫下藉由一晶種昇華生長程序產生，其中各種挑戰包含雜質併入、與熱應力及結晶應力相關聯之結構缺陷及不同多型體之形成等。在一典型SiC生長技術中，將一基板及一源材料兩者放置於一反應坩堝內部。加熱坩堝時產生之一熱梯度促使材料從源材料至基板進行氣相移動，接著冷凝在基板上且導致塊狀晶體生長。已知可將雜質作為摻雜劑引入至SiC中且此等摻雜劑可調節某些性質。為了使SiC昇華生長，可以各種方式將一摻雜劑引入至腔室中，使得摻雜劑將存在於由該程序產生之SiC晶體中。控制該程序以為一特定應用提供一適當濃度之摻雜劑。在塊狀晶體生長之後，可藉由切割一塊狀SiC晶錠或人造剛玉來獲得個別SiC晶圓，且個別晶圓隨後可經受額外程序，諸如精磨或拋光。
SiC晶圓之獨特性質能夠設計及製造高功率及/或高頻半導體器件之一陣列。不斷發展已使SiC晶圓製造達到一成熟程度，以容許針對日益廣泛之商業應用製造此等半導體器件。隨著半導體器件工業不斷成熟，期望具有更大可用直徑之SiC晶圓。SiC晶圓之可用直徑可受限於SiC之材料組合物中之某些結構缺陷以及某些晶圓形狀特性。材料組合物中之結構缺陷可包含微管、差排(例如，貫穿、邊緣、螺旋及/或底面差排)、六邊形空隙及堆疊缺陷等。與SiC相關聯之晶圓形狀特性可包含可更改晶圓平整度之翹曲、彎曲及厚度變化。此等各種結構缺陷及晶圓形狀特性可促成結晶應力，其等可不利於隨後形成於習知SiC晶圓上之半導體器件之製造及適當操作。此等結晶應力通常與晶圓半徑之平方成比例且因此難以經濟地製造高品質之較大直徑SiC半導體晶圓。
在克服與習知SiC晶圓相關聯之挑戰的同時，本技術繼續尋求具有更大直徑之改良SiC晶圓及相關固態器件。
本發明揭示碳化矽(SiC)晶圓及相關方法，其等包含具有適合於半導體製造之晶圓形狀特性之大直徑SiC晶圓。本發明揭示具有減少變形之大直徑SiC晶圓。該變形可與形成此等SiC晶圓相關聯之應力及應變效應有關。如本文中描述，可藉由在SiC晶體人造剛玉或晶錠之生長期間減小結晶應力分佈而改良晶圓形狀及平整度特性。亦可在個別SiC晶圓已從對應SiC晶體人造剛玉分離之後改良晶圓形狀及平整度特性。在此方面，本發明揭示SiC晶圓及相關方法，其等包含具有適合晶體品質及晶圓形狀特性之大直徑SiC晶圓，包含晶圓彎曲、翹曲及厚度變化之低值。
在一個態樣中，一種SiC晶圓包括至少195毫米(mm)之一直徑、在300微米(µm)至1000 µm之一範圍內之一厚度及在-25 µm至25 µm之一範圍內之一彎曲。在某些實施例中，該SiC晶圓進一步包括小於或等於40 μm之一翹曲。在某些實施例中，該直徑係在195 mm至455 mm之一範圍內，或在195 mm至305 mm之一範圍內。在某些實施例中，該厚度係在100 μm至500 μm之一範圍內，或在200 μm至500 μm之一範圍內。在某些實施例中，該SiC晶圓包括小於7 µm或小於2.6 μm之一總厚度變化(TTV)。在某些實施例中，針對1 cm2 之一部位面積，該SiC晶圓包括小於4 µm或小於2.6 μm之一局部厚度變化(LTV)。在某些實施例中，針對1 cm2 之一部位面積，該SiC晶圓包括小於1.5 µm之一部位前側最小平方範圍(SFQR)最大值。在某些實施例中，該SiC晶圓包括4-H SiC。該SiC晶圓可包括半絕緣SiC或n型SiC。針對n型SiC，該SiC可包括氮作為一n型摻雜劑。在某些實施例中，該n型摻雜劑形成一較高摻雜區及一較低摻雜區，使得該較高摻雜區由該較低摻雜區橫向地定界。該較高摻雜區可與該SiC晶圓之一中心區配準或該較高摻雜區可從該SiC晶圓之一中心區偏移。在某些實施例中，該SiC晶圓進一步包括硼、鋁、鍺、鈹、鎵、錫、砷、磷、鈦及釩之至少一者。
在另一態樣中，一種方法包括：生長一SiC結晶材料；及從該SiC結晶材料分離一SiC晶圓以形成具有至少195 mm之一直徑、在300 µm至1000 µm之一範圍內之一厚度及在-25 µm至25 µm之一範圍內之一彎曲之該SiC晶圓。在某些實施例中，該SiC晶圓包括小於或等於40 μm之一翹曲。在某些實施例中，該直徑係在195 mm至455 mm之一範圍內。在某些實施例中，生長該SiC結晶材料包括藉由在生長期間減小跨該SiC結晶材料之一徑向熱梯度；或在生長期間增加跨該SiC結晶材料之一徑向熱梯度來控制徑向塊體材料性質。在某些實施例中，生長該SiC結晶材料包括沿著該SiC晶圓之周邊部分形成增加晶體缺陷。在某些實施例中，該方法進一步包括在將一機械負載施加至該SiC晶圓時對該SiC晶圓進行退火。在某些實施例中，該方法進一步包括沿著該SiC晶圓之一碳面之周邊部分選擇性地植入該SiC晶圓。在某些實施例中，該方法進一步包括在選擇性地植入該SiC晶圓之後對該SiC晶圓進行退火。在某些實施例中，該方法進一步包括沿著該SiC晶圓之一碳面之周邊部分選擇性地沈積一膜。在某些實施例中，該方法進一步包括在選擇性地沈積該膜之後對該SiC晶圓進行退火。在某些實施例中，該方法進一步包括在對該SiC晶圓進行退火之後移除該膜。
在某些實施例中，分離該SiC晶圓包括基於該結晶材料之一缺陷分佈可變地調整跨該結晶材料之一切割深度。在某些實施例中，分離該SiC晶圓包括基於該結晶材料之一摻雜分佈可變地調整跨該結晶材料之一切割深度。在某些實施例中，分離該SiC晶圓包括基於先前從該結晶材料分離之另一SiC晶圓之一晶圓形狀特性可變地調整跨該結晶材料之一切割深度。在某些實施例中，分離該SiC晶圓包括基於該結晶材料之一頂表面之一形狀可變地調整跨該結晶材料之一切割深度。
在另一態樣中，一種方法包括：提供形成一第一晶圓形狀之一SiC晶圓；將一機械負載施加至該SiC晶圓；及在該機械負載之施加期間對該SiC晶圓進行退火，使得該SiC晶圓形成不同於該第一晶圓形狀之一第二晶圓形狀。在某些實施例中，將該機械負載施加至該SiC晶圓之一或多個局部部分。在其他實施例中，將該機械負載施加至該SiC晶圓之一整體。在某些實施例中，在該機械負載之施加期間藉由一邊緣支撐配置支撐該SiC晶圓。在某些實施例中，該SiC晶圓之該第二形狀包括在195 mm至455 mm之一範圍內之一直徑、不大於500 μm之一厚度、不大於25 μm之一彎曲及不大於40 μm之一翹曲。在某些實施例中，該直徑係在195 mm至305 mm之一範圍內。
在另一態樣中，一種SiC晶圓包括至少195 mm之一直徑、在500 µm至2000 µm之一範圍內之一厚度及在-25 µm至25 µm之一範圍內之一彎曲。在某些實施例中，該厚度係在500 µm至1500 µm之一範圍內。在某些實施例中，該SiC晶圓進一步包括小於或等於40 μm之一翹曲。在某些實施例中，該直徑係在195 mm至455 mm之一範圍內。在某些實施例中，該直徑係在195 mm至305 mm之一範圍內。
在另一態樣中，一種SiC晶圓包括至少195 mm之一直徑、至少500之一直徑對厚度比及在-25 µm至25 µm之一範圍內之一彎曲。在某些實施例中，該SiC晶圓進一步包括小於或等於40 μm之一翹曲。在某些實施例中，該直徑係在195 mm至305 mm之一範圍內。在某些實施例中，該直徑對厚度比係至少600。在某些實施例中，該直徑對厚度比係至少900。
在另一態樣中，一種SiC晶圓包括至少195 mm之一直徑、在475 µm至525 µm之一範圍內之一厚度及小於或等於150 µm之一最大邊緣支撐撓曲值。在某些實施例中，該最大邊緣支撐撓曲值係小於或等於120 µm。在某些實施例中，該最大邊緣支撐撓曲值係小於或等於110 µm。在某些實施例中，該最大邊緣支撐撓曲值係在110 µm至150 µm之一範圍內。在某些實施例中，該最大邊緣支撐撓曲值係小於或等於50 μm，或小於或等於10 μm，或在5 μm至150 μm之一範圍內，或在5 μm至100 μm之一範圍內 ，或在5 μm至50 μm之 一範圍內，或在15 μm至40 μm之一範圍內，或在5 μm至20 μm之一範圍內。在某些實施例中，該SiC晶圓進一步包括在-5 µm至-20 µm之一範圍內之一邊緣支撐彎曲值。在某些實施例中，該直徑係在195 mm至305 mm之一範圍內。
在另一態樣中，一種方法包括：在一生長溫度下生長一SiC結晶材料，同時在該生長溫度下將該結晶材料之至少20%之應力維持在低於SiC之一臨界解析剪切應力；從該SiC結晶材料分離一SiC晶圓以形成具有至少195 mm之一直徑之該SiC晶圓。在某些實施例中，生長該SiC結晶材料包括將該結晶材料之至少40%之應力維持在低於SiC之該臨界解析剪切應力。在某些實施例中，生長該SiC結晶材料包括將該結晶材料之至少80%之應力維持在低於SiC之該臨界解析剪切應力。在某些實施例中，該SiC晶圓包括在300 µm至1000 µm之一範圍內之一厚度及在-25 µm至25 µm之一範圍內之一彎曲。在某些實施例中，該直徑係在195 mm至305 mm之一範圍內。在某些實施例中，該直徑係在195 mm至455 mm之一範圍內。
在另一態樣中，一種方法包括：生長一SiC結晶材料；及藉由可變地調整跨該結晶材料之一切割深度而從該SiC結晶材料分離一SiC晶圓以形成具有至少195 mm之一直徑及在-25 µm至25 µm之一範圍內之一彎曲之該SiC晶圓。在某些實施例中，該SiC晶圓之該直徑係在195 mm至305 mm之一範圍內。在某些實施例中，該SiC晶圓之該直徑係在195 mm至455 mm之一範圍內。在某些實施例中，該SiC晶圓包括在300 μm至1000 μm之一範圍內之一厚度。在某些實施例中，分離該SiC晶圓包括基於該結晶材料之一缺陷分佈可變地調整跨該結晶材料之該切割深度。在某些實施例中，分離該SiC晶圓包括基於該結晶材料之一摻雜分佈可變地調整跨該結晶材料之該切割深度。在某些實施例中，分離該SiC晶圓包括基於先前從該結晶材料分離之另一SiC晶圓之一晶圓形狀特性可變地調整跨該結晶材料之該切割深度。在某些實施例中，分離該SiC晶圓包括基於該結晶材料之一頂表面之一形狀可變地調整跨該結晶材料之該切割深度。在某些實施例中，分離該SiC晶圓包括該結晶材料之雷射輔助分離。在某些實施例中，分離該SiC晶圓包括該結晶材料之鋸切。
在另一態樣中，一種方法包括：生長一SiC結晶材料；特性化該SiC結晶材料或已從該SiC結晶材料分離之一初始SiC晶圓以判定一結晶缺陷分佈、一摻雜分佈、一結晶應力分佈及一形狀之一或多者；及藉由基於該結晶缺陷分佈、該摻雜分佈、該結晶應力分佈及該形狀之該一或多者可變地調整跨該結晶材料之一切割深度而從該SiC結晶材料分離一後續SiC晶圓。在某些實施例中，該後續SiC晶圓包括至少195 mm之一直徑及在-25 µm至25 µm之一範圍內之一彎曲。在某些實施例中，該形狀包括該初始SiC晶圓之一晶圓形狀特性。在某些實施例中，該形狀包括在分離該後續SiC晶圓之前該結晶材料之一頂表面之一形狀。在某些實施例中，分離該後續SiC晶圓包括該結晶材料之雷射輔助分離。在某些實施例中，分離該後續SiC晶圓包括該結晶材料之鋸切。
在另一態樣中，前述態樣之任一者單獨或共同地及/或如本文中描述之各種單獨態樣及特徵可經組合以獲得額外優點。如本文中揭示之各種特徵及元件之任一者可與一或多個其他所揭示特徵及元件組合，除非本文中相反地指示。
熟習此項技術者在結合隨附圖式閱讀較佳實施例之以下詳細描述之後將瞭解本發明之範疇且實現本發明之額外態樣。
相關申請案
本申請案主張2019年12月27日申請之臨時專利申請案第62/954,082號之優先權，該案之全部揭示內容以引用的方式併入本文中。
下文闡述之實施例表示使熟習此項技術者能夠實踐該等實施例且繪示實踐該等實施例之最佳模式之必要資訊。在按照隨附圖式閱讀以下描述之後，熟習此項技術者將理解本發明之概念且將認知本文中未特別提出之此等概念之應用。應理解，此等概念及應用落入本發明及隨附發明申請專利範圍之範疇內。
將理解，儘管術語第一、第二等可在本文中用於描述各種元件，然此等元件不應被此等術語限制。此等術語僅用於將元件彼此區分。例如，在不脫離本發明之範疇之情況下，一第一元件可被稱為一第二元件，且類似地，一第二元件可被稱為一第一元件。如本文中使用，術語「及/或」包含一或多個相關聯列出項目之任何及全部組合。
將理解，當一元件(諸如一層、區或基板)被稱為在另一元件「上」或延伸「至」另一元件「上」時，其可直接在另一元件上或直接延伸至另一元件上或亦可存在中介元件。相比之下，當一元件被稱為「直接在」另一元件「上」或「直接延伸至」另一元件「上」時，不存在中介元件。同樣地，將理解，當一元件(諸如一層、區或基板)被稱為在另一元件「上方」或延伸在另一元件「上方」時，其可直接在另一元件上方或直接延伸在另一元件上方或亦可存在中介元件。相比之下，當一元件被稱為「直接在」另一元件「上方」或「直接延伸在」另一元件「上方」時，不存在中介元件。亦將理解，當一元件被稱為「連接」或「耦合」至另一元件時，其可直接連接或耦合至另一元件或可存在中介元件。相比之下，當一元件被稱為「直接連接」或「直接耦合」至另一元件時，不存在中介元件。
相對術語(諸如「下方」或「上方」或「上」或「下」或「水平」或「垂直」)可在本文中用於描述如圖中繪示之一個元件、層或區與另一元件、層或區之一關係。將理解，此等術語及上文論述之術語旨在涵蓋除圖中描繪之定向以外之裝置之不同定向。
本文中使用之術語僅為了描述特定實施例之目的且不旨在限制本發明。如本文中使用，單數形式「一」、「一個」及「該」亦旨在包含複數形式，除非內容脈絡另外明確指示。將進一步理解，當在本文中使用術語「包括(comprises、comprising)」及/或「包含(includes、including)」來指定所陳述特徵、整數、步驟、操作、元件及/或組件之存在時，不排除一或多個其他特徵、整數、步驟、操作、元件、組件及/或其等之群組之存在或添加。
除非另外定義，否則本文中使用之全部術語(包含技術及科學術語)具有相同於本發明所屬之技術之一般技術者通常所理解之含義。將進一步理解，本文中使用之術語應被解釋為具有與其等在本說明書及相關技術之內容脈絡中之含義一致之一含義且將不以一理想化或過度正式之意義來解釋，除非本文中如此明確定義。
本發明揭示碳化矽(SiC)晶圓及相關方法，其等包含具有適合於半導體製造之晶圓形狀特性之大直徑SiC晶圓。本發明揭示大直徑SiC晶圓，其等具有與形成此等SiC晶圓相關聯之應力及應變效應有關之減少變形。如本文中描述，可藉由在SiC晶體人造剛玉或晶錠之生長期間減小結晶應力分佈而改良晶圓形狀及平整度特性。亦可在個別SiC晶圓已從對應SiC晶體人造剛玉分離之後改良晶圓形狀及平整度特性。在此方面，本發明揭示SiC晶圓及相關方法，其等包含具有適合晶體品質及晶圓形狀特性之大直徑SiC晶圓，包含晶圓彎曲、翹曲及厚度變化之低值。
SiC可為生長非常具挑戰性之一結晶材料，此係因為在正常壓力下，其不具有一液態而代替地直接從一固體轉變為一氣體且返回至一固體。此使其與大多數材料之不同之處在於液相生長係不可用的。SiC晶體生長之另一主要挑戰係在SiC中觀察到之非常低堆疊缺陷能量，此使得非常易於將原子之額外平面及其等之相關聯缺陷結構引入至晶格中。此等低堆疊缺陷能量與SiC之習知物理氣相傳輸生長中所採用之非常高溫度組合，使得在來自局部應力場之可用能量低於產生堆疊缺陷所需之能量之一階段中維持生長係具挑戰性的。SiC中之結晶應力可受許多因素控制。晶體高度及晶體直徑可起重要作用，此係因為應力可與晶體高度及直徑之平方冪成比例地增加。習知SiC生長技術已達成100毫米(mm)及150 mm直徑SiC晶體。可限制此等SiC晶體之長度以防止所引起之晶體應力超過形成高差排密度之SiC晶體之一臨界解析剪切應力。針對如本文中揭示之較大直徑SiC晶體(例如，大於150mm)，直徑增加之量可不成比例地增加晶體應力，藉此產生較短晶體高度。在此方面，習知晶體生長技術對於較大直徑不一定係可擴縮的。
已良好地建立SiC之晶種昇華生長程序之一般態樣。因而，熟習晶體生長領域者及尤其熟習SiC生長領域及相關系統者將認知，一給定技術或程序之特定細節可取決於許多相關境況、處理條件及設備組態而變化。因此，在認知熟習此項技術者將能夠基於所提供揭示內容來實施及使用本文中揭示之各種實施例而無需過度實驗之情況下，以一般及示意性意義最適當地給出本文中給出之描述。另外，熟習此項技術者將認知，本文中描述之類型之SiC昇華系統可以各種標準組態在商業上購得。替代地，在必要或適當情況下，昇華系統可以定製組態設計及實施。因此，本文中描述之實施例不限於昇華系統之一特定子集或任何特定系統組態。實情係，根據本文中揭示之實施例，許多不同類型及組態之昇華系統可用於生長結晶SiC材料。
圖1A及圖1B繪示根據本文中揭示之實施例之生長一晶體之一程序。在圖1A中，一坩堝100含有源材料102，且坩堝100之一內部充當一生長區帶。源材料102可包含任何適合材料，諸如矽、碳、SiC、矽化合物、碳化合物或呈各種形式之任一者之前述材料之任一者或全部之組合，包含(但不限於)固體、粉末及氣體之一或多個組合。諸如摻雜劑(例如，氮等)及應變補償組分(例如，鍺、錫、砷及磷等)之其他選用元素亦可包含在源材料102中。當存在應變補償組分時，其等較佳地係等電子的或具有與摻雜劑相同之多數載子類型(例如，n型或p型施體或受體)。替代地，可以不同於包含在源材料102中之方式將一個、一些或全部其他元素引入至生長區帶中。可將諸如結晶SiC之一晶種104放置在一坩堝蓋110附近，該坩堝蓋110隨後放置在坩堝100上，如由圖1A之虛線箭頭指示。以此方式，在加熱坩堝100時，晶種104懸置在坩堝100中之源材料102上方。在其他配置中，晶種104可放置在坩堝100內之任何處，諸如沿著坩堝100之底表面或側表面。
在晶體生長期間，源材料102昇華且在晶種104上形成SiC。當將源材料102加熱至1200°C至3000°C，或1800°C至3000°C，或1800°C至2500°C，或1800°C至2000°C，或2000°C至2200°C之一範圍及其他溫度範圍內之一溫度時，可發生昇華。在升高源材料102之溫度時，晶種104之生長表面之溫度同樣升高至接近源材料102之溫度之一溫度。通常，將晶種104之生長表面加熱至1200°C至3000°C，或1800°C至3000°C，或1800°C至2500°C，或1700°C至2400°C，或1800°C至2000°C，或2000°C至2200°C之一範圍及其他溫度範圍內之一溫度。在生長程序期間，將坩堝100緩慢抽空以降低壓力。在某些實施例中，生長可在0.1托至50托，或0.1托至25托，或0.1托至15托，或1托至15托之一範圍及其他壓力範圍內之一壓力下執行。生長溫度及生長壓力通常可彼此變化。例如，取決於生長條件，較高生長溫度可與較高生長壓力相關聯或較低生長溫度可與較低生長壓力相關聯。藉由將源材料102及晶種104之生長表面在其等各自溫度下維持一足夠時間，可在晶種104上形成一所要多型體之單晶SiC之宏觀生長。
轉至圖1B，使用一物理氣相傳輸程序從坩堝100中之源材料102之昇華來生長一SiC晶體112。進行晶體生長直至SiC晶體112之生長達到某一長度。長度部分取決於待採用之形成後處理之類型。SiC晶體112之生長停止之點亦取決於諸如坩堝100之大小及類型以及當存在於源材料102中時摻雜劑及應變補償組分之任何濃度之參數。可透過實驗生長以及檢驗所得SiC晶體112以判定雜質濃度來預先判定此點。一旦SiC晶體112已達到所要大小，便可使用一惰性氣體回填系統以提高壓力，且可將溫度緩慢降低至一中間溫度，且接著更快地降低至室溫。在某些實施例中，中間溫度可為生長溫度之約90%或80%或70%及其他溫度。中間溫度可包含150°C至2000°C，或150°C至1200°C，或150°C至500°C，或175°C至225°C之一範圍及其他溫度範圍。所得SiC晶體112可形成一結晶人造剛玉或晶錠。
SiC之昇華生長可使用各種生長系統、不同大小之坩堝、具有各種材料之不同類型之坩堝及使用不同加熱方法來完成。可由熟習此項技術者調適特定生長溫度及壓力以適應此等變量。在典型情況中(其中改變諸如坩堝之類型或大小之變量)，可需要如上文提及般執行一些實驗生長以確定一特定系統之最佳生長條件。在晶體生長之後，SiC晶體112形成一塊狀結晶材料，有時被稱為一人造剛玉或一晶錠。
各種微電子、光電子及微製造應用皆需要結晶材料薄層作為製造各種有用系統之一起始結構。用於從塊狀結晶材料形成結晶材料薄層之各種方法包含鋸切及雷射輔助分離技術。在某些實施例中，用於從結晶人造剛玉或晶錠切割薄層(例如，晶圓或基板)之一方法涉及使用線鋸。線鋸技術已應用於各種結晶材料，諸如矽(Si)、藍寶石及SiC。一線鋸工具可包含穿過一或多個導引滾輪之溝槽之一超細鋼絲(通常具有0.2mm或更小之一直徑)。存在兩種切片方法，即，鬆散磨料切片及固定磨料切片。鬆散磨料切片涉及將一漿液(通常係磨料在油中之一懸浮液)施加至高速運行之一鋼絲，藉此使磨料在鋼絲與工件之間的滾動運動導致人造剛玉或晶錠之切割。針對固定磨料切片，可在僅需要一水溶性冷卻液(即，無需一漿液)之一方法中使用以金剛石磨料固定之一鋼絲。高效平行切片允許在一單一切片程序中產生大量晶圓。圖2繪示一典型線鋸工具114，其包含在滾輪118A至118C之間延伸且經配置以同時將一晶錠120鋸切成多個薄區段(例如，晶圓122A至122G)之平行線區段116，各薄區段具有平行於晶錠120之一端面120’之一面。在鋸切程序期間，由滾輪118A至118C支撐之線區段116可在一向下方向124上被壓向下伏於晶錠120之一固持器126。若端面120’平行於晶錠120之一結晶c平面，且線區段116平行於端面120’鋸切穿過晶錠120，則各所得晶圓122A至122G將具有平行於結晶c平面之「同軸」端面120’’。線鋸可引入與分離程序有關之各種應力，此等應力影響所得晶圓之形狀，尤其係對於大直徑晶圓而言。
圖3係展示諸如4H-SiC之一六方晶體之座標系統之一第一透視圖晶體平面圖，其中對應於一[0001](垂直)磊晶生長方向之c平面((0001)平面)垂直於m平面((
Figure 02_image001
)平面)及a平面((
Figure 02_image003
)平面)兩者且不垂直於r平面((
Figure 02_image005
)平面)。具有小切角(例如，與結晶c平面相距小於半度)之同軸SiC晶圓經常被用作SiC同質磊晶層以及其他材料(例如，AlN及其他III族氮化物)之高品質磊晶生長之生長基板。
亦可產生具有不平行於結晶c平面之端面之鄰近晶圓(亦被稱為切角或「離軸」)晶圓。具有各種程度(例如，0.1度、0.25度、0.5度、0.75度、1度、2度、4度、6度、8度或更多度)切角之鄰近晶圓(例如，SiC)經常被用作SiC同質磊晶層以及其他材料(例如，AlN及其他III族氮化物)之高品質磊晶生長之生長基板。可藉由在遠離於c軸之一方向上生長一人造剛玉或晶錠(例如，生長在一鄰近晶種材料上方且垂直於晶錠側壁鋸切晶錠)或藉由以一同軸晶種材料開始生長一晶錠且以從垂直於晶錠側壁偏離之一角度鋸切或切割晶錠而產生鄰近晶圓。
圖4係一六方晶體之一第二透視圖晶體平面圖，其繪示不平行於c平面之一平面128，其中一向量130(其垂直於平面128)從[0001]方向傾斜一傾斜角β，其中傾斜角β (稍微)傾斜朝向[
Figure 02_image003
]方向。
圖5A係展示一鄰近晶圓110相對於c平面((0001)平面)之定向之一透視圖晶圓定向圖，其中一向量130A(其垂直於一晶圓面132’)從[0001]方向傾斜傾斜角β。此傾斜角β等於跨越(0001)平面與晶圓面132’之一突出部134之間的一正交傾斜(或錯向角) β。圖5B係疊加在一晶錠135 (例如，具有平行於可定義鄰近晶圓132之(0001)平面之一端面135’之一同軸晶錠)之一部分上方之鄰近晶圓132之一簡化橫截面視圖。圖5B展示鄰近晶圓132之晶圓面132’相對於(0001)平面錯位傾斜角β。
圖6A及圖6B係例示性SiC晶圓136-1、136-2之俯視平面圖，其等包含一上表面136’(例如，平行於(0001)平面(c平面)且垂直於[0001]方向)且由一大體上圓形邊緣136’’(具有一直徑Ø)橫向地定界。在圖6A中，SiC晶圓136-1之圓形邊緣136’’包含垂直於(
Figure 02_image003
)平面且平行於[
Figure 02_image003
]方向之一主平面138(具有一長度LF )。在圖6B中，SiC晶圓136-2之圓形邊緣136’’包含一凹口140以代替圖6A中繪示之主平面138。取決於特定應用，可提供凹口140以與可在其上處理SiC晶圓136-2之各種半導體製造工具相容。如先前描述，SiC晶圓136-1、136-2亦可與c平面錯位(例如，以相對於c平面之一傾斜角離軸)。
用於從塊狀結晶材料分離晶圓或基板之另一方法包括一雷射輔助分離技術，其包含在塊狀結晶材料內形成雷射表面下損傷且隨後沿著雷射表面下損傷從塊狀結晶材料分離一晶圓。用於在結晶材料中形成表面下損傷之工具允許將雷射發射聚焦在一結晶材料之一內部，且使一雷射能夠相對於結晶材料橫向移動。典型雷射損傷圖案可包含在結晶材料內之一深度處形成相對於彼此橫向間隔之平行線。可調整諸如聚焦深度、雷射功率、平移速度及表面下損傷線間隔之參數以賦予雷射損傷，但某些因素之調整涉及權衡。增加雷射功率傾向於賦予較大表面下損傷，此可增強破裂之容易性(例如，藉由降低完成破裂所需之應力)，但較大表面下損傷增加沿著由破裂曝露之表面之表面不規則性，使得可需要額外處理以使此等表面足夠光滑以供隨後處理(例如，用於併入電子器件中)，且額外處理導致額外切口損耗。減小表面下雷射損傷線之間的橫向間隔亦可增加破裂之容易性，但減小雷射損傷線之間的間隔可增加一基板與一雷射之間的平移通道之數目，藉此降低工具處理量。與線鋸技術相比，此等雷射輔助分離技術可提供減少切口損耗。切口損耗係指與由塊狀結晶材料形成一個別晶圓相關聯之材料損耗之一總量。
圖7係經組態以將雷射發射聚焦在一結晶材料144(例如，SiC或類似物)之一內部以形成表面下損傷146之一雷射工具142之一個實例之一透視示意圖。結晶材料144包含一上表面144’及一相對下表面144’’，且在結晶材料144之內部在上表面144’與下表面144’’之間形成表面下損傷146。雷射發射148使用一透鏡總成150聚焦以產生一聚焦射束152，其之一焦點在結晶材料144之內部。可以任何適合頻率(通常在奈秒、皮秒或飛秒範圍內)及射束強度以低於結晶材料144之能隙之一波長脈送此等雷射發射148以允許雷射發射148聚焦在其之一表面下方之一標定深度處。在焦點處，射束大小及短脈衝寬度導致一能量密度足夠高以導致非常局部吸收，從而形成表面下損傷146。可更改透鏡總成150之一或多個性質以將聚焦射束152之一焦點調整至結晶材料144內之一所要深度。可產生透鏡總成150及結晶材料144之間的相對橫向運動(例如，橫向平移)以在一所要方向154上傳播表面下損傷146，如由一虛線示意性地繪示。此橫向移動可以各種圖案重複，包含如下文中描述之圖案。
如本文中使用，一「基板」或一「晶圓」係指一結晶材料，諸如一單晶半導體材料。在某些實施例中，一基板可具有足夠厚度以(i)進行表面處理(例如，精磨及拋光)以支援一或多個半導體材料層之磊晶沈積，及視情況(ii)若且當從一剛性載體分離時係獨立的。在某些實施例中，一基板可具有一大體上圓柱形或圓形形狀，及/或可具有至少約一或多個以下厚度之一厚度：200微米(μm)、300 μm、350 μm、500 μm、750 μm、1毫米(mm)、2 mm或更多或更少。在某些實施例中，一基板可包含可劃分為兩個較薄晶圓之一較厚晶圓。在某些實施例中，一基板可為一較厚基板或晶圓之部分，該較厚基板或晶圓具有配置於其上之一或多個磊晶層(視情況與一或多個金屬接觸件結合)作為具有複數個電操作器件之一器件晶圓之部分。可根據本發明之態樣來劃分器件晶圓以產生一較薄器件晶圓及一第二較薄晶圓，隨後可在其上形成一或多個磊晶層(視情況與一或多個金屬接觸件結合)。在某些實施例中，大直徑晶圓或基板可包括195 mm或更大，或200 mm或更大，或300 mm或更大，或450 mm或更大，或在195 mm至455 mm之一範圍內之一直徑。在某些實施例中，一晶圓或基板可包括具有195 mm或更大，或200 mm或更大之一直徑及在100 µm至1000 µm之一範圍內，或在100 µm至800 µm之一範圍內，或在100 µm至600 µm之一範圍內，或在150 µm至500 µm之一範圍內，或在150 µm至400 µm之一範圍內，或在200 µm至500 µm之一範圍內，或在300 µm至1000 µm之一範圍內，或在500 µm至2000 µm之一範圍內，或在500 µm至1500 µm之一範圍內或在任何其他厚度範圍內之一厚度或具有本文中指定之任何其他厚度值之4H-SiC。在某些實施例中，術語「基板」及「晶圓」可互換地使用，此係因為晶圓通常被用作可在其上形成半導體器件之一基板。因而，一基板或一晶圓可係指已從一較大塊狀結晶材料或基板分離之獨立結晶材料。
本文中揭示之實施例可應用於單晶及多晶種類兩者之各種結晶材料之基板或晶圓。在某些實施例中，基板或晶圓可包括立方、六方及其他晶體結構，且可包括具有同軸及離軸結晶定向之結晶材料。例示性實施例可包含具有六方晶體結構之單晶半導體材料，諸如4H-SiC、6H-SiC。下文中描述之各種闡釋性實施例通常提及SiC或特別提及4H-SiC，但應瞭解，可使用其他適合結晶材料。在各種SiC多型體中，4H-SiC多型體歸因於其之高導熱性、寬能隙及等向性電子遷移率而特別吸引電力電子器件。本文中揭示之實施例可應用於同軸SiC(即，不具有從其之c平面之有意角度偏差)或離軸SiC(即，通常從一生長軸(諸如c軸)偏離一非零角度，通常在0.5度至10度之一範圍或其之一子範圍(諸如2度至6度)或另一子範圍內)。本文中揭示之某些實施例可利用具有在1度至10度，或2度至6度之一範圍內，或約2度、4度、6度或8度之一切角之同軸4H-SiC或鄰近(離軸)4H-SiC。本文中揭示之實施例亦可應用於摻雜結晶半導體材料(例如，N摻雜導電SiC及/或P摻雜SiC)、共摻雜及/或未摻雜結晶半導體材料(例如，半絕緣SiC或高電阻率SiC)。在某些實施例中，包含SiC人造剛玉及SiC晶圓之SiC結晶材料可包括具有在1x1017 cm-3 至1x1021 cm-3 之一範圍內，或在1x1017 cm-3 至3x1018 cm-3 之一範圍內，或在1x1018 cm-3 至1x1019 cm-3 之一範圍內，或在1x1018 cm-3 至3x1018 cm-3 之一範圍內，或小於1x1017 cm-3 等之濃度之N型摻雜(包含有意及無意摻雜劑，諸如氮)。在某些實施例中，N摻雜SiC結晶材料可具有在0.001 ohm-cm至0.05 ohm-cm之一範圍內，或在0.001 ohm-cm至0.03 ohm-cm之一範圍內，或在0.005 ohm-cm至0.05 ohm-cm之一範圍內，或在0.005 ohm-cm至0.03 ohm-cm之一範圍內之一電阻率。在其他實施例中，較高電阻率SiC結晶材料(包含半絕緣SiC人造剛玉及半絕緣SiC晶圓)可包括具有至少1500 ohm-cm，或至少5000 ohm-cm，或至少50,000 ohm-cm，或至少1 x105 ohm-cm，或至少1x106 ohm-cm，或至少1 x109 ohm-cm，或在1500 ohm-cm至1 x109 ohm-cm之一範圍內，或在1 x105 ohm-cm至1 x109 ohm-cm之一範圍內之一電阻率之無意摻雜或未摻雜SiC。半絕緣SiC晶圓可摻雜有釩、鋁或其等之組合。取決於實施例，共摻雜SiC晶圓可包括兩種或兩種以上摻雜劑之組合，例如氮、鋁及釩等。
結晶SiC可包含各種結構晶體缺陷，包含微管、差排(例如，貫穿、邊緣、螺旋及/或底面差排等)、六邊形空隙及堆疊缺陷等。可在晶體生長期間及/或生長之後的冷卻期間形成結構晶體缺陷，其中在結晶SiC之材料晶格結構中形成一或多個不連續。此等結構晶體缺陷可不利於隨後形成於SiC晶圓上之半導體器件之製造、適當操作、器件良率及可靠性。各種結構晶體缺陷之存在可在獨立SiC晶圓中提供應力，該應力可促成晶圓形狀之各種偏差(例如，如下文論述之降低平整度特性)。藉由如先前描述之線切割或雷射輔助分離技術，可在從人造剛玉或晶錠分離晶圓期間形成晶圓形狀之額外偏差。
晶圓平整度特性可藉由翹曲、彎曲、總厚度變化(TTV)、局部厚度變化(LTV)、部位前側最小平方範圍(SFQR)及晶圓撓曲值之一或多者來定義。「翹曲」可被定義為與一未夾持晶圓之一焦平面之最大正偏差及負偏差之總和。替代地，翹曲可被定義為一未夾持晶圓之中間面與一參考平面之最大距離及最小距離之間的差。「彎曲」可被定義為在一未夾持晶圓之中心處量測之晶圓之表面與焦平面之間的距離。替代地，彎曲可被定義為一未夾持晶圓之中間面之中心點與由沿著一圓圈等距間隔之三個點定義之一中間面參考平面之偏差，該圓圈具有比晶圓之標稱直徑小一指定量之一直徑。在與SiC有關之某些實施例中，可從SiC晶圓之Si面量測彎曲。「TTV」可被定義為晶圓之最厚部分與最薄部分之間的厚度差。「LTV」可被定義為晶圓之一特定區域之最厚部分與最薄部分之間的厚度差。「SFQR」可被定義為藉由一最小平方法針對晶圓之一特定部位計算之與一前參考平面之最大偏差及最小偏差之範圍。在某些實施例中，可從經夾持晶圓或固持在一真空卡盤下方之晶圓量測TTV、LTV及SFQR。「撓曲」可被定義為跨一晶圓表面量測之與一水平面之最大偏差值及最小偏差值之間的一差值。
根據本文中揭示之實施例，可使用各種技術量測晶圓平整度特性。在某些實施例中，藉由由紐約州費爾波特之Corning Tropel公司製造之一市售Tropel UltraSort自動晶圓平整度分析系統量測如本文中提供之晶圓平整度特性。針對此一分析系統，可由一未夾持晶圓上之三個特定點處之表面高度定義用於獲得翹曲及彎曲量測之晶圓之焦平面。可在沿著晶圓之表面彼此隔開120度且定位於晶圓之一半徑減去某一邊緣修整或排除區之97%之位置處定義三個特定點，如在Tropel UltraSort操作手冊，修訂號J，2007年2月中描述。
提供圖8A至圖8E以繪示本文中如何量化晶圓平整度特性。在此方面，可利用其他量測工具及設備以一類似方式量化晶圓平整度特性。圖8A係繪示一未夾持晶圓之翹曲量測之一側橫截面示意圖。如上文描述之焦平面(FP)被繪示為一水平虛線。AMAX 表示從FP至FP上方之晶圓之一表面之一最大距離，且BMAX 表示從FP至FP下方之晶圓之一表面之一最大距離。接著，翹曲可被特性化為AMAX 及BMAX 之絕對值之總和。圖8B係繪示一未夾持晶圓之彎曲量測之一側橫截面示意圖。彎曲可被特性化為FP與晶圓表面之中心點(CP)之間的距離。圖8C係繪示一晶圓之TTV量測之一側橫截面示意圖。針對TTV量測，藉由應用於晶圓之一後表面(BS)處之一真空卡盤將晶圓固持在適當位置中。TTV可被特性化為晶圓之一前表面(FS)相對於BS之一最大高度(MAX)及一最小高度(MIN)之間的差。圖8D係繪示一晶圓之各種位置處之LTV量測之一側橫截面示意圖。LTV可被特性化為固持在一夾持狀態中或抵靠一真空卡盤之晶圓之一特定區域之局部最大高度(LMAX )及局部最小高度(LMIN )之一差。在圖8D中，繪示五個區域或晶圓部位(部位1至部位5)，且在各部位內使用水平實線指示LMAX 及LMIN 。圖8E係繪示一晶圓之各種位置處之SFQR量測之一側橫截面示意圖。晶圓可固持在一夾持狀態中或抵靠一真空卡盤。針對各部位(圖8E中之部位1至部位3)，藉由一局部最小平方擬合方法定義一局部焦平面(LFP )，如繪示。AMAX 表示從LFP至LFP上方之晶圓之一表面之一最大距離，且BMAX 表示從LFP至LFP下方之晶圓之一表面之一最大距離。接著，針對晶圓之各局部區域或部位，SFQR可被特性化為AMAX 及BMAX 之絕對值之總和。
在某些實施例中，此等量測技術可包含干涉術。在某些實施例中，量測技術可包含使用用於判定晶圓之平整度或缺乏平整度之一光學平面。翹曲、彎曲及TTV可被稱為全域形狀特性(即，影響一整個晶圓而非僅晶圓表面之部分之一特性)，而LTV及SFQR可被稱為局部形狀特性。出於若干原因，具有此等全域或局部形狀特性之任一者之晶圓可為非所要的。例如，在磊晶生長程序期間，高翹曲、彎曲或TTV值可導致晶圓與一支撐承座之間的接觸不均勻，此可導致跨晶圓之熱變化，藉此導致不均勻磊晶層及形成於其上之所得器件之較低程序良率。另外，歸因於在藉由真空卡盤、晶圓載體及類似物固定晶圓時引起之應力，高翹曲、彎曲或TTV值可增加在某些器件製造步驟期間之晶圓破裂風險。具有不同LTV及SFQR值之晶圓可導致磊晶生長之局部變化，此亦可降低形成於其上之器件之程序良率。
與晶體生長期間形成之結構晶體缺陷有關之晶圓應力或來自從人造剛玉或晶錠分離晶圓期間形成之晶圓形狀特性之晶圓應力可不利地影響晶圓平整度，尤其係對於較大直徑SiC晶圓(例如，大於150 mm之直徑)而言。根據本文中揭示之實施例，揭示具有適合晶圓平整度值之SiC晶圓，其等包括至少約200 mm之一直徑。關於相對尺寸，術語「約」被定義為意謂在某一容限內之一標稱尺寸，例如一直徑尺寸之加減5 mm。例如，如本文中使用，具有一「200 mm」直徑之一晶圓可涵蓋包含195 mm至205 mm之一直徑範圍，具有一「300 mm」直徑之一晶圓可涵蓋包含295 mm至305 mm之一直徑範圍，且具有一「450 mm」直徑之一晶圓可涵蓋包含445 mm至455 mm之一直徑範圍。在進一步實施例中，此等容限可更小，諸如加減1 mm或加減0.25 mm。在某些實施例中，揭示具有適合晶圓平整度值之SiC晶圓，其等包括在約200 mm至450 mm之一範圍內，或在約200 mm至300 mm之一範圍內之一直徑及在100 µm至1000 µm之一範圍內，或在100 µm至800 µm之一範圍內，或在200 µm至600 µm之一範圍內，或在100 µm至500 µm之一範圍內，或在200 µm至500 µm之一範圍內，或在300 µm至1000 µm之一範圍內，或在500 µm至2000 µm之一範圍內，或在500 µm至1500 µm之一範圍內之一厚度。因而，在某些實施例中，一SiC晶圓包括至少250；或至少350；或至少400；或至少500；或至少600；或至少1250；或在250至1250之一範圍內之一直徑對厚度比。在某些實例中，一200 mm直徑SiC晶圓針對250之一直徑對厚度比包括800 µm (0.8 mm)之一厚度；或針對400之一直徑對厚度比包括500 µm (0.5 mm)之一厚度；或針對571 (捨入)之一直徑對厚度比包括350 µm (0.35 mm)之一厚度。在其他實例中，一300 mm直徑SiC晶圓針對375之一直徑對厚度比包括800 µm (0.8 mm)之一厚度；或針對600之一直徑對厚度比包括500 µm (0.5 mm)之一厚度；或針對857 (捨入)之一直徑對厚度比包括350 µm (0.35 mm)之一厚度。在仍其他實例中，一450 mm直徑SiC晶圓針對563 (捨入)之一直徑對厚度比包括800 µm (0.8 mm)之一厚度；或針對900之一直徑對厚度比包括500 µm (0.5 mm)之一厚度；或針對1286 (捨入)之一直徑對厚度比包括350 µm (0.35 mm)之一厚度。
針對具有此等直徑及厚度尺寸之SiC晶圓，與較小及較厚晶圓相比，可難以維持機械剛度。以此方式，與形成大直徑SiC晶圓相關聯之應力及應變之變形效應被放大。如本文中描述，揭示SiC晶圓及相關方法，其等提供具有改良機械剛度及晶圓平整度特性之大直徑SiC晶圓。在本文中揭示之某些實施例中，具有至少約200mm之一直徑及在300 μm至1000 μm之一範圍內或在500 μm至2000 μm之一範圍內之一厚度之一SiC晶圓包括在-25 μm至25 µm，或-10 µm至10 µm，或-4 µm至4 µm之一範圍內之一彎曲。根據進一步實施例，具有至少約200mm之一直徑及至少500，或至少600，或至少900之一直徑對厚度比之一SiC晶圓包括在-25 μm至25 µm，或-10 µm至10 µm，或-4 µm至4 µm之一範圍內之一彎曲。在如本文中揭示之某些實施例中，具有此等尺寸(包含至少約200 mm之直徑及上文描述之厚度範圍及/或直徑對厚度比)之一SiC晶圓包括小於40 µm，或小於16 µm，或小於12 µm之一翹曲。在如本文中揭示之某些實施例中，具有此等尺寸之一SiC晶圓包括小於7 μm，或小於2.6 μm，或小於2.2 μm之一TTV。在如本文中揭示之某些實施例中，針對1 cm2之一部位面積，具有此等尺寸之一SiC晶圓包括小於4 μm，或小於1.3 μm，或小於1 μm之一LTV值或平均值。在如本文中揭示之某些實施例中，針對1 cm2之一部位面積，具有此等尺寸之一SiC晶圓包括小於1.5 μm，或小於0.6 μm，或小於0.43 μm之一SFQR最大值。藉由如上文描述之Tropel UltraSort自動晶圓平整度分析系統量測，提供上文描述之彎曲、翹曲、TTV、LTV及SFQR值。針對彎曲及翹曲量測，由一未夾持晶圓上之三個點定義焦平面，其中一第一點定位於與一主平面隔開180度之晶圓之一頂部處且其他兩個點設置於與第一個點隔開120度之單獨位置中。三個點之各者在晶圓之一半徑減去2 mm之一邊緣修整或排除區距離之97%之一位置中與晶圓邊緣間隔。藉由實例，針對一200 mm晶圓，半徑減去邊緣修整值將為98 mm。因此，三個點將定位於98 mm之97%或95.06 mm之一值處。
在本文中揭示之某些實施例中，藉由降低生長SiC晶體人造剛玉或晶錠中之結晶應力(諸如環向應力等)來改良較大直徑SiC晶圓之晶圓形狀及平整度特性。圖9係根據本文中揭示之實施例之一例示性SiC晶體人造剛玉156之一透視圖。如繪示，SiC晶體人造剛玉156包含一端面156’，沿著SiC晶體人造剛玉156之一周邊之一側表面156’’(其可形成一大體上圓柱形形狀)及一中心軸158。取決於應用，端面156’可對應於結晶c平面且中心軸158可對應於[0001]方向。在其他實施例中，端面156’可對應於相對於結晶c平面之一離軸平面或端面156’可對應於SiC之其他結晶平面。在晶體生長及隨後高溫步驟期間，應力可主要歸因於熱梯度而存在於晶體中，但其他因素(諸如差分摻雜及點缺陷濃度)亦可發揮作用。若此應力超過材料之一臨界解析剪切應力，則可啟動引入及移動差排之滑移及爬昇機制。此等機制之淨結果可在晶體之不同區中產生一不同原子平面密度。此可被稱為「缺失」或「額外」原子平面。在一SiC晶體之生長之一典型實例中，「缺失」原子平面可沿著SiC晶體人造剛玉156之周邊部分更為普遍，使得「缺失」原子平面定位成比中心軸158更靠近側表面156’’。生長後，含有「缺失」原子平面之SiC晶體人造剛玉156之區可形成低密度SiC區。在某些實例中，此等低密度SiC區可圍繞SiC晶體人造剛玉156之周邊形成環圈。以此方式，在從中心軸158朝向側表面156’’之一方向上形成一徑向應力梯度160，此繼而可促成相對於中心軸158旋轉分佈之一環向應力162或周向應力。在某些實例中，歸因於「缺失」原子平面之應力亦可被稱為「鏡應力」。在圖9中，一彎曲虛線疊加在SiC晶體人造剛玉156上以指示可從SiC晶體人造剛玉156分離之一SiC晶圓164之位置。環向應力162存在於SiC晶圓164中且因此可促成晶圓形狀變形，諸如SiC晶圓164之增加彎曲、翹曲、TTV、LTV及SFQR值之一或多者。針對大直徑晶體生長(諸如具有至少約200 mm之直徑之SiC晶圓之生長)，額外或缺失原子平面及對應環向應力162之增加形成可促成甚至更大晶圓形狀變形。
根據本文中揭示之實施例，可降低大直徑晶體生長中之環向應力162以形成具有適合於半導體製造之晶圓形狀及平整度特性之大直徑SiC晶圓。在某些實施例中，可藉由沿著SiC晶體人造剛玉156之一或多個周邊部分及中心部分更改一或多個晶體生長條件來降低環向應力162以及其他晶體應力。可藉由修改生長條件之開始(例如，圖1B之晶種104上之SiC之初始生長)及/或在晶體人造剛玉156之整個生長中提供更改生長條件及/或在晶體人造剛玉156之生長之後提供更改冷卻條件來提供更改晶體生長條件。在此方面，可在一生長溫度下生長一SiC結晶材料，同時在生長溫度下將結晶材料之一或多個部分之應力維持在低於SiC之一臨界解析剪切應力。
通常可藉由將含有Si及C之氣體物種供應至一晶種之表面且隨後將Si及C成分沈積至晶種表面上來實行SiC晶體之生長條件。達成此之方式很多，且提供本文中描述之實施例以更改SiC晶體生長之某些態樣以降低大直徑SiC人造剛玉及所得SiC晶圓中之生長相關晶體應力。可藉由透過加熱固體源材料產生SiC、SiC2 、Si2 C及Si氣體之一或多者來提供含有Si及C之氣體物種，該等固體源材料可包含多晶SiC、單晶SiC、Si及C之聚合物、Si及C粉末之一混合物(具有1:1 Si對C比或在1:1比之20%容限內)、SiC、Si及C粉末之一混合物(其中Si對C比係1:1或在1:1比之20%容限內)、非晶或結晶SiC之圓盤或團塊(例如，多晶或單晶)及SiC多孔網格之一或多者。在某些實施例中，單獨地或除上文描述之固體源材料之外，亦可使用氣體源來供應含有Si及C之氣體物種。此等氣體源可包含一或多個物種，諸如SiH4 、Si2 H6 、SiCl2 H2 、SiCl3 H SiCl4 、CH4 、C2 H6 及Si(CH3 )4 。在包含氣體源及固體源之一組合之實施例中，由於藉由氣體提供一些Si或C供應，所以固體源中之Si:C比可從1:1更改。
在某些實施例中，此等源可主要包含純SiC，但通常可添加雜質以達成晶體之週密摻雜、表面能之修改、點缺陷之週密產生及晶格尺寸之修改。此等雜質幾乎可包含週期表中之任何元素，通常係III族元素，諸如引起p型摻雜之B、引起n型摻雜之N、更大原子半徑原子(包含Ge及Sn、V)，且可包含一些鑭系元素以修改表面能且改變所得晶格參數大小或引入深層電缺陷。
在某些實施例中，源供應區可保持在高於晶種之一溫度下，使得從源供應區朝向坩堝之晶種區產生一溫度梯度。此溫度梯度有助於提供Si及C物種至晶種之傳輸。當固體源昇華且冷凝在晶種上時，氣體源亦可由從源區至晶種區之氣流驅動。在某些實施例中，氣體源可經驅動通過一高溫區以使氣體能夠裂解為與晶種表面相互作用之組成部分，或氣體物種可直接與晶種表面相互作用。在某些實施例中，使用一或多個高頻電場來輔助氣體裂解程序。
源區及晶種區兩者通常皆包含在一坩堝中，且源區可定位於晶種區上方、下方或鄰近。在某些實施例中，坩堝可由對含有Si及C之氣體相對穩定之一材料製成。在某些實施例中，坩堝可包含石墨、塗佈TaC及NbC之石墨及固體TaC及NbC等之一或多者。在某些實施例中，坩堝可經密封以防止氣體逸出或部分打開以容許一些氣體從坩堝流出。在某些實施例中，坩堝可為導電的以容許感應加熱，而在其他實施例中可使用輻射加熱，且在仍其他實施例中，可使用感應加熱及輻射加熱之組合。在某些實施例中，可控制此等坩堝中之溫度剖面，使得考量至系統之熱輸入且使用用於控制熱流之絕緣擋板。
由於通常可在高於晶種區之一溫度下提供源區，所以可在晶種區處引起一熱梯度。因而，晶種及隨後生長SiC晶體可並非等溫的，而代替地可含有熱梯度。為防止在SiC晶體之生長期間產生高應力，可控制晶體生長條件以減少在生長程序期間或在生長後冷卻至室溫期間超過SiC之臨界解析剪切應力之晶體面積。藉由實例，可在一生長溫度下生長一SiC結晶材料，同時在生長溫度下將結晶材料之一或多個部分之應力維持在低於SiC之一臨界解析剪切應力。在某些實施例中，針對形成一大直徑SiC晶圓(例如，約200 mm之直徑)之結晶材料之至少20%，可將應力維持在低於臨界解析剪切應力。在進一步實施例中，針對形成一SiC晶圓之結晶材料之至少40%，或至少60%，或至少80%，或甚至100%，可將應力維持在低於臨界解析剪切應力。在此方面，可在生長期間控制應力以提供具有適合晶圓平整度特性之一大直徑SiC晶圓，包括如先前描述之彎曲、翹曲、TTV、LTV及SFQR值之一或多者。在SiC晶體之生長及冷卻中提供低熱應力之機制很多，且可藉由所概述技術之一或多者達成一足夠低應力。
在某些實施例中，晶體上方及下方之絕緣物或絕緣擋板之使用可經組態以減小軸向熱梯度。在某些實施例中，可圍繞晶種區之側提供絕緣材料或擋板以減小軸向梯度。在某些實施例中，使用直接感應加熱、來自坩堝或系統之一較熱區之照明或從生長系統之一較熱區透過一高導熱材料之熱傳導之一或多者對坩堝之各種區之選擇性加熱可經組態以減少軸向梯度。在某些實施例中，亦可藉由提供一或多個高導熱路徑以將熱量汲取至生長系統之一或多個較冷區以移除一些熱來更改熱剖面。在某些實施例中，包含晶種及源材料之坩堝可配置於絕熱材料內且導熱材料之一頂桿可經配置以提供用於熱消散之一路徑，使得晶種區可保持在低於源區之一溫度下。在某些實施例中，可提供位於晶種區下方之固體擋板或管以容許氣體通量之定向控制，其等亦可充當熱能之一傳遞機制。
在某些實施例中，可調整用於加熱坩堝及/或坩堝蓋之加熱元件以在生長開始、整個生長及冷卻SiC晶體人造剛玉156之一或多者期間更改中心軸158與側表面156’’之間的徑向熱梯度。為改良環向應力162，特定徑向熱梯度在晶體生長生長裝置之間可為唯一的。取決於一特定生長裝置之晶體生長程序條件以及所得晶體之應力分佈，更改徑向熱梯度可包括增加或減小中心軸158與側表面156’’之間的熱梯度。因而，可針對一特定生長程序及裝置定製徑向生長分佈以便提供額外原子平面及對應BPD之減少或更均勻形成以減輕環向應力162。在某些實施例中，與中心軸158相比，針對所得SiC晶體人造剛玉156之側表面156’’，可藉由在晶種(圖1B之104)與坩堝蓋(圖1B之110)或其他晶種保持器之間提供一分級熱接觸來更改熱梯度。在某些實施例中，可更改生長條件以沿著SiC晶體人造剛玉156之周邊部分有意地提供晶體缺陷，該等晶體缺陷可更改晶體之一彈性模數分佈以抵消可形成之額外原子平面，藉此減輕環向應力162。在其他實施例中，可更改生長條件以沿著SiC晶體人造剛玉156之中心部分有意地提供晶體缺陷以抵消或減輕環向應力162。此等晶體缺陷可包含缺陷叢集、晶體及/或六邊形空隙、堆疊缺陷、不同多型體、微管及額外差排(例如，貫穿、邊緣、螺旋及/或底面差排)等。在某些實施例中，晶種(圖1B之104)可經組態以沿著周邊或中心部分具有增加缺陷以促進在所得SiC晶體人造剛玉156之對應區域(周邊或中心)中形成增加缺陷。在某些實施例中，可在晶種(圖1B之104)與坩堝蓋(圖1B之110)之間有意地形成一機械應力以有意地更改晶種(圖1B之104)之一平整度。因而，可基於晶種平整度之相對變化來調整沿著SiC晶體人造剛玉156之周邊或中心部分之生長條件。
取決於所選晶體生長設備之相對組態，可提供上文描述之更改晶體生長條件之個別者及各種組合以降低應力及/或提供具有擁有用於半導體製造之適合平整度特性之改良晶圓形狀之大直徑SiC晶圓。在此方面，更改晶體生長條件可包括周邊晶體生長條件，該等周邊晶體生長條件與中心晶體生長條件不同地組態以促進跨大直徑人造剛玉之結晶應力之降低。此等更改晶體生長條件可適用於摻雜結晶SiC(例如，N摻雜導電SiC)及無意摻雜或未摻雜結晶SiC(例如，半絕緣SiC或高電阻率SiC)兩者。
針對摻雜結晶SiC，n型摻雜劑(諸如氮)之存在可引入額外晶體缺陷，此等晶體缺陷可進一步促成晶體應力且降低晶圓平整度，特別係在大直徑SiC晶圓中。針對高導電率SiC晶圓，SiC晶圓內之氮摻雜濃度通常在1×1018 cm-3 至4×1021 cm-3 之一範圍內且歸因於SiC晶體之分面生長特性而具有一可變徑向摻雜分佈。圖10A至圖18繪示具有可變摻雜分佈之塊狀SiC結晶材料之各種視圖。圖10A係一晶種104上之一SiC結晶材料166之一側橫截面示意圖，其展示從晶種104沿著SiC結晶材料166之一中心部分向上延伸穿過其之一整個厚度之一圓柱形較高摻雜區168。在某些實施例中，較高摻雜區168由沿著SiC結晶材料166之一周邊配置之一較低摻雜區170橫向地定界。在某些實施例中，較低摻雜區170可為有意摻雜、無意摻雜或未摻雜的。儘管圖10A將較高摻雜區168之大小(例如，寬度或直徑)展示為在SiC結晶材料166之整個厚度上實質上恆定，然較高摻雜區168之大小可隨著SiC結晶材料166內之垂直位置而變化(例如，通常在愈靠近晶種104時寬度或直徑愈大，且隨著與晶種104之距離增加而減小)。另外，較高摻雜區168內之一摻雜量值可隨著SiC結晶材料166中之垂直位置而變化。SiC結晶材料166之一薄橫截面部分172-1以虛線指示。圖10B係從圖10A之SiC結晶材料166沿著橫截面部分172-1獲得之一SiC晶圓174-1之一俯視示意圖。如繪示，較高摻雜區168形成一圓形形狀，該圓形形狀與SiC晶圓174-1之一中心區配準且由SiC晶圓174-1之環形較低摻雜區170橫向地定界。
圖11係晶種104上之SiC結晶材料166之一側橫截面示意圖，其具有從晶種104沿著SiC結晶材料166之一中心部分向上延伸穿過其之整個厚度之一平頭截錐狀較高摻雜區168。在某些實施例中，若將一鄰近(例如，以不平行於c平面之一角度切入)晶種104用於SiC結晶材料166之生長，則較高摻雜區168之橫向位置及形狀可相對於圖11中展示之組態而不同。例如，針對鄰近晶體生長，較高摻雜區168針對一給定橫截面之形狀可為橢圓形而非圓形，及/或可相對於SiC結晶材料166之一中心橫向偏移。圖12係晶種104上之SiC結晶材料166之一側橫截面示意圖，其展示在相對於晶種104之一中心之一非中心位置處從晶種104向上延伸穿過SiC結晶材料166之整個厚度之較高摻雜區168。在圖12中，晶種104可包括一鄰近(例如，切入)晶種且較高摻雜區168可形成從上方觀察時從中心偏移之一大體上橢圓形形狀。在某些實施例中，較高摻雜區168可形成從中心偏移之其他形狀。
圖13A係針對其中較高摻雜區168最初可不形成在晶種104之中心之實施例之晶種104上之SiC結晶材料166之一側橫截面示意圖。因而，一第一較低摻雜區170-1最初可形成在由較高摻雜區168橫向地定界之SiC結晶材料166之中心。在一生長週期之後，較高摻雜區168可沿著中心連續形成，使得較高摻雜區168由一第二較低摻雜區170-2橫向地定界。以此方式，以虛線指示之SiC結晶材料166之薄橫截面部分172-1可定義如圖10B中繪示之SiC晶圓174-1，而SiC結晶材料166之一較低薄橫截面部分172-2可定義圖13B中繪示之一SiC晶圓174-2。圖13B係從圖13A之SiC結晶材料166沿著橫截面部分172-2獲得之SiC晶圓174-2之一俯視示意圖。如繪示，較高摻雜區168形成橫向地定界較低摻雜區170-1之一圓形形狀。
圖14係針對其中較高摻雜區168最初可不沿著晶種104之一或多個位置形成之實施例之晶種104上之SiC結晶材料166之一側橫截面示意圖。因而，最初可形成與SiC結晶材料166之一或多個各種位置配準之一或多個第一較低摻雜區170-1。在某些實施例中，一或多個第一較低摻雜區170-1由較高摻雜區168橫向地定界。在一生長週期之後，較高摻雜區168可沿著中心連續形成，使得較高摻雜區168由第二較低摻雜區170-2橫向地定界。
圖15至圖17係針對其中較高摻雜區168可形成穿過SiC結晶材料166之一厚度之一非對稱形狀之實施例之晶種104上之SiC結晶材料166之側橫截面示意圖。如圖15中繪示，生長條件最初可形成較高摻雜區168，其具有跨晶種104之一較寬區域，其後接著一較窄區域，且朝向SiC結晶材料166之一端部返回至一較寬區域。在圖16中，生長條件最初可在晶種104附近形成較低摻雜區170，其後接著沿著SiC結晶材料166之一厚度形成具有在徑向區域中擴展之一非對稱形狀之較高摻雜區168。在圖17中，生長條件最初可沿著晶種104之一大部分形成較高摻雜區168，其後接著沿著SiC結晶材料166之一厚度形成在徑向區域中擴展之一非對稱形狀之較高摻雜區168。
圖18係針對其中沿著SiC結晶材料166之一大部分均勻地提供較高摻雜區168之實施例之晶種104上之SiC結晶材料166之一側橫截面示意圖。在某些實施例中，生長條件可跨SiC結晶材料166之大部分或跨整個SiC結晶材料166形成較高摻雜區168。
如由圖10A至圖18之較高摻雜區168之可變形狀所證明，較高摻雜區168及較低摻雜區170、170-1、170-2之橫向尺寸可取決於SiC結晶材料166內之垂直及橫向位置而變化。以此方式，與摻雜有關之晶體應力可跨由相同塊狀SiC結晶材料形成之n型SiC晶圓變化，藉此促成晶圓形狀之非所要偏差，尤其係針對具有大於至少約200 mm之n型SiC晶圓而言。在某些實施例中，可在晶體生長期間添加一共摻雜劑或一應變補償組分之一或多個組合以抵消與由n型摻雜劑之升高濃度引入之晶體缺陷有關之應力及/或應變。共摻雜劑及/或應變補償組分可包含硼、鋁、鍺、鈹、鎵、錫、砷、磷、鈦、釩及其等之組合之至少一者。在某些實施例中，歸因於SiC晶體之分面生長特性，共摻雜劑及應變補償組分可經合併具有可變徑向分佈，該可變徑向分佈類似於n型摻雜劑之較高摻雜區168及較低摻雜區170之可變徑向分佈。因而，揭示具有適合於半導體製造之改良晶圓形狀之大直徑n型SiC晶圓(例如，至少約200 mm)之平整度特性。
在某些實施例中，可在個別SiC晶圓已從對應SiC晶體人造剛玉分離之後改良大直徑SiC晶圓之晶圓形狀。在此方面，歸因於與晶體生長條件及/或後續晶圓分離程序相關聯之應力相關變形，一獨立大直徑SiC晶圓(例如，至少約200 mm)可具有翹曲、彎曲、TTV、LTV及SFQR之一或多者之非所要平整度值。因而，揭示用於減輕晶體應力且改良獨立SiC晶圓之晶圓形狀之各種方法，包含在機械負載或應力下對SiC晶圓進行退火，選擇性地植入SiC晶圓之表面及選擇性地將膜沈積在SiC晶圓之表面上。
圖19A至圖19C係處於用於在機械應力下對一SiC晶圓176進行退火之一製造程序之各種狀態之SiC晶圓176之橫截面示意圖。在圖19A中，SiC晶圓176在從一晶體人造剛玉(未展示)分離之後係獨立的且展現一變形晶圓形狀。為闡釋性目的，SiC晶圓176經繪示具有一波狀彎曲形狀；然而，可存在提供非所要平整度值之任何數目個晶圓形狀。如先前描述，可藉由與各種晶體生長條件及後續晶圓分離程序之一或多者相關聯之應力相關變形形成變形晶圓形狀。在圖19B中，將一機械負載178或應力施加至SiC晶圓176以便更改圖19A中繪示之變形晶圓形狀。機械負載178可包括施加至SiC晶圓176之一或多個部分之一重量或其他力，該重量或其他力足以至少臨時地固持具有一較平坦晶圓形狀之SiC晶圓176。在此方面，機械負載178可將與來自晶體生長條件及/或晶圓分離程序之晶體應力相反之應力提供至SiC晶圓176。當在機械負載178下時，SiC晶圓176可接著經受一退火程序，其中加熱且隨後冷卻SiC晶圓176，使得SiC晶圓176在退火之後維持一較平坦晶圓形狀，如圖19C中繪示。在某些實施例中，可在處於或高於1000℃或在1000℃至2000℃之一範圍內之溫度下執行退火。在其他實施例中，SiC晶圓176可在不經受一機械負載178之情況下進行退火以改良晶圓形狀特性。如本文中揭示，SiC晶圓176可形成如圖19A中繪示之一第一晶圓形狀，且在機械負載178下對SiC晶圓176進行退火可形成如圖19C中繪示之一第二晶圓形狀。在某些實施例中，第二晶圓形狀可包括翹曲、彎曲、TTV、LTV及SFQR之一或多者之改良平整度值。以此方式，可藉由在機械負載178下對SiC晶圓176進行退火來更改SiC晶圓176之一應力分佈及對應缺陷分佈。例如，可形成差排或將差排移動至SiC晶圓176之某些位置以抵消SiC晶圓176之其他位置中之現有結構缺陷，或可將差排添加或移動至與現有結構缺陷相同之位置。在某些實施例中，可以一均勻方式跨SiC晶圓176之某些部分或以一均勻方式跨整個SiC晶圓176施加機械負載178。在其他實施例中，取決於晶圓形狀變形之類型，可以一非均勻方式跨SiC晶圓176施加機械負載178。例如，可將機械負載178施加至SiC晶圓176之一或多個局部部分，諸如SiC晶圓176之中心，或沿著SiC晶圓176之周邊部分，或兩者。在各種下游半導體製造程序(諸如磊晶生長及其他器件製造步驟)中，SiC晶圓176可藉由連續平坦表面或使用邊緣支撐組態支撐。取決於特定下游應用，SiC晶圓176可相應地在機械負載178之施加期間藉由一連續平坦表面或藉由一邊緣支撐組態(例如，三點支撐、環形支撐及類似物)支撐。以此方式，SiC晶圓176可具備針對一特定下游應用定製之一晶圓形狀。在其他實施例中，SiC晶圓176可在不經受機械負載178之情況下進行退火以更改一應力分佈及對應缺陷分佈以提供改良晶圓形狀特性。
圖19D及圖19E係SiC晶圓之俯視圖影像，其等繪示根據本文中揭示之實施例之SiC晶圓之差排分佈圖。圖19D係在根據圖19A至圖19C之機械應力下退火之後的一SiC晶圓180之一俯視圖影像。藉由實例，在約1500℃之退火期間，將機械負載(圖19B之178)作為一圓盤形力沿著SiC晶圓180之一中心施加至SiC晶圓180。在影像中，較暗區對應於具有較高差排之SiC晶圓180之區域而較亮區對應於具有較低差排之區域。如繪示，與SiC晶圓180之中心區相比，具有增加差排之較暗區傾向於配置成更靠近SiC晶圓180之周界邊緣。如先前描述，差排密度之此變化可導致減小大直徑晶圓之平整度特性之一應力分佈。在使用施加至SiC晶圓180之中心之一圓盤形機械負載進行退火之後，一對應差排增加可被視為沿著影像之x及y軸之約-30 mm與30 mm之間之值的一較暗圓形區。為參考目的，圖19E係尚未在機械應力下經受退火之一SiC晶圓182之一俯視圖影像。為了比較，SiC晶圓182係由與圖19D之SiC晶圓180相同之晶體人造剛玉之一附近切片形成之一晶圓。以此方式，SiC晶圓182表示與退火之前的SiC晶圓180相同或類似之一差排分佈。如繪示，SiC晶圓182之中心部分包含通常低於周界部分之一差排分佈。在此方面，在機械負載下對SiC晶圓進行退火可提供更改差排或其他結構缺陷分佈，其等可經定製以抵消或平衡SiC晶圓中之應力，藉此改良平整度。儘管在圖19D中示範一圓盤形機械負載，然可以SiC晶圓之不同形狀且在不同位置中提供機械負載以輔助可存在之各種應力相關形狀變形。為了識別差排，SiC晶圓180、182經受一表面蝕刻程序(例如，氫氧化鉀(KOH))以便顯露與差排位置對應之蝕刻斑。另外，圖19D及圖19E之SiC晶圓180、182經選擇具有150 mm直徑；然而，機械負載下退火可應用於任何直徑之晶圓，包含小於150 mm及在約200 mm至450 mm之一範圍內之直徑。
圖20A至圖20C係處於用於選擇性地植入一SiC晶圓184之一製造程序之各種狀態之SiC晶圓184之橫截面示意圖。在圖20A中，SiC晶圓184在從一晶體人造剛玉(未展示)分離之後係獨立的且展現一變形晶圓形狀。為闡釋性目的，SiC晶圓184經繪示具有一彎曲或凸起形狀；然而，可存在提供非所要平整度值之任何數目個晶圓形狀。如先前描述，可藉由與各種晶體生長條件及後續晶圓分離程序之一或多者相關聯之應力相關變形形成變形晶圓形狀。在圖20B中，將選擇性離子植入應用於SiC晶圓184之前側及後側表面之周界部分(例如，186-1、186-3)及中心部分(例如，186-2、186-4)之一或多者以抵消某些應力相關變形。離子植入係用於選擇性地摻雜SiC晶圓184之一晶格之部分之一靈活且方便之方法。在一離子植入程序中，摻雜劑離子加速至通常以keV或MeV表達之一高能量且經引導朝向SiC晶圓184之一前側(或碳面)。在其他實施例中，離子植入可應用於SiC晶圓184之一背側(或矽面)。植入物穿透SiC晶圓184之表面且停留在SiC晶圓184之晶體結構或晶格內之某處。所植入之離子數目(稱為劑量)通常依據每平方公分之離子來表達。離子植入可藉由SiC晶圓184內之晶體結構之局部擴展、收縮、加熱及/或位移之一或多者來更改應力及應變。因而，可將離子選擇性地植入至SiC晶圓184之某些區域中以抵消應力相關變形。因此，所植入離子可將一機械負載提供至SiC晶圓184之一或多個區域。可藉由遮蔽SiC晶圓184之其他部分來執行選擇性離子植入以防止離子穿透經遮蔽部分。在某些實施例中，可執行多個摻雜程序以產生SiC晶圓184之堆疊摻雜區域。在離子植入中，摻雜劑原子可包含(但不限於)氮、磷、鋁、鍺及/或硼。離子植入可包含植入電活性材料或非活性材料，諸如氦、氖、氬、氪及/或氡。在某些實施例中，在不會形成後續半導體器件之SiC晶圓184之周界部分186-1、186-3中執行選擇性離子植入，諸如距SiC晶圓184之一周邊邊緣不超過約5 mm。如圖20C中繪示，可提供對部分186-1至186-4之任一者之選擇性離子植入之一或多個組合以抵消圖20A中展示之SiC晶圓184之應力相關變形，藉此改良晶圓平整度。在共同受讓之美國專利申請案第16/269,837號中陳述藉由離子植入來改良晶圓形狀之例示性(但非限制性)技術及結構，該案以引用的方式併入本文中。在其他實施例中，可將表面下損傷施加至SiC晶圓184之部分186-1至186-4之任一者以抵消應力相關變形。可藉由使用金剛石顆粒、SiC顆粒或粉末之一或多個組合將一機械力施加至SiC晶圓184來形成表面下損傷。在某些實施例中，可在已拋光SiC晶圓184之一或多個表面之後施加表面下損傷。在某些實施例中，可在選擇性離子植入之後如上文描述般對SiC晶圓184進行退火以維持改良晶圓形狀特性。
圖21A至圖21C係處於用於選擇性地將膜沈積於一SiC晶圓188上之一製造程序之各種狀態之SiC晶圓188之橫截面示意圖。在圖21A中，SiC晶圓188在從一晶體人造剛玉(未展示)分離之後係獨立的且展現一變形晶圓形狀。為闡釋性目的，SiC晶圓188經繪示具有一彎曲或凸起形狀；然而，可存在提供非所要平整度值之任何數目個晶圓形狀。如先前描述，可藉由與各種晶體生長條件及後續晶圓分離程序之一或多者相關聯之應力相關變形形成變形晶圓形狀。在圖21B中，沿著SiC晶圓188之一表面之周界部分選擇性地沈積一膜190以抵消某些應力相關變形。膜190之材料及/或厚度可經選擇以提供與SiC晶圓188不匹配之一熱膨脹係數(CTE)，該熱膨脹係數經組態以提供抵消SiC晶圓188之其他應力及應變之應力。以此方式，膜190可將一機械負載提供至SiC晶圓188之一或多個區域。在某些實施例中，膜190可包含SiC、SiN或各種其他氧化物之一或多者。在某些實施例中，在不會形成後續半導體器件之SiC晶圓188之區域中執行膜190之選擇性沈積，諸如距SiC晶圓188之一周邊邊緣不超過約5 mm。如圖21C中繪示，可提供膜190之選擇性沈積以抵消圖21A中展示之SiC晶圓188之應力相關變形，藉此改良晶圓平整度。在某些實施例中，可在膜190之沈積之後如上文描述般對SiC晶圓188進行退火以維持改良晶圓形狀特性。在此方面，膜190可保持在晶圓188上或其可經移除且晶圓可維持改良晶圓形狀特性。
圖22A係根據本文中揭示之實施例之呈用於撓曲特性化之一邊緣支撐組態之一SiC晶圓之一側橫截面示意圖。如先前描述，可在各種器件製造步驟期間將SiC晶圓配置成邊緣支撐組態。針對具有一定厚度之大面積SiC晶圓，撓曲值可包含來自呈邊緣支撐組態之晶圓之晶體應力、晶體應變及重力之一或多者之貢獻。在圖22A中，具有一直徑Ø及一厚度T之一SiC晶圓192經配置於邊緣支撐件194上。在某些實施例中，邊緣支撐件194包括用於SiC晶圓192之一三點支撐件。在其他實施例中，邊緣支撐件194可包括一連續環或一系列不連續環形段。在此等配置中，SiC晶圓192可從至少三個接觸點接觸連續環或該系列不連續環形段。如繪示，邊緣支撐件194與SiC晶圓192之一周邊邊緣間隔一距離X，且邊緣支撐件194在與SiC晶圓192之直徑Ø相同之一方向上形成一厚度Y1 。針對具有某一直徑Ø及厚度T之一SiC晶圓192，晶體應力、晶體應變及重力之一或多者之影響可導致變形以形成具有一不同形狀及一邊緣支撐偏差Z1 之一SiC晶圓192’。可跨SiC晶圓192’之頂表面獲得Z1 值。SiC晶圓192’可藉由一單一接觸點196接觸邊緣支撐件194之各者。因而，邊緣支撐件194之各者之單一接觸點196可包括作為距離X及厚度Y1 之一總和之一距離。在某些實施例中，距離X可為直徑Ø之約30%，但可使用其他距離，只要距離X在量測群組之間係共同的以用於比較目的即可。
如從SiC晶圓192’之頂表面至未變形SiC晶圓192之頂表面量測之跨SiC晶圓192’之邊緣支撐偏差值Z1 可藉由各種技術量測，包含使用一光學平面、一落下高度儀(drop gauge)及類似物之干涉術。未變形SiC晶圓192之頂表面可由如先前描述之一三點焦平面提供。在跨SiC晶圓192’判定邊緣支撐偏差值Z1 之後，可將邊緣支撐撓曲值定義為最大及最小邊緣支撐偏差值Z1 之間的差值。
圖22B係繪示根據本文中揭示之實施例之用於判定撓曲值之如針對一SiC晶圓量測之邊緣支撐偏差值之一等值線圖。為量測目的，SiC晶圓經選擇具有200 mm之一直徑及500 μm之一厚度。SiC晶圓在一Tropel UltraSort自動晶圓平整度分析系統中配置成一邊緣支撐組態，其中距離X及厚度Y1 (圖22A)之一總和被設定為距晶圓邊緣2 mm之一值。在圖22B中，繪示各種等高線以展示所量測偏差值如何跨SiC晶圓不同。另外，在跨晶圓之不同點處指示特定偏差值以展示偏差值如何在等高線內及跨等高線變化。如繪示，在SiC晶圓之一中心附近指示-50.850 μm之一最小偏差值(Min)且在SiC晶圓之一周界附近指示59.677 μm之一最大偏差值(Max)。因而，圖22B之SiC晶圓之一最大邊緣支撐撓曲值可被定義為最大絕對值與最小絕對值之間的差值或110.527 μm。在某些實施例中，如本文中揭示之具有至少約200 mm之一直徑及在475 μm至525 μm之一範圍內之一厚度之SiC晶圓示範小於或等於150 μm，或小於或等於120 µm，或小於或等於110 µm，或在110 µm至150 µm之一範圍內之最大邊緣支撐撓曲值。在某些實施例中，具有此等撓曲值之SiC晶圓可包括在約200 mm至300 mm之一範圍內之一直徑。
圖22C係繪示根據本文中揭示之實施例之用於判定撓曲值之如針對另一SiC晶圓量測之邊緣支撐偏差值之一等值線圖。為量測目的，SiC晶圓經選擇具有200 mm之一直徑及489 μm之一厚度。SiC晶圓在一Tropel UltraSort自動晶圓平整度分析系統中配置成一邊緣支撐組態，其中距離X及厚度Y1 (圖22A)之一總和被設定為距晶圓邊緣3 mm之一值。在圖22C中，繪示各種等高線以展示從一三點焦平面量測之偏差值如何跨SiC晶圓不同。另外，在跨晶圓之不同點處指示特定偏差值以展示偏差值如何在等高線內及跨等高線變化。如繪示，在SiC晶圓之一中心附近指示-31.591 μm之一最小偏差值(Min)且在SiC晶圓之一周界附近指示6.473 μm之一最大偏差值(Max)。因而，圖22C之SiC晶圓之一最大邊緣支撐撓曲值可被定義為最大絕對值與最小絕對值之間的差值或38.064 μm。最大邊緣支撐撓曲值亦可被稱為SiC晶圓之一環形翹曲。如先前描述，晶圓彎曲可被定義為在一未夾持晶圓之中心處量測之晶圓之表面與焦平面之間的一距離。在圖22C之邊緣支撐組態中，晶圓之中心點在焦平面下方具有-29.956 μm之一值。在此方面，圖22C之晶圓包括-29.956 μm之一邊緣支撐彎曲或環形彎曲。
圖22D係繪示根據本文中揭示之實施例之用於判定撓曲值之如針對又另一SiC晶圓量測之邊緣支撐偏差值之一等值線圖。為量測目的，SiC晶圓經選擇具有200 mm之一直徑及495 μm之一厚度。SiC晶圓在一Tropel UltraSort自動晶圓平整度分析系統中配置成一邊緣支撐組態，其中距離X及厚度Y1 (圖22A)之一總和被設定為距晶圓邊緣3 mm之一值。在圖22D中，繪示各種等高線以展示從一三點焦平面量測之偏差值如何跨SiC晶圓不同。另外，在跨晶圓之不同點處指示特定偏差值以展示偏差值如何在等高線內及跨等高線變化。如繪示，在SiC晶圓之一中心附近指示-14.503 μm之一最小偏差值(Min)且在SiC晶圓之一周界附近指示3.572 μm之一最大偏差值(Max)。因而，圖22D之SiC晶圓之一最大邊緣支撐撓曲值或環形翹曲經量測為18.075 μm。圖22D之SiC晶圓之中心點經量測為在焦平面下方具有-14.469 μm之一值。在此方面，圖22C之晶圓包括-14.469 μm之一邊緣支撐彎曲或環形彎曲。
如圖22C及圖22D中描述，提供及特性化具有至少約200 mm之直徑及在475 μm至525 μm之一範圍內之厚度之額外SiC晶圓。最大邊緣支撐撓曲值或環形翹曲經量測具有小於或等於50 μm，或小於或等於10 μm，或在5 μm至150 μm之一範圍內，或在5 μm至100 μm之一範圍內 ，或在5 μm至50 μm之 一範圍內，或在15 μm至40 μm之一範圍內，或在5 μm至20 μm之一範圍內之值。邊緣支撐彎曲或環形彎曲經量測具有在-5 µm至-50 µm之一範圍內，或在-5 µm至-20 µm之一範圍內，或在-5 µm至-10 µm之一範圍內之值。亦以非邊緣支撐組態收集標準彎曲及翹曲量測。在此方面，在-20 µm至25 µm之一範圍內或在-5 µm至5 µm之一範圍內提供非邊緣支撐彎曲量測，且在2 µm至31 µm之一範圍內或在2 µm至15 µm之一範圍內提供非邊緣支撐翹曲量測。
在如圖22E中繪示之一替代組態中，SiC晶圓192配置於與由一半徑R界定之SiC晶圓192之一中心點配準之一中心支撐件198上。以此方式，SiC晶圓之變形192’可沿著周界邊緣發生，使得可量測跨SiC晶圓192’之中心支撐偏差值Z2 。針對一中心支撐配置，SiC晶圓192’可沿著以中心支撐件198之一厚度Y2間隔之至少兩個接觸點196變形且接觸中心支撐件198。以此方式，中心支撐撓曲值可被定義為最大及最小絕對中心支撐偏差值Z2 之間的差值。
另外，上文描述之實施例之任一者可適用於提供具有有意或強加晶圓形狀之SiC晶圓，該等晶圓形狀經組態以減少與歸因於重力或晶體應力而導致之此等晶圓之變形、彎曲或下垂相關聯之製造問題。以此方式，當在隨後製造程序期間將此等SiC晶圓配置成邊緣支撐組態時，可減少與SiC晶圓(且尤其係大面積SiC晶圓)之變形、彎曲或下垂相關聯之效應。如本文中使用，一晶圓之「正彎曲」通常係指從晶圓之一器件面向外彎折、彎曲或翹曲之一形狀，例如，從器件面凸起之一形狀。亦如本文中使用，一「鬆弛正彎曲」係指所建立之一晶圓之一正彎曲，而歸因於重力之晶圓之任何彎曲被忽略。一SiC晶圓通常形成與一碳面相對之一矽面，在其間形成一晶圓厚度。在許多半導體應用中，通常在SiC晶圓之矽面上形成器件。當矽面及碳面之一或多者形成與一參考平面之表面偏差時，發生晶圓彎曲、翹曲及類似物。因而，一SiC晶圓之正彎曲或鬆弛正彎曲通常係指從SiC晶圓之矽面向外彎折、彎曲或翹曲之一形狀，例如，從矽面凸起之一形狀。在某些實施例中，碳面之一形狀可對應於SiC晶圓之矽面之一正彎曲或鬆弛正彎曲。在其他實施例中，僅矽面可形成一正彎曲或一鬆弛正彎曲。在某些實施例中，一SiC晶圓包括具有在大於0 μm至50 μm，或0 μm至40 μm，或0 μm至15 µm，或30 µm至50 µm，或8 µm至16 µm之一範圍內之一鬆弛正彎曲。在共同受讓之美國專利申請案第16/415,721號中陳述提供及特性化具有鬆弛正彎曲之SiC晶圓之例示性(但非限制性)技術及結構，該案以引用的方式併入本文中。
在某些實施例中，可藉由可變地調整用於從對應SiC晶體人造剛玉分離此等SiC晶圓之條件來改良大直徑SiC晶圓之晶圓形狀特性。如先前描述，結晶材料內之各種結構缺陷分佈、摻雜分佈及結晶應力分佈可導致從此等結晶材料分離之晶圓之非所要形狀特性。在此方面，可在從一結晶材料分離各後續晶圓時可變地調整晶圓分離條件以補償各種結構缺陷及結晶應力。在某些實施例中，一初始晶圓可從一結晶材料分離且特性化以判定一或多個晶圓形狀特性、結晶缺陷分佈、摻雜分佈及結晶應力分佈，其等可在隨後用於可變地調整由相同結晶材料形成之後續晶圓之分離條件。在某些實施例中，可針對一結晶材料特性化一或多個結晶缺陷分佈、摻雜分佈、結晶應力分佈及結晶材料形狀，其等可用於預測從結晶材料分離之獨立晶圓之晶圓形狀特性且可變地調整由結晶材料形成之實際晶圓之分離條件。在某些實施例中，可基於結晶材料之一頂表面之一形狀可變地調整晶圓分離條件。因此，可提供一回饋迴路，其基於SiC結晶材料及/或已從SiC結晶材料分離之一初始SiC晶圓之一或多個先前判定特性來調整或補償SiC晶圓從一SiC結晶材料之分離條件。在此方面，基於一可變晶圓分離程序，一獨立大直徑SiC晶圓(例如，至少約200 mm)可具有翹曲、彎曲、TTV、LTV及SFQR之一或多者之非所要平整度值。
圖23A係一SiC晶體人造剛玉200之一側橫截面示意圖，其中疊加虛線指示可從SiC晶體人造剛玉200分離之一初始SiC晶圓202-1之位置。圖23B係從SiC晶體人造剛玉200分離之後的初始SiC晶圓202-1之一側橫截面示意圖。如繪示，初始SiC晶圓202-1在分離之後可具有非所要晶圓形狀特性。如先前描述，此等晶圓形狀特性可至少部分由SiC晶體人造剛玉200內之可變缺陷分佈、摻雜分佈或可變結晶應力之一或多者引起。因而，可針對包含晶圓形狀特性、結構缺陷、摻雜分佈及結晶應力之一或多個性質特性化初始SiC晶圓202-1且此資訊可用於調整從初始SiC晶體人造剛玉202-1分離之後續晶圓之分離條件。以此方式，可跨晶體人造剛玉200定製或變化從晶體人造剛玉200分離後續SiC晶圓之步驟以進行補償。在其他實施例中，包含SiC晶體人造剛玉200之結構缺陷、摻雜分佈及結晶應力之一或多個性質可經特性化以預測晶圓形狀特性且判定如何調整將從SiC晶體人造剛玉200分離之SiC晶圓之分離條件。
圖23C係SiC晶體人造剛玉200之一側橫截面示意圖，其中疊加虛線指示可藉由一可變分離技術從SiC晶體人造剛玉200分離之一後續SiC晶圓202-2之一位置。如繪示，圖23A中之疊加虛線係非線性的，從而指示基於SiC晶體人造剛玉200內之可變缺陷分佈、摻雜分佈或可變結晶應力之一或多者可變地調整跨SiC晶體人造剛玉200之一切割深度。藉由實例，圖23C中之疊加虛線之形狀被繪示為與圖23B之初始SiC晶圓202-1之形狀垂直相反。
圖23D係從SiC晶體人造剛玉200分離之後的後續SiC晶圓202-2之一側橫截面示意圖。藉由以此一方式可變地切割後續SiC晶圓202-2，與圖23B之初始SiC晶圓202-1相比，可以一鬆弛狀態從具有改良晶圓形狀特性之SiC晶體人造剛玉200分離後續SiC晶圓202-2。在某些實施例中，可基於先前從SiC晶體人造剛玉200分離之初始SiC晶圓202-1之晶圓形狀特性可變地調整後續SiC晶圓202-2之切割深度。在其他實施例中，另外或取代初始SiC晶圓202-1之晶圓形狀特性，在分離後續SiC晶圓202-2之前可基於SiC晶體人造剛玉200之一頂表面200’之一形狀(例如，一凸性)可變地調整後續SiC晶圓202-2之切割深度。在仍其他實施例中，可基於初始SiC晶圓202-1或SiC晶體人造剛玉200之一或多者之缺陷分佈、摻雜分佈或應力分佈可變地調整後續SiC晶圓202-2之切割深度。可變切割深度可包括藉由在SiC晶體人造剛玉200內及跨SiC晶體人造剛玉200提供聚焦雷射發射，其後接著施加一力以沿著聚焦雷射發射區分離後續SiC晶圓202-2而進行雷射輔助分離。在其他實施例中，可藉由一機械鋸切程序提供可變切割深度。
經考慮，前述態樣之任一者及/或如本文中描述之各種單獨態樣及特徵可經組合以獲得額外優點。如本文中揭示之各種實施例之任一者可與一或多個其他所揭示實施例組合，除非本文中相反地指示。
熟習此項技術者將認知對本發明之較佳實施例之改良及修改。全部此等改良及修改被視為在本文中揭示之概念及以下發明申請專利範圍之範疇內。
100:坩堝 102:源材料 104:晶種 110:坩堝蓋 112:碳化矽(SiC)晶體 114:線鋸工具 116:線區段 118A至118C:滾輪 120:晶錠 120’:端面 120’’:同軸端面 122A:晶圓 122G:晶圓 124:向下方向 126:固持器 128:平面 130:向量 130A:向量 132:鄰近晶圓 132’:晶圓面 134:突出部 135:晶錠 135’:端面 136’:上表面 136’’:圓形邊緣 136-1:碳化矽(SiC)晶圓 136-2:碳化矽(SiC)晶圓 138:主平面 140:凹口 142:雷射工具 144:結晶材料 144’:上表面 144’’:下表面 146:表面下損傷 148:雷射發射 150:透鏡總成 152:聚焦射束 154:所要方向 156:碳化矽(SiC)晶體人造剛玉 156’:端面 156’’:側表面 158:中心軸 160:徑向應力梯度 162:環向應力 164:碳化矽(SiC)晶圓 166:碳化矽(SiC)結晶材料 168:較高摻雜區 170:較低摻雜區 170-1:第一較低摻雜區 170-2:第二較低摻雜區 172-1:薄橫截面部分 172-2:較低薄橫截面部分 174-1:碳化矽(SiC)晶圓 174-2:碳化矽(SiC)晶圓 176:碳化矽(SiC)晶圓 178:機械負載 180:碳化矽(SiC)晶圓 182:碳化矽(SiC)晶圓 184:碳化矽(SiC)晶圓 186-1:周界部分 186-2:中心部分 186-3:周界部分 186-4:中心部分 188:碳化矽(SiC)晶圓 190:膜 192:碳化矽(SiC)晶圓 192’:碳化矽(SiC)晶圓 194:邊緣支撐件 196:接觸點 198:中心支撐件 200:碳化矽(SiC)晶體人造剛玉 200’:頂表面 202-1:初始碳化矽(SiC)晶圓/初始碳化矽(SiC)晶體人造剛玉 202-2:後續碳化矽(SiC)晶圓
併入本說明書中且形成本說明書之一部分之隨附圖式繪示本發明之若干態樣，且連同描述一起用於說明本發明之原理。
圖1A及圖1B繪示根據本文中揭示之實施例之生長結晶碳化矽(SiC)之一程序。
圖2包含提供由一習知線鋸工具接納且經受一線鋸程序之一晶錠之一透視圖之一第一圖框及提供由線鋸程序獲得之多個晶圓之一透視圖之一第二圖框。
圖3係展示諸如4H SiC之一六方晶體之座標系統之一第一透視圖晶體平面圖。
圖4係一六方晶體之一第二透視圖晶體平面圖，其繪示不平行於c平面之一平面。
圖5A係展示一鄰近晶圓相對於c平面之定向之一透視圖晶圓定向圖。
圖5B係疊加在一晶錠之一部分上之圖5A之鄰近晶圓之一簡化橫截面視圖。
圖6A及圖6B係例示性SiC晶圓之俯視平面圖，其中疊加箭頭展示結晶平面。
圖7係經組態以將雷射發射聚焦在一結晶材料之一內部以進行雷射輔助分離之一例示性雷射工具之一透視示意圖。
圖8A係繪示一未夾持晶圓之翹曲量測之一側橫截面示意圖。
圖8B係繪示一未夾持晶圓之彎曲量測之一側橫截面示意圖。
圖8C係繪示一晶圓之總厚度變化(TTV)量測之一側橫截面示意圖。
圖8D係繪示一晶圓之各種位置處之局部厚度變化(LTV)量測之一側橫截面示意圖。
圖8E係繪示一晶圓之各種位置處之部位前側最小平方範圍(SFQR)量測之一側橫截面示意圖。
圖9係根據本文中揭示之實施例之一例示性SiC晶體人造剛玉之一透視圖，其中疊加箭頭指示應力梯度及方向。
圖10A係一晶種上之SiC結晶材料之一側橫截面示意圖，其展示從晶種沿著SiC結晶材料之一中心部分向上延伸穿過其之一厚度之一圓柱形較高摻雜區。
圖10B係從圖10A之SiC結晶材料沿著其之一橫截面部分獲得之一SiC晶圓之一俯視示意圖。
圖11係晶種上之SiC結晶材料之一側橫截面示意圖，其展示從晶種沿著SiC結晶材料之一中心部分向上延伸穿過其之一厚度之一平頭截錐狀較高摻雜區。
圖12係晶種上之SiC結晶材料之一側橫截面示意圖，其展示在相對於晶種之一中心之一非中心位置從晶種向上延伸且向上延伸穿過SiC結晶材料之一厚度之一平頭截錐狀較高摻雜區。
圖13A係晶種上之SiC結晶材料之一側橫截面示意圖，其展示由晶種附近之一較高摻雜區橫向地定界之一第一較低摻雜區，其後接著由一第二較低摻雜區橫向地定界之較高摻雜區。
圖13B係從圖13A之SiC結晶材料沿著其之一橫截面部分獲得之一SiC晶圓之一俯視示意圖。
圖14係晶種上之SiC結晶材料之一側橫截面示意圖，其展示由晶種附近之一較高摻雜區橫向地定界之多個第一較低摻雜區，其後接著由一第二較低摻雜區橫向地定界之較高摻雜區。
圖15至圖17係晶種上之SiC結晶材料之側橫截面示意圖，其展示形成穿過SiC結晶材料之一厚度之一非對稱形狀之一較高摻雜區。
圖18係晶種上之SiC結晶材料之一側橫截面示意圖，其展示形成遍及SiC結晶材料之一較高摻雜區。
圖19A至圖19C係處於用於在機械應力下對一SiC晶圓進行退火以獲得一改良晶圓形狀之一製造程序之各種狀態之SiC晶圓之橫截面示意圖。
圖19D係繪示在根據圖19A至圖19C之機械應力下退火之後的一SiC晶圓之一差排分佈圖之一俯視圖影像。
圖19E係繪示尚未經受根據圖19A至圖19C之機械應力下退火之一比較SiC晶圓之一差排分佈圖之一俯視圖影像。
圖20A至圖20C係處於用於選擇性地植入一SiC晶圓以獲得一改良晶圓形狀之一製造程序之各種狀態之SiC晶圓之橫截面示意圖。
圖21A至圖21C係處於用於選擇性地將膜沈積於一SiC晶圓上以獲得一改良晶圓形狀之一製造程序之各種狀態之SiC晶圓之橫截面示意圖。
圖22A係根據本文中揭示之實施例之呈用於撓曲特性化之一邊緣支撐組態之一SiC晶圓之一側橫截面示意圖。
圖22B係繪示根據本文中揭示之實施例之用於判定撓曲值之如針對一SiC晶圓量測之邊緣支撐偏差值之一等值線圖。
圖22C係繪示根據本文中揭示之實施例之用於判定撓曲值之如針對另一SiC晶圓量測之邊緣支撐偏差值之一等值線圖。
圖22D係繪示根據本文中揭示之實施例之用於判定撓曲值之如針對另一SiC晶圓量測之邊緣支撐偏差值之一等值線圖。
圖22E係根據本文中揭示之實施例之呈用於撓曲特性化之一中心支撐組態之一SiC晶圓之一側橫截面示意圖。
圖23A係一SiC晶體人造剛玉之一側橫截面示意圖，其中疊加虛線指示可從SiC晶體人造剛玉分離之一SiC晶圓之位置。
圖23B係分離之後的圖23A之SiC晶圓之一側橫截面示意圖。
圖23C係圖23A之SiC晶體人造剛玉之一側橫截面示意圖，其中疊加虛線指示可藉由一可變分離技術從SiC晶體人造剛玉分離之一SiC晶圓之一位置。
圖23D係分離之後的圖23C之SiC晶圓之一側橫截面示意圖。
100:坩堝
102:源材料
104:晶種
110:坩堝蓋

Claims (82)

  1. 一種碳化矽(SiC)晶圓，其包括至少195毫米(mm)之一直徑、在300微米(μm)至1000μm之一範圍內之一厚度及在-25μm至25μm之一範圍內之一彎曲，其中該彎曲係被定義為當該碳化矽晶圓未被夾持時，在該碳化矽晶圓的一平面的一中心點與該碳化矽晶圓的一焦平面之間的一距離；其中該焦平面係由與該碳化矽晶圓之一邊緣相等間隔距離之三個點所定義，其中該三個點的位置係從距該碳化矽晶圓的該邊緣2mm的邊緣修整距離測量，位於該碳化矽晶圓半徑的97%處。
  2. 如請求項1之SiC晶圓，其進一步包括小於或等於40μm之一翹曲。
  3. 如請求項1之SiC晶圓，其中該直徑係在195mm至455mm之一範圍內。
  4. 如請求項1之SiC晶圓，其中該直徑係在195mm至305mm之一範圍內。
  5. 如請求項1之SiC晶圓，其中該厚度係在300μm至500μm之一範圍內。
  6. 如請求項1之SiC晶圓，其中該厚度係在300μm至800μm之一範圍內。
  7. 如請求項1之SiC晶圓，其進一步包括小於7μm之一總厚度變化(TTV)。
  8. 如請求項1之SiC晶圓，其進一步包括小於2.6μm之一總厚度變化(TTV)。
  9. 如請求項1之SiC晶圓，其進一步針對1cm2之一部位面積包括小於4μm之一局部厚度變化(LTV)。
  10. 如請求項1之SiC晶圓，其進一步針對1cm2之一部位面積包括小於1.5μm之一部位前側最小平方(SFQR)最大值。
  11. 如請求項1之SiC晶圓，其中該SiC晶圓包括4-H SiC。
  12. 如請求項1之SiC晶圓，其中該SiC晶圓包括半絕緣SiC。
  13. 如請求項1之SiC晶圓，其中該SiC晶圓包括n型SiC。
  14. 如請求項13之SiC晶圓，其中該SiC晶圓包括用於一n型摻雜劑之氮。
  15. 如請求項14之SiC晶圓，其中該n型摻雜劑形成一較高摻雜區及一較低摻雜區，使得該較高摻雜區由該較低摻雜區橫向地定界。
  16. 如請求項15之SiC晶圓，其中該較高摻雜區與該SiC晶圓之一中心區配準。
  17. 如請求項15之SiC晶圓，其中該較高摻雜區從該SiC晶圓之一中心區偏移。
  18. 如請求項14之SiC晶圓，其中該SiC晶圓進一步包括硼、鋁、鍺、鈹、鎵、錫、砷、磷、鈦及釩之至少一者。
  19. 一種用以提供碳化矽(SiC)晶圓的方法，該方法包括：生長一SiC結晶材料；及從該SiC結晶材料分離一SiC晶圓以形成具有至少195毫米(mm)之一直徑、在300微米(μm)至1000μm之一範圍內之一厚度及在-25μm至25μm之一範圍內之一彎曲之該SiC晶圓，其中該彎曲係被定義為當該碳化矽晶圓未被夾持時，在該碳化矽晶圓的一平面的一中心點與該碳化矽晶圓的一焦平面之間的一距離；其中該焦平面係由與該碳化矽晶圓之一邊緣相等間隔距離之三個點所定義，其中該三個點的位置係從距該碳化矽晶圓的該邊緣2mm的邊緣修整距離測量，位於該碳化矽晶圓半徑的97%處。
  20. 如請求項19之方法，其中該SiC晶圓進一步包括小於或等於40μm之一翹曲。
  21. 如請求項19之方法，其中該直徑係在195mm至455mm之一範圍內。
  22. 如請求項19之方法，其中該直徑係在195mm至305mm之一範圍內。
  23. 如請求項19之方法，其中該生長該SiC結晶材料包括在生長期間減小跨該SiC結晶材料之一徑向熱梯度。
  24. 如請求項19之方法，其中該生長該SiC結晶材料包括在生長期間增加跨該SiC結晶材料之一徑向熱梯度。
  25. 如請求項19之方法，其中該生長該SiC結晶材料包括沿著該SiC晶圓之周邊部分形成增加晶體缺陷。
  26. 如請求項19之方法，其進一步包括在將一機械負載施加至該SiC晶圓時對該SiC晶圓進行退火。
  27. 如請求項19之方法，其進一步包括沿著該SiC晶圓之一碳面之周邊部分選擇性地植入該SiC晶圓。
  28. 如請求項27之方法，其進一步包括在選擇性地植入該SiC晶圓之後對該SiC晶圓進行退火。
  29. 如請求項19之方法，其進一步包括沿著該SiC晶圓之一碳面之周邊部分選擇性地沈積一膜。
  30. 如請求項29之方法，其進一步包括在選擇性地沈積該膜之後對該SiC晶圓進行退火。
  31. 如請求項30之方法，其進一步包括在對該SiC晶圓進行退火之後移除該膜。
  32. 如請求項19之方法，其中分離該SiC晶圓包括基於該結晶材料之一缺陷分佈可變地調整跨該結晶材料之一切割深度。
  33. 如請求項19之方法，其中分離該SiC晶圓包括基於該結晶材料之一摻雜分佈可變地調整跨該結晶材料之一切割深度。
  34. 如請求項19之方法，其中分離該SiC晶圓包括基於先前從該結晶材料分離之另一SiC晶圓之一晶圓形狀特性可變地調整跨該結晶材料之一切割深度。
  35. 如請求項19之方法，其中分離該SiC晶圓包括基於該結晶材料之一頂表面之一形狀可變地調整跨該結晶材料之一切割深度。
  36. 一種用以提供碳化矽(SiC)晶圓的方法，該方法包括：提供形成一第一晶圓形狀之一SiC晶圓；將一機械負載施加至該SiC晶圓；及在該機械負載之施加期間對該SiC晶圓進行退火，使得該SiC晶圓形成不同於該第一晶圓形狀之一第二晶圓形狀。
  37. 如請求項36之方法，其中將該機械負載施加至該SiC晶圓之一或多個局部部分。
  38. 如請求項36之方法，其中將該機械負載施加至該SiC晶圓之一整體。
  39. 如請求項36之方法，其中在該機械負載之施加期間藉由一邊緣支撐配置支撐該SiC晶圓。
  40. 如請求項36之方法，其中該SiC晶圓之該第二形狀包括在195毫米(mm)至455mm之一範圍內之一直徑、不大於500微米(μm)之一厚度、不大於25μm之一彎曲及不大於40μm之一翹曲。
  41. 如請求項40之方法，其中該直徑係在195mm至305mm之一範圍內。
  42. 一種碳化矽(SiC)晶圓，其包括至少195毫米(mm)之一直徑、在500微米(μm)至2000μm之一範圍內之一厚度及在-25μm至25μm之一範圍內 之一彎曲，其中該彎曲係被定義為當該碳化矽晶圓未被夾持時，在該碳化矽晶圓的一平面的一中心點與該碳化矽晶圓的一焦平面之間的一距離；其中該焦平面係由與該碳化矽晶圓之一邊緣相等間隔距離之三個點所定義，其中該三個點的位置係從距該碳化矽晶圓的該邊緣2mm的邊緣修整距離測量，位於該碳化矽晶圓半徑的97%處。
  43. 如請求項42之SiC晶圓，其中該厚度係在500μm至1500μm之一範圍內。
  44. 如請求項42之SiC晶圓，其進一步包括小於或等於40μm之一翹曲。
  45. 如請求項42之SiC晶圓，其中該直徑係在195mm至455mm之一範圍內。
  46. 如請求項42之SiC晶圓，其中該直徑係在195mm至305mm之一範圍內。
  47. 一種碳化矽(SiC)晶圓，其包括至少195毫米(mm)之一直徑、至少500之一直徑對厚度比及在-25微米(μm)至25μm之一範圍內之一彎曲，其中該彎曲係被定義為當該碳化矽晶圓未被夾持時，在該碳化矽晶圓的一平面的一中心點與該碳化矽晶圓的一焦平面之間的一距離；其中該焦平面係由與該碳化矽晶圓之一邊緣相等間隔距離之三個點所定義，其中該三個點的位置係從距該碳化矽晶圓的該邊緣2mm的邊緣修整距離測量，位於該碳化 矽晶圓半徑的97%處。
  48. 如請求項47之SiC晶圓，其進一步包括小於或等於40μm之一翹曲。
  49. 如請求項47之SiC晶圓，其中該直徑係在195mm至305mm之一範圍內。
  50. 如請求項47之SiC晶圓，其中該直徑對厚度比係至少600。
  51. 如請求項47之SiC晶圓，其中該直徑對厚度比係至少900。
  52. 一種碳化矽(SiC)晶圓，其包括至少195毫米(mm)之一直徑、在475微米(μm)至525μm之一範圍內之一厚度及小於或等於150μm之一最大邊緣支撐撓曲值。
  53. 如請求項52之SiC晶圓，其中該最大邊緣支撐撓曲值係小於或等於120μm。
  54. 如請求項52之SiC晶圓，其中該最大邊緣支撐撓曲值係小於或等於110μm。
  55. 如請求項52之SiC晶圓，其中該最大邊緣支撐撓曲值係在110μm至150μm之一範圍內。
  56. 如請求項52之SiC晶圓，其中該最大邊緣支撐撓曲值係小於或等於50μm。
  57. 如請求項52之SiC晶圓，其中該最大邊緣支撐撓曲值係小於或等於10μm。
  58. 如請求項52之SiC晶圓，其中該最大邊緣支撐撓曲值係在5μm至50μm之一範圍內。
  59. 如請求項52之SiC晶圓，其進一步包括在-5μm至-20μm之一範圍內之一邊緣支撐彎曲值。
  60. 如請求項52之SiC晶圓，其中該直徑係在195mm至305mm之一範圍內。
  61. 一種用以提供碳化矽(SiC)晶圓的方法，該方法包括：在一生長溫度下生長一SiC結晶材料，同時在該生長溫度下將該結晶材料之至少20%之應力維持在低於SiC之一臨界解析剪切應力；及從該SiC結晶材料分離一SiC晶圓以形成具有至少195毫米(mm)之一直徑之該SiC晶圓。
  62. 如請求項61之方法，其中生長該SiC結晶材料包括將該結晶材料之至 少40%之應力維持在低於SiC之該臨界解析剪切應力。
  63. 如請求項61之方法，其中生長該SiC結晶材料包括將該結晶材料之至少80%之應力維持在低於SiC之該臨界解析剪切應力。
  64. 如請求項61之方法，其中該SiC晶圓包括在300微米(μm)至1000μm之一範圍內之一厚度及在-25μm至25μm之一範圍內之一彎曲。
  65. 如請求項61之方法，其中該直徑係在195mm至305mm之一範圍內。
  66. 如請求項61之方法，其中該直徑係在195mm至455mm之一範圍內。
  67. 一種用以提供碳化矽(SiC)晶圓的方法，該方法包括：生長一SiC結晶材料；及藉由可變地調整跨該結晶材料之一切割深度而從該SiC結晶材料分離一SiC晶圓以形成具有至少195毫米(mm)之一直徑及在-25微米(μm)至25μm之一範圍內之一彎曲之該SiC晶圓。
  68. 如請求項67之方法，其中該SiC晶圓之該直徑係在195mm至305mm之一範圍內。
  69. 如請求項67之方法，其中該SiC晶圓之該直徑係在195mm至455mm之一範圍內。
  70. 如請求項67之方法，其中該SiC晶圓包括在300μm至1000μm之一範圍內之一厚度。
  71. 如請求項67之方法，其中分離該SiC晶圓包括基於該結晶材料之一缺陷分佈可變地調整跨該結晶材料之該切割深度。
  72. 如請求項67之方法，其中分離該SiC晶圓包括基於該結晶材料之一摻雜分佈可變地調整跨該結晶材料之該切割深度。
  73. 如請求項67之方法，其中分離該SiC晶圓包括基於先前從該結晶材料分離之另一SiC晶圓之一晶圓形狀特性可變地調整跨該結晶材料之該切割深度。
  74. 如請求項67之方法，其中分離該SiC晶圓包括基於該結晶材料之一頂表面之一形狀可變地調整跨該結晶材料之該切割深度。
  75. 如請求項67之方法，其中分離該SiC晶圓包括該結晶材料之雷射輔助分離。
  76. 如請求項67之方法，其中分離該SiC晶圓包括該結晶材料之鋸切。
  77. 一種用以提供碳化矽(SiC)晶圓的方法，該方法包括：生長一SiC結晶材料；特性化該SiC結晶材料或已從該SiC結晶材料分離之一初始SiC晶圓以判定一結晶缺陷分佈、一摻雜分佈、一結晶應力分佈及一形狀之一或多者；及藉由基於該結晶缺陷分佈、該摻雜分佈、該結晶應力分佈及該形狀之該一或多者可變地調整跨該結晶材料之一切割深度而從該SiC結晶材料分離一後續SiC晶圓。
  78. 如請求項77之方法，其中該後續SiC晶圓包括至少195毫米(mm)之一直徑及在-25微米(μm)至25μm之一範圍內之一彎曲。
  79. 如請求項77之方法，其中該形狀包括該初始SiC晶圓之一晶圓形狀特性。
  80. 如請求項77之方法，其中該形狀包括在分離該後續SiC晶圓之前該結晶材料之一頂表面之一形狀。
  81. 如請求項77之方法，其中分離該後續SiC晶圓包括該結晶材料之雷射輔助分離。
  82. 如請求項77之方法，其中分離該後續SiC晶圓包括該結晶材料之鋸切。
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