CN113957532B 具有用于减少裂缝的最佳晶面取向的碳化硅晶体衬底及其生产方法 （硅晶体有限公司）

JP2017152423A,2017.08.31具有用于减少裂缝的最佳晶面取向的碳化本发明涉及具有用于减少裂缝的最佳晶面了一种其晶体结构的特定取向设定为减少或者甚至消除机械加工期间裂纹或裂缝的出现的单和平行于所述纵向轴线的至少部分弯曲的侧表每单位长度上至少预定最小数量的{1010}型的2执行设定所述4H_SiC衬底上的4H_SiC晶体结构相对于所述衬底轴线的预定取向的过毫米线段长度上的至少预定最小数量的{1010}型的平行4H_SiC晶体结构的基面的主轴线相对于所述衬底轴线朝着[1120]方向倾斜第一倾斜所述4H_SiC晶体结构的所述基面的主轴线相对于所述衬底轴线朝着[1100]方向或者所述4H_SiC晶体结构的所述预定取向使得所述预定最小数量的{1010}型的平行解理与所述线段相交的平行解理面(1100)的数量为每毫米线段长度上小于10000个平行解所述第二倾斜角的值是基于所述4H_SiC衬底的晶格的平行解理面之间的距离并参考在从4H_SiC半成品切割出所述单晶4H_SiC衬底之后，通过执行角度测量来确定所述如果所确定的晶向偏离了相对于所述4H_SiC衬底的衬底轴线的预定取向，则对所述其中，加工后的所述4H_SiC衬底的衬底轴线基本上对应于或平行于用提供用于由其生产至少一个原始4H_SiC衬底的单晶4H_SiC其中，所述4H_SiC半成品已经被相对于所述4H_SiC半成品的衬底轴线和所述单晶4H_SiC半成品的参考表面设定了所述4H_Si沿横向于或平行于所述支撑表面的方向切割安装后的所述4H_SiC半成品以获得所述3提供用于由其生产至少一个原始4H_SiC衬底的单晶4H_SiC在对所述4H_SiC晶体结构进行空间取向后，沿基本上横向于所4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，以所述预朝着所述4H_SiC晶体结构的[1120]方向将所述基面以所述第一倾斜角从所述初始取朝着所述4H_SiC晶体结构的[1100]方向或[1100]方向将所述基面以所述第二倾斜角以所述第一倾斜角和/或所述第二倾斜角倾斜后的所述4H_SiC晶体结构的取向通过角将所述基面绕所述初始取向沿顺时针方向旋转预定将所述基面绕所述初始取向沿逆时针方向旋转预定在旋转所述预定旋转角度和/或倾斜所述第三倾斜角之后的所述4H_SiC晶体结构的取在旋转所述预定旋转角度和/或倾斜所述第三倾斜角之后的所述4H_SiC晶体结构的取45[0001]本发明涉及具有用于减少或消除机械加工期间裂纹或裂缝的出现的特定晶体结[0002]碳化硅(SiC)衬底通常用于生产具有广泛应用的电子部件，所述应用例如电力电[0003]在专利US8,865,324B2中描述了一种通过物理气相沉积来生产SiC晶体的标准等于未来衬底晶片的直径，且该圆柱体具有限定在圆柱体侧表面130上的一个或两个取向[0004]然后将SiC半成品100例如使用线锯工艺分成各个原始单晶SiC衬底。经过质量控或多个)破坏层并逐渐降低衬底粗糙度。然后在衬底的一侧或两侧应用化学机械抛光工艺纹可以很容易沿着优选的晶体解理面(例如以4H_SiC为例，为型和型)形[0006]在单晶SiC半成品圆柱体的机械加工中，通过磨削来设定外径是最关键的工艺步[0007]在单晶SiC衬底的机械加工中，加工衬底边缘和抛光这两个步骤都至关重要。例6[0008]因此，必须特别注意SiC材料的高脆性以及在相应块状晶体和衬底的机械加工期在实践中总是存在由机械加工期间出现的裂纹导致的一定量的块状晶体或衬底的浪费被[0010]在对SiC半成品圆柱体外周进行机械加工时，通过调整机械加工步骤本身的参数械或化学机械抛光等期间)的断裂或裂纹也可以通过调整工艺参数来减少，但不能完全避[0013]专利CN110067020A描述了一种降低生产期间已经存在的[0014]然而，这些现有技术方法中都没有考虑到由于单晶SiC半成品或衬底的机械特性技术方法没有考虑晶向对SiC半成品和/或SiC衬底的开裂敏感性的影响。这两种方法都描工期间由于裂缝的出现而导致的缺陷SiC半成品和/或SiC衬底的量，而不会显著增加整体[0017]鉴于现有技术的缺陷和缺点而得到本发明，并且本发明的目的是提供一种单晶4H_SiC衬底以及生产这种单晶4H_SiC衬底的方法，该单晶4H_SiC衬底对在生产和/或机械加工4H_SiC衬底的外表面期间施加的力与每单位长度上至少预定最小数量的t1ooy型的平行解理面相交，其中所述线段由在所[0020]根据进一步的改进，每单位长度上的预定最小数量的t1oio;型的平行解理面为7每毫米至少1000个平面；和/或所述纵向轴线是由4H_SiC衬底的所述至少部分弯曲的侧表[0021]根据进一步的改进，4H_SiC晶体结构的基面的主轴线相对于所述衬底轴线朝着i20]构的基面的主轴线相对于所述衬底轴线朝着方向倾斜第二倾斜角，其中所述第二i20]倾斜角是基于型的所述平行解理面之间的距离来估计的，从而产生与线段相交的和第二正面分别垂直于4H_SiC衬底的至少部分弯曲的侧表面，和/或其中第一正面和第二应于可通过将4H_SiC衬底切片获得的衬底晶片的给定直径，和/或所述圆柱形表面的外径SiC衬底具有凹口或长度为47.5mm±1.0mm[0024]本发明还提供了一种生产具有提高的抗解理机械鲁棒性的单晶4H_SiC衬底的方预定最小数量的型的平行解理面相交，其中所述线段由在所述位置处与侧表面相小数量的型的平行解理面为每毫米线段长度至少1每单位长度上的所述至少预定最小数量的型的平行解理面。品已经相对于4H_SiC半成品的衬底轴线和单晶4H_SiC半成品的参考表面设定有4H_SiC晶于或平行于所述支撑表面的方向切割安装后的4H_SiC半成品以获得至少一个原始4H_SiC轴线相对于预定对准轴线以一方向和量预定倾斜，而对所述4H_SiC晶体结构进行空间取8的4H_SiC晶体结构相对于原始4H_SiC衬底的正面的晶向；如果所确定的晶向相对于原始4H_SiC晶体结构中的所述基面的[0001]轴线相对于预定对准轴线以一方向和量预定倾斜，而对所述4H_SiC晶体结构的晶向进行空间取向；参考所述对准轴线加工被空间取向的4H_SiC单晶晶片的外表面以形成以下中的至少一者：基本上平行于所述对准轴线的所述至少底的衬底轴线基本上对应于或平行于用于4H_SiC晶体结构的初始取向对4H_SiC晶体结构的基面进行取向；朝着4H_SiC晶体结构的方向将基面以第一倾斜角从初始取向倾斜到第一取向；以及朝着4H_SiC晶体结构的方向或的所述至少预定最小数量的t1OTOY型的平行解理面，和/或第二倾斜角为选自区间将本发明仅限于所示出和描述的可以如何得到和使用本发明[0036]进一步的特征和优点将从以下和如附图所示的本发明的9型和型的两组解理面，型包括和晶面，°[0039]图3A是具有标准的4°的离轴取向的常规4H_SiC衬底的示意性俯视图(从正面观察)，其中4H_SiC晶体的基面(0001)朝着方向相对于4H_°°[0040]图3B是图3A所示的4H_SiC衬底从包含晶向的一侧观察时的示意性侧视°[0042]图4B是从与初始方向相反的一侧观察的图4A中所示的4H_SiC半成品的另[0043]图5是描绘了通过砂轮施加在4H_SiC半成品(或衬底)的侧面上的机械力F的分量[0046]图8是现在沿方向观察的图7所示4H_SiC半成品的另一示意性侧视图，并[0047]图9A是根据示例性实施方式的具有预定晶向的4H_SiC半成品的示意性侧视图(沿向力可沿该力线段L被施加到4H_SiC半成[0049]图10A是根据另一示例性实施方式的具有预定晶向的4H_SiC半成品的示意性侧视图(沿方向观察)，其中基面(0001)朝着方向倾斜第一倾斜角δ1，朝着方向倾斜第二倾斜角δ2；[0050]图10B是图10A所示的4H_SiC半成品(或衬底)的另一示意性侧视图(沿方向观察)，并且描绘了由于倾斜第二倾斜角δ2而导致的基面(0001)和解理面的倾[0051]图11示意性地示出了根据一实施方式的单晶SiC半成品的支撑结构，其用于在晶片分离工艺期间通过参照SiC半成品的圆柱体侧表面将预设的晶向从SiC半成品转移到各[0052]图12示意性地示出了根据一实施方式的单晶SiC半成品的另一支撑结构，其用于在晶片分离工艺期间通过参照SiC半成品的正面之一将预设的晶向从SiC半成品转移到各[0053]图13A是根据示例性实施方式的具有用于提高机械鲁棒性的预定晶向的4H_SiC衬底的示意性侧视图(从方向侧观察)，并且该预定晶向类似于图9A_图9B所描绘的的外部参考表面(例如正面和/或侧表面)设除在各个机械工艺期间在SiC晶体和衬底中出现裂纹或裂缝，这提高了它们的机械鲁棒性[0060]例如，图2描绘了具有轴上晶向的极性4H_SiC半成品200(或4H_SiC衬底)的1OTO;型和t112oy型的解理面的取向。在图2所示的轴上取向中，4H_SiC晶体结构的基面限定的圆柱形表面的对称轴线。图2示出了当从相应的正面220(例如图1中的正面120a)观以选择性地提供在晶向[1120]上的次平面。可以在方向上提供凹口(即用于在半种类型的解理面，其示出了taoioy型的三个对称等效晶面和型的三个对称等效晶面。t1oioy型指定可以通过对称操作从平面获得的所述一组晶面，其描述了SiC的理想晶体结构(点群6nn)，因此，包括平面(io0)和(0T10).晶体平面(2Ti0)、(1z10)和(1i20)包含在型中，型指定了可以通过对称操作从解理面施加径向力时4H_SiC半成品200将易于出现裂缝。替。也可以提供在方向上的次平面。图3B是图3A中描绘的4H_SiC衬底300当从方向(主平面OF的一侧)观察时的侧视图。从图3B可以看出，4H_SiC晶体的基面[0001]的这种倾斜也反映在一些解理面的晶向上。例如，在针对轴上取向的图2中描绘的解理面(20)显示相对于正面320a的晶向的最大变化。和圆柱体中心轴线C的取向，以及解理面20)的倾斜。如从图4A可以看出，解理面从倾斜基面(0001)之前的方向相反的一侧)观察的另一侧视图。如从图4B可以看的矢量尾部的符号的竖直移位示出)。平行基面(0001)与4H_SiC半成品400的侧面430的交点在图4B中由水平线表示。除了(1TO0)平面之外，所有其他剩余的相应aoioy型和应倾斜角度落在解理面(T20)所表现出的4°的最大变化和解理面(aio0)的零变化之工期间仍然很容易产生裂缝，特别是在解理面与对称轴线C对准地与其相应的圆柱形表面中，机械加工(例如磨削)期间使用的工具沿着单晶体表面上的线段L(力线段)施加机械力根据本发明的原理实现沿线段的解理减少的条件(将在下面解释)则可适用于这些单独的[0068]在机械加工具有参照图4A_图4B所示的标准的4°的离轴取向或具有如图2轴上取向的SiC半成品期间，例如通过砂轮将径向力沿晶体圆柱形表面的外周横向施加在的力线段L相交(其中h表示砂轮的厚度)。如图7所示，发明人已经认识到，因为解理面(120)以标准的4°的离轴取向而不平行于圆柱体轴线C，并因此不横向于4H_SiC半400的正面420a，所以在第一近似中例如通过砂轮在方向uio0上沿线段L施加的径向力不仅被施加在一个平面(T20)上，而且同时被施加于在该长度为h的力线段L处与4H_SiC半成品400的侧表面相交的多个平行解理面T20)上。基于4H_SiC晶体结构中的原子距示的4°的离轴取向的情况下的每毫米高达2.6×105个平面的解理面T20).这意味着施[0070]图8是图7所示的4H_SiC半成品400现在从与方向相反的一侧观察的另一示意性侧视图，并示出了当径向力沿平行于C轴线的线段L被施加并朝着[1120]方向时发420a与圆柱体侧表面430相交。在这种情况下，在第一近似中，由砂轮沿线段L在方向在大量解理面上，因此在加工期间施加的最大力实际上被施加在单个或减少数量[0071]因为基面(0001)在方向上倾斜了4°,aoi针对解理面(i20)和aio0)描述的两种极端情况之间。术中用于提高待生长到4H_SiC衬底上的材料的外延质量的不同目的的4H_SiC半成品的标这种积极效果并不是在沿4H_SiC半成品或4H_SiC半衬底的圆柱形表面的周边的每个位置、特别是解理面(io0与外圆柱形表面相交的位置实现。[0073]本发明提供了一种方法和单晶4H_SiC衬底和半成品，其解决了与沿晶体解理面、即在具有离轴取向(例如上述4°的离轴取向)的4H_SiC衬底和半成品的情况下的解理面(i00)形成的裂缝/裂纹有关的问题。结构的特定晶向，可以降低甚至防止4H_SiC晶体结构沿优选解理面(例如平面(io0))开裂的敏感性，同时保持方向[0001]的离轴取向对相应的4H_SiC衬底的外延质量带来的好发明设定了在4H_SiC半成品(或4H_SiC衬底)上的晶体结构相对于相应的(一个或多个)外表面(例如4H_SiC半成品的侧表面和/或一个或两个间施加的径向力在力线段L的每单位长度上并且与4H_SiC半成品的外周周围的位置无关地分布在至少预定最小数量的平行解理面(1io0)上。[0077]每单位长度的力线段L上的最小数量的解理面(io0)可以基于4H_SiC晶格中的解理面(1io0),可以实现裂纹/裂缝的出现的减少。相交平面(aio0)的优选数量对应于的多达最大数量10000个等效平行解理面的任何数量的相交解理面，可以在不影响偏离4°的SiC半成品或衬底的外延特性的情况下实现所需的抗解理鲁棒性[0078]施加的机械力在每个单位长度的力线段上的大量平行解理面(io0)上的分布允[0079]图9A_图9B和图10A_图10B示出了具有根据本发明提高机械鲁棒性的基本4H_SiC晶体结构的预定取向的4H_SiC半成品的、更具体地解理面的示例性实施方式。图晶体结构相对于4H_SiC半成品500的纵向轴线C(或相对于其正面520a、520b中的一者或两(线段L被限定为在接触区域与侧表面530相切的平面上的线段)施加径向力，则无论线段L沿4H_SiC半成品500的外周的位置(即施加径向力的区域)如何，每单位长度总是有多个aoioy型的平行解理面与力线段L相交。[0081]因此，磨削过程中施加的径向力在某些位置被施加到单个或仅几个解理面(1i00)的情况(例如上述参考图4B描述的)在具有上述预定取向的4H_SiC半成品500中不加工4H_SiC半成品500或具有相同预定取向的4H_SiC衬底期间出现裂纹，其中该第二倾斜角δ2产生在每单位长度的线段上至少预定最小数量的型的相交平行解理面，并且[0083]图10A_图10B示意性地示出了根据另一示例性实施方式的具有用于提高机械鲁棒间取向，使得除了[0001]方向和相应基面(0001)朝着20]方向以第一倾斜角δ1(例如δ1中心轴线C的任何力线段L都将与在每单位长度的力线段L上的至少预定最小数量的现在每单位长度的线段上的至少预定最小数量的10TO;型的相交平行解理面，在该第二倾斜角δ2处每个解理面的径向力变得低于给定的解理阈值。[0084]第二倾斜角δ2可以基于型的两个等效平行解理面(例如aio0)平面)之外部机械力的SiC半成品的整个周边周围[0086]在具有上述参考图9A_图9B和图10A_图10B所述的4H_SiC晶体结构的相同空间取[0088]在晶体生长和/或第一次粗机械加工(预加工的4H_SiC晶体)后获得的原始4H_SiC晶体中，晶面和参考表面(例如加工的正面之一或圆柱形表面)与最终4H_SiC半成品中一备中用测角仪调整原始晶向，使得基面(0001)(或o0OT平面)沿正交于未来圆柱形表面的方向准确取向(即[0001]轴线沿C轴线对准)，未来圆柱形表面将在随后的机械加工(例[0092]在外径和/或取向平面的处理以及晶面相对于圆柱形表面的所需取向的控制之[0093]为了设定提高机械鲁棒性的晶面(1i0o)的预定空间取向(例如图9A_图9B或图的过程，该过程包括例如通过使用以下任一种取向[0094]如图9A_图9B所示的，根据用于在4H_SiC半成品500中设定SiC晶体结构的预定取未来圆柱体侧表面的方向)基本上成直角。在随后的步骤中，通过将4H_SiC晶体朝着成第一取向。然后将如此取向的SiC晶体朝着方向倾斜[0095]如图10A_图10B所示的，根据用于在4H_SiC半成品600中设定SiC晶体结构的预定圆柱体侧表面630的方向)成直角的初始取向。然后将基面朝着方向从初始取向倾范围内的任何值都可以用于第二倾斜角δ2，果。特别地，要使用的第二倾斜角δ2的值可以基于4H取向沿逆时针方向旋转预定旋转角度。该预定旋转角度优选为0.33°,但也可以是范围[0099]在原始SiC晶体(或预加工的SiC晶体)的晶向已经通过上述任何取向过程序列对在平行于对准轴线C的方向上在取向后的原始或预加工的SiC晶体上加工至少部分弯曲的[0101]弯曲侧表面的直径可以设置为基本上对应于要从4H_SiC半成品切片的衬底晶片或250.0mm±0.5mm的4H_SiC半成品和由其获得的4H_SiC衬底的机械鲁棒性。外径中±这具体取决于用于设置4H_SiC半成品的侧表面和/或调整度以产生所需数量的4H_SiC衬底切片的4H_SiC半成品或原始4锯切、基于线的火花腐蚀或其他替选的分离工艺)将设置有用于提高机械鲁棒性的4H_SiC晶格的预定取向的SiC半成品分为衬底晶片。4H_SiC晶格的这种预定取向可以通过在分离工艺期间参考SiC半成品的任何参考表面而转移[0104]用于在晶片分离工艺期间支撑SiC半成品并将底层4H_SiC晶格的预定取向转移到SiC半成品700的支撑通过圆柱体侧表面730的支撑来实现的分离工艺的情况下，圆柱体侧的单晶SiC半成品的支撑通过正面的支撑来实现的分离工艺的情况下，正面需要相对于晶将4H_SiC晶面的预定取向精确转移到衬底晶片740中，单晶SiC半成品700应满足以下基本[0107]·两个正面720a和/或720b(参考表面)中的至少一者相对于圆柱体侧表面730成[0109]·正面之一720a或720b(参考表面)相对于圆柱体侧表面730精确地成直角取向，而第二个正面720b或720a取向成使得在方向的测量表现出第二正面相对于第一正面的总厚度变化(TTV)在40μm和340μm之间，即晶格取向可以通过两个参考表面精确地转[0110]然而，即使当从满足上述任何理想转移条件的4H_SiC半成品700生产各个4H_SiC衬底或晶片740时，4H_SiC衬底或晶片740也可以不被准确地平行于4H_SiC半成品700的端[0111]由于使用常规分离方法从SiC半成品700获得的原始衬底740的顶表面和底表面不的取向在切片工艺期间未从4H_SiC半[0112]切片的4H_SiC衬底740的这种几何变形通常通过使用抛光和/或磨削工艺平坦化顶面和/或底面)的取向将不再对应于在4H_SiC半成品700中预设的4H_SiC晶体结构的预定700中设置的预定取向。由于根据本发明的用于增加机械鲁棒性的SiC晶体结构的关于4H_[0114]在通过常规抛光工艺抛光4H_SiC衬底740期间可能会出现类似问题，在常规抛光SiC衬底740不具有平行于平面的正面的情况下和/或如果晶格解理面相对于其的取向不对应于提高机械鲁棒性的预定取向，则4H_SiC740衬底上的裂纹/裂缝也可能在衬底的抛光发明的提高抗解理机械鲁棒性的预定解理面取向的4H_SiC半成品[0116]为了补偿SiC衬底740中的SiC晶格取向与本发明的预定晶格取向的这种制造相关底740中设定(或重新对准)4H_SiC晶体结构相对于基本上与最终4H_SiC衬底800的一个或[0117]图13A和图13B描绘了成品4H_SiC衬底800，其设定了用于提高衬底的抗解理机械鲁棒性的预定的SiC晶向，该晶向基本上对应于上文参考图9A_图9B的4H_SiC半成品500描[0118]可以使用如下设定预定取向的过程来实现4H_SiC衬底800中4H_SiC晶格的准确取[0119]在原始衬底4H_SiC740由已经设置有所需预定取向的单晶4H_SiC半成品700(例如上面参考图9A_图9B和图10A_图10B描述的4H_SiC晶体半成品500和600)制成的情况下，已经相对于4H_SiC半成品700的至少一个参考表面(例如圆柱形侧表面730和/或正面720a始4H_SiC衬底740应用具有预对准的平坦化工艺，以校正SiC晶格相对于4H_SiC衬底的(一对准轴线C)在空间上取向成使得4H_SiC晶格的一个或多个晶体轴线在平面化之前对准特的侧表面可以平行于参考对准轴线C成形和/或在空间取向后的4H_SiC衬底740中设定为期[0122]优选地通过将4H_SiC衬底740安装在测角仪上并通过例如使用X射线辐射测量相应4H_SiC晶格的晶向来执行具有预对准的平坦化工艺。然后原始4H_SiC衬底740在三维空间中进行空间取向以相对于参考对准方向C对准SiC晶体的晶轴和/或晶面，例如晶轴[0123]原始4H_SiC衬底740的具有预对准的平面化工艺可以使用用于在上述原始(或预加工的)4H_SiC晶体半成品上设定SiC晶格的预定取向的第一取向过程序列至第四取向过面朝着T2ol方向从初始取向倾斜第一倾斜角δ1而变成第一取向，从而使除了解理面致4H_SiC基面(0001)以第二取向位于一平面中，该平面以初始取向朝着轴线的方向相对于与参考对准轴线正交的平面(例如，在竖直个步骤优选伴随着使用测角仪和X射线辐射测量确定晶体轴线取向并在需要时执行取向调[0124]一旦原始4H_SiC衬底740在空间上取向并且SiC晶格相对于参考对准轴线准确对准，则衬底800的正面820a和820b中的一者或两者例如通过沿