长晶方法以及晶片

技术领域

本发明是有关于一种长晶方法以及晶片，且特别是有关于一种可形成较厚厚度、尺寸较大且良好品质的晶体的长晶方法以及具有良好品质的晶片。

背景技术

在现有的长晶方法的晶体的形成过程中，晶体在长晶炉热场中的温度容易因为晶体的位置而产生差异，例如晶体最上与最下方的两端面的温度差可高达100度左右。晶体的两端面之间存在温度不均的问题，造成晶体的两端面之间的应力差较大，进而影响晶体的厚度、大小以及品质。

由现有的长晶方法所形成晶体经加工后得到的晶碇，其厚度较薄，大尺寸不易制作且品质较差。由晶碇经加工制程例如切割、研磨及抛光后得到的晶片，同样地品质较差。

发明内容

本发明提供一种长晶方法，可降低晶体端面之间的应力差异，进而使晶体的厚度及尺寸增加以及品质提升。

本发明提供一种晶片，其具有良好的品质。

本发明的长晶方法包括提供一籽晶于一长晶炉内，于籽晶上沿一第一方向历经多个时间，而形成一晶体，其中晶体包括沿第一方向堆叠的多个子晶体，在这些时间中的每一个形成对应的子晶体，这些子晶体包括远离籽晶的多个端面，使这些端面中任两者的最大温度的差值小于等于20度(℃)。

在本发明的一实施例中，上述的这些端面中任两者的最大温度差小于等于15度。

在本发明的一实施例中，上述的这些端面中至少两者的最大温度的差值小于等于10度。

在本发明的一实施例中，上述的这些端面中至少两者的最大温度的差值小于等于5度。

在本发明的一实施例中，上述的这些端面中至少两者的最大温度的差值小于等于2度。

在本发明的一实施例中，上述的这些端面的每一者包括一中心及一边缘，中心与边缘的温度的差值小于等于20度。

本发明的一种晶片，包括一晶片本体，晶片本体的直径大于等于150毫米，晶片本体的基面差排(Basel Plane Dislocation,BPD)小于等于1000ea/cm

在本发明的一实施例中，上述的晶片本体的基面差排(Basel PlaneDislocation,BPD)小于等于500ea/cm

在本发明的一实施例中，上述的晶片本体的柱状迭差(Bar Stacking Fault)小于等于50ea/wf、30ea/wf或10ea/wf。

在本发明的一实施例中，上述的晶片本体的弯曲度(BOW)介于正负15微米、正负30微米或是正负50微米之间。

在本发明的一实施例中，上述的晶片本体的翘曲度(WARP)小于等于50微米、小于等于30微米或是小于等于10微米。

基于上述，本发明的长晶方法为将籽晶置于长晶炉内，并于经过的多个时间的每一个时间获得相对应的子晶体，其中这些子晶体中的任两者的端面的最大温度的差值小于等于20度，这样的设计可形成具有较厚厚度及较大的尺寸且良好品质的晶体。另外，本发明的晶片具有良好的品质。

附图说明

图1是一种长晶炉系统的示意图。

图2是依照本发明的一实施例所形成的晶体的示意图。

图3是图2的晶体于多个时间的端面的温度与晶体半径位置的关系示意图。

图4A是现有的固定式长晶炉形成的晶体于多个时间的端面的温度与晶体半径位置的关系示意图。

图4B是现有的移动式长晶炉形成的晶体于多个时间的端面的温度与晶体半径位置的关系示意图。

图5是图2的晶体经滚圆加工后的晶碇。

图6是图5的晶碇经切割、研磨以及抛光加工后的晶片。

其中，附图标记说明如下：

A1：轴线

F1：第一方向

D1、D2：直径

O1：圆心

O2：最大晶体半径位置

R1：半径方向

T1：厚度

10：电源供应器

20：碳化硅原料

30：籽晶

40：温度计

50：气瓶

100：长晶炉系统

110：外部加热模块

120：炉体

130：第一驱动装置

140：第二驱动装置

150：控制装置

160：隔热层

170：秤重装置

200：晶体

210a、210b、210c、210d、210e、210f、210g、210h、210i、210j、210k、

210l：子晶体

220a、220b、220c、220d、220e、220f、220g、220h、220i、220j、220k、

220l：端面

300：晶碇

310：晶碇本体

400：晶片

410：晶片本体

具体实施方式

图1是一种长晶炉系统的示意图。请参阅图1，长晶炉系统100包括一外部加热模块110、一炉体120、一第一驱动装置130、一第二驱动装置140以及一控制装置150。外部加热模块110电性连接于电源供应器10。炉体120可运动地设置于外部加热模块110之内，并与气瓶50以气管相接。第一驱动装置130驱动炉体120沿轴线A1移动。第二驱动装置140驱动炉体120沿轴线A1转动。控制装置150电性连接于第一驱动装置130、第二驱动装置140、外部加热模块110、电源供应器10以及温度计40。

控制装置150控制第一驱动装置130与第二驱动装置140同时或不同时运行，以使炉体120在外部加热模块110内移动或/且转动。举例来说，炉体120可以先上下移动，进而于同一高度转动，最后在上下移动的过程中同时转动。

因此，相较于现有的移动式长晶炉的外部加热模块仅能相对于炉体上下移动，长晶炉系统100的炉体120除了可相对于外部加热模块110上下移动，更可相对于外部加热模块110做转动，且长晶炉系统100可控制移动与转动同时或不同时运行，这样的设计可使炉体120加热更均匀，进而使晶体200受热更均匀，以获得较厚且品质较佳的晶体200。

此外，外部加热模块110为一加热线圈组，且加热线圈组涵盖炉体120沿着轴线A1移动的移动范围。

另一方面，第一驱动装置130驱动炉体120沿着轴线A1移动的最大移动距离小于等于200毫米、最小可移动距离大于等于0.1微米以及移动的速率介于0.05毫米/小时至100毫米/分钟之间。另外，第二驱动装置140驱动炉体120沿着轴线A1转动的最大转速小于20rpm，且最小可调整转速大于等于0.01rpm。

如图1所示，长晶炉系统100更包括一隔热层160包覆炉体120，且连动于炉体120，以保持炉体120的温度，避免炉体120的温度差异太大。另一方面，长晶炉系统100更包括一秤重器170，位于炉体120的下方，以秤量炉体120、隔热层160、晶体200以及碳化硅原料20的总重量。这样的设计可以侦测被抽掉的气化的碳化硅原料20的重量损失。秤重器170可承受的最大负荷重大于等于3公斤，例如为5公斤或10公斤，而秤重器170可解析的重量损失速度最小大于等于0.1克/小时。

请再参阅图1，当利用长晶炉系统100实施形成晶体200的长晶方法时，长晶炉系统100的炉体120内填充碳化硅原料20且于炉体120的内顶壁设有一籽晶30，在经过一定时间后，可于籽晶30下方形成晶体200。

图2是依照本发明的一实施例所形成的晶体的示意图。请参阅图2，籽晶30上沿一第一方向F1历经多个时间，而形成一晶体200。晶体200包括沿第一方向F1堆叠的多个子晶体210a～210l。在这些时间中的每一个形成对应的子晶体210a～210l。在本实施例中，子晶体210a～210l的数量为12个，且这些时间的间隔为10小时，但数量以及间隔皆不以此为限，子晶体的数量可以为20个，且时间间隔为10小时，在其他实施例中，子晶体数量可以为10个，且时间间隔为5小时，可依据制设计而调整，本发明不以此为限。这些子晶体210a～210l包括远离籽晶30的多个端面220a～220l，仔细来说，端面220a～220l为固体也就是晶体200和升华制程中之气体的交界面。这些端面220a～220l的每一者的圆心O1分别位于第一方向F1对应这些端面220a～220l的相交处；值得注意的是，图2仅是其中一种实施例，在其他实施例中，子晶体210a～210l之每一者从圆心O1到最大晶体半径位置O2的大小可以一样或不一样，本发明不以此为限。

图3是图2的晶体200于多个时间的端面的温度与晶体半径位置的关系示意图。如图3所示，每一条线代表沿第一方向F1堆叠的多个子晶体210a～210l，并在这些子晶体端面220a～220l每一者测得的温度，其中横轴的晶体半径位置0mm处代表这些端面220a～220l每一者的圆心O1，其余晶体半径位置则为从这些端面220a～220l每一者的圆心O1沿半径方向R1相对于每一者的圆心O1的距离，值得注意的是，籽晶30历经多个时间，而形成一晶体200的过程，可包含了沿第一方向F1以及沿半径方向R1生长，本发明不以此为限。

在这些端面220a～220l的温度曲线中，当比较这些端面220a～220l每一者本身的温度差异时，即每一端面220a～220l每一者本身从圆心O1到最大晶体半径位置O2，端面220a具有最小的温度差异，其温度差约为3至5度。端面220l则具有最大的温度差异，其温度差约为10至15度。另一方面，当比较这些端面220a～220l于相同晶体半径位置之间的温度差异时，这些端面220a～220l的圆心O1具有较小的温度差异，其温度差约为0至3度。这些端面220a～220l的最大晶体半径位置O2则具有较大的温度差异，其温度差则约为10至20度。也就是说，这些端面220a～220l中，无论是在相同半径处或是不同半径处，任两者的温度的差值约小于等于20度，例如为15度、10度、5度或2度，换句话说，不论晶体200沿着F1方向堆叠到第几个子晶体210a～210l，在任何时间量测任何位置，其任两者温度差约小于等于20度，本实施例在晶体200生长制程中，利用缩小热场之温度梯度变异来生长应力小之高品质、大尺寸、厚度大的晶体200及晶片400(图6)。

图4A是现有的固定式长晶炉形成的晶体于多个时间的端面的温度与晶体半径位置的关系示意图。请参阅图4A，在这些端面220a～220l的温度曲线中，当比较这些端面220a～220l每一者本身的温度差异时，端面220a具有最小的温度差异，其温度差约为5度。端面220l则具有最大的温度差异，其温度差约为15度。另一方面，当比较这些端面220a～220l于相同晶体半径位置之间的温度差异时，这些端面220a～220l的圆心的温度差最大约为70度，这些端面220a～220l的最大晶体半径位置O2的最大温度差约为80度。

图4B是现有的移动式长晶炉形成的晶体于多个时间的端面的温度与晶体半径位置的关系示意图。请参阅图4B，在这些端面220a～220l的温度曲线中，当比较这些端面220a～220l每一者本身的温度差异时，端面220a的具有最小的温度差异，其温度差约为5度。端面220l则具有最大的温度差异，其温度差约为15度。另一方面，当比较这些端面220a～220l于相同晶体半径位置之间的温度差异时，这些端面220a～220l的圆心的温度差最大约为12度，这些端面220a～220l的最大晶体半径位置O2的最大温度差约大于20度。

综合图3、图4A以及图4B的结果，可以得知，借由长晶炉系统100实施形成晶体200的长晶方法时，晶体200在这些端面220a～220l每一者本身的温度差以及这些端面220a～220l之间的温度差会显著地降低，这样的结果使晶体200间的应力差异降低，进而可使晶体200的厚度T1增加且品质及尺寸提升。

要说明的是，晶体200不以在长晶炉系统100中形成为限，在其他实施例中，只要晶体200的这些端面之间的任两者的最大温度差可以被控制在小于等于20度，也可达到同样具有较厚厚度以及良好品质的效果。

图5是图2的晶体经滚圆加工后的晶碇。如图5所示的晶碇300是经过上述的长晶方法所形成的晶体200经滚圆加工后的成品，而晶碇300具有晶体200的良好厚度以及品质的优点。因此，晶碇300的晶碇本体310的直径D1大于等于150毫米，且厚度T1大于等于15毫米，例如直径D1为150毫米，且厚度T1大于等于25毫米，或是直径D1为200毫米，且厚度T1大于等于15毫米。晶碇本体310的厚度T1不以上述为限，在其他实施例中，晶碇本体310的厚度T1也可厚至100毫米。

图6是图5的晶碇经切割、研磨以及抛光加工后的晶片。如图6所示的晶片400的直径D2与图5所示的晶碇300的直径D1接近，因此，晶片400的晶片本体410的直径D2大于等于150毫米或大于等于200毫米。

此外，经切割、研磨以及抛光加工后的晶片400同样地具有晶碇300的良好品质。因此，晶片本体410的基面差排(Basal Plane Dislocation,BPD)小于等于1000ea/cm

另一方面，晶片本体410的弯曲度(BOW)介于正负15微米、正负30微米或是正负50微米之间。晶片本体410的翘曲度(WARP)小于等于50微米、小于等于30微米或是小于等于10微米。

综上所述，本发明的长晶方法，借由将籽晶置于长晶炉的炉体中，在多个时间的每一个形成对应的子晶体。这些子晶体被均匀地加热，使这些子晶体的任两者的端面的最大温度差可小于等于20度。这样的设计可使晶体的应力差下降，进而使晶体的整体厚度增加，尺寸增大以及品质提升。由本发明的长晶方法形成的晶体经滚圆加工后，可产出具有较厚厚度以及良好品质的晶碇，而此晶碇再经切割后，可产出良好品质的晶片。