CN117144468A - SiC基板以及SiC外延晶片 - Google Patents
SiC基板以及SiC外延晶片 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117144468A CN117144468A CN202310173851.5A CN202310173851A CN117144468A CN 117144468 A CN117144468 A CN 117144468A CN 202310173851 A CN202310173851 A CN 202310173851A CN 117144468 A CN117144468 A CN 117144468A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- sic substrate
- sic
- stress
- less
- thickness
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims abstract description 184
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims abstract description 35
- 125000003275 alpha amino acid group Chemical group 0.000 claims 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 37
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 34
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 207
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 206
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 27
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 25
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 19
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 12
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 12
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 8
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 4
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 4
- 238000005092 sublimation method Methods 0.000 description 4
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 2
- NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N novaluron Chemical compound C1=C(Cl)C(OC(F)(F)C(OC(F)(F)F)F)=CC=C1NC(=O)NC(=O)C1=C(F)C=CC=C1F NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 238000000859 sublimation Methods 0.000 description 2
- 230000008022 sublimation Effects 0.000 description 2
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001237 Raman spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 1
- 230000002040 relaxant effect Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B23/00—Single-crystal growth by condensing evaporated or sublimed materials
- C30B23/02—Epitaxial-layer growth
- C30B23/025—Epitaxial-layer growth characterised by the substrate
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/16—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic Table
- H01L29/1608—Silicon carbide
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
- C30B29/36—Carbides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B23/00—Single-crystal growth by condensing evaporated or sublimed materials
- C30B23/02—Epitaxial-layer growth
- C30B23/06—Heating of the deposition chamber, the substrate or the materials to be evaporated
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
- H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
- H01L21/67242—Apparatus for monitoring, sorting or marking
- H01L21/67288—Monitoring of warpage, curvature, damage, defects or the like
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
- H01L22/10—Measuring as part of the manufacturing process
- H01L22/12—Measuring as part of the manufacturing process for structural parameters, e.g. thickness, line width, refractive index, temperature, warp, bond strength, defects, optical inspection, electrical measurement of structural dimensions, metallurgic measurement of diffusions
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
- C30B25/02—Epitaxial-layer growth
- C30B25/18—Epitaxial-layer growth characterised by the substrate
- C30B25/20—Epitaxial-layer growth characterised by the substrate the substrate being of the same materials as the epitaxial layer
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
本发明为SiC基板以及SiC外延晶片。本发明的目的是提供即使经过加工工艺也难翘曲的SiC基板以及SiC外延晶片。本实施方式涉及的SiC基板，由厚度、直径和在从中心起的[11‑20]方向上距外周端为10mm的内侧的第1外周端的应力求出的翘曲因子F为300μm以下。
Description
技术领域
本发明涉及SiC基板以及SiC外延晶片。
背景技术
碳化硅(SiC)与硅(Si)相比，绝缘击穿电场大1个数量级，带隙大3倍。另外，碳化硅(SiC)具有热传导率比硅(Si)高3倍左右等的特性。因此，碳化硅(SiC)被期待在功率器件、高频器件、高温工作器件等中应用。因此，近年来，在上述那样的半导体器件中使用SiC外延晶片。
SiC外延晶片可通过在从SiC锭切出的SiC基板的表面层叠SiC外延层而得到。以下，将层叠SiC外延层之前的基板称为SiC基板，将层叠SiC外延层之后的基板称为SiC外延晶片。
层叠SiC外延层之前的SiC基板是平坦的。在由SiC基板制作出半导体器件之前有各种各样的加工工艺。SiC基板存在若经过加工工艺则翘曲的情况。作为成为SiC基板翘曲的原因的加工工艺，例如有外延层的成膜、表面研磨、氧化膜形成、离子注入等。SiC基板的翘曲对半导体器件的工艺造成不良影响。例如，翘曲成为光刻加工中的焦点偏移的原因。另外，翘曲成为运送工艺中的晶片的位置精度降低的原因。
另一方面，如上述那样，加工前的SiC基板是平坦的，难以预料经过加工工艺后的翘曲。例如，在专利文献1中记载了：为了在研磨工序完成前预测研磨完了的SiC单晶制品晶片的翘曲的值，使用拉曼散射光的波数位移量的差量。在专利文献2中公开了：在基板的厚度方向上测定拉曼光谱，在厚度方向上应力的分布降低的基板。另外，例如在专利文献3中记载了：通过缓和结晶学上的应力来降低SiC基板的翘曲。另外，例如在专利文献4中记载了：通过使锭的周向的压缩应力大来抑制锭的开裂。
现有技术文献
专利文献
[专利文献1]日本特开2015-59073号公报
[专利文献2]国际公开第2019/111507号
[专利文献3]美国专利申请公开第2021/0198804号
[专利文献4]日本特开2007-290880号公报
发明内容
在专利文献1以及2中，使用拉曼位移来进行基板的内部应力的评价，但在拉曼位移中不包含方向的信息。另外，在专利文献1-3中记载了：减小应力，但仅凭减小应力不能够充分抑制SiC外延晶片的翘曲。另外，在专利文献4中规定的应力是锭中的应力，与SiC基板中的应力不同。
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的是提供即使经过加工工艺也难翘曲的SiC基板和SiC外延晶片。
本发明人采用外周部应力、直径和厚度，发现了与加工后的翘曲相关的新的系数(翘曲因子)。发现：通过将该翘曲因子抑制在某个一定的值以下，能够抑制加工后的翘曲，抑制器件流动的障碍。本发明为了解决上述课题，提供以下的手段。
(1)第1方式涉及的SiC基板，由厚度、直径和在从中心起的[11-20]方向上距外周端为10mm的内侧的第1外周端的应力求出的用以下的式(1)表示的翘曲因子F为300μm以下。
在此，式(1)用下式表示：
F＝K×exp(a+b×ln(σ)+c×ln(R)+d×ln(ts))···(1)
在式(1)中，K、a、b、c、d是满足K＝1.3373、a＝-11.67123、b＝1.4030953、c＝1.8050972、d＝-1.585898的常数，σ满足σ＝60(MPa)-2/3×S(MPa)，S是作为与上述第1外周端的圆周方向相同的方向的＜1-100＞方向的内部应力，是将拉伸应力设为正、将压缩应力设为负的内部应力，ts是上述厚度(mm)，R是上述直径(mm)。
(2)在上述方式涉及的SiC基板中，上述翘曲因子F可以为200μm以下。
(3)在上述方式涉及的SiC基板中，上述翘曲因子F可以为100μm以下。
(4)在上述方式涉及的SiC基板中，上述翘曲因子F可以为50μm以下。
(5)上述方式涉及的SiC基板，上述直径可以为145mm以上，上述厚度可以为300μm以下。
(6)上述方式涉及的SiC基板，上述直径可以为195mm以上，上述厚度可以为600μm以下。
(7)上述方式涉及的SiC基板，上述厚度可以为400μm以下。
(8)上述方式涉及的SiC基板，上述直径可以为210mm以上，上述厚度可以为600μm以下。
(9)上述方式涉及的SiC基板，上述直径可以为290mm以上，上述厚度可以为800μm以下。
(10)上述方式涉及的SiC基板，上述厚度可以为600μm以下。
(11)第2方式涉及的SiC外延晶片，具有上述方式涉及的SiC基板和层叠于上述SiC基板的一面的SiC外延层。
上述方式涉及的SiC基板以及SiC外延晶片，即使经过加工工艺也难翘曲。
附图说明
图1是用于说明SiC基板的翘曲的示意图。
图2是本实施方式涉及的SiC基板的平面图。
图3是用于说明第1外周端的圆周方向的应力S的测定方法的示意图。
图4是表示SiC基板的翘曲的预测(模拟)值与翘曲因子的关系的图。
图5是用于说明作为SiC锭的制造装置的一例的升华法的示意图。
图6表示实施例1中的SiC基板的翘曲的模拟结果。
图7表示实施例2中的SiC基板的翘曲的模拟结果。
图8表示实施例3中的SiC基板的翘曲的模拟结果。
图9表示实施例4中的SiC基板的翘曲的模拟结果。
图10表示实施例5中的SiC基板的翘曲的模拟结果。
图11表示实施例6中的SiC基板的翘曲的模拟结果。
附图标记说明
1 第1外周端；
2 外周部；
10 SiC基板；
10a 第1面；
10b 第2面；
11 处理层；
C 中心；
R 直径；
S 应力。
具体实施方式
以下适当参照附图对本实施方式涉及的SiC基板等进行详细说明。在以下的说明中使用的附图，为了容易理解本实施方式的特征，为方便起见，有时将成为特征的部分放大地表示，各构成要素的尺寸比率等有时与实际不同。在以下的说明中例示的材质、尺寸等为一例，本发明并不限定于此，能够在不变更其主旨的范围内适当变更而实施。
首先，对于SiC基板10的翘曲进行说明。图1是用于说明SiC基板10的翘曲的示意图。
加工前的SiC基板10大致平坦。所谓大致平坦，意指在载置于平坦面上时没有大幅浮起(翘起)的部分。例如，在加工前的状态下，SiC基板10的第1面10a和第2面10b大致平行。第1面10a和第2面10b是SiC基板10的彼此相对的面。
当经过加工工艺时，在SiC基板10的第1面10a形成处理层11。处理层11例如通过表面处理、成膜、器件形成等而形成。若在SiC基板10的一面形成处理层11，则有SiC基板10翘曲的情况。
例如，通过表面处理而形成的处理层11为加工变质层。例如，在第1面10a为镜面磨削面且第2面10b为CMP处理面的情况下，会在第1面10a形成加工变质层。由于第1面10a与第2面10b的表面状态的不同而导致在SiC基板10中产生Twyman效应。Twyman效应是在存在于基板的两面的残余应力产生了差异的情况下，要弥补两面的应力之差的力进行作用的现象。Twyman效应可能成为SiC外延晶片20的翘曲的原因。
另外，例如，通过成膜而形成的处理层11为外延层。外延层例如成膜于SiC基板10的第1面10a。由于形成有外延层的第1面10a与第2面10b的状态的不同，从而有SiC基板10翘曲的情况。
另外，例如，通过器件形成而形成的处理层11为器件层。对于器件层，例如，形成二极管、晶体管等。例如，若为了在外延层形成器件而进行离子注入等，则有SiC基板10翘曲的情况。这是因为，在进行了离子注入的面与未进行离子注入的面之间，状态不同。
在此，提示了由加工工艺所致的SiC基板10的翘曲的原因的一例，但翘曲的原因并不限于此，另外，也有时这些因素彼此复合地影响。因此，在SiC基板10的状态下，难以预测经过加工工艺后的翘曲的程度。本实施方式涉及的SiC基板，利用新规定的翘曲因子F来规定经过加工工艺后的翘曲的程度。
图2是本实施方式涉及的SiC基板10的平面图。SiC基板10由SiC构成。SiC基板10的多型(polytype)没有限定，不论是2H、3C、4H、6H中的哪一种都可以。SiC基板10例如是4H-SiC。SiC基板10的俯视形状为大致圆形。SiC基板10可以具有用于把握晶轴的方向的定向平面OF或凹口(notch)。
翘曲因子F是由SiC基板10的厚度ts(参照图1)、直径R、第1外周端1处的应力来求出的参数。
翘曲因子F用以下的式(1)表示。
F＝K×exp(a+b×ln(σ)+c×ln(R)+d×ln(ts))… (1)
在式(1)中，K、a、b、c、d是常数。满足K＝1.3373、a＝-11.67123、b＝1.4030953、c＝1.8050972、d＝-1.585898。σ满足σ＝60(MPa)-2/3×S(MPa)。S是第1外周端1处的应力。ts为SiC基板10的厚度(mm)，R为SiC基板10的直径(mm)。
第1外周端1是位于距外周端为10mm的内侧的外周部2、且处于从中心C起的[11-20]的方向上的点。应力S是作为与第1外周端1的圆周方向相同的方向的＜1-100＞方向上的内部应力。再者，在本发明中，将应力S为拉伸应力的情况视为正，将应力S为压缩应力的情况视为负。在讨论应力S的大小时，以绝对值来规定大小。
应力S由应变ε与杨氏模量之积算出。应变ε由(a0-a)/a0求出。a0是基准晶格常数。在4H-SiC的情况下，a0约为(埃)。a是由X射线衍射法(XRD)求出的晶格常数。应力S的方向由X射线衍射的入射X射线的方向求出。晶格常数a越小于基准晶格常数a0，则应变ε越大，拉伸应力越大。晶格常数a越大于基准晶格常数a0，则应变ε越大，压缩应力越大。
图3是用于说明第1外周端1的圆周方向的应力S的测定方法的示意图。第1外周端1处的圆周方向是与将SiC基板10的中心C和第1外周端1连接的线段正交的方向(以下称为第1方向)。第1方向为<1-100>方向。在测定第1外周端1的圆周方向的应力的情况下，从第1方向照射X射线。通过从该圆周方向向SiC基板10入射X射线，来求出第1外周端1处的圆周方向的晶格常数a。然后，使用该晶格常数a，由上式求出第1外周端1处的圆周方向的应力S。再者，在实测的晶格常数a比基准晶格常数a0小的情况下，视为拉伸应力作用着，在实测的晶格常数a比基准晶格常数a0大的情况下，视为压缩应力作用着。
翘曲因子F例如为300μm以下，优选为200μm以下，更优选为100μm以下，进一步优选为50μm以下。
上述的翘曲因子F的值，优选在SiC基板10的直径为145mm以上时满足，更优选在SiC基板10的直径为195mm以上时满足，进一步优选在SiC基板10的直径为210mm以上时满足，特别优选在SiC基板10的直径为290mm以上时满足。
上述的翘曲因子F的值，优选在SiC基板10的厚度ts为800μm以下时满足，更优选在SiC基板10的厚度ts为600μm以下时满足，进一步优选在SiC基板10的厚度ts为400μm以下时满足，特别优选在SiC基板10的厚度ts为300μm以下时满足。
例如，在SiC基板10的直径为290mm以上、且厚度为800μm以下的情况下，翘曲因子F优选为300μm以下，更优选为200μm以下，进一步优选为100μm以下，特别优选为50μm以下。另外，在SiC基板10的直径为290mm以上、且厚度为600μm以下的情况下，翘曲因子F优选为300μm以下，更优选为200μm以下，进一步优选为100μm以下，特别优选为50μm以下。
例如，在SiC基板10的直径为210mm以上、且厚度为600μm以下的情况下，翘曲因子F优选为300μm以下，更优选为200μm以下，进一步优选为100μm以下，特别优选为50μm以下。
例如，在SiC基板10的直径为195mm以上、且厚度为600μm以下的情况下，翘曲因子F优选为100μm以下，更优选为50μm以下。另外，在SiC基板10的直径为195mm以上、且厚度为400μm以下的情况下，翘曲因子F优选为200μm以下，更优选为100μm以下，进一步优选为50μm以下。
例如，在SiC基板10的直径为145mm以上、且厚度为300μm以下的情况下，翘曲因子F优选为100μm以下，更优选为50μm以下。
图4是表示SiC基板的翘曲的预测值与翘曲因子F的关系的图。翘曲因子F基于上述的式(1)求出。
SiC基板的翘曲的预测值通过模拟而求出。模拟是使用有限元法模拟器ANSYS进行的。另行确认了使用有限元法模拟器ANSYS的模拟是否与实际制作的物品的结果一致。翘曲的预测值是第1面10a的最高点与最低点之间的厚度方向的距离，对应于翘曲(Warp)。
模拟按照以下的步骤进行。首先，设定SiC基板以及应力不同的表面层的物性值。设定的物性值是SiC基板的板厚、表面层的膜厚、杨氏模量、泊松比。SiC基板的板厚、直径如后述的实施例中所示那样设定了各种的厚度、直径。SiC基板的杨氏模量设为480GPa，泊松比设为0.20。表面层的膜厚设为10μm。在此，考虑到表面层因离子注入而产生了应力的情况，表面层的杨氏模量以及泊松比使用了与SiC基板的杨氏模量以及泊松比相同的值。
接着，设定了SiC基板的应力分布和表面层的应力。首先，设定了SiC基板的应力分布。SiC基板的应力设为+60MPa、+30MPa、0MPa、-30MPa中的任一个。对表面层的整体作为应力施加了60MPa。在上述条件下进行模拟，求出带有表面层的SiC基板的翘曲。
如图4所示，翘曲因子F与由模拟求出的翘曲的预测值存在比例的关系。翘曲因子F反映着SiC基板10的翘曲量。即，通过控制翘曲因子F，能够控制加工工艺后的翘曲。另外，如果求出翘曲因子F，则即使不进行模拟等也能够容易地预测SiC基板10的通过加工工艺后的翘曲量。
接着，对本实施方式涉及的SiC基板10的制造方法的一例进行说明。SiC基板10通过将SiC锭进行切片而得到。SiC锭例如采用升华法得到。
图5是用于说明作为SiC锭的制造装置30的一例的升华法的示意图。在图5中，将与台座32的表面正交的方向作为z方向，将与z方向正交的一个方向作为x方向，将与z方向以及x方向正交的方向作为y方向
升华法是下述方法：在配置于石墨制的坩埚31内的台座32上配置由SiC单晶构成的晶种33，通过将坩埚31加热从而向晶种33供给从坩埚31内的原料粉末34升华的升华气体，使晶种33生长成更大的SiC锭35。坩埚31的加热例如采用线圈36进行。
在翘曲因子F的计算中使用的SiC基板10的直径R是由制品的规格决定的参数。因此，通过根据所规定的SiC基板10的直径R控制SiC基板10的厚度ts和第1外周端1处的应力S，能够制作期望的SiC基板10。
首先，通过控制升华法中的晶体生长条件，能够控制施加于从SiC锭35得到的SiC基板10的内部的应力。
例如，在使SiC锭35进行c面生长时，控制晶体生长面的中心部的温度和外周部的温度。晶体生长面是晶体的生长过程中的表面。例如，在使SiC锭35进行c面生长时，使晶体生长面的外周部的温度低于中心部的温度。另外，以xy面内的中央与外周的生长速度差成为0.001mm/h以上且0.05mm/h以下的方式进行晶体生长。在此，使xy面内的中央的生长速度比外周的生长速度慢。通过这样地进行晶体生长，能够在第1外周端1处的应力S为压缩应力的情况下减小其绝对值，在第1外周端1处的应力S为拉伸应力的情况下增大其绝对值。生长速度通过改变晶体生长面的温度而变化。
晶体生长面的温度能够通过控制由线圈36进行加热的坩埚31的加热中心的z方向的位置来调整。例如，坩埚31的加热中心的z方向的位置能够通过改变线圈36的z方向的位置来变更。以坩埚31的加热中心的z方向的位置和晶体生长面的z方向的位置以0.5mm/h离开的方式进行控制。在此，以坩埚31的加热中心的z方向的位置相对于晶体生长面的z方向的位置向下侧(原料粉末34侧)到来的方式进行控制。
接着，将在这样的条件下制作的SiC锭35加工成SiC基板10。当采用一般的加工方法时，就SiC锭35的状态和SiC基板10的状态而论，单晶中的应力会变化。例如，在成型工序中，在从直径180mm的SiC锭35加工成直径150mm的SiC基板10时，需要减小直径。另外，例如，在多线切割工序中产生表面的起伏，需要除去起伏。通过经过这样的工序，例如有时SiC锭35的应力大的部分被除去、晶格面的形状变化，有时SiC锭35的状态的应力在SiC基板10的状态下被解放。以SiC基板10继承SiC锭35的状态的单晶中的应力的方式进行加工。
例如，在对SiC锭35的一面实施无损伤加工之后，利用单线锯切断，吸附实施了无损伤加工的面而对切断面进一步进行无损伤加工。通过对SiC基板10的两面进行无损伤加工，在SiC锭的状态下产生的应力的一部分也被SiC基板10继承。无损伤加工例如是CMP加工。通过这样地以留下SiC锭35的状态的晶格面形状的方式进行基板加工，SiC锭35具有的应力被SiC基板10继承。其后，通过进行调整直径的成型工序，能够调整SiC基板10的第1外周端1处的应力。
另外，在将SiC锭35加工成SiC基板10时，决定SiC基板10的厚度ts。当为了增多从SiC锭35取得的SiC基板10的数量而使SiC基板10的厚度ts薄时，生产效率提高，但以使得翘曲因子F成为规定值以内的方式设计SiC基板10的厚度ts。由能够由SiC基板10的直径R和SiC锭的状态预测的SiC基板10中的应力，来预测SiC基板10的厚度ts的下限值，并比该厚度厚地设定SiC基板10的厚度ts。
这样，通过根据由规格规定的SiC基板10的直径R控制SiC基板10的厚度ts以及第1外周端1处的应力S，能够制作翘曲因子F为规定值以下的本实施方式涉及的SiC基板10。
如上述那样，由SiC基板10的直径R、厚度ts、应力S求出的翘曲因子F，与在SiC基板10上形成了处理层11的情况下通过模拟而求出的翘曲量有相关关系。另外，在SiC基板10上形成了处理层11的情况下的模拟结果与实测值有相关关系。即，通过使用由SiC基板10的直径R、厚度ts、应力S求出的翘曲因子F，能够简便地预测经过加工工艺后的SiC基板10的翘曲。
根据产品、加工工艺的规格，经过加工工艺后的SiC基板的翘曲的容许值不同。若能够如上述那样由加工前的SiC基板10的直径R、厚度ts、应力S的值预测经过加工工艺后的SiC基板的翘曲量，则能够在加工前进行SiC基板10的挑选，能够降低在加工工艺中成为不良品的概率。另外，通过使SiC基板10的膜厚ts在于加工工艺中不产生翘曲的范围内较薄，能够从SiC锭35取得多的SiC基板10，能够提高生产效率。通过从SiC锭35取得的SiC基板10的片数变多，并减少与翘曲相伴的加工工艺中的不良，能够降低每1片的SiC基板10的成本。
以上对本发明的优选的实施方式进行了详述，但本发明并不限定于特定的实施方式，能够在权利要求书所记载的本发明的主旨的范围内进行各种的变形、变更。
实施例
(实施例1)
通过模拟来求出在SiC基板的表面层叠了处理层时的翘曲。关于模拟，使用有限元法模拟器ANSYS进行。另行确认使用有限元法模拟器ANSYS的模拟是否与实际制作的物品的结果一致。
模拟采用以下的步骤进行。首先，设定了SiC基板以及应力不同的表面层的物性值。设定的物性值是SiC基板的板厚、表面层的膜厚、杨氏模量、泊松比。SiC基板的板厚设为350μm。SiC基板的直径设为75mm。SiC基板的杨氏模量设为480GPa，泊松比设为0.20。表面层的膜厚设为0.01mm。在此，考虑到处理层由于离子注入而产生了应力的情况，表面层的杨氏模量以及泊松比采用了与SiC基板的杨氏模量以及泊松比相同的值。
然后，改变SiC基板的厚度和作用于SiC基板的第1外周端的应力，求出SiC基板的翘曲量。第1外周端的应力，在-30MPa(压缩应力)、0MPa、+30MPa(拉伸应力)、+60MPa(拉伸应力)这4种模式下分别求出。
(实施例2)
实施例2，将SiC基板的直径设为100mm，这一点与实施例1不同。其他条件与实施例1相同，通过模拟求出SiC基板的翘曲量。
(实施例3)
实施例3，将SiC基板的直径设为150mm，这一点与实施例1不同。其他条件与实施例1相同，通过模拟求出SiC基板的翘曲量。
(实施例4)
实施例4，将SiC基板的直径设为200mm，这一点与实施例1不同。其他条件与实施例1相同，通过模拟求出SiC基板的翘曲量。
(实施例5)
实施例5，将SiC基板的直径设为250mm，这一点与实施例1不同。其他条件与实施例1相同，通过模拟求出SiC基板的翘曲量。
(实施例6)
实施例6，将SiC基板的直径设为300mm，这一点与实施例1不同。其他条件与实施例1相同，通过模拟求出SiC基板的翘曲量。
图4示出实施例1～6中的各结果与翘曲参数F的关系。即，能够确认在形成处理层后的SiC基板的翘曲的模拟结果与形成处理层之前的SiC基板的翘曲参数F之间具有相关关系。
另外，由实施例1～6的结果可知，SiC基板的直径R越大，加工后的SiC基板的翘曲量越大。另外，由实施例1～6的结果可知，SiC基板的厚度ts越薄，加工后的SiC基板的翘曲量越大。另外，由实施例1～6的结果可知，在SiC基板的第1外周端的应力为压缩应力的情况下，绝对值越小，则加工后的SiC基板的翘曲量越大，在SiC基板的第1外周端的应力为拉伸应力的情况下，绝对值越大，则加工后的SiC基板的翘曲量越大。该结果，与决定翘曲参数F的参数由SiC基板的直径R、厚度ts、应力S求出这一点一致。
Claims (11)
1.一种SiC基板，由厚度、直径和在从中心起的[11-20]方向上距外周端为10mm的内侧的第1外周端的应力求出的用以下的式(1)表示的翘曲因子F为300μm以下，
F＝K×exp(a+b×ln(σ)+c×ln(R)+d×ln(ts))···(1)
在式(1)中，
K、a、b、c、d是满足K＝1.3373、a＝-11.67123、b＝1.4030953、c＝1.8050972、d＝-1.585898的常数，
σ满足σ＝60-2/3×S，
S是作为与所述第1外周端的圆周方向相同的方向的＜1-100＞方向的内部应力，且是将拉伸应力设为正、将压缩应力设为负的内部应力，ts是所述厚度，R是所述直径，σ、S的单位均为MPa，ts、R的单位均为mm。
2.根据权利要求1所述的SiC基板，所述翘曲因子F为200μm以下。
3.根据权利要求1所述的SiC基板，所述翘曲因子F为100μm以下。
4.根据权利要求1所述的SiC基板，所述翘曲因子F为50μm以下。
5.根据权利要求1所述的SiC基板，所述直径为145mm以上，所述厚度为300μm以下。
6.根据权利要求1所述的SiC基板，所述直径为195mm以上，所述厚度为600μm以下。
7.根据权利要求6所述的SiC基板，所述厚度为400μm以下。
8.根据权利要求1所述的SiC基板，所述直径为210mm以上，所述厚度为600μm以下。
9.根据权利要求1所述的SiC基板，所述直径为290mm以上，所述厚度为800μm以下。
10.根据权利要求9所述的SiC基板，所述厚度为600μm以下。
11.一种SiC外延晶片，具有权利要求1～10的任一项所述的SiC基板和层叠于所述SiC基板的一面的SiC外延层。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2022089095A JP7132454B1 (ja) | 2022-05-31 | 2022-05-31 | ＳｉＣ基板及びＳｉＣエピタキシャルウェハ |
| JP2022-089095 | 2022-05-31 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117144468A true CN117144468A (zh) | 2023-12-01 |
Family
ID=83188031
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310173851.5A Pending CN117144468A (zh) | 2022-05-31 | 2023-02-28 | SiC基板以及SiC外延晶片 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20230387214A1 (zh) |
| EP (1) | EP4286568A1 (zh) |
| JP (1) | JP7132454B1 (zh) |
| KR (1) | KR102606186B1 (zh) |
| CN (1) | CN117144468A (zh) |
| TW (1) | TWI831700B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7268784B1 (ja) * | 2022-05-31 | 2023-05-08 | 株式会社レゾナック | ＳｉＣ基板及びＳｉＣエピタキシャルウェハ |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007290880A (ja) * | 2006-04-21 | 2007-11-08 | Nippon Steel Corp | 炭化珪素単結晶インゴット及びその製造方法 |
| WO2009035095A1 (ja) * | 2007-09-12 | 2009-03-19 | Showa Denko K.K. | エピタキシャルＳｉＣ単結晶基板及びエピタキシャルＳｉＣ単結晶基板の製造方法 |
| JP2011219296A (ja) * | 2010-04-07 | 2011-11-04 | Nippon Steel Corp | 炭化珪素単結晶ウェハ |
| WO2015040895A1 (ja) * | 2013-09-20 | 2015-03-26 | 新日鉄住金マテリアルズ株式会社 | 炭化珪素単結晶ウェハの内部応力評価方法、及び炭化珪素単結晶ウェハの反りの予測方法 |
| JP2017069334A (ja) * | 2015-09-29 | 2017-04-06 | 新日鐵住金株式会社 | 炭化珪素単結晶基板の製造方法 |
| US20190194822A1 (en) * | 2017-12-22 | 2019-06-27 | Showa Denko K.K. | SiC INGOT AND METHOD OF MANUFACTURING SiC INGOT |
| US20190273136A1 (en) * | 2018-03-02 | 2019-09-05 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | Silicon carbide epitaxial wafer and manufacturing method thereof |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016067918A1 (ja) * | 2014-10-31 | 2016-05-06 | 富士電機株式会社 | 炭化珪素エピタキシャル膜の成長方法 |
| JP6598150B2 (ja) * | 2015-07-24 | 2019-10-30 | 昭和電工株式会社 | 単結晶ＳｉＣ基板の製造方法 |
| JP6981505B2 (ja) * | 2015-10-15 | 2021-12-15 | 住友電気工業株式会社 | 炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法 |
| US11342418B2 (en) | 2017-12-08 | 2022-05-24 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Silicon carbide substrate |
| JP7400451B2 (ja) * | 2019-12-25 | 2023-12-19 | 株式会社レゾナック | ＳｉＣ単結晶の製造方法 |
| CN115279956A (zh) * | 2019-12-27 | 2022-11-01 | 沃孚半导体公司 | 大直径碳化硅晶片 |
-
2022
- 2022-05-31 JP JP2022089095A patent/JP7132454B1/ja active Active
-
2023
- 2023-02-27 US US18/114,632 patent/US20230387214A1/en active Pending
- 2023-02-28 CN CN202310173851.5A patent/CN117144468A/zh active Pending
- 2023-05-26 EP EP23175775.8A patent/EP4286568A1/en active Pending
- 2023-05-26 KR KR1020230068128A patent/KR102606186B1/ko active IP Right Grant
- 2023-05-29 TW TW112119937A patent/TWI831700B/zh active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007290880A (ja) * | 2006-04-21 | 2007-11-08 | Nippon Steel Corp | 炭化珪素単結晶インゴット及びその製造方法 |
| WO2009035095A1 (ja) * | 2007-09-12 | 2009-03-19 | Showa Denko K.K. | エピタキシャルＳｉＣ単結晶基板及びエピタキシャルＳｉＣ単結晶基板の製造方法 |
| JP2011219296A (ja) * | 2010-04-07 | 2011-11-04 | Nippon Steel Corp | 炭化珪素単結晶ウェハ |
| WO2015040895A1 (ja) * | 2013-09-20 | 2015-03-26 | 新日鉄住金マテリアルズ株式会社 | 炭化珪素単結晶ウェハの内部応力評価方法、及び炭化珪素単結晶ウェハの反りの予測方法 |
| US20160231256A1 (en) * | 2013-09-20 | 2016-08-11 | Nippon Steel & Sumikin Materials Co., Ltd. | Method for evaluating internal stress of silicon carbide monocrystalline wafer and method for predicting warpage in silicone carbide monocrystalline wafer |
| JP2017069334A (ja) * | 2015-09-29 | 2017-04-06 | 新日鐵住金株式会社 | 炭化珪素単結晶基板の製造方法 |
| US20190194822A1 (en) * | 2017-12-22 | 2019-06-27 | Showa Denko K.K. | SiC INGOT AND METHOD OF MANUFACTURING SiC INGOT |
| US20190273136A1 (en) * | 2018-03-02 | 2019-09-05 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | Silicon carbide epitaxial wafer and manufacturing method thereof |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP7132454B1 (ja) | 2022-09-06 |
| JP2023176676A (ja) | 2023-12-13 |
| US20230387214A1 (en) | 2023-11-30 |
| EP4286568A1 (en) | 2023-12-06 |
| TWI831700B (zh) | 2024-02-01 |
| KR102606186B1 (ko) | 2023-11-29 |
| TW202400860A (zh) | 2024-01-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5944873B2 (ja) | 炭化珪素単結晶ウェハの内部応力評価方法、及び炭化珪素単結晶ウェハの反りの予測方法 | |
| KR101823216B1 (ko) | 탄화규소 단결정 웨이퍼 및 탄화규소 단결정 잉곳의 제조 방법 | |
| JP7464265B2 (ja) | 炭化珪素ウエハ、炭化珪素インゴットの製造方法及び炭化珪素ウエハの製造方法 | |
| KR20150052304A (ko) | Sic 에피택셜 필름을 갖는 sic 기판 | |
| WO2015181971A1 (ja) | バルク状炭化珪素単結晶の評価方法、及びその方法に用いられる参照用炭化珪素単結晶 | |
| JP6916835B2 (ja) | 面取り炭化ケイ素基板および面取り方法 | |
| CN109196146B (zh) | SiC单晶体的品质评价方法及利用该方法的碳化硅单晶锭的制造方法 | |
| CN117144468A (zh) | SiC基板以及SiC外延晶片 | |
| US20240093406A1 (en) | SiC EPITAXIAL WAFER | |
| CN114108092A (zh) | 晶片及晶片的制造方法 | |
| CN109957840B (zh) | SiC锭及SiC锭的制造方法 | |
| JP7216244B1 (ja) | 半導体デバイスの製造方法 | |
| JP2011074436A (ja) | 炭化ケイ素材料 | |
| TWI842545B (zh) | 碳化矽基板及碳化矽磊晶晶圓 | |
| JP7481763B2 (ja) | 炭化珪素ウエハ及びその製造方法 | |
| KR20230169018A (ko) | SiC 에피택셜 웨이퍼 | |
| US20220403546A1 (en) | Method of manufacturing silicon carbide seed crystal and method of manufacturing silicon carbide ingot | |
| JP2010278208A (ja) | 炭化シリコン膜の製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |