CN117166052A - SiC基板以及SiC锭 - Google Patents

Abstract

本发明为SiC基板以及SiC锭。本发明的目的是提供在激光加工时容易加工的SiC基板以及SiC锭。本实施方式涉及的SiC基板，在测定多个第1测定点和2个第2测定点的电阻率时，所述多个第1测定点和所述2个第2测定点的各自的电阻率之中最大电阻率与最小电阻率之差为2mΩ·cm以下，所述多个第1测定点位于比距外周端向内侧5mm的边界靠内侧的区域，且包含中心和从所述中心起向[11‑20]方向或[‑1‑120]方向依次离开10mm的多个测定点，所述2个第2测定点处在距外周端1mm的内侧，且分别位于从中心起的[11‑20]方向和从中心起的[‑1‑120]方向。

Description

SiC基板以及SiC锭

技术领域

本发明涉及SiC基板以及SiC锭。

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)高出3倍程度等的特性。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。SiC基板从SiC锭切出。

在专利文献1和专利文献2中记载了：为了降低器件的特性偏差，使对SiC基板的掺杂剂量均匀，提高SiC基板的电阻率的均匀性。在专利文献1中，通过以不形成小平面(facet)区域的方式使SiC单晶生长，提高了对SiC基板的掺杂量的均匀性。相反地，在专利文献2中，通过将基板的能够测定的全区域进行小平面化，提高了对SiC基板的掺杂剂量的均匀性。另外，在专利文献3中记载了一种在距晶片端为5mm的内侧的区域中的体积电阻率均匀的SiC单晶锭的制造方法。

现有技术文献

专利文献

[专利文献1]日本专利第5260606号公报

[专利文献2]日本专利第5453899号公报

[专利文献3]日本专利第4926556号公报

发明内容

近年来，利用激光对SiC单晶进行加工。例如，通过利用激光在SiC单晶形成裂缝，能够分割SiC单晶。例如，在从SiC锭切出SiC基板时、从SiC基板切出更薄的基板时、将SiC基板芯片化时，使用激光加工。激光加工，与使用线锯的加工相比，具有切削损失少的优点，但有切断面的粗糙度变粗糙的情况、产生未预期到的裂纹的情况。

本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的是提供在激光加工时容易加工的SiC基板以及SiC锭。

本发明人发现：作为器件的取得区域外的SiC基板的外周端的易加工大大有助于加工的成功率。迄今为止，如专利文献1～3那样，为了降低器件的特性偏差，曾进行了控制器件取得区域内的电阻率分布的工作，但未进行也包括器件取得区域外在内的电阻率分布的控制。所谓器件取得区域外例如是从SiC基板的外周端起算直到5mm为止的区域、直到3mm为止的区域等。

例如，如专利文献1以及2所记载的那样，仅凭控制小平面的位置，在升华法中的晶体生长时不能够充分减小内侧区域和外周区域中的掺杂剂浓度的偏差，不能够使器件取得区域外的电阻率分布均匀化。这是因为没有控制连器件取得区域外都包括在内的生长条件的缘故。即使进行了用于使器件取得区域内的掺杂剂浓度均匀的条件最佳化，若生长表面的最外周部的生长条件基本上与内周部的条件不同，未对生长条件赋予不均匀性，也不能够实现包括器件取得区域外在内的均匀化。

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，在测定多个第1测定点和2个第2测定点的电阻率时，所述多个第1测定点和所述2个第2测定点的各自的电阻率之中最大电阻率与最小电阻率之差为2mΩ·cm以下，所述多个第1测定点位于比距外周端向内侧5mm的边界靠内侧的区域，且包含中心和从所述中心起向[11-20]方向或[-1-120]方向上依次离开10mm的多个测定点，所述2个第2测定点处在距外周端1mm的内侧，且分别位于从中心起的[11-20]方向和从中心起的[-1-120]方向，所述SiC基板包含被称为小平面的高氮浓度区域以外的部分。

(2)上述方式涉及的SiC基板，所述多个第1测定点和所述2个第2测定点的各自的电阻率之中最大电阻率与最小电阻率之差可以为1mΩ·cm以下。

(3)上述方式涉及的SiC基板，所述多个第1测定点和所述2个第2测定点的各自的电阻率之中最大电阻率与最小电阻率之差可以为0.5mΩ·cm以下。

(4)在上述方式涉及的SiC基板中，在进一步测定多个第3测定点和2个第4测定点的电阻率时，所述多个第1测定点、所述2个第2测定点、所述多个第3测定点和所述2个第4测定点的各自的电阻率之中最大电阻率与最小电阻率之差为2mΩ·cm以下，所述多个第3测定点是位于比距外周端向内侧5mm的边界靠内侧的区域，且从所述多个第1测定点的每一个起向[1-100]方向或[-1100]方向依次离开10mm的测定点，所述2个第4测定点处在距外周端1mm的内侧，且分别位于从中心起的[1-100]方向和从中心起的[-1100]方向。

(5)在上述方式涉及的SiC基板中，任意的2个测定点的最大电阻率与最小电阻率之差可以为2mΩ·cm以下。

(6)上述方式涉及的SiC基板,直径可以为149mm以上。

(7)上述方式涉及的SiC基板,直径可以为199mm以上。

(8)上述方式涉及的SiC基板，所述多个第1测定点和所述2个第2测定点的电阻率可以为20mΩ·cm以上。

(9)上述方式涉及的SiC基板，所述多个第1测定点和所述2个第2测定点的电阻率可以为23mΩ·cm以上。

(10)上述方式涉及的SiC基板，所述多个第1测定点和所述2个第2测定点的电阻率可以为20mΩ·cm以下。

(11)上述方式涉及的SiC基板，所述多个第1测定点和所述2个第2测定点的电阻率可以为17mΩ·cm以下。

(12)另一方式涉及的SiC基板，在测定多个第1测定点和2个第2测定点的电阻率时，所述多个第1测定点和所述2个第2测定点的各自的电阻率之中最大电阻率与最小电阻率之差为1mΩ·cm以下，所述多个第1测定点位于比距外周端向内侧5mm的边界靠内侧的区域，且包含中心和从所述中心起向[11-20]方向或[-1-120]方向上依次离开10mm的多个测定点，所述2个第2测定点处在距外周端1mm的内侧，且分别位于从中心起的[11-20]方向和从中心起的[-1-120]方向，所述SiC基板的直径为149mm以上。

(13)第2方式涉及的SiC锭，在切出SiC基板并测定其切断面的电阻率时，多个第1测定点和2个第2测定点的各自的电阻率之中最大电阻率与最小电阻率之差为2mΩ·cm以下，所述多个第1测定点位于比距外周端向内侧5mm的边界靠内侧的区域，且包含中心和从所述中心起向[11-20]方向或[-1-120]方向上依次离开10mm的多个测定点，所述2个第2测定点处在距外周端1mm的内侧，且分别位于从中心起的[11-20]方向和从中心起的[-1-120]方向，所述SiC锭包含被称为小平面的高氮浓度区域以外的部分。

上述方式涉及的SiC基板和SiC锭在激光加工时容易加工。

附图说明

图1是本实施方式涉及的SiC基板的平面图。

图2是表示第2测定点与测定斑点的关系的图。

图3是表示SiC基板的电阻率与在SiC基板形成裂缝所需要的激光的输出的关系的图。

图4是本实施方式涉及的SiC基板的另一例的平面图。

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。

附图标记说明

1…第1测定点、1A…中心、1B…测定点、2…第2测定点、3…第3测定点、4…第4测定点、5…第1区域、6…第2区域、7…边界、8…外周端、Sp…测定斑点、30…制造装置、31…坩埚、32…台座、33…晶种、34…原料粉末、35…SiC锭、36…线圈、37…锥形构件

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。

图1是本实施方式涉及的SiC基板10的平面图。SiC基板10例如由n型SiC构成。SiC基板10的多型不限定，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或缺口(notch)。SiC基板10的直径例如为149mm以上，优选为199mm以上。SiC基板10的直径越大，在激光加工中越难以进行稳定的切断，因此满足本实施方式的构成的SiC基板10，直径越大，有用性越高。

本实施方式涉及的SiC基板10，多个第1测定点1和2个第2测定点2的各自的电阻率之中最大电阻率与最小电阻率之差为2mΩ·cm以下。

第1测定点1均位于第1区域5内。第1测定点1包含：中心1A、和从中心1A向[11-20]方向或[-1-120]方向依次离开10mm的多个测定点1B。中心1A与相邻的测定点1B的距离L为10mm。相邻的测定点1B间的距离L也为10mm。第1区域5是处于比边界7靠内侧的区域，所述边界7是距SiC基板10的外周端8为5mm的内侧的边界。第1测定点1没有被设置在边界7上。第1区域5为芯片化时的有效区域内。从第1区域5切出的芯片能够用于器件。

第2测定点2均位于第2区域6内。第2测定点2是处在距外周端8向内侧1mm的内侧、且分别位于从中心1A起的[11-20]方向和从中心1A起的[-1-120]方向上的2个点。第2区域6是比边界7靠外侧的区域，所述边界7是距外周端8为5mm的内侧的边界。第2区域6为芯片化时的有效区域外。第2区域6，位于外周端8的附近，各种参数容易产生偏差。因此，从第2区域6切出的芯片一般不被用于器件。第2区域6也称为边缘排除区域。

电阻率能够采用涡电流法进行测定。涡电流法是非接触的电阻测定方法。电阻率例如能够利用Napson公司制的手动式非接触电阻测定器进行测定。使用涡电流法的装置的测定斑点直径一般为5mm以上且15mm以下。

在对第1测定点1进行测定的情况下，将第1测定点1配置于测定斑点的中心来进行测定。在对第2测定点2进行测定的情况下，以测定斑点未从SiC基板10超出(冒出)的方式进行测定。

图2是表示第2测定点2与测定斑点Sp的关系的图。第2测定点2处于距外周端8向内侧1mm的内侧。当将测定斑点Sp的中心配置于第2测定点2的中心时，直径为5mm以上且15mm以下的测定斑点Sp的一部分露出到SiC基板10之外。在该情况下，不能够进行准确的测定。因此，在满足第2测定点2处于测定斑点Sp内这一条件的范围内，使测定斑点Sp向内侧移动，以避免测定斑点Sp的一部分从SiC基板10超出。第2测定点2的电阻率测定，需要使测定斑点Sp移动等的处理，一般不进行测定。

若多个第1测定点1和2个第2测定点2的各自的电阻率之中最大电阻率与最小电阻率之差为2mΩ·cm以下，则能够抑制：通过激光加工而切出的切断面的表面粗糙度变粗糙的情况、产生未预期到的裂纹的情况。在此，SiC基板10的切断对应于SiC基板10的芯片化、从SiC基板10切出更薄的基板的情况。

图3是表示SiC基板10的电阻率与在SiC基板10形成裂缝所需要的激光的输出的关系的图。如图3所示，SiC基板10的电阻率越低，为了形成裂缝而需要的激光的输出越高。如图3所示，如果多个第1测定点1和2个第2测定点2的各自的电阻率之中的最大电阻率与最小电阻率之差为2mΩ·cm以下，则能够以一定的激光输出在SiC基板10整个面均匀地形成裂缝。通过使激光的输出在切割中不变动，能够抑制：切断面的表面粗糙度变粗糙的情况、产生未预期到的裂纹的情况。

多个第1测定点1和2个第2测定点2的各自的电阻率之中最大电阻率与最小电阻率之差优选为1mΩ·cm以下，更优选为0.5mΩ·cm以下。最大电阻率与最小电阻率之差越小，越能够降低切断面产生问题的可能性，激光加工的成功率提高。

另外，如图3所示，SiC基板10的电阻率越高，越能够减小为了形成裂缝而需要的激光的输出。因此，多个第1测定点1和2个第2测定点2的电阻率均优选为20mΩ·cm以上，更优选为23mΩ·cm以上。

另外，从器件的观点出发，SiC基板10的电阻率越低，器件工作时的电阻越低，越带来消耗电力的削减。因此，多个第1测定点1和2个第2测定点2的电阻率均优选为20mΩ·cm以下，更优选为17mΩ·cm以下。如上述那样，在该情况下，切断时的激光输出需要增高，从切断的观点出发，负荷变高，但相应地能够实现高效率的器件。

图4是本实施方式涉及的SiC基板10的另一例的平面图。本实施方式涉及的SiC基板10，多个第1测定点1、2个第2测定点2、多个第3测定点3和2个第4测定点4的各自的电阻率之中最大电阻率与最小电阻率之差可以为2mΩ·cm以下。另外，这些电阻率之中最大电阻率与最小电阻率之差优选为1mΩ·cm以下，更优选为0.5mΩ·cm以下。

第3测定点3均位于第1区域5内。第3测定点3是从多个第1测定点1的每一个起向[1-100]方向或[-1100]方向依次离开10mm的点。第1测定点1与相邻的第3测定点3的距离为10mm。相邻的第3测定点3间的距离也为10mm。第4测定点4均位于第2区域6内。第4测定点4是处在距外周端8向内侧1mm的内侧、且分别位于从中心1A起的[1-100]方向和从中心1A起的[-1100]方向的2个点。

在测定第3测定点3的电阻率的情况下，将第3测定点3配置于测定斑点的中心来进行测定。在测定第4测定点4的电阻率的情况下，与第2测定点2的测定同样地，以测定斑点Sp不从SiC基板10超出(冒出)的方式进行测定。

另外，本实施方式涉及的SiC基板10，任意的2个测定点的最大电阻率与最小电阻率之差优选为2mΩ·cm以下，更优选为1mΩ·cm以下，进一步优选为0.5mΩ·cm以下。

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，将SiC锭切片而得到。SiC锭例如采用升华法得到。通过控制SiC锭的生长条件，能够制作本实施方式涉及的SiC基板10。

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。晶种33例如是相对于[11-20]方向具有4度的偏离(offset)角的SiC单晶，将C面作为生长面来设置于基座32。坩埚31的加热例如采用线圈36进行。在坩埚31的周围也可以配置例如绝热材料。

另外，在坩埚31内也可以配置从台座32朝向坩埚31的内侧壁扩径的锥形构件37。通过使用锥形构件37，能够扩大进行晶体生长的单晶的直径。通过一边扩径一边进行晶体生长，能够将被称为小平面的高氮浓度区域配置在从SiC锭35取得SiC基板10时的有效区域外。

SiC锭35的xy方向的外周部，生长形状容易紊乱。这是因为容易受到来自坩埚31等其他构件的干扰。SiC锭35的xy方向的外周部，生长速度、生长面温度也容易变得不均匀。在此，根据SiC锭35的生长条件，SiC锭35的外周部的状态不同。因此，本实施方式涉及的SiC基板10，能够通过多次反复进行SiC锭35的制作、SiC基板10的切出、SiC基板10的测定、测定结果的反馈这一处理，变更SiC锭35的生长条件来制作。在反馈时测定的是SiC基板10的电阻率，必定对以往几乎未测定过的距外周端8向内侧1mm的内侧的第2测定点2进行测定。

例如，在从在某种条件下制作出的SiC锭35切出的SiC基板10中，第2测定点2的电阻率比第1测定点1的电阻率高的情况下，基于其结果变更生长条件。

例如，使掺杂剂向外周部的供给量高于掺杂剂向内周部的供给量。例如，通过在坩埚31设置掺杂剂气体的流路，调整坩埚31的气体透过率，能够使掺杂剂向外周部的供给量高于掺杂剂向内周部的供给量。另外，例如，通过在锥形构件37设置开口、或调整锥形构件37的厚度，也能够调整向外周部供给的掺杂剂量。

另外，例如，也可以使向外周部供给的升华气体的C/Si比低于向内周部供给的升华气体的C/Si比。C/Si比是C气体和Si气体的存在比。例如，通过在外周和内侧改变原料粉末34的加热温度，能够根据场而改变升华气体的C/Si比。例如，若加热温度变高，则变得富有碳，C/Si比变高。

另外，例如，也可以使SiC锭35的晶体生长面的外周部的温度比内周部的温度低。晶体生长面的温度例如能够通过在底座32设置加热器、或设置绝热材料来进行变更。

与此相对，在从在某种条件下制作的SiC锭35切出的SiC基板10中，第2测定点2的电阻率比第1测定点1的电阻率低的情况下，向与上述相反的方向变更生长条件。具体而言，使向外周部供给的掺杂剂的供给量低于向内周部供给的掺杂剂的供给量；使向外周部供给的升华气体的C/Si比高于向内周部供给的升华气体的C/Si比；使SiC锭35的晶体生长面的外周部的温度高于内周部的温度。

这样，通过反复进行多次的SiC锭35的晶体生长，并反馈各自的结果，来确定SiC锭35的晶体生长条件。然后，通过在确定的生长条件下制作SiC锭35，并将该SiC锭35切断，能够制作本实施方式涉及的SiC基板10。

本实施方式涉及的SiC基板10，多个第1测定点1和2个第2测定点2的各自的电阻率之中最大电阻率与最小电阻率之差为2mΩ·cm以下。因此，能够以一定的激光输出将SiC基板10进行激光加工。通过使激光的输出在切割中不变动，能够抑制：切断面的表面粗糙度变粗糙的情况、产生未预期到的裂纹的情况。

至此例示了对SiC基板10进行激光加工的情况，但对SiC锭35进行激光加工的情况也是同样的。例如，从SiC锭35切出SiC基板10的情况相当于对SiC锭35进行激光加工的情况。SiC锭35的状态通过从SiC锭35切出SiC基板10并进行评价而求出。SiC锭35的状态通过对切出的SiC基板10的切断面进行评价而求出。将哪里作为切断面取决于想要取得的基板的种类，例如是从(0001)平面相对于[11-20]方向倾斜了4°的面。目标的SiC基板的厚度例如为400μm等。

在将SiC锭35进行激光加工的情况下，在切出SiC基板10并评价其切断面时，多个第1测定点1和2个第2测定点2的各自的电阻率之中最大电阻率与最小电阻率之差优选为2mΩ·cm以下。这能够通过测定切断面的电阻率来确认。在测定切断面的电阻率时，如果多个第1测定点和2个第2测定点的各自的电阻率之中的最大电阻率与最小电阻率之差为2mΩ·cm以下，则切断部位满足上述的条件，能够抑制：在激光加工时切断面的表面粗糙度变粗糙的情况、产生未预期到的裂纹的情况。

切断面中的多个第1测定点1和2个第2测定点2的各自的电阻率之中最大电阻率与最小电阻率之差更优选为1mΩ·cm以下，进一步优选为0.5mΩ·cm以下。

另外，切断面中的多个第1测定点1、2个第2测定点2、多个第3测定点和2个第4测定点的各自的电阻率之中最大电阻率与最小电阻率之差优选为2mΩ·cm以下，更优选为1mΩ·cm以下，进一步优选为0.5mΩ·cm以下。

另外，切断面中的任意的2点的电阻率之差优选为2mΩ·cm以下，更优选为1mΩ·cm以下，进一步优选为0.5mΩ·cm以下。

另外，切断面处的SiC锭35的电阻率优选为20mΩ·cm以上，更优选为23mΩ·cm以上。另外，切断面处的SiC锭35的电阻率可以为20mΩ·cm以下，可以为17mΩ·cm以下。

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。

Claims (13)

1.一种SiC基板，在测定多个第1测定点和2个第2测定点的电阻率时，所述多个第1测定点和所述2个第2测定点的各自的电阻率之中最大电阻率与最小电阻率之差为2mΩ·cm以下，所述多个第1测定点位于比距外周端向内侧5mm的边界靠内侧的区域，且包含中心和从所述中心起向[11-20]方向或[-1-120]方向依次离开10mm的多个测定点，所述2个第2测定点处在距外周端1mm的内侧，且分别位于从中心起的[11-20]方向和从中心起的[-1-120]方向，

所述SiC基板包含被称为小平面的高氮浓度区域以外的部分。

2.根据权利要求1所述的SiC基板，所述多个第1测定点和所述2个第2测定点的各自的电阻率之中最大电阻率与最小电阻率之差为1mΩ·cm以下。

3.根据权利要求2所述的SiC基板，所述多个第1测定点和所述2个第2测定点的各自的电阻率之中最大电阻率与最小电阻率之差为0.5mΩ·cm以下。

4.根据权利要求1所述的SiC基板，在进一步测定多个第3测定点和2个第4测定点的电阻率时，所述多个第1测定点、所述2个第2测定点、所述多个第3测定点和所述2个第4测定点的各自的电阻率之中最大电阻率与最小电阻率之差为2mΩ·cm以下，所述多个第3测定点是位于比距外周端向内侧5mm的边界靠内侧的区域，且从所述多个第1测定点的每一个起向[1-100]方向或[-1100]方向依次离开10mm的测定点，所述2个第4测定点处在距外周端1mm的内侧，且分别位于从中心起的[1-100]方向和从中心起的[-1100]方向。

5.根据权利要求1所述的SiC基板，任意的2个测定点的最大电阻率与最小电阻率之差为2mΩ·cm以下。

6.根据权利要求1所述的SiC基板，直径为149mm以上。

7.根据权利要求6所述的SiC基板，直径为199mm以上。

8.根据权利要求1所述的SiC基板，所述多个第1测定点和所述2个第2测定点的电阻率为20mΩ·cm以上。

9.根据权利要求8所述的SiC基板，所述多个第1测定点和所述2个第2测定点的电阻率为23mΩ·cm以上。

10.根据权利要求1所述的SiC基板，所述多个第1测定点和所述2个第2测定点的电阻率为20mΩ·cm以下。

11.根据权利要求10所述的SiC基板，所述多个第1测定点和所述2个第2测定点的电阻率为17mΩ·cm以下。

12.一种SiC基板，在测定多个第1测定点和2个第2测定点的电阻率时，所述多个第1测定点和所述2个第2测定点的各自的电阻率之中最大电阻率与最小电阻率之差为1mΩ·cm以下，所述多个第1测定点位于比距外周端向内侧5mm的边界靠内侧的区域，且包含中心和从所述中心起向[11-20]方向或[-1-120]方向依次离开10mm的多个测定点，所述2个第2测定点处在距外周端1mm的内侧，且分别位于从中心起的[11-20]方向和从中心起的[-1-120]方向，

所述SiC基板的直径为149mm以上。

13.一种SiC锭，在切出SiC基板并测定其切断面的电阻率时，多个第1测定点和2个第2测定点的各自的电阻率之中最大电阻率与最小电阻率之差为2mΩ·cm以下，所述多个第1测定点位于比距外周端向内侧5mm的边界靠内侧的区域，且包含中心和从所述中心起向[11-20]方向或[-1-120]方向依次离开10mm的多个测定点，所述2个第2测定点处在距外周端1mm的内侧，且分别位于从中心起的[11-20]方向和从中心起的[-1-120]方向，

所述SiC锭包含被称为小平面的高氮浓度区域以外的部分。