CN117174575A - SiC基板和SiC晶锭 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种在激光加工时容易加工的SiC基板和SiC晶锭。本实施方式的SiC基板，将对于波长1064nm的光的吸收系数的最大值与最小值之差为0.25cm^‑1以下的区域作为第1区域，所述第1区域所占的比例是总面积的70％以上。

Description

SiC基板和SiC晶锭

技术领域

本发明涉及一种SiC基板和SiC晶锭。

本申请基于2022年6月2日在日本提出申请的特愿2022-090458号主张优先权，将其内容引用于此。

背景技术

碳化硅(SiC)与硅(Si)相比，绝缘击穿电场大1位数，带隙大3倍。另外，碳化硅(SiC)具有热传导率比硅(Si)高3倍左右等特性。因此，期待碳化硅(SiC)在功率器件、高频器件、高温动作器件等中的应用。因此，近年来，在如上所述的半导体器件中开始使用SiC外延晶片。

SiC外延晶片是通过在SiC基板表面层叠SiC外延层而得到的。以下，将层叠SiC外延层前的基板称为SiC基板，将层叠SiC外延层后的基板称为SiC外延晶片。SiC基板是从SiC晶锭上切取的。

专利文献1公开了为了避免结晶生长中的结晶缺陷，将周边区域与内侧区域之间的平均吸收系数之差设为10cm^-1以下的SiC基板。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特表2020-511391号公报

发明内容

近年来，实行利用激光对SiC单晶的加工。例如，通过用激光使SiC单晶开裂，能够分割SiC单晶。例如，在从SiC晶锭切取SiC基板时、在从SiC基板切取更薄的基板时、在将SiC基板芯片化时，使用激光加工。激光加工具有与使用线锯的加工相比切削损失更少的优点，但有时切断面的粗糙度变大和/或产生未预料到的破裂。

本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种在激光加工时容易加工的SiC基板和SiC晶锭。

本发明人发现，通过制作对于激光的吸收系数的面内波动小的SiC基板和SiC晶锭，并使用该SiC基板和SiC晶锭，能够提高加工成功率。本发明为了解决上述课题，提供以下手段。

本发明第1方案提供以下的SiC基板。

(1)第1方案的SiC基板，将对于波长1064nm的光的吸收系数的最大值与最小值之差为0.25cm^-1范围内的区域作为第1区域，所述第1区域所占的比例是总面积的70％以上。

本发明第1方案的SiC基板优选具有以下的特征(2)～(10)。以下特征也优选组合2个以上。

(2)上述方案的SiC基板中，所述第1区域所占的比例也可以是总面积的80％以上。

(3)上述方案的SiC基板中，所述第1区域所占的比例也可以是总面积的90％以上。

(4)上述方案的SiC基板中，所述第1区域所占的比例也可以是总面积的95％以上。

(5)上述方案的SiC基板中，其直径也可以为149mm以上。

(6)上述方案的SiC基板中，其直径也可以为199mm以上。

(7)上述方案的SiC基板中，对于波长1064nm的光的吸收系数的最大值也可以为3.00cm^-1以下。

(8)上述方案的SiC基板中，对于波长1064nm的光的吸收系数的最大值也可以为2.75cm^-1以下。

(9)上述方案的SiC基板中，也可以是：包括被称为刻面(facet)的高氮浓度区域以外的部分，包含确定导电类型的掺杂剂和作为杂质混入的掺杂剂，所述确定导电类型的掺杂剂是氮。

(10)上述方案的SiC基板中，所述第1区域相对于所述总面积所占的比例也可以如下地求得：在将测定点的光斑直径设为1mm并以10mm的测定间隔在一个方向上进行测定时，将吸收系数落入所有测定点的吸收系数的平均值±0.125cm^-1内的测定点的数目除以总测定点的数目，再乘以100。

本发明第2方案提供以下的SiC晶锭。

(11)第2方案的SiC晶锭，在切取SiC基板并评价其切断面时，对于波长1064nm的光的吸收系数的最大值与最小值之差为0.25cm^-1范围内的第1区域所占的比例是所述切断面总面积的70％以上。

本发明第2方案的SiC晶锭优选具有以下的特征(12)～(13)。也优选组合以下特征。

(12)上述方案的SiC晶锭中，也可以是：包括被称为刻面的高氮浓度区域以外的部分，包含确定导电类型的掺杂剂和作为杂质混入的掺杂剂，所述确定导电类型的掺杂剂是氮。

(13)上述方案的SiC晶锭中，所述第1区域相对于所述总面积所占的比例也可以如下地求得：在将测定点的光斑直径设为1mm并以10mm的测定间隔在一个方向上进行测定时，将吸收系数落入所有测定点的吸收系数的平均值±0.125cm^-1内的测定点的数目除以总测定点的数目，再乘以100。

本发明第2方案的SiC晶锭也可以被用于制造本发明第1方案的SiC基板。

上述方案的SiC基板和SiC晶锭在激光加工时容易加工。

附图说明

图1是本实施方式的SiC基板的概略俯视图。

图2是表示SiC基板的吸收系数与使SiC基板开裂所需的激光输出功率的关系的坐标图。

图3是用于说明作为SiC晶锭的制造装置一例的升华法的示意图。

附图标记说明

1第1区域

10SiC基板

30制造装置

31坩埚

32基座

33籽晶

34原料粉末

35SiC晶锭

36线圈

37锥形构件

OF定向平面

具体实施方式

以下，适当参照附图对本实施方式的SiC基板等进行详细说明。在以下说明中使用的附图，为了容易理解本实施方式的特征，有时方便起见地将成为特征的部分放大表示，各构成要素的尺寸比率等有时与实际不同。在以下说明中例示的材质、尺寸等只是一例，本发明并不限定于此，在不变更其主旨的范围可以适当变更来实施。例如，在不脱离本发明主旨的范围内，可以对数目、形状、种类、位置、量、比率、材料、构件、结构等进行附加、省略、置换、变更等。

图1是本实施方式的SiC基板10的俯视图。SiC基板10例如由n型SiC构成。SiC基板10的多型没有特别限制，可以是2H、3C、4H、6H中的任一种。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也可以具有用于掌握晶轴方向的定向平面OF或凹口。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，越难以通过激光加工进行稳定切断，因此，满足本实施方式的结构的SiC基板10的直径越大，实用性就越高。再者，SiC基板10的厚度可以任意选择，例如可举出100～300μm、300～400μm、400～500μm、500～600μm为例，但不仅限定于这些例子。

本实施方式的SiC基板10具有第1区域1。第1区域1对于波长1064nm光的吸收系数的最大值与最小值之差为0.25cm^-1以下。图1中，用与SiC基板10同心的圆形图示了第1区域1，但不限于该例。例如，第1区域1的中心也可以偏离SiC基板10的中心，第1区域1的形状也可以是不规则的。以下，吸收系数α是300K的温度条件下的值。

吸收系数α由SiC基板10对于波长1064nm的光的吸收率A和SiC基板10的厚度L求出。SiC基板10对于波长1064nm的光的吸收率A根据反射率T、透射率R由A＝1-T-R求出。反射率T使用向SiC基板10入射的入射光强度I₀和从SiC基板10反射的反射光强度I₁，由T＝I₁/I₀求出。透射率R使用向SiC基板10入射的入射光强度I₀和透过SiC基板10的透射光强度I₂，由R＝I₂/I₀求出。另外，由于吸收率A可以用A＝exp(-α·L)表示，所以可以根据吸收率A和SiC基板10的厚度L求出吸收系数α。

通过在SiC基板10的面内的各点求出吸收系数α，能够得到吸收系数α的面内分布。例如，在测定吸收系数α的面内分布时，将各测定点的光斑直径设为1mm，将相邻测定点的间隔设为10mm。在测定点数为X、且吸收系数落入α₀±0.125cm^-1的测定点数为Y时，第1区域1相对于SiC基板10的总面积所占的比例Z可以通过Z＝Y/X×100(％)来求出。α₀例如可以是所有测定点的吸收系数的平均值，可以自由选择以使Z最大化。

第1区域1相对于SiC基板10的总面积所占的比例例如为70％以上。另外，第1区域1相对于SiC基板10的总面积所占的比例优选为80％以上，更优选为90％以上，进一步优选为95％以上。上述比例的上限可以任意选择，例如可以为100％以下、99％以下或98％以下等。

第1区域1相对于SiC基板10的总体积所占的比例越高，越能够抑制通过激光加工切断的切断面的表面粗糙度变大和在通过激光加工切断时在SiC基板10产生未预料到的破裂。这是因为激光的吸收系数的面内波动小，由此激光加工稳定化的缘故。激光加工中大多使用的YAG(钇、铝、石榴石)激光的激光波长为1064nm。

图2是表示SiC基板10的吸收系数与使SiC基板10开裂所需的激光输出功率的关系的坐标图。如图2所示，SiC基板10的吸收系数越高，为使其开裂所需的激光输出功率就越高。如图2所示，吸收系数之差若在0.25cm^-1范围内，即若为0.25cm^-1以下，则能够以一定的激光输出功率使SiC基板10开裂。激光的输出功率在切断中不变动，由此能够抑制切断面的表面粗糙度变大和未预料到的破裂产生。

SiC基板10中对于波长1064nm的光的吸收系数的最大值例如为3.00cm^-1以下，优选为2.75cm^-1以下。SiC基板10所含的杂质浓度越高，吸收系数就越高。如上所述，SiC基板10的吸收系数越高，为使其开裂所需的激光的输出功率就越高，因此，吸收系数的最大值小的SiC基板10能够以少的能量进行加工。

在此，SiC基板10的切断例如有SiC基板10的芯片化、从SiC基板10切取更薄的基板的情况等。

接着，对本实施方式的SiC基板10的制造方法一例进行说明。SiC基板10是将SiC晶锭切片而得到的。SiC晶锭例如可以采用升华法得到。通过控制SiC晶锭的生长条件，能够制作本实施方式的SiC基板10。

图3是用于说明作为SiC晶锭的制造装置30一例的升华法的示意图。在图3中，以与基座32的表面正交的方向为z方向，以与z方向正交的一个方向为x方向，并以与z方向和x方向都正交的方向为y方向。

升华法是在配置于石墨制坩埚31内的基座32上配置由SiC单晶构成的籽晶33，通过加热坩埚31而将从坩埚31内的原料粉末34升华出的升华气体向籽晶33供给，使籽晶33向更大的SiC晶锭35生长的方法。籽晶33例如是相对于[11-20]方向具有4度偏移角的SiC单晶，以C面为生长方向设置在基座32上。

例如也可以在坩埚31的周围配置绝热材料。坩埚31例如配置在双重石英管的内部。双重石英管的内部被供给氩气或掺杂剂气体(氮气)，通过用真空泵排气来控制压力。在双重石英管的外侧配置线圈36，通过使线圈36流通高频电流，对坩埚31进行加热。

也可以在坩埚31内配置从基座32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，能够扩大结晶生长的单晶的直径。通过在扩径的同时结晶生长，能够将被称为刻面的高氮浓度区域配置在从SiC晶锭35取得SiC基板10时的有效区域外。

吸收系数的面内波动小的SiC基板10，可以通过多次反复进行SiC晶锭35的制作、SiC基板10的切取、SiC基板10的测定、测定结果的反馈这样的处理，变更SiC晶锭35的生长条件来制作。变更的生长条件例如是制作SiC晶锭35时的温度分布和原料粉末34所含的杂质浓度分布。

在制作SiC晶锭35时，使SiC晶锭35的xy方向的外周部温度比内侧高，使原料粉末34的xy方向的外周侧的杂质浓度比内侧高。

在SiC晶锭35所含的杂质中，有作为n型掺杂剂有意导入的氮、以及从炉内构件或原料粉末34中无意混入到晶体中的杂质。无意包含在晶体中的杂质例如是硼、铝、钛、钒等。

杂质向SiC晶锭35的导入路径例如有第1路径、第2路径和第3路径。第1路径是掺杂剂气体通过坩埚31的侧壁被导入SiC晶锭35的路径。第2路径是来自坩埚31内的构件的排气所含的杂质被导入SiC晶锭35的路径。第3路径是原料粉末34所含的杂质被导入SiC晶锭35的路径。

在第1路径和第2路径中，杂质从xy方向的外侧被导入SiC晶锭35。因此，如果不控制制造条件，则SiC晶锭35的外周部的杂质浓度容易比内侧高。通过提高SiC晶锭35的外周部温度，能够减少通过第1路径或第2路径被导入到外周部的杂质。

另一方面，在第3路径，杂质从z方向的下方被导入SiC晶锭35。为了减少从第1路径或第2路径导入外周部的杂质，使SiC晶锭35的外周部温度比内侧高时，从第3路径导入到外周部的杂质量也比内侧少，从第3路径导入SiC晶锭35的杂质在xy面内波动。因此，通过使原料粉末34的xy方向的外周侧的杂质浓度比内侧高，即使在使SiC晶锭35的外周部温度比内侧高的情况下，也能够减小导入SiC晶锭35的杂质的xy方向的面内波动。

通过坩埚31的侧壁的掺杂剂气体量和来自坩埚31内的构件的排气量，对于每个坩埚31是不同的，并非是恒定的。因此，每个制造装置所适合的温度条件及杂质浓度条件不同。SiC晶锭35的xy方向的温度分布、原料粉末的杂质浓度分布，通过反复进行多次反馈而被最优化。

在反馈时测定的是SiC基板10的吸收系数的面内分布。吸收系数的面内分布依据上述顺序测定。在SiC基板10中，对于波长1064nm的光的吸收系数的最大值与最小值之差为0.25cm^-1以下的区域的面积小于总面积的70％的情况下，变更制造条件。

这样，通过反复进行多次SiC晶锭35的结晶生长，并反馈各自的结果，来确定SiC晶锭35的结晶生长条件。然后，在确定了的生长条件下制作SiC晶锭35，并切断该SiC晶锭35，由此能够制作本实施方式的SiC基板10。

如果举出具体例，则本实施方式的SiC基板10也可以如下地得到。(i)在SiC晶锭制造时的温度分布中，使SiC晶锭35的外周部温度比内侧高，且在杂质浓度分布中，使原料粉末34的xy方向的外周侧的杂质浓度比内侧高，来进行SiC晶锭35的制作。(ii)从得到的SiC晶锭35切取SiC基板10。(iii)测定切取出的SiC基板10的吸收系数。(iv)根据测定结果，改变(i)中的SiC晶锭的温度分布的温度和原料粉末的杂质浓度分布的浓度，反复进行多次(i)～(iii)，直至得到所希望的面内波动小的SiC基板10。

本实施方式的SiC基板10，对于波长1064nm的光的吸收系数的最大值与最小值之差为0.25cm^-1以下的区域的面积为总面积的70％以上。因此，能够以恒定的激光输出功率对SiC基板10进行激光加工。激光的输出功率在切断中不变动，由此能够抑制切断面的表面粗糙度变大和未预料到的破裂产生。

至此，例示了对SiC基板10进行激光加工的情况，但对SiC晶锭35进行激光加工的情况也是同样的。例如，从SiC晶锭35切取SiC基板10的情况相当于对SiC晶锭35进行激光加工的情况。SiC晶锭35的状态通过从SiC晶锭35切取SiC基板10并进行评价而求出。SiC晶锭35的状态是通过评价被切取出的SiC基板10的切断面而求出的。哪里是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4°的面。目标SiC基板的厚度例如为400μm等。

在对SiC晶锭35进行激光加工的情况下，切取SiC基板，对其切断面进行评价时，对于波长1064nm的光的吸收系数的最大值与最小值之差为0.25cm^-1以下的第1区域所占的比例，优选为切断面的总面积的70％以上。切断面中的第1区域所占的比例更优选为总面积的80％以上，进一步优选为90％以上，特别优选为95％以上。如果切断部位满足上述条件，则能够抑制激光加工时切断面的表面粗糙度变大和未预料到的破裂产生。

另外，在切断面中，对于波长1064nm的光的吸收系数的最大值例如为3.00cm^-1以下，优选为2.75cm^-1以下。

以上，对本发明的优选实施方式进行了详细说明，但本发明并不限定于特定的实施方式，在专利请求保护的范围内记载的本发明的主旨范围内，可以进行各种变形、变更。

实施例

[实施例1]

反复进行多次SiC晶锭的制作、SiC基板的切取、SiC基板的测定、测定结果的反馈这样的处理，确定了SiC晶锭的生长条件。切断在该生长条件下制作出的SiC晶锭，制作SiC基板。

制作出的SiC基板中，对于波长1064nm的光的吸收系数的最大值与最小值之差为0.25cm^-1以下的第1区域所占的比例为总面积的72％。对该SiC基板照射激光。激光使用波长1064nm的YAG激光。

通过对实施例1的SiC基板照射激光，能够使SiC基板开裂而不会产生破裂和缺口。而且，能够将SiC基板10在厚度方向上一分为二。

产业上的可利用性

本发明能够提供在激光加工时容易加工的SiC基板和SiC晶锭。

Claims (13)

1.一种SiC基板，将对于波长1064nm的光的吸收系数的最大值与最小值之差为0.25cm^-1范围内的区域作为第1区域，所述第1区域所占的比例是总面积的70％以上。

2.根据权利要求1所述的SiC基板，所述第1区域所占的比例是总面积的80％以上。

3.根据权利要求1所述的SiC基板，所述第1区域所占的比例是总面积的90％以上。

4.根据权利要求1所述的SiC基板，所述第1区域所占的比例是总面积的95％以上。

5.根据权利要求1所述的SiC基板，其直径为149mm以上。

6.根据权利要求1所述的SiC基板，其直径为199mm以上。

7.根据权利要求1所述的SiC基板，对于波长1064nm的光的吸收系数的最大值为3.00cm^-1以下。

8.根据权利要求1所述的SiC基板，对于波长1064nm的光的吸收系数的最大值为2.75cm^-1以下。

9.根据权利要求1所述的SiC基板，

包括被称为刻面的高氮浓度区域以外的部分，

包括确定导电类型的掺杂剂和作为杂质混入的掺杂剂，

所述确定导电类型的掺杂剂是氮。

10.根据权利要求9所述的SiC基板，

所述第1区域相对于所述总面积所占的比例如下地求得：在将测定点的光斑直径设为1mm并以10mm的测定间隔在一个方向上进行测定时，将吸收系数落入所有测定点的吸收系数的平均值±0.125cm^-1内的测定点的数目除以所有测定点的数目，再乘以100。

11.一种SiC晶锭，在切取SiC基板并评价其切断面时，对于波长1064nm的光的吸收系数的最大值与最小值之差为0.25cm^-1范围内的第1区域所占的比例是所述切断面的总面积的70％以上。

12.根据权利要求11所述的SiC晶锭，

包括被称为刻面的高氮浓度区域以外的部分，

包括确定导电类型的掺杂剂和作为杂质混入的掺杂剂，

所述确定导电类型的掺杂剂是氮。

13.根据权利要求12所述的SiC晶锭，

所述第1区域相对于所述总面积所占的比例如下地求得：在将测定点的光斑直径设为1mm并以10mm的测定间隔在一个方向上进行测定时，将吸收系数落入所有测定点的吸收系数的平均值±0.125cm^-1内的测定点的数目除以所有测定点的数目，再乘以100。